▓ 李伶
长白山天池 2014年7月陈建生摄
“地下河调水”:我国水利史上第一声春雷
中国南方水多,北方水少,北方大部分土地都因为缺水而不能发挥效益。南水北调工程解决了华北等地区居民的饮水问题,但是,南水北调工程的耗资与维持费用都是天文数字。为了改变北方的干旱局面,一些专家提出了“红旗河”、“天河”等调水工程设想,目的是将西藏高原的河水以及空中的云水调到北方干旱区。设想很丰满,现实很骨感。“红旗河”与“天河”由于高额的工程费、维持费以及目前尚未达到的可呼风唤雨的科学手段而备受诟病。
2021年7月世界顶级地学刊物《Geology》(地质学)刊登了河海大学、西湖大学、美国加州大学、瑞士联邦理工大学学者的论文“Missing water from the Qiangtang Basin on the Tibetan Plateau”(青藏高原羌塘盆地的水失踪了),河流在经过羌塘盆地近南-北走向的裂谷地带后消失了,西藏内流区每年丢失的水量约为540亿方,达到一条黄河的年流量。研究证实,地下河进入裂谷后通过导水通道向青藏高原北东的干旱地区排泄。这项研究为利用天然地下导水通道实现藏水北调提供了新思路。
河海大学教授陈建生通过研究玄武岩地下水发现,与火山口连通的玄武岩中存在导水通道,这些导水通道是熔岩流在冷却过程中形成的收缩缝,熔岩流曾经是火山岩浆的通道,火山活动结束后,保留在岩石圈中的熔岩流冷却成岩,固体在冷却过程中体积收缩,于是在熔岩流中形成了收缩缝,大型的收缩缝直接可达到几米,被称为熔岩隧道,与火山口连通。研究发现,地下水可通过熔岩隧道进行输运,高海拔的地下水通过熔岩隧道向低海拔地区排泄,地下水的导水介质更接近管道流特征,完全不同于地下水传统意义上的:孔隙介质、裂隙介质与岩溶介质。
西藏的渗漏水通过裂谷进入到熔岩隧道之中,在封闭的岩溶隧道中流动,最终在火山口或者断裂带中向地表排泄。由于西藏高原的东北缘正是我国最缺水的干旱地区之一,如果这些神秘失踪的地下水经过东北缘干旱地区向低海拔地区排泄,那么在干旱区深部地层中就可能存在着导水通道,深循环地下水通过火山口或断裂带向干旱区排泄。通过玄武岩火山口找到失踪水并非难事,如果我们能够找到并利用这些天然的导水通道进行调水,则必然事半功倍。
以上就是陈建生提出“地下河调水”的科学依据和认知过程。
献上“连通器”原理示意图, 酬谢广大读者的共同关注
2021年10月15日《今日头条》首发了《重大发现:西藏与我国北方旱区存在天然输水通道,藏水北调有望梦想成真》,后经好几个媒体平台的转载,引起了广大读者的浓厚兴趣和广泛关注。十天之内,仅《今日头条·彩色港》评论212条,获赞1348,展现量目前已达42万+。
综观网上留言,可从赞扬、期盼乃至质疑声中领悟社会关切的焦点:超凡脱俗的“地下河调水”有何科学支撑?
细读华文出版社近期出版的《西藏之水救中国-地下水篇》,可从陈建生教授“深循环理论”诞生和验证实践中得到随物见影的启迪。
由于疫情的障碍,加上纸质图书销量所限,致使这一科学设想至今闻者寥寥。
为酬谢广大读者对“地下河调水”科学原理的共同关注,陈建生教授特地以长白山天池为出水端,绘出了一幅“连通器”原理示意图,亦称“地下河调水”科学原理示意图。
“连通器”原理示意图
连通器由三部分组成:出口端、导管和入口端。
长白山是由新生代以来的火山玄武岩堆积而成,长白山天池位于火山椎体的顶部,是世界上海拔最高的火山湖。水位高度为海拔2189.7米,天池火山口的北坡有个破缺,湖水由此破缺口溢出,这就是松花江的源头,瀑布在悬崖上跌落68米,瀑布如雷,水花四溅。冬天湖面封冻,湖水仍旧以潜流溢出,瀑布照样高悬。天池集水面积为21.4平方千米,湖水面积为9.82平方千米。天池流域年降水量为0.43亿立方米,而溢出湖面的出水量为1.23亿立方米,65%以上的瀑布水来自于火山口内的熔岩隧道。
长白山天池构成一个典型的深循环地下水连通器:火山口为出口端,入口端位于西藏裂谷带,导管位于岩石圈中。同位素分析确认,长白山天池瀑布水与当地降水存在明显差异,而与羌塘盆地丢失的部分水之间存在“父子关系”。“导管”是由熔岩流演变而来的,岩浆活动停止后,岩石圈中的熔岩流停止流动,熔岩受围岩影响下降,熔岩在冷却成岩的过程中形成的收缩缝,最终演变成为地下水的导水通道。最初的深循环地下水为高温热液,随着围岩被冷却,瀑布水温度逐渐降低,现在已经降低为常温。
天池溢流何处来
