張洪泉

(美國塔爾薩大學 石油工程系，美國 俄克拉荷馬州)

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羅布泊如何重生
——塔里木盆地水循環(huán)自動穩(wěn)定機制探析

張洪泉

(美國塔爾薩大學 石油工程系，美國 俄克拉荷馬州)

分析有關羅布泊的文獻，發(fā)現(xiàn)塔里木盆地水循環(huán)有一個很強的自動穩(wěn)定機制，并證實有一系統(tǒng)平衡蒸發(fā)率(SEER)存在于這個循環(huán)之中，它對應于盆地頂部空氣濕度與周圍大氣的平衡狀態(tài)。當系統(tǒng)蒸發(fā)率因可蒸發(fā)水量(或水蒸發(fā)面積)變化而偏離SEER，會隨即引起很強的降水負反饋相應，使系統(tǒng)水量恢復，進而使系統(tǒng)蒸發(fā)率自動回到SEER，同時系統(tǒng)降水率也回到平衡狀態(tài)并與SEER相等。系統(tǒng)內河流的年徑流量及整個水循環(huán)過程都受制于SEER，它是一個剛性約束。這一穩(wěn)定機制解釋了羅布泊為什么消失、現(xiàn)有治水實踐為什么沒有效果，也確定了盆地內的生態(tài)保護原則與其它地方截然不同。并進一步提出了了塔里木盆地內西部造水、東部蒸發(fā)的一些具體方法，可使羅布泊恢復到其全盛景況，再度成為滋潤大西北的蒸汽噴泉。

羅布泊；塔里木盆地；水循環(huán)；穩(wěn)定機制

一、羅布泊之謎

在露天的室外放置一個盆，下雨時它會存水，甚至充滿而外溢，晴天時盆內的水則會因蒸發(fā)而減少，甚至枯干。如果無論晴雨盆里的水量不變，是不是很奇怪？這正是發(fā)生在塔里木盆地的事情。

塔里木盆地內的降水自周圍高山而下，數(shù)條河流或匯于塔里木河，或直接流入，最后到達(未干時的)羅布泊(見圖1)。其西岸的樓蘭臨近塔里木河出口，《漢書》描述那里是“水大波深必汛”，但羅布泊卻是“廣袤三百里，其水亭居，冬夏不增減”。樓蘭古城歷經(jīng)八百多年，為絲綢之路咽喉。

圖2是塔里木盆地內的水循環(huán)示意，羅布泊地勢最低，位于地表水循環(huán)的末端，它面積浩瀚，最大時曾近萬平方公里，最深處卻只有幾米，按比例相當于一張A4紙厚度的十分之一，是一片近乎完美的平地，所以其面積對水量變化非常敏感。鑒于其水面的穩(wěn)定，古人以為羅布泊水潛行地下，南出積石山，為黃河之源，但實際上羅布泊沒有出口，進入的巨大水量顯然是被蒸發(fā)進入大氣。接下來水蒸汽或飄到盆地外邊、或飄到盆地周圍山脈凝結形成降水，降水經(jīng)綠洲、河道又進入羅布泊，完成循環(huán)。塔里木盆地與外界的交換則是通過水蒸汽和雨云的飄入和溢出，在定常狀態(tài)下出入相等。羅布泊面大水淺，水溫顯著高于深水湖泊，在太陽的照射下，是理想的水蒸發(fā)條件，以致能緩沖進入湖中的季節(jié)性洪水。但有意思的是，在進水流量較小的時候，水面也能保持，沒有顯著減小，這樣的情況持續(xù)幾千年而不變，說明在這個水循環(huán)系統(tǒng)中存在著一個自動穩(wěn)定機制?？墒牵_布泊雖幾千年未曾干涸，卻在上世紀六七十年代突然消失，留下一個神秘的耳狀印記(見圖3)，被稱“地球之耳”，像是提醒著什么。

圖1 塔里木盆地河流分布

圖2 塔里木盆地水循環(huán)示意

圖3 羅布泊干涸過程中形成的耳狀印記

圖4中紅線代表塔里木盆地總人口變化，藍線是不同時代羅布泊水面積的估算，從中不難看出羅布泊干涸的原因，上世紀五十年代之后的人口迅猛增長，正好與羅布泊的干涸時間相對應。這說明伴隨人口劇增，各種用水的增加導致羅布泊干涸，接下來塔里木河斷流長度的逐年增長也印證了這一點。然而羅布泊“冬夏無增減”說明系統(tǒng)能緩沖水流量波動，但為什么上游取水增加會導致羅布泊干涸呢？

