本帖最后由 山远空寒 于 2011-11-4 23:21 编辑
我们愿意付出多大的代价增加500万公顷耕地
中国现在大致有1.22亿公顷耕地[1]，47%分布在山区、丘陵区，由于水源的限制，只有20%的耕地在西北干旱、半干旱地区，且耕地质量堪忧。鉴于中国人口的增加和饮食结构的调整，一方面我们对食品质量越来越关注，另一方面对粮食安全更加关注。能增加耕地面积对中国的粮食安全、土地价格都有深远影响。背景就不费唇舌了，这里想说说我们愿意付出多大的代价来增加500万公顷耕地。天方夜谭，导弹加油？想一想又不花钱，算算帐好有个大致的概念。
眼下在西部地区有土地，没水，所以增加耕地的问题就转变为“引水”。关于如何引水，大致有过以下几种方案。
一、 引渤海水到内蒙，然后到新疆（罗布泊，又或是哪里），这个方案在媒体上出现过。 大致把海水引到新疆种地的成本主要包括管线（及建设），大型泵站、提水耗电，水库（蓄水池），海水淡化厂，将淡水引到田间的水利设施。（若用渠道，海水渗漏会使地下水盐碱化）
第一项、 一条线，几千公里，一米一万块（玻璃钢管成本8000元一米，管径3.2米，就按1万块算，管径越大，承压越高越贵，管径越大，流速越慢）假定一根管子的流量可以支持1万公顷土地（实际最多只能支持一半，种一季，数字比较接近） 。距离由于是曲线，为了方便计算，按5000公里计算，提供每一万公顷土地用水需要500亿元的玻璃钢管管材。顺便说一句，玻璃钢管承压以公斤计，压力太高不行。用钢管？一来海水腐蚀厉害，二来钢管贵的太多。
第二项、 大型泵站（按平均50公里一个算，需要100个左右，实际这么远，这么大的高程，平均也许需要20公里一个泵站，不过鉴于提水只需要到内蒙，由内蒙向新疆说不定可以自流），不多说，一个2亿，100个就是200亿。
第三项、 将水提到内蒙高原有1000多米高程，计算比较复杂，我算不了。据说每增加一级泵站还需要乘个什么系数，否则到头，水就没流量了。根据每一万公顷土地所需水的流量，大致估算需10－15亿度电提水（这个是估计的，非常、相当不准确）。淡化海水每立方需要3－5度电（按5度估算），假设每亩耗水500立方，每万公顷土地灌溉用水7500万立方，每万公顷淡化海水耗电约3.75亿度。
第四项、 此外，有了淡水，由于水在地势低的地方，还需要在新疆当地做管道，或提水，搞农田水利，每公顷成本最少几万块，按10万算1万公顷需要10亿水利投资不算水库和其他水利工程建设投资，为了支持一万公顷的耕地用水，需要投资3200亿元，平均到每公顷是3200万，每亩地也有200多万，然后再加上耗电的成本。这个方案主要是为了改善中国西北和内蒙的气候条件，增加降水。
二、 除了引海水到新疆，还有引雅鲁藏布江水到新疆。先不管印度是否反对，网上找到一个用虹吸管和隧道进行高速输水方案，看着有点谱，不过他没说在冻土带如何施工。这个水利工程不仅投资大，难度也比青藏铁路高多了。先用水库把雅鲁藏布江水抬高至3888米，然后用隧道，管道，渠道引水到新疆，方案提出者没算需要多少投资，能引多少水。这里用平地秒流量20立方的土渠来帮助估算一下，平地这样的土渠每公里需要300－400万，青藏高原假设需要翻一翻再多点，1000万每公里，距离算1000公里，合计需要100亿元，这样引过来的水只够种4－6万公顷土地。按4万公顷计，每万公顷需要土渠投资25亿元，每公顷需要投资25万元。这不算修水库，电网，水闸，涵洞，农田水利等投资。
