红碱淖水面面积演变及其原因

江维 李英杰 邓彦 王佩 王亚萍 张玲

摘要：红碱淖在涵养水源、防沙降尘和维持生物多样性等方面具有重要作用，是目前全世界最大的遗鸥繁殖与栖息地。利用1989年以来6期遥感数据，结合收集的湖泊面积等数据，研究了红碱淖水面面积演变及其原因，并探讨其未来的演变趋势。结果表明：红碱淖水面面积演变可分为3个阶段：20世纪20-50年代的扩大阶段、60-90年代中期的稳定阶段和90年代末以来的萎缩阶段。扩大阶段是降水较多和发展农业挖渠排水使流域水资源在短时间内快速集中所致：稳定阶段湖泊补给量和消耗量基本相當：萎缩阶段是人类活动对红碱淖流域的清水产流机制破坏严重，建坝、打井抽取地下水和矿产资源开采等大量截留水资源使入湖水量大量减少所致。按照当前演变趋势，若不采取措施，红碱淖干涸的命运不可避免。

关键词：水面面积；演变；气候；人类活动；红碱淖

中图分类号：X524

文献标志码：A

doi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2018.04.017

随着气候变化和人类活动增加，大量湖泊面临萎缩甚至干涸的问题，湖泊生态环境遭到严重威胁。特别是干旱-半干旱区湖泊，白20世纪90年代以来，萎缩、干涸速度明显加快，因而其环境变化和驱动因素的研究受到广泛关注。研究显示，东亚季风边缘区的呼伦湖、岱海、达里湖等湖泊面积严重萎缩。桃力庙阿拉善海子、呼日查干淖尔不断萎缩，近年来完全干涸，湖盆裸露，成为流域主要的沙尘暴、盐尘暴物源区。位于陕蒙交界的红碱淖是毛乌素沙地最大的湖泊，20世纪90年代以来，湖面不断萎缩，鱼类减少甚至消失，生物多样性降低，严重影响了其生态与经济功能。如果水面持续萎缩，水质恶化，目前在此栖息的遗鸥等鸟类将难以生存。本文根据1989年以来6期遥感解译数据，结合收集到的红碱淖湖泊水面等数据，研究红碱淖水面面积演变及其原因，并探讨红碱淖未来的演变趋势，为红碱淖水生态环境保护提供技术支撑。

1 研究区概况

红碱淖位于毛乌素沙地东缘的陕蒙交界处（见图1），流域面积约为1500km2，湖面高程1200m。历史上湖面东西最宽达10km，南北最长达12km，面积67km2，蓄水量6×lO8m3，是我国最大的沙漠淡水湖。气候属温带大陆性半干旱气候，年平均气温8.9℃，年降水量423mm，年蒸发量2000mm。流域内居民约45000人，主要产业为农业和畜牧业。独特的地理环境和气候条件，使得其在涵养水源、防沙降尘和维持生物多样性等方面发挥着重要作用。近10a来，随着鄂尔多斯遗鸥自然保护区内桃阿海子的干涸，全球性濒危物种遗鸥逐渐迁移到红碱淖柄息，目前红碱淖已成为世界最大的遗鸥繁殖与柄息地。

2 数据与方法

在收集的遥感影像中，选择云量较少且成像时间在6-10月的TM、HJ影像用于红碱淖水面面积的遥感解译。分别选择成像时间为1989年9月11日、1995年8月24日、2000年7月31日、2006年9月10日的TM/ETM+影像和2012年8月14日的HJ影像、2015年7月1日的Landsat8影像用于本研究。其他年份的水面面积数据、气象和人类活动数据等来源于文献资料。红碱淖水域目标单一，特征明显，故采取目视解译方式进行提取。根据遥感解译和收集的数据建立长序列湖泊面积和演变曲线，然后分析湖泊水面面积演变规律及其原因，并结合实地调查，从红碱淖水面的形成机理出发分析红碱淖水面面积变化趋势。

3 结果与分析

3.1 水面面积演变

据记载，晚更新世早期，红碱淖还是秃尾河上游的一个河谷盆地。到晚更新世晚期，风沙堆积物沿木独兔梁北麓向东移动，逐渐将宫泊海子一带的古河道堵塞，形成地表分水岭。随着红碱淖湖盆的形成，逐渐积水，成为一片沼泽湿地。根据收集的数据和遥感影像解译的湖泊面积绘制红碱淖水面近百年来的演变过程曲线（见图2）。按照红碱淖近百年面积变化曲线，其演变过程可分为三个阶段：一是20世纪20年代到50年代的扩大阶段，二是20世纪60年代到90年代中期的稳定阶段，三是20世纪90年代末以来的萎缩阶段。

3.2 水面空间变化

1989-2015年红碱淖水面面积变化遥感解译成果见图3。从变化形态看，红碱淖水域四周萎缩明显，尤以北部和东南部最突出。1989年南部的一个岛屿到2006年变成了半岛，2012年半岛已消失。现状湖岸线距离1969年湖岸线最远超过2000m。随着水面面积的萎缩，湖泊的形态也发生了较大变化，湖岸线趋于平直，岸线发展系数降低。

4 水面面积演变原因分析

4.1 扩大阶段和稳定阶段

据汪勇等研究，红碱淖形成于1929年，1929年至20世纪40年代因连续降水，故形成了约20km2的湖面。1954年以后，老百姓在红碱淖周围滩地大搞挖渠排水，发展农业，至1960年形成了约60km2的湖面。因此，20世纪50年代湖泊快速扩张系人为改造使流域水资源在短时间内快速集中所致。到了20世纪60年代，降水较多，1969年红碱淖水面面积达到最大值，约为67km2。稳定阶段水面面积相对稳定，其原因是红碱淖的湖泊补给量和消耗量基本相当。

