基于水資源配置的塔里木河下游河岸生態(tài)水文演化過程研究.pdf

1、近半個世紀以來，由于受到全球氣候變化和人類活動的影響，干旱區(qū)流域水循環(huán)過程和生態(tài)格局已經(jīng)發(fā)生了深刻的變化，尤其是經(jīng)濟社會用水和生態(tài)環(huán)境用水之間的矛盾已經(jīng)越發(fā)突出，這直接造成了干早區(qū)流域水資源短缺和生態(tài)退化，特別是位于塔克拉瑪干沙漠和庫魯克沙漠之間的塔里木河下游地區(qū)。該區(qū)河道常年斷流，地下水位下降，導(dǎo)致由地下水維系的天然植被極度退化，大面積死亡，土地荒漠化過程加劇，生態(tài)系統(tǒng)嚴重受損，夾持在塔克拉瑪干沙漠和庫魯克沙漠問的“綠色走廊”急劇萎縮

2、。造成“綠色走廊”急劇萎縮的關(guān)鍵在于，流域水資源的不合理配置、水資源開發(fā)利用的低效、水利設(shè)施不配套，用水不科學(xué)、以及水資源統(tǒng)一監(jiān)管的不足。為了緩解塔里木河下游河岸生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化，必須通過合理的水資源配置模式來保證下游的生態(tài)用水。同時，生態(tài)水文演化模型可以模擬生態(tài)水文顯著變化下的相互作用，分析在水資源合理配置下的河岸植被演化過程，為塔里木河下游地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)工作提供理論支撐。
　　本文以塔里木河下游河岸的英蘇斷面為研究對象，利用

3、斷面的水文、氣象、地形、土壤屬性、河道水位和植被等數(shù)據(jù)，基于水文學(xué)、水力學(xué)、生態(tài)學(xué)、植被動力學(xué)、土壤水動力學(xué)以及系統(tǒng)工程等理論知識，采用模擬優(yōu)化人機對話算法對塔里木河干流進行了水資源的優(yōu)化配置；運用生態(tài)水文演化模型對英蘇斷面的地下水位和植被覆蓋度進行了模擬。本文研究取得的主要研究成果如下：
　　(1)分析了生態(tài)過程和水文過程的演變趨勢，識別了生態(tài)過程和水文過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在塔里木河下游的英蘇斷面應(yīng)用了塔里術(shù)河下游河岸生態(tài)水文演化

4、模型。該模型可以連續(xù)模擬河岸的地下水位和植被覆蓋度，實現(xiàn)了生態(tài)與水文的耦合模擬，提高了模型在變化條件下對流域生態(tài)水文系統(tǒng)長期演化趨勢的預(yù)測能力。
　　(2)闡述了塔里木河干流社會、經(jīng)濟、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的流域水資源配置原則、蓄供水方式及供水優(yōu)先次序；以缺水量最小為目標函數(shù)建立了塔里木河干流水資源的優(yōu)化配置模型；組合不同的調(diào)控手段設(shè)置了塔里木河干流水資源調(diào)配的8個方案；采用自適應(yīng)迭代算法、模擬優(yōu)化人機對話算法將1959～2009共計5

5、1年的塔里木河干流來水量代入水資源配置模型進行求解，得到了塔里木河干流6個主要斷面2010現(xiàn)狀年、近期2020規(guī)劃水平年、遠期2030規(guī)劃水平年的水量控制過程。
　　(3)通過對生態(tài)保證率、農(nóng)業(yè)灌溉保證率、生態(tài)基流保證率和大西海子下泄水量的分析，推薦了規(guī)劃水平年的建議方案，其中近期規(guī)劃水平年2020年推薦方案四，遠期規(guī)劃水平年2030年推薦方案八。結(jié)合推薦方案恰拉斷面的年內(nèi)逐月過水量，計算了推薦方案在英蘇斷面的年內(nèi)逐月過水量和過水

6、時間。
　　(4)對于每個推薦方案，選擇了方案中的豐水年、平水年、枯水年的典型代表年，其中，規(guī)劃水平年2020年的豐平枯典型代表年分別為：1959年、1965年和1976年，對應(yīng)的年內(nèi)過水天數(shù)分別為：142天、95天和56天；豐平枯交替出現(xiàn)時年過水時間平均為79天。規(guī)劃水平年2030年的豐平枯典型代表年分別為：1959年、1962年和1976年，對應(yīng)的年內(nèi)過水天數(shù)分別為：140天、95天和54天；豐平枯交替出現(xiàn)時年過水時間平均為7

7、9天。
　　將典型代表年重復(fù)30年得到了豐水年、平水年和枯水年的長系列，結(jié)合英蘇斷面長系列過水過程，組成一組英蘇斷面的過水方案。每個方案包括長系列過水過程、連續(xù)豐水年、連續(xù)平水年和連續(xù)枯水年4個情景，共設(shè)置了8個情景。
　　(5)將8個情景的年內(nèi)過水時間作為邊界條件代入塔里木河下游河岸生態(tài)水文演化模型，模擬了在8種情景下英蘇斷面的地下水位和植被覆蓋度的長系列演化過程，分析了模擬結(jié)果在8種不同情景下的差異，最終規(guī)劃水平年202