自然因素和人类活动对莫诺湖和青海湖水位变化研究

罗宇骅

摘要：尽管莫诺湖和青海湖相距约11000公里，但它们都是高碱度的闭塞咸水湖。 通过数据分析，两个湖泊的水位波动不仅有自然原因，而人类活动也对它产生了巨大的影响。 本文论证了上个世纪两大因素对于莫诺湖和青海湖水位的影响与及趋势，并初步提出可行的环境管理方案。

关键词：青海湖;莫诺湖;水位;自然变化;生态破坏

一、介绍

莫诺湖位于美国加利福尼亚州东部，是北美最古老的咸水湖之一。同样，在地球的另一端——中国的青海省，也存在另一个最大的咸水湖：青海湖。

尽管它们形成于不同的时代（莫诺湖出现在大约76万年前，而青海湖形成于13万年前），但莫诺湖和青海湖却有着很多相似之处。百万年前的地壳运动导致莫诺盆地和青海湖盆地的形成，由这些地质变化造成的上升山脉阻挡了两个湖泊的流出，使湖泊盐的浓度显著增加，它们变成了咸水湖。最新研究表明，今天的莫诺湖的PH值约为10，而青海湖的PH值同为碱性，大约是9.3 [1]。

虽然青海湖和莫诺湖都是超咸水湖，但它们之间有个有趣的区别：即两个湖泊中所生活的生物。青海湖共有种子植物445种，浮游植物53种，浮游动物29种，底栖动物22种，鸟类超过191种。此外，青海湖还生活着一种特有的鱼类——青海湖裸鲤（Gymnocypris przewalskii）。在上个世纪，青海湖的这种鱼类的最高数量达到了32万吨左右，许多湖周围的人们都靠捕捞青海湖裸鲤为生[2]。与青海湖多样性生态系统相比，莫诺湖生态系统的复杂性相对较低：几乎没有一种鱼类能够在这样的咸水环境中生存，只有盐蝇和碱蝇是唯一生活在湖中的动物。

然而，在过去的100年里，这两个湖泊的水位都下降了很多。由于这种变化，生活在这两个湖泊的生物数量急剧下降，湖泊的生态系统也遭受了严重的破坏。本文将对两湖水位下降的原因以及两湖的生态环境进行探讨。此外，本文還将提出一些可能的解决方案，以应对这两个地区生态环境恶化带来的挑战。

二、数据和方法

对于莫诺湖的数据，最早的记录是在1850年。在1850年至1912年这段时间，所有的记录是参考于Scott Stine的研究;1912年至1979年的记录基于LADWP和USGS汇编;莫诺湖委员会（Mono Lake Committee）则记录着1979年至今的观测和汇编数据。

对于青海湖的数据，最早的官方记录是1959年。与莫诺湖长达一百五十年的记录相比，青海湖的许多资料至今仍然缺失。幸运的是，1908年，俄国探险家来到青海湖，估计了当年的水位。在编译图表的过程中，本文使用了虚直线来呈现1908年和1959年之间丢失的数据[3]。这样便可以找出两个湖之间的一些相似点。

根据两个湖泊的水位历史记录编制了以下的图表：

除水位变化外，两湖的面积和容积是衡量近百年来地质变化的关键因素。根据莫诺湖委员会和《青海大学学报》的资料，两湖面积和容积的缩小情况整理成以下两张图[3]。

这两个湖泊水量的变化对当地的生态系统产生很大的影响。在莫诺湖，由于是高咸水浓度，没有鱼类能够在那里生存。莫诺湖周边，生活在那里或迁徙鸟类数量的减少同样反映出生态系统受到了威胁。根据加州研究人员进行的一项科学调查，在相同的土地面积下，成年雪环颈鸻的数量从1978年的384只减少到2007年的71只，而原因则是在过去的几十年里日渐缺少栖息地[4]。青海湖裸鲤（Gymnocypris przewalskii）也发生了类似的现象，这是一种生活在该环境中的典型鱼类[2]。该物种的数量变化汇总如下图所示：

根据上述数据，可以看出，莫诺湖和青海湖的生态系统同样面临着严峻的挑战。

三、分析与讨论

根据图1、图2、和图3，青海湖和莫诺湖的水量都显著减少，并且在图4显示出两个湖泊中的生物数量都在以令人震惊的速度减少。莫诺湖的雪环颈鸻密度已经减少到30年前总数的五分之一。青海湖裸鲤数量从1960年的23万吨减少到1999年的3391吨。显然，水位变化是解释这些生物数量减少的因素之一，因为当水位下降时，湖泊变得更咸，从而改变了湖中生物的栖息地。为了解决这一生态挑战，找出哪些因素在上个世纪发生了变化变得格外重要。

首先，本文分析了两湖在上个世纪的自然变化。这些变化包括蒸发量、降水量和流入量等因素。为了找出水量变化与这些因素之间的关系，我们建立了一个公式：∆V = P + I - E。∆V是指每年水量的变化;P指年降水量;I指每年流入湖中的水量;E指年蒸发量。

在莫诺湖，1937年至1983年的年平均降水量约为8英寸（约200毫米），约为31万英亩英尺的降水。每年的平均流入量约为23万英亩英尺。年蒸发量约为41英寸（约1000毫米），也就是150万英亩英尺/年。将所有值代入公式，方程变为：

∆V = P + I - E = 310，000 af + 230，000 af - 1，500，000 af = -960，000 af

= -11.84×108m3

因此，莫诺湖水量的年减少量约为1，184，000，000m3，这对应于图3中所示的从1940年代到1980年代水量的减少。

再分析青海湖，在1958年至1986年中，青海湖年平均降水量为400毫米左右，相当于18×108m3每年。在此期间的年平均流入量约为20.5×108m3每年。年平均蒸发量为950mm左右，相当于43×108m3每年[5] 。使用上述公式：

