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西线调水之四:藏水入疆的难度与效益

已有 3992 次阅读 2022-5-6 16:22 |系统分类:科研笔记

本文从三个方面论述:(1)藏水入疆工程本身的难度与直接效益,(2)藏水入疆的土地效益,(3)藏水入疆后的外溢效益。

藏水入疆工程的难度与直接效益

1 藏水入疆工程的难度

直接表现在:调水隧洞极长、埋深极大、地质条件极复杂,就目前而言尚无开建的技术条件。

1)下面几个图给出了藏水入疆隧洞的剖面图。从剖面图看,隧洞不但极长而且埋深极大,为开建隧洞而开凿的竖井也极深。

雅江易贡1.jpg

                              雅鲁藏布江至易贡藏布输水隧洞剖面图

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                             澜沧江至怒江输水隧洞剖面图

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                          怒江至易贡藏布输水隧洞剖面图

易贡格尔木1.jpg

                        易贡藏布至格尔木输水隧洞剖面图

咱们就以最长的易贡藏布至格尔木的隧洞为例来说明。

1.jpg

从上表看出,最深的竖井隧洞达到1917米,竖井间最大间距为41.9千米。当然这些技术困难并不是不可克服的,国外有的矿井深度更深,所以我们需要开发这样的技术。

超长超深的隧洞带来的施工环境极差,岩爆、突水、突泥、高温、高湿、缺氧,都需要采用无人化智能化的技术来解决,因此TBM隧道掘进机等相关的深埋隧洞施工机械都需要无人化智能化去解决,这同时需要所有的工程机械都要用电而不是用柴油作为动力。

希望我国的钍基熔盐反应堆能早日成功,这样在每个竖井处安装一套1万千瓦左右的钍基熔盐反应堆即可解决动力供应问题。

这条隧洞水的压差达到265米,即26.5个大气压,还要研发能承受如此大压力的材料。

有一种设想:就是先开凿一条隧洞,虽然极难。当这条隧洞打通后通水再开凿其它隧洞,将新开的隧洞中的土石方在洞内磨成细沙,用高压泥浆泵打入已开通的隧洞。大致计算了一下,隧洞内水的流速能达到3.5/秒左右,在这样的速度下细的泥沙会被冲走而到达终点的沉沙池,这样得到了建筑用沙,也解决了因竖井处无处堆放土石方料的麻烦,同时也会使开凿隧洞成本降低不少。

2 藏水入疆工程的直接效益

若每年调水940亿吨,柴达木盆地分水140亿吨,塔里木盆地分水800亿吨,而向塔里木盆地调的800亿吨水需用隧洞穿越阿尔金山。对照地形图,从大浪滩湖(正常蓄水位2750米)开凿一条隧洞到库木奇布拉克河的上游(2650米,小水库),落差50米(从大浪滩湖底部算),隧洞长约54千米;然后开凿两段隧洞从高程2640米降到1350米,落差1290米,利用压力管道建水电站发电,则年均发电量为2800亿千瓦时,差不多相当于三个三峡水电站的发电量了。大致估算了一下藏水北调工程的总投资约为2万亿人民币。比较三峡水电站发电的并网电价为每千瓦时为0.25元,则按不变价格算仅藏水北调发电收入每年为700亿元人民币,不到30年就收回总成本了。

藏水入疆的土地效益

藏水入疆,会先把水通过隧洞引到柴达木盆地,然后再通过渠道到柴达木盆地的最西端大浪滩湖,穿越阿尔金山到塔里木盆地海拔高程约1350米处。

1 先看柴达木盆地 

从分水岭算,柴达木盆地的总面积约26.5万平方公里,其中盆地面积约12万平方公里(1.8亿亩),海拔 高程在2800米以内的平地面积约6.16万平方公里(约9240万亩),海拔高于2800米的平原面积约1.2万平方公里(约1800万亩)。

在确保有水的条件下,估计约有5.5万平方公里(折合8250万亩)会成为耕地,2000万亩会成为草原,其余可能会变成湖泊或沼泽。

柴达木盆地有充足的风能和太阳能资源,年均风能利用小时数达3442小时,年均总辐射量在6500-7205兆焦耳/平方米,为全国第二高值区。

柴达木盆地的矿产资源极为丰富,有氯化钠46.68亿吨)、氯化镁1.9亿吨)、氯化钾0.47亿吨万吨)、氯化锂308.4亿吨)等无机盐,天然气(3000-5000亿立方米)、石油(2亿吨),铁矿5.86亿吨)、铜矿60万吨)、铅锌矿150万吨)、锑矿760吨)、钼矿1万吨)、镍矿106万吨)、钴矿5.6万吨)、铋矿8100吨)、金矿5.71吨),玉石(3.67万吨),水晶(381吨),石灰岩(1亿吨),这些矿物资源的潜在价值约170万亿元。

要使柴达木盆地得到开发,据估计每年需水量约为225亿立方米。而目前柴达木盆地地表水资源总量为44.1亿立方米,地下水资源总量为38.97亿立方米,缺口约为140亿立方米,因此藏水北调应该为柴达木盆地每年供水140亿立方米。

柴达木盆地也是一个封闭性盆地,从分水岭算起与盆地的高差在2000米以上,因此估计调水入柴达木盆地后将有超过50%的水留在盆地内参与水汽循环,并逐年积累使盆地越来越湿润、降水量逐年增加直到达到平衡。柴达木盆地上空的水汽来源主要为西南季风带来的暖湿气流,经从横断山脉进入青海省后转为东南气流,因而降水量总是东南多而西北少。

