塔里木盆地需要多少水才能变为草原

塔里木盆地需要多少水才能从沙漠彻底变为草原或者农田？这其实就是调水的水量问题。面对向塔里木盆地调水的水量问题，各个专家给出的答案各不相同，但是理由都不充分。有的专家根据当地的蒸发量来计算，数字就非常大。往往塔里木盆地观测的蒸发量每年在2000毫米以上，如此蒸发量和塔里木面积相乘，那需要的调水量高达8000亿立方。我认为这个数据是不科学的。为什么不能用蒸发量来调水，原因是气象部门在测定蒸发量的时候周围环境的热量非常多，而水量又非常少，这样水很快吸收周围热量蒸发，然后通过延伸计算，得出了蒸发量数据。这个数据脱离了大面积热环境，脱离了水热平衡，估算了春秋冬，所以我以为是有缺点的。

我认为正确的估算方法是水热平衡方法。其实在每一个纬度上太阳辐射得到的太阳能是基本固定的，不存在超额或者不足的情况，这个决定于太阳常数。地基法测得的太阳常数的标准值为1353w／m2，以人造卫星测得的数值是1366w／m2 。然后这个数据和纬度的余弦有关，也和太阳高度角的余弦有关，也和大地反射率有关，太阳辐射要转化为热量还和海拔有关，和大气厚度和密度有关，这样七除八扣，真正地球吸收的热量并不多。而且从季节划分，在季节上有一个天然的热量平衡点。以中纬度为例，中国的中纬度地区到了春季的三月开始有了热量的盈余，地温和气温都开始升高，到了三伏天，也就是阳历七月大地的积温到了最高潮，尽管夏至日是6月22日左右，但是由于热量盈余，积温继续增加一直到了三伏天的中末期才到了热量盈余最高点，然后大地的热辐射逐渐超过热积累，气温逐渐下降。从6月22日夏至时候太阳辐射达到最高，到大地热积累达到最高，中间有接近50天时间。七月下旬以后大地热辐射逐渐超过了太阳带给大地的热量，大地表现出降温趋势。这个降温趋势在中秋对于人来说到了换季换衣服的临界点，从此以后人必须加厚衣服，因为人身上也表现出净辐射为负值的特点。对于大地来说它也存在一个临界点，这个临界点就是把从春季到夏季的全部积温辐射完毕，这时候大地的温度不再保持稳定，开始急剧下降。这一个时期大约也恰恰是人们感觉冷的开始，时间大约是中秋，就是9月中旬。从此以后大地的气温迅速下降到10摄氏度以下，或者0摄氏度以下，植物不再生长。9月以后大地的积温丧失殆尽，开始依靠大气环流保持温度，而大地的热辐射表现为亏损，就是净射出，大地以长波形式向太空辐射出热量，到了冬至前后大地向太空的辐射达到了最高点，从此以后太阳辐射逐渐增加，但是大地辐射和太阳辐射相加以后依然是负值，所以大地积温依然减少。这种情况一直持续到九九寒天过后，也就是阳历三月前后，这时候太阳辐射和大地逆辐射的相加成为正值，大地开始升温。所以一年四季大地温度表现为冬季最冷，实际上是大地辐射和太阳辐射的相加为负值的时候，而春季和秋季是大地辐射和太阳辐射的相加向零转变的时候，夏季则是大地辐射和太阳辐射的相加为正值的时候，而三九天是负值最大的时候，三伏天是正值最大的时候。这就是大地的一年四季的热平衡。

但是，如果没有水的参与，那么这个热平衡表现为以下特点：气温的日较差很大，就像新疆人说的“早穿棉衣午穿纱，围着火炉吃西瓜”，也表现为巨大的年较差，年温差可以在70度以上，冬季可能达到负的四十度，夏季可能达到正的四十多度。这样的环境不仅对于人的生存不好，而且对于植物的生存和生长不好。但是有水参与大地热平衡以后情况发生了根本性的变化。由于水的汽化热为40.8千焦/摩尔，相当于2260千焦/千克。当大地气温过高的时候，水吸收热量，变为同温度下的气体，当温度偏低的时候水汽再次液化放出热量，保持温度不再下降。这样水在大地的热平衡中起到了很大的作用。从比较中可以看到，冬季有水的地方气温可以比干燥的地方气温上升十几摄氏度以上，而夏季有水的地方气温可以因此比干燥地方下降二十摄氏度以上。水的存在使得人处在一个温差较小的优良环境中，也使得植物处在一个能够忍受的优良的温度环境中。由于水不仅能够储存大气热量，而且是生命介质，所以水就非常重要了。所以，衡量一个地方的需水量，并不是根据动植物的需水量，因为需水量是很有限的，而是根据水量对大气的温度的制约能力。这个制约机理就是我们讲的“水热平衡”。

