摘自《海水西调与再造西北》（河北人民出版社2005年9月出版）

国家软科学研究计划指导性项目（编号：2003DGQ3B168）

西安交通大学学术专著出版基金资助

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海水西调改造北方沙漠的气象作用与机理探讨[①]

霍有光

（西安交通大学生态环境与现代农业工程中心，教授，710049）

 

[摘要]沙漠人造海在调节小气候方面主要有三大作用，即沙漠人造海与“山——盆构造”结合产生的增雨（湿）效应、湿地与水库效应、绿洲效应。文中通过案例，对这三种作用的气象机理进行了探讨。

[关键词]沙漠人造海，气象机理，增雨（湿）效应，湿地与水库效应，绿洲效应

 

在我国北方，自西向东，依次展布着塔克拉玛干、巴丹吉林、腾格里、乌兰布和、库布齐、毛乌素、浑善达克，以及科尔沁等八大沙漠，它们周边还毗邻着大片的戈壁或沙化土地。值得注意是，这条纬向沙漠带的东端，距渤海极近，譬如渤海距离浑善达克沙漠只有400多公里，而浑善达克沙漠又是对北京气候构成严重危害的最近沙漠之一。渤海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。有感于此，为了改造与绿化沙漠，实现山川秀美，笔者（1997）大胆提出了“东水（渤海）西调”的设想，之后有的研究者对沙漠人造海水汽蒸发形成云气资源，是否能够促成当地降雨、是否具有生态环境效益提出质疑，显然这种意见理应加以认真考虑。概括地说，沙漠人造海在调节小气候方面主要有三大作用，即沙漠人造海与“山——盆构造”结合产生的增雨（湿）效应、湿地与水库效应、绿洲效应。

 

    图1    渤海——黄旗海——浩尧尔陶勒盖线路、沙漠形态、海拔高程示意图（参见：霍有光《渤海水西调工程续论》科技导报1997年第5期）

 

 

    一、沙漠人造海与“山——盆构造”结合产生的增雨（湿）效应

 

    中国北方内陆下雨雪要满足三个条件：有足够的水汽、风向、高山冷凝系统。我国沙漠周边有高山而缺水汽，可是山不可调，水却可调。如果没有丰富的水气资源供给，即便我国西北有高山冷凝系统，由于缺少水汽，也无法下雨。提出为北方沙漠西调渤海水，目的就是满足天降雨雪必要条件中的一个条件，即通过海水西调与蒸发作用形成大量水汽，与每年7～9月呈递减趋势、抵达内陆沙漠的夏季风（水汽）会合，增加局地水汽的数量，遇高山冷凝系统后形成更大的降雨。一般认为，东南季风带来的太平洋水汽可以到达河西走廊的张掖附近并影响到甘、新边界。在夏季沙漠蒸发最强烈的时候，人造海大量蒸发的水汽与入侵的夏季风相叠加（或曰“雨热同期”），可以增加西北沙漠及周边地区的降水总量。

    青海省气象局周陆生等先生（1996）在研究了“青海湖水位年际变化规律”后曾经指出：通常一个地区的降水量和蒸发量对流域径流量的影响可以通过水资源平衡式:Ｂ=Ｑ-Ｅ-Ｗ来反映。即：水资源平衡量（Ｂ）=径流量（Ｑ）-蒸发量（Ｅ）-土壤水量变化值（Ｗ）。如果区内水资源处于收支平衡状态时，∑Ｂ=0，则Ｑ=Ｅ+Ｗ，而土壤水量变化值（Ｗ）一般较小，可忽略不计。那么也就是说，当流域处于收支稳定状态时，区内的径流量（降雨量）主要来自区内的蒸发量。由此可以推论，在一个水资源处于稳定平衡状态的干旱、半干旱流域，由于额外增加水资源总量而造成的新增的蒸发量，将成为降雨增加区内的径流量，同时流域内水循环会形成新的收支平衡。

    我国北方沙漠大多属山前拗陷自流盆地的一部分，沙漠周边被高耸的山脉所围限。譬如：（1）南有高耸的祁连山与绵延起伏的黄土高原，（2）北有河西走廊的北山、内蒙古境内由花岗岩岩体组成的低山山脉与阴山山脉。（3）最重要的是，北方纬向沙漠带的东缘，被吕梁山（北东向沿展达400余公里，海拔1400～2500米）、太行山（北东向展布，北起北京西山、南抵黄河北岸，海拔1500～2000米）、燕山（狭义的燕山区，北京房山一带海拔1500～2000米）、大兴安岭（北东向展布，全长1200余公里，海拔1100～1400米）等山脉所封闭（即沙漠不是直接与华北平原、东北平原接壤），它们山峦重叠，绿色环绕，形成了一道天然屏障，又被称作“绿色环带”。这种沙漠低、周边高的地貌环境，使得沙漠人造海蒸发的云气资源不至于轻易吹出区外。

