(三)新疆湖泊的环境演变

湖泊是新疆地表水资源的重要组成部分。一方面,在干旱气候影响下,新疆湖泊水量入不敷出,湖泊萎缩显著,湖水日渐浓缩;另一方面,20世纪50年代以来,由于大规模的土地开发,人们大量修筑水利设施拦截入湖地表径流,进一步加剧了下游湖泊水资源的短缺,导致湖泊萎缩、咸化甚至干涸等问题,严重危及湖泊及其相邻区域的生态环境,造成湖泊生物多样性丧失、湖滨地区荒漠化加剧等问题。实施以湖泊流域水资源为核心的优化调控战略是改善湖泊生态环境、协调湖泊流域可持续发展和湖泊水资源可持续利用的关键。

新疆面积大于1km2的湖泊总数为137个,面积为5072km2;大于10km2的湖泊总数为32个,面积为4828km2(《中国湖泊资源》)。按湖泊盐度分,从淡水湖到半咸水湖、盐湖、干盐湖均有分布(图20)。在沙漠边缘地带多有风成湖分布。这些湖泊大多处于封闭或半封闭的内陆盆地中,与海洋隔绝,入湖水系短而少,补给湖泊的水量不多,往往自成一流域,湖泊多位于水系的尾闾。

1.新疆湖泊环境及水文历史演化特征

(1)准噶尔盆地湖泊环境演化。

1)艾比湖环境演化。艾比湖位于准噶尔盆地最底端的封闭湖泊,北、西、南三面环山,东部开阔而平坦。湖泊水浅,在20世纪五六十年代,水位为189m时,最大水深为2.8m,平均水深为1.4m,储水量为7.3亿m3,属硫酸钠亚型盐湖,矿化度为112g/L。湖区平均年降水量在100mm左右。

受气候变化影响,近万年来,艾比湖面积经历了大幅度的变化,湖泊面积从3000km2变化到500km2。近2000年来,湖面基本稳定,变化幅度在200km2左右。近50年来,湖面变化较大,20世纪五六十年代以前,湖面维持在1000km2以上。由于各入湖河流水资源大量被开发利用,入湖水量锐减,湖泊面积迅速缩小,1983年为550km2,1987年减至500km2,是50年来水位最低的一年;之后有所恢复,2000年达到780km2,2002年为891km2,面积显著增加(图21)。

艾比湖地区晚冰期气候波动明显,尤其是早全新世气候的不稳定性,引起了湖泊水位波动频繁。全新世以来,艾比湖地区气候与湖泊环境主要经历了以下变化:10.2～8.0kaB.P.,气候温凉偏干;8.0～3.5kaB.P.,以温湿为主,3.5kaB.P.至今,以温干为主。其中8.0～6.5kaB.P.、6.0～4.5kaB.P.以及3.0～2.4kaB.P.为3次高湖面时期。

2)乌伦古湖环境演化。乌伦古湖位于准噶尔—北天山褶皱系福海山间凹陷内。湖区年平均降水量在115mm左右,湖水主要来自乌伦古河补给。20世纪50年代平均年径流量为8.03亿m3(福海水文站)。60年代中后期,由于灌溉用水剧增,河流上多处筑坝截流,导致入湖水量剧减,湖面下降。1974—1983年间,福海水文站平均年径流量为0.2亿m3,甚至出现断流。1988年在阿勒泰地区修建引额济海工程,年引水量接近10亿m3,湖泊水位得以回升。50年代,水位在478.60m时,湖泊面积为753.0km2,最大水深为12.25m,平均水深为8.0m,储水量为60.2亿m3。矿化度1978年为3.43g/L,1988年为2.14g/L,为氯化钠型微咸水。

全新世以来,乌伦古湖地区气候与湖泊环境主要经历了以下变化:10.0～7.6kaB.P.,气候温干、湖水较浅,面积收缩;7.6～5.3kaB.P.,气候暖湿,湖泊扩展,水位上升;5.3～3.6kaB.P.,气候暖干,湖面萎缩;3.6～1.3kaB.P.,以温偏湿气候为主,水位上升,湖泊扩展;1.3kaB.P.以来,气候干暖化,湖面进一步萎缩。

