[01051385]青海湖生态环境演变与生态需水研究

青海湖是中国最大的内陆咸水湖，是中国首批加入《国际湿地公约》的七大国际重要湿地之一，也是首批列入《中国国家自然遗产、国家自然与文化双遗产预备名录》的自然遗产。但是，区域生态环境脆弱、气候变暖、不合理的水资源利用、过度捕捞以及过度放牧，使青海湖面临严重的生态问题，不仅入湖水量减少，湖水位下降；而且湖内湟鱼数量锐减，湖滨草场退化和土地沙化，危及湿地鸟类的生存。近年来，围绕青海湖开展了一系列生态恢复措施，包括全面禁渔，加大土地沙化的治理力度，实施退耕还草等。但是，青海湖水位的持续下降，主要是自然作用。当地政府曾提出“引大济湖”工程设想，即引大通河的水给青海湖，“全国第二次水资源综合规划”也将是否要引水作为问题之一。受黄河勘测规划设计有限公司的委托，开展该项目研究。发明及创新点(1)提出将湖泊与湖滨作为完整系统进行长系列短时间步长的水文模拟，揭示了常规观测无法得到的水文规律。青海湖在正常来水情况下，到底亏缺多少水？而且没有湖面蒸发资料，如何来计算？围绕这个问题，通过建立“湖泊与湖滨平原整体长系列水文模拟模型”来解决，主要出于三方面的考虑：一是流域平原区地表-地下径流转化频繁，泉水出露，沼泽发育，消耗一定水量，而已有水文站均建立在出山口，对平原地区径流不能控制。因此，水文站观测的径流不能作为入湖径流；加上湖底“泉华”发育与湖滨植被的动态变化，对入湖地下径流难以做出确切评价；为此，以出山口水文站为界，将湖泊与湖滨作为整体考虑，可以解决入湖水资源评价不准确的问题。二是缺乏长系列的湖面蒸发观测资料，以个别年份湖心岛蒸发实验资料与周边水文站长期蒸发观测结果建立起的关系，不能很好地反映不同水平年尤其是20世纪90年代增温幅度较大情况下的实际蒸发量；长系列短时间步长的水平衡连续计算，误差易积累，通过水位拟合可提高水量模拟精度；因此，以具有实测湖面蒸发时段的水文系列进行模拟，反推出水量平衡中其它要素如地下水等，再将其代入长系列模型中可以相对准确地计算出湖面的逐年蒸发量。三是因为湖滨是湖泊湿地鸟类的栖息地，其发育状态因河流来水和湖泊面积的变化而变化，从认识湖泊生态系统完整性及生态水文过程的目的考虑，将二者做为统一目标并进行短时间步长的长系列研究是必要的。应用该方法模拟分析，给出了青海湖多年平均亏缺水量3.3亿m?，在上世纪90年代以来增温幅度较大，正常来水情况下(接近平水年)亏缺水量5.4亿m?；而且给出青海湖的各种水文过程，尤其是湖面蒸发过程、入湖地下水过程和岸冰过程。归纳其创新点为：湖泊与湖滨平原整体长系列水文模拟模型的建立，属于方法创新；给出青海湖不同时期和不同来水情况下的的亏缺水量，湖面蒸发、入湖地下水、岸冰等水文过程，属于成果创新。(2)提出了湖泊与湖滨沼泽为一个完整生态系统的理念，并给出其生态系统结构，将以往的水域生态系统结构与陆面生态系统结构通过鸟类的食物链有机地结合起来；给出了鸟类栖息地+生态系统结构关键物种主要环境因子水文条件的生态水文机理分析方法；给出青海湖湿地生态系统的关键物种为青海湖裸鲤、主要环境影响因素为盐度以及生态系统稳定的水位阈值为3190.25m。青海湖来水减少，湖水位下降，如何对湿地生态系统产生影响，可以分解出三个科学问题，一是如何指示湿地生态系统，二是如何建立指示生物与湖泊水文要素的关系，三是如何给出影响指示物种的临界水文指标。针对问题一：该次研究提出的解决方法是：将湖泊与湖滨沼泽作为完整的湿地生态系统，以维护青海湖生态系统结构完整为目标，从顶级生物鸟类的栖息地和食物链二条途径，率定系统的关键物种，用关键物种来代表整个湿地生态系统。青海湖湿地生态系统以鸟类为顶级生物，以沼泽生物为食的鸟类因为青海湖退缩湖滨沼泽草甸扩大而不受影响，以湖中鱼类为食的鸟类因为青海湖单一鱼类-青海湖裸鲤的衰减会有所影响。青海湖裸鲤的唯一性及其饵料的不唯一性，可以作为生态系统的关键物种。针对问题二：该次研究提出的解决方法是：从影响关键物种的因素，分析主要环境影响因子，建立关键物种与主要环境因子的关系，并进一步建立该环境因子与水文要素的关系，从而搭建起关键物种与水文要素的关系。青海湖裸鲤的衰减，主要是过度捕捞、河道建闸和河流减少破坏产卵场、湖水矿化度升高的影响，其中过度捕捞、建坝引水、污染等影响青海湖裸鲤的人为因素已经或正在纠正或弥补，来水减少对天然产卵地的影响，可以通过工程将水深不足的河口挖深，或建设人工产卵场，人为的弥补使产卵环境不足以成为青海湖生态稳定最关键的制约因素。而湖水位下降、盐度升高对湖泊生态系统关键物种及其主要饵料底栖生物的影响可以牵动食物链的其他环节，因此青海湖生态稳定取决于青海湖的盐度或水位。针对问题三：该次研究采用关键物种极限生存环境的调查、毒性试验及其主要饵料极限生存环境的调查三种途径寻找系统临界点。即在高盐度子湖海晏湾进行青海湖裸鲤生存状况的调查，青海湖裸鲤耐盐的急性试验，相似环境中底栖生物盐度阈值已有成果的收集。成果应用情况及社会经济效益：该成果回答了“黄河流域(片)水资源综合规划”中是否要考虑从大通河给青海湖补水的问题，成果被水规总院完成的“全国水资源综合规划”以及黄河水利委员会和青海省水利厅的相关规划和管理工作采用。提出的“湿地生态水文机理以及生态系统稳定水文阈值的分析方法”为湖泊湿地生态水文研究规划提供理论依据和主要技术方法，被中科院盐湖所、河北省水文局、浙江省水文局等技术部门采用。该成果关于青海湖生态稳定的结论以及相关分析过程，被中国国际湿地履约办公室采用，成为该机构关于青海湖保护政策以及相关工作的重要支撑。