中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 中國西北干旱區(qū)系指賀蘭山—烏鞘嶺以西，祁連山–昆侖山以北，包括新疆和河西走廊地區(qū)的廣大西北內(nèi)陸干旱區(qū)，約占中國國土面積的1/4（圖1）；該區(qū)域以山地、荒漠為主體，荒漠、戈壁面積約占全國的80%。西北干旱區(qū)遠離海洋，氣候干燥，降水稀少，多年平均降水量約為156.36 mm；其中，南疆塔里木盆地的多年平均降水僅為74.2 mm。西北干旱區(qū)是我國資源型缺水最嚴重的區(qū)域，水資源總量約995.57×10⁸ m³，僅占全國的3.46％，是世界上最干旱的地區(qū)之一。同時，西北干旱區(qū)還存在工程型缺水、結(jié)構(gòu)型缺水和管理型缺水，水資源短缺是制約西北干旱區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的最關(guān)鍵自然因素。

西北干旱區(qū)以山、盆相間的地貌格局、山地-綠洲-荒漠復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)為基本特點，水是連接山地-綠洲-荒漠三大生態(tài)系統(tǒng)的紐帶。山區(qū)降水較豐沛，并發(fā)育有大面積現(xiàn)代冰川，冰川融水約占西北干旱區(qū)地表總徑流的25%以上，在河川徑流構(gòu)成和穩(wěn)定方面起著舉足輕重的作用；平原區(qū)以荒漠為主體，氣候干旱，植被稀疏，生態(tài)環(huán)境極端脆弱，生產(chǎn)、生活、生態(tài)用水矛盾突出；人工綠洲面積不足10%，但承載了約98%的人口并生產(chǎn)了95%的國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP），是西北干旱區(qū)人類活動和經(jīng)濟社會發(fā)展的主要載體。

全球變暖對西北干旱區(qū)水資源和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了重要影響。氣候變化引起的山區(qū)冰川/積雪變化和水循環(huán)過程改變，加劇了西北干旱區(qū)關(guān)鍵水文要素變率和水資源供給的不確定性，導(dǎo)致西北干旱區(qū)綠洲經(jīng)濟與荒漠生態(tài)兩大系統(tǒng)的水資源矛盾更加突出。如何實現(xiàn)西北干旱區(qū)水-經(jīng)濟-生態(tài)協(xié)同發(fā)展，保障區(qū)域水、生態(tài)安全，是“絲綢之路經(jīng)濟帶”建設(shè)的關(guān)鍵所在。本文基于野外實地調(diào)查及國家公開發(fā)布的公報數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了西北干旱區(qū)水資源與生態(tài)環(huán)境基本特征，揭示了氣候變化背景下西北干旱區(qū)冰川、積雪水資源潛力，探討了水資源承載力及供需水風(fēng)險，提出了水資源可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境保護建議，旨在為推進綠色“絲綢之路經(jīng)濟帶”建設(shè)、實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展提供科技支撐。

西北干旱區(qū)水資源與生態(tài)環(huán)境變化

氣候要素變化

氣溫、降水變化。西北干旱區(qū)氣候水文要素對氣候變化響應(yīng)十分敏感。基于西北干旱區(qū)123個氣象觀測站資料分析，1960—2020年，西北干旱區(qū)的氣溫整體呈上升趨勢，并且上升速率明顯高于全國（0.25℃/10年—0.29℃/10年）和全球平均水平（0.13℃/10年）。尤其在1998年，西北干旱區(qū)出現(xiàn)了“躍動式”升溫，年平均氣溫由1960—1997年的7.50℃，升高至1998—2021年的8.63℃（圖2），升溫后較升溫前的平均氣溫升高了1.13℃。與此同時，西北干旱區(qū)的降水量也以9.32 mm/10年的速率呈明顯增加趨勢，約96%的站點（118個）降水量呈增加變化，僅有5個站點的降水量呈下降變化，且降水變化速率具有明顯的空間差異性；其中，北疆地區(qū)的降水增加量明顯高于南疆和河西走廊地區(qū)（圖3）。北疆降水量以11.26 mm/10年的速率增加，南疆和河西走廊地區(qū)降水量的增加速率分別為7.47 mm/10年和7.7 mm/10年。

