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引渤入疆、恢复罗布泊与气象、生态作用探讨

2011-4-15 16:54

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标签：天山, 海水西调, 罗布泊, 塔里木盆地, 引渤入疆

《第二届“陆海统筹海水西调”高峰论坛》征文（2011年10月乌鲁木齐）

引渤入疆、恢复罗布泊与气象、生态作用探讨

霍有光

（西安交通大学人文社会科学学院哲学系）

2011年4月

[摘要]新疆塔里木盆地是中国最大的内陆盆地，有丰富的土地、光照、风能、矿产资源。“引渤入疆”是21世纪中华民族可持续发展，必将选择的重大战略问题。科学论证了引渤海水入新疆，恢复罗布泊，改善沙漠生态环境的气象、生态作用问题；充分说明实施海水西调工程，必将产生巨大的社会、经济、环境效益。

[关键词]引渤入疆，海水西调，罗布泊，塔里木盆地，天山，气象作用，去盐碱化作用

“引渤入疆”是21世纪中华民族为了寻求可持续发展的广阔空间，必将选择的重大战略问题。如果每年能够调数百亿立方米的渤海水入新疆，那么整个新疆丰富的土地资源、光照资源、风能资源、矿产资源就像一个大棋局，将全盘活起来，或谓有水则灵。显然，如果能够科学论证恢复罗布泊与艾丁湖后的气象、生态原理，那么再仔细权衡引渤入疆的调水成本与社会、经济、环境效益，究竟孰轻孰重，自然轻重自明。

一、塔里木盆地（塔克拉玛干沙漠）与罗布泊的自然地理概况

第三纪时期，塔里木盆地是一个统一的大湖，罗布泊坳陷尚未形成。进入第四纪后，由于受喜马拉雅运动的影响，塔里木盆地西部抬升而东部相对沉降，形成西高东低的地势，罗布泊成了塔里木盆地的汇水中心。在晚中更新世，罗布泊古湖开始出现钙芒硝沉积，表明已进入盐湖演化阶段。罗布泊湖盆范围基本以800米等高线为界，呈椭圆形洼地，走向东北～西南，东西长210公里，南北宽130公里，总面积约1.9万平方公里。

1.1塔里木盆地（塔克拉玛干沙漠）的自然地理概况

塔里木盆地是中国最大的内陆盆地，位于天山山脉和昆仑山脉之间。南北最宽处520公里，东西最长处1400公里。面积约40多万平方公里。

塔克拉玛干沙漠是中国最大的沙漠。位于中国最大的内陆盆地新疆塔里木盆地的中部，北为天山，西为帕米尔高原，南为昆仑山，东为罗布泊洼地，面积达33.7万平方公里。气候极端干旱，年均降水量仅10～60毫米，而沙漠内部年降水量却超过80毫米，高于沙漠边缘的绿洲。热量资源在中国各沙漠中占第1位，10℃以上的活动积温一般在4000～5000℃，无霜期180～240天，年日照时数可达3000～3500小时。沙漠是位居世界第2位的流动沙漠。个体沙丘每年约南移50～60米，以流沙占绝对优势，占整个沙漠面积的85%，且沙丘高大，除边缘外，一般均在50～100米以上。

塔里木盆地荒漠类型有4种（据季方，2001）：①盐漠。地表的盐分表聚性很明显，一般地表盐分含量在150克/公斤以上。处于现代积盐过程的盐漠，地表以稀疏的盐生灌丛为主，常见的有盐梭梭、盐爪爪、盐穗木、柽柳、骆驼刺等。因自然条件发生变化(如河流下切、河流改道、构造运动引起地层上升等)而脱离现代积盐过程的盐漠，地表同样是稀疏的盐生灌丛。而处于干涸湖滨的盐漠，地表裸露，完全无植物生长。盐漠表层有1～2厘米厚的盐结皮，有的甚至可形成厚达5～10厘米的盐结壳，它对亚表层盐和土的混合疏松层免受风蚀有一定保护作用。②泥漠。泥漠分布在古老冲积平原高阶地及湖积平原高台地，多是零散分布。地表面平坦、光滑，土壤组成物质以细颗粒为主，盐分含量不高。土体干燥，植物生长条件差，地表全部裸露，几乎没有高等植物，只偶见极个别的柽柳灌丛。③砾漠。砾漠分布在山前洪积扇。砾漠的地形坡度大，组成物质中含有多量砾石和粗砂，河流在此下切很深，有多级阶地和套生的洪积扇发育。砾漠地下水位低，埋藏深度多在20～50米或更深。植被极为稀疏，主要植物有麻黄、琵琶柴、盐生草等，覆盖度多在1%以下。④沙漠。沙漠分布在塔里木盆地的中心区域，是荒漠类型中面积最大的一类。沙漠的组成物质以细砂为主，分选很好。按沙丘的活动程度来分，可分成固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘3类。

1.2罗布泊的自然地理概况

罗布泊位于塔里木盆地东部，新疆巴音郭楞蒙古自治州境内，北有天山支脉库鲁克塔格山、东北有克孜勒塔格山、依格孜塔格山，东以北山为界与甘肃毗邻，南为阿尔金山，西邻塔克拉玛干沙漠、库姆克沙漠，东部阿奇克谷地与疏勒河、河西走廊相连，面积约10万平方公里。罗布泊则是塔里木盆地中的塔里木河、孔雀河、车尔臣河等的归宿地。

本区属极端干旱的暖温带大陆性气候，降水稀少、蒸发量高、年温差和日温差大。年平均降水量22.2毫米，年蒸发量高达2902.2毫米，夏季的蒸发量为同期降雨量的100多倍。7月平均气温为25～27℃，极端最高气温>45℃。干旱指数为16～50。多风沙、浮尘天气，起沙风（≥5m/s）年均出现202天，最大风速20～24米/秒，主风向为北东及北东东。其中，6级以上的大风每年出现100多天，冬季极端最低温度-33℃，夏季极端最高温度45℃，地表温度达到71℃。生物种群贫乏，数量稀少。据统计，罗布泊地区现有植物种类约占新疆维管束植物的1%、全国的0.13%，是国内植物种类最少的地区。

