调水工程对气候及其他环境后果的可能性

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：例如美国就特别关注原苏联所进行的大规模调水的全面气候后果的预测评估。研究结果表明，由于河流的淡水被调出，使得流入巴伦支海和喀拉海的河流淡水减少，这可能在相互对立的两个方面影响这些海的情况。一些西方学者的“调水是大规模气候变化原因”的论点被原苏联学者认为［15］是“荒谬”的。调水工程对气候条件的主要影响是通过蒸发量和蒸发情况的变化表现出来。

20世纪80年代，由于大规模调水工程的研制，在苏联［9］和国外的刊物［10，11］上出现了这样的描述，说调水工程的实现可能影响全球气候和水循环。大量调水会全面影响地球大气总循环的机理是因为：

（1）调水造成北极海洋中河流淡水流入的减少，可能减少北极海洋的含冰量；

（2）在调水用水区灌溉土地上蒸发量的大量增加；

（3）地球表面范围内大量水体的输移对地球转速的影响。

这种论调当然会引起其他国家的关注。例如美国就特别关注原苏联所进行的大规模调水的全面气候后果的预测评估。这种预测的研究吸引了一系列大学的研究机构。

根据媒体上所发表的从原苏联北方和西伯利亚河流调水到南方地区的资料，美国气候学家通过计算得出结论，从北冰洋流域截取淡水，可能影响它的冰盖，存在着北极多年冰盖变成一年冰盖的危险性，因此也威胁到整个北半球气候的变化。特别是发生在北半球的大气过程的分析使得美国气候学家得出结论，西西伯利亚湿度变化的最重要循环之一与陆地水流入喀拉海的变化及其含冰量有关，亦即喀拉海含冰量的增加可促进这个地区水循环的活跃和降雨的增加。因此得出结论，当流入喀拉海的淡水减少时，反馈机理导致西西伯利亚南部和哈萨克斯坦降雨的减少，也就是说在水资源原本不足的地区减少水资源。

原苏联在气候条件全面变化的评估和预测的总课题范围内，完成了大规模调水对气候和水循环影响的预测评估，这个课题具有非常重要的意义。

研究结果表明，由于河流的淡水被调出，使得流入巴伦支海和喀拉海的河流淡水减少，这可能在相互对立的两个方面影响这些海的情况。一方面，淡水流入的减少应该使得北冰洋与大西洋的水体交换缓慢，降低大西洋温水流入北极海盆并促使北极海洋有更高的含冰量。另一方面，淡水流入的减少可能促使水体交换沿水深的加强和表层海水含盐量的增加。由于海水密度梯度与矿化值和温度的不同关系，北冰洋上层中存在着温度逆增是这种过程的物理解释。而且，海水的密度梯度与矿化值的关系比温度的关系大好几倍，换言之，北冰洋含冰量的变化主要是由含盐量的垂直分布来控制，而河流淡水阻碍了比之更温暖但矿化更严重的水升高到表面，从而造成良好的结冰条件。在现代北极海洋淡水平衡和含冰量的研究水平上，关于上述两种研究过程中哪一种具有优势的问题现在还没有统一意见，这个课题需要进一步研究。

北冰洋多年冰层的命运问题是气候预测评估的中心问题之一。众所周知，在最近几百万年来的冰川期和非冰川期，北极海洋“冰盖”的存在及其厚度取决于气候条件有很大的不同。根据俄罗斯学者科特利亚科夫В.M.的意见，我们的星球现在经受很短的冰川时期，其特征是陆地（格陵兰岛、南极洲、高山地区）的中等冰川作用，北极有多年冰层。毫无疑问，北极多年冰层的消失会大大影响北半球的气候。但是，根据俄罗斯气象学家［12］的结论，以所预见的调水规模，从北冰洋流域截取河水在这个过程中应该小得可以忽略不计。