圖4 塔里木盆地人口和羅布泊水面積變化

圖5 空氣濕度隨高度變化

二、水循環(huán)穩(wěn)定機制

看來塔里木盆地的水循環(huán)穩(wěn)定機制與水蒸發(fā)率有關。不但羅布泊年蒸發(fā)量大，整個盆地內的年蒸發(fā)量也高達2 500-3 400 mm。水蒸發(fā)率決定了大氣中的空氣濕度，圖5是位于同一緯度的全球平均濕度在大氣中的分布，濕度隨著高度增加而降低，但即使在很高的大氣之中，濕度仍然存在并且決定著遠距離的水分對流傳遞。

以下是盆地內水循環(huán)穩(wěn)定機制的解釋。如圖6所示，假設盆地四周被山脈或高原環(huán)繞，日照造成表面水蒸發(fā)，盆地內每年的表面水蒸發(fā)量可稱為系統(tǒng)蒸發(fā)率(System Evaporation Rate-SER)，與之對應的是系統(tǒng)的年降水量(System Annual Precipitation-SAP)。當SAP大于SER，系統(tǒng)內的水量就增加，反之則減少。當盆地頂部的年均等濕度面平坦，盆地和外界在空中的水交換平衡，盆地內的水量不變，這時的SER稱為系統(tǒng)平衡蒸發(fā)率(System Equilibrium Evaporation Rate-SEER)，與之對應相等的是系統(tǒng)平衡年降水量(System Equilibrium Annual Precipitation-SEAP)。如地面上沒有水輸入或輸出，則有：

圖6 系統(tǒng)蒸發(fā)處于平衡狀態(tài)

圖7 系統(tǒng)蒸發(fā)率(水量)太高造成蒸汽溢出

外部的天氣條件可能會導致暫時的異常水量進入盆地。當盆地內的表面可蒸發(fā)水量多于平衡狀態(tài)水平，由于當?shù)貜姶蟮恼舭l(fā)能力，系統(tǒng)蒸發(fā)率(SER)就會高于系統(tǒng)平衡蒸發(fā)率(SEER)，這使得蒸汽循環(huán)系統(tǒng)膨脹(如圖7所示)，盆地上空的濕度就會比周圍高，等濕度面則會凸起，導致水蒸汽從盆地向外邊溢出，使系統(tǒng)內降水(SAP)減少，進而表面可蒸發(fā)水量減少，SER就會回落，向SEER逼近。

相反，如果由于某種原因，使盆地內的表面可蒸發(fā)水量少于平衡狀態(tài)水平，系統(tǒng)蒸發(fā)率(SER)就會低于系統(tǒng)平衡蒸發(fā)率(SEER)，這使得蒸汽循環(huán)系統(tǒng)縮小(如圖8所示)，盆地上空的濕度就會降低，等濕度面則會凹陷，造成水蒸汽從盆地外邊向內部傳遞，使系統(tǒng)內降水(SAP)增加，進而表面可蒸發(fā)水量恢復，SER就會回升，向SEER逼近。

圖8 系統(tǒng)蒸發(fā)率(水量)太低導致水蒸汽傳入

SEER取決于盆地周圍的大氣濕度，其年均值是一個常數(shù)，是盆地水循環(huán)的一個剛性約束，它的作用像是一個支點(如圖9所示)，如果蒸發(fā)率因系統(tǒng)水量變化而失衡，就會使降水率朝相反方向偏離，從而使系統(tǒng)水量恢復，使蒸發(fā)和降水很快回到平衡狀態(tài)。

圖9 系統(tǒng)蒸發(fā)、降水和水量處于平衡狀態(tài)

假設系統(tǒng)內的不可蒸發(fā)水(例如地下水，深水，高海拔水等)不變，只有系統(tǒng)的表面可蒸發(fā)水量(VSW)會受蒸發(fā)和降水的影響，其變化率是SAP與SER之差：

以VSEW代表平衡狀態(tài)下系統(tǒng)可蒸發(fā)水量，當VSW大于VSEW時，則會引起以下響應：

這一負反饋自動穩(wěn)定過程也可用圖10來說明，若VSW太大，則使蒸發(fā)率增加(SER>SEER)，進而使上部等濕度面凸起，使水蒸汽溢出，系統(tǒng)降水率減少(SAP

