罗布泊如何重生——塔里木盆地水循环自动稳定机制探析

张洪泉

(美国塔尔萨大学 石油工程系，美国 俄克拉荷马州)



罗布泊如何重生
——塔里木盆地水循环自动稳定机制探析

张洪泉

(美国塔尔萨大学 石油工程系，美国 俄克拉荷马州)

分析有关罗布泊的文献，发现塔里木盆地水循环有一个很强的自动稳定机制，并证实有一系统平衡蒸发率(SEER)存在于这个循环之中，它对应于盆地顶部空气湿度与周围大气的平衡状态。当系统蒸发率因可蒸发水量(或水蒸发面积)变化而偏离SEER，会随即引起很强的降水负反馈相应，使系统水量恢复，进而使系统蒸发率自动回到SEER，同时系统降水率也回到平衡状态并与SEER相等。系统内河流的年径流量及整个水循环过程都受制于SEER，它是一个刚性约束。这一稳定机制解释了罗布泊为什么消失、现有治水实践为什么没有效果，也确定了盆地内的生态保护原则与其它地方截然不同。并进一步提出了了塔里木盆地内西部造水、东部蒸发的一些具体方法，可使罗布泊恢复到其全盛景况，再度成为滋润大西北的蒸汽喷泉。

罗布泊；塔里木盆地；水循环；稳定机制

一、罗布泊之谜

在露天的室外放置一个盆，下雨时它会存水，甚至充满而外溢，晴天时盆内的水则会因蒸发而减少，甚至枯干。如果无论晴雨盆里的水量不变，是不是很奇怪？这正是发生在塔里木盆地的事情。

塔里木盆地内的降水自周围高山而下，数条河流或汇于塔里木河，或直接流入，最后到达(未干时的)罗布泊(见图1)。其西岸的楼兰临近塔里木河出口，《汉书》描述那里是“水大波深必汛”，但罗布泊却是“广袤三百里，其水亭居，冬夏不增减”。楼兰古城历经八百多年，为丝绸之路咽喉。

图2是塔里木盆地内的水循环示意，罗布泊地势最低，位于地表水循环的末端，它面积浩瀚，最大时曾近万平方公里，最深处却只有几米，按比例相当于一张A4纸厚度的十分之一，是一片近乎完美的平地，所以其面积对水量变化非常敏感。鉴于其水面的稳定，古人以为罗布泊水潜行地下，南出积石山，为黄河之源，但实际上罗布泊没有出口，进入的巨大水量显然是被蒸发进入大气。接下来水蒸汽或飘到盆地外边、或飘到盆地周围山脉凝结形成降水，降水经绿洲、河道又进入罗布泊，完成循环。塔里木盆地与外界的交换则是通过水蒸汽和雨云的飘入和溢出，在定常状态下出入相等。罗布泊面大水浅，水温显著高于深水湖泊，在太阳的照射下，是理想的水蒸发条件，以致能缓冲进入湖中的季节性洪水。但有意思的是，在进水流量较小的时候，水面也能保持，没有显著减小，这样的情况持续几千年而不变，说明在这个水循环系统中存在着一个自动稳定机制。可是，罗布泊虽几千年未曾干涸，却在上世纪六七十年代突然消失，留下一个神秘的耳状印记(见图3)，被称“地球之耳”，像是提醒着什么。

图1 塔里木盆地河流分布

图2 塔里木盆地水循环示意

图3 罗布泊干涸过程中形成的耳状印记

图4中红线代表塔里木盆地总人口变化，蓝线是不同时代罗布泊水面积的估算，从中不难看出罗布泊干涸的原因，上世纪五十年代之后的人口迅猛增长，正好与罗布泊的干涸时间相对应。这说明伴随人口剧增，各种用水的增加导致罗布泊干涸，接下来塔里木河断流长度的逐年增长也印证了这一点。然而罗布泊“冬夏无增减”说明系统能缓冲水流量波动，但为什么上游取水增加会导致罗布泊干涸呢？

图4 塔里木盆地人口和罗布泊水面积变化

图5 空气湿度随高度变化

二、水循环稳定机制

看来塔里木盆地的水循环稳定机制与水蒸发率有关。不但罗布泊年蒸发量大，整个盆地内的年蒸发量也高达2 500-3 400 mm。水蒸发率决定了大气中的空气湿度，图5是位于同一纬度的全球平均湿度在大气中的分布，湿度随着高度增加而降低，但即使在很高的大气之中，湿度仍然存在并且决定着远距离的水分对流传递。

