《自然》和《科学》是国际上最具权威的学术杂志。不久前,我国河海大学陈建生教授等在《自然》上发表的一篇文章,引来一场不小的学术争论。事关黑河调水计划和流域治理的公共决策,本报记者对此展开了调查采访,先后向国内五家科研机构的多位研究人员请教《自然》上发表文章引来质疑    2004年11月25日,世界顶级学术刊物英国《自然》杂志以短讯的形式发表了陈建生等人撰写的文章《地下水维系高大沙山景观》。文章第一作者陈建生教授指出,中国西北阿拉善高原的巴丹吉林沙漠下隐藏着大量的淡水资源,其与500公里以外的祁连山冰川积雪之间,更存在着一条巨大的“调水通道”——祁连山深大断裂。    此文一经发表,国内诸多媒体纷纷对这一“惊世发现”做了报道。然而,学术界却是一片质疑的声音,认为该结论令人难以置信。记者日前采访了黄河水利委员会水文局研究所、中国科学院地质与地球物理研究所和中国地质大学组成的黑河项目组研究人员,求解巴丹吉林沙漠地下深处的秘密。    记者了解到,黑河项目组近三年来开展了《黑河流域地表水与地下水转换关系研究》,获得了大量黑河水化学和同位素数据。陈建生曾经是项目组的成员,其发表论文中引用的部分数据也来自项目组。但黑河项目组有关研究人员对陈等的结论提出了质疑。      在科学的层面上,存在学术争论似乎无可厚非,但记者在调查中发现,这场学术争鸣关乎黑河调水计划和流域治理的公共决策,问题并不简单。        在黑河项目组看来,陈等所得出的结论——长达 500公里的“调水通道”以及沙漠下存在年补给量达5亿立方米的大水库——在没有得到科学验证和实践检验的情况下,就断然否定了黑河调水计划,通过媒体传播给公众,既有误导公众之嫌,又给下一步黑河治理带来了负面影响。看来,这场关乎黑河调水计划和流域治理的学术争鸣,必须回到科学的层面上来讨论。讨论双方的观点都要回到事实本身接受检验。究竟孰是孰非,记者展开了调查采访。    深大断裂导水通道从何而来?    陈建生曾撰文称,巴丹吉林沙漠及其下游地下水都是来自祁连山顶部附近的雪水,在祁连山老龙岭、南山走廊的雪水融化后并没有形成径流补给到黑河,而是直接渗入灰岩地层或通过山前的深大断裂汇入灰岩溶蚀层,构成自祁连山一巴丹吉林一古日乃一额济纳长达数百公里的喀斯特大溶洞通道。    而记者在黑河项目组看到的有关地质图显示,陈等的结论缺乏岩性证据支持。灰岩地层主要存在于祁连山局部地区,地层受构造以及后期岩浆侵入作用影响,多呈不连续断块。灰岩地层是岩溶发育的前提条件。在祁连山与北部沙漠之间灰岩地层并非连续发育的条件下,长达500公里的“岩溶通道——地下河”将从何谈起?    即使存在导水通道,那么它的空间展布情况如何?祁连山雪水融化后是如何流向巴丹吉林沙漠底部的呢?      记者在调查过程中了解到,祁连山前深大断裂走向为北西西一南东东,多数向南西倾斜。山体一侧为断裂上升盘,靠近巴丹吉林沙漠一侧为下降盘。而陈等所画地下水径流方向并非沿着断裂方向,而是与此断裂带的走向接近垂直,况且陈在图中所画地下水流向显示并不连续,并没有指示出地下通道的具体的空间展布状况。    而且,这一地下“导水通道”面临的最大问题在于,水流如何垂向越过祁连山大断裂。研究人员指出,祁连山压性断裂带及其所派生的山麓中新生代褶皱构成阻水屏障,使大部分地段的山区地下径流不能直接流入走廊平原。山体与走廊平原衔接地带地下水位突变,产生100~ 200米或更深的“地下跌水”。祁连山大断裂北缘高度糜棱岩化的阻水作用,使山区地下水侧向补给走廊平原的数量十分有限。    黑河项目组的一位研究人员指出,确定由祁连山向北至沙漠之间是否存在导水通道需要开展许多地质勘查和验证工作,但是在未进行深入勘查和验证工作前,仅凭水同位素数据,并不能直接得出导水通道存在的结论。        研究人员指出,即使导水通道存在,巴丹吉林盆地的结构也决定了沙漠深部“灰岩层”地下水难以垂向越流至浅层。记者了解到,巴丹吉林盆地内部凹陷中心叠加沉积了大片暗色泥页岩、泥灰岩相带,构成了大范围内的阻水层。这种盆地结构可以阻隔基岩裂隙水向盆地孔隙含水层越流。根据石油钻探资料,在盆地数千米深的范围内没有发现灰岩地层,更未发现喀斯特溶洞存在的证据。深层地下水向浅层的越流十分复杂,隔水层的存在会明显减弱、甚至阻隔这种由下向上的越流。    钙华成因并不单一    陈等认为,“在沙漠湖泊中发现的钙华与钙质胶结证明地下水经过了石灰岩地层”。但黑河项目组指出,沙漠中缺乏石灰岩地层等基本的地质条件,钙华可有多种成因。钙华能否指示地下水一定经过了石灰岩需要综合分析当地的地质条件。    