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西线调水之五:向塔里木盆地调多少水才能变成良田

已有 1403 次阅读 2022-5-12 17:44 |系统分类:科研笔记

对于塔里木盆地需要多少水才能变成良田,一直没有确切的说法。有按蒸发量计算的,所需水量是天文数字;樊晓英按水热循环估算的,大概需1100亿立方米或以下,个人感觉这个还接近实际;檀成龙按超深盆地水循环估算的,据说需要的水量很小。和檀成龙先生联系过,也给了我他的文章的链接。我感觉先不看他的文章,怕被他的思路套住了,就先按自己的思路考虑,若最终的结果和檀成龙先生的一致,成果是他的。

本文基于三篇论文进行的推理,并没有其它数据的支撑,只能算是估算。

  第一是基于张学文先生超深盆地水汽循环。这个应该是根据气象学知识总结的简化形式,认为塔里木盆地三面都有高山阻挡,外面的水汽难进来,同样盆地内的水汽也难出去,因此当向塔里木盆地调水后,大部分水汽汇留在盆地内循环。

盆地的封闭性.jpg

超深盆地对水汽和空气的封闭情况

  第二篇是徐德祥院士2014年发表在《沙漠与绿洲气象》上的文章《特殊大地形背景下塔里木盆地夏季降水过程及其大气水分循环结构》。文中指出塔里木盆地一年的降水主要分布在夏季(6-8月),由于夏季盆地内太阳辐射温度上升,导致在白天盆地边缘气流沿两边山坡爬升;傍晚时东西向盆地边缘气流沿山坡爬升,而南北向北侧气流也穿过盆地向南侧(青藏高原)爬升;而夜间盆地四周的气流则沿山坡下沉,同时盆地边界层底层气流下沉而边界层中上层暖空气则上升。同时指出对流边界层很厚,顶部可达600hpa(离地面约3000米),稳定的边界层使地表水汽很难通过湍流层向高空扩散。

对流层.jpg

塔里木盆地对流层水汽的输入输出

第三篇是吴永萍博士2010年发表在《冰川冻土》上的文章《1948-2009年塔里木盆地空中水汽输送时空分布特征》。指出由于塔里木盆地特殊地形造成对流层的不同层对盆地水汽的贡献。

在北部,由于北天山的阻挡但高度有限,造成对流层下层平均每年有388.92亿吨水汽输入,对流层中层有1126.26亿吨水汽输入,而对流层上层则为净输出;在南部,山更高更厚,造成下层无水汽输入输出,中层有208.06亿吨水汽输出,上层水汽输入极少;在西部,同样由于高山阻挡,造成下层无水汽输入,中层有588.43亿吨水汽输入,上层几乎无水汽输入;在东部地势较低,下层有从北天山绕道东部缺口每年有1956.46亿吨水汽输入,中层有974.66亿吨水汽输入,上层水汽输入很少。同时对流层下层每年向中层输出水汽6389.65亿吨,对流层中层向上层每年输出水汽2192.06亿吨。

  徐德祥院士的文章与吴永萍博士的文章表面看有一定的矛盾。徐院士指出盆地上空的对流边界层很厚,顶部可达600hpa(离地面约3000米),稳定的边界层使地表水汽很难通过湍流层向高空扩散;而吴博士的文章指出对流层下层的水汽会向中层扩散。个人感觉这个并不矛盾,问题就在对流层下层的边界(600hpa3000米高空处),边界以下的水汽很难向上层输出。

下面是根据这三篇文章的推理。

塔里木盆地在6-8月份气温高,在白天盆地边缘的热气流会沿着山坡上爬,而到夜间由于盆地气温骤降,爬到山坡上的气流再沿沿山坡下沉。假若盆地边缘20公里宽范围的气流在白天沿山坡爬升,在向盆地调水的情况下爬升的气流会带着水汽,爬升到一定高度遇冷则形成降雨或降雪。盆地边缘20公里的长度约为3400公里,对应的面积约为6.8万平方公里,约占盆地分水岭内总面积100万平方公里的6.8%。假设在每天的气流爬升—下沉循环中有10%的水汽形成了降雨(雪),则相当于盆地内所有的水汽有0.68%形成降雨(雪),按6-8月共90天算,相当于使盆地内的水汽循环了1.0068^90次方,即盆地内水汽循环了1.84次(也做过其它的推算,水汽循环最多能达2.5次,但认为每一次的水汽爬升-下沉还要受扩散动力学的限制,不会太快,还是保守点吧)。在一年的其它季节也会有这种情况但不太明显,因此大致认为在一年内盆地的水汽循环约为2次,即若每年向盆地调水800亿吨,相当于盆地在当年增加了1600亿吨水。

同样的,按张学文的观点,超深盆地对盆地的水汽有封闭作用。对塔里木盆地,三面环山,北部的北天山平均海拔比盆地底部高出2000米以上,盆地西部能高出3000米以上,盆地南部会高出4000米,因此大致估计盆地三面对水汽的封闭程度在75%左右。考虑到盆地东部相对开口,海拔只比盆地底部高出1000米左右,且东部开口部分只占到盆地边缘周长的8%以内(按分水岭算还不到5%),因此可大致估计盆地对水汽的封闭性在70%左右。

 

  同时要考虑随着每年调水的进行,盆地内的水汽含量会越来越大,盆地的植被覆盖程度也会越来越高,盆地内的湿地湖泊面积也会越来越大。假设每年由盆地内的植被、湿地湖泊蒸发形成的水汽占当年调水贡献的20%,则由每年调水累加和盆地内植被湿地湖泊导致的降水量累加如下表。

12.jpg

每年向塔里木盆地调水800亿吨逐年的累积效果

根据这样的估算,每年向塔里木盆地调水800亿吨,经过20年就可以使盆地内的平均降水量接近450毫米的水平,完全可以种小麦了。

其实还有个问题需考虑,就是当持续向盆地调水后,盆地内不再是沙漠,而逐渐变成了植被、湿地、湖泊,这会导致盆地内的蒸发不那么强烈,进而导致盆地上空对流层下层的边界会降低(目前是约3000米高度),这有可能使外来对流层下层的水汽能有效的形成降雨。根据吴博士的文章,对流层下层每年平均输入盆地的水汽有2345.38亿吨,假设有其中的20%形成降雨,则相当于在塔里木盆地降水又增加46.90毫米,则到调水20年时塔里木盆地的总平均降水量达447.99+46.90=494.89毫米。考虑到是估算的数据,误差比较大,估计到调水20年后,塔里木盆地的实际平均降水量在450毫米以上。当然降水是不均匀的,在盆地边缘及低海拔的山区降水量偏大,而盆地中心降水量要小的多,不过在渠灌条件下还是完全可以变成良田的。

当塔里木盆地的降水量变大后,塔里木河的流量也会大得多,会在罗布泊形成面积约2万平方公里、平均深度约10米的大湖,蓄水量在2000亿立方米左右。当水量更大时,可通过隧洞将水导入海拔更低的吐哈盆地,最终在艾丁湖形成咸水湖。

若每年调水800亿吨导致降水量越来越大,也很好办,减小调水量就是了。

1400米等高线算,塔里木-吐哈盆地的面积约有65万平方公里,折合近9.8亿亩,这9.8亿亩都可能变成耕地和森林,而在海拔较高的地方也会变成森林或草地。










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