这个结论是根据多年的水文气象和高空气象资料，陆地水和海洋水的热质量交换和大气中水蒸气的输移的综合研究得出的。为了阐明调水影响北极海洋全面的水分交换和含冰量的可能趋势，在这种研究过程中给出了一个大大超过原苏联所规划的调水量（2000亿～3000亿m3/a）。计算表明［13］，在从北冰洋流域淡水取水量增加到1800亿～2000亿m3/a时，对其水热平衡将有感觉到的影响，而当取水量超过2500亿m3/a时，出现北方和西伯利亚河流调水的全面影响。

大量截取河川径流量对大气循环和自然生态作用过程的影响的课题尚需继续研究。这里主要的不是调水本身，而是实现调水的气候环境，是调水时气候人为非蓄意改变的程度，更确切地说是大规模调水的后果与20世纪中叶开始的气候人为变化的结合。根据美国、原苏联气象学家共同研究的资料，20世纪后这些变化大大超过大型调水工程的后果。

原苏联所进行的计算还表明，叶尼塞河和鄂毕河径流与喀拉海的含冰量的关系（美国气象学家对此非常关注）很弱。叶尼塞河和鄂毕河河口的年径流总量与喀拉海东北部的含冰量的相关系数总共为0.11。北部海洋淡水总进入量与北冰洋的含冰量的相关系数虽然较高（0.4），但暂时还不清楚，这个关系的主要原因是含冰量还是淡水进入量［14］。

调水用水区的水热平衡的预测评估得出结论，这些地区蒸发量的增加是因为灌溉面积的扩大，它还不能严重影响大气候和水循环。

由于干旱地区灌溉的增加，大气候后果的预期是基于以下假说，即在大气的地面层蒸发和湿度的增加应该导致充气带和大气之间垂直水分交换的增加，破坏大气层分层，促使降雨增加。

因促进蒸发而可能使降雨增加的假说特别吸引人，可以希望供水河流的调水可能得到部分补偿和干旱地区湿度的增加，因为干旱地区每一种补充水源都特别宝贵。但是，计算表明［12］，即使对原苏联欧洲部分和中部地区的调水量提高到1250亿m3/a时，假设所有调水都消耗在灌溉过程的蒸发上，大气成因的径流补偿意义也不大。根据计算统计，在上述补充蒸发量下，年补偿径流总量共为50亿m3，亦即为调水和蒸发水量的4.0%。

从以上所述中我们可以看出，原苏联所完成的研究表明，大型调水工程对大气候的变化不会有严重的影响。一些西方学者的“调水是大规模气候变化原因”的论点被原苏联学者认为［15］是“荒谬”的。那么，大型调水工程对微气候、中气候有没有影响呢？这个问题的解决具有特别重要的意义。我们再来看看原苏联专家学者在这方面所进行的研究。

水资源区域再分配对微气候和中气候的影响程度有很大的不同［12］：从实际的零值（当用管道或护面渠道输送不太大的水量并用于工业和城市供水时）到很大值（当用逆河道跨流域或跨地区运河调水并用于干旱地区和半干旱地区灌溉土地时）。

调水工程对气候条件的主要影响是通过蒸发量和蒸发情况的变化表现出来。而且，在大型调水系统发挥作用的前几年，从系统的水域和灌溉土地上增加的直接蒸发效果占优势，而随着时间的推移，除这种效果外，还将补加对适合新的水热关系和地下水排放条件的变化了的综合景观的影响。

众所周知，由于水工建设和灌溉的强劲发展，国外早已开展了水库和灌溉对气象条件和气象预报影响的研究。大型调水工程的设计必须要有科学依据，也就是说，必须要对具体调水系统的工程和自然条件进行多学科的研究并做出详细说明。