以下是盆地内水循环稳定机制的解释。如图6所示，假设盆地四周被山脉或高原环绕，日照造成表面水蒸发，盆地内每年的表面水蒸发量可称为系统蒸发率(System Evaporation Rate-SER)，与之对应的是系统的年降水量(System Annual Precipitation-SAP)。当SAP大于SER，系统内的水量就增加，反之则减少。当盆地顶部的年均等湿度面平坦，盆地和外界在空中的水交换平衡，盆地内的水量不变，这时的SER称为系统平衡蒸发率(System Equilibrium Evaporation Rate-SEER)，与之对应相等的是系统平衡年降水量(System Equilibrium Annual Precipitation-SEAP)。如地面上没有水输入或输出，则有：

图6 系统蒸发处于平衡状态

图7 系统蒸发率(水量)太高造成蒸汽溢出

外部的天气条件可能会导致暂时的异常水量进入盆地。当盆地内的表面可蒸发水量多于平衡状态水平，由于当地强大的蒸发能力，系统蒸发率(SER)就会高于系统平衡蒸发率(SEER)，这使得蒸汽循环系统膨胀(如图7所示)，盆地上空的湿度就会比周围高，等湿度面则会凸起，导致水蒸汽从盆地向外边溢出，使系统内降水(SAP)减少，进而表面可蒸发水量减少，SER就会回落，向SEER逼近。

相反，如果由于某种原因，使盆地内的表面可蒸发水量少于平衡状态水平，系统蒸发率(SER)就会低于系统平衡蒸发率(SEER)，这使得蒸汽循环系统缩小(如图8所示)，盆地上空的湿度就会降低，等湿度面则会凹陷，造成水蒸汽从盆地外边向内部传递，使系统内降水(SAP)增加，进而表面可蒸发水量恢复，SER就会回升，向SEER逼近。

图8 系统蒸发率(水量)太低导致水蒸汽传入

SEER取决于盆地周围的大气湿度，其年均值是一个常数，是盆地水循环的一个刚性约束，它的作用像是一个支点(如图9所示)，如果蒸发率因系统水量变化而失衡，就会使降水率朝相反方向偏离，从而使系统水量恢复，使蒸发和降水很快回到平衡状态。

图9 系统蒸发、降水和水量处于平衡状态

假设系统内的不可蒸发水(例如地下水，深水，高海拔水等)不变，只有系统的表面可蒸发水量(VSW)会受蒸发和降水的影响，其变化率是SAP与SER之差：

以VSEW代表平衡状态下系统可蒸发水量，当VSW大于VSEW时，则会引起以下响应：

这一负反馈自动稳定过程也可用图10来说明，若VSW太大，则使蒸发率增加(SER>SEER)，进而使上部等湿度面凸起，使水蒸汽溢出，系统降水率减少(SAP

图10 系统可蒸发水量太多

当VSW小于VSEW时，则会引起以下响应：

这一负反馈自动稳定过程也可用图11来说明，若VSW太小，则使蒸发率降低(SER SEER)，蒸发和降水的反向变化使系统水量很快恢复到其平衡状态。

图11 系统可蒸发水量太少

总之无论VSW向哪个方向偏离，都会引起强烈的负反馈相应，使它很快恢复到VSEW，且正好对应于SEER。可见系统水循环是自动稳定在SEER(如图12所示)。

图12 系统可蒸发水量处于平衡状态

实际上系统内的水蒸发面积(AWS)是与系统蒸发率关系更直接的参数，它与系统内的水量有关，但不一定是线性关系。AWS与温度、湿度、对流等因素一起决定了系统蒸发率(SER)，SER随AWS增大而上升，开始时较快，接下来会放缓，因为随着蒸发率的上升，系统内的湿度也会上升，从而减缓SER随AWS上升的陡度。系统降水率(SAP)则会随AWS增加而下降，当AWS很小时，因着蒸发率小，盆地顶部的等湿度面凹陷，SAP会很高。随着AWS的增大，SER上升，等湿度面凹陷变平，甚至凸起，使水蒸汽输入变为溢出，则SAP下降。和SER的陡度变缓一样，SAP随AWS下降也是非线性的。

