车尔臣河流域水资源可持续性与适应性管理：一个冰冻圈依赖型内流盆地的案例研究

《Environments》：Water-Resource Sustainability and Adaptive Management in a Cryosphere-Dependent Endorheic Basin: A Case Study of the Cherchen River, NW China

　　

车尔臣河流域（Cherchen River Basin, CRB）是中国西北地区一个依赖冰冻圈的内流盆地，在季节性径流显著变化的背景下，农业、地下水与生态用水需求之间存在激烈竞争。本研究整合多源水文记录、地下水资源评估、部门用水统计及地下水水质约束，诊断2020基准年条件下的水资源可持续性，并构建从评估到管理的适应性框架。总供水量为471.85百万立方米（million m3），其中地表水和地下水分别贡献77.3%和22.6%。农业占社会经济用水的96.8%，平均灌溉定额为659 m3/亩，高效节水灌溉覆盖率为41.1%。地下水开采量达106.69百万立方米（million m3），约为估算可开采地下水资源量的72%，表明地下水依赖程度较高，但尚不足以单独证明含水层长期枯竭。年总供水量约为估算可用水资源基数的47%；由于回归水未被一致量化，该值被视为年度水资源利用率指标，而非正式的WEI+（Water Exploitation Index Plus）。基准情景计算表明，将平均灌溉定额降至区域水平616–558 m3/亩，可使农业总需水量减少约27.8–65.4百万立方米/年（million m3 yr?1）。基于上述诊断，研究人员提出一个四阶段框架，包括资源诊断、压力识别、管理优先级排序和适应性实施。超出灌溉基准情景的管理措施作为政策选项提出，需通过监测及进一步的水文、生态或经济评估加以验证，而非作为预定结果。

车尔臣河流域水资源可持续性与适应性管理研究解读

一、研究背景与问题提出

干旱内陆地区长期面临水资源短缺挑战，气候变化与人类需求增长的双重压力使这一问题日益严峻。内流盆地作为不直接汇入海洋的水文封闭系统，主要依赖局地地表径流和地下水，其中大部分由冰川和积雪融水等冰冻圈贡献支撑。在全球气候加速变暖背景下，冰冻圈水源迅速退缩，威胁区域水资源供给基础。中国西北内陆河流域被认为是最具生态脆弱性和社会经济重要性的区域，水资源短缺直接影响农业生产、农村生计和生态健康。

车尔臣河流域（Cherchen River Basin, CRB）位于新疆塔里木盆地东南缘极端干旱区，面积约47,400 km²，南依昆仑山和阿尔金山，北临塔克拉玛干沙漠。流域年均降水量仅25.7 mm，蒸发量超过1500 mm，水资源管理对区域生存与发展至关重要。流域水文情势以融水贡献为主导，年径流中超过87%来自南部山区的冰川和积雪融水，近半数年流量集中于夏季，形成显著的时间变异性。然而，气候导致的冰川退缩和升温正在改变融水时序并减少长期径流量，加剧不确定性和风险。

流域社会经济动态进一步加剧水文挑战。农业是主导用水部门，占流域总用水量的96.8%，单位面积灌溉用水量显著超过区域和全国平均水平。节水技术如滴灌的采用率仅为41.1%，低于新疆平均水平59.3%。地下水在减少地表水可利用性时期发挥重要缓冲作用，但2020年开采量约为估算可开采地下水资源的72%，表明对地下水依赖程度较高，尤其是下游盐度限制其可用性的区域。此外，工业用水每万元增加值耗水量为133 m³，约为区域平均水平的四倍，用水效率偏低。

除自然和技术限制外，流域水治理还受到制度碎片化、用水法规执行不力、监测基础设施不足以及社会经济发展规划与生态需求整合不充分等约束。这些系统性缺陷削弱了区域应对当前和未来水相关风险的能力。土地集约利用、人口增长和农业扩张政策进一步加剧用水需求并降低系统韧性。在此背景下，需要建立整合水文、环境和社会经济维度的综合水资源管理（Integrated Water Resource Management, IWRM）框架。

