地下水调水

陈建生：著名水科学专家，河海大学教授，北京泛亚智库学术委员会副主任

北京泛亚智库水科学研究室主任

藏水北调新发现：长白山天池是“地下水调水”天然出水口

长白山天池 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、使用它，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，我们将撰文披露，与众共享。

　　李伶   2021年11月4日