三、解决方案
如何恢复西北地区的水汽循环,彻底解决北方地区的干旱缺水,必须从三个方面考虑:一是准确把握大气环流的运行规律,掌握气流的运行方向和轨迹;二是根据气流的运行方向和轨迹为水汽循环创造最佳的运行条件和最好的运行效果,恢复该纬度正常的气候环境;三是为达到水汽循环的最佳效果,解决好足够的水源问题。
(一)、西北地区的大气环流分析
大气环流受热力气压带和动力气压带的双重影响。而热力气压带又受地球公转、大陆与海洋热力环流的双重影响;动力气压带又受地球自转和动力环流的双重影响。在这样复杂的背景下,影响我国西北地区大气环流的主要因素有:副热带高压的南北移动(地球公转、太阳南北摆动所致);夏季的亚洲(蒙古、印度)低压带与太平洋、印度洋高压带产生的东南气流和西南气流相互作用,具体表现为我国的东部区域以东南气流为主,西部区域以西南气流为主;冬季的亚洲(蒙古、西伯利亚)高压带与太平洋(阿留申)低压带产生的西北气流。根据研究人员长期的观察、统计,结合西北地区水土生态的历史变迁进行深入的研究和分析,发现西北地区空中的中层气流并不缺少水汽,并在复杂的气流相互作用过程中,全年形成夏季以西南风为主、冬季以西北风为主的气流运行规律。
(二)、西北地区干旱缺水的原因分析和解决方法
风云二号气象卫星水汽云图监测显示,在西北地区上空,中层气流并不缺少水汽,缺少水汽的只是由于地面的沙漠戈壁干旱缺水,致使低空气流干燥,迫使中层气流中的水汽无法形成有效降雨,即使在中层气流中形成了少量降雨,也在下落的过程中再度蒸发,化为乌有。所以,解决低空气流的干燥问题成为解决问题的关键。
解决方法:为促使中层水汽的凝结,形成有效的降雨,除了极为有限的人工增雨外,就是恢复西北地区的主要湖泊,让湖泊的强烈蒸腾湿润低空气流。湿润的低空气流就像人工增雨的催化剂一样,在一定的气候环境下,引导中层水汽的凝结,产生有效的降雨。降雨滋润大地,使得大地逐渐恢复植被,形成新的草原、森林和湖泊,从而更广泛的湿润低空气流,引导更广泛的中层水汽的更多凝结和降落,循环往复,逐渐引导西北地区进入良性的水汽循环。
由于水量有限,恢复西北地区的主要湖泊必须把有限的水量放在上风区域最为关键的位置,从而让上风区域逐渐滋润下风区域。在前面的研究中发现,西北地区夏季以西南风为主,冬季以西北风为主。所以,选择这些主要湖泊的地理位置非常关键,应该在西北地区西端的中间位置。在地图上,正好是以罗布泊为中心的地区。因此,打造以罗布泊为中心,结合柴达木西部、艾丁湖、哈密盆地为一体的湖泊群,打造该区域的绿地带,形成低空湿润的水汽屏障,引导该区域中层水汽的降落,并根据风向作用,自然的逐步向东推移到黑河流域、石羊河流域、黄河流域,逐步恢复这些下风区域的植被、河流和湖泊(居延海、潴野泽、吉兰泰……),形成有效的水汽循环,恢复该纬度地区原本的气候环境,从而逐步解决整个西北地区乃至整个北方地区的缺水问题。
为什么在古代的西北地区,包括北方地区都不至于严重缺水,就是因为古代的西北地区湖泊星罗棋布,森林、草原等植被茂盛,形成了较好的低空湿润环境,能够引导大气中层水汽的降落,形成有效的降雨。打破这个平衡的自然原因是昆仑山脉、喜马拉雅山脉、帕米尔高原的快速隆起,阻挡了印度洋暖湿气流的进入,相对减少了西北地区上空的水汽含量;人为原因是,长期以来,人类对森林、草原、湖泊的过度索取,导致了森林毁坏、草原退化、湖泊干枯,沙漠戈壁扩张蔓延,低空气流干燥,无法形成有效的降雨。以上自然和人类两方面相互作用的结果,导致了西北地区水土生态和区域气候的恶性循环。
问题的原因找到了,解决问题的方法也找到了,恢复以罗布泊为中心的湖泊群及其周边的绿地带,需要多少水量?水从哪里来?这是摆在人们面前的客观问题。
(三)、解决西北地区干旱缺水的必要水量及水源
1、必要水量
