西部干旱区小流域生态环境调控模式研究_以新疆博斯腾湖流域为例

第15卷第3期2001年9月水土保持学报JournalofSoilandWaterConservationVol.15No.3Sep.,2001

西部干旱区小流域生态环境调控模式研究

——以新疆博斯腾湖流域为例󰀁

左其亭1,陈　嘻2,周可法2

(1.郑州大学水利与环境工程学院,河南郑州450002;2.中国科学院新疆生态与地理研究所,新疆乌鲁木齐830011)

摘要:实现生态环境优化调控与科学管理,是保护生态环境、促进社会经济与环境协调发展、建立人与环境和谐关系的重要举措。针对中国西部干旱区流域生态系统特点,以小流域综合治理为目标,介绍生态环境调控理论框架,以新疆博斯腾湖流域为例,介绍西部干旱区小流域生态环境调控模式,为干旱区生态环境调控提供一个范例。关键词:干旱区;　小流域;　生态环境;　调控模式中图分类号:X32;X24 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2001)03-0085-04

Eco-environmentalControlModelofSmallBasininAridRegion,WesternChina

TakingBostenLakeBasininXinjiangasanCase

ZUOQi-ting1,CHENXi2,ZHOUKe-fa2

(1.WaterResourcesandEnvironmentCollege,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450002;2.XinjiangInstituteofEcologyandGeography,ChineseAcademyofScience,Urumqi,830011)Abstract:Adoptingoptimumcontrolandscientificmanagementofeco-environmentisveryimportanttopro-

tectingeco-environmentagainstdisruptionandpromotingthecoordinatedgrowthofsoc-economysystemand

eco-environmentsystemandbuildingaharmoniousrelationshipbetweenhumanbehaviorandnaturalworld,

especiallyinthearidregion,westernChina.Accordingtothecharacteristicseco-environmentofsmallbasininaridregion,fromthepointofoveralldevelopmentofsmallbasin,introducesthetheoryframeworkofeco-

environmentalcontrol,andputsforwardanewcontrolmodel,andgivesacasestudy:BostenLakeBasinin

XinjiangChina.Theagoodexampleforeco-environmentalcontrolinaridregionhadbeenprovided.

Keywords:aridregion;　smallbasin;　eco-environmental;　controlmodel

生态环境是生态系统与环境系统的有机结合体,它包括生物性的生态因子和非生物性的生态因子。影响生

态环境演变的因素不外乎两大类,即自然因素和人为因素。科学调控生态环境也不外乎从此两方面入手,以使

人与自然建立和谐的关系。实现生态环境优化调控与科学管理,是保护生态环境、促进社会经济与环境协调发

展、建立人与环境和谐关系的重要举措。本文就是基于这一思想,针对西部干旱区流域生态系统特点,以新疆博斯腾湖流域为例,进行生态环境调控模式研究。

1　新疆博斯腾湖流域概况

博斯腾湖流域位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州境内,天山南麓,是塔里木河流域的一个小流

域,由开都河流域与孔雀河流域组成,也常称之为开—孔河流域,本文统称为博斯腾湖流域。包括焉耆县、和静

县、和硕县、博湖县、尉犁县和库尔勒市共五县一市,流域面积4.4×104km2,进入流域的地表总径流量为39.45

×108m3。博斯腾湖流域涉及的人口占该自治州的80%,总控制灌溉面积占全州的80%以上。地表水可利用量

占全州50%,宜垦荒地占全州33%。同时,该流域也是自治区最重要的经济区之一,塔里木石油开发主战场的

社会保障前沿,自治区重要渔业基地。博斯腾湖流域的水资源可持续利用和生态环境科学调控对巴音郭楞蒙古

自治州社会经济可持续发展起决定性作用。该流域的河流汇集地——博斯腾湖,是目前我国最大的内陆淡水湖泊。它既是开都河的尾闾,又是孔雀河

的源头,兼有开都河来水的水资源调控、孔雀河流域农田灌溉、工业及城乡生活用水、流域生态环境保护和向塔

󰀁收稿日期:2001-03-27　*国家重点基础研究发展规划项目(编号:G1999043508)和中国科学院资源与生态环境重大项目(编号:KZ951-B1-213-03-03)资助作者简介:左其亭,男,生于1967年,工学博士。主要研究方向为水文水环境、区域环境规划与管理,已发表论文35篇。里木河中下游紧急调水等多种功能。博斯腾湖在最高水位1048.75m时,水面面积为1002.4km2,容积为88×108m3,平均水深4.2m左右。湖区多年平均降水量为68.2mm,年蒸发量为1800～2000mm,为强烈内陆

沙荒漠气候。博斯腾湖分为大、小两个湖区,大湖区是湖体的主要部分,大湖西南部和小湖盛长芦苇。该湖泊芦

苇不仅有很高的工业价值,而且对整个湖区生态系统乃至整个流域都有重要的影响作用。流入博斯腾湖的常年性河流只有开都河。开都河发源于西部积雪的高山(天山中部),由冰雪融水补给,也是天山南坡水量丰富的河

流之一。在宝浪苏木分水闸处,该河流又分为东、西两支,东支注入博斯腾湖大湖,西支注入博斯腾湖小湖。以

开都河为界(宝浪苏木分水枢纽以下,以东支为界),把开都河流域分成左、右2个灌区。灌区从开都河引水进行

农田灌溉,并不断向大、小湖排水(盐)。经过博斯腾湖的调节,从大湖出口—西泵站、小湖出口—达吾提闸汇入到孔雀河,肩负着孔雀河流域农田灌溉、工业及城乡生活用水等重担。

