枯水期的鄱陽湖

幾年前，兩則報(bào)道引發(fā)了人們無盡的思考。2021年《半月談》曾以“察汗淖爾只剩最后一滴淚，生態(tài)屏障正變?yōu)辂}塵暴策源地”為題介紹了察汗淖爾湖水量大為減少，趨于干涸的現(xiàn)狀。

新華社在2022年報(bào)道了鄱陽湖水位達(dá)到了1956年以來歷史最低值，鄱陽湖區(qū)通江水體面積僅余227平方千米，102個(gè)被稱為“湖中湖”的碟形湖僅剩12個(gè)，水生態(tài)安全受到極大威脅。到底是什么原因?qū)е潞霈F(xiàn)嚴(yán)重“赤字”呢？答案在于地下水。

01

最后一滴淚來自哪里？

察汗淖爾在蒙古語中意為“銀色的湖”，在2012年獲批設(shè)立國(guó)家濕地公園時(shí)，擁有著36平方千米的廣闊水面，宛如一顆璀璨的白珍珠鑲嵌在蒙冀交界處?？傻搅?021年12月，正值枯水期的湖盆全部裸露變成了鹽漬荒灘。究其原因，與察汗淖爾流域地下水的超采密切相關(guān)。在降水無法補(bǔ)充的情況下，地下水超采致使地下水位遠(yuǎn)低于湖盆，成為壓垮察汗淖爾的最后一根稻草。從此，它失去了“最后一滴淚”，走向了萎縮干枯的結(jié)局，成為歷史的遺憾。

豐水期的鄱陽湖 | 位于湖床上的古建筑部分被淹沒，而這些建筑在枯水期則全部出露

鄱陽湖是我國(guó)最大的淡水湖，湖區(qū)最大水面可達(dá)4400平方千米，多年平均水資源總量中地下水資源總量占水資源總量的7.9%，約18.5億立方米。正是因?yàn)榈叵滤丛床粩唷拜斞?，?022年最低水位時(shí)鄱陽湖中的碟形湖才未“全軍覆沒”?？梢哉f地下水對(duì)維持枯水期的鄱陽湖水面發(fā)揮了決定性的支撐作用。

從察汗淖爾和鄱陽湖水面的演變中可見，無論是在干旱地區(qū)還是濕潤(rùn)地區(qū)，無論湖泊面積大小，都存在水面面積的季節(jié)性變動(dòng)現(xiàn)象。地下水在波光粼粼的湖面之下，已經(jīng)喃喃低語了千萬年，這種看似平靜的互動(dòng)，實(shí)則是維系區(qū)域水循環(huán)的關(guān)鍵紐帶，尤其是枯水期，在降水與地表水對(duì)湖泊補(bǔ)給減少后，地下水便成為至關(guān)重要的補(bǔ)充來源，如我國(guó)青藏高原的湖泊群每年通過地下水交換輸送的水量相當(dāng)于黃河年徑流量的三分之一。這種隱秘的水文聯(lián)系不僅決定著湖泊的生死存亡，更深刻影響著周邊生態(tài)系統(tǒng)和人類用水安全。那么，湖水與地下水究竟是如何發(fā)生水文聯(lián)系的呢？

豐水期高水位的湖水滲漏補(bǔ)給地下水示意圖 繪制/孟祥龍

枯水期高水位的地下水排泄補(bǔ)給湖水示意圖 繪制/孟祥龍

02

滲漏：湖水與地下水的對(duì)話方式

一般豐水期，湖水位高于地下水位時(shí)，湖水通過湖盆底部的滲透層不斷補(bǔ)給地下水系統(tǒng)，這個(gè)過程被稱為“正向滲漏”；而在枯水期，湖水的地表補(bǔ)給量減少，湖水位持續(xù)降低，地下水位反超湖水位時(shí)，地下水又會(huì)通過水力梯度作用反向補(bǔ)給湖泊，形成獨(dú)特的“反向滲漏”水量調(diào)節(jié)機(jī)制。2018年，鄱陽湖水文觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，汛期單日湖底滲漏量可達(dá)950萬立方米，相當(dāng)于3800個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游泳池的蓄水量；在旱季接受地下水補(bǔ)給平均每日約780萬立方米，其中在2月份達(dá)到最高值。因此，正是地下水在旱季維持較高的補(bǔ)給量，緩解了鄱陽湖秋旱的嚴(yán)重影響。但是如果地下水位持續(xù)下降，湖泊得到的補(bǔ)給量大幅下降，在枯水期就會(huì)面臨干涸的困境。

此外，湖泊與地下水之間的交流受到湖床沉積物的制約。湖床沉積物的滲透系數(shù)是決定交換強(qiáng)度的核心參數(shù)。青海湖的湖盆發(fā)育著厚達(dá)30米的砂礫層，其滲透系數(shù)高達(dá)每秒0.01厘米，這種高滲透性地層使得湖水與地下水交換速率達(dá)到每天0.5米。相比之下，太湖的黏土質(zhì)湖床滲透系數(shù)每秒僅0.000001厘米，地下水交換主要依靠斷層帶進(jìn)行，形成了完全不同的水文作用模式。

03

交互：地下水調(diào)節(jié)湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的抓手

在濕地生態(tài)系統(tǒng)中，地下水滲出帶形成的滲流區(qū)是生物多樣性最豐富的區(qū)域。洞庭湖西岸的地下水滲出帶維持著約200平方千米的蘆葦濕地，這里每平方米土壤中活躍著超過5000條水棲寡毛類生物，構(gòu)建起獨(dú)特的食物鏈基礎(chǔ)。地下水帶來的溶解氧和礦物質(zhì)，使得滲出帶的水體氧化還原電位比開放水域高出200毫伏，創(chuàng)造了特殊的生物生境。

