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我国河西内陆河流域地处西北干旱区,水资源匮乏,因此当地绿洲发展对所属内陆河水资源的依赖程度很高。本文以疏勒河干流流域、黑河干流中游地区、石羊河流域为案例区,使用系统动力学、多元线性规划等多种方法,基于1954-2010年疏勒河年平均出山径流量、1954-2011年黑河中游水资源使用量、1956-2011年石羊河年平均出山径流量、1960-2050年三大河流模拟冰川融水量,1996-2010年流域内各灌区水资源供应量、供水定额、各类农作物灌溉定额、农作物种植类型、农作物及林草地种植面积和农产品价格等资料,从出山径流与冰川融水径流两个层面,深入剖析了二者变化对三大内陆河流域绿洲农业、生态与经济发展的影响与程度。根据IPCC所给未来气候变化情景,就未来冰川融水径流变化对流域绿洲农业、生态与经济发展影响进行了初步预估。通过实地调研,评价了当地已有适应性措施的实施效果。 (一)出山径流变化对河西三大河流域绿洲系统的影响(1)到2020年,若三大河流的出山径流量以过去60年的线性趋势变化时,疏勒河、黑河用于农业、生态的水资源量将因出山径流量的增加而呈增加之势,当地农田灌溉面积和生态面积增加,农业与生态产值将提高;相反,石羊河流域用于农田灌溉和生态建设的水量将呈减少趋势,相应地农田灌溉面积和林草地面积亦将减少。 (2)到2020年,若出山径流量在2010年径流量的基础上分别减少5%、10%、15%,三大流域的农田灌溉面积和生态面积均有不同程度减小。当地农业和生态受径流量减小的影响程度为:疏勒河流域>黑河流域>石羊河流域。表明在西北干旱区,水资源相对丰富的地区,农业和生态对地表水的依赖程度高;而水资源相对匮乏的地区,农业及生态对地下水的依赖程度增加。 (二)冰川融水径流变化对河西三大河流域绿洲系统的影响(1)若疏勒河、黑河与石羊河干流2000s的出山径流量分别与1960s、1970s、1980s、1990s相同,受出山径流量变化的影响,疏勒河流域总产值分别依次为2000s的65.8%、69.6%、70.5%、76.2%;黑河流域中游地区总产值分别依次为2000s的110.3%、104.1%、103.3%、100.6%;石羊河流域总产值分别依次为2000s的101.7%、99.8%、104.1%、96.4%。说明过去50年,出山径流对疏勒河绿洲的贡献总体增强,对黑河绿洲的贡献总体减弱,对石羊河绿洲的贡献总体保持平稳,略有波动。 (2)若2000s的冰川融水补给量和出山径流量均分别与1960s、1970s、1980s、1990s相同,疏勒河流域冰川融水能够灌溉的林地面积将为目前实际林地面积的23.1%、25.7%、26.9%、33.0%,黑河流域中游地区冰川融水能够灌溉的林地面积将为目前实际林地面积的10.9%、10.3%、9.9%、9.8%,石羊河流域依次为3.3%、3.1%、7.2%、2.9%。疏勒河流域冰川融水能够灌溉的草地面积分别为目前实际草地面积的24.0%、27.0%、28.3%、33.0%;黑河流域中游地区为9.7%、9.1%、8.7%、8.7%;石羊河流域依次为3.3%、3.1%、7.2%、2.9%。表明冰川融水对绿洲的贡献主要受冰川融水补给率的影响,因此在三大内陆河流域,西部冰川融水对绿洲贡献率大于东部。 (3)在IPCC所给出的未来气候变化情景下,冰川融水变化对不同流域绿洲未来发展状况的影响不尽相同。受冰川融水增加的影响,疏勒河流域总产值、农业产值和生态产值将均呈增长趋势,且在2030年以前,各类产值受情景的影响不明显,随着时间的推进,各情景对产值的影响逐渐增加;在黑河流域中游地区,受冰川融水径流的影响,总产值、农业产值和生态产值均呈总体减少趋势,且在2010-2012年减少后,2012-2030年出现缓慢增长,2030年后减少趋势明显;未来40年,石羊河流域因冰川融水量变化导致的生态林草地面积与当地农田灌溉面积均呈减少趋势,而农业产值及生态产值受单位面积农田及林草地收益的市场价格提高等因素的影响,总体也呈减少趋势,此外,不同情景对石羊河流域的农业产值、生态产值、农田灌溉面积、林草地面积的影响差异较小,但2045年以后,不同情景下冰川融水变化对当地绿洲农业、生态的影响增大,且呈现B1情景>A2情景>A1B情景。 (三)已有适应性措施的经济、生态效果(1)种植结构优化调整利用多元线性规划方法对疏勒河流域双塔灌区农作物种植结构进行合理规划,能够在不对当地社会和生态环境产生负面影响的前提下,最大程度提高经济效益。规划后的农作物种植面积虽略小于2010年作物种植面积,但农作物总产值可增长到3.43×108元,是2010年产值的1.18倍。 (2)节水技术通过常规节水和高效节水,农田灌溉用水量均不同程度减少,生态产值和林草地面积均不同程度增加。在普及常规节水后,疏勒河流域林草地面积的增长16.5%,黑河流域中游地区增加29.7%,石羊河流域增加67.9%;在普及高效节水后,疏勒河流域林草地面积增加53.8%,黑河流域中游地区增加99.1%,石羊河流域增加226.2%,因此,普及常规节水和高效节水后,林草地面积增长幅度表现为:石羊河>黑河>疏勒河,而出山径流量呈石羊河<黑河<疏勒河,说明在出山径流量小,水资源紧缺的地方,通过节水措施的实施,当地的生态环境将会发生较大改善。 (3)提高渠系水利用系数在河西三大内陆河流域中,各灌区渠系水利用系数的提高,能够使流域的总产值、农业产值、生态产值、农田灌溉面积及林草地面积等均不同程度增加。当渠系水利用系数提高至0.7,疏勒河、黑河、石羊河流域的总产值、农业产值、生态产值、农田灌溉面积及林草地面积分别增加5.6%、18.5%、25.0%;当渠系水利用系数提高至0.75,疏勒河、黑河、石羊河流域的总产值、农业产值、生态产值、农田灌溉面积及林草地面积分别增加12.2%、27.1%、34.0%,因此,增加的幅度表现为:石羊河流域>黑河流域>疏勒河流域,说明渠系水利用系数的提高能够从供水源头上增加农田和生态林草地的灌溉用水,从而在保护当地生态及促进农业生产方面起重要作用。