浅析乌伦古湖水量与水质变化特征及其环境效应

 浅析乌伦古湖水量与水质变化特征及其环境效应

王涛1，2徐静1，2罗丹1，3*

(1.新疆环境保护科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830011；2.新疆环境污染监控与风险预警重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011；3.新疆清洁生产工程技术研究中心，新疆 乌鲁木齐 830011)

【摘要】在当前，全球变暖愈演愈烈，在我国西北地区，一些湖泊水位都出现了显著的下降，湖泊从过去的湖面扩展逐渐到现在严重萎缩，湖泊水位的改变也造成了一些生态环境的变化，特别是新疆地区的一些湖泊。本研究将乌伦古湖作为研究对象，在2005年之后，乌伦古河就陷入无水入湖的状态。根据其附近的福海县城水文站监测发现，在2005年，乌伦古河出现了72d的断流，在2007年，断流时间为127d，2008年则出现了最长时间的断流记录，长达182d。湖泊水位的变化也导致水质产生改变，引发四周的生态环境变化，影响了可持续发展。本文进行了水质和环境效应的分析，希望能够给相关部门工作的开展带来参考，保证河流生态环境建设。

【关键词】乌伦古湖；水量与水质；变化特征；环境效应

乌伦古湖在过去气候变化和人类活动中也产生了很大的环境变化。分析其不同阶段中的水位、湖面变化等等，其变化大体经过了四个阶段，最为显著的时期是1956年到1996年期间，因为人类活动造成了湖泊水位的剧烈变动，同时也使得湖泊生物和四周的环境产生了很大的改变。在1986年前后，湖泊水位降低至478m，大量的沙滩露出，湖滨沼泽湿不断减少，芦苇大量死亡，植被显著退化。同时，候鸟和鱼类的繁衍生地被破坏，在湖边栖息的候鸟数量不断减少。如今，在人类和气候的共同影响下，乌伦古湖水资源也出现了大量的问题，水量显著减少，同时水质状况下降，造成渔产量下降，鱼类资源越来越少，同时芦苇等湖滨经济植物也越来越少，进一步威胁着湖泊湿地的整体生态系统，流域土壤也出现了沙化为，生态环境不断恶化。在过去的研究中，主要是分析水质变化情况，在本文中，基于实际的数据资料分析，将水质变化和环境特征结合起来进行综合分析，希望能够给湖水生态环境的保护带来参考。

收稿日期：2023-10-18

第一作者：王涛（1976－），女，俄罗斯族，新疆乌鲁木齐人，本科，工程师，研究方向为环境污染防治，E-mail:124669507@qq.com

*通讯作者：罗丹（1990-），女，汉族，新疆乌鲁木齐人，本科，工程师，研究方向为应对气候变化，E-mail:295160610@qq.com

1、乌伦古湖概况

乌伦古湖是干旱区内陆半封闭湖泊，地处我国新疆阿勒泰地区，其流域面积是35400km2左右，是新疆地区的第二大湖。在湖中，包含了丰富的生物资源，例如草鱼、河鲈、鲤鱼、斜齿鳊和贝加尔雅罗鱼等等，也是该地区十分重要的渔业养殖基地。在其南侧，是吉力湖，也就是小海子，库依尕河将两湖连接起来。为了将吉力湖水位抬高，在1972年修建了库依尕河闸，将两湖之间切开了。在冬季时，乌伦古湖湖区十分寒冷干燥，其年平均气温大约是3.4℃，年降水量保持在116mm左右，年蒸发量大约是1844mm。

图1乌伦古湖地理位置及入湖河流分布

图2乌伦古湖等深线

2、湖泊水量与水质特征

2.1气候变化特征

本研究选择乌伦古河上游所在县区青河县和阿勒泰地区的气象资源进行气候特征分析。阿勒泰地区的年平均气温是4.4℃，其年降水量是195.8mm。在青河县地区，其年平均温度是0.7℃，同时年降水量在174.6mm。1954到1963年期间，气温不断上升，之后又开始下降，直到1969年，气温出现了最低值。1970年以来，气温明显高，并且整体处在上涨的趋势。按照年降水量的改变可知，在上世纪的五十年代中期，降水比较多，但是六十年代和七十年代中期，降水比较少，在1984年至今，降水量显著提高。阿勒泰气象站统计可知，从1984—2009年，降水量比之前的三十年增加了34.6mm；青河气象站统计显示，1984-2009年间的降水量平均值和之前的三十年相比增加了34.1mm。因此，在乌伦古湖流域中，从1984年开始，有着显著的变暖变湿的趋势，具体参考图3。