罗布泊曾是塔里木河流域的尾闾湖，是塔里木盆地的汇水和集盐中心，塔里木河水系的变迁直接影响着罗布泊地区地貌的形成过程与特征。据《汉书·西域传》记载：罗布泊“广袤三百里，其水亭居，冬夏不增减”。据近代资料，罗布泊水面1942年大约为3000平方公里，1958年时已是一个水深仅数米的浅碟形咸水湖，1962年为660平方公里，1972年消失（注：罗布泊东湖早在公元前3000年前后就已干涸，罗布泊西湖干涸的时间可能在20世纪60年代中后期）。据估计，罗布泊干涸前湖面积约5400平方公里，目前湖底被厚20～40厘米的盐壳覆盖，海拔约780米。

中国科学院生态地理研究所研究员、罗布泊考察队队长夏训诚认为：“自20世纪70年代以来，罗布泊的干涸和这一地区生态环境变化的根本原因，在于水体重新分配和人类社会经济活动综合作用的结果。”“在西汉时期，塔里木盆地仅有23万人口，现在却达到了1000多万人。在清代，塔里木盆地耕地扩大到了60万公顷，建有大型干渠200余条；如今耕地已增至133.3万公顷，兴建了200余座水库，特别是50年代迄今塔里木河中上游的大量垦荒，改变了水资源的分配和平衡，中上游掠夺了下游用水，使流向下游的河水逐渐减少并最终断流。”

夏训诚说:“我国古代文献，对罗布泊的位置都有明确记载，它的位置是固定和始终不移的。据史料记载，罗布泊洼地由北向南，有3个较大的湖泊，其北为罗布泊，高度低于海拔780米；其中部为喀拉和顺湖，高度为海拔790米至795米；其南为台特马湖，高度为海拔807米。3湖中以罗布泊为最低，是洼地和集水中心，3湖均有河道相通，表明游移只能是单向的，即由高处的台特马湖、喀拉和顺湖流向罗布泊。”

杨谦认为，罗布泊从中更新世以来，从淡水湖演化到盐湖直至1972年干涸，其沉积中心基本是固定的，在新构造运动、气候和水源补给等的共同影响下，尽管其水域大小有一定程度的变化，其沉积中心也有过一定距离的迁移，但从总体来说并没有变化，因此，它不是“游移”湖。1982年罗布泊探险队在湖盆中心钻井近9米深，经过分析测定其下层水生生物从古至今两万余年从未间断，这表明泥沙的沉积一直在持续，且入湖泥沙很少。同时，由于积盐等原因，湖水收缩后，湖底即迅速形成盐壳，这些盐壳厚10厘米到1米，坚硬无比，这些事实都证明罗布泊在相当长时间内，不可能大幅度抬高和降低，所谓“罗布泊游移”是不切实际的推断。

罗布泊“大耳朵”的形成是罗布泊水面不断收缩的结果，范围是罗布泊洼地中海拔高度低于780米的最低部分，测量面积为5350平方公里，它的耳轮是罗布泊退缩的痕迹形成的盐层；“耳垂”则是喀拉和顺湖注入罗布泊时，由散流的河道形成的三角洲；“耳孔”则是罗布泊最后干涸的地方，面积为450平方公里。

近150年来，罗布泊红柳沙包是在区域风况和沙源条件的共同影响下，红柳植物群落的演替过程中，不断演化而形成。通过测试和分析罗布泊地区红柳沙包沙物质的粒度可知：沉积纹层沙物质中细沙粒含量最多，占58.3～73.5%；其次为粗粉粒，占10.9～23.0%；粗粘粒、细粉粒和粗沙粒都较少，分别为3.8～6.4%、2.8～5.3%和3.3～11.3%。

罗布泊地区的动物，前人考察成果认为有两栖类1种、爬行类7种、鸟类96种，由于罗布泊迅速干涸，动物种类正在逐渐减少。近100年来，罗布泊大批植物种类消失，目前仅有13科27属36种荒漠植物，这些植物为了适应盐碱和干旱的环境，进化出了特殊的生理结构。罗布泊地区是古代文明中心之一，分布有众多的历史古迹。譬如，在楼兰遗址东10余公里接近孔雀河处，发现大面积农耕遗迹，有明确的渠道、田块。这一遗迹，可能改变楼兰农田历史与楼兰古城独特的地位。小河墓地西北新发现的古城城墙年代大约在公元400～500年左右，形成于北魏时期。

罗布泊曾水丰鱼肥，孔雀河下游三角洲拥有长势繁茂的胡杨树、芦苇可供建筑取材，当年楼兰人在罗布泊边筑造了10多万平方米的楼兰古城。据陈宗器（1935）《罗布淖尔与罗布荒原》记载，罗布泊海水的深度，深处为85厘米，浅处仅11厘米。此时水浅，可能与夏日有关。鱼在水中游泳颇不自由，极易被人所捕捉与击毙。捕得大鱼4尾，长90～110厘米，高14～16厘米。

2002年4月，为了开发罗布泊钾盐矿，新疆罗布泊盐钾科技开发有限责任公司经有关方面批准，正式建立了若羌县罗布泊镇。该镇位于若羌县东北部的罗布泊地区，划定面积5.1万平方公里（相当半个江苏省，两个以色列）。2002年10月，中国石油为了切实解决罗布泊远离城市，没有加油站的难题，在离罗布泊镇政府800米处，投资新建罗布泊加油站。

若羌县地处塔里木盆地东南部的山盆构造带：①县境北部为塔里木盆地东部，大部为罗布泊洼地。②县境中部为阿尔金山，北坡正当迎风面，流沙见于海拔1500米上下。③县境南部是阿尔金山与昆仑山之间的封闭性山间盆地与藏北高原相连，海拔4000多米，年降水量100毫米以上，有大面积的高山草原。