∆V = P + I - E = 18×108m3  +20.5×108 m3 - 43×108  m3= -4.5×108 m3

根据公式计算，水量每年减少约27毫米，与青海湖实际减少情况相符。

除自然因素外，人类活动也导致水量减少，生态系统濒危。对莫诺湖而言，人为分流是水位下降的关键因素。1941年，由于洛杉矶地区缺乏淡水资源，当地水电部在莫诺湖以南约350英里处，从流入莫诺湖的河流分流取水。由于改道，进入莫诺湖水量明显减少。在蒸发量相同的情况下，莫诺湖的水位下降至过低的水平。这对应了如图3中的曲线，从1850年到1940年的30年间，莫诺湖的水位下降了15米左右。这是在转向之前的大约一百年，从来没有发生过如此大规模的减少。

中国的青海湖也存在类似的人类活动对水位的影响。从1949年到1987年，青海湖生活取水量从32万立方米增加到132万立方米。畜牧业用水由504万立方米增加到1357万立方米。农业用水量由59万立方米增加到2850万立方米。工业用水由1400立方米增加到53万立方米[6]。总的来说，1987年青海湖周围的人们使用的水比1949年多了大约8倍。由于这一原因，在上个世纪，青海湖的水位呈现出不断下降态势。

除了水位，人类活动也影响了当地的生态系统，特别是青海湖。如图4所示，青海湖裸鲤从1960年至1999年的40年间，产量由23万吨减少98%，仅剩3000吨左右。这与近50年来青海湖水位下降和用水量增加相对应。据中国水网报道，青海湖裸鲤必须在淡水中产卵。然而，由于湖周围的人们从这些溪流中提取淡水，许多水资源已经干涸，这是导致裸鲤种群数量下降的主要原因。

总体来看，降水、蒸发、河流来水量等自然因素和人类活动对莫诺湖和青海湖水位均有不同程度的影响。

四、可能的解决方案

根据上一部分的分析，自然因素和人类活动共同导致了两湖水位的下降和当地生态系统的破坏。要解决这一问题，通过限制人类活动来保护"两湖"是比較可行和容易的。

两个湖都已经有了几项政策。例如，莫诺湖委员会试图在不从莫诺湖分流的情况下满足洛杉矶的用水需求。中国政府也制定了一些政策，试图阻止青海湖的水量下降。此外，还有几种方法可以解决两湖目前面临的问题。解决办法之一是鼓励更多的植被。根据在西非和蒙古的研究，植被数量和降水量之间存在正比例关系[7]。类似的模式可以适用于莫诺湖和青海湖。如果政府鼓励当地人民种植更多的植物或树木，这两个地区的降雨量将有很大可能增加。

除此之外，促进植被可以为青海湖提供额外的好处。在过去的50年里，畜牧业用水占总用水量的30%以上。在土地资源有限的情况下，在环青海湖地区鼓励更多的植被意味着未来将会有更少的畜牧业。因此，人类对水的使用将减少，并间接地提高青海湖的水位。

除了种植更多的植被，还可以采用人工干预手段恢复两个湖泊的生态系统。对于青海湖，政府定期将鱼苗送到最终流入青海湖的溪流中。这一措施有助于稳定湖中鱼类种群的减少，甚至提高最近几年不同鱼类种群的反弹。据青海省政府介绍，青海湖的典型鱼种青海湖裸鲤已经从2000年的2500吨左右增加到2010年的32000多吨。如果这一措施在未来继续实施，青海湖的生态系统必将逐步恢复。

结论

尽管有着12小时的时差和1500米左右的海拔差，莫诺湖和青海湖有不少相似之处。近十年来水位下降是一个重要的共同点。本文把水位下降的原因分为自然因素和人为因素两大类。在生态方面，近百年来，降雨和入流水量一直远低于蒸发量。因此，两个湖泊的水位都经历了显著的下降。为从自然角度解决水位下降问题，政府应该鼓励在这两个地区增加植被，从而增加降雨量。对于由于人为因素导致水位下降，其原因主要是居住在两个湖泊附近的人们从流入的河流中取水。因此，流入两个湖泊的水量减少，水位因此下降。在这些因素的影响下，两湖的水位在上个世纪都经历了类似的剧烈下降。

参考文献：

[1]青海湖2015年水质参数特征及其变化（J）. 毕荣鑫， 张虎才， 李华勇， 常凤琴， 段立曾， 何玉邦， 张虎， 文新宇， 周瑜. 水资源研究. 2018（01）

[2]青海湖裸鲤资源评析（J）. 史建全， 祁洪芳， 杨建新， 陈大庆， 段辛斌， 刘绍平， 王亚民. 淡水渔业. 2000（11）

[3]青海湖水位下降的成因分析与对策（J）. 王黎军. 青海大学学报（自然科学版）. 2003（5）

[4]Factors influencing the abundance and distribution of the Snowy Plover at Mono Lake， California. David Shuford，Gary W Page，Sacha K. Heath，Kristie Nelson. Western Birds. 2016

[5]青海湖水文特征及水位下降原因分析（J）. 秦伯强， 施雅风. 地理学报. 1992（03）

[6]人类活动对青海湖水位下降的影响（J）. 周立华， 陈桂琛， 彭敏. 湖泊科学. 1992（3）

[7]The Interactions Between Precipitation， Vegetation and Dust Emission Over Semi-Arid Mongolia（J）. Yuki Sofue， Buho Hoshino， Yuta Demura， Eunice Nduati， Akihiko Kondoh. Atmospheric Chemistry & Physics. 2017