第三次新疆综合科学考察

昆仑山北坡水资源科学考察初报

  • 朱成刚 , 1 ,
  • 陈亚宁 , 1 ,
  • 张明军 2 ,
  • 车彦军 3 ,
  • 孙美平 2 ,
  • 赵锐锋 2 ,
  • 汪洋 4 ,
  • 刘玉婷 5
展开
  • 1.中国科学院新疆生态与地理研究所,荒漠与绿洲生态国家重点实验室,干旱区生态安全与可持续发展重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830011
  • 2.西北师范大学,甘肃 兰州 730070
  • 3.宜春学院,江西 宜春 336000
  • 4.新疆农业大学,新疆 乌鲁木齐 830052
  • 5.喀什大学,新疆 喀什 844006
陈亚宁(1958-),男,博士,研究员,主要从事水资源与生态环境研究. E-mail:

朱成刚(1976-),男,博士,副研究员,主要从事干旱区地表过程及生态水文研究. E-mail:

收稿日期: 2024-02-25

  修回日期: 2024-04-15

  网络出版日期: 2026-03-11

基金资助

国家基础资源调查项目(2021xjkk0100)

Preliminary report on scientific investigation of water resources on the northern slope of Kunlun Mountains

  • Chenggang ZHU , 1 ,
  • Yaning CHEN , 1 ,
  • Mingjun ZHANG 2 ,
  • Yanjun CHE 3 ,
  • Meiping SUN 2 ,
  • Ruifeng ZHAO 2 ,
  • Yang WANG 4 ,
  • Yuting LIU 5
Expand
  • 1. State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology, Key Laboratory of Ecological Safety and Sustainable Development in Arid Lands, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, Xinjiang, China
  • 2. Northwest Normal University, Lanzhou 730070, Gansu, China
  • 3. Yichun University, Yichun 336000, Jiangxi, China
  • 4. Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, Xinjiang, China
  • 5. Kashi University, Kashi 844006, Xinjiang, China

Received date: 2024-02-25

  Revised date: 2024-04-15

  Online published: 2026-03-11

摘要

2021年10月首批启动了第三次新疆科学考察——“昆仑山北坡水资源开发潜力及利用途径科学考察”。结合多源遥感信息和2022—2023年野外科考工作,对昆仑山北坡的水文水资源变化和水资源利用进行了调查研究。结果表明:(1) 1990—2020年,昆仑山北坡山区的气温、降水分别以0.14 ℃·(10a)-1和6.53 mm·(10a)-1幅度增加。(2) 冰川变化相对稳定,积雪面积和积雪深度表现为略微增加。(3) 永久性水体和季节性水体面积分别显著增加79.89%和144.49%。(4) 东昆仑-库木库里盆地的阿牙克库木湖和阿其克库勒湖两大湖泊的水域面积分别增加了68.91%和58.22%,盆地内多条河流具备水资源开发潜力。(5) 昆仑山北坡陆地水储量总体呈增加趋势,表现为从西向东增加趋势越加显著。(6) 昆仑山北坡的主要河流和田河、克里雅河和车尔臣河年均径流量2010—2023年较1957—2023年分别增加了20.24%、27.85%和45.17%。(7) 基于不同气候变化情景模拟预测至21世纪中后叶,主要河流径流量将保持上升态势,区域水资源量总体呈增加趋势。昆仑山北坡的水资源禀赋可为区域绿色高质量发展提供有利的水资源保障条件。

本文引用格式

朱成刚 , 陈亚宁 , 张明军 , 车彦军 , 孙美平 , 赵锐锋 , 汪洋 , 刘玉婷 . 昆仑山北坡水资源科学考察初报[J]. 干旱区地理, 2024 , 47(7) : 1097 -1105 . DOI: 10.12118/j.issn.1000-6060.2024.117

