1.2 典型湖泊的现状及特点
内蒙古湖泊分布构成一个北东-南西向的湖群带，主要分布在年降水量200～400mm的呼伦贝尔高原、西辽河平原、锡林郭勒高原、乌兰察布高原和丘陵区、河套平原和鄂尔多斯高原等广大地区。它们所处位置远离海洋，降水少，气候干旱，水蚀作用微弱。乌拉山、狼山北侧的巴彦淖尔高原以及贺兰山西侧的阿拉善等地区，由于地处干旱和荒漠的气候带，气候极度干燥，年平均降水量均小于200mm，阿拉善高原在50mm以下，这些地区不但水蚀作用非常微弱，而且河网极少，仅个别地区干旱景观的内陆湖泊零星分布，大部分地区出现大面积的无湖区。此外，在降水较多、河网较发育的嫩江右岸、西辽河上游等少数地区，由于水蚀作用相对强烈，河网较多，因而湖泊分布极少。
内蒙古湖泊的主要特点是湖泊面积小、湖水浅及湖泊盐化污染严重。湖泊水质处于淡水湖与微咸水湖之间，面临的主要问题是富营养化严重，如居延海、乌梁素海、哈素海、岱海、黄旗海、达里诺尔湖、科尔沁沼泽地区、呼伦湖等近年来都受到了不同程度的富营养化污染。内蒙古地区由于气候干燥，年降水量少，水面蒸发大，且地表径流小，使得其境内湖泊面积较小，多数在几平方公里，或更小，湖泊水深平均在0.4～1.1m之间。比较特殊的湖泊属于季节性湖泊，降雨量大，湖泊面积大，反之较小，甚至会出现干涸。境内只有少数湖泊的水面面积和水深较大。
内蒙古典型湖泊——呼伦湖、乌梁素海、查干诺尔湖、达来诺尔湖及岱海，它们对于内蒙古自治区的生态、经济、文化、人文等发挥着不可估量的贡献，且最具代表性。本书选取了富营养化程度及污染状况较为严重的草原湖泊呼伦湖及灌区湖泊乌梁素海作为重点研究对象，研究了其水环境污染现状，并采用合适的模型对湖泊流域的水文特征进行了模拟与预测，可为内蒙古典型湖泊的污染治理提供理论依据。
1.2.1 呼伦湖——草原湖泊
呼伦湖也称呼伦池、达赉湖，是中国第五大湖，也是内蒙古第一大湖，位于呼伦贝尔草原西部新巴尔虎左旗、新巴尔虎右旗和满洲里市之间（图1.1所示），东经117°00′10″～117°41′40″，北纬48°30′40″～49°20′40″，湖面呈不规则斜长方形，长轴为西南至东北方向，长度为93km，最大宽度为41km，平均宽度为32km，周长447km，湖水面积2339km2，湖泊区域面积为7680km2，平均水深5.7m，最大水深10m，总储水量138.5亿m3。呼伦湖原属额尔古纳水系的一部分，由于湖泊变迁及受人类经济活动的影响，逐渐与额尔古纳河“断交”，形成独立的内陆水系，即呼伦湖水系。
图1.1 呼伦湖地理位置图
呼伦湖地处于呼伦贝尔的西部高纬度半干旱草原地带，属中温带大陆性气候，气候特点是：冬季严寒漫长，春季干旱多大风，夏季温凉短促，秋季降温急剧，霜冻早。呼伦湖地区多年平均气温-0.5℃，极端最低气温-42.7℃，极端最高气温40.1℃，不小于10℃积温1880～2270℃，无霜期105～120d，多年平均年降水量275mm，蒸发量1550mm。夏季相对湿度65%～75%，秋季相对湿度在58%～66%之间，多年平均风速4.0m/s，风能密度大于130W/m2，是呼伦贝尔市风能资源较丰富的地区，历年平均湖封冻期180d，最大冻层厚度1.30m。
