新疆塔里木盆地地理水文气候特征及沙漠治理方向
地理特征:盆地北面有天山山脉,南面是昆仑山脉和阿尔金山脉,西面是帕米尔山脉。这些山脉高度在4000米到6000米,有些高峰超过8000米。盆地西面,在柏米尔山脉和天山山脉之间,有一个相对较低,宽约100公里的缺口。同样,在盆地的东面,在天山山脉和和阿尔金山山脉之间,也有一个宽约200公里缺口。但西面缺口海拔仍然超过3000米,东边缺口海拔约2000米。
盆地东西长1500公里,南北宽约600公里,面积达53万平方公里,海拔高度在800至1300米之间,地势西高东低,盆地的中部是著名的塔克拉玛干沙漠,边缘为山麓、戈壁和绿洲。
水文气候特征:由于深处大陆内部,周围又有高山阻碍,使得湿润空气难以进入和逸出,加上盆地西面主要刮西南风,盆地东面主要刮东南风,使得盆地的水系循环处于一个独立程度很强的系统。盆地年降水量不足100毫米,大多在50毫米以下,极为干旱。盆地水系年循环量大约800亿吨(通过计算盆地各个河流年径流量、流动地下水及降雨量得出)。
盆地水系循环模型:冰雪融化后流进各条河流及渗透到地下(约600吨),经过地表蒸发变成水蒸气,水蒸气被热空气带到高空,除少量变成雨水(年约200亿吨)回到地面外,大部分被周围的高原山脉捕捉,变成冰雪,还有极少部分被高层大气带走了,同时,也有极少量的水气被从高空带来。被带走的水和带进来的水数量基本上相等,达到一个进出平衡,系统水量基本上稳定在一个常数。
盆地水循环周期:从雪水融化开始计时,到水流动到沙漠的最远处,到蒸发升至天空,再到雪山凝固成冰雪,作为水的一个循环,期间所花的时间就是循环时间。由于空气中的水蒸气非常少,可以认为水蒸气在天空中的滞留时间很短。
盆地水的循环时间很重要,这个时间关系到要确认的盆地的总的水量,如果这个时间是6个月,那么根据上面的模型,盆地水的实际保有量为:800x0.5=400(亿方),也就是400亿吨的水每年要周转2次。以下的计算推测,都是按照盆地的水,年周转一次算。
人类活动对水系循环的影响:
最近几十年,我国加大了对沙漠的治理,几十年的治沙经验看,草方格沙障法效果似乎不错,其方法是:设置 1米x1米大小的草方格沙障固沙固水,这个方法设置后,有截留降雨的作用,尤其是对冬季的降雪,更能够控制在原地而不被风吹走。因此提高了沙层含水量,实践结果看,使2米厚的沙层含水率从1%增加到3%~4%以上,正由于草方格沙障能够固定流沙,改善沙丘水分条件,从而保护了沙生植物的生长。这个方法在像内蒙这样的沙漠治理上,效果是不错的。但是,在一个封闭系统里,总的水量是一定的,一个地方的水增多,必然导致别的地方的水的减少。当人类向沙漠推进,植被向沙漠深处覆盖时,必然增大水的蒸发,增大空气中的水含量,加速系统内水的循环。使得系统内河流总年径流量增大,给我们造成一个治沙有效的假象。但是,增大水的蒸发,必然会增大空气中的水汽含量,增加降水的同时,也会增大水汽的逃逸,打破系统原有的平衡,最终会导致系统内的水量减少!所以,这个方法在塔里木盆地只能是一个短期方法,对长期的治理反而有害!
要想改造盆地,使得盆地变成一个沃土,一个粮仓,一个鱼米之乡,就要打破目前的这个水系平衡,使得系统内的水量增大。要打破这个平衡,就得使进大于出,必须要有外来的水,让进盆地的水多于出盆地的水。从盆地的地理特征看,每年水蒸气被带出盆地的量不超过10%,大约在80亿吨上下。由于目前盆地水系基本平衡,所以每年水蒸气被带入的量也有80亿吨。
如果从盆地外向盆地内额外每年调入80亿方的水,那么平衡被打破,当重新平衡时,系统内的循环水量就达到现在的两倍,即1600亿吨。系统内循环的水量比原来增加了一倍,即增加了800亿吨,达到1600亿吨,也相应增加了发电潜力年5400亿千瓦时。当这1600亿方的水被蒸发时,会带走大量沙漠的热量,使得沙漠夏天的最高温度降低。
实际情况可能要比上面推算的复杂的多,影响可能也要大的多。
系统水蒸汽年逃逸量这里估计是10%,如果实际比这个量少,那么调水效益会更高。
当塔里木盆地内年循环水量达到2,000亿方时,将是目前600亿方的3.3倍,盆地内的气候将会有明显的变化。首先,2,000亿吨的水蒸发需要吸收大量的热,必然使得盆地的夏天气温降低,冬天气温升高。其次,由于地表温度降低,导致降雨大幅增加,年地表水的蒸发量也会大幅降低,恶劣风沙天气将大幅减少。
经济效益:
农业收益:盆地面积8.5亿亩,可耕种面积将达4亿亩,加上内蒙、青海、甘肃等沙漠改善的收益,光农业年产值就超过1万亿元人民币。
