自然因素和人類活動對莫諾湖和青海湖水位變化研究

羅宇驊

摘要：盡管莫諾湖和青海湖相距約11000公里，但它們都是高堿度的閉塞咸水湖。 通過數據分析，兩個湖泊的水位波動不僅有自然原因，而人類活動也對它產生了巨大的影響。 本文論證了上個世紀兩大因素對于莫諾湖和青海湖水位的影響與及趨勢，并初步提出可行的環境管理方案。

關鍵詞：青海湖;莫諾湖;水位;自然變化;生態破壞

一、介紹

莫諾湖位于美國加利福尼亞州東部，是北美最古老的咸水湖之一。同樣，在地球的另一端——中國的青海省，也存在另一個最大的咸水湖：青海湖。

盡管它們形成于不同的時代（莫諾湖出現在大約76萬年前，而青海湖形成于13萬年前），但莫諾湖和青海湖卻有著很多相似之處。百萬年前的地殼運動導致莫諾盆地和青海湖盆地的形成，由這些地質變化造成的上升山脈阻擋了兩個湖泊的流出，使湖泊鹽的濃度顯著增加，它們變成了咸水湖。最新研究表明，今天的莫諾湖的PH值約為10，而青海湖的PH值同為堿性，大約是9.3 [1]。

雖然青海湖和莫諾湖都是超咸水湖，但它們之間有個有趣的區別：即兩個湖泊中所生活的生物。青海湖共有種子植物445種，浮游植物53種，浮游動物29種，底棲動物22種，鳥類超過191種。此外，青海湖還生活著一種特有的魚類——青海湖裸鯉（Gymnocypris przewalskii）。在上個世紀，青海湖的這種魚類的最高數量達到了32萬噸左右，許多湖周圍的人們都靠捕撈青海湖裸鯉為生[2]。與青海湖多樣性生態系統相比，莫諾湖生態系統的復雜性相對較低：幾乎沒有一種魚類能夠在這樣的咸水環境中生存，只有鹽蠅和堿蠅是唯一生活在湖中的動物。

然而，在過去的100年里，這兩個湖泊的水位都下降了很多。由于這種變化，生活在這兩個湖泊的生物數量急劇下降，湖泊的生態系統也遭受了嚴重的破壞。本文將對兩湖水位下降的原因以及兩湖的生態環境進行探討。此外，本文還將提出一些可能的解決方案，以應對這兩個地區生態環境惡化帶來的挑戰。

二、數據和方法

對于莫諾湖的數據，最早的記錄是在1850年。在1850年至1912年這段時間，所有的記錄是參考于Scott Stine的研究;1912年至1979年的記錄基于LADWP和USGS匯編;莫諾湖委員會（Mono Lake Committee）則記錄著1979年至今的觀測和匯編數據。

對于青海湖的數據，最早的官方記錄是1959年。與莫諾湖長達一百五十年的記錄相比，青海湖的許多資料至今仍然缺失。幸運的是，1908年，俄國探險家來到青海湖，估計了當年的水位。在編譯圖表的過程中，本文使用了虛直線來呈現1908年和1959年之間丟失的數據[3]。這樣便可以找出兩個湖之間的一些相似點。

根據兩個湖泊的水位歷史記錄編制了以下的圖表：

除水位變化外，兩湖的面積和容積是衡量近百年來地質變化的關鍵因素。根據莫諾湖委員會和《青海大學學報》的資料，兩湖面積和容積的縮小情況整理成以下兩張圖[3]。

這兩個湖泊水量的變化對當地的生態系統產生很大的影響。在莫諾湖，由于是高咸水濃度，沒有魚類能夠在那里生存。莫諾湖周邊，生活在那里或遷徙鳥類數量的減少同樣反映出生態系統受到了威脅。根據加州研究人員進行的一項科學調查，在相同的土地面積下，成年雪環頸鸻的數量從1978年的384只減少到2007年的71只，而原因則是在過去的幾十年里日漸缺少棲息地[4]。青海湖裸鯉（Gymnocypris przewalskii）也發生了類似的現象，這是一種生活在該環境中的典型魚類[2]。該物種的數量變化匯總如下圖所示：

根據上述數據，可以看出，莫諾湖和青海湖的生態系統同樣面臨著嚴峻的挑戰。

三、分析與討論

根據圖1、圖2、和圖3，青海湖和莫諾湖的水量都顯著減少，并且在圖4顯示出兩個湖泊中的生物數量都在以令人震驚的速度減少。莫諾湖的雪環頸鸻密度已經減少到30年前總數的五分之一。青海湖裸鯉數量從1960年的23萬噸減少到1999年的3391噸。顯然，水位變化是解釋這些生物數量減少的因素之一，因為當水位下降時，湖泊變得更咸，從而改變了湖中生物的棲息地。為了解決這一生態挑戰，找出哪些因素在上個世紀發生了變化變得格外重要。

首先，本文分析了兩湖在上個世紀的自然變化。這些變化包括蒸發量、降水量和流入量等因素。為了找出水量變化與這些因素之間的關系，我們建立了一個公式：?V = P + I - E。?V是指每年水量的變化;P指年降水量;I指每年流入湖中的水量;E指年蒸發量。

在莫諾湖，1937年至1983年的年平均降水量約為8英寸（約200毫米），約為31萬英畝英尺的降水。每年的平均流入量約為23萬英畝英尺。年蒸發量約為41英寸（約1000毫米），也就是150萬英畝英尺/年。將所有值代入公式，方程變為：

