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新疆维吾尔自治区位于欧亚大陆腹地，是典型的干旱、半干旱地区，其山盆相间的地貌格局构成了以山地-绿洲-荒漠三大生态系统为基本特征的特殊自然地理单元。水资源发源于山区，在绿洲区消耗与运转，耗散于荒漠，因此，水资源是制约区域经济发展和生态建设的主要因素。玛纳斯河流域位于新疆天山北麓中段，准噶尔盆地南缘，N43°27'~N45°21'，E85°01'~E86°32'，流域总面积34050km 2 ，主要包括石河子市、玛纳斯县和沙湾县及周边团场。近70年来，流域围绕农业灌溉进行了大规模水资源开发利用措施，修建渠道引水灌溉、兴修水库以及渠道防渗等一系列水利工程措施，尤其是1996年膜下滴灌技术在玛纳斯河流域下野地灌区121团问世以来，水资源利用效率及农业生产力得到了极大的提高，20年间流域耕地面积扩大0.55倍，有力地推动了绿洲化进程。目前，玛纳斯河流域已经变成我国第四大灌溉农业区和绿洲农耕区，工、农业经济均取得了巨大成就，成为我国荒漠变绿洲的典范。流域节水措施的大面积推广，在有力推动绿洲化进程的同时，也改变了流域水循环自然变化的时空格局和水文系统的整体性，打破了原有脆弱的水文生态平衡，造成了河道下游水量减少、尾闾湖泊干涸，生态环境质量下降，绿洲与荒漠之间的生态交错带被破坏，出现了地下水位下降、天然植被局部退化等生态环境负面影响。
玛纳斯河流域灌溉技术发展大致经历了四个阶段：①1949—1958年，引用河水灌溉阶段。该阶段主要引用河水灌溉的新绿洲被相继开发，流域内的主要灌溉方式为大水漫灌和沟灌。②1959—1976年，水库渠系联合灌溉阶段。流域实施开荒扩大耕地面积，自然河道径流引水已经不能满足灌溉需要，此时进入水库渠系联合灌溉阶段。③1977—1998年，渠、库、井联合灌溉阶段。该阶段主要渠道也进行了防渗处理，推行畦灌和细流沟灌。④1999—2017年，膜下滴灌阶段。膜下滴灌技术推广过程中滴灌系统代替农渠系统，耕地面积得到有效增加，同时减少了灌溉用水量。耕地内部的农渠、斗渠和排水渠失去原有功能而被填埋，流域水土资源利用效率得到了显著提高。流域水资源开发利用伴随着灌溉方式的进步而发展，目前流域水资源开发利用存在如下显著特点：
（1）地表水资源开发利用率达90%以上。1959年玛纳斯河东岸大渠修成，渠道利用率多年保持在96%以上。
（2）高效节水灌溉面积达90%以上。2016年流域现有灌溉面积382万亩，其中节水灌溉面积362.3万亩，约占94.8%。
（3）农业用水比例高达90%以上。自1999年以来，流域用水总量基本维持在25亿m 3 ，农业用水比例虽然由1990年的96.5%下降到2015年的94%，用水比例依然很高。
节水技术作为先进的农田灌溉措施，可以最低限量用水获取最大的农业产量和收益，还可以最大限度地提高单位灌溉水量的作物产量和产值，流域规模化节水措施作为重要的人类活动，在迅速推动绿洲化进程的同时，改变了流域水循环要素及水循环方式，使得脆弱的水资源系统存在更大的不确定性，进而影响区域水文生态系统的稳定。因此，分析节水措施下流域水土资源开发过程及下垫面变化，阐明节水技术对流域水循环要素的影响，模拟节水条件下流域水循环过程，对节水条件下区域水资源持续利用及生态安全具有重要意义。
人类活动干扰下区域水文生态效应会造成本就脆弱的干旱区水资源系统具有更大的不确定性 [1] 。玛纳斯河流域具有降水量少、蒸发量大、径流时空分配不均等显著水资源特征，干旱的自然环境背景，使得区域生态环境极为脆弱。过去70年来，为了生存人类进行了高强度的人类活动，流域人工绿洲大面积扩张及生态环境发生显著变化，绿洲的进一步发展需要解决节水条件下水资源如何合理利用的关键问题 [2] 。人工绿洲的扩张进程是与水资源开发利用水平密切相关的，节水工程措施支撑人工绿洲发展同时，干扰了流域原有的水循环过程 [3] 。玛纳斯河流域农业产业的开发，改变了流域上、中、下游水资源的自然分配格局，一方面充分发挥了水资源利用的潜力，扩大了人工绿洲面积，创造了适于人类生存和农业生产的人工绿洲小气候；另一方面，人类不合理的开发活动，对水资源的过度开发，造成地域水量分配平衡、盐量分布平均、生态平衡稳定的状态被打破，对人类生存环境与经济社会发展产生一定的影响 [4] 。因此，分析节水条件下玛纳斯河流域节水措施对流域水循环过程的影响对于合理调配人工绿洲用水以及下游荒漠生态环境需水具有重要意义。
（1）分析节水条件下水土资源开发过程及下垫面变化影响因素，对于客观全面认识节水措施对流域生态环境的影响具有基础意义。
干旱内陆河流域水资源转化过程和生态水文效应具有特殊性和脆弱性，工农业生产规模的持续扩大以及区域人口数量的不断增加，水资源需求程度大幅提升，以节水措施为核心的水资源利用活动所导致的水资源重新配置过程较一般地区更为强烈，这一长期强烈的人类活动叠加在水文生态要素自然演变的基础上，影响着区域土地利用覆被变化演变过程，流域生态格局发生改变，因此研究玛纳斯河流域节水条件下水土资源开发利用过程及下垫面变化影响因素，对于全面客观认识流域节水措施对生态环境影响的解读具有基础意义。
（2）分析节水条件下流域水循环要素变化规律，对于认识节水措施对流域水循环过程的影响具有重要意义。
水循环要素改变是水文生态过程变化的连接纽带和重要体现，也是评价水资源开发利用过程中用水效率的关键环节和重要基础，在水分循环和能量循环过程中发挥着重要作用。流域膜下滴灌技术的大面积推广改变了流域水循环要素规律，尤其是影响了农田土壤水分入渗及蒸散发环节。因此，深入了解节水条件下流域水循环要素变化规律是变化环境下流域水文循环研究的基础，对于流域水资源管理研究工作具有重要的基础意义。
（3）深入了解流域水循环过程，通过水文模型刻画节水灌溉措施对流域水循环过程的影响，对于维持变化环境下流域水循环系统健康及经济社会可持续发展具有重要意义。
分析节水条件下水循环过程，构建水文模型表征流域下垫面和水文要素输入条件的时空分布变异性，结合节水条件下径流、土壤入渗、蒸发及下垫面变化的水文响应，充分理解节水条件下流域水循环过程的改变，模拟不同节水程度下流域水循环过程的响应，对深入认识流域水循环过程及节水条件下水资源的持续开发利用具有重要意义。