呼伦湖水系主要有呼伦湖、哈拉哈河、贝尔湖、新开河、乌尔逊河、克鲁伦河、达兰鄂罗木河。呼伦湖的补给水源主要有克鲁伦河、乌尔逊河、湖面降水、周边集水面积径流和地下水。其泄水经新开河排入额尔古纳河。克鲁伦河发源于蒙古国肯特山麓，流域面积9.2万km2（90%的面积在蒙古国），河长1070km，其中中国境内206km，多年平均年入湖径流量5.34亿m3。乌尔逊河是接贝尔湖和呼伦湖的通道，河长223km，区间流域面积10528km2，多年平均年入湖径流量7.12亿m3，呼伦湖地区多年平均降水年补给量约6.3亿m3。湖周边集水面积约5000m2，径流补给和地下水补给量约3.9亿m3。呼伦湖多年平均年补给总量约为22.7亿m3。呼伦湖平均年蒸发水量为210.10亿m3。多年平均年泄水量约1亿m3。呼伦湖周围地质为沉积土壤，分布有黏土、亚黏土，土质胶结性良好，不易透水，渗漏损失不大。呼伦湖的多年平均蒸发量、用水量和泄水量的年内总计22.6亿m3，与补给量基本平衡。但逢枯水年份特别是较长的枯水周期，来水远远小于耗水，致使湖水位大幅度下降，盐碱大量积累，湖水pH值升高，水质恶化。
受水系变化的影响，呼伦湖的水质不断出现淡水和微咸水（水化学上也称半咸水）互相转化的现象。目前呼伦湖水外流机会很少，所以是微咸水湖，由于所含盐分甚低，仍适合淡水鱼类生长。据统计，湖区共有鱼类33种；浮游植物8门21目38科，共187种属；浮游动物59种；野生植物74科292属653种，占呼伦贝尔市野生植物总数的48.3%；鸟类17目40科241种，其中，属国家一级保护鸟类5种，二级保护鸟类14种，占重点保护鸟类的19.6%。
呼伦湖属富营养型湖泊，主要经济鱼类有鲤鱼、鲫鱼、红鳍、蒙古红、餐鲦、鲶鱼六种，年产量达万吨以上。此外，湖中还盛产秀丽白虾。秀丽白虾又称秀丽长臂虾，是呼伦湖中唯一的经济虾类，具有生长快、食性广、繁殖力强、营养价值高等特点，是高蛋白、低脂肪生物。鲜虾所含粗蛋白比同水域鱼类高许多，年产量在2000t左右。
呼伦湖水域宽广，沼泽湿地连绵，草原辽阔，食饵丰富，鸟类栖息环境佳良，是我国东部内陆鸟类迁徙的重要通道。春秋两季，南来北往的候鸟种类繁多。主要有鹤、鸥、天鹅、雁、鸭、鹭等，其中不少属珍稀禽类，是一个硕大的鸟类博物馆。从20世纪80年代初开始，每年都有许多国内外专家学者来此考察。
1.2.2 乌梁素海——灌区湖泊
乌梁素海位于我国内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特前旗境内（图1.2），介于北纬40°36′～41°03′，东经108°43′～108°57′之间，是全球同纬度地区内最大的湖泊，也是中国的第八大淡水湖泊。根据2005年TM卫星遥感图像显示，乌梁素海现有水域面积285.38km2，其中芦苇区面积为118.97km2，明水区面积为111.13km2，明水区中85.7km2为沉水植物密集区，其余为沼泽区。湖泊呈南北长、东西窄的狭长形态（图1.4），南北长35～40km，东西宽5～10km，湖岸线长130km，蓄水2.5亿～3.0亿m3，湖面平均高程约为1018.5m。湖水深度多数区域在0.5～2.5m之间，最深能达到4m，多年平均水深为0.7m，2005—2006年水域的平均水深有所增加，2005年平均水深为1.20m，2006年平均水深为1.31m。湖泊所在地区四季更替明显，气温变化差异大，多年平均气温为7.3℃，全年日照时数为3185.5h。湖泊流域内降雨少而蒸发大，多年平均降雨量为224mm，蒸发量为1502mm。全年无霜期为152d，湖水于每年11月初结冰，直到次年3月末到4月初开始融化，冰封期约为5个月。
图1.2 乌梁素海地理位置
图1.3 巴彦淖尔市河套灌区灌排系统
