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《中国地质科学院》 2007年
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西藏扎布耶盐湖的动态变化

齐文  
【摘要】: 我国有1000多个盐湖,是世界上盐湖最多的国家之一。研究盐湖气象、水文、水化学动态变化,对于盐湖资源开发与环境保护都有重要意义。本文以西藏扎布耶盐湖为解剖对象,系统总结其气象、水文、水化学动态变化规律,主要研究内容集中于以下几方面:①高原盐湖的气候特征,特别是气象要素之间的相关关系、蒸发量与其它气象要素的关系;②盐湖水位变化特征及其时间序列定量预测方法;卤水蒸发的计算方法与盐湖水量均衡;3万年来湖面退缩与古降水量关系等;③盐湖水化学动态变化特征,运用Pitzer模型模拟探讨了冬季、夏季卤水在不同温度下的蒸发结晶过程,以及各种补给水蒸发浓缩演化与盐湖卤水成因的关系。 研究表明,扎布耶盐湖区具有典型的气温低、日照多、降水少、蒸发量大、多风、干燥等特点,且14年来气温呈波动式上升趋势,降水也略有增加。蒸发量主要与温度呈强正相关,与日照、云量、降水量也有一定的相关性,可表示为: Em = 10.4122×Tm + 183.2071或Em=11.0802×Tm-0.8138×Pm+0.2274×Sm+3.2079×Cm+124.3044式中,Em-月蒸发量,Tm-月均气温、Pm-月降水量、Sm-月日照时数、Cm-月均云量。 水文观测数据表明,扎布耶盐湖水位的季节性变化受冰雪融水、降水补给、蒸发量的影响而表现出复杂的波动;水位一般表现为逐年下降,但个别年份的大量降水可以造成总水位的上升,14年来南湖水位下降了17cm,北湖上升了26cm。 水位的定量预测具有重要的实际意义,本文探讨了时间序列分析方法定量研究和预测水位,包括时间序列分解模型、温特线性和季节性指数平滑法(确定性时序分析方法)以及ARIMA乘积季节模型(随机时序分析方法),中-短期效果良好。 蒸发是内流湖泊水份排泄的唯一途径,本文扩展和改进了Penman公式为以下形式: (/)()E b = ? +γ? / awRLL+?+γγ/awes?edawfu 该公式引入了溶液活度参数aw,其它参数与计算淡水湖泊蒸发的Penman公式一致,便于实际应用,可用于盐湖湖面蒸发、水量均衡以及盐田蒸发量的计算。 盐湖的形成是气候干燥、湖水浓缩的结果,扎布耶盐湖保留了很好的多级古滨线,本文应用Kutzbach的反映降雨量与湖泊/流域面积比关系的水能方程式,并改进了水面、陆地蒸发计算方法,定量计算了扎布耶盐湖各级古沙堤对应时期的古降水量。结果表明,30.0 ka B P以来扎布耶地区降雨量总体是逐渐减少的,泛湖期(9级沙堤)时最高达567 mm/a,盛冰阶时有较大降低(350 mm/a),冰期后增加至402 mm/a,直至约I-1级阶地时(海拔4421 m,3.53 ka B P)降雨量仍有280 mm/a,约为现代的两倍。 水位的变化总是伴随着湖水盐度和组成的变化。扎布耶盐湖矿化度具有明显的冬季低夏季高的特点,主要是芒硝冬季析出造成的。卤水中离子含量与温度成正相关的有SO4、B2O3、Na、CO3+HCO3,表现为夏季高而冬季低;与温度升降成负相关的离子组分有Li、K、C1,表现为夏季低而冬季高。晶间卤水锂含量季节性变化比表卤明显,表卤SO4季节性变化比晶间卤水显著。 不同季节的卤水在不同温度下蒸发的过程,对于认识盐湖演化与资源开发都具有重要意义。本文运用Pitzer模型分别模拟计算了冬季和夏季卤水在2℃(年均温)、25℃(常温)、50℃(太阳池温度)下的蒸发结晶过程。模拟表明,低温(2℃)蒸发出现特征的芒硝-泡碱-钾石盐组合,而常温(25℃)和高温(50℃)出现特征的钾芒硝-天然碱-碳钠矾组合;低温首先结晶硼砂,高温首先结晶碳酸锂、最后结晶硼砂;冬季卤水蒸发时出现较多泡碱(2℃)或天然碱(25-50℃)(仅次于钾石盐),很少的芒硝(2℃)或钾芒硝(25℃-50℃);而夏季卤水蒸发时出现大量芒硝(2℃时)、钾芒硝(25-50℃),微量泡碱(2℃)或很少量天然碱(25-50℃)。 对扎布耶盐湖主要补给水源:降水、泉水、地表河流、临近的塔若错湖水的蒸发浓缩进行了模拟,结果表明虽然四种水源初始成份不同,但2℃条件下蒸发时,水化学成份都向扎布耶冬季卤水成份点靠近;15℃和25℃条件下蒸发时,水化学成份均向扎布耶夏季卤水成份点靠近,说明扎布耶盐湖卤水可以由上述水源演化而来,降水是其最终来源。
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