三、 这个方案相对前两个比较靠谱（一点点，有限的很），就是利用丰富的太阳能发电，用电来淡化塔里木盆地已有的地下苦咸水（据1995年塔里木盆地的一份科学考察报告，在盆地东侧有大面积的苦咸水区，估计储量在8－10万亿立方米。据说，面积大，水量足，埋藏浅）。每立方水淡化需要3－5度电，即便不算设备投资，这样的淡水成本无论如何也超过1元钱每立方（根据现有技术计算的太阳能发电，每度电上网价1元；据称有陶瓷太阳能发电板，可以大大降低成本，最理想的情况可以达到0.15－0.2元每度电，方案提出者是这么算的[2]）。自己曾经向两位在新疆南北种过地的高参请教，一立方水1元，在新疆种地行不行。他们立即就否定了，本来土地产量不高，种地每亩地纯利润有500元就很好了（按种植经济作物棉花来算，不是种枣、梨，种麦子利润更低），每亩地至少需要500立方水，这样辛苦一年啥也没有，还要赔钱。并且农田水利也是一笔无法省去的投资，田间道路，生产道路，定居点，电网，这些算上每公顷大致需要3－10万元。仅仅以投资收益的角度来看，很不合算。
四、 电太贵，我们有两个思路来找便宜的电。第一个，新疆电厂发电上网价为0.23元，不算电网成本，每方水的淡化成本可以控制在1元左右。第二个，就是在雅鲁藏布江修建梯级水电站，将便宜的水电用电网引到新疆（比引水难度小，不过投资也很大）这样，即便算上电网成本，长期看，大量淡化水的成本还是便宜，也许可以控制在0.5元每立方。 不过这两个方案中，农田水利的投资依旧无法省去。也就是说，只要是将水从低向高引，或是淡化咸水种地，两者居其一，投资基本上就打水漂了，靠种地很难收回。
好了，我们的目的是以最经济方法增加500万公顷耕地，有没有最省钱，最有可能收回投资的办法呢！面对两位高参对之前所有引水方案的嗤之以鼻，很是难过。痛定思痛，问自己有没有一种更经济的方法让两位高参满意呢？无非是两个方向，一个是便宜的水，一个是土地的高价值产出。第二个我们把有机粮食算上，种植、加工绿色食品，创建绿色食品产业基地，延伸产业链，做品牌，做直营店等。每公顷土地的增加值会增加，但不会大到能支撑前面庞大投资的程度。这就要从“便宜的水”，这个方向也想想法子了。
也许最便宜的淡水是雨水，一来天生就是淡水，二来也不需要水利设施。那么有没有可能增加降水，从而能支撑500万公顷耕地的水量消耗呢？如果能借力天时、地利、人和，顺势而为，投资相对不大而增加500万公顷耕地不是很好吗！几乎所有人都会认为不可能，不过基于要将事情说完整，不可能也要说出个不可能的道理来，是吧！
先来点背景资料每年整个新疆的降水为2400多亿立方，89%的降水在山区，其中南北疆大致各一半（总数上，天山山脉总体占一半左右）。不过南疆的面积大，就显得更干燥些。要下雨，首先要有云，有水汽，新疆地处亚洲大陆中心，距海洋距离特别远，新疆水汽来源主要有四个，比较多的是前两个。一是西风环流带来的西来水汽（来自7000公里外的大西洋，这也是我国西北部的重要水汽来源），其次是北冰洋的干冷气流，据说前者含水量是后者的3.5倍。随着全球气候变暖，北疆的降水在增加，准格尔盆地基本上没有流动沙漠了。北疆地区的平均降水量255mm，天山以南平均降水为106mm，这里还是要围绕南疆下功夫（平均降水量达到400mm－800mm，才可以种草；达到800mm－1200mm才有可能种树）。