乌梁素海是内蒙古河套灌区排灌水系的重要组成部分，处于黄河河套平原末端，是当地农田退水、工业废水和生活污水的唯一承泄渠道，是河套农业灌区目前6900km2（长远7300km2）农田灌溉退水的唯一受纳水体和排水通道。灌区农田排水经扬水站汇入乌梁素海，其排水经过西山嘴镇（乌拉特前旗的旗政府所在地）后排入黄河（图1.3），它对灌区排水和控制土地盐碱化起着关键作用，同时对周边地区环境和气候的影响也起着不可估量的作用。习惯上以西山嘴镇为界，将黄河北部平原分为三部分，镇东为三湖河平原以及前套平原，以西为后套平原（图1.2），乌梁素海位于后套平原的最东端，形成于19世纪中期，是由于黄河在大洪水后改道而形成的，黄河改道后，一个大的转弯被单独留了下来，也就是所谓的“U”型湖。
乌梁素海位于我国北方的干旱半干旱地区内，属于内流区的蒙新高原湖区，这些地区太阳辐射强、降雨稀少、蒸发强烈、干湿期差异大，并且经常出现大风和多风天气，蒸发和风力对湖泊水环境会产生一定的影响，因此应该在摸清湖泊流域的水文气象条件特性的基础上，对干旱半干旱地区湖泊水环境问题进行研究，才能掌握其特殊性，以提出适合干旱区湖泊污染控制与治理的方案。
乌梁素海补给水源主要是农田退水，其次为工业废水和生活污水，每年汇入乌梁素海大量的污染物质加速了乌梁素海水环境的恶化和湖泊的沼泽化，导致乌梁素海成为世界上沼泽化发展速度很快的湖泊之一。
乌梁素海是当地重要的芦苇生产基地。大型水生植物共6科6属11种，均属世界广布种，以芦苇和龙须眼子菜、穗花狐尾藻为优势种。水中沉水植物、挺水植物、浮水植物遍布全湖，生长繁茂。芦苇面积约占湖面的1/2，主要分布在湖的中部、西岸和北部。目前芦苇产量每年约1×105t，是当地造纸厂的主要原料基地。芦苇外围生长着少量香蒲，面积不大。芦苇区以外的明水域下，基本布满了沉水植物，鲜草产量可达12kg/m2。沉水植物的优势种为篦齿眼子菜，其次是金鱼藻和轮藻属。浮游植物总生物量显示了高度富营养化湖泊特有的生物量高的特征，数量很多的浮游植物是藻类，特别是硅藻属。
乌梁素海是内蒙古自治区主要的淡水渔业基地。湖内鱼类4目7科21种，以鲤鱼、鲫鱼为主要经济鱼类。但由于水深、湖泊面积的变化，以及水体富营养化的影响，逐年鱼产量有很大的波动。自从1960年以来，乌梁素海的鱼产量在300～3600t/a范围内变化，1960—1974年，乌梁素海鱼产量大幅度下降。相对20世纪60年代早期，70年代末期到90年代之间，鱼产量逐渐从低等水平增加到中等水平。2000—2001年禁渔后，2002年鱼产量达到了60年代初最高产量。但是，2003年鱼产量下降到最大产量的一半，2004—2006年鱼产量主要以小型的鲫鱼为主。
乌梁素海是横跨欧亚大陆鸟类栖息和迁移的重要场所。乌梁素海处处蒲苇丛生，水草丰富，得天独厚的湿地环境为鸟类提供了丰富的食物来源和良好的栖息地。现记载鸟类16目45科103属118种，其中候鸟67种，留鸟30种，包括国家一级保护鸟类5种，黑鹳（Cicona nigra）、玉带海雕（Haliaeetus leucoryphys）、白尾海雕（Haliaeetus albiilla）、大鸨（Otis tarda）、遗鸥（Larus rlictus Lonnberg）；二级保护鸟类2种，有斑嘴鹈鹕（Pelecanuphilip pensis Gmelin）和疣鼻天鹅（Cygnus clotr）。
1.2.3 查干诺尔湖——沙地湖泊
查干诺尔湖位于内蒙古自治区锡林郭勒盟阿巴嘎旗境内，阿巴嘎旗政府所在地南75km处。介于北纬43°22′～43°29′，东经114°45′～115°03′（图1.4）。属中温带半干旱大陆性气候，具有干旱、风大、寒冷的气候特征。属巴音河流域内陆河闭流体系，是锡林郭勒盟地区重要的水产基地。查干诺尔湖属于我国北方干旱寒冷地区典型的草原湖泊，湖泊东西长22km，南北宽5km，平均水深2.5m，平均年降雨量为245mm，平均年蒸发量为1956.9mm，相当于降雨量的8倍。因此，湖泊具有明显的干旱区湖泊的盐碱化特性。
