《Water》：Chemical Stratification and Spatio-Temporal Variability of the Anthroposaline Lake Baia Baciului in an Unstable Salt-Karst Setting (Sl?nic Prahova, Romania)
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Baia Baciului为一处由Sl?nic Prahova盐丘内采矿塌陷形成的人工盐湖。近几十年来该湖盐度持续下降，2024年1月水位下降近2 m。自上述变化以来尚无垂向与空间分辨的水化学数据发表，因此历史上报道的半循环（meromictic）结构是否延续
Baia Baciului为一处由Sl?nic Prahova盐丘内采矿塌陷形成的人工盐湖。近几十年来该湖盐度持续下降，2024年1月水位下降近2 m。自上述变化以来尚无垂向与空间分辨的水化学数据发表，因此历史上报道的半循环（meromictic）结构是否延续尚不明确。研究人员于2025年7月至2026年9月开展5次调查，在12个测点、3个深度层测得电导率（EC）与盐度共149条记录；另于2025年12月记录温度、pH、溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）与浊度。全部52组配对记录中1.4 m处EC均高于表层EC。表层EC为4.3–51.0 mS/cm，底层（2.0–4.5 m）为70.1–130.2 mS/cm（由EC推算的盐度最高约85 g/L）。以断面为区组的Friedman检验显示，各次调查在0.2 m与1.4 m处差异显著（p ≤ 0.002）。7月水柱近乎等温，12月呈逆温分层，此时底层DO（21–98%饱和度）与ORP（低至?332 mV）偏低但空间异质。局部表层淡化提示可能存在离散淡水输入。所有采样日期湖泊均呈化学分层，与半循环（meromixis）一致。
研究背景与问题：Baia Baciului湖位于罗马尼亚Sl?nic Prahova盐丘内，由17世纪末"mihai Olteanu"钟形盐矿塌陷积水形成，湖龄近300年，是当地最大的盐湖，具有治疗性腐泥（sapropelic mud）与卤水资源价值。该盐丘为喀斯特前陆最显著的盐丘之一，长约2700 m、宽800–2300 m、厚达499 m，其现今形态源于长期盐构造运动（halokinesis）。该区地面不稳定问题突出：2024年4月Sl?nic发生道路塌陷，Sentinel-1雷达干涉测量与摄影测量显示Baia Baciului—盐山一带地表位移仍活跃。湖泊水体对塌陷腔壁施加侧向静水压力，可能有助于稳定腔体及周边城市基础设施。历史上该湖依靠溢流管维持水位与盐度，1990年代溢流管堵塞后依靠卤水抽取与Bride's Lake卤水输入维持平衡；Bride's Lake于2012年前消失。盐度自最初90 g/L持续下降，2024年1月数日内水位下降近2 m，疑因南岸新开启或复活的溶蚀通道所致；2024年秋以300 g/L卤水回灌恢复水位与盐度的尝试失败，水位接近初始值后再次经同一落水洞（ponor）漏失。1980年代通过氘示踪与湖沼学观测确认该湖为半循环湖（meromictic），但2010–2024年的监测仅报告整体盐度值，盐度降至历史值三分之一以下且经历2024年失水后，尚无垂向分辨与空间分布的水化学数据集发表，分层是否延续、水柱如何响应季节强迫与局部输入均不清楚。据此研究人员提出假设H1：尽管强烈淡化和2024年失水，湖泊在所有采样日期仍保持化学分层，深层EC显著高于表层；H2：表层EC的空间与调查间变异大于深层。研究目标为：（i）刻画湖泊垂向与横向化学分层及其时间变异性；（ii）识别可能指示周边泉水或径流淡水输入的空间水化学异常；（iii）识别可能指示咸水外流通道的数据特征，并讨论其对湖泊化学行为的意义。
