察爾汗鹽湖資源開發的生態環境保護對策

熊增華，張建偉，王石軍,

(1.青海師范大學地理科學學院，青海 西寧 810016；2.青海鹽湖工業股份有限公司，青海 格爾木 816000；3.國家鹽湖資源綜合利用工程技術研究中心，青海 格爾木 816000；4.青海省鹽湖資源綜合利用重點實驗室，青海 格爾木 816000)

察爾汗鹽湖位于青藏高原柴達木盆地，是我國面積最大、資源儲量最豐富的鉀鎂鹽礦，具有固液并存、多組分共存、氣候環境獨特等特點[1]。察爾汗鹽湖資源開發始于1958年，經過六十多年的探索實踐和科技創新，目前已經建成了我國最大的鉀肥生產基地，正在建設世界級鎂鹽和鋰鹽產業基地。當前，在資源承載力與環境容量的共同約束下，如何提高鹽湖資源利用水平，協調資源產業發展與生態環境保護的關系，實現綠色、有序、可持續開發，是察爾汗鹽湖面臨和亟待解決的首要問題[2]。

1 察爾汗鹽湖資源環境稟賦

察爾汗鹽湖位于柴達木盆地的中東部，南依昆侖山(海拔約6 000 m)，北接祁連山系的錫鐵山(海拔約4 000 m)，西鄰阿爾泰山(海拔約3 000 m)。鹽湖礦區東西長204 km，南北寬20～40 km，總面積達5 856 km2。察爾汗鹽湖大部分為干鹽灘，地形平坦、開闊，鹽湖展布和地層走向均與主要構造線方向一致，呈NWW-SEE向延伸。鹽湖區北部自西向東為澀北、鹽湖、啞叭爾等第四系背斜構造組成的丘陵和第四系砂丘，比高20～60 m；東、南、西三面為發源于昆侖山諸河流所形成的洪積戈壁和沖積平原。地層為第四系湖相沉積，以鹽類沉積為主，賦存有豐富的鹽類礦藏[3]。

1.1 氣候特征

察爾汗鹽湖地處青藏高原腹地，來自南亞的濕熱空氣被喜馬拉雅山阻擋無法與西伯利亞冷空氣會合，因此降水很少，屬典型的干旱荒漠大陸性高原氣候，表現為干燥多風、降水量小、蒸發量大、紫外線強、低壓缺氧等特征[4]。據察爾汗氣象臺1960年以來的觀測數據顯示：察爾汗鹽湖地區的年平均氣溫5.2 ℃，最低氣溫-29.7 ℃，最高氣溫35.5 ℃；平均相對濕度26%；主導風向為西北、西南，平均風速4.3 m/s；平均降水量23.7 mm，平均蒸發量3 527.9 mm，每年4～9月的月均蒸發量達300 mm以上；年平均氣壓735.2 kPa；年平均日照時數3 183 h。

1.2 水文條件

察爾汗鹽湖為內陸閉流盆地，周邊河流呈放射狀匯入鹽湖。常年有水的5條河流分別為格爾木西河、格爾木東河、清水河、躍進河、烏圖美仁河，其中補給鹽湖最大的兩條河流是格爾木西河和烏圖美仁河。這些河流有的為山前地下水(以泉)溢出匯集而成，多年流量相對穩定，如清水河、烏圖美仁河；有的受山區降水和冰雪融水的補給，流量變化較大，如格爾木西河，因流途較長，大部分河流在山前強烈滲漏。

受河流補給的影響，察爾汗鹽湖四周的邊緣部位分布著10個鹵水湖泊(圖1)，是世界上罕見的湖中湖，其中多數湖泊分別承受著某一河流的補給。常年有水湖泊為南霍布遜湖、北霍布遜湖、達布遜湖及澀聶湖；季節性湖泊為協作湖、團結湖、大別勒湖、小別勒湖及東陵湖。