二、天山山脉、塔里木盆地（南疆）与罗布泊的气象特征

地处塔里木盆地东部的罗布泊地区，深深嵌入亚洲腹地，海洋水汽难以抵达，东缘至少低于河西走廊（孔道）500米以上，北缘是高耸的天山山脉（以及走廊北山），南缘是巍巍的阿尔金山脉（以及祁连山）与昆仑山脉，盆地底部平坦且被高山围限，许多山峰高出盆地3000～4000米，甚至5000～6000米。这种沙漠低、周边高的“两山夹一盆——山盆构造”的地理景观，孕育了独特的气象特征。

　　　　　　　　　　塔里木盆地（两山夹一盆）卫星图片

2.1天山山脉与塔里木盆地（南疆）的气象特征

新疆有极为丰富的光、热、土、草、能、矿等资源，然而相对于辽阔的土地面积，每平方公里的平均水资源量只有4.8立方米，居全国倒数第三位。值得注意的是，新疆的降水量和水资源分布极不均匀。自西向东横亘新疆中部的天山山脉，其降水量远远大于平原区，新疆地表水资源的一半发源于天山。

塔里木盆地的水分来源与水资源水分，主要来自西风气流，从中亚越过天山南脉河谷（如克孜河谷）或从准噶尔盆地越过天山垭口（如哈密、乌鲁木齐）进入盆地（参见中国大百科全书地理卷），气候不受季风系统的直接影响。天山将新疆分为北疆和南疆，南、北疆气候具有显著差异，北疆平原地区年降水量约为277.3毫米，南疆年降水量仅为66.2毫米左右，降水主要集中于夏季（6～8月），其次是春季，降水变率比较大。史玉光、孙照渤（2008）研究认为：新疆地处中纬度地区，天气气候受高、中、低纬环流系统的共同影响，尤其受西风带系统的影响，高纬度北方冷空气南下与低纬暖湿气流在新疆地区交汇，常造成新疆地区强降水，北方冷空气进入新疆会带来一部分水汽；同时，低纬暖湿气流在一定的环流条件下也为新疆地区输送丰沛的水汽；对流层高、中、低层水汽输送路径有很大差异。水汽输送分析表明，各层及整层西边界为主要流入界，南边界和北边边界也为流入界，东边界为主要流出界。由于新疆三面环山的地形，水汽输送在700～500hPa最大，四季和年对流层中层水汽输送量最大，低层和高层接近。夏季水汽输送量最大，约占全年的38%，春、秋季相当，约占全年的23%～25%，冬季最少。近40年新疆年平均、春、夏和秋季空中水汽总流入量、总流出量为减少趋势，变化率很接近，且1976年后无明显变化趋势，使得净收支量无显著变化趋势。

2008年，史玉光、孙照渤、杨青利用新疆144个气象站和水文站的1961～2005年降水量资料，总结了“新疆区域面雨量年、季分布特征和变化规律”，分析结果表明:①新疆区域年平均面雨量约为2724.6亿立方米，年平均降水量为165.5毫米。②从空间分布来看，天山山区（海拔≥1500米）面雨量最大，约占全疆面雨量的40.4%，年平均降水量为409.1毫米，是新疆地表径流形成的主要源区。南疆地区最少约为25.3%，年平均降水量仅有66.2毫米。南疆地区最大降水区出现在南疆西部山区，降水量大多在300毫米左右；最小区在塔里木盆地和哈密南部地区，降水量一般为50毫米左右。天山山区面雨量年际变化最小；南疆面雨量年际变化幅度最大，是最不稳定的区域，充分表现出了干旱区的典型特征。③降水在200毫米以上的地区，大多都集中在山区，山区降水是新疆区域河水径流主要的补给来源之一。④从季节分布来看:夏季面雨量最大，约占全年面雨量的54.4%；春季次之，为23.6%；秋季为16.5%；冬季最少，约为5.5%。⑥新疆区域面雨量年际变化呈现出增多的趋势，1987年存在突变，在此之后降水量明显增多。

魏文寿，高卫东，史玉光（2004）研究认为，新疆的气候类型（特别是降水），既不属于地中海气候类型，更不属于季风气候类型。而这种内陆干旱气候的形成，首先是受高大山脉的影响，海洋气团被阻挡，水汽很难翻越；其次是到达该区的季风水汽已所剩无几；第三是源于新疆沙漠戈壁下垫面所产生的热源，使对流加强，蒸发量加大。新疆地区由于高大山体的屏障作用与盆地的阻塞作用，使新疆的局地气候具有明显的差异，尤其是高山与盆地，局地气候效应非常明显。根据新疆年最大降水量年最小降水量台站的分析，最大降水量出现在中国天山西部北坡中山带的积雪站，最大降水量可达1124.0毫米，年平均降水量为836.2毫米，而最小降水量出现在吐鲁番地区的托克逊站，年最小降水量仅为0.5毫米，年平均降水量为7.5毫米。对上述两站地理条件进行比较，海拔高度相差1775米，纬度差4b，经度差1b，但多年平均降水量却相差828.7毫米。由综合分析表明:①水汽来源:新疆的降水主要由西风气流携带的水汽形成；②山地影响:由于天山山体迫使气流抬升，以致水汽凝结并在山区产生大量降水，当气流到达新疆东部的吐鲁番、哈密等地时，所携带的水汽已所剩无几；③盆地与沙漠作用:在沙漠与荒漠下垫面的干热作用下，很难产生有效降水。虽然两站的降水量相差较大，但是近年的降水都呈增加的趋势。