研究开展与结论：研究人员于2025年7月12日、9月18日、10月2日、12月10日及2026年9月4日开展5次调查（C1–C5），沿4条断面（T1–T4）各设左岸（MS）、中心（C）、右岸（MD）共12个测点，在表层（0.2 m）、中层（1.4 m）与最深可达点（底层，2.0–4.5 m）测定EC与盐度，共149条记录。结论为：所有采样日期湖泊均呈化学分层，EC与EC推算盐度随深度显著升高，支持H1；两个固定深度EC在调查间差异显著，2025年9月至2026年9月表层淡化而1.4 m处升高；7月近乎等温、12月逆温分层，与太阳热储存（heliothermal）一致但未获证实；12月底层DO与ORP低但空间异质，为缺氧（hypoxic）而非均匀厌氧；表层盐度小尺度空间异质性提示周边可能存在局部淡水输入；2025–2026年底层盐度（≤85 g/L）低于历史值，但方法差异使定量趋势分析受限。结果与半循环（meromixis）一致，但其永久性、化跃层（chemocline）确切位置及湖水淡化的岩土工程意义需全年高分辨率与专门水文地质研究。意义在于提供了最新的、定量的、空间明确的水化学基线，并强调将垂向分辨的理化剖面与盐构造的地质、水文地质与大地测量监测背景相结合的价值。
关键技术方法：采用HI98594多参数仪（Hanna Instruments）于每次调查前以pH缓冲液（4.01、7.01、10.01）与EC标准液（12.88、111.8 mS/cm）校准，测定EC、盐度及温度、pH、DO、ORP、总溶解固体（TDS）与浊度；对超出仪器量程（70 g/L）的19条底层记录按S = 0.6556 × EC估算盐度；以反距离加权（IDW）在ESRI ArcMap中插值绘制空间分布图；统计上以断面均值为单位、断面为区组行Friedman检验并以Holm法校正，以Moran's I检验空间自相关；气象背景取自ERA5再分析资料经Open-Meteo历史天气API获取。样本来源为本湖12个测点的现场实测。
研究结果：
3.1 电导率：表层EC各次调查内空间范围较窄但调查间差异明显，2025年7月为19.1–20.5 mS/cm、9月48.4–51.0 mS/cm、10月35.5–41.3 mS/cm、12月4.3–29.1 mS/cm、2026年9月14.5–43.2 mS/cm，12月与2026年9月空间离散度（SD 7.4与9.2 mS/cm）远大于前期（SD ≤ 1.8 mS/cm）。1.4 m处EC在全部52组配对中高于表层（差值3.1–84.0 mS/cm，均值36.3 mS/cm）；2025年多数测点为54–63 mS/cm，2026年9月10个测点中7个超过90 mS/cm。底层EC为70.1–130.2 mS/cm；2025年最低值（70–85 mS/cm）见于2.0–2.5 m，高于120 mS/cm仅见于3.0–4.5 m，而2026年9月2.0–2.5 m即达109–123 mS/cm，表明底层值部分取决于采样深度。
3.2 盐度：EC推算盐度随EC变化。表层为2.3–33.8 g/L，12月空间反差最大，最淡水体（2.3–7.6 g/L）位于湖泊南端T1断面；1.4 m处为31.5–69.2 g/L；底层为40.6–85.4 g/L，高于70 g/L者为EC估算值。
3.3 季节与空间趋势概览：所有调查共有的三个特征为EC与盐度随深度显著升高（支持H1）、EC在表层与1.4 m处调查间差异显著（Friedman Q = 12.8，Kendall's W = 0.80，精确p = 0.002；Q = 14.2，W = 0.89，精确p < 0.001）、热剖面在调查间不同（7月近乎等温，表层均值26.1 °C对底层26.9 °C；12月逆温，表层7.8–14.8 °C对底层19.4–31.3 °C）。2025年9月至2026年9月表层EC在全部12点下降（均值?27.5 mS/cm），1.4 m处9点中8点升高（均值+32.8 mS/cm）。Moran's I经Holm校正后未见显著空间自相关。9个双固定深度测点的绝对时间变异性在0.2 m与1.4 m相近（平均时间SD 15.3与15.1 mS/cm），表层空间SD仅在10月与12月超过1.4 m，故H2未获普遍支持。