圖1 察爾汗鹽湖地理分布示意圖

鹽湖水體補給來源包括大氣降水和兩側山區的地表與地下徑流。由于鹽層滲透性好，潛水型晶間鹵水埋藏很淺，因此可以得到大氣降水的補給；山區降水融雪形成地表徑流，在山前戈壁滲漏形成地下徑流，以地下水或溢出地表水的形式補給鹽湖[5-7]。

1.3 資源儲量

察爾汗鹽湖擁有鹽類資源總量超過600億t(表1)，是我國最大的可溶性鉀鎂鹽礦床。其中，固體、液體KCl資源儲量達5億多t，MgCl2資源儲量超過40億t，LiCl資源儲量達1 200萬t，均居全國首位，礦產資源潛在總價值超過12萬億元[8]。

固體鉀資源近3億t，主要以浸染狀光鹵石、鉀石鹽形式存在，該類固體資源經溶解，轉化為液體資源才有可能實現工業化利用，因此，鉀資源的固液相轉化是鹽湖可持續開發的關鍵環節[9]。而保持足夠的補給水量，維持鹽湖水量相對均衡，是在滿足生態環境保護前提下，能夠有效促進固液相轉化和資源開采的重要方法[10]。

表1 察爾汗鹽湖鹽類資源量

2 資源開發的生態風險

2.1 鹽湖生態環境

察爾汗鹽湖受特殊的荒漠氣候和含鹽母質影響，地表被一層質地堅硬、厚約幾十厘米的鹽殼覆蓋，幾乎寸草不生，自然景觀單調，土壤生物作用極其微弱，鹽湖范圍內無農牧業，生態環境比較脆弱。因此，既要發展經濟，又要保護環境，存在一定難度。

察爾汗鹽湖屬于柴達木盆地的最低洼地帶，海拔較南部昆侖山低322～2 322 m，是發源于山地諸河流的匯集地，湖區干鹽湖與鹵水湖共存。在干燥少雨、蒸發量大的氣候環境下，鹵水湖水體面積變化(補給)主要受上游河流發育情況及河水流量大小控制。如達布遜湖在30年間(1987—2017年)，湖泊面積年際變化劇烈，面積最大時452.560 km2(2011年)，面積最小時177.957 km2(2002年)，湖泊面積與入湖的唯一地表河流格爾木河年徑流量呈現明顯的正相關(相關系數R2=0.82)，說明格爾木河徑流量是導致湖泊面積變化的重要因素之一；達布遜湖所在的位置多年平均降水量僅為38 mm，對湖泊補給可忽略不計，但達布遜湖年蒸發強度達3 550 mm，蒸發量隨著湖泊面積的增大而減小，兩者呈線性相關(相關系數R2=0.93)，說明蒸發是導致達布遜湖湖泊面積波動變化的重要因素之一。

在天然狀態下，湖泊損耗幾乎全部為蒸發損失，維系湖泊最小面積(2002年177.957 km2)的入湖流量為入湖流量的閾值2.81×108m3/a，也是地下水科學開采的依據。鹽湖的鉀資源是以液體礦地下鹵水的形式賦存，即地下水就是礦產，無水時鉀資源將轉化為固體礦。當鹵水湖水位低于晶間鹵水水位時，晶間鹵水補給湖水，鹵水湖就成為鉀鹽資源沉積的良好場所(如20世紀60年代達布遜湖東北岸光鹵石帶沉積)；當鹵水湖水位高于晶間鹵水水位時，湖水補給晶間鹵水，并溶解徑流途中的鹽類礦物。2010年之后，人類工程活動加劇成為鹽湖面積減少的重要因素，對鹽田的大規模采鹵，造成地下水位下降，使湖泊周圍地下水埋深低于湖面1 m以上，湖水和河流大量補給地下水，導致河流水量減少，湖泊面積萎縮，蒸發量下降，綠地、濕地的面積減小，嚴重影響了鹽湖區域的生態環境。