假设其它因素不变，图13所示为SER和SAP随AWS的变化趋势，系统会自动稳定在SER和SAP的交点上，对应于SEER和系统平衡水蒸发面积(AWES)，以及系统平衡可蒸发水量(VSEW)。

图13 SER和SAP随AWS的变化及自动稳定点(SEER，AWES)

这种水循环的自动稳定机制必然也存在于世界上其它的盆地之中，其强弱取决于盆地几何形状与大小，系统内部的水循环也受外部湿度及气候事件的影响，但这一自动稳定机制就想一只无形的手，起着持续牵制作用，使系统向其稳定点靠拢。

现在塔里木盆地的河水年径流量大约是370亿立方米，SEER会高于河水径流量，因为一部分水在未到河流之前蒸发，也有很多小溪直接流入沙漠，未被计入河流径流量。但两者应成比例。近五十年塔里木盆地内的总年径流量稳定并略有增长，与全球气候变暖有关，因为温度增加使大气层中的湿度增加，塔里木盆地的SEER也会增加，进而造成河流径流量的增加，值得注意的是同期黄河的年径流量却是呈下降趋势。

三、水输出与输入

由于盆地系统内部的水循环是自动稳定在系统平衡蒸发率(SEER)上，如果从系统向外部输水(Water Output Rate-WOR)，系统会自动增加降水率以维持SEER不变，

SAO=SEER+WOR。

如图14所示当有水从系统输出时，SAP曲线会向上平移WOR。这样河流径流量就会增加，意味着盆地具有造水的功能。

图14 从盆地向外部输水使降水率增加

盆地的造水机制也可用图15来解释，当从盆地向外部输出水流量WOR时，因为自动稳定机制会使蒸发率锁定在SEER，所以盆地内的降水率必须也同样增加WOR以弥补输出的水流量，使盆地内的可蒸发水量(或水蒸发面积)不变，以维持系统蒸发率平衡。理论上盆地顶部的等湿度面应有稍许凹陷，以维持水蒸汽净传入WOR，但大气环流造成的对流交换非常强烈，并且质量传递的面积是如此巨大，所需湿度梯度接近于零，等湿度面凹陷则微乎其微。

图15 降水率增加与输出水流量相同

相反，如果人为向系统内部输水(Water Input Rate-WIR)，系统会自动减少降水率以维持SEER不变，

SAP=SEER-WIR。

如图16所示，当有水输入到系统时，SAP曲线会自动向下平移WIR。这样河流径流量就会减小，所以向系统内输水并不能增加系统内的水量。

图16 从外部向盆地内输水使降水率减少

这种看似违背常理的现象也可用图17来解释，当从外部向盆地内输入水流量WIR时，因为自动稳定机制会使蒸发率锁定在SEER，所以盆地内的降水率必须减少同样的值WIR以接纳输入的水流量，使盆地内的可蒸发水量(或水蒸发面积)不变，以维持系统蒸发率平衡。盆地顶部的等湿度面也会有稍许的凸起以维持一个水蒸汽净输出WIR。

图17 降水率减少与输入水流量相同

当系统的水蒸发面积对于系统内的水量不敏感时，则负反馈响应微弱，就不能使这一自动稳定机制发挥作用，这样的情况发生在面积小而深度大的盆地湖泊中，如美国加州的太浩湖(Lake Tahoe)和以色列的死海(Dead Sea)。

太浩湖水很深，水面海拔高(1 897米)，温度低，其水蒸发面积(AWS)小于平衡水蒸发面积(AWES)，使得系统蒸发率(SER)小于系统平衡蒸发率(SEER)，其上方的湿度就会低于周围环境的湿度，在盆地的上面形成一个等湿面凹陷，使水蒸汽进入，形成大于SER的降水率(SAP)(如图18所示)，其差别就是Truckee河流出的流量。

图18 美国加州太浩湖示意

相反，位于以色列的死海水面海拔低(-427米)，温度高，AWS大于AWES，造成SER大于SEER，使其上方的湿度高于周围大气的湿度，在盆地的上面形成一个等湿面凸起，使水蒸汽溢出，则 SAP小于SER(如图19所示)，其差别就是约旦河流入的流量。