圖10 系統(tǒng)可蒸發(fā)水量太多

當VSW小于VSEW時，則會引起以下響應：

這一負反饋自動穩(wěn)定過程也可用圖11來說明，若VSW太小，則使蒸發(fā)率降低(SER SEER)，蒸發(fā)和降水的反向變化使系統(tǒng)水量很快恢復到其平衡狀態(tài)。

圖11 系統(tǒng)可蒸發(fā)水量太少

總之無論VSW向哪個方向偏離，都會引起強烈的負反饋相應，使它很快恢復到VSEW，且正好對應于SEER?？梢娤到y(tǒng)水循環(huán)是自動穩(wěn)定在SEER(如圖12所示)。

圖12 系統(tǒng)可蒸發(fā)水量處于平衡狀態(tài)

實際上系統(tǒng)內的水蒸發(fā)面積(AWS)是與系統(tǒng)蒸發(fā)率關系更直接的參數(shù)，它與系統(tǒng)內的水量有關，但不一定是線性關系。AWS與溫度、濕度、對流等因素一起決定了系統(tǒng)蒸發(fā)率(SER)，SER隨AWS增大而上升，開始時較快，接下來會放緩，因為隨著蒸發(fā)率的上升，系統(tǒng)內的濕度也會上升，從而減緩SER隨AWS上升的陡度。系統(tǒng)降水率(SAP)則會隨AWS增加而下降，當AWS很小時，因著蒸發(fā)率小，盆地頂部的等濕度面凹陷，SAP會很高。隨著AWS的增大，SER上升，等濕度面凹陷變平，甚至凸起，使水蒸汽輸入變?yōu)橐绯觯瑒tSAP下降。和SER的陡度變緩一樣，SAP隨AWS下降也是非線性的。

假設其它因素不變，圖13所示為SER和SAP隨AWS的變化趨勢，系統(tǒng)會自動穩(wěn)定在SER和SAP的交點上，對應于SEER和系統(tǒng)平衡水蒸發(fā)面積(AWES)，以及系統(tǒng)平衡可蒸發(fā)水量(VSEW)。

圖13 SER和SAP隨AWS的變化及自動穩(wěn)定點(SEER，AWES)

這種水循環(huán)的自動穩(wěn)定機制必然也存在于世界上其它的盆地之中，其強弱取決于盆地幾何形狀與大小，系統(tǒng)內部的水循環(huán)也受外部濕度及氣候事件的影響，但這一自動穩(wěn)定機制就想一只無形的手，起著持續(xù)牽制作用，使系統(tǒng)向其穩(wěn)定點靠攏。

現(xiàn)在塔里木盆地的河水年徑流量大約是370億立方米，SEER會高于河水徑流量，因為一部分水在未到河流之前蒸發(fā)，也有很多小溪直接流入沙漠，未被計入河流徑流量。但兩者應成比例。近五十年塔里木盆地內的總年徑流量穩(wěn)定并略有增長，與全球氣候變暖有關，因為溫度增加使大氣層中的濕度增加，塔里木盆地的SEER也會增加，進而造成河流徑流量的增加，值得注意的是同期黃河的年徑流量卻是呈下降趨勢。

三、水輸出與輸入

由于盆地系統(tǒng)內部的水循環(huán)是自動穩(wěn)定在系統(tǒng)平衡蒸發(fā)率(SEER)上，如果從系統(tǒng)向外部輸水(Water Output Rate-WOR)，系統(tǒng)會自動增加降水率以維持SEER不變，

SAO=SEER+WOR。

如圖14所示當有水從系統(tǒng)輸出時，SAP曲線會向上平移WOR。這樣河流徑流量就會增加，意味著盆地具有造水的功能。

圖14 從盆地向外部輸水使降水率增加

盆地的造水機制也可用圖15來解釋，當從盆地向外部輸出水流量WOR時，因為自動穩(wěn)定機制會使蒸發(fā)率鎖定在SEER，所以盆地內的降水率必須也同樣增加WOR以彌補輸出的水流量，使盆地內的可蒸發(fā)水量(或水蒸發(fā)面積)不變，以維持系統(tǒng)蒸發(fā)率平衡。理論上盆地頂部的等濕度面應有稍許凹陷，以維持水蒸汽凈傳入WOR，但大氣環(huán)流造成的對流交換非常強烈，并且質量傳遞的面積是如此巨大，所需濕度梯度接近于零，等濕度面凹陷則微乎其微。