南疆的塔里木盆地之所以异常干燥，除了地处大陆中心之外，还有四周都有高山、高原阻挡，外面的水汽不容易抵达的缘故，由于青藏高原、喜马拉雅山脉的崛起，挡住了来自印度洋的暖湿气流（里面的水汽是否也难以出去呢？）。很早就有人关心塔里木盆地的降水循环情况，大致有两种观点，第一种认为南疆的降水以内循环为主，第二种认为外来水汽为主。南疆外来水汽主要有四个方向[3]：西方，就是前面提到的西方环流带来的大西洋水汽（很想知道塔里木盆地西部那一片山区的降水量和时间分布）。北方，北冰洋的干冷气流抵达北疆后，由天山中部的缺口（或逾越天山）抵达塔里木盆地，再有就是从天山东部地势低的地区（吐鲁番盆地）灌入塔里木盆地；东方，东南副热带高压西北上，生成东风或东南风，有时伴随较大降水；南方，由印度洋孟加拉湾越过青藏高原进入塔里木盆地产生降水。倘若有足够的数据，这个问题也许可以有比较清晰的答案。第一种观点认为，随着海拔的升高，水汽的含量也迅速减少，而塔里木盆地天然地形造成能翻过山脉，高原阻隔，抵达塔里木为其带来降水的降水云较少（随着海拔高度的增加，不仅温度降低，空气中水汽的含量也大大减少）。第二种也有许多实例佐证，的确有来自印度洋的降水云团翻过喀喇昆仑山口，为塔里木带来较大的降水。且自塔里木东北口流入的东来气流与塔里木盆地的大规模降水有直接对应的关系。因为1000－4000米的水汽量占1000米到300毫巴气层总水量的80%以上[4][5]，由东方流入南疆盆地的水汽会占总量的80%以上。当南疆盆地内出现明显降水时，中、低层几乎都有偏东气流出现[6]。作者认为来自西方的水汽是北疆降水的主要来源，而南疆的水汽则主要由塔里木盆地东北口灌入，现在多数资料认同这种看法。
此外，大约2000多年前的汉朝，塔里木盆地曾有过大规模农业开发阶段，主要依靠山区降水形成的河流在塔克拉玛干沙漠外围进行农业生产，大约维持了约200年，后来大概由于气候变冷，山区降水多变为冰川，河水减少，使南疆众多小国消失[7]。那个时期的温度明显高于现代，同时其他地区如准噶尔盆地，巴丹林沙漠，腾格里沙漠，祁连山区，温度和降水量都比现代大许多。 我们知道，地球上的水是循环的，大致既不会增加，也不会减少。地球上的水主要是海洋所提供的水汽，再变成降水，一部分到陆地形成河流，大抵如此。如果塔里木盆地相对封闭，水汽循环在其中构成一个相对稳定的循环，无论其水汽主要来源是外来还是自有，由于地形限制，外面的难以进来，里面的也会难以出去（通过4000米以上高空会损失一些，不过看前面的数据，应该在20%以内，而且若外面的水汽比盆地内含量高，损失会更小）。随着全球气候变暖，山脉上的冰雪融化增加，会使得这一循环中的融水量——用水量——蒸发量——降水量增加，若为这一循环中增加较大量的水汽，也许会使塔里木盆地的降水面积、次数和降水量得到明显改观（未来可以估算，事实验证、再估算），这个请村长等专家解惑。（查到随着气温的增加，1980，1990年代北疆和南疆降水量的增加比率，南疆要明显多于北疆（具体记不得，似乎分别为北疆20%多，南疆30%多；另，大面积绿洲具有“湿岛”效应，降水条件较周围的隔壁沙漠好一些；这些是不是可以算旁证？）
塔里木盆地最低处有8万－10万亿立方米的苦咸水，查过资料，大致可以推测出这些苦咸水并不是上古时期的海水，而是由周边山脉形成的河流，日积月累汇集到一起，由于蒸发量大，形成苦咸水（似乎每升水含盐量3000毫克），处于地下5米－200米处，位于塔里木盆地东北处，地势低洼的地方。前面说过要淡化这些苦咸水，成本有点高，若塔里木的降水循环是以内循环为主，且水汽含量是海拔越高含量越少，塔里木盆地的东部缺口主要是朝里面吹风，而不是向外（实际情况是，塔里木盆地主要吹东北风和东南风，都是向内），那么我们是不是可以把这些苦咸水的地表挖开，直接让它蒸发，增加到塔里木盆地水汽的内循环中呢（太阳来淡化水，然后再降水自然流到500万公顷耕地里）。