实际上现在的地中海也和死海的情况相似，蒸发率大于降水率，所以外部的水通过直布罗陀海峡，源源不断的流入地中海，以补充蒸发和降水之差。但在约五百万年以前，地中海曾经干涸，那时那里是一个巨大的盆地，其中的水循环也一定受上述自动稳定机制的制约。黑海的情况与地中海相似，但它的降水大于蒸发，所以水是通过土耳其海峡流入地中海。里海的情况也与死海相似，只是其周围流入的河流水量充沛，使它能够保持较稳定的水位，但是这种稳定实际上非常脆弱，如果有河流被引到其它地方，则会造成里海水位降低，水位降低又会造成水面温度升高，使蒸发率增加，这样可能会进入一个无法逆转的趋势，使里海很快干涸，成为塔里木这样的沙漠盆地。

图19 以色列死海示意

还有些盆地是既有河流入又有河流出，像四川盆地，则要根据水的净流入量来确定是那一类型。表1归纳了各种盆地水循环的稳定机制。

四、SEER为许多疑问提供了答案

塔里木盆地水循环自动稳定机制的揭示，可以使所有过去的疑团得到合理的解释，以下是几个例子。

1.库车洪水

1958年8月13日新疆天山中部南麓发生了历史上罕见的大洪水，洪水之后罗布泊水面达5 350平方公里，但不到三年就完全干掉，令人不解。基于上述原理就很容易解释，洪水之后SER大于SEER，系统的稳定机制自动降低SAP，使来水减少甚至中断，湖水因没有补充而很快干涸。

表1 各种盆地水循环稳定机制类型归纳

2.楼兰兴衰

楼兰古城曾经是丝绸之路上最繁华的咽喉城市，显然丝绸之路的兴起也使当地人口增加，上游桑蚕、农牧业的发展挤占罗布泊周围的水面积，以致水退沙进，使赖以生存的田地干旱最终使楼兰难以为继，这恐怕是楼兰消失的根本原因。

3.断流增长

塔里木河断流长度的逐年增加，是因为上游蒸发率增加造成的，而不是因为来水减少。向塔里木河下游断流河段输水没有效果，也是因为受到SEER的刚性限制。

4.径流量稳定

塔里木盆地河流年径流量非常稳定，且略有增加，但黄河的流量却在减少。这说明塔里木盆地内的水循环稳定在SEER，基本不受外界影响，而黄河径流量减少则可能是受塔里木盆地内水体西移的影响。

5.地下水丰富

塔克拉玛干沙漠历史漫长，却有丰富的地下水，是因为地下水不受蒸发的影响。

五、塔里木造水机制

1.吸入与溢出

一个盆地内的表面可蒸发水量(或水蒸发面积)和周围山脉的分布很少是均匀的，塔里木盆地南、北、西三面的山峰都很高，而东面的山岭却很低，留出一个开口。盆地周围的山脉越高，则受外部低空气流的影响越小，自动稳定的机制越强。相比之下，塔里木盆地中西部的自动稳定性最强，而东部比较弱一些。水在盆地内的不均匀分布会造成水蒸发的不均衡，进而引起盆地上空水蒸汽输入和输出的不均衡，虽然在平衡状态下输入和输出相等，但不均衡水分布会造成水蒸汽从一边被吸入、在另一边被溢出。

图20所示，颜色由蓝到红代表从海拔500米到5 000米的变化。可以看出塔里木盆地的形状就像是一个水囊，而罗布泊位置奇特，正处于盆地的出口位置，在它的东面就是黄土高塬和漫漫的戈壁沙漠，在古代时大量的水流到罗布泊，蒸发后播洒到周围地区，滋养着大西北的生态，但现在水却流不到这里，使这个水囊失去了它原有的功能。

图20 塔里木盆地形状与罗布泊位置

图21 现代塔里木盆地水蒸汽循环示意

由于罗布泊的干涸以及河川断流，水蒸发往西面河流的源头附近移动，塔里木盆地变得东边越来越干燥，而西边蒸汽循环越来越强，其结果就像图21所示，在盆地上空形成一个起伏的等湿度面，东边凹陷，在罗布泊附近形成一个水蒸汽漏斗，造成水蒸汽从东部吸入。同时，等湿度面却在西部凸起，使水蒸汽从中西部溢出。