圖15 降水率增加與輸出水流量相同

相反，如果人為向系統(tǒng)內部輸水(Water Input Rate-WIR)，系統(tǒng)會自動減少降水率以維持SEER不變，

SAP=SEER-WIR。

如圖16所示，當有水輸入到系統(tǒng)時，SAP曲線會自動向下平移WIR。這樣河流徑流量就會減小，所以向系統(tǒng)內輸水并不能增加系統(tǒng)內的水量。

圖16 從外部向盆地內輸水使降水率減少

這種看似違背常理的現(xiàn)象也可用圖17來解釋，當從外部向盆地內輸入水流量WIR時，因為自動穩(wěn)定機制會使蒸發(fā)率鎖定在SEER，所以盆地內的降水率必須減少同樣的值WIR以接納輸入的水流量，使盆地內的可蒸發(fā)水量(或水蒸發(fā)面積)不變，以維持系統(tǒng)蒸發(fā)率平衡。盆地頂部的等濕度面也會有稍許的凸起以維持一個水蒸汽凈輸出WIR。

圖17 降水率減少與輸入水流量相同

當系統(tǒng)的水蒸發(fā)面積對于系統(tǒng)內的水量不敏感時，則負反饋響應微弱，就不能使這一自動穩(wěn)定機制發(fā)揮作用，這樣的情況發(fā)生在面積小而深度大的盆地湖泊中，如美國加州的太浩湖(Lake Tahoe)和以色列的死海(Dead Sea)。

太浩湖水很深，水面海拔高(1 897米)，溫度低，其水蒸發(fā)面積(AWS)小于平衡水蒸發(fā)面積(AWES)，使得系統(tǒng)蒸發(fā)率(SER)小于系統(tǒng)平衡蒸發(fā)率(SEER)，其上方的濕度就會低于周圍環(huán)境的濕度，在盆地的上面形成一個等濕面凹陷，使水蒸汽進入，形成大于SER的降水率(SAP)(如圖18所示)，其差別就是Truckee河流出的流量。

圖18 美國加州太浩湖示意

相反，位于以色列的死海水面海拔低(-427米)，溫度高，AWS大于AWES，造成SER大于SEER，使其上方的濕度高于周圍大氣的濕度，在盆地的上面形成一個等濕面凸起，使水蒸汽溢出，則 SAP小于SER(如圖19所示)，其差別就是約旦河流入的流量。

實際上現(xiàn)在的地中海也和死海的情況相似，蒸發(fā)率大于降水率，所以外部的水通過直布羅陀海峽，源源不斷的流入地中海，以補充蒸發(fā)和降水之差。但在約五百萬年以前，地中海曾經(jīng)干涸，那時那里是一個巨大的盆地，其中的水循環(huán)也一定受上述自動穩(wěn)定機制的制約。黑海的情況與地中海相似，但它的降水大于蒸發(fā)，所以水是通過土耳其海峽流入地中海。里海的情況也與死海相似，只是其周圍流入的河流水量充沛，使它能夠保持較穩(wěn)定的水位，但是這種穩(wěn)定實際上非常脆弱，如果有河流被引到其它地方，則會造成里海水位降低，水位降低又會造成水面溫度升高，使蒸發(fā)率增加，這樣可能會進入一個無法逆轉的趨勢，使里海很快干涸，成為塔里木這樣的沙漠盆地。

圖19 以色列死海示意

還有些盆地是既有河流入又有河流出，像四川盆地，則要根據(jù)水的凈流入量來確定是那一類型。表1歸納了各種盆地水循環(huán)的穩(wěn)定機制。

四、SEER為許多疑問提供了答案

塔里木盆地水循環(huán)自動穩(wěn)定機制的揭示，可以使所有過去的疑團得到合理的解釋，以下是幾個例子。

1.庫車洪水

1958年8月13日新疆天山中部南麓發(fā)生了歷史上罕見的大洪水，洪水之后羅布泊水面達5 350平方公里，但不到三年就完全干掉，令人不解。基于上述原理就很容易解釋，洪水之后SER大于SEER，系統(tǒng)的穩(wěn)定機制自動降低SAP，使來水減少甚至中斷，湖水因沒有補充而很快干涸。

表1 各種盆地水循環(huán)穩(wěn)定機制類型歸納

2.樓蘭興衰

樓蘭古城曾經(jīng)是絲綢之路上最繁華的咽喉城市，顯然絲綢之路的興起也使當?shù)厝丝谠黾樱嫌紊ＰQ、農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展擠占羅布泊周圍的水面積，以致水退沙進，使賴以生存的田地干旱最終使樓蘭難以為繼，這恐怕是樓蘭消失的根本原因。