水力发电的收益:目前盆地地表年循环水量约600亿方,大部分都是高原雪山上4,000米海拔流下来的,到盆地海拔1,200米。年发电潜力超过4,000亿度(大约是三峡水电的2倍,三峡总投资约2100亿元人民币),按0.5元的销售价格算(发电加电网),年收益可达2000亿元。
治理建议: 盆地治理是一个投入少,收益大的投资,但总投资较大,建议由国家统一规划,统一管理,分步进行。
1)先用无人机对盆地边缘高原山脉100公里内的地貌做三维图,根据三维图,在雪水多的海拔4000米以上的高原上,在可建造水库的地方勘探,看看土质的水密性,必要时要做堵漏措施。
2)利用当地地形,开挖一些高原人工水库,再把附近的雪水引导到这些水库,特别要重视雪山背面的。目前,盆地所有600亿方循环水水源都可以看作是迎向盆地这一面雪山的雪水,而雪山背向盆地的另一面的雪山,都流向了别的地方。如果把原来流到别的地方水,也就是雪山背向盆地的那一面的雪水,引向盆地,那么就相当于从盆地外给盆地供水,属于外来水。
盆地北面的天山山脉,目前往南流入盆地的水年约300亿立方米。而山脉北面雨水非常充沛,伊利哈萨克州就在天山山脉北面,其河流年径流量达363.2亿立方米。改造后使天山山脉往北流的雪水流向南,引向盆地,大约能增加年50亿立方米的水。如果把伊利东北面的博罗科努山一起治理,使雪水留到山脚下的博斯腾湖(我国内陆最大的淡水湖,海拔1048米,),再流入塔里木盆地,那么每年还能增加另外的50亿立方米。如果治理配合发电,发电量年可达500亿度!
盆地南面的昆仑山山脉,由于受到喜马拉雅山脉的阻挡,湿气难以到达。这一地区的治理,效果不大,但估计能增加20%的水量,也就是总量增加40亿立方米。增加年发电能力200亿度。
做完这一步后,年调入盆地水量增加了140亿吨,导致系统循环水量达到2000亿吨,增加发电能力年12240亿千瓦时(是目前三峡发电能力的6倍,三峡总投资约2100亿元人民币)。
3)藏水北调。
调水路线:
唐古拉山山脉----》
通天河(海拔4500米以上,目前年径流量120亿方)---》
(150公里)---》鄂陵湖、扎陵湖(海拔4272米)----》
(50公里)--》冬给措纳湖(又名托索湖、黑海。在玛多县)(海拔4082米)---》
出流经西北隅的托索河流入柴达木河(长约170公里)----》
尔后注入南霍鲁逊湖(海拔2670米)(G315国道)----》
(800公里)---》到塔里木盆地
说明:唐古拉山山脉位于中国西藏。是青藏高原中部的一条近东西走向的山脉。山脉高度在6,000米左右,最高峰各拉丹冬海拔6,621 米,唐古喇山(峰名)6,099米。唐古拉山脉(Tanggula Mountains)两侧山麓平原海拔4,600~4,800米,因而相对高差仅为1,300~1,500 米。雪线海拔5,400~5,500米。山峰上发育有小型冰川,为长江、澜沧江、怒江等大河的源地,也是通天河的发源地。通过治理,截留部分长江、澜沧江、及怒江水源,引向通天河,使得通天河年径流量超过200亿立方米。G109国道穿过唐古拉山山脉,施工便利。
通天河离鄂陵湖、扎陵湖只有150公里,落差超过220米,发电潜能年120亿千瓦时(按唐古拉山治理后,通天河年径流量200亿方算)。投资额按每公里3亿元算,总投资450亿元人民币。
鄂陵湖、扎陵湖到冬给措纳湖50公里,落差190米,投资150亿元,发电能力年100亿千瓦时。
冬给措纳湖从西北口流入柴达木河,西北口我没查到海拔高度数据,估算3500米。柴达木河流入的南霍鲁逊湖海拔2670米,发电潜力年450亿千瓦时。
南霍鲁逊湖到塔里木盆地800公里,落差达1400米,可以铺管到塔里木盆地发电,潜力可达年760亿千瓦时。
这一阶段的建设直接增加发电能力年约980亿千瓦时。水进塔里木盆地后,增加盆地循环水量2000亿吨,增加发电潜能年约13600亿千瓦时。
通过上述3步的治理后,流入塔里木盆地的水量每年达到340亿立方米,使得盆地内循环水量达到年4000亿立方米,发电潜力年24480亿千瓦时。而治理河流的发电包括藏水北调的年980亿千瓦时和天山山脉治理的年500亿千瓦时和昆仑山山脉治理的年200亿千瓦时。总达年26000亿千瓦时
4)青藏高原的治理
青藏高原的治理难度较大,见效也慢,看不到直接的收益,但长远看非常有必要,建议从新疆治理后的收益中,提取部分,作为青藏高原的治理资金。青藏高原治理好后,会大幅增加高原植被,也会大幅增加水汽进入塔里木盆地及新疆内蒙。治理方法和第二条一样,把高原雪山,特别是喜马拉雅山脉的雪山,背向盆地一侧的雪水,引向盆地一侧。这样就会打破目前的平衡,使得进的多出的少,这样积少成多,最终小溪就会聚成大湖。