青海哈拉湖水文特征分析及水環境問題研究

張 磊，張盛生，田成成

(青海省水文地質及地熱地質重點實驗室(青海省水文地質工程地質環境地質調查院)，西寧 810008)

0 引 言

水資源是人類生產生活的重要保障，但隨著人類工程活動的加劇，水資源日益匱乏，進而開展水資源調查研究具有重要意義[1-3]。目前，已有相關學者開展了相關區域的水文特征研究，如左其亭等[4]對南水北調中線的水文特征進行了分析研究，合理評價了該區水源地的適用性；楊兵等[5]、朱長明等[6]、孫鵬等[7]開展了對應區域范圍內的湖泊水文特征研究，為其區內水資源利用及抗旱減災工作提供了參考；黃宇等[8]、夏少霞等[9]、張曉梅等[10]、李妮[11]開展了相應區域的湖泊水環境問題研究，對相應湖泊的水資源保護提供了指導。上述研究雖取得了一定成果，但未涉及青海省范圍內的湖泊研究，也未將水文特征分析與水環境問題進行綜合研究，存在一定不足。同時，青海省哈拉湖地區的水文地質研究程度較低，以往未開展過水文地質工作，加之隨著青海省德令哈市的工業化發展，水資源供水缺口較大，急需尋找新的水源地，進而開展哈拉湖的水文調查具有很強的實用性和緊迫性。因此，該文以青海哈拉湖為工程實例背景，開展其水文特征分析及水環境問題研究，以期為區內水資源的開發利用提供依據。

1 地質環境條件

1.1 氣象水文

哈拉湖位于柴達木盆地東北部的祁連山腹地，具高原亞寒帶草原半干旱氣候，其主要氣候特點為：蒸發量與降雨量不平衡，以后者偏大，且降雨隨海拔變化的差異明顯，使之具明顯干旱特征；同時，區內氣溫較低，年平均氣溫近零下一度，加之西北風盛行，進而晝夜溫差較大。

由于哈拉湖屬內陸湖，其河流水系及湖泊發育較為復雜，基于本次調查，將兩者的基本特征分述如下。

(1)河流水系特征。區內河流較多，可將其劃分為外流、內流兩大河流水系，其中，外流水系主要分布于區內東北角、西北角及西南角，面積約占調查區面積的27.6%；內流水系主要位于調查區中部及東南角相關區域，面積約占調查區面積的72.4%。同時，區內河流總計發育有14條，多發源于山區，其中，4條河流為常年流水，其余河流為季節性流水，且各河流的流程均相對較短，流域面積較小，進而其河流流量受季節影響較大。

(2)湖泊發育特征。區內湖泊除哈拉湖外，還發育有4個較小湖泊及零星堰塞湖，其中，哈拉湖相對最大，總體呈斜三角形狀，該湖東西長34 km，南北寬24 km，湖周長100.6 km，湖水面積600 km2，湖面海拔4 077 m，湖水中部最深，水深65 m；其余湖泊分布面積均較小，最大也僅為2.64 km2，相對于哈拉湖的面積較小。總體來說，區內湖泊發育較為集中，數量一般，相互具較好的水力聯系，貫通性較好。

同時，通過本次調查總結，繪制哈拉湖的水系圖如圖1所示。

圖1 哈拉湖地區水系圖

1.2 地形地貌

調查區位于青藏高原東北部，受地殼抬升運動的作用明顯，并在長期地表流水侵蝕、堆積作用下，周邊地形起伏較大，溝道切割明顯，但在其中部，相對較為平緩。同時，區內地貌可劃分為兩個大類，即山地和平原地貌。

山地地貌的海拔高度相對較高，主要由不同起伏度的高山、丘陵地貌組成，海拔高度均高于4 300 m，且因冰川作用具明顯冰川遺跡地貌特征。

平原地貌主要以條帶狀分布于環哈拉湖四周，由不同沉積類型的平原地貌及臺地地貌構成，地形開闊平坦，具顯著沖洪積地貌特征，且該類地貌總體向哈拉湖方向傾斜，坡降多大于35%，局部沖溝發育，植被稀疏或未見。

