塔河干流水资源系统要素分析与配置技术

3　塔河干流的水资源系统要素分析

3.1　流域概况

塔河流域水系由环塔里木盆地的阿克苏河、喀什噶尔河、叶尔羌河、和田河、开都河—孔雀河、迪那河、渭干河与库车河、克里雅河和车尔臣河等九大水系144条河流组成，流域面积102万km2，其中山地占47%，平原占20%，沙漠占33%。流域内有5个地（州）的42个县（市）和生产建设兵团4个师的55个团场。塔河干流全长1　321km，自身不产流。历史上塔河流域的九大水系均有水汇入塔河干流。由于人类活动与气候变化等影响，目前与塔河干流有地表水力联系的只有和田河、叶尔羌河和阿克苏河三条源流，孔雀河通过扬水站从博斯腾湖抽水经库塔干渠向塔河下游灌区输水，形成“四源一干”的格局。

塔河流域北倚天山，西临帕米尔高原，南凭昆仑山、阿尔金山，三面高山耸立，地势西高东低。来自昆仑山、天山的河流搬运大量泥沙，堆积在山麓和平原区，形成广阔的冲、洪积平原及三角洲平原，以塔河干流最大。

塔河流域远离海洋，地处中纬度欧亚大陆腹地，四周高山环绕，东部是塔克拉玛干大沙漠，形成了干旱环境中典型的大陆性气候。其特点是：降水稀少、蒸发强烈，四季气候悬殊，温差大，多风沙、浮尘天气，日照时间长，光热资源丰富等。气温年较差和日较差都很大，年平均日较差14～16℃，年最大日较差一般在25℃以上。年平均气温除高寒山区外多在3.3～12℃之间。夏热冬寒是大陆性气候的显著特征，夏季7月平均气温为20～30℃，冬季1月平均气温为－10～－20℃。在远离海洋和高山环列的综合影响下，全流域降水稀少，降水量地区分布差异很大。广大平原一般无降水径流发生，盆地中部存在大面积荒漠无流区。降水量的地区分布，总的趋势是北部多于南部，西部多于东部，山地多于平原；山地一般为200～500mm，盆地边缘50～80mm，东南缘20～30mm，盆地中心10mm左右。全流域多年平均年降水量为116.8mm；受水汽条件和地理位置的影响，“四源一干”多年平均年降水量为236.7mm，是降水量较多的区域。蒸发能力很强，一般山区800～1　200mm，平原、盆地1　600～2　200mm。干旱指数的分布具有明显的地带性规律：一般高寒山区小，在2～5之间；戈壁平原大，达20以上；绿洲平原，在5～20之间，自北向南、自西向东有增大的趋势。

阿克苏河流域中的库玛拉克河长298km，国内段105km，在库玛拉克河以东的河漫滩，既有河渠灌溉水的入渗，又有东侧来自高台地的径流，使温宿县托乎拉一带泉流、沼泽广布。托什干河长457km，国内段长317km，由西向东穿过乌什谷地，河谷阶地发育，在各级阶地上，渠网纵横密布，大量渠系灌溉水入渗补给地下水，又在河漫滩与低阶地溢出。库玛拉克河与托什干河在阿克苏市西大桥西北15km处汇合后称阿克苏河。阿克苏河南流13km至艾里西谷口被河床中的一条带状沙洲分为两支，西支叫老大河，东支叫新大河。新、老大河在阿瓦提县以下重新汇合，向东南流与叶尔羌河相汇成塔河。阿克苏河干流至肖夹克汇入塔河，全长132km。新大河为汛期泄洪主要河道，全长113km；老大河是阿克苏市、农一师沙井子垦区和阿瓦提县灌溉引水天然河道，全长104km。阿克苏河流域河道内水量损失计算较为复杂，库玛拉克河和托什干河普遍存在河漫滩与低阶地处的地下水溢出；阿克苏河进入平原区后，汊河较多，水系复杂，新大河和老大河两岸灌溉对河道的水量回归补给也比较明显。

和田河是目前唯一穿越塔克拉玛干沙漠的河流，是南北贯通的绿色通道，也是目前塔里木盆地三条（塔河干流、叶尔羌河下游、和田河下游）绿色走廊中保存最好的一条自然生态体系，和田河下游绿色走廊的重要性不亚于塔河下游绿色走廊。根据和田河流域来水和用水情况分析，正常年份和田河流域的水量在非汛期全部通过两渠首引至灌区，只有在汛期2～3个月有洪水下泄至和田河下游和塔河干流，因此洪水对于维持和田河流域绿色走廊的生态平衡和向下游输水起到了决定性的作用。

图3.1　塔河流域研究区范围示意图

开都河全长560km，河流出山口至博斯腾湖河段长139km，河段内水量损失率为6%。孔雀河是无支流水系，唯一源头来自博斯腾湖，其原来终点为罗布湖，后因灌溉农业发展，下游来水量急剧衰竭，河道断流，罗布湖于1972年完全干涸。孔雀河作为塔河一条重要的源流，被誉为巴州人民的“母亲河”，其下游绿色走廊与塔河下游绿色走廊共同组成塔里木盆地东北缘的天然绿色屏障。由于孔雀河下游远离交通干线，人迹罕至，该区又处于核试验禁区，再加上水资源极度匮乏，因此人们无力顾及这一地区的生态环境保护问题，见图3.1。

3.2　水资源系统要素评价

3.2.1　降水

塔河流域多年平均年降水总量1　179亿m3，占全疆降水总量的45.3%，平均年降水深117.6mm，为典型的干旱少雨地区。塔河流域位于新疆的南部地区，流域南面、西面及北面均为山区，山体高度较高，形成三面环山、东面开口的簸箕形，地形由西向东倾斜。昆仑山北坡的水汽主要来自西风气流，西风气流翻越帕米尔高原进入该流域，在自西向东运移过程中，沿途水汽含量逐渐减少，因而降水量相应的有从西向东减少的变化趋势。降水量分布的另一特点是山地多于平原，随海拔高度增加而增加，垂直地带性显著。根据各山系实测剖面资料分析，天山南坡海拔3　000m以下的递增率为10～20mm/100m，昆仑山系的递增率约为10mm/100m。塔河流域研究区多年平均降水量统计分析见表3.1。

采用本区域及相邻区域内的雨量站资料，运用泰森多边形推求该区逐年降水量系列。依据各分区年降水量系列进行频率分析计算，求得各分区不同频率的年降水量。塔河流域年降水量特征值统计见表3.2。

表3.2　塔河流域年降水量特征值统计

3.2.2　冰川

环绕在盆地四周的高山地区，由于山体高大宽厚，降水较多，且降水有一部分在低温条件下以冰、雪等固体形式储存起来，广泛发育着现代冰川。高山冰川的发育主要受气候、地势等自然因素制约，是干旱区山区水资源存在的一种特殊形式，对于内陆干旱区，冰川在水资源的构成中占有十分重要的地位。高山冰川素有“固体水库”之称，其一是指高山冰川由源头积雪、成冰到末端融化，一般要经过数十年甚至数百年的时间，也即高山冰川和冰川融水径流，对高山地区的降水变化有着多年调节作用。其二是指高山冰川在多降水的年份，能把大量固体降水储存起来，而在高温年份，又可多释放一些冰雪融水，增加河川流量，使河川径流量年际变化稳定。