    沙漠腹地人造海水大量蒸发后，一是湿润了当地的环境，二是被西北风吹向下风的边缘山区。处于沙漠边缘山脉中心线上的分水岭山峰，大多高达1500米～2500米以上，西北风吹来的湿气，在高山区受到地形的抬升与摩擦作用，会迅速的把暖而湿的气层抬升到凝结高度以上，最终受冷凝结，形成降雨：分水岭“面向”沙漠的群山，雨水沿沟谷和山前河道，汇入沙漠（添加内流河流量），可增加沙漠的淡水资源；分水岭“背向”沙漠的群山，雨水则沿沟谷输出，补充了黄河流域的水资源（添加外流河流量）。一般山脉深处降水最多，降水量从山脉深处、沙漠盆地边缘向沙漠中心减少。因此，“山（高山冷凝系统）——盆结构”与“沙漠人造海”相结合，可加强水平方向和垂直方向气候带的“增雨作用”。

    此外，沙漠不能有效的储存热量，表层散热迅速，温差变化较大，当夜间沙面温度低于沙丘内部温度且比露点温度低时，沙漠人造海蒸发的水汽便在沙面凝结，对沙丘水分起一定补给作用，有利于沙生耐旱物种存活。譬如目前西非撒哈拉大沙漠与中东巴勒斯坦尼格夫沙漠，当地在大力开发利用沙区的露和雾作为水源，进行“露堤”与“尼龙丝网”试验研究，以维持脆弱的“沙区生态系统”的持久生产力。露水滋润覆盖的沙生植被，不仅可以削弱来自沙丘前方近地面风沙流的速度，而且可以减少气流中的含沙量，这对沙丘流动、土地荒漠化有着积极的防治作用。如果沙漠中水环境逐渐出现改善，在低洼地区逐渐出现绿洲（包括飞播沙生耐旱耐盐植物），那么日益扩展的绿洲将会发挥越来越大的“绿洲效应”。

    有批评者对“高山冷凝系统”的“增雨作用”提出怀疑，看来有必要对北方沙漠的“山——盆结构”逐一加以说明。

    贺兰山的东邻是毛乌素沙漠，西邻是腾格里沙漠与乌兰布和沙漠。贺兰山虽然四周基本被沙漠包围，但它作为高山冷凝系统成为拦截水汽、形成雨雪的最好下垫面。受夏季风带来水汽的限制，贺兰山虽然产出的水资源并不丰富，但山沟里大多有水。据资料记载:20世纪六七十年代，贺兰山自然保护区大小沟道基本都有流水，有的沟道水流较大，不但解决了沿山部分乡村人畜饮水问题，还灌溉了上万亩农田，如大水沟、小水沟、插旗口、苏峪口等沟道。贺兰山主峰敖包圪垯海拔3656米，终年积雪，被人们誉为“贺兰积玉”。巴彦浩特镇（阿拉善左旗政府驻地），蒙古语意为“富饶的城”，位于贺兰山西麓的洪积扇上，居民生活与农牧业所靠的水资源，来自发源于贺兰山的3条溪流及地下水。

    贺兰山是宁夏回族自治区和内蒙古自治区的界山（参见图2，略），山脊是中国温带荒漠与温带荒漠草原及内外流域的分界线，又为宁夏引黄灌区的天然屏障，对保护银川平原的生态环境、阻挡腾格里沙漠东移具有重要作用。贺兰山呈北北东走向，延伸200余公里，东西宽约20～60公里，中段为山脉主体，山脊海拔多在2000～3000米，主峰敖包圪垯3556米，与银川平原最大高差达2000米，巨大的高差和与东南季风近于垂直的走向，使山地成为宁夏北部的低温多雨中心。据海拔2901米高山气象站资料，年均温-0.9℃，比平原低7.7℃，年降水量430毫米，比平原多217毫米。贺兰山迎风坡年降水量约为山下银川市的2倍，降水多集中于6～9月。山地有林木1.9万公顷，其中乔木林1.4万公顷，森林覆盖率11%，木材蓄积量143万立方米，主要分布于山脉中段。贺兰山植被垂直带变化明显，其东坡垂直分带为：