2.2 潛在生態風險

鹽湖資源開發存在潛在的生態風險主要有上游農牧業粗放式用水導致入湖水量減少、晶間鹵水開采量增加導致水鹽失衡和鹽湖萎縮，影響了鹽湖資源的可持續利用，主要表現如下所述。

1) 達布遜鹽湖周邊晶間鹵水開采量增加，致使達布遜湖水位下降，湖面面積減小甚至消亡，造成湖水補給地下晶間鹵水量減少，不利于資源高效開發。

2) 鹽湖資源開發利用過程中“固轉液”所需用水，增加了周邊水資源的供給，影響了鹽湖周邊生態。

3) 鹽湖資源開發的重點區域也是生態服務功能重要的調洪泄水、尾閭湖泊和防風固沙的關鍵區域，與生態安全關系密切。

3 資源開發的生態環境保護對策

3.1 產業發展對策

根據察爾汗鹽湖資源稟賦和環境條件，對鹽湖資源開發利用和產業發展實施生態保護優先和綜合利用節約資源的戰略，優化鹽湖資源開發利用產業布局，以鉀資源為龍頭，加快中高端鹽湖資源產品的研發和生產，構建多產業集群的綠色經濟發展模式。

1) 鉀資源產業受淡水資源和礦固液并存約束，察爾汗地區目前高品質氯化鉀產量約500萬t/a。如果未來市場擴大或國際氯化鉀供需形勢發生變化，可開采深層富鉀鹵水，適量適當擴大鉀鹽生產規模，保障國家糧食安全。同時，大力發展中高端鉀鹽類產品，如青海硝酸鹽業公司的硝酸鉀產量自2016年起呈現逐年提升趨勢，2018年產量達93 859.6 t，提高了鉀資源產品的附加值。

2) 察爾汗鹽湖有1 000多萬t的鋰資源，以碳酸鋰工業級價格4.5萬元/t、電池級7萬元/t、高純級10萬元/t以上，經濟價值非常可觀，鹵水提鋰將是未來鋰產品的重要方向。但鋰產業發展受到生產工藝的制約，鎂鋰比影響提鋰方法的選擇，鎂鋰比越小越好，我國大多數鹽湖都是高鎂低鋰型，工藝技術難度大。察爾汗鹽湖的鋰資源品位低，原鹵鎂鋰比達1 800，老鹵鎂鋰比達500，采用的提鋰方法有煅燒法(青海中信國安)、離子選擇膜法(青海鋰業)、離子吸附交換法(青海藍科鋰業)等。離子吸附交換法生產效率高，但水耗較大，生產1 t碳酸鋰約消耗600 t淡水，每噸成本約1.5萬元。因此，要提升、創新高鎂鋰比鹽湖鹵水提鋰工藝，推動中高值鋰產品開發，提高經濟效益。

3) 氯化鎂作為提鉀后的副產物，每生產1 t鉀肥，就能產12 t氯化鎂。 以察爾汗鹽湖已建的氯化鉀規模計算，年產氯化鎂達6 000萬t，數量巨大，這些資源除少量用于生產氯化鎂、氫氧化鎂、金屬鎂外，全部作為溶解固體鉀礦的溶劑返回到礦區地層中，未來固體鉀礦開采完畢后，應大力支持氯化鎂工業生產，并深入推進鎂合金、鎂鹽精細化工等高效利用。

可見，發展中高端鉀鹽產品、提升鹵水提鋰工藝、支持鎂的高效利用，延長產業鏈、提高附加值，在相同耗水量下提高水資源效益，同樣產品價值所需耗水量相對降低，有利于鹽湖礦區的水位穩定和生態保護。

3.2 綠色節能對策

當前，察爾汗鹽湖地區有200 km2的鹽田、300 km2的湖泊及100 km2的水景線，在強烈蒸發作用下，每年大量的水進入大氣，可為格爾木生態環境及區域氣候的改善做出貢獻。在生產過程中，按照綠色開發的理念，利用太陽能和風能，采取大面積灘曬成鹽的方式。同時，生產廢水返回鹽田循環蒸曬，大力提高綜合回收率(圖2)。另外，結合地方生態與經濟發展需求，專門研究鹽湖生產各環節水量的變化，進而對開采與生產過程中水的循環量化研究，以更好地指導生產規劃和生態保護。