潛在蒸散發(fā)變化。氣溫升高導(dǎo)致西北干旱區(qū)蒸發(fā)能力加大。1960—2020年，西北干旱區(qū)潛在蒸散發(fā)量變化趨勢表現(xiàn)為先下降后上升的趨勢（圖4），以1993年為轉(zhuǎn)折點，由之前的下降趨勢（﹣22.47 mm/10年）逆轉(zhuǎn)為上升趨勢（45.47 mm/10年）。在123個站點中，1993年以前約有93.5%的站點呈下降趨勢，6.50%的站點呈上升趨勢，而在1993年之后，約有14.60%的站點呈下降趨勢，85.40%的站點呈上升趨勢。就不同區(qū)域來看，南疆地區(qū)潛在蒸散發(fā)量變化速率最為顯著。1993年以前，南疆地區(qū)潛在蒸散發(fā)量下降速率最快，約以﹣41.66 mm/10年的速率下降；河西走廊地區(qū)次之，約以﹣23.06 mm/10年的速率下降；北疆地區(qū)潛在蒸散發(fā)量下降速率最慢，約為﹣5.48mm/10年。在1993年之后，仍以南疆地區(qū)變化速率最顯著，南疆地區(qū)潛在蒸散發(fā)量以56.68 mm/10年的速率逆轉(zhuǎn)為上升趨勢；河西走廊地區(qū)次之，約以45.54 mm/10年的速率上升，北疆地區(qū)潛在蒸散發(fā)量上升速率最慢，約為34.39 mm/10年。

水文和水資源變化

西北干旱區(qū)水資源的形成、轉(zhuǎn)化及水循環(huán)過程獨特，水資源形成區(qū)與消耗利用區(qū)相互分離，水資源形成于山區(qū)，消耗于綠洲及荒漠區(qū)。水資源構(gòu)成多元，由高山區(qū)的冰川積雪融水、中山森林帶的降水和低山帶基巖裂隙水等多元構(gòu)成。西北干旱區(qū)水資源呈現(xiàn)時空分布不均的特點：在空間上，西部多、東部少；在年內(nèi)變化上，表現(xiàn)為春旱、夏洪。氣候變暖導(dǎo)致西北干旱區(qū)山區(qū)冰雪消融加速、降水增多，河川徑流增加，但與此同時，氣候變化加大了西北干旱區(qū)的極端水文事件強度，導(dǎo)致水文波動性增強、水資源不確定性增大。

冰川、積雪萎縮。西北干旱區(qū)分布有天山、昆侖山、喀喇昆侖山、阿爾金山和祁連山等一系列高大山系，是我國冰川擁有量最多的地區(qū)。多源衛(wèi)星遙感影像和冰川編目數(shù)據(jù)分析顯示，西北干旱區(qū)分布有23378條冰川，總面積24221.63 km²，總儲量為2155.82 km³，分別占全國冰川總量的48.1%、46.7%和47.8%，冰川作用強烈。在過去的60多年中，冰川面積減小了18%，新疆境內(nèi)的冰川面積縮小了11.7%，預(yù)計至21世紀中葉，面積為1km²以下的小冰川不斷消融殆盡，這將對以小冰川分布為主的河流產(chǎn)生重要影響。塔里木河流域的阿克蘇河、和田河和葉爾羌河，冰川融水占比大，冰川融水徑流仍將呈現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的增加趨勢，對河川徑流的補給和調(diào)節(jié)作用也會進一步增強。然而，在21世紀中葉達到峰值后，隨著冰川退縮，冰川的調(diào)節(jié)功能減弱，冰川徑流可能會出現(xiàn)降低趨勢。