图3福海、阿勒泰、青河年均气温及年降水量5a滑动平均曲线

2.2水位与水量

当前在乌伦古湖中，其水深最大处是17.4m，蓄水量为88.9×108m3，面积为859km2。参考图4，在水深不断减小，湖泊的面积也越来越小，水容积量降低。在面积、水深、水量线性回归分析中可知，在该湖泊中，水深、面积以及容积改变大体上呈现出两个阶段：水深在5m以上时，水
位下降同时湖泊水量变小，然而随水深降低湖泊面积减小的变化逐渐降低，当水深在5m以下时，这种趋势相反，水位降低同时湖泊面积越来越小，湖泊水量在水位减少时，其减小越来越慢。

图4乌伦古湖水深-面积-容积曲线

湖泊水量改变能够通过水位的变化直接反映出来，同时，该地区的年降水量、湖径流量、蒸发量等等都是重要的因素。同时，日地引力、风浪等等都能够导致水位的变化。因为人类活动和气候的改变等等，导致在这几十年中，乌伦古湖的水位产生了很大的改变。在最近几年中，因为气候干旱导致河流的水位不断下降，湖泊面积和水量都不断减少，在水深小于12m时，其面积的改变幅度缩小很多。在1970年之前，该湖的水位改变是自然波动的状况，而在最近几年中，湖泊咸化严重，淡化和水体咸化波动不断加大。

2.3水化学特征

2.3.1矿化度和pH值

湖水矿化度是衡量水体内不同元素分子、离子和化合物总含量。矿化度能够直接体现出湖水化学类型，并且能够看出水内盐分积累条件以及其他的水体环境条件。参考表1可知，在乌伦古湖中，其水体矿化度范围是1.89到2.49g/L，平均数值是2.34g/L。其矿化度呈现出均一的空间分布特点，并且在各个湖区中，没有显著的差异。在湖泊东北角的位置，有着最低的矿化度数值区域，只有1.9g/L左右，在中海子是矿化度最高的位置。河流入口是矿化度低值地区，显示了低矿化度河水在很大程度上稀释了乌伦古湖湖水。在和入湖河口距离越来越近时，水体矿化度也越来越高，到湖区西北角位置，矿化度出现最高峰。在中海子中，其矿化度较高主要是受水中大量SO42−、Cl-以及Na+的影响，体现了人类活动造成的影响。

在水环境的研究中，pH值一直是十分重要的指标，主要是衡量迁移质子或者是水溶液的能量强弱，有效转换和控制水中不同的物质迁移转化。在乌伦古湖中，其pH值改变大约是8.41～9.25，其平均数值为8.99，因此是弱碱性水。其矿化度和空间分布情况大体一致。在小海子中，其pH值是8.41，在引额济海渠水中，其pH值为8.40，两者的pH值十分相近，同时湖水的pH值也被河水进行了稀释。其中，湖中央位置是pH值最高的地方，其他的四角pH值都显著低很多。在乌伦古湖东北角位置和骆驼脖子处，湖堤明显起到了阻拦湖泊水的效果。

图5乌伦古湖矿化度(a)、pH值(b)空间分布

2.离子类型和水型

在进行湖水化学类型分析中，一般都是按照其中的阳离子和阴离子以及其离子比例关系综合进行考虑和分类。阴离子如果占据多数，划分成为三种类型，分别是碳酸盐(CO32−)型、氯化物(Cl-)型以及重碳酸盐和硫酸盐(HCO3-+SO42−)型。

