巴丹吉林沙漠湖泊水循环观测实验与水资源形成机制研究

【作者】 王乃昂； 赵力强； 马宁； 沈士平； 张振瑜； 路俊伟； 董春雨；

【机构】 兰州大学资源环境学院兰州大学干旱区气候变化与水循环研究中心；

【摘要】 兰州大学资源环境学院联合甘肃省治沙研究所、河海大学、宁夏大学、内蒙古教育学院等相关单位研究人员,于2009、2010、2011和2012年连续四年开展了巴丹吉林沙漠科学考察,取得了包括风沙地貌、湖泊水文、气候观测、生物多样性及巴丹吉林沙漠文明史等方面的大量科学资料。通过近四年的实地考察和遥感影像解译,查明巴丹吉林沙漠计有常年积水湖泊119个。湖泊面积具有"北大南小"的空间分布特点,湖泊盐度具有"北高南低"的分带性规律,湖泊TDS值与湖泊面积呈正相关,南北水化学类型差异明显。在年代尺度上,沙漠东南侧某些低盐度湖泊近数十年具有扩大的特点。在千年至万年尺度上,晚第四纪以来巴丹吉林沙漠至少存在两期高湖面与泛湖期。水量平衡和能量平衡模型计算结果证明,在7.4calKa沙漠腹地降水量约为200～250mm。有效降水增加的事实,揭示了沙漠腹地全新世中期具有相对湿润的气候,但这只是沙漠腹地高湖面形成的主要因素之一。利用在巴丹吉林沙漠腹地布设的32处网格状Solinst 3001型自记式水位计,对研究区典型湖泊及其附近浅层(1～2m)地下水的水位和水温进行了动态监测,证明地下水水位具有"Lisse效应"。湖泊和地下水位春季最高,夏、秋季最低,变化趋势与年内降水分布相反,表明湖泊和地下水主要接受稳定的外源地下水补给,湖泊水位年内季节波动具有蒸发动态型特点。在自然状态下,不同TDS的湖泊蒸发量受控因素及其随时间的变化趋势相同,具有明显的"蒸发悖论"现象和"盐度效应"。水量平衡计算结果显示湖泊地下水补给的贡献率达90%以上,同位素径流分割和同位素水量平衡计算结果表明,苏木吉林2011年4月湖面蒸发量为65.3mm,地下水有效补给量为62.9mm,当地降水对地下水贡献量较小。以雅布赖山东北-西南走向断裂为界的湖泊群北部地区,分布有大量不同时代的热成因钙华,进一步揭示湖泊水源可能主要受到深循环热水的补给。从地层破碎带涌出补给到湖泊群的地下水,前人曾利用3H法对其年龄进行过测定,发现多数水样形成于人类核试验以后(即近代的新水)。因此,探寻这些年轻且埋深约5至10km的地下水来自于何处,以何种方式循环至此,其补给机制、更新性如何响应气候变化,是一个非常具有挑战性的课题,需要以地球系统科学为指导思想进行更深入的研究。更多还原