1993年起,中、哈(哈萨克斯坦国家科学院)两国科学家把亚洲中部(中亚部分)的湖泊作为一个完整的区域系统,实现跨学科的综合研究,取得了很好的成果,丰富了生态循环的理论。之后,中国学者对我国干旱区的湖泊进行了观测研究[3~10],证实了合作研究成果的科学性和实用性。
亚洲中部干旱区咸海地区居民亲眼目睹了咸海的衰亡[1],罗布泊、艾丁湖、玛纳斯湖、艾比湖、巴里坤湖、博斯腾湖和巴尔喀什湖地区人民亲身经历了生态与环境恶化所带来的灾难,事实告诉人们,咸海的消亡完全是人类一手造成的。为了迅速增加中亚棉花灌溉面积,明知咸海正在消亡,仍人为地加强了这一趋势。虽然当地的专家学者反对“浇水作业全面机械化”,却被湿润区来的专家学者所取代。后者,虽然具有很好的技术,但对当地实际——干旱区湖泊水生态学基本知识的缺乏……。
咸海的消亡只是世界舆论所注意到的一个侧面,更糟糕的是中亚经受着双重荒漠化的威胁。其一,来自咸海干涸湖底的有毒盐类和尘埃微粒。他们被风扬起并搬运到灌溉地及周边地区;其二,源于灌溉地本身,地下水位升高,土壤盐渍化。其结果是大片的土地被污染,这些土地正逐渐变成荒漠。
历史教训告诫人们,干旱区湖泊不同于湿润区,干旱区湖泊有其自身的特征,应该加强对其研究,以期能给子孙留下茂盛的草场、清澈的河水和肥沃的土地。
1 干旱区湖泊水系的独特性
近期研究表明,水和其他物质一样在全球循环的背景下,在各个地区实现区域性循环,例如咸海、博斯腾湖、艾比湖等与帕米尔—天山山区产流系统之间的循环。这一无地表径流和地下径流与全球大洋相通,也不与其他集水区相连,即无水力学联系的水分循环的相当大部分分布在内陆水体流域。特别突出的是分布在地球上最宽的干旱带的欧亚大陆腹地。这个地区又分成若干个水力学上互不相通的局部集水区,其中较大的内陆湖有里海、咸海、博斯腾湖、乌伦古湖、玛纳斯湖、巴尔喀什湖、阿拉湖、艾比湖、罗布泊、伊塞克湖、田吉兹湖。湖群有北哈萨克斯坦的谢列特湖群、恰内湖群、库伦达湖群等。
上述每一个水域在水文学上都有自己的水分、能量和其他物质循环系统,是一个相对独立的水利系统。内陆湖流域在陆地上的质量、能量交换是具有极大局部性的流域结构。由于局部循环是在全球循环的背景下进行的,因此,每一个这样的流域又是一个开放的系统。而且拥有自己的径流形成区(山区)、自己的水系(天然河流)、自己的尾闾(内陆湖水体)以及自己定常的气流(山谷环流)。咸海的河川径流形成区(产流区)是帕米尔和天山山系,巴尔喀什湖的产流区是中国西部天山山脉,博斯腾湖的径流形成区是中国天山南坡,艾比湖和玛纳斯湖是中国天山北坡和阿拉套山等等。
于干旱区湖泊。正因为如此,许多有声望的学者对干旱区湖泊作总结性评价时往往失误。还有一些不为人所知的用湿润区湖泊的“尺子”为干旱区湖泊“裁衣”的错误。
2 干旱区湖泊的形态测量学特点
干旱区湖泊的一大特点是水浅而量小,并且形态复杂,这一特殊属性是其成因造成的。干旱区湖泊大部分都是河流流至广袤剥蚀盆地中心潴积而成。在其生存的数千万年间,逐渐被河流的固态径流——泥沙所淤积。强烈的风生湖流对这些泥沙进行水力学分类,并使他们再度沉积。所以湖底地形较为平坦,而湖岸线却千姿百态,湖中几乎都有岛屿或岛群。
由表1得知,所有的干旱区湖泊宽比深大几个数量级,其形状就酷似一个浅碟子,其中注入浅浅一层水放在开阔的地方。这里经常刮大风,上下层以及各区段之间的水得到充分混合。水浅再加上充分地搅动,所以在干旱区湖泊记录到的垂直方向各个深度的水温、矿化度、水流速率等有着惊人的一致性。这就是说,干旱区湖泊几乎没有水温度的分层现象,不可能观察到上升流、温压、水体富营养化(自体中毒)等现象。由于水浅以及水底的摩擦作用,使得干旱区湖泊不可能出现定振波(又称“波漾”)这样的示性现象。
3 干旱区湖泊的风生湖流与泥沙沉积规律
对于干旱区内陆湖而言,风具有极大的意义。在亚洲中部内陆湖泊分布区,常有15m/s以上的大风出现,不仅年出现频率高,而且强度大。例如阿拉湖和艾比湖地区年平均风速6.0m/s,瞬时最大风速55m/s(1977-04),平均年大风日数超过162d[11]。在气流与水表层(即“活动层”)摩擦力的作用下,形成风压流顺风移动,最终形成:迎风岸出现增水现象,增高n,在逆风岸(图1.a)出现减水现象,减退值为no。在深水层形成逆向移动的补偿流(图1)。水体深度明显超过活动层,即H≥hak=λ/2,补偿流速率微不足道。但是,在浅水水体中补偿流可以与风压流相提并论,在水团混合中具有积极的作用。
根据观测数据,强盛的风生湖流不仅搅动水体底部的泥沙,而且还在沿岸作功。风成波直接作用于湖(海)岸,磨蚀岩石质陡岸,冲蚀砂质缓坡(搅动泥沙),沿岸风压流搬动搅起的泥沙和崩解的岩屑,使之形成湖底沙堤,由于风向以及与此相应的风压流流向和速率常常发生变化,所以水底沙堤的走向和高度经常改变,或是一些新的沙堤叠加在原先沉积的沙堤上。结果,在浅水水体近岸经常进行着泥沙离析分层和浮选过程,形成具有特征性的千姿百态的沙嘴、沙堤、水下浅滩以及其他构成物。细颗粒泥沙,如细沙、粉沙和淤泥则被搬运至水体的深水区,受补偿流的支配。当水位高时,上述构成物的材料甚丰,不仅有河流搬运来的大粒径泥沙,而且还有陡岸的磨蚀产物以及以前沉积的沿岸沙丘。这些构成物随着水体水位下降和干涸而逐渐露出水面,覆盖上植被,在风的影响下逐渐加高,并向水域扩展。陆地范围逐渐扩大,湖岸线向水域方向后撤,属于这类沿岸构成物的有艾比湖的湖心长堤,博斯腾湖的小湖区和巴尔喀什湖著名的多萨伊沙嘴等。所有这些都是在湖面高水位时形成的,在20世纪50,60年代才开始露出水面。
4 干旱区内陆湖的水化学过程特点