说明:1962年本人写了《新疆的水分循环和水分平衡》 。后来此文被多次修改登于多处,请参考天山阁中的记事。本文是1997年的一个修改稿,其名称也改了。 它发表在上海的《自然杂志》1888年,10卷,8期,597-600,571页

新疆的水资源问题(1998.12)


张学文

新疆气象科学研究所


21世我国西部将是一个开发的重点,而水资源是制约开发程度的重要条件。就新疆而论,有人说那里有得天独厚的高山冰雪,靠它灌溉万顷良田比华北等地靠天吃饭好得多。有人说仅靠天山的雪水来开发,冰雪化完了怎么办?有人说新疆河川迳流量约为黄河的两倍,因而其潜力非常大。有人说那里主要是沙漠,向那里投资是把白银仍到沙漠里,连个回声都听不到。


21世纪的新疆将进一步沙漠化还是成为另一个黄河流域或者是中国的加利福里亚?这些不同观点的争论至今尚未结束,但是气象,水文,地质,地理工作者多年来的辛勤观测已经取得了相当丰富的数据。把握新疆水资源基本情况,认清其基本机制的条件早已具备了。


一 水体的种类,数量和特征


活动在新疆的主要水体有空中水,降水,径流,地下水和蒸发等几项。现分别简述一下它们的数量与特征。

1·空中水

新疆虽有高山阻挡,距海遥远(其实非洲不少地方离海洋很近可也是沙漠!--1999年注)但新疆上空的空气也参与全球性的大气环流。新疆空气的相对湿度约为50%,而不是像某些人想象的那样是极度干旱的(我国南方也不是100%)。新疆空气柱中的平均含水量约为10毫米,这与同纬度的其他地区相差并不大。每年流经新疆的水汽约有1万亿吨的数量级。


新疆上空的水汽主要来自西部,它是新疆降水的水源。在水源奇缺的地方,只要能源充足,也可以从空气中的水汽直接得到生产和饮用水。

2·降水

新疆面积占了国土的1/6 ,有160多万平方公里。其沙漠区少雨是不言而喻的。现代人类活动区主要集中在山麓地带,这里的年降水超过300毫米的不多。因而干旱少雨是新疆的主要特征,但是新疆有湿润的山区,它是500多条河流的发源地。解放后观测证实,山区降水丰富是认识新疆水源问题的关键所在。

观测表明,无论是北部的阿尔泰山山系,南部的昆仑山系还是中部的天山,在中山带或高山中都有降水丰沛的地带存在。伊犁河系部分地区的年降水平均约为800毫米。正是由于山区降水多,从而使它成了径流形成区。山区降水多是新疆重要的气候特征。过去由于忽视了这个特点(因于山区资料少等),因而造成了一系列错误的认识。

新疆降水除山区多于盆地的特征外,尚有西部多于东部,北部多于南部的特点。就四季而论新疆降水主要集中于春夏。山区6-8月的降水可占年降水的70%。但高山区这时仍以降雪为主。

从气象,水文观测站年降水多年平均图上可看出,全新疆1年约有2400亿吨降落到地面。折合年平均降水约为150毫米(15公分厚)。但是它仅是我国年平均降水的1/4。降水少决定了新疆的盆地地区的干旱面貌。

3·径流

干旱地区自然河网稀疏,但由于山区降水多蒸发少,因而新疆各山系仍孕育了众多河流。一种估计是有570条河流源于山区。阿尔泰山中流出的额尔齐斯河水,最后经俄罗斯注入北冰洋,是我国唯一注入北冰洋的河流。欧亚大陆中部著名的巴尔喀什湖就是靠新疆的伊犁河水而维持其生存的。我国最长的内陆河----塔里木河则靠昆仑山与天山的降水维持。仅此三条大河的年径流量就达400亿立方米。

据水文,地矿部门测算,从新疆山区每年流出来的河水约为 884亿立方米(它包含了从国外流入新疆山区的91亿立方米)。这些河水(地表径流)是新疆灌溉农田的主要水源。目前其中还有237亿立方米流出了国外。