3.斷流增長

塔里木河斷流長度的逐年增加，是因為上游蒸發(fā)率增加造成的，而不是因為來水減少。向塔里木河下游斷流河段輸水沒有效果，也是因為受到SEER的剛性限制。

4.徑流量穩(wěn)定

塔里木盆地河流年徑流量非常穩(wěn)定，且略有增加，但黃河的流量卻在減少。這說明塔里木盆地內的水循環(huán)穩(wěn)定在SEER，基本不受外界影響，而黃河徑流量減少則可能是受塔里木盆地內水體西移的影響。

5.地下水豐富

塔克拉瑪干沙漠歷史漫長，卻有豐富的地下水，是因為地下水不受蒸發(fā)的影響。

五、塔里木造水機制

1.吸入與溢出

一個盆地內的表面可蒸發(fā)水量(或水蒸發(fā)面積)和周圍山脈的分布很少是均勻的，塔里木盆地南、北、西三面的山峰都很高，而東面的山嶺卻很低，留出一個開口。盆地周圍的山脈越高，則受外部低空氣流的影響越小，自動穩(wěn)定的機制越強。相比之下，塔里木盆地中西部的自動穩(wěn)定性最強，而東部比較弱一些。水在盆地內的不均勻分布會造成水蒸發(fā)的不均衡，進而引起盆地上空水蒸汽輸入和輸出的不均衡，雖然在平衡狀態(tài)下輸入和輸出相等，但不均衡水分布會造成水蒸汽從一邊被吸入、在另一邊被溢出。

圖20所示，顏色由藍到紅代表從海拔500米到5 000米的變化?？梢钥闯鏊锬九璧氐男螤罹拖袷且粋€水囊，而羅布泊位置奇特，正處于盆地的出口位置，在它的東面就是黃土高塬和漫漫的戈壁沙漠，在古代時大量的水流到羅布泊，蒸發(fā)后播灑到周圍地區(qū)，滋養(yǎng)著大西北的生態(tài)，但現(xiàn)在水卻流不到這里，使這個水囊失去了它原有的功能。

圖20 塔里木盆地形狀與羅布泊位置

圖21 現(xiàn)代塔里木盆地水蒸汽循環(huán)示意

由于羅布泊的干涸以及河川斷流，水蒸發(fā)往西面河流的源頭附近移動，塔里木盆地變得東邊越來越干燥，而西邊蒸汽循環(huán)越來越強，其結果就像圖21所示，在盆地上空形成一個起伏的等濕度面，東邊凹陷，在羅布泊附近形成一個水蒸汽漏斗，造成水蒸汽從東部吸入。同時，等濕度面卻在西部凸起，使水蒸汽從中西部溢出。

在漢代羅布泊豐盈的時候，情況則是完全相反，巨大的面積，極淺的水深，強烈的日照，使它產(chǎn)生巨量的水蒸汽(大于黃河2/3的流量)，相對而言，盆地中西部更干燥些。這樣在羅布泊上空等濕度面就向上凸起，而在中西部等濕度面則向下凹陷，結果導致水蒸汽從中西部吸入，從東部溢出(如圖22所示)。水蒸汽的溢出部分不參與盆地內部的蒸汽循環(huán)，因此這一部分蒸發(fā)量不受系統(tǒng)平衡蒸發(fā)率(SEER)的限制，是額外的。同時系統(tǒng)的降水會相應增加，增加的部分即是水蒸汽從另一端的吸入，與溢出率相同(如圖23所示)。

圖22 漢代塔里木盆地水蒸汽循環(huán)示意

圖23 漢代塔里木盆地水蒸汽循環(huán)示意

因羅布泊在塔里木盆地的出口，雖然一部分水蒸汽會飄回盆地內，但借著時常刮來的西北風，大部分水蒸汽會飄向東部戈壁沙漠，滋養(yǎng)中國西北、北方地區(qū)，甚至蒙古，提高當?shù)乜諝鉂穸?，增加降雨，滋潤生態(tài)。可以說，羅布泊原是中國西北的一個巨大蒸汽噴泉，但現(xiàn)在卻完全干涸，更糟糕的是它已變成一個蒸汽陷阱。這樣看來，中國北方，尤其西北的生態(tài)惡化、干旱加重、沙塵暴頻發(fā)，與羅布泊的消失有直接關系，而不是受青藏高原隆起的影響。羅布泊的消失是西北干旱的原因，而非其結果。

