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坎儿井的水资源调节功能
坎儿井的水资源调节功能
一、前言
被新疆各族人民誉为“生命之泉”的坎儿井,作为一种特殊的灌溉系统在新疆吐鲁番地区不仅具有很大的经济价值,同时还具有巨大的环境资源价值。
本文重点分析坎儿井的水资源调节功能。
近年来,吐鲁番的坎儿井呈衰减之势。
全疆坎儿井50年代多达1700条,随着不断的干涸,80年代末已降至860余条。
吐鲁番地区坎儿井最多时达1273条,目前仅存725条左右。
坎儿井是开发利用地下水的一种很古老式的水平集水建筑物,适用于山麓、冲积扇缘地带,主要是用于截取地下潜水来进行农田灌溉和居民用水。
在新疆吐鲁番地区,水资源匮乏是限制当地发展的重要问题。
坎儿井作为干旱地区人们利用水资源的最为经济、有效地水利工程,坎儿井不仅具有其重要的经济价值,更有其巨大的资源环境价值。
坎儿井这项工程用地面坡度引取地下水自流灌溉,有竖井、地下暗渠、地面明渠和涝坝几个部分组成。
它依据山势坡度,按引水路线在地面挖出许多竖井,并在地下将这些竖井连通成渠道,使深层地下水逐渐转变成浅层地下水,在需要水的地方引出至涝坝(蓄水池),然后引至农田灌溉。
这种灌溉方式,在新疆和邻近的中亚国家被称为“坎儿孜”,因其独特的井、渠结合方式,翻译为汉语就成了“坎儿井”。
这一称呼,也形象地表述了坎儿井的竖井因高低参差形成的一道道“坎儿”。
山区地下水埋藏较深;而坎儿井通过竖井依山势开出的水平渠道将深水变为浅水;并且水在地下运行,不受地面高温蒸发的影响,保持了水量常年稳定;经过地下地层过滤远行,井水清澈香甜,在炎热的夏天喝上一口井水,沁人心脾。
随着吐鲁番地区经济发展,机井得以广泛使用。
机井投资少效率高,开采极其随意。
全地区已有的几千口机井从地下大量抽水,而全区11亿立方米的可利用水资源中,地下水仅占两个亿。
比较而言,坎儿井造价高,维护难,导致使用率不断下降;在地表水利用上,一些河流上游修建水库,大坝截流后,下游水源便捉襟见肘。
已建的柯柯牙水库和坎儿其水库,就对其下游近百条坎儿井直接造成生存危机。
二、研究意义
对于坎儿井的日渐式微,各方看法截然不一。
一种观点认为,从纯经济角度看,坎儿井已无生存必要。
在科技飞速发展的今天,坎儿井未免过于落后,夏季易干涸,冬季水多时又易白白流走,无法蓄存。
而水库可蓄水,随时进行生态调节。
应该任坎儿井自然消亡,优胜劣汰,由水库等水利设施取而代之。
但虽这样说,但是坎儿井对吐鲁番地区居民的用水还是起着关键的作用。
大多数的居民使用的还是坎儿井的水,很多的农作物灌溉还是用的是坎儿井的水,这使得我们研究坎儿井的蓄水价值有了价值。
目前吐鲁番地区有水的坎儿井仍有404条,年出水量2.319*10
m³,总流量7352.09
,坎儿井控灌面积13.23万亩,有约6万人、10万头牲畜饮用坎儿井水,在农业生产,维护生态环境及人民群众生活中发挥着巨大的作用。
如果这些坎儿井一旦断流,将严重影响到当地农民的生活和生产以及生态环境,所以保护坎儿井也是当地社会稳定,可持续发展的需要。
三、评估技术手段
(一)市场价值法
市场价值法也称生产率法,其基本原理是将生态系统作为生产中的一个要素,生态系统的变化将导致生产率和生产成本变化,进而影响价格和产出水平的变化,或者将导致产量或预期收益的损失。
如大气污染将导致农作物的减产,影响农产品的价格等。
因此,通过这种变化可以求出生态系统产品和服务的价值。
市场价值法可有两种情况。
1.生产要素价格不变
产量增加不影响市场格局,即产量的变化不会引起供需矛盾的整体结构改变,此时,生态系统服务功能价值为
V=q(P—Cv)·△Q一C(3·1)
式中:
V——生态系统服务功能价值;
q——产量Q的每一单位,通常取值为1;
P——产品的价格:
Cv——单位产品的可变成本;
△Q——产量变化量;
C——成本。
2.生产要素价格变化
如果生态系统的变化导致产量Q的变化,进一步引起产品和生产要素价格的变化,则生态系统服务功能价值为
V=△Q(P1+P2)/2(3·2)
式中:
V一生态系统服务功能价值;
△Q——产量变化量:
P1——产量变化前的价格;
P2——产量变化后的价格。
从理论上讲这是一种合理方法,但实际上生态系统服务的种类繁多,同一种服务的效果也多种多样,其对产品的影响很难定量,实际评价时困难重重。
(二)机会成本法
机会成本法常用来衡量决策的后果。
所谓机会成本,就是做出某一决策而不做出另一种决策时所放弃的利益。
任何一种自然资源的使用,都存在许多相互排斥的备选方案,为了做出最有效的选择,必须找出社会经济效益最大的方案。
资源是有限的,且具有多种用途,选择了一种方案就意味着放弃了使用其他方案的机会,也就失去了获得相应效益的机会,把其他方案中最大经济效益称为该资源选择方案的机会成本。
例如,政府想将一个湿地生态系统开发为农田,那么开
发成农田的机会成本就是该湿地处于原有状态时所具有的全部效益之和。
机会成本法的数学表达式为:
式中:
—k方案的机会成本
机会成本法是费用一效益分析法的重要组成部分,它常被用于某些资源应用的社会净效益不能直接估算的场合,是一种非常实用的技术。
已有学者用机会成本法定量评价生态系统给人类提供的服务,
机会成本法简单易懂,能为决策者和公众提供宝贵的有价值的信息。
生态系统服务功能的部分价值难以直接评估,因此可利用机会成本法,通过计算生态系统,用于消费时的机会成本,来评估生态系统服务功能的价值,以便为决策者提供科学依据,更加合理地使用生态资源。
(三)影子价格法
人们常用市场价格来表达商品的经济价值,但生态系统给人类提供的产品或服务属于“公共商品’’,没有市场交换和市场价格。
经济学家利用替代市场技术,先寻找“公共商品"的替代市场,再以市场上与其相同的产品价格来估算该“公共商品"的价值,这种相同产品的价格被称为“公共商品"的“影子价格”。
影子价格法的数学表达式为:
式中:
V——生态系统服务价值功能
Q——生态系统产品或服务的量;
P——生态系统产品或服务的影子价格
影子价格已广泛应用于生态系统服务功能的定量评价。
例如,用于评价生态系统固碳价值的碳税法就属于影子价格法,它是将生态系统每年固定C02的量乘以碳税的影子价格而得出生态系统固定C02价值的一种方法。
用于评价生态系统释放02价值的工业制氧法亦属于影子价格法,它是将生态系统每年释放的02量乘以工业制氧成本,即02的影子价格,从而估算出生态系统释放02的价值的一种方法。
评价生态系统营养物质循环的经济价值时,先估算生态系统持留营养物质的量,再以各营养元素的市场价值作为“影子价格一,计算出生态系统营养物质循环的价值。
四、实际应用
(一)坎儿井的环境资源价值
坎儿井堪称人与自然和谐相处的典范工程。
作为水利灌溉系统,坎儿井发挥的作用并非是单纯的农业灌溉;在维护吐鲁番地区的生态环境平衡上看未经也起着举足轻重的作用。
1.调节水质功能
坎儿井由人工开挖的竖井、暗渠、明渠和涝坝四个部分组成。
坎儿井的暗渠可分为两段,即集水段和输水段。
竖井是连通地表与暗渠的垂直立井。
明渠是坎儿井水流出地面进入涝坝之间的渠道。
涝坝也就是坎儿井的蓄水池,是坎儿井的重要组成部分。
坎儿井本身就是一个独特的生态系统,它不仅是吐鲁番盆地很多植被获得水源的主要途经,同时它对当地动物的生存起着特殊的作用,如坎儿井在地表上出现一串成线形的土丘,有利于沙蜥、沙鼠等穴居动物的栖息;鸟类利用坎儿井的内壁筑巢、繁殖,隐蔽或御寒;坎儿井的涝坝则是鱼类、两栖类的特殊生存环境,此外,涝坝还有调节坎儿井水量和改善小区生态环境的功能。
总之,坎儿井独特的条件和丰富的水资源成为课当地动植物生存的重要物质基础,并引来其他动物,丰富课该地区内动植物种类的多样性。
涝坝,不仅可以用来调节灌溉水量,还能和明渠一起提高空气湿度,而调节空气湿度可以改善居住环境。
明渠有的直通农田灌溉,有的穿庭过户供当地居民生活用水和农业用水。
由于涝坝水量稳定、水温适中(一般夏季水温在16–17℃,即使在严冬也不低于10℃),矿化度低(pH值在7.9–8.2),因而成为适宜鱼类和两栖类生存的自然环境。
另外,还有多种浮游生物成为鱼类的天然食物,这么多种生物的排泄物给农田提供充足的营养,因而形成了这个小生态的良性循环。