两大盆地决定了源于山区的河流出山后多在盆地边缘地带逐步消失,大河则可在河流尾闾形成湖泊(如艾比湖,乌伦古湖,博斯腾湖等,现已干枯的罗布泊也是)因而绝大多数河流为内陆河是新疆的重要水文特征。

新疆径流的特征也与降水相似:山区多,盆地少、西部多,东部少、北部多,南部少。阿尔泰山系的径流量以晚春时为最大,而天山、昆仑山系诸河的水量均以夏季为最大。

4·地下水

坎儿井是新疆利用地下水灌溉的著名实例,这说明地下水在新疆农业中占重要地位。如从地形和地质构造等方面考虑,可以把新疆的地下水分为山区地下水和平原(盆地 〕地下水两部分。山区的降水或融雪除主要部分蒸发或变成径流外,有一部分先是变成山区地下水,在出山前再变成河水。从河流在出山口处的基流分割中可以估算出,山口处的径流量约有30%以上是从山区地下水转化而来的,据此可以算出出山以前由山区地下水转化为地表径流的数量。这一部分已经在地表径流的884亿立方米中计算进去了。

另外每年平均约有71亿吨山区地下径流直接渗入盆地,成为盆地地下水的一个来源。盆地地下水主要来自河水出山以后在河床,渠系与农田中的渗漏。从河水流量的逐步减少和农田水量平衡等可以估算出,由此转化成平原(盆地〕地下水的数量约为每年300亿吨。

平原地下水的出路是蒸发。其具体途径可以是经人工提取作灌溉用,也可以是经沼泽林区湖泊等地而最终返回大气。

5·蒸发

水分从液体固体变成气体叫蒸发。干旱地区的蒸发能力是很大的。在干热的吐鲁番盆地20厘米直径的蒸发皿中(一种测量蒸发能力的设备,内有充足的水分)一年可以把四米深的水都蒸发完!但是自然界蒸发量的大小实际主要决定于当地有多少水分。

新疆的蒸发可以分成三个区。广阔的沙漠,戈壁地区并无地表径流,也无地下水溢出,因而其蒸发量仅能与当地数量不大的降水量相等。这是蒸发特征最简单的一个水文区。在新疆的70多万平方公里的山区地带则是另一番景象,这里气温低,降水多,其降水量大于蒸发量,是径流的形成区。据计算这一地区的年降水总量约为 2000亿 立方米,而产生的地表与地下径流不足900亿立方米。此区是河流的发祥地 。最特殊的水文区是位于山麓的径流散失区 。出山后的河流、水渠、农田、沼泽、湖泊、平原林区就是它的所在之处。这里的气温比山区高, 它们有着人工的或者天然的水分补给,宜于农作,因而是水热资源协调的农作区。这里的下垫面相当湿润。这个地区的蒸发量接近或等于充分湿润条件下的蒸发能力,它的数值约为每年1米深。内陆河的径流量主要是在这个地区散失的。

以上几种水体的数量都是指每年的数量,其单位是亿屯/年(对于水也可以用立方米,而且它们在数值上是相等的)它实际是多年的平均值。但不同年分的数值会在这个平均值上下有所摆动。

6·湖泊,永久积雪和冰川

新疆的湖泊总面积约为5000多平方公里。新疆的永久积雪,冰川有2万多平方公里,占全国冰雪面积的41%。新疆的冰雪总量约为2万亿吨,占全国的43%。湖泊主要分布于盆地或中山地带。永久积雪和冰川对河水径流起着良好的调节作用。它们与河流都是现代气候的产物。

这里谈的水体数量时是以亿吨为单位而不是说每年有多少亿吨。这与前面的水体的单位和含意都不同。这里是个与矿产相当的静储量,而不是每年都有进帐的一般意义下的可再生的资源量。水资源量的单位为亿吨/年(每年多少吨),它是年年补入的淡水活动(周转,可再生)量。


二水分的循环与平衡


上面讲的这些水体同时存在于新疆,它们之间应当存在一定的内在动态的关系。认识这种关系才可能对新疆水资源作出较准确的判断。不认识这种内在动态关系就可能对新疆的开发作出错误的决策或者过分悲观、盲目乐观的判断。