1.3 地層巖性

據本次調查，區內基巖地層出露明顯，第四系地層也較為發育，通過總結兩者的基本特征如下：

(1)基巖地層特征。區內三大類巖層均有出露，其中，沉積巖地層出露比較齊全，主要分布于山地地貌區，自老至新有奧陶系、志留系、泥盆-石炭系、石炭系、二疊系及三疊系地層，巖性以砂巖、泥巖及灰巖為主。其中，火成巖出露地層主要為加里東期侵入巖，呈零星出露，主要分布于調查區東南部、東北部及西南部山區，巖性以花崗巖為主。變質巖主要由沉積巖變質形成，分布于調查區西南部和西北部，巖性主要為板巖和千枚巖，地質年代為奧陶系和志留系。

(2)第四系地層特征。該類地層主要分布于哈拉湖周邊至山地前緣區域，按地質年代可分為中更新統、晚更新統和全新統，各類地層的基本特征如下：

中更新統地層：該地層主要分布于團結峰西側，海拔高程間于4 320～4 360 m之間，巖性主要可分為冰磧泥礫和湖相沉積層。

晚更新統地層：該地層出露面積較大，按成因可分為冰磧和沖洪積，且以后者分布范圍較大。

全新統地層：該地層分布于環湖周邊高海拔湖岸階地、冰川前緣、風積沙區、現代河谷河床及兩側階地，按成因分為冰磧、沖積、湖積和風積。

1.4 構造及新構造運動

調查區屬昆侖--秦嶺褶皺區的祁連褶皺系，地質構造相對較為發育，主要以斷裂構造和褶皺構造為主，基本特征如下：

斷裂構造：區內早期斷裂多呈北西西向，后期主干斷裂多呈北西向，且斷裂多具長期繼承性活動特征，使得區內地質體間多呈斷裂接觸，甚至地質體本身亦被斷裂切割；經統計，區內斷裂總計有29條，其中發育有4條大斷裂，且各大斷裂的傾角均較大，對區內地形地貌的影響較大。

褶皺構造：由于調查區屬構造抬升區，故北西西向一系列相間排列的褶斷束與凹陷非常發育，特別是區內哈拉湖以西地區，發育有一組復背斜、一組復向斜和一個凹陷區。

同時，區內新構造運動強烈，屬強烈抬升的差異性斷塊構造，各構造單元之間多以斷裂相接觸。

2 水文特征分析

區內水資源可分為地表水和地下水兩類，兩者在區內的賦存量均較大，且具復雜的水力聯系，進而對兩者的基本特征均進行總結研究如下：

2.1 地表水特征分析

地表水是地下水的主要補給來源，對地下水起著支配性作用，且鑒于哈拉湖為封閉內流湖泊，按哈拉湖流域和哈拉湖外流域對地表水資源分述如下。

2.1.1 哈拉湖流域

哈拉湖流域內的河流均源于周圍高山冰川雪山，以冰川融水、降水補給為主，呈放射狀向湖盆中心徑流，流域總面積近4 800 km2。經統計，該流域內主要有10條河流，除4條河流常年有水外，其余均為季節性流水，流水季節主要集中在7-9月，其他月份均為干涸。

同時，由于區內無水文站，故將野外期間實測流量作為平均流量，經計算，哈拉湖流域地表水天然資源為4.90 億m3/a。

2.1.2 哈拉湖外流域

本次調查的哈拉湖外流域面積為2 242.72 km2，河流主要發育有4條，均為季節性河流，同理于上述計算過程，得哈拉湖外流域地表水的天然資源為0.07 億m3/a。

