史瑞蘭 ，劉永峰 ，王石軍 ，侯元昇 ，朱乾德

（1.黃河水資源保護(hù)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(kāi)始被提及， 鹽湖生態(tài)系統(tǒng)本身及其生態(tài)水文的機(jī)理也開(kāi)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(dá)布遜湖為例，采用水量平衡法計(jì)算西達(dá)布遜湖生態(tài)需水量并對(duì)生態(tài)需水保障進(jìn)行分析， 旨在為今后鹽湖水環(huán)境保護(hù)提供理論支撐，同時(shí)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(dá)布遜湖位于柴達(dá)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(cè)資料， 西達(dá)布遜湖湖面面積在2016—2019 年呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，出現(xiàn)生態(tài)退化現(xiàn)象。 開(kāi)展西達(dá)布遜湖生態(tài)需水研究， 是解決其生態(tài)問(wèn)題的關(guān)鍵。

二、區(qū)域徑流及形成轉(zhuǎn)化特點(diǎn)

柴達(dá)木盆地的水資源主要由山區(qū)的冰雪融水和降水補(bǔ)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(shí)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(bǔ)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(jìn)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(gè)水文水資源循環(huán)過(guò)程。

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

國(guó)內(nèi)學(xué)者以達(dá)布遜鹽湖、茶卡鹽湖等為研究對(duì)象，開(kāi)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(duì)西達(dá)布遜湖微生物調(diào)查或研究未見(jiàn)有公開(kāi)報(bào)道。 作為高濃度鹵水湖，西達(dá)布遜湖礦化度極高（300～400 g/L），湖周邊無(wú)動(dòng)植物分布。20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，隨著察爾汗鹽湖資源的規(guī)模性開(kāi)發(fā)以及整個(gè)流域地表和地下水資源開(kāi)采量增加，補(bǔ)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(hù)鹽湖生態(tài)系統(tǒng)，鹽湖需補(bǔ)充維持晶間鹵水采補(bǔ)平衡需水量。 西達(dá)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(bǔ)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(bǔ)平衡需水量。

四、西達(dá)布遜湖生態(tài)需水量計(jì)算

本研究采用應(yīng)用較多的水量平衡法對(duì)西達(dá)布遜湖生態(tài)需水進(jìn)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(wú)量綱）；I為湖泊滲流坡度 （無(wú)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(jì)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(shí)，與淡水湖泊不同的是，為保護(hù)鹽湖生態(tài)系統(tǒng)， 除維持必要的湖面蒸發(fā)，鹽湖還需補(bǔ)充維持晶間鹵水采補(bǔ)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(dá)木盆地鹽湖生態(tài)保護(hù)與流域生態(tài)需水研究》蒸發(fā)試驗(yàn)研究成果，咸、淡水的蒸發(fā)比見(jiàn)表1。

根據(jù)原青海省水文局的水資源評(píng)價(jià)成果， 通過(guò)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(jìn)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(jì)算西達(dá)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(lái)觀測(cè)數(shù)據(jù)、2003 年以來(lái)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(dá)布遜湖湖面面積資料，結(jié)合入西達(dá)布遜湖河流烏圖美仁河、 大灶火河、小灶火河補(bǔ)給來(lái)水豐、平、枯情況，在察爾汗鹽湖采補(bǔ)平衡引水工程引水之前，豐水年、平水年、枯水年來(lái)水情況下，西達(dá)布遜湖實(shí)際湖面最小面積分 別 為 77.29 km2、58.8 km2、48.4 km2，分別計(jì)算得出對(duì)應(yīng)情況下西達(dá)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(bǔ)平衡需水量

西達(dá)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(yàn)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(jì)算，維持西達(dá)布遜湖晶間鹵水采補(bǔ)平衡需補(bǔ)給0.7 億m3的水量。

3.生態(tài)需水總量

以受人類開(kāi)發(fā)活動(dòng)影響不大，維持豐、平、枯各來(lái)水情況下西達(dá)布遜湖歷史統(tǒng)計(jì)湖面面積最小值作為各來(lái)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(dá)布遜湖晶間鹵水采補(bǔ)平衡，分別計(jì)算得出豐、平、枯各來(lái)水情況下西達(dá)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(dá)布遜湖生態(tài)需水保障分析

1.補(bǔ)給來(lái)源分析

近30 年格爾木市年均降雨量?jī)H44.5 mm，降水對(duì)西達(dá)布遜湖入湖流量補(bǔ)給可忽略不計(jì)。 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(duì)充沛，為主要產(chǎn)流區(qū)，最后均匯入西達(dá)布遜湖。 青海省水文水資源測(cè)報(bào)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(jì)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(jì)年徑流計(jì)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(dá)布遜湖生態(tài)需水量平衡分析見(jiàn)表2。

表2 西達(dá)布遜湖生態(tài)需水量平衡分析

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

3.保障措施分析

為維護(hù)西達(dá)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(bǔ)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(dá)布遜湖補(bǔ)水，設(shè)計(jì)最大引水流量14 m3/s，引水時(shí)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(duì)工程部分建筑物進(jìn)行了改建，以恢復(fù)工程引水功能。

同時(shí)，建議制定引水動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)， 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)西達(dá)布遜湖湖面面積、水深及計(jì)量采補(bǔ)平衡補(bǔ)水量，根據(jù)湖泊面積變化情況及時(shí)制定引水計(jì)劃報(bào)水行政主管部門(mén)批準(zhǔn)后實(shí)施引水。按要求安裝取用水計(jì)量設(shè)施，做好取用水臺(tái)賬的管理與上報(bào)工作，接受水行政主管部門(mén)的監(jiān)督和管理。