研究水分的循环就是研究不同水体的来龙去脉,研究水体内在联系的机理。从物理学中我们知道物质的总量是守恒的。这个物质不灭定律用到新疆的水体上就使我们看到不同形态的水体固然可以转化,但其总量是不变的。每种水体不仅都有来处与去路,而且从多年平均角度看每种水体的收入与支出必须相等,这就是水分的平衡。

根据研究我们把新疆境内水分循环的内在动态关系用图1表示了出来。图中显示了几种主要水体的相互转化,给出了每年(实为多年平均)的输入和输出量。其中每种水体都是收支平衡的。
 




图中表明每年(下同)将有2429亿吨雨雪降落在新疆土地上。其中有1505亿吨从不同下垫面蒸发直接返回大气,25亿吨补入盆地地下水,384亿吨补给了各条河流,354亿吨补入山区地下水,161亿吨补给了冰川和永久积雪区。补给冰雪的这161亿吨有35亿吨直接蒸发返回大气,有84亿吨补给了河水,有42亿吨补入山区地下水。山区地下水从冰雪区和自然降水两方面收入396亿吨,它有325亿吨补给了河流,另有71亿吨补给平原地下水。河水除上述补入的地下水外,还从自然降水和境外流入两方面分别收入384亿吨和91亿吨。河水总计每年收入884亿吨,它与蒸发348亿吨,转为平原(盆地)地下水299亿吨,流出境外237亿吨是平衡的。

图中关于冰川,永久积雪区的情况这里补充说明一下。我们参照新疆水文总站编的《地表水资源》和有关文献把冰川、永久积雪区的面积取为2.3万平方公里。把这一地区的平均年降水量取为700毫米(可能偏大了一些)而这里的年蒸发量取150毫米。这样就意味着冰雪区可以形成的年降径流深为550毫米。把它们分别与面积相乘即得出年降水量为 161亿吨,年蒸发约为 35亿吨,而年径流总量为 126亿吨。它们依2比1的比例补入了河水(84)和山区地下水(42)。
依照图中数据,冰川是收支平衡的,它既不增长也不退缩。它对河水的补给靠的是降水(雪〕,而不是靠吃老本(实际上冰川对河水有着几十年到几百年的调节作用)。

应当承认由于冰川,永久积雪区的降水等资料的不足,以上计算将来会有些修改。不过估计可能是改成更小的数字而不是加大。


三,讨论


1·新疆河水是否来自冰雪消融

民歌中有“天山融雪灌良田”的唱词。至今不少人的看法仍是新疆的河水来自高山冰雪消融(中学地理教课书也这么讲〕。从水分循环图看,这是误解。新疆的沙漠,戈壁或农区的降水是不多的,但在山区每年有 2000多亿吨水从天而降,而从山里流出的河水不足1000亿吨/年。这表明山区降水完全可以支撑河水年年不断地流出来。因而山区降水完全有资格作为河水的根本来源。

2·新疆水源会不会干枯

如果认为河水来自降水以外的独立水源(如冰雪),那么它就会像矿产那样总有一天要用完(枯竭)。但今天认识到新疆河水是源于山区降水,由于降水年年有(自动免费提供!),我们没有必要担心冰雪一旦化完了会出现什么灾害。单独议论新疆水源干枯问题实为杞人忧天。

3·新疆的水源是否比黄河流域还丰富

有人从黄河年径流量不足500亿吨而新疆年径流为900亿吨的对比中得出了新疆的水源是黄河流域的两倍的结论。我们认为做这样的对比也是歪曲了事物的本来面目。黄河流域的年雨量约为600毫米。这些降水直接养育了广大农田和人类。它的一部分用不了的水流入了黄河。从而形成了黄河入海水量每年不足500亿吨。可以说这500亿吨是人类目前不便利用的剩余水。新疆的900亿吨是剩余水吗?不是,它是指出山口的还没有被农业利用的水量。把黄河流域的500亿吨与新疆的900亿吨作对比好似在说一个人(黄河)每月余下500元另一个人(新疆)每月收入900元。从这两个含义不同的数字对比中不仅得不出新疆水资源比黄河流域更富的结论,甚至会猜出黄河流域应当更富裕。把不同含义的数字做对比仅能造成误解,这有碍于我们认识事物的本质。我们没有必要为新疆水源枯竭担忧,也不能用错误的对比来夸大新疆的水资源量。