塔里木盆地四周的高山区，北起天山南抵昆仑山，分布着大量的冰川。据《中国冰川水资源》统计，塔河流域内的高山冰川面积（包括国外部分）有2.322 万km2，冰川储量为24　038亿m3，每年的冰雪融水量可达171亿m3，占塔河流域地表水总量的41.9%，冰川储量十分丰富。

3.2.3　蒸发

塔河流域三面高山环列，地形复杂，具有高山与盆地相间、丘陵与平原相间、平原与沙漠相间的多种地貌组合，形成了复杂多样的气候条件和资源条件，使得水面蒸发的地区分布差异较大。其地区分布规律与气温分布相呼应，而与降水量分布相反，即水面蒸发量山区小、平原大，西部小、东部大；随着地势的升高，降水量逐渐增大，水面蒸发量则逐渐减少；受气温、湿度和风速等主要气象因素的影响，低温湿润地区水面蒸发量一般相对较小，高温干燥地区水面蒸发量相对较大。受气温、湿度等气象因素的综合影响，水面蒸发量的年内分配不均。最大连续四个月水面蒸发量占全年水面蒸发量的54%～63%，均出现在5～8月，且各月水面蒸发量较为接近。水面蒸发量的年际变化不大，较为稳定，其变幅小于降水量和径流量。最大年水面蒸发量与最小年水面蒸发量的极值比为1.15～1.96，变差系数Cv值为0.06～0.19。

塔河流域为典型的内陆河闭合流域，其陆面蒸发总量的计算依据水量平衡原理，即水资源分区陆面蒸发量＝分区降水总量＋流入分区径流量－流出分区径流量，研究区陆面蒸发量计算成果见表3.3。

表3.3　塔河流域分区陆面蒸发量

将降雨与蒸发进行对比分析，流域平原区降雨可认为全部耗于蒸发和下渗，无地表径流形成。

3.2.4　河道

1）河道泥沙特征

塔河流域内河流多发源于高山区，河流含沙量受流域内植被覆盖率和土壤等下垫面条件以及气候干旱程度、暴雨和洪水集中程度等因素的影响，各河流含沙量相差较大。流域内河流含沙量普遍较大，而塔里木盆地西南边缘的帕米尔高原东部和昆仑山北坡河流含沙量为流域乃至新疆的高值区。河流含沙量在沿程分布上自上而下逐渐增大，只有在下游水流平缓的泉水溢出带和盆地边缘，含沙量才呈现出减少的趋势。另外，河流含沙量大小还具有因流域气候干旱程度及融雪、暴雨洪水强度的增加而在短时期内剧增的特点，如喀拉喀什河乌鲁瓦提站1978年最大含沙量达401kg/m3，为多年平均含沙量的177倍。塔河流域主要河流悬移质泥沙特征值见表3.4。

表3.4　塔河流域主要河流悬移质泥沙特征值

（续表3.4）

塔河流域内含沙量年内分配很不均匀，最大月平均含沙量一般出现在5～8月，其中，大多数河流出现在7月，部分河流出现在5月、6月和8月，最小月含沙量一般出现在10月～翌年2月，其中，最小月含沙量出现在11月或1月的河流居多。年最大含沙量一般发生在5～9月，最大月份平均含沙量与年最大含沙量发生时段不同步，说明流域气候干旱程度及融雪、暴雨洪水是河流含沙量在短时期内剧增的主要原因。河流输沙量随河流径流量和含沙量大小变化而变化。输沙量的年内分配与径流、含沙量年内变化基本一致。输沙量年内分配极不均匀，且集中程度比径流量更甚。其原因是夏季气候干燥，地表岩石机械风化强烈，大量的冰雪融水和暴雨洪水携带大量泥沙，使得夏季输沙量高度集中，连续最大四个月输沙量主要集中于4～9月，其输沙量占年输沙量的88.2%～99%。流域内各河流含沙量、输沙量的年际变化差异较大，河流输沙量的年际变化规律与径流量的变化规律相一致，年径流变化大的河流，输沙量变化也大；年径流变化小的河流，输沙量变化也小。

进入塔河干流阿拉尔站的来沙量多年平均为2　228万t，其中汛期、非汛期的来沙量分别为2　003万t和225万t，占全年来沙量的89.9%和10.1%，来沙量主要集中在汛期，更集中在汛期的几场大洪水。据统计，1999年最大洪峰流量为2　280m3/s时的洪水的来沙量占汛期来沙量的74.7%。从各时段来沙量分析，20世纪70年代、90年代和2000—2004年来沙量偏少，20世纪50年代、60年代和80年代来沙量偏丰。从来沙量的年内分配来看，多年汛期、非汛期占年沙量的比例变化不大。阿拉尔站多年含沙量为4.9kg/m3，汛期、非汛期多年平均含沙量分别为6.3kg/m3和1.6kg/m3。实测最大年沙量为3　888万t（1988年），最小年沙量为966万t，最大与最小年沙量之比为4.02，详见表3.5。

表3.5　塔河干流区1956—2004年来水来沙统计

（续表3.5）

2）河道冲淤特征

1956—1999年的44年间，塔河干流全断面共淤积6.31亿m3，其中主槽淤积2.64亿m3，年平均淤积600万m3，占总淤积量的41.8%；两岸漫溢淤积3.67亿m3，年平均淤积833万m3，占总淤积量的58.2%。根据2000年的航片及今年实测大断面分析，目前阿拉尔—新其满、新其满—英巴扎和英巴扎—恰拉的水面宽分别为1　000m、600m和300m左右，按照20世纪90年代各河段冲淤量进行计算，其相应的主槽年平均淤积厚度分别为0.015m、0.01m和0.03m。近期规划实施后，对塔河干流2000—2005年河道冲淤进行了跟踪分析研究，2000—2005年塔河干流年平均淤积量为857万m3，略小于多年平均值，也略小于原预测的冲淤量（见表3.6）。2001—2002年在英巴扎—大西海子陆续修建了输水堤防。原规划成果冲淤量的预测是在阿拉尔来水来沙量分别为46.5亿m3和2　090万t的条件下，英巴扎以上河段不修筑输水堤防；英巴扎－恰拉河段修建输水堤防。英巴扎—沙子河口河段修建输水堤防后，在短时期内主槽会发生冲刷，滩地会淤积。