罗布泊:根据罗布泊最为明显的湖岸线痕迹来看,海拔810米左右,是罗布泊水位比较稳定,而且持续时间比较长久的湖水水位。当罗布泊的湖面海拔在810米时,湖水面积大约26000平方公里。水位稳定后按年均净蒸发量1.3米计算,年需净输入水量338亿立方米,折合年均流量1072立方米/秒。
艾丁湖:湖面海拔-100米,湖水面积1450平方公里,稳定后年均净蒸发量2米,年需净输入水量29亿立方米,折合年均流量92立方米/秒。
哈密盆地:湖面海拔240米,湖水面积2000平方公里,稳定后年均净蒸发量1.8米,年需净输入水量40亿立方米,折合年均流量127立方米/秒。
柴达木西部:水面海拔2730米,湖水面积3000平方公里,稳定后年均净蒸发量1米,年需净输入水量30亿立方米,折合年均流量95立方米/秒。
以上合计为年需净输入水量437亿立方米,折合年均流量1386立方米/秒 。
2、水源区及可调水量
通天河:直门达水文站年均流量384立方米/秒,金沙江岗托水文站年均流量529立方米/秒。在直门达下游的四川石渠县奔达乡岛结村下游筑坝截水,调取通天河年均流量400立方米/秒。
澜沧江:上游主要支流扎曲年均流量310立方米/秒,昂曲年均流量170立方米/秒。在西藏昌都市上游澜沧江的两大主要支流筑坝截水,调取澜沧江年均流量380立方米/秒。
怒江:嘉玉桥水文站年均流量764立方米/秒。在西藏洛隆县俄西乡与丁青县交汇处的擦塘筑坝截水,调取怒江年均流量650立方米/秒。
以上合计可调水量为年均1430立方米/秒。减去调水途中少量的蒸发水量,基本可以满足罗布泊及其周边四大湖泊入湖水量年均1386立方米/秒的正常需求。
(四)、调水路径及工程量
从怒江擦塘开始筑坝调水,以水库加隧道的自流方式,连通澜沧江支流昂曲、扎曲,再自流到通天河的奔达。水到奔达后,有三种方式进入柴达木盆地。一是直接打通306公里的巴颜喀拉山、布青山隧道,隧道从黄河源鄂陵湖的地下穿过,自流进入柴达木河上游的托索河;二是在通天河上筑三梯级大坝,通过三梯级大坝提水后,在曲麻莱县秋智乡的通天河上打通152公里的昆仑山隧道,自流进入格尔木河上游的舒尔干河;三是在通天河上筑三梯级大坝,再在通天河支流德曲筑坝,通过四梯级大坝提水后,在德曲支流日阿吾曲与扎阿陇交汇处打通88公里的巴颜喀拉山隧道,自流进入黄河鄂陵湖,再打通26公里的布青山隧道,自流进入柴达木河上游的托索河。由于第二种、第三种调水方式在《问水大西北》中均有阐述,在此不再重复,本文仅以第一种方式为例进行具体阐述。
1、怒江擦塘大坝:在西藏洛隆县俄西乡与丁青县交汇处的擦塘下游1.2公里的怒江峡谷筑坝截水,坝底海拔3350米,坝顶海拔3630米,坝高280米,浇筑大坝钢筋混凝土733.3万立方米。最高蓄水位3620米(边坝县沙丁乡怒江桥下位置)。
2、怒江至桑多隧道:在擦塘大坝上游2.5公里处的东边山坡,海拔3583米处开凿隧道,直通丁青县桑多乡怒江支流达(打)曲海拔3576米处,隧道长35.1公里,挖掘隧道土石方873万立方米,隧道内壁加固钢筋混凝土167.6万立方米。
3、桑多至昂曲隧道:紧接着怒江至桑多隧道继续向昂曲开凿隧道,直通类乌齐县伊日乡刀赛自然村昂曲上游的吉曲海拔3558米处,隧道长89公里,挖掘隧道土石方2213.6万立方米,隧道内壁加固钢筋混凝土425.1万立方米。
4、昂曲芒达大坝:在昌都市芒达乡下游4公里的昂曲峡谷筑坝截水,坝底海拔3440米,坝顶海拔3600米,坝高160米,浇筑大坝钢筋混凝土240万立方米。最高蓄水位3595米。
5、昂曲至扎曲隧道:在芒达乡东边2.3公里山沟,海拔3558米处开凿隧道,直通昌都市柴维乡上游6.5公里扎曲的西岸山沟海拔3553米处,隧道长25.6公里,挖掘隧道土石方803.8万立方米,隧道内壁加固钢筋混凝土152.7万立方米。