徑流量呈增加趨勢。在過去的60年間，西北干旱區(qū)各河流區(qū)徑流量均呈顯著增加趨勢 （p＜0.05）。其中，祁連山北坡徑流量增加速度最快，為4.65×10⁸ m³/10年，昆侖山北坡和天山南坡次之，分別為3.62×10⁸ m³/10年和3.58×10⁸ m³/10年，天山北坡和阿爾泰山南坡徑流量增加速度較慢，僅為0.51×10⁸ m³/ 10年和0.66×10⁸ m³/10年（圖5）。近20余年，西北干旱區(qū)進入相對豐水時期，塔里木河流域的阿克蘇河、葉爾羌河、和田河和開都河等“四源流”山區(qū)來水量合計增加了40.70×10⁸ m³，增幅高達18%（圖6）。并且，對不同排放情景下徑流預(yù)估結(jié)果顯示，新疆塔里木河流域的開都河、阿克蘇河、葉爾羌河、和田河及車爾臣河未來來水量仍將處于高位震蕩，平均增幅為3.20%—7.55%。

水資源利用效率提升

自20世紀90年代中期以來，西北干旱區(qū)山區(qū)來水量增加了約110×10⁸ m³，水資源可利用總量大幅增加。并且，隨著用水結(jié)構(gòu)調(diào)整，水資源利用效率提升，以及水資源可利用量外延的不斷拓寬，西北干旱區(qū)的水資源承載力處在提升和增強態(tài)勢。

用水效率不斷提高。近10年來，西北干旱區(qū)水資源節(jié)約利用成效顯著，用水結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，用水效率不斷提高。農(nóng)業(yè)用水比例下降，由2012年的95.84%下降到2021年的90.94%，其中，新疆由96.72%下降到91.98%，河西走廊地區(qū)由88.92%下降到82.55%；農(nóng)業(yè)灌溉用水量降低，新疆農(nóng)田灌溉畝均用水量由2012年的642m³下降至2021年的545 m³，河西走廊由676.28m³下降至446 m³；用水效率不斷提高，新疆萬元GDP用水量由2012年的728 m³下降至2021年的359.1 m³，萬元工業(yè)增加值用水量由39 m³下降至23.9 m³；河西走廊地區(qū)的萬元GDP用水量由441 m³下降至252 m³，萬元工業(yè)增加值用水量由57.35 m³下降至29 m³。

農(nóng)業(yè)水生產(chǎn)效率顯著提升。西北干旱區(qū)是我國重要的糧食、棉花和優(yōu)質(zhì)果蔬的主產(chǎn)區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅速。近10年來，耕地面積由7.13×10⁴ km²增加到8.21×10⁴ km²；水利工程設(shè)施不斷完善，灌溉定額降低，新疆和河西走廊地區(qū)的灌溉水利用系數(shù)分別由2012年的0.480和0.520提高到了2021年的0.575和0.588；灌溉保證率顯著提高，灌溉面積由2012年的5.81×10⁴ km²增加到2021年的7.60×10⁴ km²。隨著國家最嚴格水資源管理制度的實施和節(jié)水灌溉技術(shù)的大面積推廣應(yīng)用，新疆和河西走廊地區(qū)的節(jié)水灌溉面積分別從2012年的2.59×10⁴ km²和0.45×10⁴ km²增加到2021年的3.06×10⁴ km²和0.66×10⁴ km²；非常規(guī)水資源開發(fā)利用量逐年增加，從2013年5.1×10⁸ m³增加到2020年15.4×10⁸ m³。

生態(tài)環(huán)境變化

黨的十八大以來，生態(tài)文明建設(shè)融入經(jīng)濟社會建設(shè)的各方面和全過程，生態(tài)環(huán)境保護意識大幅提升，水資源節(jié)約利用與管理水平不斷提高，經(jīng)濟社會用水結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，結(jié)構(gòu)性缺水問題在逐步改善。地表水體面積擴大，生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值提升，水環(huán)境質(zhì)量總體向好，水環(huán)境容量顯著增加，人類賴以生存的綠洲生態(tài)環(huán)境不斷改善，生態(tài)系統(tǒng)健康向好發(fā)展。