Abstract

The project titled “Scientific Investigation of Water Resources Development Potential and Utilization Pathways on the northern Slope of the Kunlun Mountains” was initiated in October 2021 as part of the initial set of projects for the Third Xinjiang Scientific Expedition. This study integrates multi-source remote sensing data and field research conducted from 2022 to 2023 to examine hydrological changes, water resources dynamics, and water resource utilization patterns on the northern slope of the Kunlun Mountains. The findings reveal the following: (1) A temperature increase of 0.14 ℃·(10a)−1 and precipitation increase of 6.53 mm·(10a)−1 from 1990 to 2020 was observed on the northern slope of the Kunlun Mountains. (2) Glacier variations have remained relatively stable, with a slight expansion observed in snow cover area and depth. (3) Permanent water bodies have experienced a significant growth rate of 79.89%, while seasonal water bodies have expanded by an impressive margin of 144.49%. (4) Ayakkum Lake and Akikkule Lake, two major lakes within the Kumukuli Basin, witnessed increases in their water areas by approximately 68.91% and 58.22%, respectively, and several rivers within this basin exhibit potential for further development regarding water resources utilization. (5) Terrestrial water storage on the northern slope of the Kunlun Mountains generally exhibits an increasing trend, particularly more pronounced from west to east. (6) Average annual runoff of Hotan River, Keriya River, and Qarqan River, the main rivers on the northern slope of the Kunlun Mountains, increased by 20.24%, 27.85%, and 45.17%, respectively, during the period of 2010—2023 when compared with the period of 1957—2023. (7) Based on simulations considering different climate change scenarios, it is predicted that major river runoff will continue to increase throughout the middle-to-later stages of the 21st century, alongside regional augmentation in available water resources. The conditions of water resources on the northern slope of the Kunlun Mountains can provide favorable water resources for the green development of the region.

昆仑山北坡区域地处塔里木盆地南缘,是新时期国家“丝绸之路经济带”新疆核心区建设和环塔里木经济带的关键区域。区域内脱贫攻坚成果巩固任务艰巨,绿色高质量发展的需求十分强烈,水资源一直是制约并影响该区域发展最重要的自然因素。然而,这一区域水文监测站点相对较少,属于为数不多的缺资料、无资料区。流域水文水资源对气候变化的响应未知、区域水资源禀赋不明。查明这一区域水资源开发潜力,提出可持续开发利用途径,对提升水资源利用效率,保障区域可持续发展具有重要意义。
2021年10月,第三次新疆科学考察首批率先启动《昆仑山北坡水资源开发潜力及利用途径科学考察》项目,项目旨在查明昆仑山北坡山区关键水文、水资源要素的变化规律,以及水资源利用和水利工程现状,构建支撑区域水资源可持续利用管理的基础数据集,探明区域水资源对绿色发展的支撑保障能力,调查提出面向区域未来发展需求的水资源利用对策和战略。2022—2023年,科考队就昆仑山北坡9县1市和兵地系统水文、水资源、经济社会用水资料等开展了全面调查,基于空-天-地一体的多学科技术手段,结合遥感解译、无人机勘测、野外科考和已有监测资料的综合分析,以及昆仑山北坡典型区冰川、积雪和山区气象、水文的定位观测与冰雪消融物质平衡监测,取得了初步的科考认识与成果。

1 昆仑山北坡区域梗概

昆仑山北坡科考调查区位于新疆塔里木盆地的南部,南与西藏毗邻,北邻塔克拉玛干沙漠,考察区主要包括4个水文单元,分别是和田河流域、克里雅河诸小河流域、车尔臣河诸小河流域和库木库里盆地(图1),总面积约34.86×104 km2,其中,海拔2000 m以上的山区面积约15.82×104 km2。调查区域内行政区属包括和田地区的7县1市(和田县、皮山县、墨玉县、洛浦县、策勒县、于田县、民丰县、和田市)、巴音郭楞蒙古自治州的且末县、若羌县以及新疆兵团第十四师·昆玉市和第二师·铁门关市下辖的3个团场。考察区整体南高北低,南部昆仑山区平均海拔在3500 m以上,降水相对丰富,发育了大量冰川,孕育了众多河流,是昆仑山北坡各绿洲的山区水塔;山前平原区为典型的大陆性干旱气候,普遍降水不足100 mm,绿洲依托各内陆河流为自然载体而发展,绿洲规模小且碎片化显著并被沙漠所分割包围,风沙侵袭危害严重,生态脆弱。
图1 昆仑山北坡水资源科学考察区位置及范围