為進一步分析地表水特征，再對區內地表水的水化學特征進行分析，即主要對冰川、河流、湖泊的水質指標進行評價。

同治四年(1865)正月初一日，“塔城漢回蘇玉得等糾約回眾，勾結附近哈薩克，持械進城，搶掠馬匹、殺傷官兵、搶去庫存槍炮等物”，[注]《欽定平定陜甘新疆回匪方略》卷107，同治四年六月壬寅條。塔爾巴哈臺回民起事從而發生。正月初三日，石金斗、米慶等人“詭為哭訴，訓悔為由”，更是以鎮壓回民軍為名，將錫霖、博勒果素和糧餉處章京富勒斐圖等人請到城西南禮拜寺。一齊開槍殺死了錫霖、博勒果素、理事通判音登額、主事富勒斐圖和諸多清官兵。[注]魏光燾編：《勘定新疆記》卷一，文海出版社，第3-4頁；《欽定平定陜甘新疆回匪方略》卷107，同治四年六月壬寅條。

(1)河流的水化學特征。通過調查，得到河流的水化學特征受制于上游巖性、河流流程、區域氣候、河水流量等因素，并在區內8個河流中取28組水樣進行試驗，得水化學類型多為HCO3-Ca、HCO3·Cl-Ca·Na型，礦化度0.151～0.446 g/L，但也有少數河流的水化學類型較復雜，礦化度0.867～1.400 g/L。

(2)湖泊的水化學特征。區內湖泊共有5個，其水化學性質主要也受制于流域地層巖性、地形地貌、氣象水文及入湖水量等因素，通過取樣試驗得出哈拉湖礦化度5.365 g/L，水化學類型為Cl-Na·Mg型水；瑙滾諾爾湖礦化度3.786 g/L，水化學類型為SO4·HCO3-Na·Mg型水；那木其諾爾湖礦化度1.025 g/L，水化學類型為Cl-Ca·Mg型水；敖倫·諾爾湖礦化度較低，為0.40 g/L，水化學類型為HCO3·Cl-Ca·Na型水。

(3)冰川的水化學特征。區內冰川邊緣冰川消融水的水化學成分與降水水化學成分較為接近，但受冰川消融區巖性影響，水化學類型相對降水稍復雜，礦化度略有增高，通過試驗得到冰川融水礦化度371 mg/L，水化學類型為HCO3-Ca型，表明現代冰川前緣消融水水化學成分簡單，礦化度低。

總體來說，區內地表水的水資源較豐富，局部河流的礦化度相對較高，水質相對較差，但基本也能滿足生產需要。

2.2 地下水特征分析

據本次調查任務，區內地下水的水文特征是本次調查重點，進而對地下水的水文特征進行詳述。

2.2.1 地下水分類及分布規律

調查區內地下水類型與分布規律受氣候、水文、地層、構造等諸因素的制約，其中新構造運動和多年凍土影響尤為突出，因而使各類地下水的形成、分布與富集規律不盡一致。據本次調查，區內海拔3 900 m以上的地區多為凍土區，廣泛分布凍結層水；僅有調查區東北角及環湖地區存在極小范圍的非凍土區，分布有松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。因此，通過調查成果總結，將各類地下水的基本特征分述如下。

(1)凍結水特征。該類地下水主要分布于區內海拔3 900 m以上的地區，并按其賦存條件，進一步將其劃分為松散巖類凍結和基巖類凍結水。其中，松散巖類凍結水均為季節性凍結水，主要分布于各山間溝谷及山前傾斜平原地帶的季節性融化層中，含水層的巖性以泥質砂礫石、泥質砂礫卵石為主，受凍土影響，其相態極不穩定，含水層的厚度受季節性變化的控制。每年5月份隨著暖季的到來，地表凍結層開始融化，含水層隨之形成，厚度一般為1～8 m，9月份開始緩慢凍結，11月至翌年4月全部凍結，地下水由液態變為固態。

(2)松散巖類孔隙水。松散巖類孔隙水主要分布于區內東北角海拔3 900 m以下地區及哈拉湖周邊的帶狀融區，按地下水補給條件可進一步分為河谷潛水及湖泊融區潛水。

河谷潛水：僅分布于調查區海拔3 900 m以下的東北角河谷平原地區，賦存于第四系冰磧-冰水相沉積層中，該類地層堆積松散，孔隙發育，厚度一般大于5 m，并據現場泉眼流量調查，得出其單泉流量0.1～1.0L/s，水量中等。

