世人皆知有“沙漠第一泉”之称的甘肃敦煌月牙泉，殊不知黄河源沙漠里也有8400多个月牙泉。月牙泉是一种水文地貌现象，是高原局部地下水上升形成的新生湿地，对于固定沙漠和绿化沙漠有着不可估量的作用。

图1 世人皆知“沙漠第一泉”——甘肃敦煌月牙泉。殊不知黄河源沙漠里还有许许多多的月牙状小湖泊

著名的甘肃敦煌沙漠里的月牙泉（图1），南北长近100m，东西宽约25m，最深处约5m，弯曲如新月，有沙漠第一泉之称。月牙泉的成因有多种解释，共同点就是由于某种原因地下水抬升，高过了沙丘低凹处形成月牙泉，并且湖水不断得到地下潜流的补给而不枯竭。实际上，月牙泉是一种水文地貌现象。只要沙漠里地下水抬升到沙丘的丘间凹陷处以上，就会在此处形成小湖泊。因为沙丘呈新月形，丘间的水平切线就是月牙状，所以这些小湖泊都是月牙泉。

王兆印及其团队2011年在玛多县鄂陵湖与黄河之间的黄河源沙漠里发现许多月牙状小湖泊，都是由于地下水抬升渗出并汇集在沙丘间的低凹处形成的，他把这种小湖泊都称为月牙泉。

图2 黄河源海拔高度和黄河源沙漠分布

黄河源沙漠海拔高度在4200m以上，位于鄂陵湖以东黄河故道以及两旁。现代黄河在此处也是不稳定的，每次移动都留下大片风动沙组成的黄河滩。随着黄河的摆动，原来的黄河河床沉积物在高原风的吹蚀作用下风动沙聚集成沙丘，逐渐发展成面积大约为1000km² 的沙漠。

图3  玛多县黄河源沙漠里处于发育初期的月牙泉

通过遥感影像分析和野外调查发现，黄河源沙漠里的月牙泉有8400多个，主要分布在东曲河口以上至鄂陵湖段。这些月牙泉比敦煌月牙泉大，长度为100~300m，宽度为30~100m，最深点达1~10m。图3是发育初期的月牙泉，都是沙漠地下水涌出形成的月牙泉。夏季白天由于蒸发而萎缩，夜间地下水补给逐渐恢复。黄河源沙漠是黄河故道，原来地下水位就在沙漠表面之下。20世纪60年代以来，三江源气温上升，雪水融化，黄河源沙漠周围地下水位上升，地下水渗透过沙粒进入沙漠中沙丘之间的凹陷处，形成一些月牙泉。到2002年，鄂陵湖下游的黄河上修建了黄河源大坝，坝高20多米，把坝前和鄂陵湖的水位都抬升到4270m以上。从卫星照片分析得出，大坝修建后黄河源沙漠里月牙泉的数量从6800多突然增加到8400多，而且月牙泉的水面面积也明显增大。由于缺少早期的卫星照片，没有发现最早的月牙泉是何时开始形成的。月牙泉湿地是在高原上新发现的湿地类型，其形成演变、固沙作用和生态作用都具有重要意义。

黄河源沙漠月牙泉的运动特性

黄河源沙漠里的8000多个月牙泉绝大多数是基本稳定的，但是新生的月牙泉可以随沙丘运动而运动。这种月牙泉成为活动月牙泉。一般的活动月牙泉数年保持水量，周边沙丘发育植被就会逐渐稳定下来。图4是一个活动月牙泉的形状测量结果，活动月牙泉稳定时间较短，保持一定的活动性，一般是新生的月牙泉。这个月牙泉被3个小型沙丘包围，月牙泉顺风向宽度只有36m，垂直风向宽度有146m。月牙泉的上风面月牙泉边是沙丘的背风坡，坡度达25°~45°，对面是另一沙丘的迎风坡，坡度小于15°。实测了附近4个月牙泉的水面高度和相对高差，基本上都在4230m左右，相邻月牙泉的相对高差都在0.5m之内。图5显示相临近的4个活动月牙泉的相对高差。相对高差采用精度为1cm的激光测距枪测量。虽然月牙泉之间被上百米的沙丘相互隔离，但是它们的地下水基本上是相互连通的。