史玉光、孙照渤（2008）研究认为，环流系统和地形作用是影响南疆降水的关键因素。天山山脉海拔约为3000米左右，阻挡了北方冷空气进入，西侧帕米尔高原海拔为3000米左右，南疆处于天山山脉和帕米尔高原背风坡的下沉气流控制下，该地区产生降水的动力条件和水汽辐合条件十分不利于降水，虽然空中水汽高于北疆和山区，但降水量却远小于天山北侧地区。在天山北侧地区，其西方没有大尺度的高大山脉阻挡，而北方冷空气和西方、西南方暖湿气流易于长驱直入，并受天山山脉阻挡发生交汇，在天山北侧迎风坡起到了抬升作用，有利于降水的产生。夏季南疆西部以及北疆北部、西部，空中水汽含量呈增加趋势，与这些地区夏季降水增多趋势一致；冬季除南疆东南部外，空中水汽含量呈增加趋势，其他季节空中水汽含量无明显变化趋势。

彭宽军，史玉光，崔彩霞等（2009）采用NASA地球观测系统（EOS）2002年7月至2004年6月CERESSSFAquaMODISEdition1B云资料，对天山山区和塔克拉玛干沙漠云水资源进行了研究。得到的成果是：虽然天山山区和塔克拉玛干沙漠地区同属一个气候区，但两地云参量的年变化规律不尽相同。除7月高云云滴半径以外，无论低云还是高云，天山山区的云量、液态水柱含量和云滴半径的月平均值，均比塔克拉玛干沙漠地区高很多。（参见表1）

表1 天山山区和塔克拉玛干沙漠云水资源对比表

	天山山区	塔克拉玛干沙漠
月平均总云量	47%～72%	12%～50%
低云的月平均液态水柱含量	56.6～96.0g/cm²	19.4～43.9g/cm²
高云的月平均液态水柱含量	30.5～59.8g/cm²	9.3～59.0g/cm²
月平均云滴半径：低云/高云（μm）	12.6～16.0/8.6～14.8	8.8～11.3/6.1～11.1

注：据彭宽军，史玉光，崔彩霞等（2009）的研究成果整理。

一般认为，天山地区的冬季降水与西风带相关，里海和地中海是新疆的水汽源地。天山山区和北疆冬季严寒，均有稳定深厚的积雪，成为了我国积雪最丰富的三大区域之一。杨莲梅，史玉光，汤浩（2010）利用1960～2004年、天山山区及以北地区（新疆北部）38个气象站日降水量和NECP/NCAR逐日4次再分析资料，分析了新疆北部11、12月和1月降水异常的环流和水汽特征。结果表明:冬季斯堪的纳维亚环流型（SCA环流型）与新疆冬季降水异常密切联系；11月水汽输送量最大，1月最小；降水异常偏多时，新地岛以东北冰洋、西伯利亚和阿拉伯海向中亚地区水汽输送异常，高纬度地区和低纬度地区向中亚地区输送水汽汇合后沿西风气流进入新疆，而非来自地中海和里海水汽源地；降水偏少时，里海以东随西风气流向新疆水汽输送减弱。对流层中层水汽输送最强，这与新疆北部的地形有关，南侧天山海拔高度约为1500～4000米，西侧为天山的余脉海拔约为1000～2000米，因此，700hPa以下水汽输送弱于中层（注：2000米以下的气层，称为“对流下层”），高层水汽输送最弱。而西风气流输送水汽的多少，决定了降水的数量。

自然灾害主要是风沙和干热风：①风沙危害。8级以上的大风（风速大于17米/秒），一年超过20天的只有若羌、喀什、库尔勒。但盆地边缘植被覆盖度仅10%，沙漠中心基本无植被，而风速每秒5米即起沙，故南部沙暴天气年达30～40天。以东北风和西北风为主（参见中国大百科全书地理卷），盆地边缘沙丘南移现象严重。强沙尘暴均发生在4月到5月初期间。此时正是干旱区表土含水率最小的时期，干旱的下垫面（包括农田、戈壁和沙漠）为沙尘暴提供了丰富的沙尘物质，沙尘可随高空西风急流远距离输送数千公里、甚至上万公里，涉及我国东部各省市、整个东亚乃至太平洋的西岸地区，成为世界范围内风沙灾害天气的源头。②干热风。重灾害地区为盆地东部，每年10～20天；盆地其他地区出现次数较少。

2.2罗布泊的气象特征

罗布泊凹地属典型的大陆性干旱气候。全年大风、沙尘暴和扬沙日平均为102.5天，其中沙尘暴15.1天，8级以上大风18.6天。多年平均降水量为38.5毫米/年，一般5～8月份为雨期，其中7月份降水量最大，其他月份降雨普遍较少。区内蒸发极为强烈，多年平均蒸发量达3776.5毫米/年，5～8月份为极强蒸发期，月平均蒸发量为626.85毫米。空气相对湿度较小，年平均空气相对湿度为46.5%。气温的年内变化较大，最高温度48%（8月），最低温度-17.5%（1月），年平均气温13.4℃。区内主要受西风带控制，最显著的气候特点是多风。

“两山夹一盆”的“山盆构造”，是本区的主要气候特点之一。因为塔里木盆地本身无法形成径流，但周围山区年降水量达200～400毫米，可汇成河流到达盆地，这也是罗布泊补充水源的重要途径，往往一次特大暴雨的降水量，可以达到全年甚至超过全年的降水量，并快速汇集成洪流进入尾闾湖泊或沙漠。譬如：1958年8月天山暴雨，产生的洪水经孔雀河进入罗布泊，不仅使西湖面积扩大到450平方公里，另有大量水流经铁板河进入东湖，使干涸已久的东湖再次充水，形成面积达4900平方公里的浅水湖。2003年6月，车尔臣河的洪水进入台特玛湖，形成一个面积约200平方公里的大湖。2005年5月初，阿尔金山的洪水进入了罗布泊东湖的南端。

夏训诚，赵元杰，王富葆等（2008）指出：罗布泊湖区的空气湿度极低，夏天通常在10%左右，午后有时为0；这里的年蒸发量高达3000毫米左右。因此，如果是水深3米的淡水湖，在3年左右的时问内便可全部被蒸发干涸，在湖水浓缩过程中，蒸发量会降低，但所需时间也仅几年时间。