    ①海拔约3000米以上阳坡和3100米以上阴坡为高山灌丛草甸，主要树种为高山柳、箭叶锦鸡儿等。②2400～3000米阳坡是以山杨、青海云杉等为主的落叶阔叶林、针阔叶混交林及中生灌丛带。③2400～3100米阴坡为青海云杉纯林带，郁闭度大，更新良好，是贺兰山最重要的林带。④2200～2400米阴坡为油松、云杉混交林带。⑤2000～2200米阴坡为油松林带；以上林带还杂有杜松、白桦等树种。⑥1800～2000米阴坡和2000～2400米阳坡为灰榆疏林带，并有蒙古扁桃等灌木。⑦1500～1800米阴坡和1500～2000米阳坡为山地草原及旱生灌丛带。⑧1500米以下为山麓荒漠草原。主要土壤类型为山地草甸土、山地灰褐土、山地灰钙土等。山中有高等植物665种，野生动物180余种，包括马鹿、獐、盘羊、金钱豹、兔狲、黑鹳、青羊、石貂、蓝马鸡等珍贵动物。贺兰山自然保护区1988年已划为国家级自然保护区，区境面积6.1万公顷。由于森林的蓄水作用，贺兰山东麓地下水资源较为丰富，山前冲积倾斜平原水质好，水量大，是宁夏地下水最富积的地区之一，有较好的开发远景，可以作为大中型供水工程的水源地。

    黄土高原也是高山冷凝系统，是沙漠人造海水汽难以向南逃逸的天然屏障。黄土高原地区的地貌结构主要有3种类型：①位置最高，突起于黄土覆盖层以上的基岩山地；②位置最低，接受新生界沉积的断陷盆地或地堑谷地；③位置居中，基岩上被深厚的黄土覆盖并发育河谷，河谷切割黄土层成为“塬”、“梁”、“峁”。在此种地貌结构中，堆积黄土和基岩的起伏犹如皮肉与骨骼的关系。其中基岩山地就有高山冷凝系统作用。中国科学院西北水土保持研究所贾恒义等先生（1994）指出：黄土高原最高的基岩山地地区，包括内部林区（山西境内的山地、子午岭、黄龙山和六盘山等林区）和黄土高原地区四周的山地（贺兰山、日月山、秦岭和太行山等），总面积12.35万平方公里，占黄土高原地区土地面积的19.70%。基岩山地植被覆盖度高，植物资源丰富，是黄土高原地区金色环带的天然屏障，是本区水源涵养、用材林区。其中六盘山与贺兰山相衔接，位于宁、甘、陕交界地带，主体包括两列接近北北西走向的平行狭长山脉，逶迤200余公里，宽30～60公里。山脊海拔一般超过2500米，主峰米缸山2942米。据海拔2840米的高山气象站资料，年均温仅1℃，年降水量达677毫米。因此，六盘山山地成为宁夏南部的低温多雨中心与主要河流的发源地，高寒阴湿，森林葱郁，草场繁茂，号称黄土高原中的“湿岛”和“绿岛”。特别是发源于六盘山西麓、由南自北流入宁夏的内流河——清水河，年均径流量2.16亿立方米，现全流域建有中小水库91座，库容5.55亿立方米，灌溉农田1.47万公顷，成为自治区主要的自产水源之一；而发源于六盘山东麓泾源县的泾河，多年平均流量为4.7亿立方米，为黄土高原与关中平原补给了淡水。可见，在地处同一经度的地段上，黄土高原比沙漠降雨量要大得多，原因就是黄土高原基岩山地发挥了拦截水汽的作用，所以黄土高原的植被情况要比沙漠好得多，人们宁愿在七沟八梁一面坡、千沟万壑的黄土高原上种庄稼，一般也很少到平坦的沙漠里去种庄稼。

    阴山山脉位于北方沙漠带之北（参见图2，略），东南季风难以到达，同时也构成了东南季风继续向北逾越的屏障，尽管如此，仍有拦截少量北上水汽的功能。它横亘在内蒙古自治区中部及河北省最北部，长约1000公里，南北宽50～100公里，海拔1800～2000米，最高峰呼和巴什格山位于狼山西部，海拔2364米。山脉从西向东分为狼山、色尔腾山、乌拉山、大青山等。年降水量南、北相差70～100毫米，说明山南拦截水汽的作用比山北要明显。譬如：①大青山，是阴山山脉的主体，东西长240多公里，南北宽20～60公里，海拔1800～2000米，主峰大青山海拔2338米，山上和山后气温较低，年均温0～4℃，山峰与山麓相差4℃左右。大青山森林覆盖率为11.5%。阴坡海拔1100米左右为干草原；1200米以上出现灌丛及稀疏杜松林；1300～1500米有油松、侧柏、杜松混交林；1500～2000米有油松、山杨、辽东栎混交林和云杉、白桦、山杨混交林及油松和云杉纯林。阳坡1500米以下为干草原，1800米以上为山地草甸草原。土壤为山地栗钙土—山地典型棕褐土—山地淋溶褐土—山地草甸草原土。北麓山间盆地和滩川地的水土条件较好，耕地扩展很快，上限已达海拔1850米。山前丘陵和洪积扇地带为半农半牧区。大黑河发源于大青山卓资县，全长219公里，最大流量2000立方米/秒，最小流量为200立方米/秒，灌溉面积3.4万公顷。②乌拉山，长94公里，宽12～20公里，海拔2000米左右，主峰大桦背山海拔2324米。山脉阴坡有薄层粘性土，植被比较茂密，垂直带谱较明显。山谷中有森林分布，以桦杨混交林为主，分布高度在1600～2100米；侧柏、圆柏、杜松、山榆、山柳等混交林分布于1200～1600米。森林覆盖率为27.75%。森林线以上为草甸草原和山地草甸草原。乌拉山是内蒙古西部地区主要林业基地。