內(nèi)蒙古達(dá)里湖岸邊的濕地景觀 拍攝/王新峰

含水層的水質(zhì)凈化功能在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著極為重要的生態(tài)服務(wù)作用。當(dāng)被污染的湖水下滲時(shí)，湖床沉積物中的黏土礦物和微生物群落能有效吸附和截留重金屬、降解有機(jī)物，從而凈化水質(zhì)。以洪湖為例，觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，湖水通過10米厚湖床滲濾后，氨氮濃度可從2.5毫克/升降至0.3毫克/升，凈化效率達(dá)88%，極大降低了污染物對(duì)地下水的威脅。

特殊生境的塑造往往源于獨(dú)特的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)。內(nèi)蒙古達(dá)里湖的蘇打型水質(zhì)，正是地下水長(zhǎng)期溶濾火山巖層的結(jié)果。湖底涌出的富鈉地下水與湖水混合后形成pH值9.6的堿性環(huán)境，造就了全世界獨(dú)有的堿蓬-鹵蟲生態(tài)系統(tǒng)，這種地質(zhì)-生態(tài)耦合系統(tǒng)具有重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。

洞庭湖藍(lán)綠交織的蘆葦景觀

04

干預(yù)：正在重塑天然湖水與地下水對(duì)話方式

人類活動(dòng)如同闖入古老實(shí)驗(yàn)室的工程師，正在用混凝土堤壩，對(duì)湖水與地下水持續(xù)萬年的自然對(duì)話進(jìn)行“技術(shù)改造”。這種扎起來的“籬笆”以驚人的效率重塑著水循環(huán)路徑，卻也帶來不可預(yù)知的生態(tài)失衡。

湖泊是整個(gè)流域水文事件的放大器，受水利工程影響，長(zhǎng)江中游98%的天然湖岸線已被硬化工程改造。在鄱陽湖，總長(zhǎng)460千米的混凝土堤壩將湖泊切割成水文孤島，在湖床下方形成的“隱形堤壩”——防滲墻使湖水滲漏量銳減72%，徹底打亂了豐枯周期中的水量調(diào)節(jié)節(jié)律，使由廣袤的第四系沉積物湖床形成的“地下水庫(kù)”失去了調(diào)節(jié)作用，這也是鄱陽湖年內(nèi)洪澇與大旱共存頻轉(zhuǎn)的原因之一。而洪湖從地下水排泄區(qū)逆轉(zhuǎn)為補(bǔ)給區(qū)，湖底83%的泉眼消失，依賴地下水滲出的底棲生物群落隨之崩潰。長(zhǎng)江流域水利工程的干預(yù)已超出局部影響，正在重構(gòu)整個(gè)流域的地表水-地下水循環(huán)。再看黃河流域，東平湖作為大汶河與黃河的調(diào)節(jié)器，目前已無自然堤岸，其調(diào)節(jié)功能大幅下降。

山東省東平湖堤岸 拍攝/王新峰

同時(shí)，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化是水環(huán)境中集長(zhǎng)期性、挑戰(zhàn)性和重要性為一體的生態(tài)環(huán)境問題，地下水是湖泊潛在的營(yíng)養(yǎng)鹽來源，但常被污染預(yù)防和治理工程忽略。在一些湖泊中，盡管地下水的直接排泄量對(duì)湖泊水量均衡貢獻(xiàn)很小，但對(duì)湖水溶質(zhì)平衡卻有較大的貢獻(xiàn)，因?yàn)?strong>地下水污染物的濃度通常較高。例如，加拿大窄湖地下水排泄量占比約1/3，卻是湖泊唯一的磷來源。

面對(duì)人工干預(yù)帶來的“對(duì)話變革”，科學(xué)家正在搭建解讀新對(duì)話的密碼機(jī)，科技與文明正在孕育新的對(duì)話可能。在巢湖實(shí)施的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過湖底光纖陣列實(shí)時(shí)解析溫度場(chǎng)異常，能捕捉到毫米級(jí)的地下水滲流變化。在洱海西岸的“仿生滲濾帶”，采用多層介質(zhì)仿生天然湖床結(jié)構(gòu)，處理后的回補(bǔ)“地下水”攜帶特定微生物群落和礦物成分，不僅凈化水質(zhì)，更恢復(fù)了地下水滲出帶的生態(tài)孵化功能。

安徽省巢湖斜陽映湖風(fēng)光 拍攝/王新峰

從人跡罕至的青藏高原湖區(qū)，到人口稠密的長(zhǎng)江中下游湖群，湖泊演變還在繼續(xù)。人類干預(yù)的介入正在悄然揭開這層隱秘的面紗，將湖水與地下水之間原本自然的“對(duì)話”轉(zhuǎn)變?yōu)橐粓?chǎng)復(fù)雜的“三方會(huì)談”。這種改變，促使我們從被動(dòng)接受自然的安排，逐漸走向主動(dòng)探尋、剖析水文循環(huán)的深層邏輯，去讀懂大自然隱藏在水脈之中的秘密語言。當(dāng)我們意識(shí)到每座堤壩都在參與地球水循環(huán)，或許就能在發(fā)展與守護(hù)間找到新的平衡算法——這不僅是技術(shù)命題，更是文明對(duì)億萬年水文智慧的傳承與革新，終將教會(huì)我們以更謙卑的姿態(tài)尊重自然，走上人與自然和諧共生的發(fā)展之路。

項(xiàng)目支持：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（編號(hào)：DD20230505）

作者單位：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局廊坊自然資源綜合調(diào)查中心

來源：地球雜志

編輯：4925

轉(zhuǎn)載內(nèi)容僅代表作者觀點(diǎn)

不代表中科院物理所立場(chǎng)

如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原公眾號(hào)