盐湖生态需水研究及保障分析——以察尔汗西达布逊湖为例

史瑞兰 ，刘永峰 ，王石军 ，侯元昇 ，朱乾德

（1.黄河水资源保护科学研究院，450004，郑州；2.青海汇信资产管理有限责任公司，816000，格尔木；3.青海盐湖工业股份有限公司，816000，格尔木；4.南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，210029，南京）

盐湖有狭义和广义之分，狭义盐湖指水体矿化度（TDS）为 35 g/L 以上的湖泊；广义盐湖指水体矿化度大于3 g/L 的各类湖泊， 也称为非海源性盐水湖或内陆盐水湖。 本文着重讨论狭义盐湖。 近年盐湖生态概念开始被提及， 盐湖生态系统本身及其生态水文的机理也开始被探索，但关于盐湖生态需水的研究却少有。保障盐湖生态需水量可以维持其生态系统的良性循环，本文以察尔汗盐湖的西达布逊湖为例，采用水量平衡法计算西达布逊湖生态需水量并对生态需水保障进行分析， 旨在为今后盐湖水环境保护提供理论支撑，同时为完善区域水资源合理配置提供参考依据。

一、研究区概况

西达布逊湖位于柴达木盆地察尔汗中西部， 是察尔汗众多盐湖之一，处于西北干旱地区，是乌图美仁河和大、小灶火河的最终汇聚地。 根据观测资料， 西达布逊湖湖面面积在2016—2019 年呈现减小趋势，出现生态退化现象。 开展西达布逊湖生态需水研究， 是解决其生态问题的关键。

二、区域径流及形成转化特点

柴达木盆地的水资源主要由山区的冰雪融水和降水补给形成。 自山区流入盆地的地表径流中，80%以上在流经山前戈壁带时渗入地下，转化为地下水， 另外一部分形成地表径流汇集成河，并沿途接纳由降水补给的山区基岩裂隙水， 直接流向下游；在戈壁带前缘，一部分地下水以泉的形式溢出地表，形成泉集河流入绿洲；其他的以地下径流形式进入下游低平原，最后流入尾闾湖泊，蒸发后形成盐矿，完成一个水文水资源循环过程。

三、西达布逊湖生态保护目标及生态系统

国内学者以达布逊盐湖、茶卡盐湖等为研究对象，开展了盐湖湖泊微生物种群结果、资源多样性调查以及极端微生物胞内此生代谢物等不同方面的相关研究。 针对西达布逊湖微生物调查或研究未见有公开报道。 作为高浓度卤水湖，西达布逊湖矿化度极高（300～400 g/L），湖周边无动植物分布。20 世纪90 年代以来，随着察尔汗盐湖资源的规模性开发以及整个流域地表和地下水资源开采量增加，补给尾闾湖泊的水量减少，察尔汗盐湖晶间潜卤水一直处于下降状态。因此，为保护盐湖生态系统，盐湖需补充维持晶间卤水采补平衡需水量。 西达布逊盐湖区生态目标为维持一定的湖面面积及维持晶间卤水采补平衡需水量，其生态需水包括维持湖面蒸发及维持晶间卤水采补平衡需水量。

四、西达布逊湖生态需水量计算

本研究采用应用较多的水量平衡法对西达布逊湖生态需水进行估算。 根据湖泊水量平衡，湖泊的最小生态需水可以表示为：

式中，LEWi为湖区各月最小生态需水量（m3）；Fi为水面面积（m2）；Ei为水面蒸发量（m/s）；Pi为湖面降水量（m/s）；K为渗透系数 （无量纲）；I为湖泊渗流坡度 （无量纲）；Fmin为最低生态水位相应的湖面面积（m2）；Di为湖泊渗漏面积；i为月份，i=1，2，3，...，12。

基于水量平衡计算的湖泊最小生态需水应能满足湖面蒸发和渗漏需求。 本研究忽略渗漏需水部分。 同时，与淡水湖泊不同的是，为保护盐湖生态系统， 除维持必要的湖面蒸发，盐湖还需补充维持晶间卤水采补平衡需水量。