    太行山脉东邻大海的距离要比贺兰山脉近得多，所以拦截高空水汽的作用更加显著。太行山与东濒的华北平原比较，相对高差1500～2000米。太行山东麓是降水较多地区，达700～800毫米；西麓降水为500毫米。被拦截的丰富雨水流入华北平原，河谷及山前地带多泉水。譬如，①卫河发源于太行山东南麓河南省辉县苏门山，流域位于温带半湿润气候区，年均降水量600～700毫米。70～80%集中汛期，多暴雨，临淇为暴雨中心。年均径流量约24.6亿立方米，年际变化较大。②子牙河位于半湿润季风气候区，年均降水量滏阳河上游650毫米，滹沱河山区约530毫米，径流补给主要来自降水，年径流深的分布与降水趋势一致。年均径流量约43.9亿立方米。③大清河出自太行山东麓，流域年均降水量500～600毫米，山区多，平原少。年径流44.3亿余立方米。④太行山脉东侧华北平原温暖湿润，属夏绿阔叶林景观；西侧黄土高原属半湿润至半干旱过渡地区，是森林草原、干草原景观，温度、湿度都较东部低。垂直差异悬殊，如小五台山一带南坡，1000米以下为灌丛，有槲树群落分布，1000米以上偶有云杉或落叶松。北坡1600米以下是夏绿林，1600～2500米是针叶林，2500米以上是亚高山草原。

    大兴安岭东侧比西侧降水多，气温高，气候垂直变化较明显。年降水量北部为400～500毫米，南部及部分西坡小于400毫米，东部年降水量600毫米以上。大兴安岭林业资源丰富，是中国重要林业基地之一，南段东坡森林草原分布于海拔约1500～1800米，森林呈块状分布。树种有兴安落叶松、兴安白桦、山杨、蒙古柳、油松等，地处相邻各区系交错地域，植物种类多。草原较茂盛。大兴安岭以西的内蒙古自治区，地处季风环流过渡带，降水分布自东南向西北递减。大兴安岭山地和西辽河流域的南部山区，年降水量450毫米以上，山脊地带超过500毫米，受夏季风递减趋势的影响，由此向西北内陆地区，降水量渐减。

    不难看出，太行山脉、大兴安岭作为北方沙漠带“山——盆构造”东缘的“封口”（或高山冷凝系统），具有很好的拦截高空水汽与防止高空水汽逃逸的作用。

 

    二、沙漠人造海的湿地与水库效应

 

    建立沙漠人造海，就是建立人工湿地（即湿地与沼泽生态系统）。《拉姆萨尔公约》定义：“湿地系指不问其为天然或人工、长久或暂时性之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动，或为淡水、半咸水、咸水水体者，包括低潮时水深不超过6m的海域。”湿地被人们赞誉为地球的“肾”，是地球上具有重要环境功能的生态系统和多种生物的栖息地之一。沼泽（湿地）生态系统的生产者主要有湿生、沼生和水生动植物，生活型多种多样，包括浮游动植物、浮水动植物、沉水动植物、挺水植物、灌木乃至森林。具有复杂的生态结构，多样性的生境，是迁徙鸟类、鱼类及有关珍稀动物生存、繁衍、栖息的场所。沼泽生态系统对其生存环境具有一定的适应能力和调节能力。这种能力除与其类型、质量以及环境的波动强度等多种因素密切相关外，还与沼泽面积大小呈正相关关系。沼泽面积越大，冷湿效应越强，蒸散量就越小。在沼泽生态系统中，水的存在方式主要有地表积水、土壤水或地下水、生物水和大气水。4种水体具有不同的循环过程，构成相互联系的整体，其中，地表积水和土壤水是维持生态系统发展的基础。华南农业大学热带亚热带生态研究所刘振乾等先生（2002）研究三江平原沼泽后认为：“分析表明，维持沼泽湿地生态系统稳定发展的需水量临界值应为保持沼泽湿地在生长期内积水深度在10cm以上，但考虑演替方向的可逆性，短期缺水引起的植被变化可在水分得到补偿后恢复原来状况，因此推断生长期内水深达到该标准的时间不少于4个月为维持沼泽湿地生态系统平衡的临界需水量。”对于一个具体的沼泽生态系统来说，其平衡发展要求以相当的沼泽面积做保障。当某一沼泽具有一定面积限度时，其环境适应和调节能力就可以大于环境需求，沼泽的水热平衡状态就能维持，沼泽生物种群就会繁衍。只要沼泽不发生萎缩或人为扰动，那么生态系统就可能得到不断的进化。

