枯水期的鄱阳湖
几年前，两则报道引发了人们无尽的思考。2021年《半月谈》曾以“察汗淖尔只剩最后一滴泪，生态屏障正变为盐尘暴策源地”为题介绍了察汗淖尔湖水量大为减少，趋于干涸的现状。
新华社在2022年报道了鄱阳湖水位达到了1956年以来历史最低值，鄱阳湖区通江水体面积仅余227平方千米，102个被称为“湖中湖”的碟形湖仅剩12个，水生态安全受到极大威胁。到底是什么原因导致湖水出现严重“赤字”呢？答案在于地下水。
01
最后一滴泪来自哪里？
察汗淖尔在蒙古语中意为“银色的湖”，在2012年获批设立国家湿地公园时，拥有着36平方千米的广阔水面，宛如一颗璀璨的白珍珠镶嵌在蒙冀交界处。可到了2021年12月，正值枯水期的湖盆全部裸露变成了盐渍荒滩。究其原因，与察汗淖尔流域地下水的超采密切相关。在降水无法补充的情况下，地下水超采致使地下水位远低于湖盆，成为压垮察汗淖尔的最后一根稻草。从此，它失去了“最后一滴泪”，走向了萎缩干枯的结局，成为历史的遗憾。
丰水期的鄱阳湖 | 位于湖床上的古建筑部分被淹没，而这些建筑在枯水期则全部出露
鄱阳湖是我国最大的淡水湖，湖区最大水面可达4400平方千米，多年平均水资源总量中地下水资源总量占水资源总量的7.9%，约18.5亿立方米。正是因为地下水源源不断“输血”，在2022年最低水位时鄱阳湖中的碟形湖才未“全军覆没”。可以说地下水对维持枯水期的鄱阳湖水面发挥了决定性的支撑作用。
从察汗淖尔和鄱阳湖水面的演变中可见，无论是在干旱地区还是湿润地区，无论湖泊面积大小，都存在水面面积的季节性变动现象。地下水在波光粼粼的湖面之下，已经喃喃低语了千万年，这种看似平静的互动，实则是维系区域水循环的关键纽带，尤其是枯水期，在降水与地表水对湖泊补给减少后，地下水便成为至关重要的补充来源，如我国青藏高原的湖泊群每年通过地下水交换输送的水量相当于黄河年径流量的三分之一。这种隐秘的水文联系不仅决定着湖泊的生死存亡，更深刻影响着周边生态系统和人类用水安全。那么，湖水与地下水究竟是如何发生水文联系的呢？
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丰水期高水位的湖水渗漏补给地下水示意图 绘制/孟祥龙
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枯水期高水位的地下水排泄补给湖水示意图 绘制/孟祥龙
02
渗漏：湖水与地下水的对话方式
一般丰水期，湖水位高于地下水位时，湖水通过湖盆底部的渗透层不断补给地下水系统，这个过程被称为“正向渗漏”；而在枯水期，湖水的地表补给量减少，湖水位持续降低，地下水位反超湖水位时，地下水又会通过水力梯度作用反向补给湖泊，形成独特的“反向渗漏”水量调节机制。2018年，鄱阳湖水文观测数据显示，汛期单日湖底渗漏量可达950万立方米，相当于3800个标准游泳池的蓄水量；在旱季接受地下水补给平均每日约780万立方米，其中在2月份达到最高值。因此，正是地下水在旱季维持较高的补给量，缓解了鄱阳湖秋旱的严重影响。但是如果地下水位持续下降，湖泊得到的补给量大幅下降，在枯水期就会面临干涸的困境。
此外，湖泊与地下水之间的交流受到湖床沉积物的制约。湖床沉积物的渗透系数是决定交换强度的核心参数。青海湖的湖盆发育着厚达30米的砂砾层，其渗透系数高达每秒0.01厘米，这种高渗透性地层使得湖水与地下水交换速率达到每天0.5米。相比之下，太湖的黏土质湖床渗透系数每秒仅0.000001厘米，地下水交换主要依靠断层带进行，形成了完全不同的水文作用模式。
03
交互：地下水调节湖泊湿地生态系统的抓手
