玛纳斯河流域水资源研究的最新进展

玛纳斯河流域水资源研究的最新进展

1 研究区概况

玛纳斯河流域位于欧亚大陆中心，新疆天山北坡中部，准噶尔盆地南缘，地理位置为北纬43°05′~45°58′，东经84°42′~86°33′(图1)[1]。流域主要有玛纳斯河及其东侧的塔西河、西侧的金沟河、宁家河、巴音沟河、大小南沟河、沙湾河等组成，总面积约为1.76xl04km2[2]。玛纳斯河是流域内流程最长、流量最大的河流，发源于天山北麓依连哈比尕山脉，流经山前绿洲，最终汇入准噶尔盆地西北部的玛纳斯湖(现已干枯)，全河总长约400km，年均径流量12.7×108m3。流域地势由东南向西北倾斜，最高海拔为5442.5 m，最低为256 m，由南向北依次为山地、绿洲和荒漠，属于温带大陆性干旱气候区，降水量时空差异大，年均降水量115~200 mm，年均蒸发量1500~2100 mm，年均气温4.7~5.7℃[3-4]。径流补给主要由海拔3600 m以上冰川积雪的融化和降水，水循环在独立的水系内进行，并且在山区形成径流，在平原区消耗与转化[1]。

图1 玛纳斯河流域示意图[1]

2 研究现状

2.1 径流模拟和预测

分布式水文模型、Mornet小波变换、时间序列分解模型等方法在玛纳斯河流域的径流

量预测研究中得到应用。比如，李慧[5]等建立了适合于玛纳斯河流域的SW AT 分布式流域

水文模型，采用1980~1995年数据模拟，验证了玛纳斯河流域控制性站( 肯斯瓦特水文站) 的日径流的模拟过程基本上反映了实际情况；张璞[6]等通过在玛纳斯河肯斯瓦特水文站应用SRM 模型对日径流量进行预报，取得了较为满意的结果；凌红波[7]等结合玛纳斯河肯斯瓦

特水文站1954~2007年的逐月径流及流域内气候资料,利用小波多尺度分析、混沌理论与周

期性叠加趋势模型研究了玛纳斯河径流的非线性特征及影响因素；马金凤[8]等通过对玛纳斯河水文系统的分析，建立了玛纳斯河流域流量预报的自回归滑动平均ARMA(p,q)模型，对

肯斯瓦特水文站实测径流过程进行了预测检验。

2.2 冰雪变化与径流量影响

卢新玉[9]等研究发现冬季，流域积雪变化对降水更敏感，而春季，气温是影响流域积雪面积变化的更主要的因素。郭鹏[10]等认为1990~2010 年间，玛纳斯河流域冰雪面积从1442.32 km2退缩到710.54 km2，面积减少了50.7%，而气温的升高是冰雪面积不断退缩的主要原因之一。刘艳[11]等通过分析得出结论：冬季山区积雪面积越大，以固态形式存储的水

量亦越大，春夏季随着气温的升高，积雪消融速率越大，河流来水量就越丰富。陈晓娜[12]

等研究发现玛纳斯河流域的积雪日数呈减少趋势，速度为0.06天/年，该速度小于初雪日推迟的速度0.3天/年，并认为该特征流域冬季平均气温与累计降水量的升高所直接驱动的结果。郑璞[13]等通过研究得出高程、坡向对积雪分布影响比较大，而坡度对积雪分布影响则相对

较小的规律特征。

2.3 气候变化与径流关系

禹朴家[14]等运用统计方法对玛纳斯河流域1959-2007年近49 a全年降水量进行分析，

发现49 a来玛纳斯河流域降水量呈增加的趋势，在20世纪70年代有一个明显的干旱期，

从1983年流域内降水量发生由少雨到多雨的变化，流域气候开始变得湿润。唐湘玲[15]等利用玛纳斯河上游2个水文站和4个雨量站1956~2006 年系列径流和降水资料分析得出玛纳

斯河上游流域径流年内分配不均匀，主要集中在6~8月份，占多年平均流量的66.9%~70.3%；近50年来，玛纳斯河径流量总体呈增多趋势，而且在1995 年发生了一次显著的突变，降水量的增加、气温的升高和人类活动是造成径流变化的重要因素。凌红波[16]等利用两个时

间段的气象数据，根据温度、年降水量和年蒸发量序列的Hurst指数预测，在2007年后的

一段时间内玛纳斯河流域温度将呈上升趋势，降水量和蒸发量将表现为下降走势。邹全[17]

等认为玛纳斯河流域自1993年以来夏季洪水频繁发生，尤其超标准洪水次数增多、量级增大主要是由于夏季极端高温和极端降水天气增多引起的。王娟[18]通过研究发现流域年径流