Fig. 1 Location and scope of the water resource scientific survey area on the northern slope of the Kunlun Mountains

2 昆仑山北坡水文水资源要素变化

2.1 关键水文要素变化

(1) 气温降水波动增加,未来总体保持上升趋势
1990—2020年,昆仑山北坡山区气温增温幅度为0.14 ℃·(10a)-1,降水量变化也呈现出波动上升趋势,增加幅度较为缓慢,平均增幅为6.53 mm·(10a)-1。在空间上,昆仑山北坡山区降水总体表现出从南向北递减的趋势。对昆仑山北坡主要流域气温降水未来变化趋势分析显示,在SSP 3种不同情景下(SSP126、SSP245和SSP585),昆仑山北坡气温均呈增加趋势,增加速率分别为0.08 ℃·(10a)-1、0.30 ℃·(10a)-1和0.73 ℃·(10a)-1,且均通过0.05显著性检验。降水在SSP126、SSP245和SSP585情景下的增加速率分别为0.19 mm·(10a)-1、0.82 mm·(10a)-1和1.87 mm·(10a)-1,其中,SSP245和SSP585 2种情景通过了0.05显著性检验。
(2) 冰川、积雪变化总体稳定,积雪面积和积雪深度略有增加
基于Landsat遥感影像的目视解译以及Terra和Aqua卫星平台的MODIS传感器数据,并结合SRTMDEM多源数据融合和实地调查验证,发现在过去30 a间,昆仑山北坡区域的冰川条数仅减少5条,2020年共有冰川6682条,较1990年的6687条减少0.07%;冰川面积和冰川储量2020年分别为8067.48 km2和779.32 km3,分别较1990年减少0.87%和0.88%,冰川总体稳定(图2a)。
图2 1990—2020年昆仑山北坡山区冰川和积雪变化特征

Fig. 2 Change characteristics of glacial and snow cover in the mountainous area on the northern slope of the Kunlun Mountains from 1990 to 2020

1990—2020年,昆仑山北坡的积雪面积呈略微增长趋势(图2b)。年积雪覆盖面积在4.71×104~7.67×104 km2之间波动,振幅不大,平均为5.78×104 km2。积雪日数(图2d)也呈略微增加趋势。各流域中,以和田河流域积雪覆盖面积和覆盖率最高,流域平均积雪覆盖面积2.10×104 km2,山区积雪覆盖率33%;1990—2020年昆仑山北坡平均积雪深度变化有略微增长趋势(图2c),其范围大概在0.59~1.70 cm之间,最大积雪深度年份为2019年,而最小积雪深度年份为1991年,平均积雪深度为1.10 cm。
(3) 地表水体面积显著增加,湖泊数量、面积增多
1990—2020年,昆仑山北坡的地表水体面积整体呈波动上升趋势。其中,永久性水体面积从1990年的1604.46 km2增加到2020年的2886.28 km2,增幅79.89%;季节性水体面积变化波动较为强烈,增加幅度亦大,从1990年的629.46 km2增加到2020年的1538.96 km2,增幅144.49%(图3)。
图3 1990—2020年昆仑山北坡及各流域地表水体面积变化

Fig. 3 Changes in surface water area on the northern slope of the Kunlun Mountains and in different basins from 1990 to 2020