生態(tài)服務(wù)功能提升。西北干旱區(qū)生態(tài)服務(wù)功能總體向好，生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值不斷提升，生物多樣性呈增加趨勢。近10年來，西北干旱區(qū)耕地、建設(shè)用地、高覆蓋草地和水域面積呈增加態(tài)勢，分別增加了28.36%、69.79%、6.90%和24.30%。生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值從2012年的14147.72億元增加到2021年的15182.80億元，增幅為7.32%。從不同地區(qū)生態(tài)服務(wù)價值來看，北疆地區(qū)生態(tài)服務(wù)價值總量最大，占西北地區(qū)的51.74%，南疆次之（占39.57%），河西走廊地區(qū)最小（8.69%）。生物多樣性呈增加趨勢，生物豐富度指數(shù)由2012年的13.78上升到2021年的14.13，過去10年增加了2.54%，其中，北疆地區(qū)的生物多樣性增加最為明顯，生物豐富度指數(shù)由2012年的21.96上升到2021年的22.82，增加了3.92%。

林地植被面積增加。新疆林地植被面積呈增加趨勢。2006—2021年，新疆林地總面積增加2.64×10⁴ km²，其中，天然林地和人工林地面積分別增加了2.37×10⁴km²（增幅35.24%）和0.27×10⁴ km²（增幅86.05%）；喬木林和灌木林面積分別增加了0.89×10⁴ km²（增幅36.91%）和1.75×10⁴ km²（增幅37.86%）。林草生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力明顯提升。

地表水體面積擴大。基于歸一化差異水體指數(shù)（mNDVI）、增強植被指數(shù)（EVI）及歸一化植被指數(shù)（NDVI）數(shù)據(jù)，采用GEE平臺、綜合多種統(tǒng)計分析方法，系統(tǒng)解析了西北干旱區(qū)地表水體面積的變化特征。發(fā)現(xiàn)近10年來，西北干旱區(qū)水體面積顯著增加，每年增加約161.64 km²。其中，南疆地區(qū)的湖泊水域面積擴張迅速，平均每年擴張約23.79 km²。2020年新疆的濕地總面積達15245 km²，與2003年第一次濕地調(diào)查結(jié)果比較，近20年面積增加了約1052km²，增幅達7.41%。我國最大的內(nèi)陸淡水湖博斯騰湖，作為新疆生態(tài)環(huán)境保護的一張名片，湖泊水位由2012年的1045.43 m上升至2021年的1047.63 m，礦化度從1.51 g/L下降至0.82 g/L，水質(zhì)不斷向好發(fā)展，水環(huán)境容量顯著增加。

人工生態(tài)系統(tǒng)面積增加。西北干旱區(qū)土地利用變化中，面積占比最高的土地利用類型是未利用土地，2000年未利用土地面積為1323900km²，約占西北干旱區(qū)面積的66.97%，2020年未利用土地面積持續(xù)減少，占比降低到65.12%，2000—2020年未利用土地的面積減少了36727 km²，減少速率為1836.35 km²/年，未利用土地主要向耕地和草地轉(zhuǎn)移。同時，低覆蓋草地主要向耕地、中覆蓋草地和未利用土地轉(zhuǎn)移。建設(shè)用地是西北干旱區(qū)面積最小的土地利用類型，2000年為5332 km²，2020年建設(shè)用地面積劇增到10060 km²，占比增加到0.51%。雖然建設(shè)用地是所有土地利用類型中面積最小的類型，卻是過去20年西北干旱區(qū)土地利用類型中增長最快的，2000—2020年建設(shè)用地面積增加了4728 km²，增長率為88.67%，主要原因是城鎮(zhèn)化速度加快。耕地作為西北干旱區(qū)現(xiàn)代人工綠洲區(qū)最重要的土地類型，面積一直呈增加的趨勢，2000—2020年耕地面積增加了31817 km²，增長速率為1590.85 km²/年，增幅為46.55%。近10年來，西北干旱區(qū)耕地面積增幅為15.19%，為守住國家18億畝耕地紅線作出了貢獻。