湖泊融區潛水：主要沿窄環帶狀分布于哈拉湖等湖泊四周，由于湖水常年基本保持正溫，從而形成湖泊融區，含水層主要由泥質砂礫石及砂礫石構成。

(3)基巖裂隙水。據本次調查，區內主要有兩處明顯發育的基巖裂隙水，一處分布于調查區東北角海拔3 900 m以下非多年凍土區的新近系及三疊系的層狀砂巖基巖區；另一處分布于調查區東側的特大上升泉一帶，該點受活動斷層影響，造成沿斷層的破碎帶裂隙極發育，進而地下水富集形成構造融區。

通過現場調查，前者的單泉流量大于1L/s，屬水量豐富區；后者屬特大上升泉，受構造影響較大，且主要受三條斷裂帶的影響，匯水面積達到108 km2，泉群流量約628 L/s，水量豐富，進而該處基巖裂隙水補給來源的穩定。

2.2.2 補給、徑流及排泄特征

區內地下水的補給、徑流及排泄特征受多種因素的影響和制約，按地下水賦存條件的差異分述各類地下水的補給、徑流及排泄特征：

山區基巖類凍結層上水主要接受大氣降水、融雪水、冰川融水的補給，并以地下水形式向哈拉湖中心方向徑流；當徑流至山腳時，因地形切割強烈，山體坡度大，徑流距離一般較短，致使一部分水體以泉的方式大量排泄補給河水，其余則補給平原區松散巖類凍結層上水，局部少量補給湖水。松散巖類凍結水的補給來源與基巖類凍結水的補給方式相同，且主要也以地下滲流形式向哈拉湖中心徑流，局部以泉的形式泄出補給河水，并最終排泄到哈拉湖中。

松散巖類孔隙水主要接受上游松散巖類凍結層上水及地表水補給，通過地下徑流的方式直接排泄補給哈拉湖湖水。

基巖裂隙水主要接受上游基巖類凍結層上水的補給，通過基巖斷裂通道向下游徑流，以上升泉的形式排泄補給地表水。

2.2.3 水化學特征及水質評價

基于現場取樣及室內試驗成果，進一步對區內地下水的水化學特征及水質進行評價和分類。以地下水埋置深度為指標，將地下水劃分為淺層水和深層水兩類，對兩者的水化學特征進行分述：

(1)淺層水水化學特征。該類地下水主要包含了凍結區松散巖類凍結層上水、基巖類凍結層上水和非凍結區地下水，是區內的地下水主體，且該類地下水可直接用于生產生活，進而對其研究具有很強的必要性。在現場調查過程中，共計取得水樣125組，通過試驗結果分類，得到區內淺層地下水的水化學類型共計有四類，即：HCO3-Ca型水、HCO3·SO4-Ca·Na型水、HCO3·Cl-Ca·Na型水和Cl-Na·Mg型水，且各類地下水的分布如圖2所示。

圖2 地下水水化學類型分布圖

Cl-Na·Mg型水：該類地下水分布于哈拉湖周圍湖泊融區、瑙滾諾爾湖泊融區及局部沙化區地下水淺埋區。通過16組水樣試驗結果，得出其礦化度0.87～4.97g/l、總硬度174～2 398 mg/l、pH值7.63～8.97，為中性水；陰離子以Cl-的含量為主，達267.70～2 783 mg/L，陽離子以Na+為主，含量為90.4～1 024 mg/L，Mg2+含量次之，為35.81～510.69 mg/L。

(2)深層地下水水化學特征。在深層地下水的分析過程中，主要是對調查區東側的特大上升泉群進行評價，該泉由5個片狀泄出泉構成，至前緣處形成一條長年性河流，泉水通過斷裂通道泄出。該點的地下水補給、徑流條件及水質均較好，含水層巖性為二疊系砂、板巖，水溫2 ℃，流量628.0 L/s且流量穩定，礦化度0.348 g/L，水化學類型為HCO3·SO4-Ca·Na·Mg型水。