各流域单元地表水体的变化表现出明显的差异性,和田河流域永久性水体增加趋势并不显著(P>0.05),而东昆仑-库木库里盆地、克里雅河流域和车尔臣河流域的永久性水体呈极显著的增加趋势(P<0.01)。其中,库木库里盆地的增量最大,共增长872.55 km2,增幅为28.15 km2·a-1,和田河流域较小,增幅为1.81 km2·a-1。各流域季节性水体总体上呈现波动增长趋势。其中,和田河流域、克里雅河流域和车尔臣河流域呈现出极显著的波动增长(P<0.01),库木库里盆地呈显著的增长趋势(P<0.05),且波动相对较小。在过去的30 a间,昆仑山北坡湖泊面积和数量都显著增加。面积大于1 km2的湖泊数量由1990年的43个增加到2020年的113个,增幅162.79%,湖泊水域面积也同步显著增加。

2.2 水资源禀赋特点及其变化

(1) 中小型河流为主,河川径流量呈增加趋势
昆仑山北坡发育的汇入塔里木盆地的主要河流64条,径流量合计约97×108 m3,各河流特点表现为坡急、流短、含沙量高,多为季节性河流。其中,年径流量大于10×108 m3的河流仅有喀拉喀什河(22.59×108 m3)和玉龙喀什河(23.01×108 m3)2条,年径流量大于5×108 m3的河流仅有克里雅河(7.97×108 m3)和车尔臣河(6.00×108 m3)2条,4条河流径流量占到了区域主要河流径流量的60%以上。各河流径流量时空分布不均,季节性缺水严重,在年内表现为春旱、夏洪,秋冬枯。
分析昆仑山北坡径流量大于5×108 m3的3条典型河流(和田河、克里雅河、车尔臣河)径流变化发现,伴随气温、降水增加和山区水体面积、湖泊水域面积及陆地水储量增加的同时,1990—2023年昆仑山北坡主要河流的山区来水量均表现为增加趋势,这与塔里木河流域其他源流的变化特征一致[1]。特别是2010—2023年,和田河、克里雅河、车尔臣河的山区来水量增加幅度更为显著(表1)。1957—2023年和田河年均径流量(喀拉喀什河与玉龙喀什河出山口站合成)为45.60×108 m3,1990—2023、2000—2023年和2010—2023年和田河的年均径流分别为48.17×108 m3、51.00×108 m3和54.83×108 m3,较1957—2023年年均径流量的增加量和增幅比例不断加大,增幅比例分别为5.64%、11.84%和20.24%。1957—2023年克里雅河年均径流量为7.97×108 m3,1990—2023、2000—2023年和2010—2023年克里雅河年均径流量分别为8.74×108 m3、9.66×108 m3和10.19×108 m3,较1957—2023年年均径流量分别增加了9.66%、21.20%和27.85%。1990—2023、2000—2023年和2010—2023年车尔臣河年均径流量也分别达到6.74×108 m3、7.77×108 m3和8.71×108 m3,较1957—2023年年均径流量(6.00×108 m3)分别增加了12.33%、29.50%和45.17%。在空间上,昆仑山北坡主要河流径流由西向东增加幅度更趋显著(表1)。
表1 昆仑山北坡典型河流径流变化统计

Tab. 1 Statistical analysis of runoff variations in typical rivers on the northern slope of the Kunlun Mountains

