河套平原与库布齐沙漠环境差异分析

2020-07-17吕泽浩成佳慧姚柳杉

绿色科技 2020年10期

吕泽浩，成佳慧，姚柳杉，薛静

(太原理工大学水利科学与工程学院，山西太原 030024)

1 引言

巴彦高勒-三湖河口河段属于黄河河段，深处内陆，海洋暖湿气流难以到达，且距蒙古高压中心很近，寒冷干燥气团经常自西北或北面袭来，降水稀少且集中，日照充足，气温变化剧烈。有数据显示[1]，巴彦高勒-三湖河口河段大部分地区年降水量介于150～400 mm之间(而植物生长所需的最低年降水量为400 mm)，再加上下垫面是广阔的沙漠，地面上的水分极难保存，故沙漠是该地区最天然的状态。但实际上巴彦高勒～三湖河口河段北侧为富饶的河套平原，是重要的粮食基地，素有“黄河百害，唯富一套”之说，南侧为横跨内蒙古三旗的中国第七大沙漠-库布齐沙漠。南北过渡明显，二者受同一河段影响，却形成截然不同的现状，故对两者形成原因的差异进行研究对于防止沙漠进一步扩张以及河套平原的稳定发展都有重要意义。

迄今为止已有诸多学者围绕河套平原和库布齐沙漠二者的形成原因进行了相关分析。其中李炳元[2]、肖瑞玲[3]等研究表明河套平原的形成与地形地貌及古代人类活动有关。根据武焱[4]、梁霞[5]等的研究，库布齐沙漠形成的原因主要是干燥的气候、丰富的沙源及人类的过度利用。并且有研究表明，近年来沙漠前缘有明显向西北扩张的趋势[4]。

本研究通过对已有数据及河段周围真实环境等的分析，对河套平原与库布齐沙漠环境的差异原因进行了讨论，可以为今后沙漠治理方面的决策提供一定的依据，防止沙漠扩大；能够为解决当地生活、生产方面的问题提供一定的依据；为寻找及治理沙漠用水提供思路。

2 研究区概况

2.1 河套平原

河套平原位于内蒙古自治区西南部，黄河巴彦高勒-三湖河口河段以北的平原、高原地区，土地肥沃，农业灌溉发达，西接乌兰布和沙漠 , 东至乌梁素海 , 南临黄河 , 北抵阴山。一般讲的河套平原主要指阴山以南的黄河冲积平原[6]。

2.2 库布齐沙漠

库布齐沙漠位于鄂尔多斯高原北部、黄河巴彦高勒-三湖河口河段以南地区，西、北、东三面均以黄河为界，地势南高北低。南部为高原台地，中部为风积沙丘，北部为河漫滩地，长400 km，宽50 km。

3 分析与结果

始新世时期，由于燕山运动与喜山运动，阴山山脉和鄂尔多斯高原之间构造活动和垂直差异运动十分显著，形成了狭长的河套盆地[7]。河套灌区则位于阴山山脉与鄂尔多斯台地之间。自阴山山脉经河套平原再至鄂尔多斯高原，平均海拔依次由1800 m降至1000 m再过渡到1300 m，总体地势自北向南呈凹字形，其沿图1剖面所示的地形剖面图如图2所示。独特的地形构造是河套平原与库布齐沙漠环境在黄河河段发生突变的根本原因。

3.1 侵蚀与沉积

库布齐沙漠和河套地区分别位于巴彦高勒-三湖河口河段的凸岸与凹岸。由于惯性和横向环流作用，在凹岸的河套地区形成了较多截弯取直的牛轭湖，而大量冲刷下来的泥沙被带到南(凸)岸堆积，加上黄河的沉积物与阴山山前广泛发育湖积洪积物，为风的侵蚀提供了大量易风化的原岩；由于阴山海拔高，在挡住冬季季风带来的风化碎屑的同时，也为南坡的河套地区阻挡了一部分风的侵蚀，故河套地区物理风化不发育，而库布齐地区为阴山山后的迎风坡，由于中更新世时期青藏高原抬升对周围区域的影响，使得地表风蚀粗化。故鄂尔多斯北部地区风成堆积物普遍发育，形成的大小沙丘便是库布齐沙漠的原型[7]。