    湿地对局地小气候具有敏感的调节作用。中国科学院长春地理研究所湿地过程与环境开放实验室孟宪民先生（1999）指出：湿地是多水的自然体。发生在湿地能量转换中的大气、植被和土壤表面之间的辐射过程、感热和潜热交换、土壤中热传导和土壤孔隙的热量传输，发生在水文过程中的大气降水和地表地下径流的输入，湿地表面的水汽蒸发，植被的蒸腾，水汽在地表和近地面大气的凝结，液态水的流动与渗透，冰雪的融化和冻结等，都直接间接地受到气候和环境的影响，也直接、间接地影响气候和环境。湿地对局部气候有明显“冷湿效应”。由于湿地土壤积水或经常处于过湿状态，水的热容量大，消耗太阳能多，地表增温困难。蒸发是耗热过程，观测结果证明，湿地蒸发是水面蒸发的2～3倍，蒸发量越大，耗热量越多，导致湿地区气温降低。强烈蒸发导致近地层空气湿度增加，气候较周边地区冷湿。三江平原的东部湿地区比已垦湿地区气温低0.4℃，大于10℃的有效积温比已垦湿地区低122.4℃。湿地的蒸腾作用可保持当地的湿度和降雨量。湿地产生的晨雾可以减少周围土壤水分的丧失。如果湿地被破坏，当地的降雨量就会减少，对当地的农业生产和人民生活就会产生不利影响。中国博斯腾湖及周围湿地总面积为1410km2，湿地通过水平方向的热量和水分交换，使周围地方的气候比其它地方略温和湿润。由于湿地的存在使博斯腾湖比其它地区气温低1.3～4.3℃，相对湿度增加5%～23%，沙暴日数减少25%。

    湿地消失将减少降雨。国家林业局野生动植物保护司陈建伟先生（1999）指出：“三江平原是我国面积最大的沼泽湿地，其大规模开垦始于50年代末。……该区湿地被大面积开垦之后，湿地所具有的调蓄洪水、调节气候的能力丧失，使该区生态系统的自稳定能力下降，致使洪涝灾害加剧、区域气候变干、降雨量减少，区域环境呈恶化趋势。”

    科尔沁国家级自然保护区湿地面积为47344hm2，包括水域面积3721hm2和沼泽面积43623hm2。区内有高等植物452种，沼泽植被以芦苇群落、苔草—小叶章群落、三棱草群落为主要类型，伴生有香蒲、东北甜茅、星星草等。因生态系统具有多样性，鱼类、两栖类、昆虫、哺乳类动物资源十分丰富。鸟类最多，有200余种，其中一类保护珍禽为7种，二类保护鸟类有27种。科尔沁湿地是鸟类、尤其是珍稀水禽的迁徙、栖息和繁衍地之一，1994年被列为国家级自然保护区。中国科学院长春地理研究所湿地过程与环境开放实验室王国平先生（2001）研究指出：“上游水资源开发”对“科尔沁湿地”将带来的负面效应，“（白云花水利）工程上马后，如处理不好，水资源的拦截会减少上游来水，使沿河湿地得不到充足的地表水补充，水位下降，乃至干涸，进而会影响到该区域内地下水的补给；对半干旱地区的水边植物群落影响较大，湿生植被会逐渐演变为旱生植被，洪水泛滥次数减少也使珍稀水禽孵化的次数及规模降低，导致数量减少；该区域高生物产量的洪泛湿地会逐渐萎缩、破碎，直至大面积丧失，本已脆弱的生态平衡会遭到严重破坏。”显然，如果能够向科尔沁沙地调渤海水，那么这里的湿地不仅不会消失，而且还会扩大，湿地的生态环境效益不仅不会消亡，反而会扩大。