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

= -11.84×108m3

因此，莫諾湖水量的年減少量約為1，184，000，000m3，這對應于圖3中所示的從1940年代到1980年代水量的減少。

再分析青海湖，在1958年至1986年中，青海湖年平均降水量為400毫米左右，相當于18×108m3每年。在此期間的年平均流入量約為20.5×108m3每年。年平均蒸發量為950mm左右，相當于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

根據公式計算，水量每年減少約27毫米，與青海湖實際減少情況相符。

除自然因素外，人類活動也導致水量減少，生態系統瀕危。對莫諾湖而言，人為分流是水位下降的關鍵因素。1941年，由于洛杉磯地區缺乏淡水資源，當地水電部在莫諾湖以南約350英里處，從流入莫諾湖的河流分流取水。由于改道，進入莫諾湖水量明顯減少。在蒸發量相同的情況下，莫諾湖的水位下降至過低的水平。這對應了如圖3中的曲線，從1850年到1940年的30年間，莫諾湖的水位下降了15米左右。這是在轉向之前的大約一百年，從來沒有發生過如此大規模的減少。

中國的青海湖也存在類似的人類活動對水位的影響。從1949年到1987年，青海湖生活取水量從32萬立方米增加到132萬立方米。畜牧業用水由504萬立方米增加到1357萬立方米。農業用水量由59萬立方米增加到2850萬立方米。工業用水由1400立方米增加到53萬立方米[6]。總的來說，1987年青海湖周圍的人們使用的水比1949年多了大約8倍。由于這一原因，在上個世紀，青海湖的水位呈現出不斷下降態勢。

除了水位，人類活動也影響了當地的生態系統，特別是青海湖。如圖4所示，青海湖裸鯉從1960年至1999年的40年間，產量由23萬噸減少98%，僅剩3000噸左右。這與近50年來青海湖水位下降和用水量增加相對應。據中國水網報道，青海湖裸鯉必須在淡水中產卵。然而，由于湖周圍的人們從這些溪流中提取淡水，許多水資源已經干涸，這是導致裸鯉種群數量下降的主要原因。

總體來看，降水、蒸發、河流來水量等自然因素和人類活動對莫諾湖和青海湖水位均有不同程度的影響。

四、可能的解決方案

根據上一部分的分析，自然因素和人類活動共同導致了兩湖水位的下降和當地生態系統的破壞。要解決這一問題，通過限制人類活動來保護"兩湖"是比較可行和容易的。

兩個湖都已經有了幾項政策。例如，莫諾湖委員會試圖在不從莫諾湖分流的情況下滿足洛杉磯的用水需求。中國政府也制定了一些政策，試圖阻止青海湖的水量下降。此外，還有幾種方法可以解決兩湖目前面臨的問題。解決辦法之一是鼓勵更多的植被。根據在西非和蒙古的研究，植被數量和降水量之間存在正比例關系[7]。類似的模式可以適用于莫諾湖和青海湖。如果政府鼓勵當地人民種植更多的植物或樹木，這兩個地區的降雨量將有很大可能增加。

除此之外，促進植被可以為青海湖提供額外的好處。在過去的50年里，畜牧業用水占總用水量的30%以上。在土地資源有限的情況下，在環青海湖地區鼓勵更多的植被意味著未來將會有更少的畜牧業。因此，人類對水的使用將減少，并間接地提高青海湖的水位。

除了種植更多的植被，還可以采用人工干預手段恢復兩個湖泊的生態系統。對于青海湖，政府定期將魚苗送到最終流入青海湖的溪流中。這一措施有助于穩定湖中魚類種群的減少，甚至提高最近幾年不同魚類種群的反彈。據青海省政府介紹，青海湖的典型魚種青海湖裸鯉已經從2000年的2500噸左右增加到2010年的32000多噸。如果這一措施在未來繼續實施，青海湖的生態系統必將逐步恢復。

結論

盡管有著12小時的時差和1500米左右的海拔差，莫諾湖和青海湖有不少相似之處。近十年來水位下降是一個重要的共同點。本文把水位下降的原因分為自然因素和人為因素兩大類。在生態方面，近百年來，降雨和入流水量一直遠低于蒸發量。因此，兩個湖泊的水位都經歷了顯著的下降。為從自然角度解決水位下降問題，政府應該鼓勵在這兩個地區增加植被，從而增加降雨量。對于由于人為因素導致水位下降，其原因主要是居住在兩個湖泊附近的人們從流入的河流中取水。因此，流入兩個湖泊的水量減少，水位因此下降。在這些因素的影響下，兩湖的水位在上個世紀都經歷了類似的劇烈下降。

參考文獻：

[1]青海湖2015年水質參數特征及其變化（J）. 畢榮鑫， 張虎才， 李華勇， 常鳳琴， 段立曾， 何玉邦， 張虎， 文新宇， 周瑜. 水資源研究. 2018（01）

[2]青海湖裸鯉資源評析（J）. 史建全， 祁洪芳， 楊建新， 陳大慶， 段辛斌， 劉紹平， 王亞民. 淡水漁業. 2000（11）

[3]青海湖水位下降的成因分析與對策（J）. 王黎軍. 青海大學學報（自然科學版）. 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）. 秦伯強， 施雅風. 地理學報. 1992（03）

[6]人類活動對青海湖水位下降的影響（J）. 周立華， 陳桂琛， 彭敏. 湖泊科學. 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