3.4 其他理化参数（2025年12月调查）：表层氧过饱和（100.2–110.8%饱和度；8.4–12.5 mg/L）、弱碱性（pH 7.8–8.2），ORP为?71.5至+224.2 mV；1.4 m处氧饱和度与pH与表层相近；底层pH较低（6.7–7.7），DO为21.0–98.4%饱和度（0.92–6.10 mg/L，数点低于30%），ORP为?331.8至+14.5 mV（均值?146 mV），即数点缺氧但空间异质、并非均匀厌氧。浊度表层低（0.1–15.8 FNU），中层多数测点近零，但T3-MD（1.4 m）达79.9 FNU、T3-C（4.5 m）达60.9 FNU。
讨论与结论：讨论部分指出，EC与盐度在所有测点、所有调查中自表层向深层急剧升高，12月pH、DO与ORP在中层与底层间同步变化，化学与氧化还原间断在三个采样层分辨率上重合，与氘示踪提出的半循环结构一致；但三个离散层位无法定位化跃层（chemocline）及其厚度，氧化还原数据仅来自一次调查，且1–6月未观测，完全混合最可能发生的时期未获表征，故仅描述为所有测量日期化学分层、与半循环一致，永久性半循环有待全年高分辨率剖面确认。盐岩（halite）溶解是最可能的致密高盐底层水来源；Sl?nic盐矿除NaCl外尚含KCl、CaCl2、MgCl2、Na2SO4、K2SO4、MgSO4及Fe2O3等不溶相，可能影响离子组成，但未测定。最大估算盐度（约85 g/L）远低于盐岩溶解度（25 °C约360 g/L），无完整离子组成无法评估饱和状态，故底层水称为超咸（hypersaline）而非盐岩饱和。因盐度与TDS均由EC推算且卤水离子组成未知，未计算密度或分层稳定性指数。浅化跃层与强逆温梯度是采矿或盐喀斯特洼地形成的小型隐蔽半循环盐湖的典型特征，如Sovata太阳热盐湖及其他特兰西瓦尼亚盐湖、西奈Solar Lake。时间变异性方面，12月调查前30天平均气温6.8 °C，排除深层大气加热；逆温梯度为太阳热盐湖典型特征，深色腐泥可能增强浅水区吸热，但数据仅显示一个冬季日期的逆温结构，不能证明储热机制，暖水流入、其他热源及腐泥中微生物分解亦不能排除，故仅称"逆温分层"并将太阳热加热视为最可能但未检验的解释。2025年9月至2026年9月同季比较，表层各点变淡且更不均匀，1.4 m处多数点EC升高，底层最大值相近（128.0与129.2 mS/cm）；2026年9月前较湿润月份（70对39 mm）可能促成表层淡化，但5次调查无法确立此联系；1.4 m处EC升高可能反映化跃层上移、水位下降使1.4 m更接近底层水，或两者兼有，因水位未连续记录无法区分。空间变异性方面，12月表层盐度自T1-MS的2.3 g/L至T4-MD的18.0 g/L，最淡水体位于南端T1断面，如此小范围内的大横向反差难以用降水均匀稀释解释，可能反映尚未与表层其余水体混合的局部淡水输入（泉水、渗流或地表径流通道）；Baia Baciului—Baia Porcilor—Dorob?n?e?ti一带若干泉与钻孔（如Baia Porcilor 2附近泉、Dorob?n?e?ti泉、市中心落水洞附近钻孔）电导率低于湖水，为候选来源，但泉流量、地下水通量与水力连通性未测定。