表3.6　塔河干流2000—2005年河道冲淤量

3.2.5　径流

1）洪水

塔河干流洪水系由三源流山区暴雨及冰雪融水共同形成。据统计，三源流域内共有冰川7　200多条，冰川总面积13　100余km2，冰川储水量1　670km3，年冰川融水量超过100亿m3，冰川融水比超过60%。因此，塔河的洪水以冰雪融水为主，凡出现峰高、量大、历时长的洪水，全系冰雪融水所致。塔里木盆地夏季常处于高压天气系统控制之下，天气晴朗，光热充足，能提供冰雪融水的热量条件，如遇气温升幅大，高温持续时间长的气候条件，河流就会发生洪水，特别是昆仑山北坡的气温是影响洪水的首要因素。暴雨洪水在天山南坡相对较多，昆仑山中低山带亦有出现。这类洪水一般表现为峰高、量小、历时短。

据阿拉尔站1956—2000年44年实测资料统计，阿拉尔的年最大洪水发生在7～9月，7月发生11次，占25%；8月发生30次，占68%；9月发生3次，占7%，由此可见，8月份是年最大洪水多发期。阿拉尔站的洪水过程形式呈单峰或连续多峰型。单峰型洪水过程是由某一条源流或三源流洪峰遭遇形成，这种类型的洪水是塔河干流大洪水的主要形式，其特点是洪峰高、洪量大，对塔河干流威胁严重；连续多峰型洪水过程是由三源流洪水交错形成，这种类型洪水的过程矮胖，洪峰一般不高，但洪量较大，历时较长，洪水沿程削减相对较少，对塔河干流威胁也较严重。

1999年以前，塔河干流沿程洪水削峰率均较大，且中游河段大于上游河段。随着阿拉尔洪峰流量的减小，沿程洪峰削减率也相应减小。在现状条件下，即使阿拉尔站的洪峰流量达2　280m3/s，到达其下游的乌斯满站已基本上没有洪峰过程。

塔河近期治理工程实施前洪水由上游传播到下游需要25天左右，其中阿拉尔—新其满2～3天，新其满—英巴扎3～5天，英巴扎—乌斯满5～7天，乌斯满—恰拉8～10天。2001年输水堤建成后，洪水传播时间有所缩短，英巴扎—乌斯满为2天左右。

2）自然状态下径流过程

协合拉水文站和沙里桂兰克水文站位于阿克苏河流域出山口，没有受到人类活动的干扰，其径流过程可认为是自然状态下。受极端干旱气候条件以及补给源的影响，塔河流域年内月水文过程表现出显著的丰枯特点：10月～翌年4月为枯水期，4～10月为丰水期，源流出山口水文站5～9月的水量就占年径流量的80%。从水文过程的起涨和消落时间看，自然水文过程的起涨时间基本上为4月，消落时间为10月。自然状态下的年内月水量变化的分析表明，自然状态下的年内水文过程水量高度集中；水量起涨与消落时间具有显著的规律性：4月起涨，10月消退；年内过程变化较大。源流区自然状态下的2个水文站12个月的来水量多年变化过程表明，多年自然月水文过程较平稳，2个出山口水文站多年月平均变异系数为0.26，其中枯水期最为稳定，多年平均为0.19；丰水期变化较大，为0.33。从各站12个月的变异系数来看，4月份的水量变动最大，其次是9月份，这恰是水文过程的起涨和消落的时间。从年际月水量的丰枯比来看，年际丰枯变化远小于年内的丰枯变化，表现出年际变化的平稳性特点。年际多年平均丰枯比为3.36，枯水期的丰枯比要小于丰水期，也就是说冬季较为稳定，夏季变化则较大。自然状态下的年际月水量变化的分析表明，自然状态下的年际水文过程变化不大，表现出较稳定的特点。阿克苏河流域多年来水过程见图3.2。

图3.2　阿克苏河流域1957—2008年自然来水过程及其变化趋势

3）人为干扰后径流过程

人类活动主要表现为水土资源的开发利用。该区土地资源的利用受到水资源条件的刚性约束，因此以农业用地为主的土地利用模式对水源条件具有高度的依赖性，形成典型的干旱区灌溉农业。1958年以来，区域内的人类修建了大量的水利设施，通过对自然径流的再调节，为农业生产服务。因此，人类对水文过程的干扰表现出与水土开发利用活动密切相关的特点。

与自然状态下的年内月水文过程相同，人类干扰后的年内月水文过程也表现出显著的丰枯特点，但丰、枯水期时间发生了变化：9月～翌年6月为枯水期，6～9月为丰水期，枯水期增长，丰水期缩短；丰水期（6～9月）的径流量占年径流的74%。在人类活动的干扰下，水文过程的起涨和消退时间产生了改变，水文过程的起涨时间基本上为6月份，与自然状态下的起涨时间相比，推迟了2个月，这是由于4～5月是农业生产大量用水的时间；而消落时间为9月份，提前了1个月。在人类活动的干扰下，多年月水量变异系数为1.24，与自然状态下的年内月水量变化相比，变化不大；但年内丰枯比则变化较大，为60.3。

与自然状态下来水相比，干扰后来水过程变得较不稳定，变异系数增大很多，以5月和6月变化最大，受人类干扰最强。多年平均的变化增大了2倍。从年际月水量的丰枯比来看，年际水量丰枯比变大，年际多年平均丰枯水量比为11.5，是自然状态下的3.4倍；年内变化也很大，丰枯水量比最小的1月达到4.13，5月和6月多年月平均丰枯水量比则高达34。随着塔河水库、拦河闸堰，引水工程等河流水利工程的兴建，年内分配不均的过程按照人类农业生产的需要进行再分配，从而改变了径流的时空分布。在人类活动的干扰下，年内水文过程发生较大变化，主要表现在：缩短了丰水期时段；使水量起涨时间延后，消退时间提前；增大了年内丰枯变化。而年际间的水文过程的变化，则由原来较为稳定变得很不稳定。

经过人类活动干扰后的丰水期来水过程（以阿拉尔水文站与新其满水文站为例）与源流自然来水过程相比，多年来水过程的丰枯变化规律基本是一致的。从来水过程的趋势来看，源流来水总体上呈增加的趋势，人类活动干扰后的来水过程却呈下降趋势，即来水量呈减少趋势。这是由于研究区人类生产和生活用水量与耗水量大大增加。随着耗水量的增加，由于区域蒸发强烈，输入到大气的蒸散发量，也随之增加。此外，水库等水利设施的修建扩大了水面面积，也大大增加了水量蒸散发损失，从而增大了水资源的损耗量，使输往下游的水量减少，但这种耗损量并未完全改变年径流的丰枯特性。分析结果表明，人类活动对年径流具有一定的干扰作用，改变了水循环要素的量，使径流年内过程发生变化，年际变化增大，但并没有改变水文过程基本规律和特性。图3.3为塔河流域人类活动干扰后的来水过程及其变化趋势。

图3.3　塔河干流区1957—2006年人类活动干扰后来水过程及其变化趋势

3.2.6　水资源量及水质

1）地表水资源量及水质评价

地表水资源量是指河流、湖泊、冰川等地表水体中由当地降水形成的、可以逐年更新的动态水量，用天然河川径流量表示。塔河流域研究区国内产水区多年平均地表水资源量为116.25亿m3，计入境外入境水量之后的河川径流总量为171.05亿m3，见表3.7。