流向庭院的坎水,不仅水质清澈,且含有人体所需的十几种微量元素,是天然矿泉水,非常有利于人的身体健康。
2.水资源储蓄功能
坎儿井由人工开挖的竖井、地下暗渠、地上明渠和涝坝(蓄水池)四个部分组成。
它是一项利用北高南低的地势,不须动力而将地下水引出地表的地下水利工程。
竖井是为开挖暗渠、运送沙石及通风用的。
从竖井、暗渠内运出的土,堆于竖井口周围,形成大小不等的土堆,防止雨水和洪水流入坎儿井内,保护了坎儿井的安全运行。
竖井间距疏密不等,上游比下游间距长,一般距离30-50米,靠近明渠处为10-20米。
竖井最深的可达90米以上,从上游至下游由深变浅。
暗渠是主体,也就是地下河道,一般高1.7米,宽1.2米,长3-5公里,暗渠前部分为集水段,位于当地地下水位以下,起截引地下水的作用;后部分为输水段,在地下水位以上。
由于坎儿井暗渠坡度小于地面坡度,可以把地下水自流引出地表。
吐鲁番地区最长的暗渠达25公里,短的仅一二百米。
明渠就是地表的导流渠,连接暗渠出水口(俗称龙口)至蓄水池的输水渠道,将水引入涝坝或直接浇灌田地。
涝坝,又称蓄水池,是坎儿井途径明渠后,存储坎儿井水的池塘,用以调节生活、灌溉农田。
涝坝面积不等,以600-1300平方米为多,水深在1.5-2米。
涝坝的大小,决定于坎儿井水量的大小。
3.地下水补给功能
亚洲大陆腹地为亚非荒漠区组成部分,多山地、盆地;气候十分干旱,但山地承接了较多的降水,成为干旱大地上的一座座“湿岛”,为盆地绿洲提供了生命之水。
这些水源,因干旱区的高温蒸发而大量丧失。
为了保护这些宝贵的水源,在古代水利工程不发达又缺乏能源的条件下,新疆各族劳动人民在长期的生产实践中,创造出了“坎儿井”这种利用地下水的巧妙方式。
吐鲁番盆地地处我国干旱区域,极端最高气温49.6度,8级以上的大风每年在100天以上,三十年均降水量2.9毫米,年均蒸发量却高达2844.9毫米,素有“火洲”和“风库”之称。
气候及其干燥的吐鲁番很久以前就曾出现过大片的绿洲,这里繁荣的奥秘之一就是在吐鲁番盆地分布着类似人体血脉的坎儿井群。
吐鲁番盆地北部的博格达山和西部的喀拉乌成山有许多现代冰川,春季雪融化了,水从山顶直泻而下,夏季由于山高,拦截了高空水汽,常形成山区地带大雨或暴雨。
这里山地地面植被稀少,大多为裸露基岩,雨水在地表很快形成径流,想吐鲁番中心输送。
进入戈壁砾石带后,由于砾石透水性强,一些河流50%的水流入地下,有的甚至全部渗入地下,在盆地北、西边缘形成一个巨大的潜水带。
古代吐鲁番盆地的人利用丰富的地下水和形成的坡度,巧妙地创造了坎儿井,把深入地下的雪水雨水不用任何动力引出地面,形成了常年不断地自流水,水质矿化度低。
水在地下流动,蒸发损失少、水量稳定、不易被风沙埋没,非常适合人畜饮用,还可以灌溉农田。
新疆有坎儿井1700多条,主要分布在吐鲁番盆地及哈密地区,总流量约为26立方米/秒,灌溉面积约50多万亩土地。
贯通吐鲁番地下血脉的坎儿井有史可查的有1100多条,现存725条,年径流量3亿立方米,超过了火焰山水系的总径流量;总长度近5000公里,几乎接近黄河的长度,是世界上最大的地下水利灌溉系统之一。
(二)调节价值
表一吐鲁番地区坎儿井分类情况统计表
地点\项目
现存坎儿井数(条)
流量(l/s)
出水量(10
m³/年)
有水坎儿井用途(条)
有水
干涸
农业用
木业用
改水用
吐鲁番市
512
253
259
3795.56
1.197
247
0
5
鄯善县
397
101
296
2210.23
0.697
93
5
3
托克逊县
182
50
132
1346.3
0.425
48
1
1
合计
1091
404
687
7352.09
2.319
388
6
9
从上表中可以看出坎儿井现在的流量情况,从中我们可以计算出坎儿井水的使用价值,即一年坎儿井为居民提供的用水的价值为3亿元。
表二吐鲁番地区现有水坎儿井灌溉人工植被面积统计表
地区
坎儿井数量(条)
总灌溉人工植被面积(亩)
坎儿井补给大自然的水量(万m^3/年)
坎儿井明渠灌溉面积(亩)
坎儿井涝坝灌溉面积(亩)
冬季浇灌草场面积(亩)
吐鲁番市
253
51345.25
3951.25
913.14
365
50067.11
