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2.1玛纳斯河流域绿洲面积变化
2.1.1 绿洲总面积变化
从整个研究时段来看,1976-2015年玛纳斯河流域绿洲面积呈现“增加-减小-增加”的变化趋势,但整体表现出扩张的态势,1976年绿洲面积为9 210.2 km2到2015年绿洲面积扩张至9 598.5 km2,扩张388.3 km2,见图1。进一步分析可以发现,节水前(1976-2000年),绿洲总面积处于扩张期,绿洲面积由1976年的9 210.2 km2扩张至2000年的9 627.8 km2,扩张417.6 km2。其中1976-1990年绿洲面积增长缓慢,年均增长 12.1 km2;1990-2000年绿洲面积增长较快,年均增长21.47 km2。节水后(2000-2015年),绿洲面积处于缓慢缩减期,绿洲面积由2000年的9 627.8 km2缩减至2015年的9 598.5 km2,缩减95.1 km2。其中 2000-2010年绿洲面积处于缩减阶段,绿洲面积由2000年的9 627.8 km2缩减至2010年的9 532.7 km2,年均减小8.6 km2;2010-2015年绿洲面积开始缓慢增长,在此期间,绿洲面积年均增长11.0 km2。
2.1.2 人工绿洲面积变化
由玛纳斯河流域人工绿洲面积变化可知(图1),1976-2015年玛纳斯河流域人工绿洲面积呈明显的递增趋势。40年间,人工绿洲面积增长3873.3 km2,年均增长96.8 km2,其中1976-1990年、1990-2000年、2000-2010年、2010-2015年四个时期分别增长1433.3 km2、628.7 km2、1 04.6 km2和506.7 km2。高效节水技术有力地推动了人工绿洲面积的扩大。高效节水前(1976-2000年),人工绿洲面积由1976年的2989.5 km2增加到2000年的5051.4 km2,年均增长82.5 km2;高效节水后(2000-2015年),人工绿洲面积由2000年的5051.4 km2增加到 2015年的6862.8 km2,年均增长113.2 km2。可见,膜下滴灌技术的大面积推广,积极的推动了人工绿洲的扩张。
2.1.3 天然绿洲面积变化
由玛纳斯河流域天然绿洲面积变化可知(图1),1976-2015年玛纳斯河流域天然绿洲面积呈持续递减态势,40年间,天然绿洲面积缩减3485.00 km2,年均缩减87.13 km2。其中,1976-1990年、1990-2000年、2000-2010年、2010-2015年四个时期分别缩减1251.9 km2、392.5 km2、1399.7 km2和440.9 km2。高效节水前(1976-2000年),天然绿洲面积由 1976年的6 220.7 km2减小到2000年的4 576.4 km2,年均缩减65.8 km2;高效节水后(2000-2015年),天然绿洲面积由2000年的4576.4 km2减小到2015年的2 735.7 km2,年均缩减115.0 km2。结合人工绿洲面积变化可知,高效节水技术的实施,促进人工绿洲面积的不断扩张的同时,挤占了天然绿洲耗水量,加快了天然绿洲面积的退化。
2.2玛纳斯河流域绿洲适宜规模的计算
2.2.1 绿洲可利用水资源总量及耗水量
对玛纳斯河流域绿洲可利用水资源总量和工业、生活以及生态耗水量进行计算,见表4。
由表4可以发现,玛纳斯河流域绿洲可利用水资源总量呈现波动变化,但波动幅度不大,工业用水和生活用水呈现波动增加的趋势,生态用水呈现波动减小的趋势。工业和生活用水量的增加,挤占了生态耗水量,造成绿洲生态环境的破坏。可见,工业和生活用水正逐渐成为绿洲耗水的一大动力。然而,节水技术的成熟和节水意识的增强,使流域用水效率由0.9提高到1.14,农业高效节水技术在一定程度上为流域充足用水提供了保障,缓解了绿洲水资源紧张的局面。
2.2.2 绿洲适宜规模
由表5可知,从整体上看,研究时段内玛纳斯河流域绿洲适宜耕地面积与适宜规模变化趋势基本一致,总体呈波动增加趋势。1976年玛纳斯河流域绿洲适宜规模为3 973.7 km2,适宜耕地面积为1 778.2 km2,到2015年绿洲适宜规模和适宜耕地面积分别增长到4 025.9 km2和1 801.6 km2,40年间,两者适宜面积增加了52.3 km2和23.4 km2。经分析可以发现,绿洲适宜面积的增加与节水方式的改变存在很大关系,1976年流域处于传统节水阶段,在这时期,流域采用库-渠-井联合灌溉,低效率的灌溉方式,导致大量水资源浪费,使可利用水资源量大大减少。自2000年膜下滴灌技术在流域被大面积推广之后,高效的灌溉方式增加了流域可利用水资源量,使绿洲适宜规模和适宜耕地面积得到增加。根据计算得到的绿洲稳定性指数可以发现,节水强度的提高,使绿洲稳定性有所增强,但五个时期的稳定性指数值仍小于临界稳定性数值0.5,表明绿洲处于亚稳定状态。由绿洲实际耕地面积可以知,1976年耕地面积仅为2 676.3 km2,到2015年耕地面积高达6 280.9 km2,40年间,耕地面积增加134.68%。结合绿洲实际规模可以发现,绿洲实际规模和实际耕地面积均已远远超出适宜规模和适宜耕地面积,绿洲呈现超负荷运行,流域可持续发展受到威胁。
3 结论
01 1976-2015年玛纳斯河流域绿洲面积呈现“增加-减小-增加”的变化趋势,但整体朝着扩张的态势发展,40年间,绿洲面积扩张388.30 km2。高效节水技术实施前,绿洲处于快速扩张期,面积扩张417.6 km2,年均扩张16.70 km2。高效节水技术实施后,绿洲处于缓慢缩减期,面积缩减95.1 km2,年均缩减 1.83 km2。
02 高效节水技术实施前,人工绿洲面积平均以每年82.48 km2的速度增长,天然绿洲面积平均以每年65.77 km2的速度减小;高效节水技术实施后,人工绿洲面积平均以每年113.21 km2的速度增长,天然绿洲面积平均以每年115.04 km2的速度减小。农业高效节水技术的实施有力推动了流域绿洲化进程。
03 1976-2015年玛纳斯河流域绿洲适宜规模和适宜耕地面积均远小于实际规模和实际耕地面积,提高节水强度,使绿洲稳定性有所增强,但仍小于临界稳定性数(H₀=0.5),绿洲稳定性处于亚稳定状态。为保证绿洲稳定,玛纳斯河流域适宜的绿洲规模和灌溉面积应保持在4 025.9~4 499.8 km2和 1 801.6~ 2 013.7 km2。
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