表3.7　塔河流域多年平均地表水资源及河川径流量统计

塔河源流区河水矿化度为300～550mg/L，总硬度为150～200mg/L，属于中等矿化度水及适度硬水。出山口以后，随着海拔高度的降低，气候逐渐干燥，降水量逐渐减少，蒸发量增大，径流大量下渗，河流水量不断损失、浓缩，矿化度不断增高。至山前平原，特别是在平原灌区的下游，高盐分灌溉回归水的汇入，使河流矿化度剧增，如孔雀河年平均矿化度大于1　000mg/L，而塔河干流年平均矿化度则高达4　000mg/L以上，总硬度超过1　000mg/L，已属于高矿化度水和极硬水，已不适宜灌溉。主要河流控制断面2005年水化学特征见表3.8。

表3.8　塔河流域主要控制断面水化学特征

选择pH、溶解氧、高锰酸钾指数、化学需氧量、五日生化需氧量、铜、锌、氟化物、砷、汞、铬（六价）、铅、氰化物、挥发酚和硫化物等16项指标，采用《地表水环境质量标准》（GB　3838—2002），对塔河流域水质进行不同水期水质评价，结果见表3.9。

表3.9　塔河流域主要河段水质统计

分析表明，阿克苏河流域上游托什干河、库玛拉克河水质优良，全年各时段水质均为Ⅰ类；阿克苏河年平均水质为Ⅲ类；开都河水质较好，全年各时段水质均为Ⅱ类；孔雀河水质较差，主要超标项目为化学需氧量；塔河检测了阿拉尔、新其满、英巴扎和恰拉四个断面，水质在Ⅲ类以上，化学需氧量是主要超标项目。各流域河段的全年水质类别统计见表3.10。

表3.10　塔河流域各流域河段的全年水质类别

2）地下水资源量及水质评价

地下水是指赋存于饱水带岩土空隙中的重力水。地下水资源评价的对象是当地大气降水和与地表水体有直接水力联系的浅层地下水。平原区地下水资源量评价方法采用地下水均衡法，评价的目标有平原区地下水各补给量、总补给量、地下水资源量和降水入渗补给形成的河道排泄量等。塔河流域平原区浅层地下水资源量统计情况见表3.11。

表3.11　塔河流域平原区多年平均浅层地下水资源量

由表可知，地下水补给量中以河道渗漏补给量、渠系渗漏补给量、渠灌田间入渗补给量为主，分别占总补给量的43.2%、31.2%、15.8%。

山丘区地下水资源评价采用排泄量法，以排泄量推算补给量。山丘区排泄量计算项目包括河川基流量、山前泉水溢出量、山前侧向流出量。潜水蒸发量、浅层地下水实际开采量以及浅层地下水实际开采净消耗量。

塔河流域山丘区多为寒冷峻峭的高山区，人烟稀少，地下水开采量很少，同时在平原区与山丘区交界处未纳入地表水资源量的山前泉水溢出量也很少，因此，只计算河川基流量和山前侧向流出量，即山丘区地下水资源量＝山丘区地下水总排泄量＝河川基流量＋山前侧向流出量。山丘区多年平均地下水资源量统计见表3.12。

表3.12　塔河流域山丘区多年平均地下水资源量

塔河流域地下水资源水质较好，可供给生活用水与工业用水；极端干旱条件下，可作为应急水源，用于缓解旱情。

3）水资源演变情势分析

塔河流域研究区内的地下水资源受多种因素影响，如降雨、河川径流和农业灌溉等，且地下水资源不参与水资源配置，这里不作深入讨论。对于地表水资源，主要分析天然河川径流的演变规律。重点分析塔河上游源流即阿克苏河流域的径流演变情况。所采用的水文站均为出山口水文站，径流资料可视为天然河川径流量，各水文站均采用1958—2008年51年的径流资料。水文序列一般由确定成分和随机成分组成，包含周期性、非周期性（趋势、突变等）和随机性等方面。年径流量的周期性分析采用复Morlet小波法，年径流量的趋势分析采用Kendall秩次相关检验法，突变分析采用累积距平统计分析法，随机持续分析采用R/S法（Hurst指数分析）。

复Morlet小波与径流时间序列的波形很相近，且在时频域局部性较好，故本书采用复Morlet小波对流域径流序列进行小波分析。将时间域上的关于尺度伸缩因子的所有小波变换系数的平方进行积分即为小波方差，小波方差随尺度伸缩因子的变化过程称为小波方差图。它反映了波动的能量随尺度的分布，可以确定一个序列的主要尺度周期。由于进行小波分析需要较长时间的水文序列才能更加全面的体现出周期性特征，因此本书只分析塔河干流上游阿拉尔站的年径流周期性，以示参考。由图3.4（a）分析可知，塔河干流上游存在着年际尺度6年和年代际尺度14年两个层次周期，且主震荡周期为14年。图中绘出了年径流序列复Morlet小波变换系数的实部的时频分布，正值用实线表示，表示径流量偏多；负值用虚线表示，表示径流量偏少。其中13～15年周期性表现十分突出，其中心尺度为14年，主要发生在1958—1971年和1999—2007年，而且尺度比较稳定。4～7年周期性变换较强，其中心尺度为6年。

图3.4　年径流量的复Morlet小波变换分析

年径流量的变化趋势反映了径流演变的总体规律，Kendall秩次相关检验法对序列趋势变化的定量分析效果较好，其基本原理如下：式中：P——序列所有对偶观测值（Xi，Xj，i＜j）中Xi＜Xj出现的次数；N——序列长度。U为正，序列具有上升趋势；U为负，序列具有下降的趋势。若U的绝对值大于或等于1.96，则表示通过了置信度95%的显著性趋势检验。通过计算可以得到沙里桂兰克水文站统计量Zc为3.679，协合拉水文站为4.443，表明阿克苏河流域径流整体上呈现出显著的正变化趋势，通过95%显著性检验；阿拉尔水文站为－1.941，英巴扎水文站为－4.475，恰拉水文站为－6.311，表明塔河干流三个水文站的径流量具有明显的下降趋势，且从上游到下游趋势越加明显，这与中游水资源缺乏合理使用配置有密切联系，中游水资源量损耗较大，导致下游来水量逐渐减少。

