鹽湖生態(tài)需水研究及保障分析
——以察爾汗西達布遜湖為例

史瑞蘭 ，劉永峰 ，王石軍 ，侯元昇 ，朱乾德

（1.黃河水資源保護科學(xué)研究院，450004，鄭州；2.青海匯信資產(chǎn)管理有限責(zé)任公司，816000，格爾木；3.青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，816000，格爾木；4.南京水利科學(xué)研究院 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室，210029，南京）

鹽湖有狹義和廣義之分，狹義鹽湖指水體礦化度（TDS）為 35 g/L 以上的湖泊；廣義鹽湖指水體礦化度大于3 g/L 的各類湖泊， 也稱為非海源性鹽水湖或內(nèi)陸鹽水湖。 本文著重討論狹義鹽湖。 近年鹽湖生態(tài)概念開始被提及， 鹽湖生態(tài)系統(tǒng)本身及其生態(tài)水文的機理也開始被探索，但關(guān)于鹽湖生態(tài)需水的研究卻少有。保障鹽湖生態(tài)需水量可以維持其生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，本文以察爾汗鹽湖的西達布遜湖為例，采用水量平衡法計算西達布遜湖生態(tài)需水量并對生態(tài)需水保障進行分析， 旨在為今后鹽湖水環(huán)境保護提供理論支撐，同時為完善區(qū)域水資源合理配置提供參考依據(jù)。

一、研究區(qū)概況

西達布遜湖位于柴達木盆地察爾汗中西部， 是察爾汗眾多鹽湖之一，處于西北干旱地區(qū)，是烏圖美仁河和大、小灶火河的最終匯聚地。 根據(jù)觀測資料， 西達布遜湖湖面面積在2016—2019 年呈現(xiàn)減小趨勢，出現(xiàn)生態(tài)退化現(xiàn)象。 開展西達布遜湖生態(tài)需水研究， 是解決其生態(tài)問題的關(guān)鍵。

二、區(qū)域徑流及形成轉(zhuǎn)化特點

柴達木盆地的水資源主要由山區(qū)的冰雪融水和降水補給形成。 自山區(qū)流入盆地的地表徑流中，80%以上在流經(jīng)山前戈壁帶時滲入地下，轉(zhuǎn)化為地下水， 另外一部分形成地表徑流匯集成河，并沿途接納由降水補給的山區(qū)基巖裂隙水， 直接流向下游；在戈壁帶前緣，一部分地下水以泉的形式溢出地表，形成泉集河流入綠洲；其他的以地下徑流形式進入下游低平原，最后流入尾閭湖泊，蒸發(fā)后形成鹽礦，完成一個水文水資源循環(huán)過程。

三、西達布遜湖生態(tài)保護目標(biāo)及生態(tài)系統(tǒng)

國內(nèi)學(xué)者以達布遜鹽湖、茶卡鹽湖等為研究對象，開展了鹽湖湖泊微生物種群結(jié)果、資源多樣性調(diào)查以及極端微生物胞內(nèi)此生代謝物等不同方面的相關(guān)研究。 針對西達布遜湖微生物調(diào)查或研究未見有公開報道。 作為高濃度鹵水湖，西達布遜湖礦化度極高（300～400 g/L），湖周邊無動植物分布。20 世紀(jì)90 年代以來，隨著察爾汗鹽湖資源的規(guī)模性開發(fā)以及整個流域地表和地下水資源開采量增加，補給尾閭湖泊的水量減少，察爾汗鹽湖晶間潛鹵水一直處于下降狀態(tài)。因此，為保護鹽湖生態(tài)系統(tǒng)，鹽湖需補充維持晶間鹵水采補平衡需水量。 西達布遜鹽湖區(qū)生態(tài)目標(biāo)為維持一定的湖面面積及維持晶間鹵水采補平衡需水量，其生態(tài)需水包括維持湖面蒸發(fā)及維持晶間鹵水采補平衡需水量。

四、西達布遜湖生態(tài)需水量計算

本研究采用應(yīng)用較多的水量平衡法對西達布遜湖生態(tài)需水進行估算。 根據(jù)湖泊水量平衡，湖泊的最小生態(tài)需水可以表示為：

式中，LEWi為湖區(qū)各月最小生態(tài)需水量（m3）；Fi為水面面積（m2）；Ei為水面蒸發(fā)量（m/s）；Pi為湖面降水量（m/s）；K為滲透系數(shù) （無量綱）；I為湖泊滲流坡度 （無量綱）；Fmin為最低生態(tài)水位相應(yīng)的湖面面積（m2）；Di為湖泊滲漏面積；i為月份，i=1，2，3，...，12。

基于水量平衡計算的湖泊最小生態(tài)需水應(yīng)能滿足湖面蒸發(fā)和滲漏需求。 本研究忽略滲漏需水部分。 同時，與淡水湖泊不同的是，為保護鹽湖生態(tài)系統(tǒng)， 除維持必要的湖面蒸發(fā)，鹽湖還需補充維持晶間鹵水采補平衡需水量。