本研究旨在通过整合多源水文数据、社会经济统计和系统级建模方法，对车尔臣河流域水资源可利用性、利用效率和可持续性进行全面评估。具体研究三个问题：2020基准年条件下流域地表水、可开采地下水资源和部门取水结构如何；将资源可利用性、部门用水效率、地下水水质约束和季节性径流特征综合评估时出现哪些主要水管理压力；这些诊断结果如何转化为将压力与管理选项、利益相关者责任、监测和定期再评估相联系的适应性评估到管理框架。

二、研究内容与主要结论

研究以2020年为基准年，对车尔臣河流域水资源供给结构、利用效率和开发利用水平进行了系统诊断。2020年流域总供水量为471.85百万立方米，其中地表水占77.3%，地下水占22.6%，其他来源占0.1%。社会经济活动占总用水量的93.4%，其余6.6%用于生态功能。社会经济用水中农业占96.8%，达426.58百万立方米；工业占0.8%，生活占0.7%，牲畜占0.6%，渔业占1.2%。

用水效率评估显示，城市人均生活用水量为167 L/人·天，低于新疆平均值193 L/人·天；农村人均用水量102 L/人·天，接近区域均值100 L/人·天。流域每万元GDP社会经济用水量为1266 m³，显著高于新疆平均450 m³/万元。工业每万元增加值耗水量133 m³，约为省级平均34 m³/万元的近四倍。农业灌溉面积647,200亩，用水426.58百万立方米，平均灌溉定额659 m³/亩，超过南疆基准616 m³/亩和全疆基准558 m³/亩。高效节水灌溉面积266,000亩，覆盖率41.1%，低于全疆参考水平59.3%。

水资源开发利用水平方面，地表水可利用总量估计为958.2百万立方米，实际提取364.61百万立方米，开发率为38%，属中度利用。地下水开采量106.69百万立方米，约为估算可开采资源量148.2百万立方米的72%。总供水量471.85百万立方米相对于估算可用水资源基数1006.4百万立方米，年度总水资源利用率约为47%。2006至2020年长期趋势显示，地表水利用增加18%，地下水开采激增62%，总利用率从39%升至47%，表明水资源压力逐步加剧。

基准情景计算表明，若将平均灌溉定额从659 m³/亩降至南疆基准616 m³/亩，年灌溉总需求将减少约27.8百万立方米；达到全疆基准558 m³/亩则对应减少约65.4百万立方米，相当于当前农业用水量的6.5%至15.3%。研究强调这些数值为基准情景而非滴灌单一措施的保证节水量，实际效益取决于作物结构、输水效率、灌溉调度和回归水等因素。

三、主要技术方法

研究采用水量平衡分析方法评估地表水和地下水系统，一般水量平衡方程定义为总入流减总出流等于净耗水量。地下水均衡方程用于量化补给与开采动态，假设准稳态条件下储存变化可忽略。地下水资源量化采用基于补给的方法结合流域尺度水量平衡分析，遵循第三次全国水资源调查评价技术指南。关键参数包括水力传导度、给水度、导水系数以及河流、渠道和灌溉系统的入渗系数，来源于野外试验、区域水文报告和历史数据集。数据来源包括且末国家水文站及七个邻近国家站、四个专设站，以及覆盖45,504 km²的地下水评价区。研究基于2020年参考年条件进行诊断，未显式模拟年际水文变率或未来气候轨迹。

四、研究结果

4.1 水资源供给结构

2020年流域总供水量471.85百万立方米，地表水占77.3%，地下水占22.6%。农业用水426.58百万立方米，占社会经济用水的96.8%，其中且末县和37团灌溉强度显著高于区域平均值。研究将社会经济用水类别视为互斥以避免重复计算，输水损失纳入相应总取水量估计中。