R/S的基本思想是改变样本序列的时间尺度，研究其在不同尺度范围内的统计规律，从而进行大小时间尺度间的相互转换。通过Hurst指数，可以判定径流时序的状态持续性及其记忆长度。Hurst指数是R/S分析法的一个十分稳定有效的统计量（0≤H≤1），它是现象的表征参数。若H＝0.5，径流序列为随机序列；0≤H＜0.5，径流序列为一种反持久性序列，如果时序先前有上升趋势，那么它将会有下降趋势；0.5＜H≤1，径流序列具有状态持续性，存在长期记忆性，表现为分形时间序列，即未来与过去呈现相同的变化趋势，且其记忆性不随时间标度而变化，不同增量（日、周、月、年等）序列间具有相同的统计规律，而且H越接近1，序列的持续性程度越强，反之越弱。通过MATLAB编程计算得到沙里桂兰克水文站H为0.938　3，协合拉水文站H为0.838　4，两者均大于0.5，即径流序列具有状态持续性，表现出阿克苏河流域整体径流量未来继续具有逐年增加的趋势；阿拉尔水文站H为0.519　3，英巴扎水文站H为0.79，恰拉水文站H为0.974　8，塔河干流三个站的H均大于0.5，即径流序列具有状态持续性，表现出径流量未来继续具有逐年下降的趋势。

由于一个水文站的径流变化具有一定的规律性，逐年径流量的变化波动在一定范围之内（除去突变年份），所以采用均值突变可以较好的反映径量流的变化情况，采用累积距平统计法分析径流突变。阿克苏河流域和塔河干流区分析结果见图3.5、图3.6。由图3.5可以看出，阿克苏河流域两个水文站均在1993年发生明显趋势变化，故1993年为突变点。由图3.6可以看出，塔河干流三个水文站均在1978年发生明显趋势变化，故1978年为突变点，其中上游阿拉尔站年均径流量变化波动频繁，这是因供水来源于三条支流，受其影响较大。

图3.5　阿克苏河流域径流序列累积距平曲线

图3.6　塔河干流区域径流序列累积距平曲线

4）水资源整体特征

塔河流域研究区地表水、地下水同出一源，均来自山区降水。降水所形成的河道径流在出山口后，经山前冲积扇和冲积平原，经历了地表水与地下水的频繁转换，且地下水补给的90%以上来自地表水。地表水、土壤水和地下水在频繁转换过程中，以“液体”转化为“气体”的形式全部消耗于大气中。不同转化形式、地点、时间产生不同的效益。三水转换与水量消耗形式是干旱内陆河流域水资源系统的最大特点。塔河流域研究区水资源整体特征可总结为以下四点：

（1）地表水资源形成于山区，消耗于平原区，冰川直接融水占总水量的48%，由降水直接形成的占52%。

（2）地表径流的年际变化较小，研究区的最大和最小模比系数为1.36和0.79，而且各河流的丰枯多数年份不同步。

（3）河川径流年内分配不均。6～9月份来水量占到全年径流量的70%～80%，大多为洪水，且洪峰高，起涨快，洪灾重；灌溉季节中，3～5月份来水量仅占全年径流量的10%左右，极易造成春旱。

（4）平原区地下水资源主要来自地表水转化补给，不重复地下水补给量仅占总水量的6.9%。

3.2.7　水资源可利用量(www.xing528.com)

1）地表水资源可利用量计算原则

地表水资源可利用量，是指在可预见的时期内，在统筹考虑生活、生产和生态环境用水，协调河道内与河道外用水的基础上，通过经济合理，技术可行的措施可供河道外一次性利用的最大水量（不包括回归水重复利用量）。在估算地表水资源可利用量时，从以下几个方面加以分析：

（1）地表水资源的合理开发。所谓合理开发是指要保证地表水资源在自然界的水文循环中能够继续得到再生和补充，不致显著地影响到生态环境。地表水资源可利用量的大小受生态环境用水量多少的制约，在生态环境脆弱的地区，这种影响尤为突出。将地表水资源的开发利用程度控制在适度的可利用量之内，即做到合理开发，既可对经济社会的发展起促进和保障作用，又不至于破坏生态环境；无节制、超可利用量的开发利用，在促进了一时的经济社会发展的同时，会给生态环境带来不可避免的破坏，甚至会带来灾难性的后果。

（2）地表水资源可利用量是一次性的，回归水、废污水等二次性水源的水量都不能计入地表水资源可利用量内。

（3）确定的地表水资源可利用量是最大可利用水量。

（4）伴随着经济社会的发展和科学技术水平的提高，人类开发利用地表水资源的手段和措施会不断增多，河道内用水需求以及生态环境对地表水资源开发利用的要求也会不断变化，显然，地表水资源可利用量在不同时期将会有所变化。

（5）在估算地表水资源可利用量时，各地应根据流域水系的特点和水资源条件，在水资源紧缺及生态环境脆弱的地区，应优先考虑最小生态环境需水要求，可采用从地表水资源量中扣除维护生态环境的最小需水量和不能控制利用而下泄的水量的方法估算地表水资源可利用量。

2）地下水资源可开采量计算原则

地下水资源可开采量是指在可预见的时期内，通过经济合理、技术可行的措施，在不致引起生态环境恶化条件下允许从含水层中获取的最大水量。塔河流域内地下水可开采量在计算时，应考虑以下几个基本原则：

（1）以灌区内地下水矿化度小于2g/L的总补给量作为确定地下水可开采量的基础。

（2）分析典型流域地下水可开采量，考虑各流域的不同特征，从多种角度分析制定可开采系数，以此计算各流域地下水可开采量。

（3）考虑到塔河流域各项水利工程建设的逐步完善，地下水转化补给量减少的缓慢性，当前部分流域土壤盐渍化的严重性，以及地下水开采具有的增水、降盐、调蓄的“三大作用”，在适宜地区加大地下水开采力度是必要的。

（4）塔河流域生态环境十分脆弱，地下水是经济社会发展的重要水源，是干旱区天然植被的主要供水水源，也是维持绿洲生态稳定的重要因素。因此，地下水的开发利用应该坚持统筹兼顾、总量控制、保护优先、合理开发的原则，与灌区盐碱地改良、农业节水建设有机地结合起来，充分发挥地下水开发利用的综合效益。

（5）防治土壤盐渍化，保证绿洲内天然植被耗水，有效地利用水资源，关键是合理地调控地下水位。干旱区植被耐旱性较强，根系深度较大。一般草本植物的根系0.6～1m，木本植物可达2～4m，为此可以将地下水位埋深控制在裸地深度为3m左右，这样既减少了裸地无效蒸发量，又不至于影响天然植被正常吸取地下水。

按照以上原则确定塔河流域的平原区地下水可开采量及实际开采量。塔河干流流域的平原区无地下水开采，因为干流流域的天然植被主要依靠地下水生存，地下水不进行开采比较符合实际情况。地下水可开采量统计见表3.13。

表3.13　塔河流域平原区地下水可开采量统计

3）水资源可利用总量计算方法

水资源可利用总量是指在可预见的时期内，在统筹考虑生活、生产和生态环境用水的基础上，通过经济合理、技术可行的措施在当地水资源中可资一次性利用的最大水量。水资源可利用总量的计算，可采取地表水资源可利用量与浅层地下水资源可开采量相加再扣除地表水资源可利用量与地下水资源可开采量两者之间重复计算量的方法估算。两者之间的重复计算量主要是平原区浅层地下水的渠系渗漏和渠灌田间入渗补给量的开采利用部分，可采用式（3.4）、式（3.5）估算：