孙自永，余绍文，周爱国等（2008）采用称重法，在高含盐量的罗布泊北部凹地首次进行了凝结水的野外监测，根据监测数据分析了罗布泊地区凝结水的生成规律。研究结果表明：①凝结水来源于空气中的水气和深部土壤水分。②发生的时间，基本在晚上22:00至次日凌晨8:00。如果有暖湿空气侵入，那么露点会升高，更有利于凝结。③从日均凝结水生成量来看，冬季凝结水生成量最大，可达0.275毫米/天；夏季次之，为0.159毫米/天；秋季最低，仅为0.127毫米/天。依据日均降水量（38.5毫米/年=0.105毫米/天）为标准，显示出夏、秋、冬季的凝结水的日均生成量，均大于日均降水量。④冬季空气相对湿度明显增加，空气中可供凝结的水气增多，由于已经进入冻结期，土壤温度相对其他季节较低，在土壤内部易形成一个较大的温度梯度，使得土壤深部水气进入近地表，所以这个时是凝结水形成的最佳时期。⑤空气相对湿度是控制土壤凝结水生成量的主要因素。7月份空气相对湿度在20%～30%间，空气中可供凝结的水气很少，该阶段以土壤水分的蒸发作用为主，凝结水生成量极少；12月份空气相对湿度多在40%以上，最高可达60%，该阶段以凝结水的生成为主，凝结水生成量显著大于7月份，蒸发作用较弱。⑥土壤的含盐量也影响凝结水的生成。高含盐量的土壤，其凝结水生成量，明显高于低含盐量土壤。这可能是因为土壤含盐量较高时，盐分对土壤吸湿系数和抗蒸发能力有显著影响，并能增大地温变幅，随着含盐量的增高，其吸湿系数和抗蒸发能力迅速提高，地表昼夜温差增大，从而提高了凝结水的生成量。

罗布泊湖心（一望无际的坚硬无比的盐壳）

三、引渤入疆，恢复罗布泊、艾丁湖调水方案概要

目前海水西调至少有两种方案，若以阴山山脉为界，其北称为外线（陈昌礼2001）调水方案；其南称为内线（霍有光1997）调水方案。前者调水线路紧贴中蒙边界（又称3000公里防火墙、防疫墙），具有调水线路漫长（5000公里）、水汽易于逃逸或渗漏、地形大起（狼山，海拔1500-2200米）大伏（居延海，海拔820米），调水数量与效益过分夸张等特点。

内线（霍有光）调水方案是：从天津附近的渤海口取水，通过管道分级提升到海拔1280余米左右（1立方水，每升高200米，需要1度电；升高1280米，耗电6.4度），进入黄旗海（海拔1264～1266米），登上我国第二个地理台阶，形成2000平方公里的湖泊。然后修建防渗渠道，采用若干小提扬（10～20米）工程+长距离自流的办法，由黄旗海—库布齐沙漠—乌兰布和沙漠—巴丹吉林沙漠，穿越河西走廊的荒漠戈壁，至玉门镇北的疏勒河（海拔约1300米），主干调水线路全长约1900公里。之后，利用疏勒河“自东向西流的”天然河道（大约550公里），不用开挖、衬砌，自流进入塔里木盆地之东缘的罗布泊。罗布泊（海拔780米）至艾丁湖（海拔－155米）的直线距离仅180公里，可获得930余米的落差，用来发电，意味能够补偿渤海西调工程所耗费的部分电能。整个调水线路穿越的是比较平坦的沙漠地区或戈壁滩，并非内蒙古草原或传统的农耕区；与东西走向的山脉始终保持平行，没有穿插关系（穿插工程）。

引渤入疆、恢复罗布泊的目的是：（1）以海水作为生态水填充沙漠中干涸的盐湖，利用大面积人造湿地镇压沙尘源，遏制沙尘暴；（2）利用沙漠丰富的太阳能资源，将海水蒸发为水汽，增加露水与降雨，以增雨所得的淡水，湿润北方气候；（3）利用沙漠人造海，发展海水养殖业与海水种植业（嗜盐作物）；（4）利用多梯级的人造海，逐级浓缩盐类资源，发展盐化产业；（5）依托人造海获取淡水（如冬季采冰），发展采矿产业、热电产业、海水淡化产业（利用发电厂余热）、煤化产业、风电产业；（6）盐只有达到饱和浓度时才能够结晶，调水沿途（管道或渠道）不会出现所谓的污染问题，即便结晶，也只能沉积到盐湖里，这数十亿吨盐类资源，不过是增加了罗布泊的盐矿储量而已。可留给子孙后代发展盐化产业。

据有关资料，20世纪50年代初期，新疆艾比湖湖面海拔189米，湖长55公里，宽20～30公里，面积1070平方公里，平均水深不到2米。2008年只有400平方公里，最深处不足2米，总水量6亿立方米左右。可以看出，尽管艾比湖的面积变化很大，但水的深度则变化不大，这说明湖底是相对比较平坦的。由此大胆推测，若在罗布泊地区维持一个3000平方公里（深约2米）左右的较为稳定的水面（注：陈宗器1935年考察夏日里的罗布泊水深为0.11～0.85米），每年应该调渤海水50亿立方米；若每年调水150亿立方米，理论上可维持0.9万平方公里（深约2米）的水面；若每年调水300亿立方米，理论上可维持1.8万平方公里（深约2米）的水面。假设自第二年起，每年蒸发的水量大约占调水数量的1/2，那么余下1/2的水量，则可用来大力发展工业（火电、化工、风电）、海水农业、旅游等产业。考虑到就地蒸发的水量（包括水面蒸发与农牧植被蒸发），还有一部分将变为降雨或径流补充人造海，那么在保证每年调水150亿立方米（或300亿立方米）的前提下，若干年后必将逐步形成人造海的蒸发——补给平衡，罗布泊保持0.9万平方公里（或1.8万平方公里）的稳定水面应该不成问题。（表2）

