人类工程活动对红碱淖流域水文循环及湖泊面积的影响研究

As a wetland, Hongjiannao lake plays an important role in the local ecological environment protection. In recent years, because of more and more human engineering activities in the Hongjiannao basin,the falling speed of water level in the Hongjiannao lake increases, so it is very necessary to study the influence of human engineering activities on hydrologic cycle in the Hongjiannao watershed and water level in the lake. Most studies attributed the reason of Hongjiannao Lake atrophy to the decrease of the river flow, lacked the understanding of the origin and quantity of groundwater discharging into the Hongjiannao, less quantitatively described the contribution degree of surface water and groundwater to the lake from the basin system perspective. Research on the impact of the exploitation of groundwater and mining on hydrological features of Hongjiannao Lake is rare, and prediction for the water level of Hongjiannao Lake under the influence of human engineering activities had not been involved in previous research. Aiming at these deficiencies, research methods including field monitoring, field experiment, the calculation of water balance, environmental isotope analysis and numerical simulation will be adopted in this project to study the influence of human engineering activities on the Hongjiannao Lake water level from the perspective of river basin water cycle, strengthen the understanding of hydrological cycle mechanism of the Hongjiannao watershed, fully disclose the cause of the Hongjiannao lake atrophy, predict lake water level dynamic, put forward measures to protect the ecological environment by controlling development and utilization of water resources.

红碱淖是重要的湿地，对当地生态环境保护具有重要作用。近些年来随着红碱淖流域人类工程活动增多，红碱淖水位下降速度增大，研究人类工程活动对红碱淖流域水文循环以及湖水位的影响是非常必要的。大多数研究对红碱淖萎缩原因的认识停留在地表径流的减少上，缺乏对排泄到红碱淖中地下水的起源和水量的认识，更没有从流域的角度来定量刻画地表水和地下水对湖水的贡献程度。关于开采地下水和采矿对红碱淖湖泊水文的影响研究也比较少见，而人类工程活动影响下的红碱淖湖水位预测在以往研究中未曾涉及。针对这些不足，本项目将采用现场监测、野外试验、水量平衡计算、环境同位素分析和数值模拟相结合的研究方法，从流域水文循环角度研究人类工程活动对红碱淖湖水位的影响，加强对红碱淖流域水文循环机理的认识，全面揭示红碱淖湖泊萎缩的原因，预测湖泊水位动态，提出基于生态环境保护的水资源调控措施。因此，本项目具有重要的理论意义和实际应用价值。

红碱淖作为我国最大的沙漠淡水湖，是濒危物种-遗鸥的天然栖息场所和重要繁殖地。近年来，频繁的人类工程活动和不合理的水资源开发利用，使得红碱淖湖面逐渐萎缩，湖水水质恶化，生态环境严重受损，对濒危物种生存繁殖造成威胁。当前，众多研究主要集中于红碱淖湖面面积变化及气候驱动因素，对红碱淖流域地下水循环和湖水位动态预测几乎没有。本次研究重点关注红碱淖流域地下水和湖水位，通过野外调查、监测数据、水土样本检测，结合水化学、同位素、聚类分析、小波相干、机器学习和数值模拟等方法对流域内红碱淖湖水位动态预测、地下水水化学特征、地下水循环机理进行探讨研究，得到以下认识：.1. 红碱淖湖面面积可分为三个阶段：1988-1998年平稳期、1998-2015年萎缩期和2015-2018年上升期。结合同时期察汗淖湖面面积和气象数据，平稳期内红碱淖湖面变化受气候因素影响，萎缩期和上升期内受气候因素和人类活动双重因素。湖滩地区地下水位与湖水位具有较高的显著性，水力联系密切。梯度提升决策树回归模型揭示气象因子中蒸发对湖水位动态变化贡献最大，而降雨相对重要性最小，该模型预测湖水位值与实测值的均方误差为0.004，动态变化一致。.2. 流域水化学类型为HCO3-Ca型、HCO3-Na型和Cl-Na型，水化学形成主要受水岩作用和蒸发浓缩作用控制。岩盐、石膏和萤石对地下水组分的贡献占主导优势，多数白云石和方解石处于沉淀状态或为反应性矿物。SOM聚类分析显示丰、枯水期地下水化学季节变化不大，9个取样点水化学特征有明显的季节变化性。.3. 流域内第四系地下水主要接受大气降雨补给，更新速率快，循环中受蒸发浓缩作用控制，循环深度较浅，侧向补给流域内河流，最终排泄于湖。白垩系地下水年龄较老，更新速率慢，主要接受大气降雨和流域边界侧向补给，水文循环中水岩作用强烈，径流受侏罗系阻碍排泄于红碱淖。.4. 基于地下水循环特征和FEFLOW软件，建立了流域地下水数值模型，水均衡项显示地下水系统总补给量为33464.44×104 m3，总排泄量为13807.8×104 m3，模拟期内地下水排泄红碱淖湖水量为546.2×104 m3。