Q总＝Q地表＋Q地下－Q重 　　　　（3.4）

Q重＝ρ（Q渠＋Q田）　　　　（3.5）

式中，Q总——水资源可利用总量（m3）；Q地表——地表水资源可利用量（m3）；Q地下——浅层地下水资源可开采量（m3）；Q重——重复计算量（m3）；Q渠——渠系渗漏补给量（m3）；Q田——田间地表水灌溉入渗补给量（m3）；ρ——可开采系数，是地下水资源可开采量与地下水资源量的比值。

若只考虑地表水资源，即地表水资源可利用量即为水资源可利用总量。《塔河流域“四源一干”地表水水量分配方案》明确规定了各源流在不同来水保证率下的下泄水量和各源流的耗水量，来水保证率为75%及以上时，叶尔羌河流域无下泄水量，阿克苏河流域为主要供水水源地，和田河流域与开－孔河流域有少量下泄水量。在计算地表水资源可利用量时，以阿克苏河流域为主要供水水源，确定不同来水保证率下阿克苏河流域地表水资源量。扣除河道损失水量（包括蒸发和渗漏损失水量）与阿克苏河下泄水量，即为阿克苏河流域地表水资源可利用量。阿克苏河下泄水量、和田河下泄水量与开－孔河下泄水量之和为塔河干流区来水量，扣除河道损失水量（仅包括蒸发损失水量）、河道内生态基流需水量与天然植被需水量，即为塔河干流区地表水资源可利用量。计算公式如下：

W阿克苏河流域地表水可利用量＝W地表水资源量－W阿克苏河流域河道损失水量－W阿克苏河下泄水量　　　　（3.6）

W塔河干流区地表水可利用量＝W阿克苏河下泄水量＋W和田河下泄水量＋W开－孔河下泄水量

－W塔河干流区河道损失水量－W塔河干流河道内生态基流需水量－W塔河干流天然植被需水量　　　　（3.7）

4）不同来水保证率下地表水可利用量

选取阿克苏河流域出山口水文站为代表站，即位于托什干河上游的沙里桂兰克水文站和位于库玛拉克河上游的协和拉水文站，水文站分布见图3.7。通过计算分析沙里桂兰克水文站与协和拉水文站的年径流深，得出两者的相关系数r为0.5，可认为阿克苏河两条支流托什干河与库玛拉克河的水文频率具有同步性。利用水文站1956—2006年51年的长系列来水数据进行适线，适线法采用P－Ⅲ型曲线，得到阿克苏河流域地表水资源量特征值，见表3.14。

图3.7　塔河流域水文站分布

表3.14　阿克苏河流域地表水资源量特征值统计

《塔河流域“四源一干”地表水水量分配方案》规定了塔河流域各源流在不同来水保证率下的下泄水量（见表3.15），控制断面下泄水量依据《塔河流域近期综合治理规划报告》确定的多年平均来水条件下的下泄水量指标确定。

表3.15　不同来水保证率下塔河流域各源流来水量

注：开－孔河流域来水的4.5亿m3，其中2.5亿m3用于塔河干流下游灌区灌溉，2.0亿m3用于改善塔河干流下游天然植被。

由式（3.6）与式（3.7）计算得到不同来水保证率下的各水资源分区地表水可利用量（见表3.16、表3.17）。来水保证率为75%时，阿克苏河流域地表水可利用量为36.92亿m3，塔河干流区地表水可利用量为7.45亿m3；随着来水保证率的提高，各水资源分区的地表水可利用量逐渐减少，极端干旱条件下（来水保证率为95%），阿克苏河流域地表水可利用量为32.00亿m3，塔河干流区地表水可利用量为5.69亿m3。

表3.16　阿克苏河流域不同来水保证率下地表水资源可利用量

表3.17　塔河干流区不同来水保证率下地表水资源可利用量

3.3　干旱等级划分

分别计算阿克苏河流域主要代表水文站沙里桂兰克站（托什干河河）1957—2006年的SRI值和协合拉站（库玛拉克河）1956—2006年的SRI值，塔河干流流域主要代表水文站阿拉尔站1958—2007年的SRI值，其对比结果分别见图3.8～图3.10。

图3.8　沙里桂兰克水文站1957—2006年SRI指标值

图3.9　协合拉水文站1956—2006年SRI指标值

图3.10　阿拉尔水文站1958—2007年SRI指标值

采用皮尔逊Ⅲ（P－Ⅲ）型曲线分别对以上水文站的长系列来水数据进行适线，见图3.11～图3.13。结果见表3.18。

图3.11　沙里桂兰克站1957—2006年不同频率来水径流量

图3.12　协合拉站1956—2006年不同频率来水径流量

图3.13　阿拉尔站1958—2007年不同频率来水径流量

表3.18　阿克苏河流域和塔河干流流域干旱等级和来水频率

从表中可以看出，在来水频率小于50%时无旱，来水频率50%～81%时为轻度干旱，来水频率80%～90%时为中度干旱，来水频率90%～95%时为重度干旱，来水频率大于95%时为特大干旱。为便于水资源调配计算，分别选取80%、90% 和95%来水频率的径流量代表阿克苏河流域中度干旱年、重度干旱年和特大干旱年的来水量，作为以后章节水资源配置计算所采用的来水量。

3.4　水资源分区

塔河流域地域广大，根据水系及水资源分布状况，水资源利用分区划分为2个水资源二级区和6个三级区，与《全国水资源综合规划》水资源利用分区基本一致，略有不同。水资源分区见表3.19。

表3.19　塔河流域水资源分区及流域概况

3.5　水资源开发利用现状

3.5.1　现状年供水结构分析

根据《2005年新疆塔河流域水资源公报》，现状水利工程供水量统计结果见表3.20。

表3.20　塔河流域现状水利工程供水统计

注：塔河干流区地下水开采量未参与水平衡计算。

从表中可见，地表水供水量为108.26亿m3，占总供水量的92.54%。其中，水库供水量18.49亿m3，占地表水总供水量的17.08%；引水工程供水量为87.34亿m3，占地表水总供水量的80.68%；提水工程供水量为2.43亿m3，占地表水总供水量的2.24%。地下水总供水量为8.73亿m3，其中开－孔河流域地下水占供水量的比重相对较高。

3.5.2　现状年用水结构分析

根据《2005年新疆塔河流域水资源公报》，现状年用水结构统计结果见表3.21。总用水量为116.99亿m3，其中农田灌溉为主要用水量，占总用水量的72.37%；其次是林牧渔畜用水量，占总用水量的23.34%；工业、城镇公共、生活和生态的用水量均较少，分别占总用水量的1.41%、0.26%、1.05%和2.05%。生态与生产用水量存在严重的分配失衡，而生态用水量是否合理将直接影响到生态状况。