    龙羊峡——青铜峡河段地处我国西北内陆，属高原大陆性气候，流域大部分地区处于干旱、半干旱地区，平均年降水量250～300mm，而蒸发量则达1500～2000mm，蒸发强烈。就这里的年平均降水量、蒸发量看，完全与北方沙漠里的情形一样。但自从修建水库，出现大面积的水面以后，逐渐显示出人工湖泊的环境效益。中国水电工程顾问集团公司李懿媛等先生（2003）指出：青海省气象局在研究青海省湖泊气候效应的基础上，利用龙羊峡蓄水后1987～1989年间三年完整的气象资料对地处干旱、半干旱地区的三个大型水库中面积最大的龙羊峡库（面积383平方公里）的“水库效应”进行研究。研究结果表明，主要表现为以下三个方面：

    ①降雨：表现在沿库区10km条带内的降雨量增加38～9.5mm，增加幅度在12%～3%；并且夜雨量占总降水量的65.1%。

  ②相对湿度：在距离库岸数百米之内春季增加5%，夏秋季增加11%，冬季增24%，离库岸较远的共和站（距库9～10km），其直接影响已不明显。

 

表1    龙羊峡的“水库效应”

电站名称	降雨量增加值	相对湿度增加率	静风频率
龙羊峡	共和镇   38 龙羊站   9.5	春季  5% 夏秋季  11% 冬季  12%	减少

注：1987～1989年龙羊峡水库运行水位低于水库多年运行水位大约10cm

 

    ③风频，表现为库区静风频率减少。

    其他方面的效益还包括：水体总体自净能力提高、库区植被、水库渔业生产、旅游资源发展、库尾土地沼泽化、鱼类种群改变、减少二氧化碳等。总之，水库蓄水后，使库周局地降雨量和湿度增加，改善了局地小气候，对带内植被的生长产生了有利的影响。

黄委会山东水文水资源局谷源泽等先生（2002）亦指出：“龙羊峡水库的运用，使（黄河源头）唐乃亥至贵德区间的水源得到涵养，局部生态得以改善，使该区间近年的区间入流量不但没有减少而且有所增加。龙羊峡水库的发电、调洪、拦沙及生态环境改善作用明显。”

 

    三、沙漠人造海的绿洲效应

 

    绿洲是沙漠和戈壁中利用价值最大的土地资源，它是干旱地区人类生存发展的主要空间，也是经济活动的重要基础，所以绿洲是干旱区沙漠和戈壁中的宝地。绿洲在世界各地的沙漠和戈壁中都有广泛分布。（马世威等，1998）

    甘肃景泰川之变迁，可作为征服沙漠、建设绿洲的一个生动实例。景泰川地处腾格里沙漠边缘，长60公里、最大宽度40公里，南缘有北西向展布的达坂山（属祁连山东延部分）构成地理屏障，东缘有北东向展布的红石峡——黑山峡构成的地理屏障，属半封闭型盆地。1969年，当建设者来到这片荒原时，到处是半流动性沙丘。现在的景电管理局办公大院，也曾被一些3～5米高的沙丘所占据。景电管理局副局长、当年的建设者马洪程告诉记者，70年代初的一天，他刚去医务室，外面刮起了大风，几个小时后他回家时却怎么也找不到自己的住处——流动的沙丘把他熟悉的地貌改变了。

    中国最大的提灌站——景泰川电力提灌工程，使景泰川彻底改变了面貌。在未修提灌工程前，景泰县年降雨量100余毫米，而蒸发量达3390毫米。景泰川工程分两期建设。1969年启动第一期工程，l974年竣工，最大提水高度为406.2米，总扬程447.米，泵站15座，渡槽25座、隧洞6座、暗渠8座、总干渠及干渠全长51.7公里、装机（91组）容量6.42kw，设计提水量每秒10.6立方米，每年将1.48亿立方米水注入干涸的荒原，灌溉面积30.42万亩。

    1984年启动第二期工程，1994年竣工，最大提水高度为602米，泵站13座、溢流堰12座、隧洞8条、渡槽26座、暗渠47座，总干渠全长100.57公里，总装机（204组）17.5万kw，设计提水量每秒18立方米，年提水2.66亿立方米，灌溉面积52.05万亩，将绿洲延伸到古浪县的亘古荒原。总投资2.87亿元。

    经过20多年的建设，景泰川灌区已与三北防护林连成一片，一条宽30米、由3500万株树木组成的林带，成为抵御腾格里沙漠的绿色长城，保护着近百万亩良田。过去年年都要扩张2～3公里的沙漠，受到遏止，到1998年，这片沙漠已后退了几公里。由于采用了有效的常规节水技术，每亩田用水平均不超过300立方米，而绝大多数灌区的平均用水量是这里的3～4倍。人们并不满足已取得的成绩，仍在常年不懈地用麦秸扎成草方格压沙固沙，种草植树，向沙漠要地。