6、扎曲柴维大坝:在昌都市柴维乡上游4.8公里的扎曲峡谷筑坝截水,坝底海拔3420米,坝顶海拔3600米,坝高180米,浇筑大坝钢筋混凝土283.5万立方米。最高蓄水位3590米。
7、扎曲至金沙江隧道:在扎曲上游的子曲,海拔3553米处开凿隧道,直通石渠县奔达乡对面山沟海拔3538米处,隧道长72.2公里,挖掘隧道土石方3048.8万立方米,隧道内壁加固钢筋混凝土565.9万立方米。
8、通天河岛结大坝:在石渠县奔达乡岛结村下游0.8公里的通天河峡谷筑坝截水,坝底海拔3390米,坝顶海拔3580米,坝高190米,浇筑大坝钢筋混凝土388.5万立方米。最高蓄水位3572米。
以上八个工程,都在《问水大西北》第一调水方案有详解。补充的只是下面一条。
9、通天河至托索河隧道:在直门达大桥上游3公里,海拔3538米处开凿隧道,直通都兰县沟里乡托索河海拔3475米处,隧道长306公里,挖掘隧道土石方17710.2万立方米,隧道内壁加固钢筋混凝土3124.2万立方米。
至此,从怒江开始调水,经过澜沧江的昂曲、扎曲,通天河,一直到柴达木河上游的托索河,形成以水库加隧道,并且隧道均在水库水平面以下的方式进行连通,隧道分为五段,总长为527.9公里,水位落差108米,隧道平均降坡为万分之二,每个隧道口上方可调节水位20米左右,隧道内平均流速3米/秒。工程量方面,水坝、隧道内壁钢筋混凝土总量为6080.8万立方米,挖掘隧道土石方量为24649.4万立方米。钢筋混凝土按700元/立方米,隧道土石方按600元/立方米计算,该主体工程费用为1904.62亿元。
通过以上调水工程,加上每个水源区上游年调节水库的建设,将顺利实现怒江、澜沧江、通天河年均流量1430立方米/秒的水全程自流进入柴达木盆地。
(五)、调水工程的直接经济效益
充分利用托索河隧道出水口海拔3475米,到柴达木西部湖水水面海拔2730米的落差,到罗布泊湖水水面海拔810米的落差,到哈密盆地湖水水面海拔240米的落差,到艾丁湖湖水水面海拔-100米的落差进行发电,其直接经济效益非常显著。
1、托索河隧道口至柴达木西部段:柴达木西部湖水水面海拔2730米,以万分之一升坡沿柴达木盆地南沿修水渠500公里到托索河下游的柴达木河海拔2780米处。利用托索河隧道出水口海拔3475米到柴达木河海拔2780米的落差,再减去100公里的水头损失20米,可利用水头落差675米;减去水源地水库蒸发年均流量30立方米/秒,实际调水量年均1400立方米/秒计算,可利用水能926.1万千瓦。
2、柴达木西部至罗布泊段:落差2730-810-30(水头损失)=1890米,水量1400-95-10(水渠蒸发)=1295立方米/秒,可利用水能2398.6万千瓦。
3、罗布泊至哈密盆地段:落差810-240-30(水头损失)=540米,水量127立方米/秒,可利用水能67.21万千瓦。
4、罗布泊至艾丁湖段:落差810-(-100)-30(水头损失)=880米,水量92立方米/秒,可利用水能79.34万千瓦。
以上可利用水能合计为3471.25万千瓦。按有效功率85%计算,每年可获得清洁水能发电量为2585亿度,按每度电价0.5元计算,每年可获得发电收益1292.5亿元。
前面预算到,从怒江调水到托索河隧道口的主体工程费用为1904.62亿元。整个工程包括水源区上游的年调节水库建造费用,托索河隧道口后面的水电工程及输水渠道、隧道费用,有关的附属工程费用,以及移民搬迁费用(工程基本都在无人区,移民搬迁费用极少),所有的工程费用加起来预计不会超过5000亿元。仅利用水能发电收益,5年左右即可收回全部投资,5年之后的发电收益及调水产生的生态效益、社会效益都是纯赚。