西北干旱區(qū)水資源利用與生態(tài)環(huán)境保護建議

進一步挖掘西北干旱區(qū)的水資源潛力。針對全球變化帶來的水安全風(fēng)險以及西北干旱區(qū)面臨的資源型缺水、工程型缺水等問題，打好蓄水基礎(chǔ)，用好調(diào)水補充，探索增水途徑，優(yōu)化水安全格局。建議：①在蓄水方面，加快山區(qū)重大控制性水利工程建設(shè)，提升水資源調(diào)蓄和保障能力，切實解決區(qū)域性、季節(jié)性和工程性缺水問題；②在節(jié)水方面，不斷推進技術(shù)革新，進一步提升水資源生產(chǎn)效率，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)，大力推廣農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)；③在調(diào)水方面，基于“空間均衡”治水理念，加快流域間和區(qū)域外調(diào)水研究，破解資源型缺水瓶頸；④在增水方面，積極開展人工影響天氣研究，實施山區(qū)人工增水，增強山區(qū)流域的蓄水養(yǎng)源能力。從節(jié)水、蓄水、增水和調(diào)水等方面，全面加強和提升水資源管控和調(diào)配能力，為經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)安全提供水資源保障。

進一步提升水資源管理水平。針對西北干旱區(qū)水資源管理問題，建議：①加快推進水治理體系和治理能力現(xiàn)代化，大力提升水資源精細化、數(shù)字化、智能化、規(guī)范化和法治化管理水平，加強水資源集約利用，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水安全和“水-生態(tài)-農(nóng)業(yè)”協(xié)調(diào)發(fā)展；②積極探索和構(gòu)建水資源與能源之間的替代性經(jīng)濟發(fā)展模式，以能補水，抽水蓄能，加強清潔、綠色水能開發(fā)，實現(xiàn)水-能-糧協(xié)同發(fā)展；③加快重大引調(diào)水和骨干水源工程建設(shè)，加強水網(wǎng)工程建設(shè)，以應(yīng)對未來氣候變化引發(fā)的不斷增強的極端水文事件，大力提升水資源管控能力，提高水資源利用效率，以水定地、以水定綠、以水定城、以水定發(fā)展。

進一步加大生態(tài)保護修復(fù)力度。針對新疆干旱區(qū)資源型缺水嚴重、生態(tài)環(huán)境脆弱的自然環(huán)境條件，建議：①加快構(gòu)建和完善“政府主導(dǎo)與民眾參與、自然修復(fù)與人工治理、法律約束與政策激勵，治理生態(tài)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展、改善民生相結(jié)合”的生態(tài)修復(fù)治理體系與生態(tài)–水利工程管理模式。②加快河–湖–庫及干–支流水系連通，加大對荒漠–綠洲過渡帶的封禁保護力度，提升荒漠區(qū)天然植被的生態(tài)屏障功能，全面提升西北干旱區(qū)林草質(zhì)量和林草系統(tǒng)的碳匯能力，為“雙碳”目標的實現(xiàn)和“美麗新疆”的建設(shè)提供助力與支撐。③加快對微咸水、云水的開發(fā)和洪水資源化利用，通過人工增雨活動，提升山區(qū)水源涵養(yǎng)功能；加強對季節(jié)性洪水的資源化利用，引導(dǎo)洪水對平原區(qū)荒漠河岸林實施人工漫溢和洪泛，促進荒漠林草的自然更新、自我修復(fù)和自然擴綠，構(gòu)建人與自然和諧的山水林田湖草沙生命共同體。

（作者：陳亞寧，中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所；李忠勤， 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院；徐建華，華東師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院；沈彥俊，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心；邢曉旭，中國科學(xué)院 科技促進發(fā)展局；謝天，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心；李稚，中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所；楊林山、席海洋，中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院；朱成剛、方功煥，中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所；司建華，中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院；張元明，中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所；《中國科學(xué)院院刊》供稿）

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