统计值 和田河 克里雅河 车尔臣河
1957—2023年年均径流量/108 m3 45.60 7.97 6.00
1990—2023年年均径流量/108 m3 48.17 8.74 6.74
2000—2023年年均径流量/108 m3 51.00 9.66 7.77
2010—2023年年均径流量/108 m3 54.83 10.19 8.71
1990—2023年较1957—2023年年均径流量增加量/108 m3(增幅比例/%) 2.57(5.64) 0.77(9.66) 0.74(12.33)
2000—2023年较1957—2023年年均径流量增加量/108 m3(增幅比例/%) 5.40(11.84) 1.69(21.20) 1.77(29.50)
2010—2023年较1957—2023年年均径流量增加量/108 m3(增幅比例/%) 9.23(20.24) 2.22(27.85) 2.71(45.17)
(2) 冰川融水补给径流比重呈增加趋势,山区来水量未来保持上升变化趋势
基于流域尺度的冰川、积雪和水文气象因子关系,结合度日因子模型调查分析了昆仑山北坡车尔臣河流域、克里雅河流域和和田河流域的冰川融水量对主要河流径流的补给比重发现,昆仑山北坡冰川融水对主要河流径流贡献率在50%以上。伴随气候变化,昆仑山北坡主要河流冰川融水径流量由1972—2000年的平均32.74×108 m3增加到2001—2020年的平均38.91×108 m3,冰川融水径流占比也由52.39%增加到54.76%。其中,车尔臣河、克里雅河与和田河冰川融水径流占比分别由1972—2000年的平均41.51%、49.03%、56.13%变为2001—2020年的平均46.86%、58.99%和55.35%。
基于数据驱动过程的随机森林(RF)、岭回归(Ridge)、K最邻近(KNN)、支持向量机回归(SVR)4种机器学习算法,结合CMIP6模式3种共享社会经济路径情景(SSP126、SSP245、SSP585)8个气候模式(BCC-CSM2-MR、CMCC-CM2-SR5、EC-Earth3、GFDL-ESM4、IPSL-CM6A-LR、MPI-ESM1-2-HR、MRI-ESM2-0、NorESM2-MM)模拟预估昆仑山北坡主要河流径流未来变化趋势。车尔臣河在SSP126、SSP245和SSP585 3种情景下,冰川融水径流峰值分别出现在约2047、2058年和2078年,对应峰值冰川融水径流量分别为5.61×108 m3、6.25×108 m3和8.31×108 m3;克里雅河在SSP126、SSP245和SSP585 3种情景下,冰川融水径流峰值分别出现在2037、2067年和2097年,对应峰值冰川融水径流分别为8.05×108 m3、9.31×108 m3和13.70×108 m3;和田河流域面积相对较大,冰川消融量大且到达峰值时间较晚,SSP126和SSP245情景下冰川融水径流分别在2034年和2071年到达峰值,对应峰值冰川融水径流量分别为24.58×108 m3和29.04×108 m3,最高排放SSP585情景下,到21世纪末和田河尚未出现冰川融水径流峰值。整体分析看,在中、高排放情景和路径下,昆仑山北坡主要河流径流量在21世纪中叶将以上升变化为主。
(3) 陆地水储量增加明显,具有一定地下水开发潜力
基于重力卫星,对昆仑山北坡区域的陆地水储量变化进行了分析计算,结果显示,2002—2022年,昆仑山北坡陆地水储量呈增加趋势,是整个新疆陆地水储量增加变化最明显的区域。在空间上,昆仑山北坡陆地水储量从和田河流域向东增加趋势越趋显著,和田河流域仅东部山区表现为增加态势,克里雅河流域和车尔臣河流域陆地水储量近20 a增加速率分别为0.14 mm·月-1和0.22 mm·月-1,东昆仑-库木库里盆地陆地水储量增加变化最为显著,增速达0.95 mm·月-1图4)。
图4 2002—2022年新疆陆地水储量变化特征

Fig. 4 Change characteristics of terrestrial water storage in arid land of Xinjiang from 2002 to 2022