表2 恢复罗布泊人造海的调水数量与用水数量分配表

	形成0.9万平方公里人造海		形成1.8万平方公里人造海
	每年调水（亿立方米）	每年用水（亿立方米）	每年调水（亿立方米）	每年用水（亿立方米）
第1年	150		300
第2年	150	水面蒸发75 工农业用水75	300	水面蒸发150 工农业用水150
第3年	150	同上	300	同上
第N年	150	同上	300	同上

罗布泊北岸和东岸普遍发育三级湖积台地，其高度分别为783～785米、789米和810～820米，相应的湖面积分别为9250平方公里，20000平方公里和55000平方公里。因此，可以利用三级湖积台地以及艾丁湖，至少可建立串珠状的四级人造海。除前三级人造海具有为抽水蓄能电站存储水能的功能外，它们还可以发展养殖业和种植业，并通过逐级下泄，浓缩盐类资源，发展盐化产业。新疆罗布泊盐钾科技开发有限责任公司，应该向“以色列死海工业有限公司（DSW）”学习，该公司是世界上最主要的化工产品生产商之一，已经具有90多年的生产历史。早在上个世纪80年代，这个占地150平方公里，仅1200名人员的现代化生产企业，盐化产品的出口额，就占到了以色列的第二位。池盐（晒盐）结晶后有利于机械化开采，同样的机械，可以用来冬季采冰。冰一次结晶脱盐后，接近淡水。因此，冬季可发展采冰业，获得“准淡水”，这样可提高盐化企业的效率。

四、恢复罗布泊、艾丁湖的气象、生态作用探讨

地质年代的第三纪，塔里木盆地原本就是一个大湖，吐鲁番曾繁衍过体长9米、重达300吨的“天山巨犀”。近代罗布泊最终干涸的原因是，上游农建兵团大发展，截流喝干了塔里木河。被人破坏的自然生态环境，只有靠人为的办法来恢复！在继续保证上游农建兵团大力发展绿洲经济的前提下，采用外来水源恢复罗布泊地区的生态，应该是不违背当地原本的自然规律的，反而会营造新的生态平衡，走向新的有序。

4.1“山盆构造”与天山等山脉的水塔作用

首先，恢复罗布泊水面后，利用太阳能蒸发的大量淡水资源在当地就可能直接形成降雨。据2010年11月8日《新疆晨报》第7版刊登《褐色盐壳地雨后变“雪原”》一文，披露了一则新疆“盐湖（或人造海）增雨作用”之实例。报道中说：“（罗布泊科考队队长）夏训诚则认为，罗布泊地区非常干旱，极少下雨。而前段时间连下两场雨，可能与罗布泊钾盐基地近年来开出的180多平方公里的盐池水面有关。‘这么大的水面可能改变了这个区域的小气候，在局地增加了降水。’”

显然，如果罗布泊水面恢复到0.9万～1.8万平方公里（表2），那么将是“180多平方公里的盐池水面”的50～100倍。据前苏联的研究成果，大约2/5的蒸发水汽可直接变成雨水回落到当地（沙漠）。也就是说，更大水面的蒸发作用，会形成更大的降雨规模，通过局地水循环作用，一部分（2/5）蒸发的淡水资源（至少有30亿立方米～60亿立方），势必回落到当地，对冲了罗布泊蒸发的部分水量（损耗）；而另一部分（3/5）蒸发的水汽资源（45亿立方米～90亿立方米），将有助于直接提高当地的空气湿度，改善罗布泊周边沙漠的生态环境。这就意味，只要坚持源源不断的调渤海水，那么沙漠人造海（罗布泊）的水面规模，不仅可以维持并保持稳定，而且还有望逐年增加。

据前苏联的研究成果，大约2/5的蒸发水汽将可直接变成雨水回落到当地（沙漠），这就意味，只要坚持源源不断的调渤海水，那么沙漠人造海的水面规模，不仅可以维持，而且还有望逐年增加。

第二，天山山脉（以及走廊北山）将发挥水塔作用。由上述气象资料可知，罗布泊（塔里木盆地东部）以东北风和西北风为主。当区内刮东北风时，罗布泊、艾丁湖蒸发的淡水资源，将吹向天山山脉（直线距离大约240公里），湿热的水汽被天山阻挡并抬升到高海拔地带时，与西风气流携带的水汽相汇合，逐渐冷凝结而形成更大量级的雨雪或洪水，分水岭南坡的山涧溪流，能将部分雨雪或洪水输入塔里木盆地及其尾闾。

这种“山盆构造”形成降水的气象学依据是：①低云与中云是降雨的源泉。低云的云底高度一般在2500米以下，多由水滴组成，厚的或垂直发展旺盛的低云则是由水滴、过冷水滴、冰晶混合组成。大部分低云都可能产生降水，雨层云常有连续性降水，积雨云多有阵性降水，有时降水量很大；中云的云底高度通常在2500～5000米之间，中云多由水滴、过冷水滴、冰晶或它们的混合物组成，常产生降水。②高大的山脉具有拦截水汽的水塔作用。天山是亚洲中部的高大山系，从西-西南向-东北延伸约2500公里，其中位于中国境内长约700公里。东段和极西的一些地方宽约500公里，中段宽度为350公里。山地平均海拔3500～4500米，不少高峰在5000米以上。天山是新疆最大的水源地，这主要得益于天山山体高大，可有效阻挡和抬高西风气流带来的水汽而成云，从而形成较多的大气降水。同时，高寒山区又发育有大量的冰川和积雪，形成了天然的固体水库。山区降水通过大小河流注入大小盆地成为盆地水源补给，或转化为山区冰雪或与冰雪融水相汇合，形成强大的地表径流，一部分汇聚到盆地，一部分渗入地下，成为滋润塔里木盆地的宝贵水源。

