第1章 流域概况及水生态环境问题
湖泊被誉为“地球之肾”,湖泊及其流域是人类赖以生存的重要场所,在国民经济的发展中发挥着重要作用。内蒙古湖泊众多,大部分地区都属于干旱半干旱地区,且每年有4~6个月的冰封期(李畅游等,2016a),当地的湖泊水资源对于维持区域环境生态的协调可持续发展具有毋庸置疑的关键作用。其中,“一湖两海”分布在内蒙古的东部、中部及西部,分别代表了草原湖泊、农牧交错带湖泊、灌区湖泊,是我国干旱半干旱地区的典型代表湖泊(李畅游和孙标,2013)。
1.1 流域概况
寒旱区湖泊是我国北方生态脆弱区水资源的重要载体,在承载流域社会经济发展、调节区域气候、保持生态平衡、调配水质水量、美化人居环境等方面发挥着关键作用。它们所处位置远离海洋,降水少,气候干旱寒冷,过去几十年来,以内蒙古“一湖两海”为代表的寒旱区湖泊普遍呈现快速消退、水资源极其短缺、水生态极度退化、水环境持续恶化等共性问题(张亚丽等,2011),威胁华北、东北、西北乃至全国的生态安全,影响区域经济社会发展和居民生活安定。
1.1.1 乌梁素海概况
1. 地理位置及形态
乌梁素海位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特前旗境内,属干旱半干旱地区,地理坐标介于40°36′~41°03′N,108°43′~108°57′E之间(图1-1),湖区呈南北长、东西窄的狭长形态,其中南北长约35~40 km,东西宽约5~10 km。乌梁素海面积随周边芦苇变化波动在293~330 km2,其中芦苇区约占55%,明水区约占45%,明水区随季节变化分布有沉水植物,湖面运行水位1018.8~1019.2 m,大片水域水深在0.5~1.5 m,最大水深4 m。湖岸发育率为2.15,岛屿率为6.1%,湖盆特征形态系数为22.2,湖泊水体滞留时间为160~220天。2002年,乌梁素海被国际湿地公约组织正式列入国际重要湿地名录,成为深受国际社会关注的湿地系统生物多样性保护区(李畅游等,2019;Mao et al.,2020)。
乌梁素海是1850年由黄河改道而形成的河迹湖。由于狼山西部缺口,在西北风作用下,阿拉善沙地流沙向东蔓延,加之色尔腾山、乌拉山等流域山洪所携带泥沙的不断堆积,并不断向南扩展,促使河床不断抬高,到1850年将现在西山咀以北早期黄河主流隔断15 km左右,造成黄河主流南移,留下故道一段,形成一半弧形的长条洼地,即乌梁素海的前身(Sun et al.,2011)。
图1-1 乌梁素海地理位置及灌排系统图
整个河套平原在地质上是一个内陆断陷盆地,乌梁素海流域受狼山旋扭构造作用,形成扇面状。沉积层在流域地层结构中分布十分广泛,沉积层上部是冲积层、洪积层和风积层,下部是巨厚的新老第四纪湖相淤积层。
2. 流域灌排系统分布
乌梁素海是河套灌区灌排水系统重要的组成部分,是当地生活污水、工业废水的唯一承载渠道,最为重要的是河套灌区农田退水的唯一排泄渠道。河套灌区的农田退水通过总排干、八排干、九排干进入乌梁素海,上游城镇如磴口、临河、五原等地的生活污水和工业废水处理后也通过总排干汇入乌梁素海,除此之外,乌梁素海还接纳大气降水、地下径流、周围山沟季节性洪水和总排干季节性洪水的径流补给。湖水的排泄途径以蒸发为主,其次是退水和渗漏,乌梁素海的出水最终通过湖区南端的退水渠(西山咀镇附近)排入黄河。经过多年建设,流域形成了引水、排水、乌梁素海调蓄、退水入黄的完整水循环系统,在维持灌区水环境系统平衡等方面发挥着重要作用,乌梁素海不仅是河套灌区排水的承载渠道,控制河套灌区土地的盐渍化,同时也是黄河水质安全的保障(史小红等,2015;Sun et al.,2013)。
3. 区域气候特征
乌梁素海地区处在干旱半干旱的高纬度地带,属北温带大陆性气候。主要气候特点是四季温差大、冰封期长、气候干旱、降水量小且年内分配不均匀、蒸发量大、湿度适中及风沙活动强烈(李兴等,2015)。
据气象资料统计,多年平均降水量为224 mm,降水主要集中在7~9月,该期间降水量占全年总降水量的67.9%。年蒸发量达到1992~2351 mm,流域内湿润程度很低(0.11~0.20),是天然降水资源极度缺乏的地区,其中5~7月蒸发量占全年总蒸发量的47.4%。多年平均气温为7.3℃,7月份气温最高,多年平均值为24.6℃,1月份气温最低,多年平均值为-10.2℃。多年平均日照时数约3185 h;多年平均风速3.0 m/s,大风多出现在3~5月,最大风速可达27.7 m/s,年内大风日数在20天以上,风向多为西北风。乌梁素海封冻期每年约5个月,通常从11月中旬至翌年4月中旬(图1-2至图1-4)。
图1-2 乌梁素海区域气温年内变化过程
1.1.2 岱海概况
1. 地理位置及形态
岱海(112°33'31″~112°46'40″E,40°29'7″~40°37'6″N)位于内蒙古自治区乌兰察布市凉城县境内,地处阴山山脉东段南侧,北靠阴山支脉的蛮汉山,南邻马头山丘陵低山区,东接丰镇丘陵,西部地形开阔,主要分布数条间歇性入湖河流。岱海湿地是列入《中国湿地保护行动计划》的179块国家重要湿地之一,同时也是自治区级湖泊湿地自然保护区。岱海主要受中温带半干旱大陆性季风气候影响,四周环山,属于典型内陆咸水湖泊,是内蒙古自治区重要的内陆湖泊之一。岱海东西长约13 km,南北宽约8 km,最大水深达到7.6 m。岱海结冰日期最早的为10月4日,最迟的为12月5日,冰融时间多数从3月中旬开始,冰融终止日期最晚为4月26日,封冻天数为101~143天(周云凯等,2008)。
图1-3 乌梁素海区域降水量年内变化过程
图1-4 乌梁素海区域蒸发量年内变化过程
岱海位于岱海盆地中央,是一个狭长陷落型盆地,长轴约为45 km,短轴约为14 km,形成于上新世纪第四纪的地壳升降运动(陈建生等,2013)。岱海断陷盆地形成后,大约是早更新世初开始形成为湖泊。构造断裂对本区的地貌形成起控制作用,主要有中低山地、丘陵和陷落盆地平原三种地貌形态。本区的断裂带主要在东北和北北东向断裂,这些断裂在燕山运动时期已经形成。后经喜马拉雅运动使得这一断裂继续运动造成现在地堑式的构造,直接形成本区的地貌形态。
2. 流域分布及水系
岱海属于内陆尾闾湖,湖水补给的常规水源主要来源于地表径流、地下水补给和湖面降水(Wang Q X et al.,2021)。岱海流域总面积为2312.75 km2,其中凉城县流域面积1968.71 km2,丰镇市流域面积222.11 km2,卓资县121.93 km2。凉城县境内流域面积占总流域面积的85.4%。