3)玛纳斯湖环境演化。玛纳斯湖是位于准噶尔盆地西北边缘的一个重要盐湖,包括艾里克湖,新、老玛纳斯湖。接受纳木河、白杨河、布克河、尾木柏政河与玛纳斯河的补给,艾里克湖主要依赖白杨河补给。20世纪50年代湖水面积约为43km2,70年代开始在白杨河上修建水库,一般年份已无水入湖,1992年湖泊基本干枯,近年降水较多,开始有余水入湖。1994年6月,水域面积为25km2,平均水深为1.6m,储水量为0.4亿m3,矿化度为1.445g/L,为硫酸盐型微咸水湖。近年来,由于降水增加,流域洪水频发,湖泊开始复苏。新玛纳斯湖湖面已经超过100km2。

根据花粉植被恢复及气候分析结果,约9～6 kaB.P.,植被由荒漠发展为荒漠草原,气候暖湿,湖水水位升高;6～4.2kaB.P.,植被以荒漠为主,气候冷干,湖面下降;约4.2～2.5kaB.P.,气候主要表现为温湿特征,湖面扩展;2.5kaB.P.以来,气候以暖干为主,湖泊水位下降,水体盐化。

(2)天山山区湖泊环境演化特征。

1)巴里坤湖环境演化特征。巴里坤湖为博格达山北麓草原区一封闭盐湖。湖盆浅平。在20世纪五六十年代,湖水位为1585m时,包括卤水面,面积约为243km2,最大水深为1.6m,平均水深为1.0m,储水量为1.6亿m3,为硫酸镁亚型盐湖。之后逐渐干缩,到1984年为112.15km2;1990—1991年,湖泊面积约为88km2,湖泊平均水深为5～70cm,最大水深不足1m。近年来,随着区域降水增加,湖面才略有扩涨。

早全新世底部气候环境与现代荒漠相似,属热干环境,其后出现少量落叶松、桦属以及耐凉植物,显示气候为凉湿环境,早全新世上部气候暖干;中全新世下部属于微咸水淡水沉积环境,较冷湿,上部暖干荒漠草原;晚全新世为黑色淤泥芒硝层互层,植被以旱生、盐生麻黄为主,属荒漠环境热干气候。12kaB.P.以来有6个暖干期、5个冷湿期、1个暖湿期(韩淑缇等,2001)。

2)博斯腾湖环境演化特征。博斯腾湖位于天山南麓焉耆盆地内,是孔雀河的源头湖泊。它由两个湖组成,在1960年后,湖泊水位维持在1048m左右时,大湖面积为972km2,容量为72.2亿m3,平均水深为7.5m,最大水深为19m;小湖水深2～6m,总面积为45km2,容量为3亿m3。1987年最低水位为1044.9m,整个湖泊面积为880km2,容量为52.2亿m3;2000年最高水位达到1048.56m,面积为1430km2,容量增至85亿m3。近50年经历了两个阶段的湖面变化,从20世纪五六十年代开始波动下降,1987年下降到最低点,然后迅速回升,2000年为50年来湖面最大年份。

湖区多年平均年降水量为60～70mm,对湖泊补给微乎其微。对湖泊补给主要是源于天山的开都河,占入湖地表径流的80%～90%。出流经铁门关峡谷排入孔雀河,多年平均年出湖水量为11.5亿m3;出湖水量年际变化较大,1959年为21.99亿m3,而1968年仅为8.06亿m3。1958年矿化度为0.386g/L,属淡水;到1975年为1.44g/L,而到1987年则升至1.80g/L,变为微咸水,1995年略有下降为1.46g/L。导致博斯腾湖矿化度变化的一个主要原因,首推农业排入湖泊的总盐量。总盐量在1958年为75万t,目前增至210万t,其中农业排盐量为120万t。1980—1990年是湖泊低水位阶段,也是矿化度近40年来最高时段,湖面蒸发浓缩是湖泊矿化度升高的主要原因,但湖泊水位与矿化度不是简单的线性关系。