所以，羅布泊的復興是必須要做的事，并且刻不容緩。如何實現(xiàn)？首先需要充分認清塔里木盆地內水循環(huán)的自動穩(wěn)定機制和系統(tǒng)平衡蒸發(fā)率(SEER)這一剛性約束。這個機制決定了塔里木盆地內的生態(tài)保護的作法與其它地方完全不同，例如擴大森林、草場、濕地、水面在這里完全起不到改善生態(tài)的效果，而是起反作用的。在這一原理基礎上，就可規(guī)劃出清楚可行的方案，一經(jīng)實施，會即刻見到效果。

2.倍增效果

以現(xiàn)在塔里木盆地河流徑流量370億立方米作為參照，因為河流徑流量是由系統(tǒng)平衡蒸發(fā)率(SEER)決定的，可以假定無論水體在盆地內怎樣分布，都需要370億立方米的水在盆地內蒸發(fā)循環(huán)，以保持系統(tǒng)平衡，這樣如果有170億立方米的水在塔里木盆地中西部蒸發(fā)并在內部循環(huán)，考慮到羅布泊的位置是在盆地的出口，假設羅布泊及周圍的蒸汽有一半即約200億立方米飄向周圍地區(qū)，這部分蒸汽不占有系統(tǒng)平衡蒸發(fā)率(SEER)，蒸汽的另一半200億立方米水飄回盆地作為內部循環(huán)，則盆地河流徑流量自動增加到570億立方米，相當于黃河徑流量，羅布泊及周圍的總水蒸發(fā)率是大約400億立方米。

再以樓蘭全盛時代作為參照，當時羅布泊面積接近10 000平方公里。以此為目標，如果假設將來羅布泊周圍的淡水湖、生態(tài)環(huán)境和人口經(jīng)濟規(guī)模也有10 000平方公里的當量水蒸發(fā)面積，并且假設每年的蒸發(fā)量為2 000 mm(塔里木盆地年均蒸發(fā)量是2 500-3 400 mm)，則總蒸發(fā)量大約為400億立方米。保守的估算，當羅布泊復興之后，它會提供大約200億立方米的水蒸汽給西北地區(qū)，大于黃河1/3的徑流量。如果考慮到當?shù)氐娘L多是由西北吹向東南，水蒸汽的輸出可能會達到黃河流量的一半。這些水蒸汽灑播在大氣中，使周圍的降水增加，降水增加又會使當?shù)乜諝鉂穸仍龃螅纬闪夹匝h(huán)，這樣逐漸擴散開去，影響可至數(shù)千里之外，其效果要比地面河流輸水好很多，并且會增加黃河的徑流量。結合當?shù)氐恼{、蓄治理，中國西北、北方的生態(tài)可望很快大大改善。

羅布泊復興之后，從塔里木盆地刮出的風沙會得到有效抑制，大的沙粒會沉降在羅布泊周圍，不再被重新卷起，微細的沙塵則會在大氣中作為凝核，起到人工降雨的作用。因著羅布泊的有效過濾，中國北方沙塵暴的頻率和強度會大大降低。

盆地的水循環(huán)自動穩(wěn)定機制，可作為定量規(guī)劃、施工和管理的基礎。羅布泊開始有水之后，河流徑流量就會增加，增加的量即是飄灑到外部的水蒸汽量。只要不在中西部蒸發(fā)，塔里木盆地的水取之不盡、用之不竭。待羅布泊恢復之后，可將塔里木盆地內的水通過河西走廊引致甘肅、內蒙、寧夏等地，惠及周圍地區(qū)。也可以把吐魯番盆地的水引到戈壁灘，引多少水，盆地的河流徑流量就增加多少。

隨著羅布泊的復興，古城樓蘭可望再度綻放輝煌，塔里木河下游、羅布泊周圍土壤肥沃，陽光充裕，是種植優(yōu)質瓜果和其它經(jīng)濟植物的理想條件，當?shù)厣鷳B(tài)發(fā)展可自羅布泊向西逐步拓展，最后達到一個平衡狀態(tài)，也就是中、西部的蒸發(fā)率不可能再減少的時候。

以下所提到的羅布泊復興措施可成為大西北經(jīng)濟增長的發(fā)動機，河道改造需要大量的鋼筋水泥預制管，當下鋼鐵、水泥過剩，油價走低，是一個天賜良機。結合一帶一路的大戰(zhàn)略，羅布泊的復興可使大西北風調雨順，成為宜居繁榮之地。