关于咸水外流，数据未测流量，各次调查相近的底层最大EC（128.0–130.2 mS/cm）不能排除深层卤水泄漏；历史观测提示三种非互斥假设：（i）通往废弃"Dorob?n?e?ti"矿的旧水力联系复活（由小米粒试验首次记录，与2024年1月失水涉及的南岸落水洞一致）；（ii）盐体溶蚀孔洞与裂隙中的弥散内喀斯特通道（如2004与2007年水位下降的成因），可在溶蚀速率超过不溶残余物（富Fe2O3黏土）封闭效应处开启或闭合；（iii）经第四纪沉积物向浅层含水层的缓慢分布式渗漏，难以水文学检测，但存在局部饮用水咸化风险。12月局部浊度峰值可能源于软腐泥再悬浮、氧—厌氧界面附近微生物与颗粒有机物聚集或浑浊水流入；因盐度远低于盐岩饱和，盐岩沉淀不太可能，石膏或碳酸盐等低溶矿物沉淀无离子组成无法评估；因浊度单独无法区分这些过程且仅见于一次调查的两个测点，仅作为指导靶向采样的假设。研究未量化静水支撑、岩土稳定性、渗漏速率、地面形变或含水层污染，故相关考虑为潜在影响而非已证后果：湖泊体积或卤水密度持续降低可能削弱塌陷腔体静水支撑并可能重新激活镇下塌陷过程，2024年4月道路塌陷与Baia Baciului—盐山一带仍活跃的地面位移使该风险具体化；另一风险是盐丘卤水与浅层含水层间水力隔离丧失，对当地地下水可饮用性有长期影响。12月底层低DO与负ORP与该湖腐泥中已报道的厌氧嗜盐微生物群落及其他超咸湖一致，也与Ionescu等描述的包括Artemia salina在内的生物区系相容，但本研究未调查生物群落。未来工作应扩展至完整年周期、使用可测卤水密度的仪器，并将水化学监测与卫星雷达和大地测量地面形变记录结合；下一阶段监测应包括候选南岸落水洞的示踪试验（染料或稳定同位素，沿用Bulg?reanu等的先例）、该区重复精细水深或声学测量以追踪通道演化、具备适当仪器的连续年周期垂向测井，以及与正在进行的InSAR与大地测量地面形变监测明确协同安排。
结论部分译文：五次调查（2025年7月、9月、10月、12月及2026年9月）表明，Baia Baciului湖在所有采样日期均呈化学分层。主要发现为：（1）每次调查每个测点EC与EC推算盐度均随深度急剧升高，两个固定深度EC在调查间差异显著，2025年9月至2026年9月表层淡化而1.4 m处升高；（2）2025年7月水柱近乎等温，2025年12月呈逆温分层，与太阳热储热一致但未予证明；（3）2025年12月同一深度区间亦标记氧化还原与氧的间断，底层DO与ORP偏低但空间异质（缺氧而非均匀厌氧）；（4）表层盐度小尺度空间异质性，尤其2025年12月，提示湖周可能存在局部淡水输入，与周边已记录的泉和钻孔一致；（5）2025–2026年底层水盐度（≤85 g/L）低于历史值，但测量方法差异使定量趋势分析无法进行。这些结果与半循环（meromixis）一致，但其永久性、化跃层确切位置及湖水淡化的岩土工程意义需全年、高分辨率与专门水文地质调查。从管理角度，结果支持若干建议：首先，因分层与水位依赖淡水输入与卤水损失间的脆弱平衡，应建立永久监测计划（水位及至少季节性垂向EC—温度剖面，含冬季与春季）并与地面形变监测关联，以界定预警阈值；其次，干预应优先采取维护湖泊自然功能的措施（控制地表径流与废水输入、维护坡面植被、以低影响材料封堵活动落水洞，如2004年事件后成功实施者），而非可能不可逆改变其水文的重大工程；人工恢复盐度的尝试（如2024年失败的卤水回灌）应先开展渗漏通道水文地质调查；最后，气候变暖预计将增加蒸发与强降雨频率，可能改变淡水与卤水输入、湖周土壤稳定性及部分调节其化学性质的生物活动，加之周边土地持续人工化（城市化、土壤封闭），这些压力应在未来管理计划中明确考虑。总体而言，结果提供了Baia Baciului湖最新的、定量的、空间明确的水化学基线，确认了将垂向分辨的理化剖面与Sl?nic Prahova盐构造更广泛的地质、水文地质与大地测量监测背景相结合的价值，并突出了未来工作的具体优先事项——扩展探头量程、在候选泄漏点附近开展靶向示踪研究、与卫星地面形变监测整合——以保障这座近300年历史人工盐湖的生态与岩土工程意义。