图1.4 查干诺尔湖卫星图
湖泊水质情况为：pH值平均为8.5，最低为8.0，出现在入水口处及3月份冰下，最高pH值为8.8，出现在7、9、10月；总碱度平均为9.06mol/L，最低5.52mol/L，出现在10月入水口处，最高16.1mol/L，出现在3月冰下；氯离子平均为3.21mol/L，变化范围1.10～5.52mol/L；硫酸根平均为1.79mol/L，变化范围0.80～2.64mol/L；总硬度平均为15.5Å，变化范围10.3～27.6Å；钙离子平均为1.39mol/L，变化范围0.72～3.20mol/L；镁离子平均为4.03mol/L，变化范围2.72～6.96mol/L；钾钠离子和的平均值为8.66mol/L，变化范围3.42～13.6mol/L；总含盐量平均为1022.8mg/L，变化范围556.7～1731mg/L；湖水盐度变化幅度较大，最高值已超出淡水范围，出现在3月，这是由于锡林郭勒盟气候寒冷，冬季冰层厚，结冰的湖水盐碱析出所致；溶解氧平均为7.82mg/L，最高12.2mg/L，出现在夏季，最低2.94mg/L，出现在3月冰下。冬季要清理积雪，防止缺氧；有机物耗氧量平均为31mg/L，变化范围24.0～39.8mg/L；磷酸盐磷平均为0.096mg/L，湖中有效磷是充足的；有效氮平均为0.291mg/L，最高0.468mg/L，出现在3月冰下，此时浮游植物最少；最低为0，出现在9月，此时湖中浮游植物量达到最高峰。
查干诺尔湖泊由东西湖组成，两湖之间由自然形成的黏土坝分割，西湖最大水面积77.33km2，为咸水湖，而且由于补给不足已经成为季节性盐碱干湖，水质盐碱化已无生物生存的环境，大量的盐碱粉尘在大风的挟带下经常会形成盐碱尘暴。这些盐碱粉尘还被大风搬到了京津及东亚地区；东湖稳定水面积28.67km2，平均水深2m，为淡水湖，蓄水量5734万m3。查干诺尔湖的湖水来源于浑善达克沙地，主要由八音河补给，流域面积73404km2。八音河属内陆河流域呼日查干诺尔水系，为阴山以北的内陆河水系。八音河流域主要由高格斯泰、灰腾河两条支流在阿巴嘎旗南部巴彦德力格尔苏木所在地东北5km大黑山处汇合形成八音河，注入查干诺尔形成闭流体系。东湖碧波荡漾，盛产鲤鱼、白鱼、草鱼等鱼类，并栖生有天鹅、鹳、水鸭、斑头雁、灰鹤、白鹭、鸥等多种水禽，不少是国家级保护品种和珍禽。东湖周边芦苇高达4m以上。但是，由于近年来的连续干旱及人类活动和全球气候变化等多种原因的影响，湖泊水质恶化严重，湖泊面积不断萎缩，15年前的湖水面积达237km2，水深4～5m；至1998年湖面缩减到109.93km2，其中西湖76km2，东湖33km2，至2001年，由于东湖承包给个人，堵死泄水闸，造成西湖干涸，并且造成湖周围几百平方公里范围内的生态环境不断恶化，草场严重退化。
1.2.4 达来诺尔湖——沙地湖泊
达来诺尔湖属于内蒙古高原干旱区的封闭性湖泊，位于内蒙古赤峰市克什克腾旗西部，介于东经116°29′～116°45′，北纬43°13′～43°23′，湖面面积约228km2，湖面海拔1226～1228m，平均深度6.7m，最大深度13m，储水量约16亿m3（图1.5）。
