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塔里木盆地需要多少水才能变为草原: 热度 3 fanxiaoyingz 2017-12-13 12:45; 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。; 个人分类: 气候生态|8175 次阅读|16 个评论

天赐水源为何不用？: 热度 1 fanxiaoyingz 2017-11-28 01:45; 天赐水源为何不用？前几天看了北京师范大学刘里远博士提出一个藏水入疆隧道工程建议，觉得很经济，很有意义，于是提出了我的修改意见，但是实际上，这个修改意见本身也吓了我一跳。首先，要打通一个能够自己流动的隧道，整个隧道的高度必然要高于出水口的海拔，而进水口的海拔也必然高于整个隧道海拔。而最理想的出水口的确在格尔木地区。这里最低也在 2700米左右，实际上整个柴达木盆地的海拔也在2700米以上，2700—2800比较常见。所以，出水口控制在2800非常合适。而格尔木是通往西藏的最重要的中转站，它又处在雅鲁藏布江大拐弯的正北方向，能够做到距离最短。所以，格尔木是引水隧道的唯一出口点。这样一来，进水口的海拔必须控制在 2900左右。天赐良地，我们发现林芝的格则（北纬29°25′54″，东经94°28′29″海拔2920米）处在雅鲁藏布江的主干道上，这里江面宽阔，宽度3公里，交通方便，海拔恰好。是比较合适的进水口。但是，格则作为进水口有两个严重缺点，第一个是格则的北面有帕隆藏布江，它的河床海拔在2700米以下，从格则打通隧道就必须在帕隆藏布江上修建一个实际200 米，高程在2950以上的水坝，用于抬高水头。这样的引水可以引到雅鲁藏布江主干道的水。第二个缺点是从格则引水，其引水水量不到雅鲁藏布江下游水量的十分之一，很小。要有巨量引水量必须在雅鲁藏布江的下游打主意，因此我最后把坝址选在了墨脱县的雅鲁藏布江主干道的多卡村附近（北纬 29°49′30″，东经95°15′10″海拔1190米），我称它为“重力坝坝址”。这里的径流量基本能够满足调水要求。但是同时出现了一个技术难题。这个难题就是这里的河床海拔只有1190米，而我们调水的水头要求是2900米，落差居然高达1710米，坝顶的实际高度在2920米左右，所以实际落差是1730米。这么高的落差，能不能修建一座超级水坝？这个问题使得我这几天彻夜难眠。所以，藏水北调的关键有两个，一个是开凿长度为 700公里的一个超长隧道，而且隧道的埋深在1500米，另外一个是修建一个超级水坝，水坝的高度达到1730米。这是两个世纪难题。我们能否克服并且实现呢？超长隧洞在技术上目前已经可以克服，最大的困难据说是 “岩爆”问题。岩爆是隧道打通以后，由于隧道周围的应力发生巨大变化而出现的岩石崩塌现象，岩爆一般在隧道打通以后24小时之内发生，所以这个问题可以通过“间歇施工”“工程处理”的方式来防止。虽然间歇施工会让施工期加长，但是能够安全通达最为重要，二十年打通也是可以的。埋深在1500米以下的岩石应该都是坚硬的岩浆岩或者变质岩，所以隧道的牢固程度和加固我倒是不担心。最为困难的是高程 1730米超高水坝。那么这样的水坝仅仅是理想吗？它有可能建成吗？如果建设不成功就把引水点改变为格则。因为从格则打隧道通过帕隆藏布江的时候修建的水坝只需要200多米高程，现有的技术条件没有任何问题。但是，其缺点依然是水量较少，所以我们依然希望在“重力坝坝址”修建一座超级水坝。在这个地方修建水坝需要1730米高程，很显然，钢筋水泥坝很难完成这个任务，最为理想的是重力坝。重力坝的核心使用钢筋水泥做坝体，然后坝前坝后堆填岩石，夯实坝基。按照1：2的坡降，坝顶宽度200米，坝前坝后总长度接近4000米，土方量非常巨大。那么有没有必要修建这么巨大的一个水库呢？很有必要。黄河是我国第二大河流，总长度 5464公里，但是黄河的年径流量平均在580亿立方米以下，花园口站多年观测量为563.4亿立方米。就是这560亿立方米的水养育了整个中华民族。但是雅鲁藏布江墨脱段的径流量是多少呢？年径流量达1400多亿立方米，水能占雅鲁藏布江全部水能的2/3，占中国水能蕴藏量的1/10。墨脱县的年降雨量最低是2500毫米，最高点是5000毫米，水资源特别丰富。所以这里，包括“阿鲁拉恰尔邦”终年云雾缭绕，阴雨绵绵，水量丰沛，径流量巨大。成为中国乃至亚洲最大的水源地，水塔。雅鲁藏布江的径流量是黄河的2.4倍，这样的水资源如何不用？有人说，利用雅鲁藏布江的水会引起印度不满，引起国际纠纷。这个问题需要大家取得一致意见。由于 “阿鲁拉恰尔邦”降雨量太大，这个地区几乎不能利用，由于雅鲁藏布江的径流量太大，几乎给下游人造成四季灾难，从谷歌地图上看，雅鲁藏布江下游的河道宽度都在15公里到25公里以上，季节性河床宽度在30公里以上，河床以外30公里几乎无法居住，所以其实雅鲁藏布江下游是一条真正的桀骜不驯的河流，印度人利用的很少，大量的水资源白白浪费掉了。