那么大地需要多少水才能够达到水热平衡呢？无需猜想，无需计算，睁眼看看现实就知道了。我们认为伊犁绿洲、昭苏绿洲美丽赛过了江南，基本实现了“水热平衡”，东北平原绿色千里，也基本上达到了“水热平衡”。那么这些地方的年降雨量是多少呢？伊犁河谷的年降雨量为417毫米，塔城盆地的年降雨量为342毫米，东北平原的大庆年降雨量为427毫米，绥化的年降雨量为483毫米，而通化的年降雨量为400毫米。通化市是一个缺水的地区，周围有大片的沙地，尽管如此，通化依然是一个农业发达，人口繁多的地方，说明通化恰恰处在干旱和半干旱交错的地区，而大庆和绥化的降雨量已经能够满足其湿润地区的基本要求。从伊犁、大庆、绥化等地的情况可以看出，其实400毫米降雨量以上就能够基本满足水热平衡要求，基本能够满足植物常年生长要求。根据专家的研究胡焕庸线基本上和我国400毫米降雨等值线重合，这个也恰恰说明向新疆调水，调400毫米基本能够满足要求。450毫米就基本能够保证产生湿润环境。也就是说在北纬40度附近每年每平方公里有400毫米水储存的热量盈余，这个盈余量转化为能量为1000000×0.4×2260千焦/千克，大约为9040亿焦耳，也就是说北纬40度的能量盈余大约为每平方公里9040亿焦耳，那么塔里木盆地的热量盈余为3616亿亿焦耳。这么多热量盈余需要多少水来吸收能量呢？

这样来估算塔里木盆地的需水量，塔里木盆地的面积大约40万平方公里，每平方米须水400毫米，那么总需水量为面积乘以每平方米需水量，40万乘以0.4米为1600亿立方水。如果按照半湿润的标准450毫米计算，塔里木盆地的总需水量为1800亿立方。也就是说，如果调水，那么调水量最大为1800亿立方，基本满足量为1600亿立方，只有这个量才能保证水热平衡。

但是，实际上调水量不需要这么多。1800亿立方是总需求量，但是实际上，塔里木并不是没有水，只是水少而已。塔里木盆地大部分地区年降水量为70毫米，这70毫米覆盖整个盆地产生的水量是280亿立方。另外还有雪山融水和地下水形成的河流补充水。塔里木盆地主要的河流有塔里木河、叶尔羌河、阿克苏河、渭干河、孔雀河、迪那河、车尔臣河、米兰河、库山河、提孜那甫河等等。其中阿克苏地区的年径流量总量为45.6亿立方，包括阿克苏的主要支流库玛拉克河、托什干河、老大河、新大河、多浪河。喀什地区的年径流量总量为16.2亿立方，包括库山河、依格孜亚河、提孜那甫河；和田地区大小河流36条，年总径流量74亿立方；巴音郭勒地区年总径流量106亿立方，包括塔里木河、孔雀河、米兰河、车尔臣河、迪那河等。塔里木盆地全境的河流年径流量总和大约为408亿立方。

那么，塔里木盆地总需水量为1800亿立方，当地河流提供408亿立方，直接降雨280亿立方，那么需要调水量在1100亿立方左右。

实际上这个调水量依然没有考虑两个因素。一个因素是，塔里木盆地周边面积依然较大，实际需水量更多。周边地区包括柴达木盆地和河西走廊西部。另外一个是塔里木本身是一个盆地，周围都是封闭的。目前的水每年虽然损失408亿立方，但是一旦调水成功，这些水蒸发以后依然会形成二次降雨，增加当地的降雨量，实现水热的循环。在这个水热的循环中，热量在高山地区散射到了高空和太空，但是水汽变成了降雨重新回到了盆地内部，实现了水的循环利用。所以实际上用水量会减少。这两个因素一个会导致需水量增大，一个会导致需水量减少，具体需要实际观测。

最后一个问题，雅鲁藏布江的水能够满足每年接近1000亿立方的需水量吗？实际上不会满足。雅鲁藏布江的年径流量虽然高达1654亿立方，但是截止国境线年径流总量为1100亿立方米，如果把国境线上的水全部调往新疆才能够满足需求，但是这是不可能的。但是调一半550亿立方，也就是一条黄河的水量是完全可能的。现在我们来估算一下如果调一个黄河的水量，隧道的直径和流速。每年调水550亿立方相当于每秒钟调水量为1750立方，如果按照流速每秒5米计算，那么隧洞的口径的截面积最少需要350平方米。所以隧道的直径最少需要21米，实际上水流速度不可能达到每秒5米，如果水流速度只能达到每秒2米，那么隧道直径需要更大。很显然在技术上不可能达到如此直径。所以隧道的直径不管多少，贯流泵还是必须的。所以从技术上说，要实现每年调水550亿立方，使用隧道依然有相当的难度。再来说多卡水库的溢洪道的设计问题，它同样需要最多每秒3500立方的过水量，如果溢洪道的宽度为200米，水流速度为每秒5米，那么水的深度就是3.5米，如果水流速度只有每秒1米，那么水的深度就是17.5米。所以溢洪道的设计必须宽度达到200米，高度必须达到20米以上才能满足过水要求。