事实上,天池水面之上还有两个大型的温泉群,温度在40-73℃,被称为湖滨温泉,泉眼的海拔达到2193米。这些温泉的涌水量远远小于瀑布的流量,围岩的温度还较高,但温泉与冷泉的同位素与水化学类型相同,显示为同源。
经研究分析,天池泉水的来源必须同时满足四个基本条件:
(1)补给源区的高程远高于2200m;
(2)源区的河流与湖泊存在渗漏;
(3)源区渗漏水的同位素与天池水相同;
(4)源区的水汽通量出现“减少”,而排泄区的水汽通量出现“增加”。
天池周边1300千米范围内没有高于天池水位的山脉,距离天池最近而且高程符合要求的只有山西的五台山,但五台山没有河流与湖泊,降水同位素比天池水严重贫化。另外几个山脉如秦岭、六盘山、贺兰山等,虽然海拔高于2200米,但是不符合(2)-(4)条。
对比分析发现,只有西藏高原能够同时满足所有条件。
根据水量平衡推算,陈建生认为,西藏高原的渗漏应为内流区的渗漏量加上外流区的渗漏量,另外,云贵高原的河流也存在渗漏,初步估算,深循环地下水的年流量大于1000亿立方米。
据统计,天池年降水量为0.43亿立方米,而溢出湖面的出水量为1.23亿立方米。湖水进出不平衡的差额为0.8亿立方米。用大众语言表述:天池的巨量储水以及多出的0.8亿立方米的外溢水从何而来?
河海大学江巧宁、陈建生在2015年9月《水资源保护》发表了一篇专业论文:《深循环地下水给长白山天池的水量平衡关系》。
文章说:“为了研究天池外围的水量平衡关系,我们在天池周围划分出4个大域:高丽城子(4728平方千米)、汉阳屯(8532平方千米)、长白(2211平方千米)与南坪(6745平方千米),总面积为22216平方千米。在高丽城子流域内又选择了九公里(253平方千米)与漫江(586平方千米)两个小流域;在汉阳屯流域又选择了二道白河(210平方千米)与松花江(1900平方千米)两个小流域。4个小流域的特点是面积小,但流量大,河流源区都是天池周边的火山岩椎体坡面上稳定的泉群。8个流域都各有位于其下游的水文观测站,在所选择的流域内还分布有雨量站。”可以说,“这8个流域完整覆盖了长白山天池的周边区域,并为探究区域水量平衡问题提供了良好的前提条件。”
长白山天池接受深循环地下水补给示意图
研究结果表明,天池集水区以外地区的水量也出现不平衡。根据水量平衡关系可计算出外源水对天池周边4个流域的补给量分别为:南坪5.35亿立方米、长白3.78亿立方米、汉阳屯两个小流域为14.12亿立方米,总补给量为23.25亿立方米。
以上实验数据表明:天池高水源于西藏高原渗漏水。
天池溢流的重要启示
找到了天池高水的源头,就从流体力学原理中寻得了天池高水的托举力量。宛若中学物理课本上提及的“连通器”。根据天然地势得知,这个巨型“连通器”的进水端与出水端的高低之差少说在2000米以上。这么大的重力作用,何愁天池高水托举乏力!
解开天池高水托举力之因以及泉源之谜,对于“地下河调水”有着十分重要的意义。一旦找出天池与藏南裂谷的对应关系,藏水入东北旱区就成为现实。因为长白山天池瀑布是松花江的源头,另外,图们江与鸭绿江也发源于长白山,从天池、望天鹅等火山椎体涌出的泉水是这三条江稳定的补给源。因此,欲解决上述三江流域旱区缺水,只需将雅鲁藏布江水引入天池对应的裂谷,大量的西藏水就会沿着漫长的地下河道进入天池,再由天池流入所需之地。所以说,“地下河调水”的第一步是选好北方旱区的出水口。第二步,进行出水口与裂谷对应点的科学测定。
有人或许会问:天池出水口是裸露的,只需认识它、使用完,而不必花力气寻找它。而那些埋没在沙漠以及黄土高原深处的出水口如何寻找?对此,陈建生已有成套的设想和许多成功的实践,我将撰文披露,与众共享。
2021.11.4
本文作者李伶·光荣在党五十年
作家简介
李伶,1940年生于江苏句容县,1961年参军,2001年退休。原为第二炮兵(火箭军前身)政治部创作室主任,中国作家协会会员,三次荣立三等功。著有长篇小说《鸳鸯谷》,长篇纪实文学《杨虎城的密使》《青山垂虹》《狼烟》《惊世鼙鼓》《西安事变的序曲》《1933:影响中国历史走向的汉中密约》《开国将领的奇婚奇缘》,报告文学集《悲壮的女性》,电视剧《泽国晨钟》等。其前瞻性报告文学《西藏之水救中国》为地表水的开发和利用提供了崭新的思路和长远目标, 其姊妹篇《西藏之水救中国一地下水篇》被舆论界誉为“为缺水的中国提供了一条地下路径”。选题追求:我写人不知,人知我不写。
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