4.2 萎缩阶段

4.2.1 气候变化对湖泊面积的影响

1977年以来红碱淖流域气温上升趋势明显。由图4可知，20世纪90年代降水明显减少，进入了相对干旱气候态，但2000年以来基本恢复。利用气候参数对红碱淖水面面积变化的模拟结果显示，20世纪80年代红碱淖水面面积平均为71.7km2。90年代为62.5km2，2000-2007年为48.8km2。分析降水量和水面面积的变化趋势可以发现，即使在某些降水增多的年份，红碱淖水面面积也呈现减少趋势。因此，气候变化不足以解释红碱淖水面面积的变化。

4.2.2 人类活动对湖泊面积的影响

流域清水产流机制是湖泊流域水量平衡和污染物量平衡相互作用的复杂体系，是由清水产流区、清水养护区和湖滨缓冲区组成的有机整体。湖泊流域水资源量是有限的，随着人口的增加、经济社会的发展，发源于山区的河流被人类越来越多地截流用于灌溉农田、发展工业和生活。

1989年红碱淖流域陕西境内的灌溉面积不足33hm2，2000年已接近133hm2。目前，流域內现有农田灌溉面积5930hm2，80%以上的灌区沿河而建。为利用河水，流域内沿河建坝非常普遍，减少了人湖水量。同时抽取地下水灌溉消耗了大量地下水资源。20世纪50年代主要利用沟渠方式灌溉农田：到20世纪末期发展为中深井电力抽水浇地，井深由几米发展到几十米甚至上百米。据估计，地下水位下降导致地表径流的减少量为每年861.0万m3。红碱淖原有7条季节性河流补给，其中扎莎克河和蟒盖兔河约占流域总径流量的60%。然而目前除七卜素河外，其余6条全部干涸。

生态环境建设也是流域内截流利用水资源的一个方面。2000年以来，陕北和内蒙古生态环境建设成绩显著，广泛实施封育、生态林建设和退耕还林还草工程。原来大片裸露的沙地降水人渗快，表层毛细作用弱，自身蒸发很少，下渗水很容易聚集流向海子。建成的人工植被主要依靠降水和土壤水生长，甚至需要通过抽取地下水维护。除持续长时间的特大暴雨有垂直径流下渗外，强度为50mm/h以下的降水几乎全部吸纳在Im以内的沙层中，被植物根系吸收消耗，少有余水下渗聚集到海子。

煤炭开采破坏了地下水系统，截留人湖水资源。在神东公司大柳塔矿井范围内双沟村附近，原有一条泉水丰沛、树木茂盛的湿沟，如今地表塌陷、岩层断裂，地下水下泄、泉水干涸、树木枯死。煤炭的高强度开采，导致神木县和红碱淖另一侧的伊金霍洛旗都出现过大面积土地沉陷，这可能是红碱淖水量骤减的另一个重要原因。

5 红碱淖演变趋势分析

有了毛乌素沙地，才有了以红碱淖为代表的湿地的产生。沙地质地均匀，孔隙发育，为大气降水人渗提供了良好条件。同时疏松的流沙表层一经干燥，其内的毛细管被切断，蒸发损失很少，借助沙地的贮积保护作用，沙区形成了丰富的地下径流。水文资料显示，沙地地下径流贡献了地表水体75%～97%的水资源量。这是在降水量和蒸发量对比如此悬殊的沙地，海子得以形成的重要原因。受地形、底板土质渗水度的影响，地下径流在一些周边较高、存在河湖相沉积物的古土壤或硬黄土地，或草甸、泥炭垫层的沼泽土等不易渗水的低洼地（贮水结构）渗出，形成季节性或长年的积水湿地（湖淖和河滩）。目前红碱淖流域内水资源的开发存在筑坝建水库和打井抽取地下水两种主要方式。筑坝建水库的方式仅仅是截流了地表水，相当于减小了湖泊的流域面积。这种利用方式只能使湖泊水面减小，不会使湖泊干涸。由于沙地地表水和地下水联系密切，打井抽取地下水不但消耗流域内地下水，同时也消耗地表水，过量抽取地下水将耗干当地水资源，因此如不采取有效的保护措施，按照目前的演变趋势，红碱淖干涸的命运不可避免，其周边桃阿海子、哈达图淖、乌兰淖和巴嘎淖的干涸就是例证。

6 结语

红碱淖水面面积经历了扩大、稳定和萎缩3个阶段，扩大阶段是降水较多和发展农业挖渠排水使流域水资源在短时间内快速集中所致，之后稳定阶段是因湖泊补给量和消耗量基本相当所致。20世纪90年代末以来湖面逐渐萎缩的主要原因是人类活动对流域的清水产流机制的破坏，表现在建坝截流水资源和抽取地下水用于日常生活、工农业生产和生态环境建设：煤炭开采通过破坏地下水系统截留人湖水资源，将流域水资源截留在地下，或外排至流域外。空间变化分析显示，红碱淖水域萎缩尤以北部和东南部最为突出，湖泊的形态也发生了较大变化，一些岛屿变为半岛，最后完全与陆地融为一体。借助沙地的贮积和保护作用，毛乌素沙地的湖泊得以形成。流域降水减少和筑坝建水库拦截河水只能使红碱淖面积减小，而打井抽取地下水将耗完当地水资源。根据目前打井抽取利用地下水的程度，红碱淖干涸的命运不可避免。为了阻止红碱淖水位持续下降，应根据流域自然和经济社会特点，通过加强管理，恢复流域清水产流机制，对红碱淖实施更全面的保护。