这个法子也早有专家提出来[8]，他提出增加蒸发约110亿立方苦咸水，即可改变塔里木盆地的空气湿润程度，增加降水，从而改变气候。塔里木盆地的蒸发量大约是1500－3700mm，随着空气中水汽的含量增加，云量增加，蒸发量会减少，可以先按照2000-3000mm来预估。这里大胆的设想（相比引海水到新疆就胆小多了），先挖开1000平方公里的苦咸水上层沙土，让它蒸发，为空气中每年增加200－300亿立方的水，增加降水。而增加的降水又回到河流，再由灌溉等活动再次蒸发到大气中，循环使用。这样每年南疆的降水会以一个理想的速度来增加，在山区进行飞播造林，种草，逐步改变气候条件，未来可以达到一个我们能计算出来的平衡点，比如年蒸发量降为1000mm,平均降水量达到800mm。 挖开1000平方公里的沙土需要多少钱呢，我们找比较薄的地段，前面说5－200米，我们按平均10米计算，1000平方公里的土方量有1000亿立方，每个挖方按2元计（通常是3元，上量以后，用大型机械应该会更便宜），需要2000亿（打断一下，谁都这么想的，一起站起来面壁！要是坑王在，绝不能这么干！他会把驳壳枪横着打，就不会另出高招么？坑王会找一个地势低的地方（罗布泊？），挖一条明渠将咸水引出；同时在咸水埋藏浅的地方大面积种植耐咸水作物，高粱可能不行，不过塔里木特有的红柳应该问题不大；（沙漠公路有些地段就是用太阳能抽取地下苦咸水来灌溉绿化带，效果还不错）。又或是待风大的时候，用机械力将沙土扬起，让风搬到旁边的地方；沿河道附近和古河道种树等，反正办法很多，目的是大量增加盆地内的水汽，使得沙漠的空气湿度变大，从而形成更多的降水。）
塔克拉玛干沙漠面积3400万公顷，增加500万公顷耕地，其他的用做林地和草地。这样算下来增加每万公顷耕地，需要投资4亿元，每公顷需要投资4万，其他的林地和草地还不算，也增加我们的潜在耕地储备。这个要上，就在整个南疆搞无化肥，农药，高产出的绿色农业，搞之前提到过的绿色银行，估计大家都争着投资。（桥上兄，左手兄，你们说没水，我给你搞到水了。两位高参，雨水我搞到了，这下你们该满意了！）
谈到这里会有个疑问，为什么罗布泊无法为塔里木盆地增加足够的降水？2000年前它的面积也曾经超过5000平方公里，水深7，8米。1952年，罗布泊的面积也有3000平方公里，水深一米（不够蒸发半年的量）。这个在下解释不清楚。猜测2000年前它可能为塔里木盆地的山区迎风坡带来充足的降水，然后通过塔里木河再进行补充。而消失的楼兰古城也离罗布泊不远，可以想象那个时期，罗布泊的水域面积相对稳定。1952年的罗布泊水量相对少，再加上这个循环中，塔里木河被人们多次截留引水。所以随着后来水库的修建，罗布泊彻底干涸了。另外，也许气流循环的路径的关系，罗布泊的水汽还会从向东跑掉很大一部分，又或是这个循环必须有个最低的水汽蒸发量和补给量，低于它就趋于干涸；高于一个数值就会进入良性循环。
要将塔里木盆地的降水增加8倍，需要使塔里木盆地内的水循环，逐步增加8400亿立方。合计9600亿立方。也就是说，每年的蒸发量至少得增加这么多。我们增加种植面积，沿着古河道多种树，会改变一部分，水域面积大致得有2－3万平方公里（不可思议，是吧！）若用20年，每年需要为这个水循环中增加420亿立方。到这个数量后，每年只需向这个循环中补充少量损失的水分即可。要用渠道引水420亿方，即便是在沙漠戈壁滩，渠道成本估计也得300－400亿元。
