Runoff and eco-environmental effects of water-land resources utilization to downstream in middle-upper reaches of Ili river watershed

Abstract

本文首先全面分析了与主题相关的国内外水土资源利用研究现状，以及伊犁河流域水土资源开发利用现状和存在的问题。具体表现为流域内生产水平落后、大农业结构不合理、人民生活水平低、水资源开发程度较低和管理水平滞后、流域生态环境状况堪忧。然后，通过对遥感影像、水文、气象、土壤、径流等数据的分析、以及利用先进的遥感、GIS技术和水文分布式模型SWAT、景观格局动态模型CA_Markov相结合的方法，深入地开展了伊犁河流域中上游水土资源利用对下游径流过程影响及其生态环境效应分析研究。主要内容和结论如下：1. SWAT模型在伊犁河流域的径流过程模拟中具有较高的精度，其中SWAT模型对卡普其海水文站、则克台水文站和托海水文站在山区产流过程模拟的精度略微偏低，但模型的整体精度符合研究的需求。模拟结果引用Nash-Suttclife系数EBnsB、相关系数RP2P和相对误差RE进行模拟精度分析。2. 基于历史气候模式和土地利用变化模式的径流过程各异，因此上游的水资源分配和调控亦不同。（1）未考虑伊犁河土地开发，仅基于历史（1956-2007）气候模式的未来10年径流过程特征：径流的年内分配具有明显的季节性，夏季（5-8月）的径流量占全年的55%，最小径流月份主要集中12至2月。未来10年平均径流量显示，特克斯河为245mP3P/s，巩乃斯河为51mP3P/s，而喀什河和伊犁河则分别为157mP3P/s和34mP3P/s；（2）基于土地利用变化模式的未来10年径流过程特征：不考虑伊犁河流域向外调水，2020年出境水量为107.79亿mP3P，年均径流量mP3P/s；向艾比湖调水15亿mP3P后的出境水量为92.37亿mP3P，占多年地表水资源总量的57%，年均径流量为292.91mP3P/s；向艾比湖和塔里木河共调水27亿mP3P后的出境水量变为80.85亿mP3P，占多年地表水资源总量的49.68%，年均径流量为256.40 mP3P/s。此方案下的水资源分配既能满足我国的水资源需求，同时又能平衡下游生态环境、经济、生活的水资源需求。3. 通过分析整个伊犁河下游土地利用、伊犁河三角洲和巴尔喀什湖的生态环境效应，最后研究结果如下：（1）伊犁河中下游地区土地利用始终处于准平衡状态，但有向不平衡状态发展II 伊犁河流域中上游水土资源利用对下游径流影响及其生态环境效应分析的趋势。自然和人为驱动力共同对区域的土地利用/覆被变化产生了影响，上世纪70年代卡普恰盖水库的建立和90年代初期的政策变化改变了原有变化的随机性和平稳性，使区域内相关土地利用/覆被发生显著变化。（2）伊犁河三角洲景观格局近30年的演变特征及未来10年的发展趋势表明，湿地景观类型受到的影响最为突出，进而影响到整个三角洲生态系统的稳定与平衡。根据本文的研究结果与分析发现，2020年的湖泊、沼泽和漫滩三种湿地景观类型的破碎化程度明显加剧，随着湿地景观的连通性日趋弱化、演化的不平稳性加剧，引起伊犁河三角洲湿地景观出现如下三种主要的演化趋势：稳定湿地向不稳定湿地演替；常年湿地向季节性湿地演替；大片湿地向小片湿地演替。因此，湿地破碎化加剧，成为伊犁河三角洲生物多样性逐渐丧失的重要原因之一，需引起科技工作者及相关政府部门的高度重视。（3）巴尔喀什湖生态环境存在的问题和发展趋势如下：湖泊水位下降，日益萎缩；环境恶化，自然生态遭到严重破坏；捕猎活动屡禁不止，滥捕鱼类事件层出不穷；生态环境问题波及伊犁河三角洲等周边地区和农牧业生产遭到重创。随着我国就加大水资源开发利用力度后，将进一步对巴尔喀什湖的湖泊生态环境和水质产生影响。2010年近期水平年入湖水量约减少18.95%；2020年中期水平年入湖水量约减少41.2%；2030远期水平年入湖水量约减少45.15%。致使湖泊水位下降、面积缩小，湖泊水体矿化度有所升高。本研究的结果表明，水土资源开发对生态环境演变既有正面驱动作用，也有负面胁迫效应，从实际出发全面衡量和评估水土资源开发，是对伊犁河水资源合理分配的关键因素