3 东昆仑-库木库里盆地水资源特征及其利用途径

(1) 河湖水系发育,多条河流具备水资源开发潜力
东昆仑-库木库里盆地是一个位于新疆东南角的高海拔山间盆地,平均海拔3800 m以上,河湖水系发育,为相对封闭的水文单元。盆地河流主要源自昆仑山、祁曼塔格山和阿尔金山的山区冰川积雪融水和山区降水。区内发育有大小河流约46条,主要河流13条,分别归属于盆地内的4个子流域:① 古尔噶赫德河、玉苏普河、阿特阿特坎河主要分布于古尔噶赫德河-玉苏普河流域;② 色斯克亚河、依协克帕提河、皮提勒克河、库木开日河4条河流主要属于阿牙克库木湖流域,河水最终汇入阿牙克库木湖,流域内除了阿牙克库木湖之外还有依协克帕提湖、大沙子湖和小沙子湖等淡水湖泊和贝勒克勒克湖等微咸水湖泊;③ 阿其克河、月牙河、哈夏克勒克河、艾根乌塔格河等河流属于阿其克库勒湖流域,最终汇入阿其克库勒湖,阿其克库勒湖是咸水湖;④ 玉浪河与乌鲁克苏河属于鲸鱼湖流域,并最终汇入鲸鱼湖。径流量大于1×108 m3的河流约8条,径流合计约15.70×108 m3。其中,4条河流潜力较大:一是古尔嘎赫德河:年径流量1.70×108~2.10×108 m3,关键断面距若羌河上游直线距离不足50 km;二是玉苏普河:年径流量1.65×108~2.00×108 m3,关键断面距米兰河上游直线距离不足50 km;三是阿特阿特坎河:年径流量2.00×108~2.50×108 m3,出山口后汇入玉苏普河;四是依协克帕提河:年径流量6.50×108~6.80×108 m3,是进入阿牙克库木湖最大河流,距离阿特阿特坎河直线距离30 km左右,隔祁曼塔格山平行相邻。古尔噶赫德河和玉苏普河-阿特阿特坎河具备通过引调水工程向北部的若羌河与米兰河上游支流引水下山的可行性。
(2) 湖泊补给量增多,水域面积快速增大
1990—2020年,东昆仑-库木库里盆地的主要湖泊水域面积呈明显增加态势。其中,以阿牙克库木湖和阿其克湖面积增加最为显著,阿牙克库木湖水域面积由1990年的669.16 km2增加到2020年的1130.26 km2,累计增幅68.91%,并于2009年以后其水域面积已经超过博斯腾湖成为新疆水域面积最大的湖泊;同时段,阿其克库勒湖水域面积由386.65 km2增加到611.77 km2,累计增幅58.22%(图5);鲸鱼湖水域面积由263.67 km2增加到382.60 km2,增幅45.11%。湖泊的快速扩大也指示了入湖河流水量和区域地表水资源量的增加态势。
图5 1990—2020年库木库里盆地阿牙克库木湖和阿其克库勒湖湖泊水域面积变化

Fig. 5 Changes in lake area of Ayakkum Lake and Akikkul Lake in the Kumukuli Basin from 1990 to 2020

(3) 山区降水量增加,贡献率增大
气温上升加速冰雪消融和山区降水增加是区域水体面积显著增大的主要原因。调查发现,东昆仑-库木库里盆地的阿牙克库木湖流域、阿其克库勒湖流域和鲸鱼湖流域1990、2000、2010、2020年分布冰川条数分别为600条、599条、597条、596条,冰川总面积分别为654.87 km2、638.97 km2、637.77 km2、629.89 km2,冰川储量依次为65.81 km3、64.86 km3、64.41 km3、63.44 km3。1990—2020年,东昆仑-库木库里盆地3个湖泊流域冰川减少了4条,冰川面积和冰储量分别减少了3.81%、3.60%,冰川消融变化增加的水量并不是区域湖泊水域面积显著增大的主要原因。以阿牙克库木湖为典型流域开展的水量平衡调查显示,冰川和冻土融水径流分别占阿牙克库木湖总入湖水量的9%和5%,降水径流占比约67%,湖面降水直接补给占比为19%。布置在盆地主要冰川分布区-木孜塔格峰冰川前缘的自动气象监测站点2022—2023年也监测到了415.80 mm的年降水量,显著高于以往的区域再分析资料和格网数据对该区域高山区降水量的认知,对高山区降水存在低估,而山区降水量的增大可能是导致库木库里盆地水体面积和水资源量增加的主要原因。