图4  一个活动月牙泉的形状测量结果

图5  临近的4个活动月牙泉的相对高差测量结果

活动月牙泉随着沙丘运动而运动。作者在几个新生月牙泉边做标记，连续两年观测，再利用历史上的遥感影像分析发现，活动月牙泉的运动速率达4~10m/a。在每年长达8~9个月的冰封季节里，月牙泉边下风头的沙被风吹走，开冻之后水流进下风头吹蚀的沙坑内，同时另一面月牙泉上风头一侧一年四季都有风沙吹进。这样，月牙泉随着两侧沙丘的运动而向下风方向运动。

月牙泉的形成机理

☀月牙泉是地下水渗流形成的

黄河源沙漠发育在黄河故道上，地下水水位比较高。由于气候变化、融雪水增加或者其他原因地下水水位抬高，通过渗流进入沙丘间月牙状低凹处就形成月牙泉。

图6 由于地下水位抬升从沙丘渗出来的地下水逐渐向低凹处汇集形成月牙泉

图6显示从高的沙丘渗出来的地下水逐渐向低凹处汇集；图7是根据实测数据得出沿着月牙泉群水面梯度最大的方向切割的沙面和水面的纵剖面线，左边是鄂陵湖方向，右边是黄河的方向。由于右边低凹处的月牙泉长期保持一定的水深，周围初步发育植被，水里也生长了以水葱为优势物种的水生植被，形成了一片湿地。图6显示的渗流正是沙漠月牙泉透过沙丘的渗流。这片湿地有一个流入黄河的出口，流量大约为0.1m³/s，要保持这样的流动需要一定的水头，所以两边水位差较其他相邻月牙泉间的水位差大。

图7 沿月牙泉群水面梯度最大的方向的沙面和水面纵剖面线

☀ 大坝蓄水抬高水位的影响

2002年黄河源大坝蓄水后，整个鄂陵湖的水位提高到4273m，之后鄂陵湖下游特别是黄河源沙漠的地下水水位有明显的抬升。图8显示了鄂陵湖下游黄河两岸、星星海附近和黄河源沙漠区2010年比2001年地下水抬升的区域分布。最明显的地下水水位抬升区恰好与黄河源沙漠区重合，这是因为黄河故道地下渗流比较发育的缘故。根据计算，黄河源沙漠区地下水水位抬升了1~3m。

图8  鄂陵湖下游黄河两岸、星星海附近和黄河源沙漠区2010年比2001年地下水抬升的区域分布

水库蓄水和鄂陵湖水位抬升导致周围的湖泊水位抬升了一定幅度。图9是鄂陵湖周边湖泊表面面积在水库蓄水前后的变化。这8个湖泊在2002年水库蓄水前都呈现不同程度的萎缩，阿涌尕玛错、隆热错、阿涌哇玛错、哈江盐池在建坝前20年都有连续的快速萎缩。这些湖泊在2002年水库蓄水后不约而同地停止萎缩并逐渐扩大，阿涌尕玛错、隆热错、哈江盐池等基本已经恢复到20世纪70年代的水平了。这些湖泊与黄河源大坝和鄂陵湖都没有地表水流连通，这种明显的响应必然是地下水连通的结果。

图9  鄂陵湖周边湖泊水面面积在水库蓄水前后的变化

图10  相互连接的月牙泉形成的曲折弯绕的湖面和出露的沙丘群

黄河源沙漠里的月牙泉数量在水库大坝建成蓄水后迅速增加，水面面积也相应扩大。离鄂陵湖较近的一些沙漠月牙泉已经相互连通，形成较大的湖泊，只有沙丘顶部出露在水面上，形成千岛湖景观。图10是相互连接的月牙泉形成的曲折弯绕的湖面和出露的沙丘群。因为这些月牙泉形成时间较长，沙丘表面发育了稀疏的草本植被。