表3.21　塔河流域研究区现状年用水结构统计表

3.5.3　水资源开发利用现状评价

塔河流域多年平均天然径流量398.3亿m3，不重复地下水资源量30.7亿m3，水资源总量429.1亿m3。目前流域水资源年利用量接近300亿m3，水资源利用率接近70%，在干旱年份水资源利用率甚至达到80%，已接近国际公认40%合理水平的2倍，造成了脆弱生态环境的持续恶化。另外，调查发现，一些非“四源一干”区域由于缺乏统一规划，水资源开发利用正处于一种无序的状态。目前流域内枢纽工程的建设和布局仍不够完善，2005年流域共有大中型水库64座，然蓄水工程总库容仅为35.3亿m3，且以蒸发渗漏损失严重的平原水库为主。2005年，流域蓄水工程供水量仅占地表水总利用量的5.7%（同期全国为33%），而河流直接引水占89.8%（同期全国为37.5%）。各源流来水过于集中的特征与缺乏控制性骨干工程的调节不相适应，造成来用水过程极不协调，常常一年内春受旱、夏受洪，造成洪水漫溢与缺水并存。

流域地下水年可开采量90.5亿m3，2005年共有配套机电井1.25万眼，开采量为12.2亿m3，仅占地下水可开采量的13.5%。另外，调查发现，由于流域缺乏对地下水的开发利用规划与监管，往往在流域水资源丰沛的地区，地下水水位高而开发滞后，不利于水资源的重复利用和土壤排碱；而在缺水地区，地下水又严重超采，造成各水系上中游灌区引水过多，地下水位上升，土壤发生次生盐渍化；下游缺水断流，又超采地下水，而导致沙漠化扩大。

2005年流域总供水224.0亿m3，其中向农业供水量214.7亿m3，占总供水量95.8%，远高于全国同期63.6%的水平，而灌溉水利用系数不足0.4。农业用水比重过大且用水效率低下是目前流域农业用水的主要特征，是流域改善用水结构及发展节水的关键所在。

近年来，流域渠系建设取得一定成效，但目前衬砌率仍较低，2005年流域干支斗农四级固定渠道衬砌率仅为26.35%，这与流域多为渗透性强的沙性土很不协调；渠系建筑物配套率也较低，且损毁严重，当前渠系水利用系数只有0.32～0.46。流域节水灌溉面积以渠道防渗灌溉面积为主，漫灌仍比较普遍，综合毛灌溉定额高达795m3/亩。近年来，滴灌以其节水增产效果好而发展较快；低压管道灌溉投资较低、技术要求简单，容易为广大农户所接受，也发展较快；而喷灌由于流域多风不太适宜，发展速度放缓。调查发现，高标准田间灌溉工程虽然节水效果好，但洗盐效果差，这是目前流域发展先进灌水技术亟须解决的问题。

流域内农户以少数民族为主，贫困人口多，因此目前农业用水水价较低，流域的农业用水水价一般在0.02～0.05元/m3，绝大部分灌溉管理单位所收水费还低于运行成本。水价低、农户文化素质低造成承包、租赁、拍卖、股份合作、农民用水者协会等先进管理体制目前还很难推行。调查发现，尽管有关部门对农民用水者协会进行了较多宣传和培训，但由于文化水平低等原因，已成立的农民用水者协会基本未发挥应有作用。

目前流域适宜的灌溉管理体制是实行供水到户政策，即推行配水、量水、建账、收费“四到户”，实行水量、水价、水费“三公开”，实施行风监督员监督，以从根本上扭转喝大锅水、人情配水、乱收费、乱摊派等各类搭车收费现象，清理农民不合理的水费负担，提高农民节水意识。调查发现，供水到户政策落实较好的地区，农户对于这种“浇放心水、交明白钱”的体制非常满意；而尚未完全贯彻落实的地区，仍实行按亩收费，并存在人情配水、搭车收费等现象。

尽管各级政府对违法开荒问题非常重视，但流域棉花、红枣、核桃等经济作物价格的持续上扬，以及流域主要依靠增加耕地面积来发展农业的粗放型发展模式，造成了目前仍在继续的严重开荒现象。据不完全统计，近年来流域灌溉面积呈不断扩大的趋势，1989—2005年间总灌溉面积以28.2万亩/年的速度递增，其中以林果灌溉面积增速最大，平均以19.95万亩/年的速度递增；农田灌溉面积次之，以14.1万亩/年的速度递增。2005年流域总灌溉面积达到3　668.4万亩，其中农田灌溉面积1　831.35万亩，林果灌溉面积747.9万亩。

新开荒土地的灌溉耗尽了近年来流域开源节流的水量，形成了开源节流—开荒—缺水—挤占生态水的恶性怪圈。违法开荒也已造成天然植被毁坏、用水局势紧张、原有良田受旱、争水矛盾突出、地下水位下降、沙漠化危害加剧等一系列不良后果。在流域上游用水较为方便地区，由于水稻产值较高，种植仍较为普遍，2005年流域水稻种植面积732.45亩。对于水资源极度缺乏的干旱地区来说，目前水稻种植面积仍然偏高。水稻灌溉定额在当地气候条件下非常高，如和田地区墨玉县水稻灌水次数高达18次之多，灌溉定额高达1　365m3/亩；相比之下棉花灌水次数为5次，灌溉定额390m3/亩，小麦灌水次数为6次，灌溉定额440m3/亩。

流域经济作物因品质优良、产量稳定而具较高收益，是今后种植结构调整的重要方向。但流域农户尤其是少数民族农户，习惯于粮食作物种植，也未掌握经济作物的科学种植技术；同时作为一个具有独特地理位置和气候特征的流域，在引进新的作物品种时，往往缺乏当地条件下的科学灌溉、培育等试验资料，给种植结构的优化调整带来了一定的困难。

干旱、多风的气候特征及不合理人类的生产活动使目前流域沙漠化土地面积已占到流域总面积75%左右，沙漠化强度也不断提高，甚至表现为流动沙丘、沙地景观。土地沙漠化导致气温上升，旱情加重，大风、沙尘暴日数增加，植被衰败，道路、农田及村庄埋没，严重威胁绿洲生存和发展。另外，塔里木盆地是一个封闭的内陆盆地，土壤普遍积盐，形成大面积的盐土。由于水资源利用不合理，灌排不配套等原因，流域灌区土壤次生盐碱化十分严重，盐碱化耕地面积占耕地总面积约40%，因盐碱化而弃耕的土地面积超过900万亩。

3.6　水文循环

与西北干旱区众多内陆河流一样，塔河流域的上游山区径流形成于人烟稀少的高海拔地区，河道承接了大量冰雪融水和天然降雨；径流出山口后以地表水与地下水两种形式相互转化，大量径流滋养了绿洲生态系统，创造了富有生气和活力的绿洲农业，为水资源主要的开发利用区和消耗区；其后径流流入荒漠平原区，地表水转化为地下水和土壤水养育了面积广阔的天然植被，并随着水分的不断蒸发和渗漏，最终消失或形成湖泊。塔河流域的水文循环基本过程见图3.14。水文循环描述为山区水文过程：绿洲水文过程与荒漠水文过程：山区水文过程主要以出山口径流及少量地下水潜流形式转化为绿洲水文过程，绿洲水文过程受人类社会经济活动影响而变化剧烈并影响着荒漠水文过程。