4 讨论

(1) 全球气候变化背景下,中国西北干旱区升温明显,年均气温以0.32 ℃·(10a)-1的速率显著上升,是全国平均水平的2.5倍。1960—2020年,中国西部冰川面积减小了18%,新疆境内的冰川面积缩小了11.70%[1]。本次科考调查同样发现昆仑山北坡区域冰川面积和冰储量的下降变化,这与一些学者基于遥感对昆仑山冰川的相关研究结论趋势相同[2-3]。不同的是,本次调查显示昆仑山北坡各流域冰川消融减少速率相对新疆其他区域缓慢,总体相对稳定。调查显示昆仑山北坡山区温升0.14 ℃·(10a)-1,与全球平均水平相当,山区降水的增加在一定程度上抵消了气温上升带来的冰川消融减少,冰川消融和降水增加共同作用使得昆仑山北坡河流出山口径流及区域水体面积呈现增加趋势。气候变化下,昆仑山北坡整体的水资源量呈增加趋势,这对区域水安全保障及生态保育和建设有益。值得一提的是,本次调查发现库木库里盆地北部多条河流均为断头河,这可能与全球气候变暖引发的地下水文地质过程增强有关。东昆仑-库木库里盆地发育有大面积的岩溶地貌[4],气候变暖可能加速该区域河水对地下岩溶地质地貌的溶蚀作用,从而导致地表径流沿溶蚀扩大的地下基岩裂隙渗漏流走。古尔噶赫德河、玉苏普河等作为有可能引水的主要河流,其下伏的碳酸盐地层伴随气候变暖,地质条件是否会对引水下山实施可行性带来不利影响等问题尚有待进一步研究。
(2) 本次调查发现东昆仑-库木库里盆地山区降水是湖泊水体面积扩张的主要贡献者,这与青藏高原入湖径流和湖区降水与湖泊水的储量变化密切相关的结论一致[5],降水径流是青藏高原内流区湖泊水域面积扩大的最大贡献者,而非冰川或冻土消融所致[6]。考察中观察到库木库里盆地冰舌前缘的年降水高于400 mm,显著高于已有再分析数据在该区域的平均降水量,与第二次青藏科考最新的基于高海拔气象站点监测调查评估的昆仑山北部降水的量级基本相当[7]。基于库木库里盆地降水氢氧稳定同位素的调查分析发现,库木库里盆地夏季大气降水线为δ2H=10.65δ2H+6.34,斜率显著大于全球平均值(8.00)和新疆平均值(7.23),表明夏季水汽再循环在库木库里盆地十分显著,这可能也是盆地降水相对丰富的原因之一。山区降水的增多是干旱区各内陆河径流增加的一个原因,对于昆仑山北坡而言,山区降水对区域主要河流出山口径流量的贡献和变化尚有待揭示。伴随气候变化,降水增多带来地表水资源量增大的同时,极端降水事件在增多,强度增大[8-9],变化的降水会对昆仑山北坡区域河川径流波动在多大程度上产生影响,并且会对水资源的不确定性和利用有效性产生怎样影响也将是未来需要研究和回答的问题。
(3) 不同于新疆天山区域和欧亚大陆许多地方陆地水储量变化下降显著[10-12],昆仑山北坡陆地水储量变化是新疆乃至中国西北干旱区2002—2022年增加最明显的区域,近期针对塔里木河流域的相关研究也得出了相同的结论[13]。除了气候变化对陆地水储量变化的影响外[10-11],人类活动,特别是地下水开采利用也会对陆地水储量变化产生明显影响[12]。昆仑山北坡绿洲规模小,人类活动对地下水储量的影响相对较低,整体陆地水储量变化的增加趋势也说明该区域地下水具有一定的开发潜力。虽然对于新疆在全球气候变化下“暖干”“暖湿”变化趋势的观点尚不统一[14-15],但对新疆升温和降水增加的认识是一致的。无论是温升导致冰雪消融增加还是山区降水增加,都将会对新疆发源于高山冰川的各内陆河径流带来正向的影响,并且,伴随未来继续升温,冰川融水径流对河流径流的贡献还在加大,本调查也发现了昆仑山北坡主要河流冰川融水径流占比增加的趋势,这与天山北坡的部分河流是一致的[16]。不同于天山区域的部分河流,昆仑山北坡主要河流源自相对更高海拔和规模更大的冰川,且河流径流中冰川融水径流占比也相对更高,对新疆气候干湿变化的响应并不明显[14]。调查发现气候变化背景下,基于中、高排放情景模拟预测昆仑山北坡主要河流在未来30~40 a径流仍以上升趋势为主,这将给这一区域的经济社会发展提供一个相对更为有益的水资源利用窗口期。
(4) 昆仑山北坡作为新疆增地扩绿潜力区域,不仅存在季节性和区域性缺水,同时,工程型和管理型缺水问题亦十分突出。区域发育了众多中小型河流,但由于水利工程建设滞后,水资源调蓄管控能力相对较低,加之水资源利用上线偏低,近30 a,尽管昆仑山北坡山区来水量处于显著增加态势,水资源潜力相对丰富,但缺乏有效调蓄水利工程,导致有水难用的尴尬局面。建议从节水、蓄水、增水、调水等方面统筹规划,大幅提升水资源科学管理水平和水资源空间均衡调配能力,从水资源保障和生态安全体系建设方面实现经济社会的高质量发展。

