黑河流域上游与青藏高原考察(2018/7/14-7/22)

考察目的:

  1. 了解野外观测站观测仪器的作用、原理及布设;
  2. 考察黑河上游的水文观测站,了解区域的水文特征以及黑河流域的分水方法;
  3. 了解青藏高原地区冻土对水文、气候、生态和工程的影响;
  4. 了解高寒山区的地貌、水文和气候特征;
  5. 青藏高原土壤补充采样。

行程:

  1. 兰州-张掖(2018.7.14)
  2. 张掖-莺落峡-草滩沟-祁连县(2018.7.15)
  3. 祁连县-大冬树垭口-天峻县(2018.7.16)
  4. 天峻县-格尔木市(2018.7.17)
  5. 格尔木市-察尔汗盐湖-格尔木市(2018.7.18)
  6. 格尔木市-西大摊观测站-昆仑山垭口-格尔木市(2018.7.19)
  7. 格尔木市-北麓河冻土站-格尔木市(2018.7.20)
  8. 格尔木市-海晏县(2018.7.21)
  9. 海晏县-中国原子城爆轰实验场-兰州(2018.7.22)

人员:

南师大南卓铜教授团队一行10人、专职司机2人。

DAY1(2018.7.14):

上午从兰州出发前往张掖,下午参观位于张掖市郊的中国科学院黑河遥感试验研究站及野外的超级站。

1.1中国科学院黑河遥感试验研究站

中国科学院黑河遥感试验研究站位于张掖市郊区,通过大量野外台站进行卫星和航空遥感及地面观测互相配合的多尺度综合观测试验,观测土壤蒸发量、树木蒸腾量,度量土壤水分、土壤温度、大气水热交换等一系列关键生态和水文参量。

在驻站老师谭俊磊的带领下,我们参观了建立在田野上的野外观测站点,详细了解了涡动相关仪、自动气象站等设备的观测原理和布设方法。同时近距离参观了研究站内的降水、辐射、气温等气象观测仪器,对数据获取方式和后期处理形成一定认识。

DAY2(2018.7.15):

上午参观龙首水电站、莺落峡水文站和草滩庄水闸枢纽,下午从张掖前往祁连县。

2.1龙首水电站

龙首水电站位于黑河干流莺落峡出口处,兼具调蓄和发电功能。

2.2莺落峡水文站

莺落峡水文站和大坝位于黑河干流莺落峡出口处,在龙首水电站稍下游位置。莺落峡大坝没有发电功能,主要功能为将黑河主河道的一部分水量引出,汇入人工水渠,通过各级水渠,为黑河中下游地区的农业生产和人类活动提供用水。莺落峡水文站主要监测流出祁连山的黑河主河道水量,从而进行洪水预报和水资源分配。

2.3草滩庄水闸枢纽

草滩庄水闸枢纽位于黑河莺落峡出山口下游约10 km处,草滩庄水闸枢纽是黑河中游水资源配置和向下游调水的关键枢纽。在此处黑河主河道再次被分为天然河道和人工水渠。人工水渠的水汇入灌溉水渠,补充人类生产生活用水的不足。面积广阔的水库极大地提高了汛期防洪能力。

DAY3(2018.7.16):

从祁连县出发,前往原冰沟水文观测站位置和大冬树垭口观测站,下午从祁连县出发赶往天峻县,途中遇到极其罕见的双彩虹,十分壮观。

3.1原冰沟水文观测站

原冰沟水文观测站位于冰沟流域距祁连县约10 km处的桥下,海拔约3400 m。冰沟子流域上中游河道分散,不利于观测,但产生的径流会在此处汇集,全部从桥下流过,因此这个位置是观测冰沟水文的理想位置。但由于上游不远处新建的工厂对径流的影响,冰沟水文观测站无法观测到天然径流,目前已被废弃。

在河道两侧观察到地下水径流从土壤中流出,汇入到河道的现象。由于地势低洼,上游和两侧的地下水在此处达到饱和,并从土壤中溢出,汇入主河道。

3.2大冬树垭口观测站

观测站设于大冬树垭口东侧高地上,海拔约4200 m,主要用于观测大气风速、温度、湿度、辐射四分量、降水降雪量以及土壤湿度和热通量等。其中降雪观测仪周围用围栏围起,可以有效减少风吹雪对降雪观测的影响。

DAY4(2018.7.17):

从天峻县出发前往格尔木市中国科学院青藏高原冰冻圈观测试验研究站。途经科鲁克湖—托素湖湿地。

DAY5(2018.7.18):

格尔木市到察尔汗盐湖。

5.1察尔汗盐湖

察尔汗盐湖是我国最大的盐湖,位于柴达木盆地南部,地跨格尔木市和都兰县,总面积达到5856 km2。与茶卡盐湖不同,察尔汗盐湖通常不作为景点对游客开放,主要用于生产工业用盐和各种化学肥料,是我国著名的矿业基地之一。

格尔木河、柴达木河等多条内流河汇入察尔汗盐湖,随着水分不断蒸发,湖面上形成坚硬的盐盖。盐湖被人工分为若干个采盐池,将湖水注入盐池,经过不断地蒸发,水中的盐分在池底结晶,专门的采盐船会将湖底的盐结晶开采出来,送入工厂进行加工处理。