图3.14　塔河流域水文循环

降水、蒸发和径流等水文要素垂直地带性分布规律明显。从高山、中山到山前平原，再到荒漠、沙漠，随着海拔高程降低，降水量依次减少，蒸发能力依次增大。高山区分布着丰厚的山地冰川，干旱指数小于2，是湿润区；中山区是半湿润区，干旱指数2～5；低山带及山间盆地是半干旱区，干旱指数5～10；山前平原，干旱指数在8～20，是干旱带；戈壁、沙漠，干旱指数在20以上，而塔克拉玛干沙漠腹地和库木塔格沙漠区可达100以上，是极干旱区。河流发源于高寒山区，穿过绿洲，消失在荒漠和沙漠地带。而山前平原中的绿洲是最强烈的径流消耗区和转化区。

塔里木盆地四周高山环抱，在地质历史时期，由于地壳运动的作用，褶皱带成为山区，沉降带组成盆地。山区降水所形成的地表河流，均呈向心水系向盆地汇集。地表河流在向盆地汇水的径流过程中，经历了不同的岩相地貌带，转化补给形成了具有不同水力特征的地下水系统，即潜水含水系统—潜水承压水系统—承压水系统。山前地带沉积有厚度很大的第四纪冲洪积层，河流出山口进入山前带后发生散流渗漏，大量补给地下水，成为平原区地下水的形成区。该地带岩性颗粒粗大，地下水径流强，形成单一结构、水质优良的潜水富集区。在山前带冲洪积扇以下的冲洪积平原或冲洪积—湖积平原区，河流流量变小或断流，地下水获得的补给有限，由于岩性颗粒变细，含水层富水性变差，且上部潜水已大部盐化，仅在地下深处埋藏有水质较好、水量较小的空隙承压水。由此可见，以水流为主要动力的干旱内陆河流域山前冲洪积扇缘、潜水溢出带、冲积平原的水文地质和土壤具有明显的分带性。从水文地质条件看，从单一结构的潜水含水层逐步过渡到潜水与承压水的二元结构；地下水由水平径流逐步过渡到垂向运动，地下水埋深由深变浅，水质由好逐渐溶解、浓缩为微咸水；土壤由粗颗粒的沙质土逐渐过渡到细颗粒的黏性土，含盐量与有机质逐渐增加。为此，要选择适应于这类水文地质条件与土壤条件的产业结构布局、灌排技术体系、水资源及地下水利用和保护模式，制定适应于流域水文地质条件的地下水开发利用的模式。

根据干旱区内陆河流域地形地貌和水资源形成、运移与消耗过程的特点，无论从来水和用水的角度，还是从利用和保护的角度来看，对一个流域来说，山区、绿洲和荒漠生态是一个完整的水循环过程，是内陆干旱区水文系统的三大组成部分。绿洲水循环强烈的人为作用与荒漠水循环自然衰竭变化是一个自上而下响应敏感的单向过程。绿洲经济和荒漠生态是内陆干旱区水资源利用的两大竞争性用户，处于河流下游的荒漠生态用水，在不受水权保护的情况下，只能是被动的受害者。然就干旱区内陆河流域水资源合理利用、生态环境保护而言，绿洲水文与荒漠水文是一个有机的整体。

3.7　生态问题

塔河流域的植被由山地和平原植被组成。山地植被具有强烈的旱化和荒漠化特征，中、低山带多寒生灌木，寒生灌木是最具代表性的旱化植被；高山带有呈片分布的森林和灌丛植被及占优势的大面积旱生、寒旱生草甸植被。

干流区天然林以胡杨为主，灌木以红柳、盐穗木为主，另有梭梭、黑刺、铃铛刺等，草本以芦苇、罗布麻、甘草、花花柴、骆驼刺等为主。它们生长的盛衰、覆盖度的大小，随水分条件的优劣而异。林灌草生长较好的主要分布在阿拉尔到铁干里克河段的沿岸，远离现代河道和铁干里克以下都有不同程度的抑制或衰败。塔河流域（平原区）天然植被面积统计见表3.22。

表3.22　塔河流域天然植被面积

塔河流域土地沙漠化十分严重，根据1959年和1983年航片资料统计分析，24年间塔河干流区域沙漠化土地面积从66.23%上升到81.83%，上升了15.6%。其中表现为流动沙丘、沙地景观的严重沙漠化土地上升了39%。塔河干流上中游沙漠化土地集中分布于远离现代河流的塔河故道区域。下游土地沙漠化发展最为强烈，24年间沙漠化土地上升了22.05%，特别是1972年以来，大西海子以下长期处于断流状态，土地沙漠化以惊人的速度发展。在阿拉尔地区严重沙漠化土地，已由1958—1978年年均增长率0.475%上升到1978—1983年年均增长率2.126%；中度沙漠化土地年均增长率亦由0.051%增加到0.108%。土地沙漠化导致气温上升，旱情加重，大风、沙尘暴日数增加，植被衰败，交通道路、农田及村庄埋没，严重威胁绿洲生存和发展。

塔河流域高山环绕盆地，荒漠包围绿洲，植被种群数量少，覆盖度低，土地沙漠化与盐碱化严重，生态环境脆弱。按照水资源的形成、转化和消耗规律，结合植被和地貌景观，塔河流域生态系统主要分为径流形成区的山地生态系统，径流消耗和强烈转化区的人工绿洲生态系统，径流排泄、积累及蒸散发区的自然绿洲、水域及低湿地生态系统，严重缺水区或无水区的荒漠生态系统。由于自然环境演变和人类活动的加剧，塔河流域的生态系统发生了较大的变化，主要表现为“四个增加、四个减少”，即人工水库、人工植被、人工渠道、人工绿洲生态系统增加，自然河流、天然湖泊、天然植被、天然绿洲生态系统减少。生态系统演变的趋势，可以概括为“两扩大”和“四缩小”，即人工绿洲与沙漠同时扩大，而处于两者之间的自然林地、草地、野生动物栖息地和水域缩小。

用生态脆弱性指数作为评价标准，阿克苏河流域的生态脆弱性属轻微脆弱，叶尔羌河流域为一般脆弱，和田河流域属中等脆弱；塔河干流区上游的属一般脆弱，中游属中等脆弱，下游属严重脆弱。

3.8　本章小结

本章对降水、冰川、蒸发、泥沙、径流等水资源系统要素进行了评价，分析了自然径流过程和人工平拢后的径流过程；分析了地表水、地下水资源的数量及质量趋势；介绍了地表、地下水资源可利用量计算原则与方法；根据水文及水资源分布分别对水资源分区。

详细阐述了流域的水资源开发现状、水文循环和生态问题。