对干旱区这样一个十分宝贵的流域,如何协调该区工业、农业发展与生态环境保护的关系,如何协调上游

灌区(即开都河灌区)发展规模与下游灌区(即孔雀河灌区)发展规模的关系,目前该区发展态势和生态环境质量如何,采取什么样的措施,才能保证走可持续发展道路等等,这些都是急待解决的问题。

2　干旱区流域生态系统结构特点

综合干旱区流域系统空间结构特点以及水文循环过程、地表水、地下水分布规律和人类活动范围等因素,

把干旱区流域生态系统结构以及水资源形成转化关系、主要产业特点概括成图1。这是干旱区众多流域所共有

的生态结构特点。天然的地理位置和人为的改造作用以及水资源的形成转化关系,决定了干旱区流域不同位置所具有的产业结构。如山地生态系统,水资源丰沛,但由于气候的原因,多以林业、草牧业为主要产业;而在径流

强烈转化和消耗的人工绿洲分布区,是人类活动的主要区域,以工业、农业生产为主;到了流域的最低处,常常

形成天然湿地、湖泊、自然绿洲,是径流排泄、积蓄及蒸散区,也是干旱区主要的渔业、旅游业分布区;另外,人类为扩大活动范围,进行人工引水开发新绿洲,建造人工生态系统,也是工农业主要生产区之一。再往沙漠方向,

就逐步由半自然生态系统向自然的沙漠生态系统过渡,到沙漠区基本是无生产或生产能力很低。

图1　干旱区小流域生态系统结构类型图

3　干旱区小流域生态环境调控理论框架

人类活动与生态环境系统有着密切的联系。生态环境调控,不仅针对生态环境系统本身,而且要合理控制社会经济的发展,使社会经济发展与生态环境保护相协调,这也是生态环境调控理论的思想基础。

为了定量表达综合发展的程度,本文作者已提出一套定量研究方法(详见文献[7]),基本思路是:

(1)依据生态环境质量评价指标、评价标准和评价方法,定量给出生态环境质量等级,并映射到[0,1]上,即生态环境质量指标LI。LI是生态环境质量好坏程度的度量。86水土保持学报第15卷(2)如同生态环境质量定量表达思路一样,给出社会经济发展水平定量指标,记为EG,EG∈[0,1]。(3)定义发展综合指标测度DD为社会经济发展水平综合指标EG与生态环境质量综合指标LI的集成:

DD=EG󰀁1󰀁LI󰀁2式中:󰀁1,󰀁2分别为给定社会经济发展水平EG、生态环境质量LI的一个指数权重;DD作为衡量某时段社会经

济发展和生态环境发展的一个综合尺度。(4)建立面向可持续发展的生态环境调控管理模型:目标函数是发展综合指标测度DD最大,即:

Max(DD)。约束条件至少应该包括社会经济发展水平最低约束、生态环境质量最低约束、生态环境系统与社

会经济系统相互作用关系约束以及其它约束。设社会经济发展水平最低要求为EG0,生态环境质量最低要求为

LI0,生态环境系统与社会经济系统的耦合系统模型记为SubMod(EE-SE)。于是,得到优化模型一般表达

式,如下:表1　博斯腾湖流域生态环境调控对策控制变量控　制　值

经济结构调整:(1)工业;(2)农业(1)增加工业投资(包括增加引水量),提高工业产值。2020年以前,在现有用水效率下,以1.3%的年增长率增加工业引水量;(2)2020年以前,以1.1%的年减少率减少农业引水量,包括改善农业用水结构,提高农业用水效率,减小灌溉面积等措施。

保护湖泊生态措施:(1)进行人工育苇;(2)大湖水位;(3)宝浪苏木东西支分水比(1)0.27万hm2;(2)调节水位:1045～1047.5m;年平均水位:1045.2～1046m;(3)66∶34～68∶32

协调上下游灌区用水结构:(1)开都河流域农田引水量;(2)焉耆盆地地下水开采量;(3)向孔雀河总输水量(包括灌区引水和向下游、塔里木河生态调水)(1)近期(2000年):9.3～8.5亿m3/a;远期(2020年):5.8亿m3/a;(2)近期(2005年):3亿m3/a;远期(2020年):5亿m3/a;(3)13～18亿m3/a

博斯腾湖流域主要河流——开都河源流区生态环境保护措施(1)维持现有牧畜规模(因现状生态较好);(2)在规划水平年,增加的牧畜一方面移至中游(大山口以下),一方面通过提高草产量和圈养来解决。目标函数: Max(DD)

约束条件: EG≥EG0 LI≥LI0 SubMod(EE-SE)

其它约束

(5)调控方案优选与实施:常采用计算机

模拟技术求得近似最优解,从而得到生态环境调控的具体对策,内容包括:社会发展规模、经

济发展速度、资源利用规划、生态环境保护等

目标的制定。本文仅列出主要研究过程,没有更多的解

释,更详细的定量研究方法见文献[5～7]。

4博斯腾湖流域生态环境调控对策

针对新疆博斯腾湖流域实际情况,采用作

者提出的一套定量研究方法[7],得到生态环境调控决策方案,如表1。

通过专家和当地政府领导的认真评议,一

致认为所得结论科学合理、符合实际,提出的建议具体、可操作性强,具有很高的应用价值。因篇幅所限,本文不再详述。