艾丁湖生态水位监测及湿地水域变化分析

崔师胜 周和平

(1.新疆白杨河流域管理局水利管理中心,新疆 乌鲁木齐 830039;2.新疆维吾尔自治区水利厅水利管理总站,新疆 乌鲁木齐 830000)

艾丁湖为我国内陆干旱地区海拔最低的湿地湖泊、世界第三低地及以荒漠骆驼刺为主要植被的湿地[1],艾丁湖天然绿洲湿地生态环境与地下水埋深变化具有密切关联。周蕾[2]分析了艾丁湖生态基流和最低生态水位,认为由于艾丁湖流域上游河道径流补给水量减少,艾丁湖萎缩比较严重,已成为季节性湿地湖泊。方静等[3]分析了艾丁湖流域径流量、用水总量、耗水总量、湖泊面积、水资源利用量、地下水开采量与绿洲面积等,认为艾丁湖绿洲湿地湖泊退变源于流域水资源开发利用量超载,变化趋势为:1976—2011年天然绿洲面积随地下水开采量增大而呈减小趋势,2012—2018年天然绿洲面积随地下水开采量下降开始回升。本文基于地下水埋深监测井数据分析艾丁湖湿地生态水位动态,为认识艾丁湖流域水生态环境现状及发展变化提供依据。

1 材料与方法

1.1 区域概况

艾丁湖位于新疆吐鲁番市南部及托克逊县以东,系艾丁湖流域河流出山口以后进入荒漠平原低洼尾闾的湿地湖泊,湖泊呈狭长纺锤形,湖面低于海平面154.31m,湖底的最低处于海平面以下161m,为我国海拔最低的内陆湿地湖泊[4-5]。艾丁湖流域上游河流较多,如白杨河、阿拉沟、柯尔碱沟、大河沿子、塔尔郎、煤窑沟、黑沟、恰勒坎河、二塘沟、柯柯亚河、坎尔其沟等[6],其中仅有白杨河、二塘沟尾水可进入艾丁湖,其他河流出山口以下地表径流多消失于戈壁,形成地下水及泉水溢出带。根据吐鲁番1952—1999年气象数据统计[7],艾丁湖区域年均气温14.8℃,日照时数8.0h,相对湿度39.2%,多年平均年降水量15.4mm,多年平均年蒸发量2471.5mm,年蒸发量为年降水量的160多倍,是我国降水稀少、蒸发强烈、气候酷热干燥的暖温带大陆性极端干旱气候区,突显生态环境与河流补给休戚与共、水生态环境十分脆弱的特征。

1.2 监测方法

基于反映地下水位、生态植被生长环境与湿地湖泊范围合适尺度关系考虑,选择白杨河末端艾丁湖入口及景区湿地外围区域,布设二眼地下潜水埋深动态变化监测井,见表1。

表1 艾丁湖地下水位监测井区位分布

2 结果与分析

2.1 地下水埋深变化状态

2021—2022年艾丁湖区地下水埋深监测见图1。2021年1—12月监测结果表明,7号监测井地下水埋深幅度为3.57～5.37m,8号井地下水埋深幅度为4.71～5.87m。由地下水埋深走势可以看出,1—5月随着月份增加和气温逐渐回升,地下水埋深呈逐渐变小趋势,6月开始地下水埋深呈逐渐增大趋势,反映出地下水埋深与降水、蒸发及植被生长耗水的变化关系。2022年1—12月监测结果表明,7号监测井地下水埋深幅度为3.98～6.50m,8号井地下水埋深幅度为4.48～6.36m,地下水埋深变化趋势与2021年一致。2022年新疆遭遇罕见长时高温少雨气候,上游河道源流来水量减少,地表径流补给湖区明显弱化,监测区域地下水埋深下降明显,突破了6.00m。

图1 2021—2022年艾丁湖区地下水埋深监测

2.2 地下水埋深年际变化

2021—2022年艾丁湖区地下水埋深年际变化见图2。由图2可知,白杨河末端尾闾艾丁湖区,2021年1—12月地下水埋深变幅为4.14～5.55m;2022年1—12月地下水埋深变幅为4.23～6.22m。与2021年比较,2022年除了2月、6月、7月地下水埋深同比略减1.1%～3.7%外,其他月份地下水埋深同比增幅为1.3%～24.2%,尤其是8—11月,地下水埋深增幅为9.0%～24.2%,表明2022年下半年艾丁湖区生境地下水位下降明显。

图2 艾丁湖区地下水埋深年际变化

2.3 地下水埋深和生态植被生长及艾丁湖湿地水域趋势

艾丁湖流域荒漠及湖畔区有天然植物19种,其中疏叶骆驼刺分布最广泛,芦苇次之。艾丁湖畔区主要生长骆驼刺、芦苇、红柳、盐穗木、刺山柑、白刺等荒漠湿地植被(见图3),植被生长环境适宜地下水埋深4.50～5.89m[8],换言之,在4.50～5.89m地下水位深度内,艾丁湖区荒漠植被根系,可借助土壤毛管水吸附上升力获取水分正常生长。艾丁湖监测区2021全年以及2022年8月之前,地下水埋深均在适宜生态植被生长范围,2022年8—12月地下水位下降突破了6m,不适宜植被生长。表2及图4为基于文献[9]并结合艾丁湖区地下水埋深监测,分析研究取得的艾丁湖水域主要信息成果。由统计分析结果可以看出,湖泊湿地水域面积历史上出现过三次变化,表现出减小—再增加—再减小走向。湖面出现萎缩时,其空间变化特征先从西北—东南方向,向湖心萎缩,再从西南—东北方向,向湖心偏南方向萎缩;湖面水域面积年内变化6—7月最大、11—12月最小,这与径流季节性补给及地下水位变化相关。1962年艾丁湖水域面积萎缩仅存0.1km2,湖泊贮水量约3000m3,湿地面积仅13.5km2。1986年和2004年水域面积干涸,处于几乎消失状态[10-11]。2016年以后水域面积增加,湿地生态环境趋于向好,2022年流域遭遇罕见高温,上游降水河道径流及地下水补给明显减少,湖泊湿地区域地下水位下降,艾丁湖水域面积及储存水量略有减小。

图3 入口台地红柳、骆驼刺

图4 艾丁湖水域水量湿地面积历年变化

表2 基于文献的艾丁湖水域主要信息统计

3 结 语

艾丁湖地下水埋深及湿地水域范围,是表征艾丁湖流域人水生态环境共生的“风向标”,干旱内陆区艾丁湖适宜的荒漠湿地湖泊水生态环境,有利于艾丁湖流域经济社会生态可持续发展,因此,本文对近年来受到关注的艾丁湖生态环境现状及变化问题,采用地下水埋深定位监测及湿地水域变化评估方法进行分析。结果显示,1986年和2004年艾丁湖几乎处于干涸状态,湖泊湿地植被生长环境明显回退;艾丁湖流域水文气象及用水资料分析表明,该期间流域上游源流来水处于枯水及偏枯状态,流域经济社会用水却处于多年用水系列高位状态,特别是流域上游用水尤其农业用水量明显过高,因此,自然与人为因素并存加速了艾丁湖水域紧缩状态。2016—2021年湖泊水域及湿地生态环境趋于向好,2022年艾丁湖流域遭遇罕见高温干旱天气,流域上游多河道地表径流明显减少,尾闾地下水补给骤减,湖泊水域及湿地生境略有收缩。从艾丁湖水生态环境动态变化来看,需强化全流域水资源管理,注重水资源优化配置,大力推进全流域灌区农业高效节水,维护艾丁湖流域人水和谐环境。