3 水環境問題研究

在區內水文特征分析的基礎上，再對區內的水環境地質問題進行研究，且將水環境地質問題劃分為原生水環境地質問題和次生水環境地質問題兩類。

3.1 原生水環境問題

通過調查分析，得出區內原生水環境地質問題主要包括土壤鹽漬化、土壤沙化、湖泊退化及冰川退化等，各類問題分述如下。

(1)土壤鹽漬化問題。為測得區內土壤的含鹽量，在調查過程中，共計取得土樣14組進行試驗，得到一組試樣的含鹽量為為0.201%，屬中度鹽漬土，其余均為低于0.1%的非鹽漬土，且中度鹽漬土取樣地點位于一小型溝谷上游，范圍較小。因此，得出區內局部地區具土壤鹽漬化問題，但其影響范圍有限。同時，根據資料收集，土壤鹽漬化是哈拉湖的一個常見環境問題，這與其區域氣候條件相關，由于近年全球變暖趨勢日益加重，使得湖泊面積逐年減小，進而土壤含鹽量日益增加，使得哈拉湖的土壤鹽漬化問題愈發明顯，涉及土壤鹽漬化的土地面積也在逐步增加。另外，在本次調查時間(2011年-2014年)范圍內，通過同一地點不同時間的取樣試驗分析，也得出區內土壤的含鹽量具有增加趨勢，也與前述分析一致。

(2)土壤沙化問題。在20世紀七八十年代，哈拉湖周邊的土壤沙化相對較少，根據文獻[12]的研究成果，1981年，區內植被繁茂，未見明顯的土壤沙化問題，但截至本次調查(2014年)，區內土壤沙化主要分布于哈拉湖東側，總體呈280°方向展布的風積臺地，面積約20 km2。該區域為一河間臺地，其形成過程是由于地下水減少造成水位下降、凍土退化等原因，使得地面在風的吹蝕作用影響下，風蝕、風積作用明顯，土壤沙化問題逐漸形成。該沙漠區為古風積沙翻新造成，沙丘移動活躍，呈半流動性，且有逐漸擴大的趨勢，沙害較為嚴重。同時，沙化區因為風積沙的反復遷移，掩埋植被，土壤含水量也隨之變小，植被群落種類單一化，蓋度降低，造成大面積的草場進一步退化，土地荒漠化日趨惡化，使得區內脆弱的生態環境更趨惡化。因此，得出區內土壤沙化問題在近年也具有加劇趨勢。

(3)湖泊退化問題。區內湖泊主要接受降水、冰川消融水等補給，由于全球氣候變暖的影響，冰川消融加劇造成夏季定期補給湖泊的冰川消融水過早的排泄，使冰川面積急速減少，導致后期的補給量越來越小，且氣溫升高使湖水蒸發量加大，從而使湖水水量減少，湖水位逐漸降低，湖泊逐步退化；同時，據實地調查，哈拉湖西、北邊界有明顯的五級退縮砂礫堤，說明了全新世以來湖泊的退化明顯，但臨近湖岸的第一、二級砂礫堤退縮至湖岸后因為湖水位短期反彈上漲，湖面積增加，又形成了高度高于第三級的砂礫堤，說明了較近地質時期(全新世晚期)有兩個階段的湖面擴張過程，湖水上漲至第二級砂礫堤后退縮，又開始經歷水位上漲，至一級砂礫堤后又開始了緩慢退縮，直至現在湖面狀況；另外，在本次調查過程中，進行了遙感解譯工作，通過湖泊面積的對比解譯分析，得出區內湖泊面積絕大部分均出現了不同程度的縮小，從而進一步證實了區內湖泊面積的退化問題。同時，在數據統計方面，20世紀80年代末至90年代初，湖泊面積約為623 km2，隨后呈波動下降趨勢，2002年湖泊面積616 km2，2012年600 km2，截至本次調查，2014年湖泊面積為593 km2，通過數據對比，得出哈拉湖湖泊面積呈持續遞減趨勢。