河边的居民由于受到季节性洪水的祸害，生活艰苦，居住条件差。另外如果不算中国境内的径流量，仅仅是9万平方公里的阿鲁拉恰尔邦产生的降雨量和径流量也足够印度的这一带本地人使用了，因为这里的年降雨量也在2500毫米以上。中国如果利用雅鲁藏布江的水，由于它的年径流量为1400多亿立方米，中国最多在夏季洪水季节利用，也只能利用不超过其30%，即就是一个黄河的水量，不会也不可能超过这个水量。所以，中国可以完全不用理会印度的抗议。恰恰相反，这里丰沛的水量是天赐水源，让我国西北解决干旱问题。所以修建 “多卡巨型水库”很有必要，无论有多大困难都应该修建。修建以后会不会有危险？这个问题不仅是我担心的，而且是各位都担心的。现在我想不会有危险。因为，从林芝到墨脱，河床的海拔从2920米降到1180米，虽然降幅很大，但是距离只有200多公里，也就是说这里的河床非常狭窄，有足够的泥沙沉积空间。一旦大坝修建成功，泥沙沉积在库区，河床在十几年之内可能抬升1000米，河床达到2200米左右，这样大坝就逐渐更加安全。中国的藏南地区由于山高水深，降雨量巨大，这里一直是交通禁区，中国一直到 2013年才通达了到墨脱县城的公路。所以藏南地区虽然降雨量巨大，山高水深，森林覆盖率超过70%，但是一直交通不便，无法利用。如果建成了“多卡水库”，那么可以形成从多卡到林芝200多公里的水路，更加有利于中国保卫国土建设墨脱，控制边境。1730米的落差，可以修建多个大型水电站，每年的发电量会是三峡水库发电量的五倍以上，有充足的电力供应西藏和四川。长江电力去年的发电收入为485亿元，净利润295亿元，按照这个利润比，那么多卡水库的年营业额可以超过3000亿元，净利润会超过1500亿元。如果投资万亿，十年以内也可以收回成本。青海大学校长王光谦院士主持了一个空中调水研究工程，想开辟一条空中水汽通道，名称叫 “玉树—墨脱水汽通道”。如果 “多卡水库”修建成功，那么可能极大地增加水汽进入青藏高原的量，这些水汽一定会沿着现有的“玉树—墨脱水汽通道”到达中国的甘南和川西北地区，给那里带去较大的降水量。这一点可以肯定。 “多卡水库”位于原始森林地区，施工非常困难。大坝截留也有一定困难。但是好处是雅鲁藏布江藏南地区的降雨和径流有极大的季节特点，一般每年的10月到次年的4月，长达半年时间水量很小，而从4月到10月水量非常大。所以，最好的施工季节是冬季和春季。另外，藏南地区处在北纬30度以南，年平均气温高于0度，尤其是海拔2000米以下，常年可以施工。雪线在3200米左右。所以坝址高度选择为2920米非常合适，不会有冻害。“多卡水库”的坝址周围被高山环绕，在河床两岸十多公里的范围内，海拔就从1200抬升到3100米以上，所以这个地方是天赐的优良坝址。这些都是工程有利的一面。重力坝水库需要大量的土方石料？这些土方石料从哪里来？从坝址向雅鲁藏布江上游恰恰是雅鲁藏布江的大拐弯，这里有大约100平方公里的山区，常年不会冰冻，从这里取土非常合适。取土以后，水库修建成功以后，这里将成为淹没区，形成巨大的库容。藏水北调是我们共同的理想，天赐水源为何不用？; 个人分类: 气候生态|3554 次阅读|4 个评论

我发现世界河流年径流量排序符合幂律: 热度 2 zhangxw 2013-10-25 11:11; 我发现世界河流年径流量排序 ( 名次 ) 符合幂律张学文 ,2013.10.25 Ø 把一批具有共同属性 ( 本案中是世界河流的年径流量,并且以亿立方米/年为单位 ) 的 N 个数据 s 1 ,s 2 ,s 3 ,…s n 排序 , 于是有第 1 名，第 2 名， … 第 N 名， Ø 对 s 1 ,s 2 ,s 3 ,…s n ，分别取以 10 为底的对数，作为各个 y i ，并且对顺序值(1,2,3,…,52)也取对数 , 作为各个 x i ，并且做直角坐标图，于是我们获得地球的河流年径流量的排序大体符合这种双对数坐标下的直线关系，这经常被称为幂律。 Ø 世界河流流量的这个幂律关系的质量，可以用 R 平方值衡量，它现在的值是0.94，很接近于 1 ，不错了！ Ø 这是今天的发现，我就公布在这里了。本人关于幂律的其他博客，见 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=2024do=blogclassid=141380view=mefrom=space http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-734025.html 等等如有引入请注明出处。; 个人分类: 幂律|4262 次阅读|8 个评论

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