鄯善县
101
30156.04
2291.32
726.5
429.54
29000
托克逊县
50
18597.05
1452.49
175.95
81.92
18339.18
合计
404
100098.3
7695.06
1815.59
876.46
97406.29
从上表中我们可以看出坎儿井周边地区的生态环境的影响是很关键的。
五、总结
坎儿井是吐鲁番地区各族人民长期以来赖以生存和发展的主要生命源泉。
但随着社会经济飞速发展,吐鲁番盆地的人口俱增,开发土地、建城修田,人们对水的需求量与日俱增。
坎儿井水已远远不能满足吐鲁番盆地人民生产和生活的需要,于是打机井成为一种快捷而又经济的用水方式之一。
目前,机井采用地下水量已大大超过坎儿井水,似的吐鲁番盆地的地下水就像巨大的筛子,密布的机井几乎吞噬了吐鲁番地区总径流量的大部分。
吐鲁番的地下水位急剧下降,位于地下水位以上的坎儿井因此断水,原来四、五十米深的井现在已干涸。
人们又往更深的地层打井,农田中处处可见小机房在抽水,而坎儿井水渐渐断流。
据统计,截止2006年,吐鲁番地区坎儿井总数为1091条,现在常年有水的只有331条,760条坎儿井已经干涸,年径流量只有2.1亿立方米,总灌溉面积13.23万亩,占吐鲁番地区的22.3%。
由于水资源的匮乏,吐鲁番地区未来耕地面积和林果面积将受到制约。
在漫长的农耕经济时代,一条坎儿井就决定了一个村落的人能否存活,正是这样一份深入到血肉之中的牵连,让当地老百姓对坎儿井的命运倍感忧虑。
因此对坎儿井的保护作用就显得尤为重要了,对坎儿井的合理开发、利用和保护可以从以下几个方面出发:
1.认真落实相关政策法规
目前,《新疆维吾尔自治区坎儿井保护条例》已经正式实施,要想真正保护坎儿井这一濒临灭绝的文化遗产,将国家的政策法规落实到实处是关键。
对用于坎儿井修缮的款项要专款专用,各地区对坎儿井修缮保护工程应及时认真检查验收,不能走形式主义,上欺下瞒,甚至挪用资金。
坎儿井所在地区的政府也应做好坎儿井保护工程的监督工作,督促相关部门严格执法,坚决依法惩处各类破坏坎儿井保护工作或破坏周边生态环境的违法行为,使保护坎儿井的各项政策措施真正落到实处。
2.统筹规划水资源的开发和利用
仅靠现有的坎儿井水已远远不能满足吐鲁番盆地对水资源的需求,加上坎儿井难以实现农业生产季节性调节用水,修建水库、发展机井成了必然。
应对水资源进行宏观科学规划,将坎儿井与其他水利工程一并列入水资源管理范围,根据水量的多少,进行科学分配,制定最为适合的灌溉制度。
不能因坎儿井的调节能力差、水量少等缺陷而放弃对坎儿井的利用与保护,也不能因为以前修水库、打机井对坎儿井和当地环境造成不利影响而放弃修建水库和机井,应在保护当地生态环境的前提下,对坎儿井水资源与其他水资源进行统筹规划、合理调配,使坎儿井水资源与其他水资源发挥各自不同的作用,让古老的坎儿井与现代水利工程和谐共存,发挥其最佳效益,实现古老文明与现代文明和谐相处。
3.加强坎儿井的管理
在现代科技文明社会,坎儿井的修建仍采用原始的工艺,这大大制约了坎儿井的发展。
因此,要适应社会的发展,充分利用现代科学技术保护、改造和利用坎儿井,让坎儿井修建从原始的手工作业走向正规化、标准化。
要加强各民族间的联系与沟通,化解人为的狭隘民族情结,团结各族人民共同积极探索坎儿井工程的先进修建技术和管理措施,使古老的坎儿井与现代技术相结合,让坎儿井在科学的开发利用中得到妥善保护,从而拥有更美好的发展前景。
4.建立坎儿井保护区
根据吐鲁番盆地坎儿井的分布情况,在坎儿井分布较多的流域建立坎儿井保护区,并对整个保护区进行科学规划,合理调配水资源:
上游地表水的开发全部用在坎儿井上游地区,并使用传统的灌溉方法,使灌溉水部分渗入地下以补充坎儿井水源;中游泉水和坎儿井灌区可采用节水新技术;在下游进行提水灌溉。
在水权的配上一定要兼顾生态用水,优化农业产业结构,进一步加强坎儿井水资源和当地生态环境的保护工作,使坎儿井这个历史瑰宝不仅能继续完善保存,还能逐步改善吐鲁番盆地的生态环境。
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