目前已查明的鸟类有16目36科共160种。其中，有23种属于国家重点保护鸟类。这里是世界上丹顶鹤繁殖区的最西界，同时每年春秋两季都有几十万只大天鹅在此集群，景色极为壮观。属于国家重点保护的珍稀鸟类有丹顶鹤、白枕鹤、蓑羽鹤、大天鹅及小天鹅、白琵鹭等六种。属于国家一级保护鸟类的有白鹳、黑鹳、丹顶鹤、大鸨、玉带海鸥、遗鸥等六种国家二级保护鸟类的有大天鹅、白枕鹤、蓑羽鹤、灰鹤、黄嘴白鹭、白琵鹭等22种。此外，达来诺尔湖盛产鲫鱼和瓦氏雅罗鱼，年均产鱼50万kg，远销国内20多个省（自治区、直辖市）。
图1.5 达来诺尔卫星图
达来诺尔湖泊地区属于中温型大陆性气候，具有高原寒暑剧变特点，年平均气温为1～2℃；年降水量350～400mm，集中在夏季（6—8月），雨热同季，降水分布不均；年蒸发量为1300mm；无霜期为60～80d；气候干燥，日照时间长，太阳辐射强，年日照时数2700～2900h，日照百分率为62%～65%。
已有研究结果表明，2000—2003年，达来诺尔湖泊的水域面积处于稳定的波动状态，2003年8月后湖泊面积明显缩小，2005年7月面积达到最小。同时湖泊周围的沼泽范围发生很大波动，湖泊的萎缩为沼泽的发育提供了良好的水分条件，使一些水生、湿生植物得到充分的养分，大面积生长，形成沼泽。达来诺尔湖泊水面的退缩可能与近年来气温升高，降水减少有关，同时人为的活动也是使湖面减小的主要原因。由于长期不合理利用，目前70%的草原严重退化，不仅影响到草原畜牧业的发展，也影响到保护区内草原生态系统服务功能的发挥。湖水逐年萎缩，矿化度逐渐提高，水平衡失调。除气候原因外，与上游截贡格尔河水浇灌草原很可能有关，湖群周围的自然环境因过牧、车辆辗压正发生着退化、沙化，草高和单位面积内草种的减少则更明显，环境的改变影响了鱼群繁殖，也破坏了候鸟的栖息环境。
内蒙古自治区环境状况公报显示，从2000年以来，达来诺尔湖水质连续数年为劣Ⅴ类，污染程度较重。污染指标中pH值、生化需氧量和高锰酸盐指数均超过Ⅴ类标准。此外，湖水含盐量缓慢升高。达来诺尔湖地处干旱半干旱的高平原地区，年降水量不足400mm，年蒸发量却大于1300mm。同所有高原内陆湖泊一样，由于蒸发量大于补给量，达来诺尔湖正经历着漫长的由“淡水-半咸水-咸水-盐湖”的演变过程。据监测，1975—1998年24年间达来诺尔湖的含盐量增加了8.6%，钠、钾离子分别增加了13.3%、6.7%，总碱度增加了11.1%，在特别干旱的年份，pH值达到9.76，已接近鱼类养殖时水质要求的上限。
1.2.5 岱海——旱区湖泊
岱海（北纬40°29′27″～40°37′6″、东经112°33′31″～112°46′40″）（图1.6）是内蒙古高原中西部干旱半干旱区典型的地堑式深水藻型湖泊，位处温带半干旱区向干旱区的过渡带，是西伯利亚干冷气团南下与热带海洋湿暖气团北上交锋的敏感地带，为气候变化的敏感反应区。
图1.6 岱海卫星图
湖区位于内蒙古凉城县境内，现有水域面积约80.72km2，湖面高程1223m，最大水深16.05m，平均水深7.41m。湖区平均气温5.1℃，年降雨量427mm，年蒸发量1938mm。湖中有藻类共89属，其中绿藻门28属、硅藻门21属、蓝藻门16属、裸藻门16属、甲藻门、隐藻门、黄藻门、金藻门各2属；有浮游动物共29种，其中原生动物1种，轮虫14种，枝角类9种，桡足类5种，湖区西北岸和南岸浅水区有小面积的芦苇分布。
岱海补给水源来自大气降水以及弓坝河、五号河、步量河、天成河、目花河等间歇性河流。农业是湖泊流域内的主要生产活动，农田面源污染是湖泊的主要污染源。流域内工业企业数量少、规模小，多数分布于凉城县城关镇周围，所排放的工业废水经弓坝河直接入湖。近年来因气候干旱，湖泊水位逐年下降、水面不断缩小，湖水咸化程度逐渐增高，富营养化加剧，使流域内环境问题日益突出，成为我国全球变化研究中备受重视的地区。