柴窝浦湖盆地（中国西北干旱地区）的水文化学演变与盐碱化动态：多示踪剂与地球化学建模的启示

《Water Research》：Hydrochemical evolution and salinization dynamics in Lake Chaiwopu Basin (Arid NW China): Insights from multi-tracer and geochemical modeling

终端湖泊水化学演化机制研究：以柴窝布湖为例，通过整合2008-2023年水化学观测、δ1?O/δD同位素指纹及PHREEQC模型模拟，揭示干旱区终端湖盐渍化驱动机制。研究显示，年均蒸发量（2716mm）远超降水量（64mm），叠加地下水超采导致水位下降3m，引发溶解盐累积（TDS从4475mg/L增至21500mg/L），并伴随Na?/Cl?比例上升（CV>200%）。同位素分析表明蒸发浓缩作用（δ1?O达1.6‰，气象水线斜率降低至5.83）与水-岩相互作用协同主导盐分富集，最终导致Ca-HCO?体系向Na-Cl/SO?体系转变。研究提出水管理阈值概念，为干旱区终端湖生态保护提供决策依据。

　　湖咸化是干旱地区内陆终端湖泊面临的重大生态问题之一。以中国西北部的柴窝堡湖为例，其盐度持续上升的现象不仅影响了湖泊本身的水文与生态特征，还对周边地区的水资源管理和生态环境保护提出了严峻挑战。本研究通过整合水化学观测、稳定同位素分析（δD和δ1?O）以及pH-Redox-Equilibrium-C（PHREEQC）模型，系统分析了2008年至2023年间柴窝堡湖盐度积累的机制。研究发现，湖水总溶解固体（TDS）浓度从2008年的4,475 mg/L显著上升至2023年的21,500 mg/L，且在夏季表现出明显的季节性波动，例如2023年夏季TDS浓度从8.8 g/L增加至19.1 g/L。地下水TDS浓度也从2008年的262 mg/L上升至2023年的568 mg/L，同时钠离子（Na?）和氯离子（Cl?）浓度分别从216.1 mg/L和122.5 mg/L增加至498.9 mg/L和295.5 mg/L，变异系数超过200%。这些数据表明，湖泊与地下水系统中的盐度变化趋势一致，且呈现出强烈的时空差异性。

稳定同位素分析显示，湖水中的δ1?O值最高达到1.6‰，且当地降水线的斜率从6.86降至5.83，表明蒸发作用的增强。这一变化与湖水盐度的上升密切相关，进一步验证了气候变化对湖泊水文过程的影响。同时，研究还发现，从2018年至2022年，地下水开采量几乎增加了四倍，导致地下水位下降约3米，从而减少了地下径流的输入。这种地下水过度开采不仅直接增加了湖泊盐度，还加剧了湖泊水文系统的碎片化，使湖泊更容易受到蒸发作用的驱动而发生盐度积累。

从水化学角度来看，柴窝堡湖的水化学类型从以岩石风化为主的Ca-HCO?型逐渐转变为以蒸发结晶为主的Na-Cl/SO?型。这种转变反映了湖泊水体中溶解盐分的来源发生了变化，即从主要依赖于地下水和地表径流的补给，逐渐转向依赖于地下水的矿化过程。此外，研究还发现，阳离子交换作用对湖水盐度的积累起到了重要作用，其中钠离子（Na?）释放量为9.83 mmol/L，而钙离子（Ca2?）吸附量为4.91 mmol/L。这一过程进一步加剧了湖水中钠离子的富集，使得水化学类型向Na-Cl/SO?型转变。

湖泊的水文过程受到多种因素的共同影响，包括气候变化、人类活动以及地质条件。柴窝堡湖位于新疆准噶尔盆地的北部天山山脉区域，其独特的第四纪冲积-湖泊沉积层可能对盐分的传输和积累产生不同的调控作用。与塔里木盆地等研究较为充分的系统相比，柴窝堡湖的地质结构和水文特征具有一定的特殊性，这使得其盐度积累机制的研究更具挑战性。然而，这些特殊的地质和水文条件也为我们提供了深入了解盐度积累过程的机会。

本研究通过多学科方法，包括长期水化学监测、同位素指纹分析以及反应迁移模型，对柴窝堡湖的盐度积累机制进行了系统探讨。这些方法的结合不仅有助于识别盐度变化的主要驱动因素，还能够区分自然变化与人为干预的影响。例如，通过同位素分析，可以确定湖水盐度变化是否主要由蒸发作用导致，还是由于地下水开采或其他人为因素引起的。同时，反应迁移模型（如PHREEQC）能够模拟水体中溶解盐分的化学反应过程，从而揭示盐度积累的潜在机制。

研究结果表明，气候变化和人类活动共同作用，导致柴窝堡湖盐度的显著上升。其中，气候变化通过增加蒸发作用，使得湖水中的盐分浓度不断升高；而人类活动则通过地下水的过度开采，进一步加剧了湖泊水体的盐度积累。这种双重影响使得湖泊的水文系统更加脆弱，同时也对周边地区的水资源可持续利用提出了更高的要求。

在研究过程中，我们还发现，湖泊盐度的变化不仅与水文条件有关，还与地质结构密切相关。柴窝堡湖所在的区域具有复杂的地质构造，包括不同类型的沉积岩和岩层，这些地质条件可能影响地下水的流动路径和盐分的迁移过程。因此，在探讨湖泊盐度积累机制时，必须充分考虑地质因素的作用。此外，研究还指出，湖泊盐度的变化可能与湖泊水体的补给来源有关，例如地表径流、地下水和降水等。这些补给来源的改变可能进一步影响湖泊的水化学特征和盐度积累趋势。

湖泊盐度的上升对生态环境造成了严重影响。一方面，高盐度水体会降低湖泊的生物多样性，影响水生生物的生存环境；另一方面，盐度的增加还可能导致湖泊周边土壤盐碱化，影响农业生产和生态系统稳定性。此外，湖泊盐度的变化还可能对水资源管理带来挑战，例如如何在保证湖泊生态功能的同时，合理利用地下水资源。因此，深入研究湖泊盐度积累的机制，对于制定有效的水资源管理策略具有重要意义。

在应对湖泊盐度问题的过程中，我们需要采取多方面的措施。首先，应加强对气候变化对湖泊水文过程影响的研究，以更好地预测未来湖泊盐度的变化趋势。其次，应合理调控地下水的开采量，避免过度开采导致地下水位下降和湖泊水体的盐度积累。此外，还应加强对湖泊周边生态环境的保护，减少人类活动对湖泊水文系统的干扰。最后，应建立科学的水资源管理体系，确保湖泊水体的可持续利用和生态平衡。

总之，柴窝堡湖盐度的显著上升是气候变化和人类活动共同作用的结果。通过多学科方法的综合应用，我们能够更全面地理解湖泊盐度积累的机制，并为制定有效的水资源管理策略提供科学依据。未来的研究应进一步关注不同因素对湖泊盐度的影响程度，以及如何在干旱地区实现水资源的可持续利用和生态保护的平衡。这不仅对柴窝堡湖的治理具有重要意义，也为其他类似地区的湖泊管理提供了借鉴和参考。