5 结论与建议

5.1 结论

(1) 1990—2020年,昆仑山北坡山区的水文水资源要素对全球气候变化响应明显,山区气温、降水分别以0.14 ℃·(10a)-1和6.53 mm·(10a)-1幅度增加,并且未来依然保持增加趋势。
(2) 昆仑山北坡冰川总体相对稳定,2020年区域冰川数量、冰川面积和冰川储量分别较1990年减少0.07%、0.87%和0.88%。积雪面积和积雪深度表现为略微增加的变化特征。
(3) 区域永久性水体和季节性水体面积显著增加,2020年2类水体面积分别较1990年显著增加79.89%和144.49%。山区湖泊数量和面积显著增大,面积大于1 km2的湖泊数量由1990年的43个增加到2020年的113个。东昆仑-库木库里盆地的主要湖泊面积显著增加,1990—2020年,阿牙克库木湖和阿其克库勒湖两大湖泊的水域面积分别增加了68.91%和58.22%,盆地内多条河流具备水资源开发潜力。
(4) 昆仑山北坡陆地水储量变化呈增加趋势,是2002—2022年新疆陆地水储量变化增加最明显区域,表现为从西向东增加趋势越加显著。
(5) 昆仑山北坡的主要河流,包括和田河、克里雅河和车尔臣河出山径流量增加显著,2010—2023年年均径流量较1957—2023年年均径流量分别增加了20.24%、27.85%和45.17%。
(6) 区域主要河流的冰川融水径流占出山口径流比例超过50%,伴随气候变化,未来冰川融水径流占比呈增大趋势。基于不同气候变化情景模拟预测,至21世纪中后叶,主要河流径流量将保持上升态势,区域水资源量总体呈增加趋势。昆仑山北坡的水资源禀赋和其变化特征说明该区域具有相对丰富的水资源潜力,可为区域绿色高质量发展提供有利的水资源保障条件。

5.2 建议

(1) 以水资源承载力为依据,建议科学配置并增大区域水土资源的开发利用,配合绿洲连片建设和沙漠锁边治理开展增地扩绿,加大田间水利工程配套建设和灌区高标准农田改造,加快推行农业、农艺节水,深挖节水潜力;(2) 科学规划和加快推进1×108 m3以上河流山区蓄水工程建设,结合山区水库建设,科学布局兼具沉沙和调蓄功能为一体的平原调节沉砂池,提升水资源管控和调配能力;(3) 改扩建和完善现有水利枢纽和引水渠首,清理现有平原水库淤积,依据需求增大各河流引水能力,挖掘已有蓄水潜力;(4) 加快推进和田河山区多级水库建设,结合新疆水网规划,以和田河、克里雅河和车尔臣河为纵向框架和骨干河流,构建昆仑山北坡水系连通工程,增强水资源空间均衡配置能力;(5) 科学评估区域水资源潜力,调高区域主要河流水资源利用上线,提升水资源利用配置效率;(6) 协调地表-地下水联合开发利用,科学布局地下水开发,推进羌塘高原水资源利用可行性研究,结合微咸地下水利用和盐碱地改良,全面拓展区域水资源利用空间。
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