1.湖面蒸發(fā)需水量

鹽湖的蒸發(fā)率與鹵水密度關(guān)系密切。 根據(jù)《柴達木盆地鹽湖生態(tài)保護與流域生態(tài)需水研究》蒸發(fā)試驗研究成果，咸、淡水的蒸發(fā)比見表1。

根據(jù)原青海省水文局的水資源評價成果， 通過查考蒸發(fā)等直線圖，得到那棱格勒河烏圖美仁區(qū)鹽湖區(qū)淡水蒸發(fā)能力為2 250 mm/a，參照表1根據(jù)湖泊的礦化度進行咸淡水大水體水面蒸發(fā)轉(zhuǎn)換，礦化度200～400 g/L的蒸發(fā)率為0.65，計算西達布遜湖蒸發(fā)量為1 462 mm。

表1 淡水與鹵水的蒸發(fā)比

根據(jù)20 世紀(jì) 60 年代以來觀測數(shù)據(jù)、2003 年以來青海鹽湖工業(yè)股份有限公司衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)解譯歷年西達布遜湖湖面面積資料，結(jié)合入西達布遜湖河流烏圖美仁河、 大灶火河、小灶火河補給來水豐、平、枯情況，在察爾汗鹽湖采補平衡引水工程引水之前，豐水年、平水年、枯水年來水情況下，西達布遜湖實際湖面最小面積分 別 為 77.29 km2、58.8 km2、48.4 km2，分別計算得出對應(yīng)情況下西達布遜湖蒸發(fā)最小需水量約為1.13 億m3/a、0.86 億 m3/a、0.71 億 m3/a。

2.維持晶間鹵水采補平衡需水量

西達布遜湖位于察爾汗鹽湖西采區(qū)， 按照察爾汗鹽湖水量均衡研究成果試驗和推導(dǎo)數(shù)據(jù)結(jié)論，溶解轉(zhuǎn)化1 t固體氯化鉀大約需要淡水25 t，1 m3淡水可置換出1 m3晶間鹵水。 按照平均轉(zhuǎn)化率計算，維持西達布遜湖晶間鹵水采補平衡需補給0.7 億m3的水量。

3.生態(tài)需水總量

以受人類開發(fā)活動影響不大，維持豐、平、枯各來水情況下西達布遜湖歷史統(tǒng)計湖面面積最小值作為各來水情況下需維系的最小湖泊面積目標(biāo)，以及考慮維持西達布遜湖晶間鹵水采補平衡，分別計算得出豐、平、枯各來水情況下西達布遜湖生態(tài)需水 量 約 為 1.83 億 m3/a、1.56 億 m3/a、1.41 億 m3/a。

五、西達布遜湖生態(tài)需水保障分析

1.補給來源分析

近30 年格爾木市年均降雨量僅44.5 mm，降水對西達布遜湖入湖流量補給可忽略不計。 烏圖美仁河、小灶火河、大灶火河三條河流出山口以上（山丘區(qū)）的降水量相對充沛，為主要產(chǎn)流區(qū)，最后均匯入西達布遜湖。 青海省水文水資源測報中心曾在三條河流的出山口處設(shè)有水文站，可用各河流水文站處的計算值代表整條河流的年徑流量。

2.生態(tài)需水平衡分析

根據(jù)烏圖美仁河、 小灶火河、大灶火河不同保證率的設(shè)計年徑流計算結(jié)果，考慮烏圖美仁河沿途損失及小灶火河灌區(qū)取水量，西達布遜湖生態(tài)需水量平衡分析見表2。

表2 西達布遜湖生態(tài)需水量平衡分析

以受人類開發(fā)活動影響不大，維持豐、平、枯各來水情況下歷史統(tǒng)計湖面面積最小值作為各來水情況下需維系的最小湖泊面積目標(biāo)，豐、平、枯各來水情況下西達布遜湖生態(tài)需水缺水量分別為 5 594 萬 m3、4 395 萬m3、4 323 萬 m3。

3.保障措施分析

為維護西達布遜鹽湖的生態(tài)穩(wěn)定，2007 年青海鹽湖工業(yè)股份有限公司在那棱格勒河黑山峽口處修建了察爾汗鹽湖采補平衡引水工程，引那棱格勒河地表水至那棱格勒河水系的烏圖美仁河向西達布遜湖補水，設(shè)計最大引水流量14 m3/s，引水時間為4—10 月。 2010 年因發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水導(dǎo)致工程受損，引水極為困難。 近年對工程部分建筑物進行了改建，以恢復(fù)工程引水功能。

同時，建議制定引水動態(tài)管理系統(tǒng)， 實時監(jiān)測西達布遜湖湖面面積、水深及計量采補平衡補水量，根據(jù)湖泊面積變化情況及時制定引水計劃報水行政主管部門批準(zhǔn)后實施引水。按要求安裝取用水計量設(shè)施，做好取用水臺賬的管理與上報工作，接受水行政主管部門的監(jiān)督和管理。