如果阳离子占据多数，则划分为镁(Mg)组、钙(Ca)组以及钠(Na)组。按照离子间关系，每组能够划分成为四种类型，分别是：Ⅰ型，HCO3->Ca2++Mg2+，多为低矿化水；Ⅱ型，HCO3-2++Mg2+3-+SO42−，多为中、低矿化水；Ⅲ型，HCO3-+SO42−2++Mg2+或者Cl->Na+，矿化度很高；Ⅳ型，HCO3-=0，即酸性水。在乌伦古湖中，水体中主要阳离子为Na+，其浓度波动值为24.59到32.56meq/L，按照比例可以占据总体阳离子的75.6%。主要阴离子是SO42−和Cl-，其浓度变化是15.36-19.92meq/L以及12.32-16.08meq/L，分别为阴离子总数的45.1%和36.3%。在湖水中，按照浓度的变化，从高到低顺分别是SO42−>Cl->HCO3->CO32−、K++Na+>Mg2+>Ca2+。根据水化学类型，乌伦古湖湖水是硫酸盐类、钠组、Ⅱ型水。

3.总硬度与碱度

水总硬度主要是其中含有的Ca2+和Mg2+的总量，这也是衡量水质的指标之一。在乌伦古湖中，其水体总硬度变化是337.07到408.21mg/L，其平均值是391.91mg/L，为硬水。在水体中，HCO3-、CO32−以及OH-代表着水体的碱度，直接关系到水中的湖水灌溉和渔业的发展。在乌伦古湖中，其水体总碱度的改变在324.40到400.40mg/L之间，其平均是382.99mg/L。碱度和总硬度分布和矿化度以及电导呈现出大体相似的分布情况，随着河流补给水情况的变化，其总硬度的分布也呈现出显著的变化。

从上世纪的五十年代到之后的三十年中，乌伦古湖的矿化度在不断提高，其中在1980年出现了矿化度的峰值，约为3.8g/L。在上世纪的七十年代到八十年代，矿化度始终处在较高的水平，到1988年出现下降，之后慢慢降低，到2007年降到最低，为2.34g/L。在1988年至今，出现了大范围的矿化度改变，并且化学类型呈现出易变的趋势。

3、环境效应分析

湖泊水位改变能够造成其流域环境的改变。首先，湖泊水位在波动过程中，导致水体内出现化学和物理性质的改变，直接影响了生物物种，进而对生态结构产生影响。另外，湖泊水位变化使得该流域中的地下水位产生变化，造成流域碱化或者是沙化，从而造成环境问题的出现。在最近几年中，乌伦古湖水位的波动范围大约是6m，同时其湖泊容积变化量大约是40×108m3，是当前总水容量的一半左右。湖水位改变直接导致水体浓缩和咸化，引起整体生态结构改变，渔业产量产生改变。在1958年，湖泊水位是484m，当时的湖水矿化度大约是2.8g/L，到1980年，其水位降低至478m，湖泊萎缩，平均矿化度提高至3.8g/L，这就造成了湖泊资源出现危机。按照渔业部门的统计显示，在1959到1988年间，湖泊的水环境出现很大的改变，渔产量也随之出现很大的波动。1987年，随着引水工程的完成，湖水位也提高，在1988年，水位恢到484m高位，这时候的水环境质量也出现了完善。在之后的十年间，渔产量年平均3237t，一直在稳定的数量。最近几年中，乌仑古河出现了多年的断流问题，入湖水量下降，造成湖面萎缩。同时，水位下降也导致了湖滨植物产生衰退和死亡，使得区域出现碱化和沙化。在上世纪的五十年代，湖滨地带有着大片的芦苇，但是在七十年代后，这些芦苇消失，在最近几年中，河流两岸的一些沙枣树都死亡，造成了大面积的土地沙化。