图11 新生月牙泉群的水位梯度向着鄂陵湖方向

图11是一些新生的月牙泉群的水面相对高度，非常明显地显示月牙泉群的水位梯度向着鄂陵湖的方向。由于这个测量是在7月阳光灿烂的白天进行的，水位梯度偏大一点，夜间或蒸发量较小的时间段梯度会小一些。平均看来月牙泉群的水位梯度为0.5~1m/km。这跟鄂陵湖湖面至下游50km处的水位差为40m是较吻合的。

月牙泉的生态作用

如果月牙泉长期得到地下水的补给，能够维持水面不减，周围的沙丘运动被大大减弱，沙漠表面就开始发育植被。沙漠上的先锋物种线叶蒿草最早生长（植被覆盖度为2%~5%），然后形成以西藏蒿草、棘豆、高原早熟禾、醉马草、钻苞风毛菊为主要物种的稀疏植被（植被覆盖度为10%~20%）。经过5~10年的稳定，植被物种群演替为以肉果草、矮生忍冬、青藏苔草、块根紫菀、乳白花黄芪、地肤、乳白香青、西伯利亚蓼、猪毛菜、二裂委陵菜为主要物种的初步植被，同时钻苞风毛菊、西藏蒿草仍然是重要物种（植被覆盖度为30%~50%）。到植被覆盖度发育到60%以上时，物种更加丰富，形成主要物种为青藏苔草、垂穗披碱草、二裂委陵菜、臭蒿、冷蒿、西北针茅、棘豆、钻苞风毛菊、白香青、弱小火绒草、急弯棘豆、松潘黄芪、偏翅龙胆等的复杂植被。长期稳定后，可以发育灌木植被，形成以高山绣线菊为优势灌木的灌草复合植被。

图12 是新生月牙泉初步稳定下来发育的植被

月牙泉的水生态环境也不断发生改变，新生月牙泉经过一年就由水生动物占领，早期水生动物以沟虾为极为优势的物种，还有一些宽水蚤、龙虱、划椿等物种。随着稳定时间的增长，物种丰富度增加。沟虾不再那么优势，与萝卜螺和Chironomus同为优势物种。线虫、宽水蚤、龙虱、划椿仍然是重要物种，还出现了扁卷螺、颤蚓、盘丝蚓、长腹剑水蚤、鳞石蛾、管石蛾、枝角目、泥龙虱、胖龙虱等物种。基本上，物种数量随着月牙泉的稳定时间增长而增加。

图13 长时间稳定后发育的复杂植被

月牙泉群现象向我们提示，高原沙漠化问题可以通过建设大坝提高地下水位来解决。实际上，三江源的许多生态问题都是由于人类开发疏浚排水造成的。随着三江源人类活动加强，原来的高原沼泽、滨河湿地、高原草甸逐渐被疏干，用来发展畜牧业和建设公路矿山。在这个过程中无意释放出大量风动沙，这些风动沙聚集造成沙漠化。如果我们综合考虑开发与生态修复，可以在规划水电大坝的时候考虑抬高沙漠化地区的地下水位，把高原上的沙漠转变成月牙泉，由此使沙漠固定发育植被从而修复生态。利用月牙泉可以治理高原沙漠化，但是不一定能治理干旱地区的沙漠化。高原上温度低蒸发量小，地下水补给超过蒸发损失。而干旱地区沙漠里蒸发量太大，地下水的补给有限，难以形成足够的数量和规模的月牙泉。

本文由刘四旦摘编自王兆印、李志威、徐梦珍著《青藏高原河流演变与生态》一书。青藏高原是地球上地壳运动和地貌演变都非常剧烈的地区，河流生态系统和演变都具有一些独特的性质。《青藏高原河流演变与生态》的主要内容包括青藏高原抬升对雅鲁藏布江河谷发育和高原六大水系河网结构的影响、高原河流尼克点的形成及崩塌滑坡堰塞湖的演变规律、三江源辫状和弯曲河流形态动力学及弯道裁弯机理、若尔盖湿地大面积萎缩的机制和黄河源沙漠月牙泉群的形成、三江源风动沙释放造成沙漠化的机理、高原各种侵蚀与植被的相互作用和风沙侵蚀-植被动力学、高原水生态系统和生态保护的方略等。

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