大致估算如下:每年调入140亿立方米的水,调水第一年水资源总量约为83+140=223亿立方米,第二年为83+140+140*0.5=293亿立方米......第十年为362.7亿立方米,第十五年为363.2亿立方米...以后基本达到平衡,即经过多年积累,调水的增益效应为2倍。若这些水汽每年能形成1.2次降水,则盆地的降水量达到170毫米。同时,柴达木盆地内会形成约1万平方公里的湖泊、沼泽、植被,按湖泊每年蒸发量2000毫米计,仅1万平方公里的湖泊每年200亿吨水汽(这显然不可能的,因为盆地内总水汽量有限估计能蒸发100亿吨水汽),估计能蒸发100亿吨水汽,形成的降水量也能达40毫米,与前一项相加则总降水量为210毫米。

到那时形成的良性循环,盆地周边的河流流量也会起码比现在大2倍,在渠灌条件下,会使柴达木盆地开发出约1亿亩的耕地、2000万亩的森林,5000万亩的草场,低洼地区会形成约10000平方公里的湖泊或沼泽;盆地起码可容纳3000万人。

2 调水入塔里木盆地

由于塔里木盆地和吐哈盆地存在水汽交换,因此把二者合并起来考虑(包括库姆塔格沙漠)。这样算起来盆地在海拔1400米以下的总面积约为65万平方公里(折合9.8亿亩)。在《西线调水之三:藏水入疆》中分析过,若使盆地的降水量达450毫米以上或使盆地的水资源总量超过3000亿立方米,就有可能使这近10亿亩的土地变成耕地、草原和森林,乐观估计会形成约8亿亩耕地、1亿亩草原、1亿亩森林。加上柴达木盆地的耕地面积达到9亿亩,相当于现有耕地总量的一半。而要达到这个效果,前文分析过至少每年应调水800亿立方米。

塔里木吐哈3.jpg

                         调水往塔里木盆地

前文讲过,只需将水调往塔里木盆地。在罗布泊湖形成约2万平方公里的湖水面积后,将多余的水通过隧洞导入吐哈盆地,在吐哈盆地依次形成南湖(湖面海拔550米)、哈密湖(湖面海拔400米)、艾丁湖(湖面海拔100米),艾丁湖是塔里木盆地和吐哈盆地所有河流的终结地,最终形成咸水湖。

在每年向塔里木盆地-吐哈盆地调水800亿立方米后,估计到20年后会使这些地方的降水量平均达到450毫米以上,完全形成耕地、草原、森林。

塔里木-吐哈盆地光照时间长,在有水的情况下非常有利于农作物的生长。资料显示,对于种植小麦,若中原地区亩产能达到500公斤,则塔里木盆地则能达到750公斤。若9亿亩耕地(含柴达木盆地)全部种植小麦,则年产量达5.25亿吨。要知道,目前全国粮食的年产量也就6.5亿吨,可以看出向柴达木盆地、塔里木-吐哈盆地调水后巨大的经济效益,真的是“再造一个中国”了。到那时,我国的粮、油、奶、蛋、肉等产品可全部实现自给。

藏水入疆后的外溢效益

向塔里木盆地调水后,会使盆地形成降水量超450毫米的地区,经过若干年的水汽循环,逐渐由沙漠变成草原,再由草原变成耕地、森林。在达到水汽平衡后每年将向盆地外溢出水汽。由于周围高山的阻挡,每年800亿吨的水汽(甚至更多,因为空中经过的水汽也会变成降水)将会主要向东部的马鬃山地区、通过乌鲁木齐向住噶尔盆地、越过阿尔金山向柴达木盆地输送水汽。预计将向准噶尔盆地每年输送水汽约100亿吨,向柴达木盆地每年输送水汽约100亿吨,向东部的马鬃山并越过马鬃山输送水汽500亿吨,而其它方向则输送剩余的水汽。

1 向准噶尔盆地输送水汽  每年输送的100亿吨水汽大部分在准噶尔盆地会形成降水,加上从额尔齐斯河的调水,大约可以使准噶尔盆地海拔在600米以内的西南地区形成面积约6万平方公里的耕地(约9000万亩)。;并增加东北部的降水形成稀疏的草原。

2 向马鬃山及以东地区输送水汽  每年向马鬃山及以东地区输送约500亿吨的水汽,向东的水汽与从北天山绕道马鬃山两大豁口的来自北冰洋的水汽碰撞而在马鬃山一带形成降水,会使马鬃山约2.5万平方公里的山区戈壁变成森林或草原;继续东飘的水汽到达阿拉善高原沙漠地带,在东风和东北风的作用下被吹向祁连山地区,大大增加祁连山地区的降水量,又使黑河、疏勒河等河流的水量大增,使河西走廊地区的耕地面积大增(西线调水2中已说过会向河西走廊调水)。

3 向柴达木盆地输送水汽  每年向柴达木盆地输送约100亿吨水汽,会使柴达木盆地的降水量增加到300毫米左右,形成约1亿亩的耕地、2000万亩的森林,5000万亩的草场,低洼地区会形成约10000平方公里的湖泊或沼泽。部分水汽则飘送到祁连山地区,又进一步增加了祁连山地区的降水量。






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