受气候波动影响,全新世博斯腾湖经历了3次高湖面期(图22):①8500～6400a B.P.,气候暖湿,为最高湖面时期。②5200～3800a B.P.,气候温湿,为湖面扩展期。③3100～2800a B.P.,气候凉湿,湖泊基本维持高湖面。从1200a B.P.以来,湖泊经历收缩后,又开始有所上升,但是没有达到博斯腾湖出水口孔雀河的海拔高度。

2.新疆湖泊环境演化规律

全新世早期艾比湖气候环境特征与博斯腾湖、巴里坤湖以及乌伦古湖等湖泊沉积记录具有一定的可比性,为温暖干燥,表明早全新世气候环境在干旱区具有总体一致的演化过程。但孙湘君等通过孢粉、矿物组成、自生碳酸盐的稳定同位素组成等环境代用指标对玛纳斯湖的研究,认为早全新世为暖湿气候,与其他地区恢复的全新世早期的气候环境有很大的不同。

中全新世,艾比湖湖泊沉积显示该地区气候温湿,与博斯腾湖对应。乌伦古湖中全新世早期,气候暖湿,但后期气候干燥;玛纳斯湖早期冷干,晚期温湿;韩淑缇等认为巴里坤湖进入中全新世以来,下部冷湿,上部暖干。综合来看,进入中全新世,各地区湖泊沉积记录显示的环境不尽相同,除玛纳斯湖外,其他4个湖泊显示中全新世气候早期湿润,晚期干燥。这与玛纳斯湖泊早期干燥,晚期湿润的研究结果截然相反。

晚全新世以来,艾比湖进入温干期。博斯腾湖晚全新世早期湿润,晚期进入干燥期;乌伦古湖早期温干,中期温湿,晚期凉干;韩淑缇研究认为,进入晚全新世,巴里坤湖属荒漠环境的热干气候,1.2kaB.P.为一冷湿期;而玛纳斯湖2.5kaB.P.以来,除2～1kaB.P.为暖湿气候外,气候以干旱为主。可以看出,各地区气候变化很大,晚全新世以来,新疆地区气候以干旱为主,博斯腾湖地区记录了晚全新世早期为湿润期,乌伦古湖和玛纳斯湖都显示晚全新世早、晚期干燥,中期湿润。对应于湖泊记录反映的气候波动,湖泊水位出现了一致的响应,湖泊面积呈现了扩展和萎缩。

3.新疆湖泊面临的问题

气候变化所引起的湖泊水位波动有其自然规律,自然作用是对环境较长期的调节过程,流域生态环境对此具有调整适应的能力。人类活动的影响是短暂快速的,对区域环境的影响是突变性的。因此,人类对湖泊及流域资源的利用和保护,需要在适应气候变化的情景下,依据自然资源的承载能力,科学地布局、管理流域资源的开发利用,协调流域人与自然的和谐发展,既能有效维持资源的可持续利用,也能使区域社会经济得到稳定发展,保持不同气候条件下区域生态体系、社会经济体系的最佳平衡发展。

湖泊水位下降,湖水蒸发浓缩,由此造成严重的区域自然环境问题。主要体现在以下几个方面。

1)绿洲的荒漠化。湖泊大面积干涸,一方面引起湖水含盐浓度增加,另一方面干涸的湖底直接成为荒地,成为新的沙源地,在风力作用下,形成盐沙暴,大量盐碱撒向周围地区,使周围地区的平原逐渐沙漠化,流沙迅速发展。同时,区域地下水位下降,植被退化,草地沙化,加速形成新的沙漠带。

2)流域农田盐碱化加剧。水位下降,裸露湖底的含有毒物咸沙随北风刮起,搬运并在流域沉降,加剧了农田的盐碱化。

3)区域气候恶化。水位下降,水面收缩,改变下垫面,影响水热交换,使得原有湖泊的气候调节功能削弱。目前湖泊周围气候出现变化,夏季短、干热而冬季长且冷干的大陆性气候更突出。

4)水体及大气污染加剧,威胁居民健康。水位下降直接导致流域地下水位的下降,土壤干旱进一步加剧。

5)湖滨湿地的消失及湖水的咸化,使得湿地资源与渔业资源等周围居民赖以生存的经济来源消失。水体盐化导致生物多样性下降,减少湖区居民的收入来源,导致生活水平急剧下降。

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[1]Ma表示百万年。