在汉代罗布泊丰盈的时候，情况则是完全相反，巨大的面积，极浅的水深，强烈的日照，使它产生巨量的水蒸汽(大于黄河2/3的流量)，相对而言，盆地中西部更干燥些。这样在罗布泊上空等湿度面就向上凸起，而在中西部等湿度面则向下凹陷，结果导致水蒸汽从中西部吸入，从东部溢出(如图22所示)。水蒸汽的溢出部分不参与盆地内部的蒸汽循环，因此这一部分蒸发量不受系统平衡蒸发率(SEER)的限制，是额外的。同时系统的降水会相应增加，增加的部分即是水蒸汽从另一端的吸入，与溢出率相同(如图23所示)。

图22 汉代塔里木盆地水蒸汽循环示意

图23 汉代塔里木盆地水蒸汽循环示意

因罗布泊在塔里木盆地的出口，虽然一部分水蒸汽会飘回盆地内，但借着时常刮来的西北风，大部分水蒸汽会飘向东部戈壁沙漠，滋养中国西北、北方地区，甚至蒙古，提高当地空气湿度，增加降雨，滋润生态。可以说，罗布泊原是中国西北的一个巨大蒸汽喷泉，但现在却完全干涸，更糟糕的是它已变成一个蒸汽陷阱。这样看来，中国北方，尤其西北的生态恶化、干旱加重、沙尘暴频发，与罗布泊的消失有直接关系，而不是受青藏高原隆起的影响。罗布泊的消失是西北干旱的原因，而非其结果。

所以，罗布泊的复兴是必须要做的事，并且刻不容缓。如何实现？首先需要充分认清塔里木盆地内水循环的自动稳定机制和系统平衡蒸发率(SEER)这一刚性约束。这个机制决定了塔里木盆地内的生态保护的作法与其它地方完全不同，例如扩大森林、草场、湿地、水面在这里完全起不到改善生态的效果，而是起反作用的。在这一原理基础上，就可规划出清楚可行的方案，一经实施，会即刻见到效果。

2.倍增效果

以现在塔里木盆地河流径流量370亿立方米作为参照，因为河流径流量是由系统平衡蒸发率(SEER)决定的，可以假定无论水体在盆地内怎样分布，都需要370亿立方米的水在盆地内蒸发循环，以保持系统平衡，这样如果有170亿立方米的水在塔里木盆地中西部蒸发并在内部循环，考虑到罗布泊的位置是在盆地的出口，假设罗布泊及周围的蒸汽有一半即约200亿立方米飘向周围地区，这部分蒸汽不占有系统平衡蒸发率(SEER)，蒸汽的另一半200亿立方米水飘回盆地作为内部循环，则盆地河流径流量自动增加到570亿立方米，相当于黄河径流量，罗布泊及周围的总水蒸发率是大约400亿立方米。

再以楼兰全盛时代作为参照，当时罗布泊面积接近10 000平方公里。以此为目标，如果假设将来罗布泊周围的淡水湖、生态环境和人口经济规模也有10 000平方公里的当量水蒸发面积，并且假设每年的蒸发量为2 000 mm(塔里木盆地年均蒸发量是2 500-3 400 mm)，则总蒸发量大约为400亿立方米。保守的估算，当罗布泊复兴之后，它会提供大约200亿立方米的水蒸汽给西北地区，大于黄河1/3的径流量。如果考虑到当地的风多是由西北吹向东南，水蒸汽的输出可能会达到黄河流量的一半。这些水蒸汽洒播在大气中，使周围的降水增加，降水增加又会使当地空气湿度增大，形成良性循环，这样逐渐扩散开去，影响可至数千里之外，其效果要比地面河流输水好很多，并且会增加黄河的径流量。结合当地的调、蓄治理，中国西北、北方的生态可望很快大大改善。

罗布泊复兴之后，从塔里木盆地刮出的风沙会得到有效抑制，大的沙粒会沉降在罗布泊周围，不再被重新卷起，微细的沙尘则会在大气中作为凝核，起到人工降雨的作用。因着罗布泊的有效过滤，中国北方沙尘暴的频率和强度会大大降低。

盆地的水循环自动稳定机制，可作为定量规划、施工和管理的基础。罗布泊开始有水之后，河流径流量就会增加，增加的量即是飘洒到外部的水蒸汽量。只要不在中西部蒸发，塔里木盆地的水取之不尽、用之不竭。待罗布泊恢复之后，可将塔里木盆地内的水通过河西走廊引致甘肃、内蒙、宁夏等地，惠及周围地区。也可以把吐鲁番盆地的水引到戈壁滩，引多少水，盆地的河流径流量就增加多少。