    引黄治沙使景泰川人尝到了甜头。1995年，开始实施景电二期延伸工程，利用景电二期工程剩余电力，新建自流干渠百余公里，每年向腾格里沙漠边缘的民勤县调水0.61亿吨，新增灌溉面积13.2万亩，为民勤人民治理沙漠提供了养育生命的水资源。

    与治理前相比，景泰川灌区分步到位，目前年均输入水资源达到4.75亿立方米。有了这笔生态建设用水，它滋润植被，或涵养或蒸发，使小气候发生了明显的变化。人们感到，这里风沙小了，气温高了，湿度大了。气象资料表明：灌区建成后，平均风速由每秒3.5米下降到2.4米，8级以上大风由29天降为14天，年平均气温上升了0.4度，年均降雨增加了16.6毫米，而年蒸发量下降了1082毫米。

    景泰川绿洲的启示是：如果没有每年4.75亿立方米的调水工程，腾格里沙漠将吞噬景泰川所在的甘肃景泰、古浪两县，直扑黄河北岸。实施调水前，景泰县年降雨100余毫米，蒸发量达3390毫米，类似于沙漠气候与环境。通过两期电力提灌工程，灌溉农田近百万亩（按：农作物从生长到收获，所用之水，最终将全部蒸发并湿润当地气候），即相当665.3平方公里（1平方公里相当1503亩）。实施东水（渤海）西调、改造七大沙漠工程，本着量力而行、先近后远、各个击破的原则，能力大时，调渤海水的数量可以多一些、距离可以远一些；能力小时，调渤海水的数量可以少一些、距离可以近一些。譬如先改造对北京生态环境影响较大的浑善达克沙漠，年调水数量50亿立方米（即相当景泰川年调水数量的10.5倍），建成1000～2000平方公里的人造海与湿地，其蒸发量将大于景泰川近百万亩农田的蒸发量。只要联想一下景泰川调水前后发生的巨大变化，联想一下景泰川生态环境建设使当地“年均降雨增加了16.6毫米，而年蒸发量下降了1082毫米”这一事实，年均50亿立方米的渤海水资源，对于改造2.14万平方公里的浑善达克沙漠来说，无疑将带来无限的生机和显著的生态环境效益！

    中国林科院沙漠林业实验中心第二实验场地处乌兰布和沙漠，东临黄河，处于荒漠与干草原的过渡地带，以固定沙丘、半固定沙丘为主的风沙地貌。沙丘与丘间地相间，沙丘高1～3m。1981年开始栽种的防护林网主副林带宽32m，由8行树组成，主带间距98m，副带间距398m，方田3.9hm2。这里还建立了2个地面气象站，一个位于人工绿洲南缘2.5km的荒漠旷野(未开发区)，一个位于人工绿洲的中心部位。两站同步观测，各指标的观测技术要求和仪器配置执行国家地面基层气象规程。常规指标观测气温、地温、降水、蒸发量、风速风向、天气现象等。每日于北京时间8:00，14:00，20:00进行观测。中国林科院沙漠林业实验中心肖彩虹等先生（2003），以2个地面气象站观测数据为基础，分析了1988～1999年12年间荒漠区(即未开发区)与绿洲区(开发区)的气象要素变化，发现人工绿洲对灾害性天气具有抑制作用。“结果表明:12年的林网建设与荒漠旷野相比，平均多年降水量增加28.9mm；年大风日数、年干热风发生日数分别减少65.6%、69.4%；年平均气温、年蒸发量、年最大风速分别降低0.4℃、28.3%、6.2m/s；防风效能达到47%。”“防护林增加降水机理可能是:①当云团向林网流动时，因所受的障碍和磨擦较大，致使大气湍流的强迫上升作用加强；②防护林区低层空气的湿度较高，温度较低，空气的饱和程度大，凝结高度低；③林网内比旷野多有机核如花粉、微生物等水汽凝结的催化物而增加降水的机会。”

    日本农林水产省农业环境技术研究所环境资源部杜明远等先生（1999），研究了沙漠绿洲对环境变化的影响，通过对在我国新疆吐鲁番距绿洲边缘1km的风蚀地建立的自动气象站与绿洲内气象站资料的对比分析结果表明:由于绿洲内的灌溉和植被的增加，改变了地—气系统的能量交换。绿洲与邻近的荒漠相比，反射率下降，风速降低，地中热容量及热流量增加。在夏季白天，地表温度上升缓慢，净辐射值增加，而得到的太阳能大部分被消耗在蒸散上，显热输送却比荒漠地少；在冬季夜间，地表温度下降缓慢，净辐射损失减少。其结果，绿洲内的气温和地表层温度在冬季和夜间比荒漠地高，在夏季和白天比荒漠低。可谓冬暖夏凉、夜暖日凉。“研究表明绿洲有增加湿度和降水的‘湿岛’和增雨作用。”