这里需要说明塔里木盆地的构造和形成，百度上看到一个说法是小行星砸出来的塔里木盆地，所以盆地底部构造相对较平。这也是为什么苦咸水在盆地东侧分布有6万平方公里的缘故吧。这里距离罗布泊100－200公里，高差大致有30－50米，修渠道后可能自流，也可能不流。因为若可以自流的话，之前为什么不流，表层覆盖的沙土也不厚。
当然，天气很复杂，预报天气需要复杂的计算。传说当年中国运算速度最快的计算机就是配给央视的天气预报部门用。气候的变化是一个因素改变，其他因素跟着变化，真有点像一个蝴蝶扇动翅膀，引出个飓风。那么多专家都没扯明白，我也说不清，总之这想法还需要好好研究讨论。不过若投资不大，可以将大面积利用苦咸水种植与蒸发相结合，这样所能提供的水汽会更多。即便是塔里木盆地的水汽循环不以内循环为主，也可以相对增加蒸发量，达到一个可以计算出的平衡点，如果由于高山阻隔，外面的水汽难以进来，那么里面的水汽也会相对难以出去，只要增加这个循环中的水汽含量可为我们增加500万公顷甚至更多的耕地。（也许有人会有疑问，那些苦咸水蒸发完怎么办？我们把整个塔里木盆地看作一个整体，水是部分循环的，只是增加了一定的蒸发量，由于降水和农业生产所带来的渗透水也会随着原有的古河道补充回去，每年损失的水量有个比例，先用100年再说。还有人说，若水汽从盆地东北部的口子出去一部分怎么办，首先风朝里吹，其次出去一部分那也是西北呀，也会在祁连山，阿尔金山北段形成降水，肥水未流外人田。）经常听到天时、地利、人和，用在这里再恰当也没有了。天时——全球气候变暖，一方面输送到南疆的水汽在增加，另一方面本地冰川融雪在增加，我们增加的水汽可以保证有一个很大的比例重回地面。地利——塔里木盆地的天然地形，土地面积，风向和积累不知道多少年的8－10万亿立方苦咸水就是老天给我们的礼物。人和——我们需要增加耕地和耕地储备，我们也需要一个地方种吃的放心的食品、肉、蛋、奶。
退一步讲，一方面增加咸水灌溉面积，一方面淡化咸水用来种植，可以计算出一个增加的水汽比例，看看降水增加了多少。如果真的增加了一定的百分比，且和种植面积有直接关系就可以大致确定是否有水汽的内循环。另外，我们也可以做实验，在蒸发的苦咸水中加入一种特定的元素、物质，比如蒸发1万立方，然后测量雨水、河水中的元素含量，也可以得到一个相对准确的结果。当然，正如前面所说，气象学比较复杂，可能我们增加到一定大的量才会产生一个相对稳定的降水量，不会是简单的线性关系。这些还得专家来回答。
[1] 左玉辉，张涨，柏益尧，《土地资源调控》，p.15.
[2] 邓英淘，邓山寿，《塔里木盆地光热土水资源综合利用构想》，p.38
[3] 李江风，《塔克拉玛干沙漠水热资源》，收录在《中国干旱、半干旱地区气候、环境与区域开发研究论文集》中，李江凤主编，p122
[4] 张丙午，《暖湿东风过程及其与新疆暴雨的关系》，新疆气象，1980。
[5] 张学文，《关于塔里木盆地降水的水汽来源问题的认识，1979。
[6] 周琴南，《关于新疆降水水汽来源问题的研究》，p.180。
[7] 杨保，《中国西北干旱区历史时期气候变化研究进展》，收录在《中国寒区旱区环境与工程科学50年》，p.277
[8] 朱平生，《塔里木盆地生态恢复工程可行性分析——水资源的大规模开发及更大规模再生》
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雷达卡
发表于 2011-11-4 23:16:42
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