随着罗布泊的复兴，古城楼兰可望再度绽放辉煌，塔里木河下游、罗布泊周围土壤肥沃，阳光充裕，是种植优质瓜果和其它经济植物的理想条件，当地生态发展可自罗布泊向西逐步拓展，最后达到一个平衡状态，也就是中、西部的蒸发率不可能再减少的时候。

以下所提到的罗布泊复兴措施可成为大西北经济增长的发动机，河道改造需要大量的钢筋水泥预制管，当下钢铁、水泥过剩，油价走低，是一个天赐良机。结合一带一路的大战略，罗布泊的复兴可使大西北风调雨顺，成为宜居繁荣之地。

六、罗布泊复兴措施

首先来看一下塔里木盆地的水使用效率，以色列每年可用水大约是18亿立方米，现在塔里木盆地的每年可用水是370亿立方米，以色列2014年的GDP大约是3 000亿美元，而塔里木盆地2014年GDP大约为600亿美元，所以如果假设以色列用水效率是100%，则塔里木盆地的用水效率为1%，绝大部分水资源被无效蒸发了。所以塔里木盆地的水资源潜力巨大，关键是要走对路。

罗布泊复兴的中心思路是西部造水，东部蒸发，极力降低塔里木盆地中西部的水蒸发率，在当地形成更加干燥的环境，在上方大气中制造一个等湿度面的凹陷，以吸入周围的水蒸汽。只要中西部水蒸发率降下来，水自然就会流到罗布泊。以下略谈几个应该采取的措施，这些措施没有技术障碍，工程进度可分步实施，每一步实施后都会马上呈现效果。开始可以快上，最后视需要细调。

1.河走地下

塔里木盆地河流的特点是，面大，弯曲，经常改道，所以造成大面积的湿地，蒸发大量的水(如图24所示)。首先把所有的河道疏浚取直，加深缩窄，使水表面积尽可能小。同时在河两侧分步铺设多条与河水同样高的输水管(如图25所示)，输水管可用大直径水泥管，衔接不需密封，因为漏到周围地下的水并不会被直接蒸发。管道上面覆盖一定厚度的土层后可种树或其它低水耗植物。河道底部修一方槽，平时大部分水在管道内流动，只有少部分水在河道底部流动，但若有洪水则可通过河道泄下。输水管道可自河道向外逐条铺设，竣工一条，通水一条，直到河道内的水流量所剩无几，再在淡季整修加固。值得一提的是，当罗布泊充盈的时候，塔里木盆地河流的径流量会显著增加，那时可根据需要增加输水管道的数量。

图24 塔里木盆地河流弯曲、面大、水浅、蒸发率大

图25 河道改造构想

2.积溪成渠

不让任何山上流下的水进入沙漠表面，因为水只要流到沙漠就被蒸发，从而挤占罗布泊双倍的蒸发量。把有希望穿过沙漠的河流用地下输水管代替，使其不被蒸发，顺利穿越沙漠，汇入塔里木河。把不能穿过沙漠的中、小型河流截流汇集，用地下输水管汇集到相邻的大河，流向罗布泊。在环塔里木盆地中、西部的山脚下，把所有小溪的水也都通过适当直径的管道输到大管道中去。

3.削减水库

关闭塔里木盆地中、西部地区蒸发量大(水浅面大)的水库。实际上塔里木盆地中根本不需要大型水库，水循环自动稳定机制确保了水流的持续可靠，它将会受罗布泊水量的控制，如果罗布泊水量少，河流的流量就会增加，如果罗布泊水量多，河流的流量就会减少。只需要小型水库以满足冬天之用，可在高海拔山谷中建水深面小的水库，那里的温度低，蒸发慢，还可以逐级利用落差来发电。

4.暗藏不露

兴建中小型有覆盖的蓄水池，鼓励居民使用水窖。

塔里木油、气田生产中分离出来的水，一定要重新注入到地下油、气藏中，以免挤占罗布泊的蒸发率，同时有助保持油、气藏压力，稳定生产，一举两得。

不应抽取地下水，浇灌树木植物，因为这会挤占罗布泊双倍的蒸发率。除非不得已，不要用地下水库或水井的水。

5.惜汽如金

对塔里木盆地中西部的水蒸发率分布进行详细的评估，制定统一有效的水蒸发率配额制度。尽力消除无效蒸发，减少低效蒸发。去除中、西部所有湿地，控制西部河流源头附近的绿洲面积。杜绝观赏休闲水面、广场喷泉等。选取低耗水树种和经济植物，使用渗灌等先进技术。采取一切措施减少生活用水蒸发率。