3.2 光资源

黄河中游地区全年无太阳直射，河套平原位于高峻的阴山山脉南坡，没有高山阻碍，地势平坦，光资源丰富，这是形成大规模农业生产的必要条件。南岸是低于平均海拔的河流阶地，太阳辐射强度较低，可利用的光资源相对较少。因此，光照是两地植被覆盖出现明显差异的原因之一。

图1 地势地形

图2 高程剖面

3.3 水资源

该黄河河段南北岸地区受季风影响，降水分配不均且年际变化较大，年平均降雨量均位于200～300 mm等降水线之间，由于地形原因，河套平原有些地区年降水量可达400 mm。由此可知有限的降水和相似的降水条件，不足以导致两地植被覆盖率和地貌的显著差异。因此本研究从除降水以外的补给和两岸自身的差异来分析水资源对河套平原与库布齐沙漠环境的影响。

3.3.1 地表水资源

河段北部平原地势平坦，允许其他河流流过，故地表水较南部更多，主要流经的河流有黄河、大黑河等，此外，平原地区的湖泊也是该地区地表径流的一部分，几千年来，黄河改道、地质沉积作用等残留了大量湖泊，使得河套平原地区地表水体广泛存在[8]，这些湖面积小、湖水浅，大多数为淡水河，水质好，能够缓解水源短缺。而河段南部地区地表裸露、蒸发强烈，为第四纪近代沉积的风积物，既不利于储存降水，也无外河流经，匮乏的水资源是荒漠化的必然结果。

3.3.2 地下水资源

地下水资源的产生比地表水复杂得多，不仅有降水入渗的补给，还有其他地区越流的补给或排泄，更与该地区地下地貌有关。本研究从赋存、补、径、排条件来对河套平原和库布齐沙漠的地下水资源状况进行分析。

3.3.2.1 赋存条件

从地貌上看，在阴山山脉山前洪积平原上发育着一系列微向南倾的洪积扇群，而平原地区大部分是由湖积盆地作为基底加上黄河冲积沉积形成的，向南则为近代形成的风积沙地。地区本身的地貌和沉积方式，导致其由南至北沉积物逐渐由砾石沙土向粘土过渡，水平渗透性逐渐变弱，水力坡度逐渐变小，径流条件变差，含水层的埋深也逐渐增加。河套地区地下水位在灌溉期时，可上升到0.5～3.28 m，且多为潜水与半承压水[9]。而到了黄河以南库布齐沙漠地区，地下水埋深增加到达0～10 m，埋藏形式为上层滞水、潜水与承压水[10]。可由此知北岸地区的地下水埋藏条件利于水分运移并补给土壤水，可以发展为沃土，而南部的地下水埋深过大，农作物及其他植物的根系难以利用，无法生长。

3.3.2.2 补给条件

河套平原的地下水比南侧地区丰富的原因之一是补给来源多，河套平原地区补给来源包括大气降水、外来河流补给(主要是黄河)、灌溉水渗漏及平原两侧的基岩裂隙水、山沟洪水、阴山积雪融水等[6]；而南侧地区海拔相对较高，黄河水一般不能够补给地下水，补给来源主要是降水，然而降水稀少并不能补给巨大的蒸发量，因此造成了两岸地下水储量的差异。

3.3.2.3 排泄条件

由于平原地区特殊的排泄条件，潜水受到河湖水及山前平原地下水顶托，使得地下水在低洼处局部汇集，形成封闭的潜水盆地，难以往外渗流[6]，大部分的潜水依靠灌区的排水干渠汇入北部的总排水干渠，最后排入东部的乌梁素海，东部地区季节性地受到乌梁素海回水的补给，所以河套地区是一个以垂直水交替为主的封闭地下水盆地系统[7]；位于黄河南部及鄂尔多斯高原北部的地区与河套平原径流联系相对不密切，加上海拔较高，含水层埋藏更深。这些水资源原因，造成了黄河南岸严重的荒漠化。因此相比而言河段北侧平原地下水易于保存，地下水位更接近地表，适合发展农业，便于灌溉利用。