我们到达察尔汗盐湖时,部分采盐池尚未被开采,池边已经结晶的盐颗粒层次分明,接近道路的结晶呈棕红色,颗粒较粗,接近池水的盐结晶则呈纯白色,质地细腻。远处蓝绿色的池水与碧蓝的天空交相辉映,漫步在柔软的白色盐颗粒上,仿佛置身南方海边的白色沙滩,别有情趣。

DAY6(2018.7.19):

格尔木市至西大滩综合观测场,再前往昆仑山口,考察昆仑山口附近的两处野外观测站考察,随后返回格尔木市。途遇大雪。

6.1西大滩综合观测场

西大滩综合观测场位于经度94°08′E,维度35°43′N,海拔4538 m,是一个综合型的观测场,主要观测内容有:温湿风梯度、气压、辐射平衡、光合有效辐射、积雪厚度、雨雪量、土壤热通量、活动层温度、水分和30 m地温。由于大雪影响,原定的土壤采样工作未能完成。

6.2昆仑山垭口

昆仑山垭口海拔约4800 m,为本次考察活动所到达的最高海拔,沿着青藏公路从昆仑山垭口继续向西南前进,就会进入一望无际的可可西里自然保护区。

6.3昆仑山垭口地温观测场和活动层观测场

地温观测场位于经度94°04′E,维度35°38′N,海拔4753 m,主要用于观测30 m深处的地温。活动层观测场位于94°04′E,维度35°37′N,海拔4746 m,主要观测土壤热通量、活动层温度和水分。

DAY7(2018.7.20):

早上参加南京师范大学自然地理教学实习基地在中科院青藏高原冰冻圈观测实验站的揭牌仪式,随后出发前往北麓河冻土站,今天风和日丽,途中补充土壤采样,参观北麓河冻土站和高速公路试验路基。路上有几次修路修桥堵车,深夜才返回格尔木市。

7.1青藏公路沿途的热棒

青藏公路路基下伏的冻土融化会导致公路路面沉降,影响青藏公路的运输能力和交通意外发生。热棒内部含有特殊的化学物质(氟利昂或氨),将热棒打入公路两边的路基后,热棒冬天工作,夏天不工作。冬天空气温度低,气态的物质液化,沉入管子下端,因为路基内部温度高,液态物质吸热汽化,上升到管子上端。通过这样的方式,将路基内部的热量带出来,达到保护多年冻土的作用。

青藏公路受冻土影响严重的路段,全部打入热棒来防止冻土变化。沿路可以看到,在有些路段,热棒对路面的保护作用十分明显,加装热棒的路面明显比附近没有导热管的路面平坦。但在有些区域,热棒并未发挥有效作用,路面依旧受冻融影响,崎岖不平。

7.2北麓河冻土观测站

北麓河冻土站位于经度92°56.4′E,维度34°51.2′N,海拔4628 m,北麓河大桥向南约10 km处,主要开展青藏高原冻土区的工程、环境、气候、生态、水文、地质等方面的研究工作,目前承担格尔木—拉萨青藏工程走廊带内的铁路、公路、电力天路、生态恢复等工程和环境方面的监测和研究工作。

在观测站老师刘永智研究员的带领下,我们参观了青藏高速公路试验路基,一条数百米长的高速公路路段,路段表面安装有气温、风速、辐射四分量等常规测量仪器和路面沉降观测仪。试验场分为若干段,每一段采用不同的防止冻土影响的保护措施,主要有通风管、热棒、碎石路基等,经过5年的试验观察,可以看到没有保护措施的路段已经有约50 cm的明显沉降,而受到保护的路面沉降并不明显,说明目前的保护措施已经可以起到作用。

DAY8(2018.7.21):

从格尔木市出发前往海晏县。

DAY9(2018.7.22):

从海晏县出发,参观中国原子城爆轰实验场,然后前往兰州,结束本次考察全部行程。

9.1原子城爆轰实验场

爆轰实验场位于青海省海晏县西海镇,建立于20世纪60年代,是我国第一个核武器研制基地,当时一批科学家来到这里隐姓埋名,经过艰苦努力先后研制成功了中国的第一颗原子弹和第一颗氢弹,并生产出多种型号的战略核武器。

考察总结:

  1. 通过南老师以及各个试验站老师的讲解以及实地考察,了解了一些测量仪器的工作原理和测量方法,如降水观测、辐射观测、温湿风观测、降雪量观测等。
  2. 通过对莺落峡和草滩沟水利枢纽的考察,了解了黑河中游的水文特征(径流年内分配情况、洪涝灾害预防等),为了有效利用黑河流域的水资源,通过人工水渠将黑河水进行合理分配,水渠分为干、支、斗、农、毛五级。
  3. 通过对冰沟流域原水文观测点的考察,了解山区流域的汇水过程,地下水径流与河道之间的水量交换,以及水文观测站的选址方式。
  4. 对察尔汗盐湖进行考察,了解了土壤盐渍化的形成过程,对盐湖开发有了一定的认识。
  5. 考察了分布在八大摊和昆仑山口的野外观测站,和北麓河冻土站,了解了冻土的观测方法,冻土对地表特征、人类活动和道路的影响。通过热棒和通风管道等方法,可以有效防止冻土沉降对道路等设施的破坏,对防止冻土灾害形成了一定的认识。
  6. 认识了如冻胀丘、河漫滩、高原草地、冰川等重要的地貌特征。
  7. 进行了土壤采样,为建模工作提供基础数据支持。

文:赵奕/图:胡佳楠