第三，阿尔金山脉（以及祁连山）与昆仑山脉将发挥水塔作用。当区内刮西北风时，罗布泊（以及艾丁湖）蒸发的淡水资源，与翻越天山山脉后的、少量的西风气流携带的水汽汇合，将吹向阿尔金山脉（直线距离大约120公里）与昆仑山脉。如前所述，罗布泊位于若羌县境内，其北被阿尔金山（3000～4000米）、昆仑山（5500～6000米）所屏障，海拔4000米以上有大面积的高山草原，更高还发育有大陆冰川。由罗布泊吹来的湿热水汽，会被海拔4000米以上的山体所屏障，形成低云和中云，逐渐遇冷而凝结，在分水岭北坡形成雨雪，最终将回流到塔里木盆地。

4.2罗布泊人造海的增湿（露水）作用

凝结水以露水和水汽吸附为主，露水能以毛细水形式保存于土壤中，可被根系吸收利用。当夜间土壤温度降低、“地表温度”低于“近地表温度”（即近地面气温大于地温）时，水气在温度梯度作用下进入地表，即生成凝结水。在干旱地区，降水稀少，蒸发强烈，凝结水的生成量，往往大于降雨量，甚至可能是植物生存所需的唯一水资源，对改善干旱地区的生态环境、生发先锋植物有着重要的意义。沙漠中只要有露水，就能够使沙漠中的先锋植物赖以生存，而先锋植物的根系就可以遏制沙尘暴。

引渤入疆、恢复罗布泊后，将大大提高当地的空气湿度，有利于增加露水的产出数量。由上述气象资料可知，罗布泊地区每年凝结水的数量，要大于当地的降雨量；夏、秋、冬季的凝结水的日均生成量，均大于日均降水量；如果有暖湿空气侵入，那么露点会升高，更有利于露水凝结；高含盐量的土壤，其凝结水生成量，明显高于低含盐量土壤。罗布泊地区形成露水的这些特点表明，如果以罗布泊空气相对湿度最低的7月份（20%～30%）为下限，那么当罗布泊恢复水体后，每年经常性的空气相对湿度，就有可能提高到30%以上，不仅会增大露水的日均生成量，而且还有利于实施人工增水作业。

作为人工增水作业的对象，云是可持续利用的地球水资源的重要载体。云里的水分虽然很少，但却是降水的快速加工厂，是大气降水的前期指示物。从世界各国实践来看，在特定地区实施人工增水作业，季节性降水量可在自然降水量的基础上增加6%～30%。可见，人工增雨（雪）是干旱地区“开源”的主要途径之一。

据宇桓转载《阿拉伯商业》杂志的报道，阿联酋阿布扎比的科学家已经突破技术障碍，在湿度达到30%的条件下，在沙漠晴朗干燥的不具备降雨的气象条件下，成功的实施了人工降雨。2010年夏季，在122天的时间段内，阿莱因市气象部门多次预报天气晴朗干燥，无云无雨，但科学家却在湿度达到30%的条件下，成功实现了52场人工降雨。人工降雨是价值1100万美元的秘密项目Weathertec的一部分，主要是利用巨大的外形像灯罩的电离子发生器产生巨大的负极粒子磁场，制造出云层，最终实现人工降雨。这也是世界上首次实现在完全晴朗干燥的气象条件下人工降雨。该项目由阿联酋总统哈里法-本-扎耶德-阿勒纳哈扬(SheikhKhalifa bin Zayed Al Nahyan)直接领导，得到瑞士方面的支持，并由德国马普学会气象研究所(Max Planck Institutefor Meteorology)监督。这项技术已经被视为“最高机密”之一。

显然，罗布泊恢复水面后，不仅有利于增加当地空气的相对湿度与土壤的露水，而且有利于今后开展人工增雨作业。

4.3减弱或遏制沙尘暴，改善恶劣的生态环境（“去盐碱化作用”）

恢复后的罗布泊水面，可直接镇压大面积的盐漠并形成毗邻的湿地，使沙尘暴没有了可被吹扬的物质或碎屑。如果挖掘罗布泊可为抽水蓄能电站提供水能的功能，那么还可以用渤海水来恢复艾丁湖水面，镇压和遏制艾丁湖地区的沙尘暴。

艾丁湖位于吐鲁番盆地南部，海拔-155米，曾是一个大型盐湖，面积152平方公里，毗邻有微咸到咸水的沼泽。1958年湖水面积尚有20平方公里，后来萎缩为5平方公里。湖水矿化度高达210克／升。湖下地层约11米深是含盐地层，据考证，艾丁湖在2万年前就发展成盐湖。艾丁湖风沙区面积6000公顷；西部为风蚀区，面积为5000公顷，属于典型的雅丹地貌，最大的风蚀坑深达2米。东部为积沙区，面积1000公顷，6米高的新月型沙丘，平均每年向前移动28米。可以看出，由于艾丁湖处于吐鲁番盆地的最低处，周边是风沙区，所以湖面还可以大大的扩展，从而产生更大的生态效益和经济效益。

重新恢复罗布泊与艾丁湖水面，它们的增雨、增湿作用，不仅可为提高沙漠植被的生产力水平，发展沙产业带来光明的前景，而且还可能发生“去盐碱化作用”，日积月累，循序渐进，必将改善沙漠的生态环境。