在地球物理监视总台的领导下，原苏联的一系列机构进行了大型调水工程对当地气候影响的预测评估。

研究结果表明［1，12］，在调水线路沿线区域范围内，在距离从1～2km到50km（取决于调水系统水道的深度和水域的面积）区域内仔细观测了辐射、气温、蒸发和风等气候条件的变化。这些变化表现为大陆性特征稍有下降：春季（在干燥地带）和夏季气温降低，秋季升高，全年平均温度变化很小。空气湿度稍有增加，风速增大，温暖季节生成当地风（微风），但是这种影响仅在狭窄的沿岸地带较为明显，而不大的影响则可在10～50km范围内观测到。水域和水库水面上的降水量，看来会稍稍减少。仅在沿岸迎风地带（距离1～2km），降水量才可能有所增加。

在过量灌溉的地区，夏季气温也会下降，而空气的湿度将要增大。在中亚最温暖的月份气温下降3℃。春季和秋季下降值减小。阿姆河滩地过分湿润使气温降低达5℃。比较大的灌渠也可能出现这种情况。

在原苏联南部地区，由于调水，湿度和蒸发量增加较大使得整个植物生长期气温下降和湿度提高。蒸发的气候效果应该是不同的，取决于气温和湿度的背景变化。例如，在中亚的荒漠地区，气温下降和湿度提高比哈萨克斯坦和伏尔加河沿岸更大，而在西西伯利亚，很大的自然湿度导致灌溉效果表现得比哈萨克斯坦和伏尔加河沿岸小一些［16～19］。但是，如果在南方干旱地区的炎热气候条件下，灌区内热资源稍低一些对农作物的生长没有负面影响，而在北方地区（例如西西伯利亚），在灌溉影响下气温的下降可能阻碍农作物的生长，影响它们的品质。此外，在北方，供水河流的温水流减少导致河流河口区结冰期延长一些和春季气温降低。正如安加拉-叶尼塞梯级水库的运行经验表明，对于冬季的气候条件，水电站下游不结冰段的湿度影响可能是不利的。在调水系统长期运行时，由于综合的自然现象变化，特别是沼泽区域林木倒下并因此使大气降雨减少，可能会出现一定的微气候负面影响。

最后，关于大量调水对地球转速的影响问题，天文观测表明［1，20］，地球昼夜旋转的速度年年月月都在变。大气旋转性质的变化是地球昼夜旋转速度季度变幅的原因。由于大气中西风占优势，它的旋转比地球快。每年的7月和1月，当西风减弱时，大气的旋转速度减小到最小值，而地球旋转最快。4月和11月，当大气的旋转速度增长到最大值时（西风加大），地球旋转最慢。在总动量矩总是保持不变时，地球与大气之间的动量矩重新分配。大气动量矩的季度变幅取决于南北两半球之间空气环流强度的变化。

这样，地球旋转各季节之间的不均衡性反映了在大气和地球水圈范围内温度、空气环流强度以及与之有关的质量和水分交换的时间反差。由于世界大洋与南极洲和格陵兰岛冰川盾之间水的重新分配，地球旋转各年间不均衡性可能是因为地球极惯性力矩的变化。当冰川盾质量增加时地球旋转加速。

综上所述，在水资源区域再分配的过程中，大量水体的移动可能导致地球旋转速度和力矩的变化，从而使大气环流相应的变化。这个问题的研究表明，由于所研究的调水质量重新分配的影响大大小于由以下自然作用过程所决定的类似影响：空气质量的环流、潮汐现象、海流、冰雪储量和内陆海和湖泊容量的季节性变动。因此，调水不见得能严重影响地球的旋转速度。

这样，可以做出结论，像原苏联、加拿大和美国现已设计的那么大的远景调水工程的实施不可能会有全球性的不良后果，而且对大气候也没有太大的影响，当然这也不排除进一步深入研究水资源区域再分配对大气候和水循环影响的必要性。同时应当指出，调水工程对调水沿线的局部地区的微气候还是有影响的，而且有时影响还比较大。对距离调水工程的大型调蓄水库10～50km的范围内也能观测到气温、湿度等气候条件的变化。国外对调水工程对微气候和中气候的影响比较重视，正在研究根据不同地区和影响的大小采取不同的措施和对策。

调水工程对气候及其他环境后果的可能性

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