4.2 用水效率评估

生活用水总量290万立方米，城市人均167 L/人·天低于新疆均值，农村102 L/人·天接近区域均值。流域每万元GDP用水量1266 m³显著高于新疆均值450 m³，工业每万元增加值耗水133 m³约为省级均值四倍。农业平均灌溉定额659 m³/亩超过南疆616 m³/亩和全疆558 m³/亩基准，高效节水灌溉覆盖率41.1%低于全疆59.3%参考水平。

4.3 水资源开发利用水平

地表水开发率38%属中度利用，但上游因基础设施限制利用不足，下游农业高峰期存在季节性超采。地下水开采量约为可开采资源量的72%，表明地下水依赖度高且旱年或地表水减少期运营缓冲有限，下桑葚河段盐度超过2 g/L区域压力尤为突出。年度总水资源利用率约47%，因回归水未明确量化，该值仅作为年度诊断指标而非正式WEI⁺值。

4.4 水资源压力驱动因素

气候因素方面，流域极端干旱，年降水量仅25.7 mm，蒸发量1526.2 mm。人为因素方面，农业主导、灌溉技术低效和基础设施老化导致用水过量；取水配额执法薄弱和现代灌溉技术投资有限阻碍可持续管理；工业水生产力低下，生活系统缺乏效率改进和基础设施升级。

4.5 基准情景与政策选项

将平均灌溉定额降至616 m³/亩可减少年灌溉需求约27.8百万立方米，降至558 m³/亩可减少约65.4百万立方米。地下水管理需加强水位和盐度监测、取水计量和适应性开采限额。经济多元化作为长期政策选项需专门社会经济和成本效益分析。生态用水分配应适应年际水文条件，与径流可利用性和台特玛湖、河岸生态系统、地下水位和盐度的监测响应挂钩。

五、讨论与结论

讨论部分指出流域水资源管理的核心问题不仅是水资源有限性，而是供水与需水在时间、空间和部门分布上的结构性错配。冰冻圈径流季节性集中，而农业和社会经济用水需求对系统施加持续压力。地下水作为地表水变率的缓冲功能不能无限扩展，否则将降低流域吸收未来干旱和径流变率的能力，地表水和地下水应联合管理而非作为独立资源。

农业需求管理提供最大直接可识别的减水压力机会，但田间尺度效率改进不一定一对一转化为流域尺度节水，除非同时控制总取水量。台特玛湖作为下游生态受体，上游分配决策对其影响显著，但研究未建立定量生态流量需求，固定径流百分比不应被解释为普遍有效的生态阈值，更稳健的方法是将生态分配与水文年型和观测生态响应相联系。

气候变化强化了适应性而非固定管理方法的必要性。研究识别了增温和冰冻圈径流不确定性增加，但未显式模拟未来冰川演变或气候情景。管理措施应从稳健性角度解释：减少可避免的灌溉需求、限制长期地下水依赖、改善监测、保持灵活生态分配和评估蓄水选项，这些措施在多种未来水文气候条件下均具相关性。

研究结论指出，2020年评估显示总供水量471.85百万立方米，地表水占77.3%，地下水占22.6%，农业占社会经济用水96.8%。地下水开采量约为可开采资源量的72%，表明地下水依赖显著但尚不足以单独证明长期含水层枯竭。主要压力包括冰冻圈径流季节性集中、高农业用水需求、灌溉和输水低效、地下水依赖以及下游生态和水质约束。农业需求是最大的直接可管理压力，基准情景表明降低灌溉定额可减少农业总需求约27.8至65.4百万立方米/年。研究将诊断结果转化为包含资源诊断、压力识别、管理优先级排序和适应性实施的四阶段框架，将部门管理选项与利益相关者责任、监测指标和定期再评估相联系。由于水文地质参数、空间代表性、回归水和未来气候强迫仍存在不确定性，该框架应被解释为决策支持结构而非确定性管理处方，其更广泛的适用性在于诊断到适应性管理的整合结构。