圖2 察爾汗鹽湖太陽能鹽田蒸發流程圖(以100萬t鉀肥規模計)

3.3 固液轉化對策

在鉀鹽資源的開采中，運用先進的固體鉀礦浸泡式溶解轉化技術，即將老鹵(或湖水)與周邊河流尾閭咸水按比例混合后輸送至礦區，通過溝渠滲入地下，將固體礦中的鉀轉變為液態鉀，再通過采鹵渠或采鹵井將液態鉀輸送至鹽田。據青海鹽湖工業股份有限公司統計，此前的十年時間，察爾汗鹽湖利用固液轉化技術開采了約5 000萬t固體鉀，至今，鹽湖地下鹵水水位和水質依然與固液轉化開采前基本持平，這意味著多年消耗主要來自固體鉀的動儲量、低品位固體鉀的溶解轉化量及尾液尾礦的綜合利用，而非給水度鹵水靜儲量。固液轉化法不但利用了老鹵，改變了其直接排入周邊環境的傳統污染模式，同時，有效提取了低品位鉀資源，大幅度增加了可采鉀資源，提高鉀肥產能，實現生態環保與經濟效益雙贏。

3.4 科學蓄水對策

為更好利用察爾汗地區咸水資源，實現鹽湖周邊水與礦產資源的耦合高效利用，青海鹽湖工業股份有限公司修筑了60 km的防洪堤，把原本漫灘肆流的河水積蓄起來，形成小型人造濕地，造就了咸水域鹽湖生態環境。過去“天上無飛鳥、地上不長草、風吹石頭跑”的鹽漠地，變成如今“水草茂密、魚類集聚、鳥類成群、藍天碧水”共存的生態鹽湖，提升了鹽湖自然和工業旅游價值。

察爾汗鹽湖按年產500萬t氯化鉀計算，資源服務年限可達50 a[15]。通過溶解轉化開采低品位固體鉀鹽，在實現資源有效利用的同時，去鹽化改善土壤生態環境。礦區有多年開采歷史，生產工藝技術取得重大進步，運行經驗豐富，尾液全部返回鹽田或加工廠循環綜合利用。結合實際生產，500萬t氯化鉀所需的溶劑量約為23 020萬m3，而溶劑制備按照老鹵尾液與微咸水混合比例1∶1，則每年需用水11 510萬m3。也就是說，為促進鹽湖資源高效開采，每年需水量應不低于11 510萬m3才能實現生態、生產與經濟的協調發展，同時應進一步合理疏導河流，造就出更多和更大規模的湖泊人造濕地，使脆弱的生態得到改善。

3.5 環境變化監測

察爾汗鹽湖資源與生態是一個與周圍生態環境變化密不可分的動態資源系統，只有掌握生態環境變化規律，才能達到鹽湖資源開發和生態環境保護共贏的目的。因此，有必要進一步建設一個科學完善的鹽湖資源與環境變化監測系統，對鹽湖區生態環境進行定時定量監測，監測數據應該涵蓋鹽湖資源開發與環境變化所需的指標，如蒸發水監測、地下水監測、周邊土壤成分監測、鹽湖礦藏儲量監測、植被覆蓋監測、生物物種監測等，對監測數據進行綜合分析，用以指導資源科學開發規劃和綜合利用。

4 結 論

1) 根據察爾汗鹽湖資源與環境稟賦分析，包括氣候、水文、資源儲量、生態環境等，指出水體變化對區域生態環境演化至關重要，闡述了鹽湖資源開發的潛在生態風險。

2) 從產業發展、綠色節能、固液轉化對策、科學蓄水對策、環境變化監測等多個方面，提出資源產業發展與生態環境保護共贏的對策。