量受降水变化影响不大，气温升高是影响玛纳斯河年径流量变化的主要原因。

2.4 生态环境效应研究

张军民[19]用生态系统耦合原理、空间结构稳定性分析、土地类型及利用评价等方法，

结合相关遥感影像分析，得出：绿洲开发改变了流域水文循环及水资源分配的有效性，圈层结构的脆弱组成-天然绿洲及过渡带趋于退化，流域绿洲化与荒漠化、盐渍化均呈扩大趋势，绿洲建设的生态基础及可持续性能力受到威胁。封玲[20]等认为人口数量增长引起的资源环

境压力，是导致干旱区环境退化的主要人为诱因，不均匀的人口空间分布模式则加剧了这种资源环境压力，而人口的素质状况则决定了人口资源环境压力下最终的环境演化方向。徐海量[21]等认为玛纳斯河流域绿洲区水资源超负荷利用，地下水过度开采及水质恶化，造成绿

洲与沙漠过渡带的土地沙化。张建龙[22]等构建了玛纳斯河流域生态环境质量评价指标体系，并且采用相关数据对该流域1976~2005年近30年的生态环境质量综合指数(EQI)进行了相关

评价。结果表明，1976~2005 年该流域生态环境质量指数由34.44 提高到了48.26，流域的生物丰度指数、植被覆盖指数、土地退化指数有所下降，水网密度指数、环境质量指数和污染负荷指数则呈上升状态，流域生态环境好转和恶化并存，总体上，生态环境由较差状态转化为一般状态，生态环境质量在向良性循环方向发展。

2.5 其他相关研究

2.5.1 水资源承载力研究

李文宾[23]等采用基于变异系数的模糊物元分析处理分类界限多层次、多因素的模糊边

界问题，对流域水资源承载力进行综合评价，评价结果显示2005年玛纳斯河流域水资源综合承载力属于1级，2010年和2015年玛纳斯河流域水资源承载力属于2级，但是，2010

年玛纳斯河流域水资源承载力较2015年强。汪嘉扬[24]等通过区域水资源承载力评价指标体系规范化处理，对升半Г型分布函数进行改进，提出用于水资源承载力评价的升半Г型分

布指数公式，并通过实例验证指数公式的评价结果与其他多种方法的评价结果一致，消除了评价指标数目多少的限制和区域性评价指标各异性的限制，省去了复杂的编程计算工作，具有实用性和可行性。房睿[25]等基于层次分析法建立了玛纳斯河流域水环境承载力评价指标

体系，对该指标体系中的各因子进行分析，确定了评价体系中各因子的具体权重，得出各个因子影响水资源可持续开发利用的重要性排序，并通过计算得出玛纳斯河流域水环境承载力综合指数为0.2442，表明玛纳斯河水环境属恶劣。

2.5.2 水资源管理方法

汪世国[26]表明玛河流域管理系统是一个复杂的大系统，通过分析国内外与此情况相适

应的模型，认为加拿大的WRMM 模型作为玛河流域水资源配置系统的基础比较合适。部

分学者[27-28]认为玛纳斯河流域因历史、地域原因，形成了多头管理的现状。科学合理地开发和利用水资源，采取有效措施强化流域的统一管理，使有限的水资源更好地服务社会，有利于促进经济和社会可持续发展。

2.5.3 同位素及水化学研究

田华[29]等以玛纳斯河流域为研究区，利用1953~2003年降水氚浓度恢复结果，结合活

塞与全混模型得出从冲洪积扇到冲洪积平原沙漠区地下水的年龄逐渐增大，滞留时间增长，更新能力变弱；不同地下水系统其更新速率差别较大，其中平原区潜水水流系统氚值最高，地下水的年龄在30年左右，更新速率在6%左右，更新速率最大，地下水更新能力最强。

刘志明[30]等研究表明玛纳斯河流域平原区从山沟至下游，地表水、地下水的TDS值逐渐升高，水化学类型由HCO3-Ca•Mg向SO4•Cl-Na型演化，水质变差；运用2H、3H、18O、14C

等同位素研究得出地下水主要补给来源为南部山区大气降水。董奎[31]利用2008年玛纳斯河流域水环境监测数据对玛纳斯河流域地表水水质进行评价。评价结果表明八家户站监测断面、肯斯瓦特站监测断面、石门子站监测断面水质优良，在不同水期均能达到地表水Ⅱ类水质标准。

2.5.4地下水水位研究

杨海昌[32]等利用PM数值模拟干旱区玛纳斯河流域不同灌溉模式对灌区地下水位的影响，分析不同配水方案下灌区地下水流场及水位的变化。结果表明：模型模拟值与实测值拟合效果比较理想，该模型能够反映灌区尺度地下水的实际情况；采用大面积膜下滴灌节水模式能够显著降低灌区地下水位，防止灌区地下水位抬升引起土壤次生盐渍化的发生。杨广[33]等以玛纳斯河流域平原区垂向交错带为研究对象，分析了人类活动影响下研究区地下水演变