六、羅布泊復興措施

首先來看一下塔里木盆地的水使用效率，以色列每年可用水大約是18億立方米，現(xiàn)在塔里木盆地的每年可用水是370億立方米，以色列2014年的GDP大約是3 000億美元，而塔里木盆地2014年GDP大約為600億美元，所以如果假設以色列用水效率是100%，則塔里木盆地的用水效率為1%，絕大部分水資源被無效蒸發(fā)了。所以塔里木盆地的水資源潛力巨大，關鍵是要走對路。

羅布泊復興的中心思路是西部造水，東部蒸發(fā)，極力降低塔里木盆地中西部的水蒸發(fā)率，在當?shù)匦纬筛痈稍锏沫h(huán)境，在上方大氣中制造一個等濕度面的凹陷，以吸入周圍的水蒸汽。只要中西部水蒸發(fā)率降下來，水自然就會流到羅布泊。以下略談幾個應該采取的措施，這些措施沒有技術障礙，工程進度可分步實施，每一步實施后都會馬上呈現(xiàn)效果。開始可以快上，最后視需要細調。

1.河走地下

塔里木盆地河流的特點是，面大，彎曲，經(jīng)常改道，所以造成大面積的濕地，蒸發(fā)大量的水(如圖24所示)。首先把所有的河道疏浚取直，加深縮窄，使水表面積盡可能小。同時在河兩側分步鋪設多條與河水同樣高的輸水管(如圖25所示)，輸水管可用大直徑水泥管，銜接不需密封，因為漏到周圍地下的水并不會被直接蒸發(fā)。管道上面覆蓋一定厚度的土層后可種樹或其它低水耗植物。河道底部修一方槽，平時大部分水在管道內流動，只有少部分水在河道底部流動，但若有洪水則可通過河道泄下。輸水管道可自河道向外逐條鋪設，竣工一條，通水一條，直到河道內的水流量所剩無幾，再在淡季整修加固。值得一提的是，當羅布泊充盈的時候，塔里木盆地河流的徑流量會顯著增加，那時可根據(jù)需要增加輸水管道的數(shù)量。

圖24 塔里木盆地河流彎曲、面大、水淺、蒸發(fā)率大

圖25 河道改造構想

2.積溪成渠

不讓任何山上流下的水進入沙漠表面，因為水只要流到沙漠就被蒸發(fā)，從而擠占羅布泊雙倍的蒸發(fā)量。把有希望穿過沙漠的河流用地下輸水管代替，使其不被蒸發(fā)，順利穿越沙漠，匯入塔里木河。把不能穿過沙漠的中、小型河流截流匯集，用地下輸水管匯集到相鄰的大河，流向羅布泊。在環(huán)塔里木盆地中、西部的山腳下，把所有小溪的水也都通過適當直徑的管道輸?shù)酱蠊艿乐腥ァ?/p>

3.削減水庫

關閉塔里木盆地中、西部地區(qū)蒸發(fā)量大(水淺面大)的水庫。實際上塔里木盆地中根本不需要大型水庫，水循環(huán)自動穩(wěn)定機制確保了水流的持續(xù)可靠，它將會受羅布泊水量的控制，如果羅布泊水量少，河流的流量就會增加，如果羅布泊水量多，河流的流量就會減少。只需要小型水庫以滿足冬天之用，可在高海拔山谷中建水深面小的水庫，那里的溫度低，蒸發(fā)慢，還可以逐級利用落差來發(fā)電。

4.暗藏不露

興建中小型有覆蓋的蓄水池，鼓勵居民使用水窖。

塔里木油、氣田生產(chǎn)中分離出來的水，一定要重新注入到地下油、氣藏中，以免擠占羅布泊的蒸發(fā)率，同時有助保持油、氣藏壓力，穩(wěn)定生產(chǎn)，一舉兩得。

不應抽取地下水，澆灌樹木植物，因為這會擠占羅布泊雙倍的蒸發(fā)率。除非不得已，不要用地下水庫或水井的水。

5.惜汽如金

對塔里木盆地中西部的水蒸發(fā)率分布進行詳細的評估，制定統(tǒng)一有效的水蒸發(fā)率配額制度。盡力消除無效蒸發(fā)，減少低效蒸發(fā)。去除中、西部所有濕地，控制西部河流源頭附近的綠洲面積。杜絕觀賞休閑水面、廣場噴泉等。選取低耗水樹種和經(jīng)濟植物，使用滲灌等先進技術。采取一切措施減少生活用水蒸發(fā)率。

蒸發(fā)和用水雖然有關，但是兩個不同的概念。如果水不被蒸發(fā)，可以隨便使用，但如果蒸發(fā)則擠占了羅布泊雙倍的水蒸發(fā)量，進而減少向周圍地區(qū)的蒸汽播灑。