    干旱区绿洲防风设施(林、网)不仅有防风、防沙的作用，对气候的缓和作用比湿润的日本要大，能抑制土壤蒸发和植物蒸腾，以利水分的合理利用，促进作物生长。作物的生长高度和产量都随防风林的防护距离有明显的变化。在绿洲与荒漠之间存在有明显的温湿度差，它们之间有一个局地环流，防风设施通过降低风速，同时调节温湿度的变化，增大绿洲效应。

沙漠绿洲有冬暖夏凉、夜暖日凉的温度调节作用和增湿增雨的作用。绿洲越发展，对环境调节作用就越大，从而绿洲就越能发展。反之，如果沙漠绿洲开发利用不当，如河流水源涵养林破坏引起水土流失，水流不稳；过量超采地下水，破坏地下水资源引起植被死亡、土地旱化、沙漠化；过量灌溉，地下水位上升引起土地盐碱化；滥砍乱伐，沙漠植被破坏引起沙丘活化、流沙再起等等造成绿洲退化，则会使绿洲效应减少，环境恶化，进而使沙漠绿洲进一步退化。杜明远等先生（1999）指出；“在沙漠绿洲的开发利用与局地环境变化之间，存在着两种截然相反的反馈作用:环境变好→绿洲发展→环境更好→绿洲再发展；环境恶化→绿洲退化→环境更坏→绿洲再退化，甚至消失。决定这两种反馈作用的是大环境的变迁和绿洲开发利用中是否合理利用资源和按自然规律办事。”

    令人鼓舞的是，最近北京师范大学资源科学研究所、教育部环境演变与自然灾害重点实验室史培军教授提出了利用“渤海海冰可缓北方水困”的设想。如果把这一设想与“东水（渤海）西调”相结合，用渤海“海冰融水”改造我国北方沙漠，将会产生更好的生态环境效益。史培军教授研究成果指出：海冰是固体冰晶和卤水的混合物，海冰的盐度虽然高于淡水，但明显低于海水。甚至接近淡水。毫无疑问，如果我国能够为北方纬向沙漠带，调来渤海之水（海水或海冰融水），把以沿海滩涂为对象的“海水灌溉农业”成果进一步推广用来改造我国北方沙漠，依托生物工程技术与海洋科学，那么21世纪，再造山川秀美的大西北就一定能够变为现实！

 

参考文献

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[2]刘振乾等.基于水生态因子的沼泽安全阈值研究：以三江平原沼泽为例.应用生态学报，2002，（12）.

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[4]陈建伟等.中国湿地环境问题研究的现状及展望.林业资源管理，1999，（4）

[5]李懿媛等.黄河上游已建水电站的环境效益.中国三峡建设，2003，（1）.

[6]谷源泽等.黄河源地区水文水资源及生态环境变化研究.海洋湖沼通报，2002，（1）.

[7]肖彩虹等.关于乌兰布和沙漠综合治理的几点意见.内蒙古林业科技，2001，（增刊）.

[8]杜明远等.沙漠绿洲的开发与环境变化的相互影响.自然资源学报，1999，（4）.

[9]史培军等.渤海海冰作为淡水资源：脱盐机理与可利用价值.自然资源学报，2002，（3）.

[10]霍有光.策解中国水问题.陕西人民出版社，2000.4.

[11]霍有光.就渤海西调工程答疑.世界科技研究与发展，2003，（3）.

[12]霍有光.西调渤海水改造北方沙漠与遏制北京沙尘暴.世界科技研究与发展，2002，（2）.44～52.

[13]霍有光.策论以黄河电力资源换取渤海水资源——用渤海之水改造北方七大沙漠.世界科技研究与发展，1999，（4），58～62.（中国人民大学书报资料中心：《中国地理》2000年第1期全文转载。）

[14]霍有光.西调渤海改造我国北方沙漠生态环境的设想.地质哲学与可持续发展（吴凤明鸣等主编），中国文史出版社，1998.

[15]霍有光.渤海水西调工程续论.科技导报，1997，5，34～38.

[16]霍有光.刍议人造海可持续发展工程.科技导报，1997，（3）.

[17]霍有光.关于西调渤海水改造北方沙漠的设想.中国科技论坛，1997，第3期.（中国人民大学书报资料中心：《中国地理》1997年第4期全文转载。）

[18]竹守章.东水西调能否改造北方沙漠.光明日报，2000-6-8.

[19]竹守章，东水西调彻底改造沙漠[N].科技日报，2000-08-07.

[20]竹守章.呼唤东水西调改造北方沙漠[N].中国环境报，2001-01-05.

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