土壤盐渍化是一种缓变性地质灾害，属化学作用造成的土地退化，主要是由于气候、排水不畅、地下水位过高及不合理灌溉方式等因素相互叠加所造成。然而，沙漠一般不存在“地下咸水周期性地抬升并反复浸染地表”这样的条件。笔者在1999年就提出了沙漠人造海表层沙土“去盐碱化作用”的模型：即在水源有一定保证的前提下，盐水结晶将周期性地重复“盐类矿物质溶解——在水重力作用下垂直下渗——水分蒸发与盐类深部重结晶”过程。盐类反复溶解～反复结晶，使盐水含盐量越向下越浓，由盐水中自析的结晶物不断向下迁移并填补更下部的沙间空隙。结晶物（颗粒较大）受上层沙粒压制无法向上移动，而沙粒中的水分则可伴随蒸发作用、沿着沙间空隙向上运移。最后，在沙漠下层可形成巨厚的盐类沉积矿藏。同理，如果沙漠人造海能够使沙漠降雨量增加，也将有助于沙漠湖泊周边盐渍化沙地逐渐发生“去盐碱化作用”，植被逐渐生发，生态环境也将向良性方向转化。

无独有偶，中国科学院新疆生态与地理研究所周智彬等先生（2002）在《塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地对沙地盐分时空分布的影响》一文中，讨论了“去盐碱化作用”的实例。塔里木沙漠油田是21世纪我国石油生产的重要战略接替区，由于地处塔克拉玛干沙漠腹地，风沙危害严重。为保障油田基地生产和生活顺利进行，1994年起建成人工绿地35公顷和35.2公里的沙漠公路防护林。沙漠腹地没有淡水资源，绿地建设长期使用地下咸水灌溉。区内年平均气温12.4℃，一年中最热月为7月份，月平均气温28.2℃，最冷月为12月份，月平均气温-8.1℃，极端最高气温45.6℃，极端最低气温-22.2℃。年降水量11.05毫米，平均相对湿度29.4%，蒸发量为3638.6毫米，平均风速2.5米/秒，最大瞬时风速为20.0米/秒。地面景观为流动性高大复合沙垄。土壤特征随地貌不同而有所差异。绝大部分为流动风沙土，盐分含量为1.26～1.63克/公斤，在下层偶尔出现亚粘土，夹杂在风沙土中间，一般只有20～60厘米。自然植被种类贫乏，群落结构简单，盖度极低，绝大多数地区无植被分布。沙漠有植物种27种，沙漠腹地仅有植物9种。

人工绿地选用柽柳、沙拐枣、梭梭3类27种灌木为绿化树种，配置方式为行间混交，株行距为1米×1米。在丘间的粘土地，栽种耐盐碱的梭梭和柽柳；在流沙地配置具有良好固沙性能的沙拐枣和梭梭。灌溉方式采用滴灌或沟灌，灌溉周期为8～12天，灌水定额1000立方米/公顷。灌溉井水矿化度4.08克/升。“沙漠腹地人工绿地长期使用咸水灌溉，所携带的大量盐分在土壤中积聚或被迅速淋溶到土壤深层或地下水区域，土壤内水盐的运动异常迅速。”“随着土壤深度的增加，土壤盐分含量增加，但没有出现严重的积盐现象，但随着时间的推移，土壤各层盐分含量逐渐减少，盐分被淋溶到土壤下层或地下水。”“绿地植物均为耐盐、泌盐的灌木，从土壤中吸收了大量的盐分。土壤中的盐分在大量灌溉用水的淋溶下向下层移动。……大量的水分运移到200厘米以下，使得淋溶到下层的盐分难以返回。”

论文的结论是，塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地咸水灌溉“输入的盐分绝大部分渗漏到2米土体以下，这是植物能够在高矿化度盐水灌溉下正常生长的主要原因。另外，各层土体的盐分储量在平衡期内也发生了巨大的变化，其中2米土体的储盐量减少了125.1吨，2米以下的土体增加了79.9吨，与植物生长紧密相关的2米土体的盐分在平衡期内急剧减少，120～180厘米三层土层盐分储量减少达25～37吨，脱盐率达60%～70%，同时，各土层的全盐量也显著降低，各土层的全盐在0.5～0.9克/公斤之间，远低于土壤原始全盐1.26克/公斤的数值”。

所以，与多数人关心沙漠“水平渗透”不同的是，笔者更关心的是沙漠的“垂直渗透”问题。而“垂直渗透”，使一些人担心盐类会过度堆积的问题，变为多余。大家知道，沙漠是覆盖在广袤的基岩之上的，沙子再薄，可能也要厚达10余米（注释：如果构造盆地里沙子太厚，不宜作为人造海的选址地区）。渤海水输入构造盆地后，沙漠最初可能类似吸满水分的海绵，先形成大面积湿地而不是大面积湖泊。①引渤入疆的目的，就是要利用沙漠中大自然无偿赐予的太阳能，使海水蒸发，来改变沙漠的干燥环境。②沙子孔隙度大、垂直“渗透性极好”，沙漠构造盆地内沉积的盐类矿物质，会被调来的海水一再重复“盐类矿物质溶解——在水重力作用下垂直下渗——水分蒸发与盐类深部重结晶（去盐碱化作用）”过程，如此循环往复，最终在厚厚的沙层“中下部位”形成巨厚的盐矿。③海水蓄积区，水面、湿地及周边生长的耐盐植物群落，可以遏止沙尘暴。构造盆地内发生盐碱化的低洼沙地，盐类结晶后，结晶物与相邻的沙粒板结在一起，形成具有一定厚度、一定面积的“盐结皮”、“盐结壳”、“盐结壳层”，比普通流沙颗粒（重量）增大了几十倍到成百、成千倍，大风无法将其刮起。这就既固定了流沙，又减少了尘暴的物质来源。④大量蒸发的海水湿润了整个沙漠地区，甚至造成降雨（去盐碱化作用），增加了区内水资源总量，促使沙区生物的生存环境向良性方向转化。

渤海深深嵌入我国北方大陆540多公里，是大自然赐予中国的地利之源，有取之不尽的水资源。与国内其他跨流域调水方案不一样，西调渤海水不会改变我国陆地上任何一个地区原有水资源的数量，调水不会顾此而失彼，反而可为绿化西北沙漠、再造山川秀美的生态环境、遏止沙尘暴服务，为21世纪大力发展沙产业打下坚实的基础。

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