6.重心東移

控制塔里木盆地中西部的城市規(guī)模和發(fā)展，關閉水蒸發(fā)率大的企業(yè)，代之以低耗水企業(yè)。把塔里木盆地內的經(jīng)濟、人口中心逐步向羅布泊周圍轉移。

七、結語與討論

塔里木盆地的水循環(huán)自動穩(wěn)定在系統(tǒng)平衡蒸發(fā)率(SEER)上，SEER使盆地上空的濕度與盆地周圍大氣濕度相匹配，得以保持平衡狀態(tài)，它并不受青藏高原隆起的影響。這一機制也適用于世界上其它盆地。

SEER給盆地內一切產(chǎn)生蒸發(fā)的自然環(huán)境和人類活動總量劃定了界限，它是一個剛性限制，同時它又是一個清晰的指標，很容易定量管理操作。盆地內的生態(tài)保護概念與其它地方截然不同，擴大森林、農(nóng)田、草場、濕地等，效果適得其反。

從外部向盆地內輸水，并不能增加盆地內的水量，反而會造成盆地內河流徑流量減小，輸多少減多少。盆地內的水循環(huán)穩(wěn)定機制，也使盆地具有造水能力，從盆地向外部輸水不但不會減少盆地內部的水量，反而會增加降水率和內部河流徑流量，輸出多少增加多少。

羅布泊的干涸和塔里木河斷流逐年增長，使塔里木盆地東部越來越干燥，而西部水蒸發(fā)越來越強，這就造成水分在東部被吸入，在西部被溢出，使大西北氣候越來越干燥。在羅布泊興盛時情況正好相反，水分由塔里木盆地中西部吸入，在羅布泊及周圍蒸發(fā)，然后借著經(jīng)常的西北風，播灑在西北地區(qū)，滋潤了周圍的自然生態(tài)。

羅布泊全盛時期的蒸發(fā)量大約相當于黃河流量的三分之二，它持續(xù)的進入到西北的大氣中，變成降雨落到地面，使生態(tài)繁茂，進而提高當?shù)乜諝鉂穸?，這樣逐漸擴展，影響可至千里之外，并且提高黃河流域的河流流量。

依照所提出的建議措施，只要有效削減塔里木盆地西部的水蒸發(fā)(非水使用)，就可使水流到羅布泊。因溢出的蒸發(fā)率不占有盆地內的蒸發(fā)率，西部的蒸發(fā)率減少具有倍增效果，再考慮到為大西北和整個北方帶來的生態(tài)效益，可以說塔里木盆地西部的水蒸發(fā)率至為寶貴，應盡量節(jié)省。

本文對于塔里木盆地的水循環(huán)自動穩(wěn)定機制及其作用進行了細致的定性分析和論證，定量的預測分析可以通過數(shù)值模擬計算來實現(xiàn)，所介紹的水循環(huán)自動穩(wěn)定機制、輸入輸出功能和復興羅布泊的措施也可通過實驗模型來展示。

(責任編輯： 司國安)

A Blue Print for Lop Nur Restoration—Stabilization Mechanism for Water Circulation in Tarim Basin

ZHANG Hongquan

(McDougall School of Petroleum Engineering,The University of Tulsa,OK,USA)

The historical records of the Lop Nur help reveal a strong stabilization mechanism for water circulation in the Tarim Basin.There exists a System Equilibrium Evaporation Rate (SEER),which corresponds to the humidity distribution on top of the basin at equilibrium with the surrounding atmosphere.The System Evaporation Rate (SER) is automatically drawn to SEER by a strong negative precipitation feedback response when SER shifts away from SEER caused by the variation of system water evaporation surface area.The system average yearly runoff water amount as well as the entire water circulation is dominated by SEER,which is a constant regulator.It explains why the Lop Nur suddenly dried up about 50 years ago and why the water management projects in the Tarim Basin have been ineffective.Accordingly,the approaches for ecosystem conservation and protection in basins are completely different from that applicable to the outside world,where water evaporation can fluctuate freely.The water circulation stabilization mechanism also helps lay out a clear path for the restoration of the great Lop Nur.

Lop Nur; Tarim Basin; Water Circulation; Stabilization Mechanism

10.15896/j.xjtuskxb.201601014

2015-11-22

張洪泉(1961- )，男，美國塔爾薩大學石油工程系教授，人工舉升研究中心主任。

X22

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1008-245X(2016)01-0115-10