蒸发和用水虽然有关，但是两个不同的概念。如果水不被蒸发，可以随便使用，但如果蒸发则挤占了罗布泊双倍的水蒸发量，进而减少向周围地区的蒸汽播洒。

6.重心东移

控制塔里木盆地中西部的城市规模和发展，关闭水蒸发率大的企业，代之以低耗水企业。把塔里木盆地内的经济、人口中心逐步向罗布泊周围转移。

七、结语与讨论

塔里木盆地的水循环自动稳定在系统平衡蒸发率(SEER)上，SEER使盆地上空的湿度与盆地周围大气湿度相匹配，得以保持平衡状态，它并不受青藏高原隆起的影响。这一机制也适用于世界上其它盆地。

SEER给盆地内一切产生蒸发的自然环境和人类活动总量划定了界限，它是一个刚性限制，同时它又是一个清晰的指标，很容易定量管理操作。盆地内的生态保护概念与其它地方截然不同，扩大森林、农田、草场、湿地等，效果适得其反。

从外部向盆地内输水，并不能增加盆地内的水量，反而会造成盆地内河流径流量减小，输多少减多少。盆地内的水循环稳定机制，也使盆地具有造水能力，从盆地向外部输水不但不会减少盆地内部的水量，反而会增加降水率和内部河流径流量，输出多少增加多少。

罗布泊的干涸和塔里木河断流逐年增长，使塔里木盆地东部越来越干燥，而西部水蒸发越来越强，这就造成水分在东部被吸入，在西部被溢出，使大西北气候越来越干燥。在罗布泊兴盛时情况正好相反，水分由塔里木盆地中西部吸入，在罗布泊及周围蒸发，然后借着经常的西北风，播洒在西北地区，滋润了周围的自然生态。

罗布泊全盛时期的蒸发量大约相当于黄河流量的三分之二，它持续的进入到西北的大气中，变成降雨落到地面，使生态繁茂，进而提高当地空气湿度，这样逐渐扩展，影响可至千里之外，并且提高黄河流域的河流流量。

依照所提出的建议措施，只要有效削减塔里木盆地西部的水蒸发(非水使用)，就可使水流到罗布泊。因溢出的蒸发率不占有盆地内的蒸发率，西部的蒸发率减少具有倍增效果，再考虑到为大西北和整个北方带来的生态效益，可以说塔里木盆地西部的水蒸发率至为宝贵，应尽量节省。

本文对于塔里木盆地的水循环自动稳定机制及其作用进行了细致的定性分析和论证，定量的预测分析可以通过数值模拟计算来实现，所介绍的水循环自动稳定机制、输入输出功能和复兴罗布泊的措施也可通过实验模型来展示。

(责任编辑： 司国安)

A Blue Print for Lop Nur Restoration—Stabilization Mechanism for Water Circulation in Tarim Basin

ZHANG Hongquan

(McDougall School of Petroleum Engineering,The University of Tulsa,OK,USA)

The historical records of the Lop Nur help reveal a strong stabilization mechanism for water circulation in the Tarim Basin.There exists a System Equilibrium Evaporation Rate (SEER),which corresponds to the humidity distribution on top of the basin at equilibrium with the surrounding atmosphere.The System Evaporation Rate (SER) is automatically drawn to SEER by a strong negative precipitation feedback response when SER shifts away from SEER caused by the variation of system water evaporation surface area.The system average yearly runoff water amount as well as the entire water circulation is dominated by SEER,which is a constant regulator.It explains why the Lop Nur suddenly dried up about 50 years ago and why the water management projects in the Tarim Basin have been ineffective.Accordingly,the approaches for ecosystem conservation and protection in basins are completely different from that applicable to the outside world,where water evaporation can fluctuate freely.The water circulation stabilization mechanism also helps lay out a clear path for the restoration of the great Lop Nur.

Lop Nur; Tarim Basin; Water Circulation; Stabilization Mechanism

10.15896/j.xjtuskxb.201601014

2015-11-22

张洪泉(1961- )，男，美国塔尔萨大学石油工程系教授，人工举升研究中心主任。

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1008-245X(2016)01-0115-10