在乌伦古湖环境变化中，基本可以划分成为四个时期和阶段：第一阶段是1956年之前，湖泊在自然演化的过程中，水位的变化主要是气候改变，而乌伦古河是补给河流。第二个阶段是1956年到1970年中间，这个时期中的人类活动不断增加，过分的耕地和人口的快速增加促使该地经济发展很快，渔业发达。然而因为气候干旱，同时流域开发过度，导致乌伦古河入湖水量越来越少。在1956年之后，中游被大量开垦，河水不但多数引到灌区中，同时也引到水库内，导致入湖水量不断减少，这也直接降低了湖泊水位，促使水体浓缩，湖泊周围的湿地面积越来越少，鱼类产卵场受到影响，同时高矿化度水质也对鱼类的生长造成很大的影响，使得过去的生态系统结构逐渐被破坏。从1970年开始，引河水入湖的实施增加了湖泊水的含量，之后，为了保证吉力湖稳定的水面，在1972年，修建了拦河闸，限制了乌伦古河补给乌伦古湖，主要是依赖其他的方式进行补给。然而，因为气候的干旱程度不断加剧，入湖水量下降，导致乌伦古湖水位不断降低，直到1986年，水位逐渐到达历史的最低点，大约是478m。湖水咸化加剧影响了生物的多样性，同时降低了渔业产量，对四周居民的用水也产生了很大的影响。流域中草场沙化并退化，土地的裸露面积越来越多，使得环境持续恶化。直到1987年，大量的入湖水量抬高了湖泊水位，直至1993年，因为气候干旱得到了减缓，在丰水期中，乌伦古河水的水量增加，湖泊水位重新恢复，在484m以上。因此，1970年到1995年期间是乌伦古湖转变的第三个阶段。在这个时期中的人类活动起到了很大的影响，例如湖区开渠建坝等等建设活动，都是直接影响水位的因素。然而人类活动加剧了湖泊水位波动的程度，没有促进渔业的发展，然而从总体来看，该阶段中气候变湿，也促使湖水位不断上涨，影响了四周生活的环境。在第四个阶段中，湖泊变化比较稳定，在流域规划管理中，开发逐渐有序化和稳定化，这也使得湖泊环境逐渐进入稳定期。然而从2005年至今，人类活动剧烈、气候变化大，导致乌伦古河水量快速减少，甚至产生断流问题，导致吉力湖水位降低，乌伦古湖的水位抬高，乌伦古湖水出现了倒流到吉力湖中的现象，促使了区域地下水位产生改变，导致区域环境恶化，土地沙化不断加剧。

4、结论

在当前的气候环境下，要保持乌伦古湖环境的稳定化，不但需要保持引河入湖水量的增加，同时需要有序地调配四周的工农业用水量，因此，按照乌伦古湖四周的生态条件和区域特征，对湖泊-流域水环进行合理的调配，保障入湖水量的稳定，能够维持合理的湖泊水位，保证四周生态系统的稳定，促进周围经济的发展。

【参考文献】

[1]Ji，Fenfen，Ma，Xufa，Qiu，Longhui，Kang，Zhipeng，Shen，Jianzhong.QuantifyingtheeffectsofintroducedBigheadCarp(Cyprinidae；Aristichthysnobilis)stockingondominantfishspeciesintheUlungurLake，China[J].BiologicalInvasions，2022(prepublish).

[2]NiZhenyu，ZhangEnlou，SunWeiwei，MengXianqiang，NingDongliang，JiangQingfeng，ZhengWenxiu.ResponseofthechironomidcommunitytolateHoloceneclimatechangeandanthropogenicimpactsatLakeUlungur，aridCentralAsia[J].QuaternaryInternational，2022，613.

[3]谢继斌，彭小武，胡光胜，李军华，刘晓伟，张锐.新疆乌伦古湖表层沉积物重金属形态及污染水平[J].新疆环境保护，2021，43(04):23-29.

[4]田华，辛拓，李金芳，杨嘉懿，谢祖锋.乌伦古河流域水体水化学与同位素特征及指示意义[J].干旱区研究，2021，38(06):1497-1505.DOI:10.13866/j.azr.2021.06.01.

[5]海拉提·阿力地阿尔汗，彭小武，刘晓伟，周道坤，卢文洲，谢继斌.新疆乌伦古湖水生态环境保护对策研究[J].新疆环境保护，2021，43(02):15-21.

[6]李炎臻，刘小慧，李毓炜，高凡.基于多源遥感数据的乌伦古湖面积动态变化分析[J].水利水电快报，2021，42(03):29-33+48.DOI:10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.03.005.

[7]邹兰，高凡，马英杰.乌伦古湖水质污染的空间分布特征[J].水生态学杂志，2021，42(01):35-41.DOI:10.15928/j.1674-3075.201903130059.