1.湖面蒸发需水量

盐湖的蒸发率与卤水密度关系密切。 根据《柴达木盆地盐湖生态保护与流域生态需水研究》蒸发试验研究成果，咸、淡水的蒸发比见表1。

根据原青海省水文局的水资源评价成果， 通过查考蒸发等直线图，得到那棱格勒河乌图美仁区盐湖区淡水蒸发能力为2 250 mm/a，参照表1根据湖泊的矿化度进行咸淡水大水体水面蒸发转换，矿化度200～400 g/L的蒸发率为0.65，计算西达布逊湖蒸发量为1 462 mm。

表1 淡水与卤水的蒸发比

根据20 世纪 60 年代以来观测数据、2003 年以来青海盐湖工业股份有限公司卫星遥感数据解译历年西达布逊湖湖面面积资料，结合入西达布逊湖河流乌图美仁河、 大灶火河、小灶火河补给来水丰、平、枯情况，在察尔汗盐湖采补平衡引水工程引水之前，丰水年、平水年、枯水年来水情况下，西达布逊湖实际湖面最小面积分 别 为 77.29 km2、58.8 km2、48.4 km2，分别计算得出对应情况下西达布逊湖蒸发最小需水量约为1.13 亿m3/a、0.86 亿 m3/a、0.71 亿 m3/a。

2.维持晶间卤水采补平衡需水量

西达布逊湖位于察尔汗盐湖西采区， 按照察尔汗盐湖水量均衡研究成果试验和推导数据结论，溶解转化1 t固体氯化钾大约需要淡水25 t，1 m3淡水可置换出1 m3晶间卤水。 按照平均转化率计算，维持西达布逊湖晶间卤水采补平衡需补给0.7 亿m3的水量。

3.生态需水总量

以受人类开发活动影响不大，维持丰、平、枯各来水情况下西达布逊湖历史统计湖面面积最小值作为各来水情况下需维系的最小湖泊面积目标，以及考虑维持西达布逊湖晶间卤水采补平衡，分别计算得出丰、平、枯各来水情况下西达布逊湖生态需水 量 约 为 1.83 亿 m3/a、1.56 亿 m3/a、1.41 亿 m3/a。

五、西达布逊湖生态需水保障分析

1.补给来源分析

近30 年格尔木市年均降雨量仅44.5 mm，降水对西达布逊湖入湖流量补给可忽略不计。 乌图美仁河、小灶火河、大灶火河三条河流出山口以上（山丘区）的降水量相对充沛，为主要产流区，最后均汇入西达布逊湖。 青海省水文水资源测报中心曾在三条河流的出山口处设有水文站，可用各河流水文站处的计算值代表整条河流的年径流量。

2.生态需水平衡分析

根据乌图美仁河、 小灶火河、大灶火河不同保证率的设计年径流计算结果，考虑乌图美仁河沿途损失及小灶火河灌区取水量，西达布逊湖生态需水量平衡分析见表2。

表2 西达布逊湖生态需水量平衡分析

以受人类开发活动影响不大，维持丰、平、枯各来水情况下历史统计湖面面积最小值作为各来水情况下需维系的最小湖泊面积目标，丰、平、枯各来水情况下西达布逊湖生态需水缺水量分别为 5 594 万 m3、4 395 万m3、4 323 万 m3。

3.保障措施分析

为维护西达布逊盐湖的生态稳定，2007 年青海盐湖工业股份有限公司在那棱格勒河黑山峡口处修建了察尔汗盐湖采补平衡引水工程，引那棱格勒河地表水至那棱格勒河水系的乌图美仁河向西达布逊湖补水，设计最大引水流量14 m3/s，引水时间为4—10 月。 2010 年因发生超标准洪水导致工程受损，引水极为困难。 近年对工程部分建筑物进行了改建，以恢复工程引水功能。

同时，建议制定引水动态管理系统， 实时监测西达布逊湖湖面面积、水深及计量采补平衡补水量，根据湖泊面积变化情况及时制定引水计划报水行政主管部门批准后实施引水。按要求安装取用水计量设施，做好取用水台账的管理与上报工作，接受水行政主管部门的监督和管理。