(4)冰川退化問題。通過資料收集可知，1971年區內陽坡雪線的海拔高度為海拔4 800 m，陰坡雪線海拔4 700 m；而在2013年遙感解譯的陽坡雪線海拔為5 000 m，陰坡雪線海拔4 900 m，得出冰川雪線下限高度上升了近200 m，故現代冰川有明顯快速的消融退化問題；同時，通過冰川面積的對比解譯分析，得出疏勒南山1995年冰川面積為518 km2，而1999年變化為328 km2，哈拉湖南山哈爾科1995年冰川面積為74 km2,而1999年變化為33 km2，上述也均說明區內冰川具明顯的退化問題。

圖3 哈拉湖冰川不同時期面積動態變化圖

3.2 次生水環境問題

通過調查，得出區內次生水環境地質問題主要為人類工程活動，主要表現為：20世紀六七十年代小規模開采砂金，破壞了開采區的地表植被和動物賴以生存生存的棲息地，2012年7月份工作時，仍有部分金農在偷采砂金，而在野外調查的幾個月時間內，大量的采金人員及車輛繞道哈拉湖西側源源不斷地進入哈拉湖克騰高勒西北采集砂金，嚴重破壞了地表植被，凍土融化加速，降低了地下水水位或加速疏干地下水。但通過資料收集及調查，目前，區內偷采砂金活動已日趨減少，進而該問題趨于減弱趨勢，但其他人類工程活動卻不斷增加，因此，該問題不可忽略。

3.3 水環境問題成因及趨勢分析

(1)成因分析。根據前述，哈拉湖趨于范圍內的水環境問題大致可分為五類，即土壤鹽漬化、土壤沙化、湖泊退化、冰川退化及人類工程問題等，結合本次調查成果，各類環境問題的成因具有相似性，進而將其總結如下：

哈拉湖區域范圍的若干水環境問題主要成因是氣候原因：目前，全球氣候變暖已越發明顯，這對哈拉湖周邊的冰川會造成很大程度的影響，加之對哈拉湖的蒸發量也會造成影響，如氣候變暖，使得哈拉湖水位下降，進而造成土壤含鹽量增加，且水位退卻，沙灘裸露增加，一般植被又難以在含鹽量較高的區域生長，使得土地沙漠化問題也會增加。

同時，值得指出的是，人類工程活動也是區內水環境問題誘因之一，雖然哈拉湖面積較大，但隨著近年人類資源需求量的增加，使得區內人類工程活動日益增加，加之區內環境較為脆弱，進而人類工程活動的影響也日益突出，值得注意。

(2)發展趨勢分析。根據前述各類水環境問題的近年數據統計，得出各類水環境問題均由持續加劇趨勢，趨于不利方向發展，因此，各級部門因充分注意哈拉湖水域范圍內的環境保護。

綜合上述，區內土壤鹽漬化問題及人類工程活動的影響有限，但土壤沙化問題、湖泊退化問題及冰川退化問題相對較為嚴重，在后期水資源開發利用過程中應采取針對性的防控措施。

4 結 論

通過對哈拉湖的水文特征分析及水環境問題研究，主要得出如下結論：

(1)哈拉湖調查區范圍內的河流水系及湖泊發育較為復雜，水資源賦存量較大，具復雜的水力聯系；同時，區內地表水的水質較大，局部河流的礦化度相對較高，水質相對較差，但基本也能滿足生產需要。

(2)通過野外調查取樣及室內試驗得出區內淺層地下水的水化學類型共計有四類，即：HCO3-Ca型水、HCO3·SO4-Ca·Na型水、HCO3·Cl-Ca·Na型水和Cl-Na·Mg型水；同時，區內地下水質量以優良-良好居多，僅少量潛水的水質極差，且潛水水質的優劣與地下水所處的地貌位置有關。

(3)區內原生水環境地質問題主要包括土壤鹽漬化、土壤沙化、湖泊退化及冰川退化等問題，次生水環境地質問題則以人類工程活動為主，其中，最為嚴重的是湖泊退化問題和冰川退化問題，兩者具日漸嚴重的趨勢。

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