在湿地生态系统中，地下水渗出带形成的渗流区是生物多样性最丰富的区域。洞庭湖西岸的地下水渗出带维持着约200平方千米的芦苇湿地，这里每平方米土壤中活跃着超过5000条水栖寡毛类生物，构建起独特的食物链基础。地下水带来的溶解氧和矿物质，使得渗出带的水体氧化还原电位比开放水域高出200毫伏，创造了特殊的生物生境。
内蒙古达里湖岸边的湿地景观 拍摄/王新峰
含水层的水质净化功能在生态系统中发挥着极为重要的生态服务作用。当被污染的湖水下渗时，湖床沉积物中的黏土矿物和微生物群落能有效吸附和截留重金属、降解有机物，从而净化水质。以洪湖为例，观测数据显示，湖水通过10米厚湖床渗滤后，氨氮浓度可从2.5毫克/升降至0.3毫克/升，净化效率达88%，极大降低了污染物对地下水的威胁。
特殊生境的塑造往往源于独特的水文地质结构。内蒙古达里湖的苏打型水质，正是地下水长期溶滤火山岩层的结果。湖底涌出的富钠地下水与湖水混合后形成pH值9.6的碱性环境，造就了全世界独有的碱蓬-卤虫生态系统，这种地质-生态耦合系统具有重要的科学研究价值。
洞庭湖蓝绿交织的芦苇景观
04
干预：正在重塑天然湖水与地下水对话方式
人类活动如同闯入古老实验室的工程师，正在用混凝土堤坝，对湖水与地下水持续万年的自然对话进行“技术改造”。这种扎起来的“篱笆”以惊人的效率重塑着水循环路径，却也带来不可预知的生态失衡。
湖泊是整个流域水文事件的放大器，受水利工程影响，长江中游98%的天然湖岸线已被硬化工程改造。在鄱阳湖，总长460千米的混凝土堤坝将湖泊切割成水文孤岛，在湖床下方形成的“隐形堤坝”——防渗墙使湖水渗漏量锐减72%，彻底打乱了丰枯周期中的水量调节节律，使由广袤的第四系沉积物湖床形成的“地下水库”失去了调节作用，这也是鄱阳湖年内洪涝与大旱共存频转的原因之一。而洪湖从地下水排泄区逆转为补给区，湖底83%的泉眼消失，依赖地下水渗出的底栖生物群落随之崩溃。长江流域水利工程的干预已超出局部影响，正在重构整个流域的地表水-地下水循环。再看黄河流域，东平湖作为大汶河与黄河的调节器，目前已无自然堤岸，其调节功能大幅下降。
山东省东平湖堤岸 拍摄/王新峰
同时，湖泊富营养化是水环境中集长期性、挑战性和重要性为一体的生态环境问题，地下水是湖泊潜在的营养盐来源，但常被污染预防和治理工程忽略。在一些湖泊中，尽管地下水的直接排泄量对湖泊水量均衡贡献很小，但对湖水溶质平衡却有较大的贡献，因为地下水污染物的浓度通常较高。例如，加拿大窄湖地下水排泄量占比约1/3，却是湖泊唯一的磷来源。
面对人工干预带来的“对话变革”，科学家正在搭建解读新对话的密码机，科技与文明正在孕育新的对话可能。在巢湖实施的智能监测系统，通过湖底光纤阵列实时解析温度场异常，能捕捉到毫米级的地下水渗流变化。在洱海西岸的“仿生渗滤带”，采用多层介质仿生天然湖床结构，处理后的回补“地下水”携带特定微生物群落和矿物成分，不仅净化水质，更恢复了地下水渗出带的生态孵化功能。
安徽省巢湖斜阳映湖风光 拍摄/王新峰
从人迹罕至的青藏高原湖区，到人口稠密的长江中下游湖群，湖泊演变还在继续。人类干预的介入正在悄然揭开这层隐秘的面纱，将湖水与地下水之间原本自然的“对话”转变为一场复杂的“三方会谈”。这种改变，促使我们从被动接受自然的安排，逐渐走向主动探寻、剖析水文循环的深层逻辑，去读懂大自然隐藏在水脉之中的秘密语言。当我们意识到每座堤坝都在参与地球水循环，或许就能在发展与守护间找到新的平衡算法——这不仅是技术命题，更是文明对亿万年水文智慧的传承与革新，终将教会我们以更谦卑的姿态尊重自然，走上人与自然和谐共生的发展之路。
项目支持：中国地质调查局地质调查项目（编号：DD20230505）
作者单位：中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心
来源：地球杂志
编辑：4925
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