4·湖泊沼泽平原林区和农田的总面积是不变的

近几十年来罗布泊等一批湖泊干枯了,艾比湖也在收缩。一些生态学家呼吁保护生态、保护湖泊、保护塔里木的绿色走廊…他们担心新疆气候恶化、水源减少和沙漠化。

从水量平衡的角度看新疆不仅每年有2400多亿吨的水从天而降,还必然要有几乎相等(2300)的水分蒸发掉(仅降水不蒸发就会使新疆变成了海洋,而这显然于事实不符)。在没有人类以前,大自然形成的湖泊、林区与沼泽就是新疆大量向空气中蒸发水分的地区。当人类开垦农田引水灌溉以后,从总体上看新疆的蒸发量并没有改变,但是这改变了蒸发的地点----从湖泊沼泽改到了农田。所以人类在新疆的垦荒灌溉史是水分蒸发地点的搬迁史,是湿润地区的搬迁史;但这并不是新疆的干旱史。由此看来把垦荒看成沙漠化的原因不仅是片面的,而且也夸大了人类影响自然的能力。

新疆湖泊沼泽每年的蒸发量差不多是1000毫米(1米深),而农田的蒸发也差不多。所以每形成一块人工的绿洲,湖泊沼泽就减少几乎同样大的面积。依此计算每年900亿吨的河水扣除目前流出国外的237亿吨河水可以支持6·6万平方公里的湿润地区(流出国外的水如能自己利用还可支持2万多平方公里)。加上平原降水估计新疆的水源最多可以支持7·5万平方公里(1·1亿亩)的湿润地区。在没有人类以前这就是湖泊、沼泽、平原林区的总面积。这表明新疆垦荒的最大(极限)面积不超过1·1亿亩(把天然湖泊、沼泽、林区都牺牲了,但未计算截流出境河水的作用)。

解放以来新疆的耕地面积已经从1万多平方公里广大到3万多平方公里,这与7·5万平方公里还差的多。新疆的垦荒还是有不小潜力的。无视绿洲的扩大,仅谈湖泊的收缩是片面的,而绿洲的总面积不可能超过1·1亿亩(7·5万平方公里)。

5·水的经济指标问题

在农业经济统计中一直用着每亩地的产量或产值这个指标。这种指标的设立有助于我们努力提高每亩地的产值。对于土地资源比较少的我国,这种做法是很好的。但是在新疆不是地少而是水更珍贵。这里亩产量这个指标的重要性降低了而每方水的产值这个指标的重要性加大了。笔者认为,在发展新疆农业时更应当重视每方水的产值这个指标。在新疆的农业经济统计中,应当设立这个指标。80年代的统计显示新疆的每方水的产值仅是全国平均值的1/4 ,所以我们努力提高每方水的产值也就抓住了新疆农业的要害。照搬内地的抓每亩产量这个指标反而走弯路。

笔者建议在新疆以每方水的产值这个指标代替(或补充)每亩产值这个指标。

四·结束语


对新疆的水资源的正确认识关系到正确地引导新疆的开发,这是新疆的大问题。几十年的生产与科技实践表明我们必须从降水河水冰川等不同水体的动态循环与平衡上认识它们的地位与关系。孤立地谈某一个侧面很容易引出不妥当的结论。本文给出了这种动态循环与平衡的定量关系图。分析表明把新疆的河水说成源于冰川是多年沿袭的一种误解,新疆不存在冰川化完了河水也干枯的问题。说新疆水源相当于两个黄河流域是个错误的提法。新疆水源支持的湖泊沼泽平原林区和农垦区(平原湿润区)的总面积约为7·5万平方公里(1·1亿亩)。人工绿洲的扩大多少就伴随着天然湿润区(湖泊、沼泽…)减少同样大的面积,这是一个事物的两个方面,垦荒仅是蒸发地点的迁移不是加大蒸发或扩大干旱。新疆的垦荒还是有不小潜力的。在发展新疆农业时我们不应当机械地照搬全国用的每亩产值这个指标。而应当改用每方水的产值这个指标。