农业排水型湖泊地下水排泄时空变异与污染物通量耦合机制研究——以乌梁素海为例

本文推荐：本研究创新性地结合222Rn质量平衡模型与遥感技术，揭示了干旱区农业排水湖（LGD）地下水排泄的时空分异规律。研究发现乌梁素湖西侧LGD速率（10.50 mm/d）显著高于东侧（3.49 mm/d），干季污染物通量达峰值（TN 66.40 mg/m2/d），证实灌溉模式与植被动态是调控LGD-污染物耦合过程的关键因子，为类似流域水环境管理提供科学依据。

　　

Highlight

农业排水湖的地下水排泄（LGD）过程呈现显著空间分异：西侧平均排泄速率（10.50 mm/d）达东侧（3.49 mm/d）的3倍，干季出现峰值排泄量（5.63 mm/d）。这种变异主要受两大因素驱动：大规模渠灌农田形成的西部地下水补给热点，以及东部蒸发作用导致的高碱度抑制效应。

Introduction

湖泊作为陆地水文系统的核心组件，其地下水交互作用（特别是LGD过程）正成为水文地质学研究前沿。在干旱区，LGD是维持湖泊水盐平衡的关键途径（Luo et al., 2017）。本研究创新性地整合²²²Rn示踪技术与多光谱遥感，首次系统揭示农业排水湖LGD的时空驱动机制。

Section snippets

Study area

乌梁素海（UL）作为河套灌区的"肾脏"，其293 km²水域承受着高强度农业排水输入。现场测量显示水深梯度显著（0.08-2.21 m），为LGD研究提供了理想的空间对比样本。

Sampling and testing

采用气候季节划分法（干/平/丰水季）进行采样，通过水化学指纹（如TDS分级）和²²²Rn活度测定，构建了包含地下水端元、河流输入和湖体扩散的三端元混合模型。

Hydrochemical evidence for LGD

水化学证据表明：西部地下水（W-GW）与湖水具有显著相关性（Cl^-/Br^-比值为288-297），而东部地下水（E-GW）因井灌影响呈现独特氟化物富集特征（最高达2.15 mg/L）。

Temporal variability of LGD rate and related pollutant flux

²²²Rn质量平衡模型显示：LGD速率呈现干季（5.63 mm/d）>平水季（3.17 mm/d）>丰水季（2.60 mm/d）的时序规律，对应总氮（TN）通量在干季达到峰值66.40 mg/m²/d，揭示灌溉周期对污染物输移的调控作用。

Conclusions

本研究证实：1）渠灌驱动的西部地下水流动形成LGD热点；2）蒸发作用导致东部碱性环境抑制排泄过程；3）风速和水深是²²²Rn模型最敏感参数。这些发现为干旱区农业湖泊的水-盐-污染物协同管理提供了新视角。