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甘家湖梭梭林保护区位于艾比湖流域内奎屯河、古尔图河及四棵树河下游近尾闾区,以荒漠灌木梭梭为主,阻挡着阿拉山口的风沙东移,是奎屯河流域及其以东的大半个北疆地区的生命保护线。随着该流域内人口的增长和灌溉面积的增加,国民生产、生活用水对生态用水的挤占日趋严重,致使奎屯河流域奎屯河、四棵树河、古尔图河下游河谷林大量枯死,造成了严重的环境问题,已经影响到流域内经济、社会和人民的发展和生存,引起广泛关注。
生态用水短缺是造成甘家湖保护区生态环境问题最关键的原因,因此实施外流域调水以增加林区生态用水是解决甘家湖林区生态环境问题的根本措施。如何合理配置客水资源使其得以高效利用是输水过程中首先解决的问题,为了确定保护区生态输水的最佳路径,本研究根据保护区13年的植被盖度变化与径流量、降水变化之间的响应关系,确定影响保护区植被恢复的关键要素:在分析保护区植被生态现状的基础上,利用参考作物法估算保护区天然植被正常生长所需的生态需水量,设计最小生态需水流量方案,然后根据研究区水文数据设计生态洪水流量方案,结合古尔图河、四棵树河及奎屯河流域特征选取各河流输水点,根据两类流量方案及各河流输水点制定不同的输水方案;利用FloodArea洪水演进模型模拟不同输水方案对保护区的输水漫溢情境,从漫溢面积、漫溢地类等方面对比不同输水方案的漫溢效果,筛选最佳输水路径。
基于以上研究得到如下结论:
(1)对甘家湖保护区植被盖度变化进行分析发现,从1998~2010年植被盖度呈下降趋势,其中植被盖度>60%的区域面积减少较多,同时植被盖度与相应年份径流量变化有较好的对应关系,与降水相关性较弱;
(2)采用参考作物法对研究区不同植被类型的生态需水量进行估算,得出保护区各流域最小生态需水量为1.2×108m3,从生态需水过程线得出7月份的生态需水定额最大(0.3×108m3),6月和8月次之(分别为0.26×108m3和0.23×108m3),10月份最小(0.04×108m3);
(3)通过输水模拟对比得出,相比四棵树河与奎屯河,古尔图河更适宜作为输水河道进行生态输水。12种人工输水方案中,最小生态需水量方案在古尔图河位置人工放水,最大流量8.1m3/s,持续供水172天,产生生态效益最大,影响荒漠生态系统46km2,可最大地满足保护区生态需水要求,对甘家湖梭梭林保护区的生态恢复和生态系统稳定性效益最高。
(4)生态输水将增加进入保护区的水量,对保护区会产生积极的生态效应。主要表现在两个方面:促进河谷林演替,提高保护区植被覆盖度,增加生物多样性;防治沙化,阻止佐顿艾力生沙漠合拢。