而黑河项目组的研究人员指出,在干旱区,由于蒸发强烈,水的矿化度提高,水中钙离子与碳酸根离子过饱和就可出现碳酸钙沉淀,形成钙质胶结或钙华。这种现象在干旱区湖泊中非常普遍。因此,钙华的出现并不一定指示地下水经过了石灰岩地层。    根据项目组采集古日乃和额济纳东居延海地下水水化学水样分析,水中阴离子主要以硫酸根离子和氯离子为主,阳离子以钠离子为主,与循环较快的喀斯特岩溶地下水化学特征不符。        同位素数据解译有片面性    陈等选用古日乃地下水同位素数据,索果诺尔自流井和祁连山降雨同位素等数据,画出一条蒸发线,断定巴丹吉林沙漠,古日乃和额济纳旗地下水直接来源于祁连山冰雪融水。黑河项目组研究人员指出,这种解释是片面的。    据黑河项目组近三年来对黑河流域不同水文站降雨同位素分析资料,扎马什克水文站、祁连水文站、莺落峡等山区水文站降雨的同位素组成变化较大,并明显受季节影响,可以涵盖陈等引用的祁连山冰雪融水同位素组成。由此说明,单凭同位素数据并不能证明沙漠地下水补给源直接来源于祁连冰雪融水。    据记者了解,解译地下水稳定同位素数据时,应该考虑取样条件,样品代表性,以及地质条件等影响因素。即使是在同一个地区,不同条件下的样品数据都可能不同。水同位素数据的解译具有多种可能,如果不结合区域水文地质条件和其他方法来印证,会得出错误的结论。    降水同位素高程效应尚需验证    陈等由额济纳北部一自流井稳定同位素组成异常偏负(其同位素组成δ18O为—10.22‰,δD为-87.5‰。),从而根据同位素高程效应推断其一定来源祁连山雪水。黑河项目组指出,这种推论值得商讨。在黑河流域是否存在降水同位素高程效应还是一个有待研究的间题。据有关文献,在内陆地区,不一定存在降水同位素高程效应,而陈等也没有提出存在高程效应的证据。    高程效应仅是影响大气降水同位素组成的因素之一,而纬度效应、大陆效应、季节效应和温度等同样是影响大气降水同位素组成的重要因素,都可以明显地改变降水同位素组成。高程效应本质是温度效应。随着高程的增加,温度下降,降水同位素组成逐渐偏负。高程效应一般是应用于同一个流域内,在用于推测地下水的补给高程前,需要排除其他因素的影响。    根据黑河项目组的连续两年的取样分析,发现祁连山区降水同位素受季节影响程度要大于受高程的影响程度,已有降水同位素数据还没有显示祁连山区的降水明显地受高程影响。    祁连山冰雪融水对黑河有明显补给    陈等除了指出巴丹吉林沙漠下与500公里以外的祁连山冰川积雪之间存在着一条巨大的“调水通道”之外,还通过对比分析石羊河河水与黑河河水稳定同位素组认为,黑河水同位素组成远比石羊河河水富集,推断黑河水没有接受冰雪融水的补给。    记者了解到,据当地水文部门多年水文观测和多家科研部门分析,黑河流域内冰雪年融水量为2亿立方米左右,占黑河年均径流量近 10%。仅根据同位素高程效应的间接证据就否定冰雪融水对河流补给是草率的。    根据黑河项目组在黑河上游对河水逐月取样分析结果,河水同位素组成季节性效应显示,冰雪融水对黑河存在明显补给作用。    引用数据有错误,所得地下水补给年龄不可靠    陈等称,古日乃浅层地下水和额济纳承压地下水是由深部基岩承压水越流补给,补给年龄为20~30年,浅层地下水老、深层水年龄新,从而认为黑河调水计划可以搁置,应启用天然的“地下通道”。    据记者了解,陈等引用的氚和CFC数据大都来自黑河项目组。其中引用的采于2002年9月黑河下游索果诺尔自流井的氚值为 7.6TU,并据此推断地下水年龄为30年左右。然而项目组研究人员指出,这个数据是实验室提供的初步结果,最新的数值是3.65±2.34TU。陈等根据没有校正的数据得出的结论自然不可靠。    而据黑河项目组测试数据,古日乃浅层地下水具有较高的氚值,为10TU~17TU。在古日乃采集的大于100米的深层地下水中氚值仅为 0.42TU,说明古日乃浅层地下水存在现代水补给。    黑河项目组从2002年至2004年三次在黑河下游采集了CFC和氚样品。测试结果显示,浅层水多数含有较高的CFC,多数深层水 CFC含量较低,一些深层水的CFC低于检测限,表明深层地下水的年龄要老于浅层地下水样品的年龄。    因此,陈教授等称古日乃浅层地下水和额济纳承压地下水是由深部基岩承压水越流补给,补给年龄为20~30年是不可靠的。    除此之外,黑河项目组还指出,陈建生在《同位素法研究巴丹吉林沙漠及其下游盆地的地下水补给》中还存在明显的引用错误。陈文称“额济纳旗盆地承压水头高出潜水位60米”。据其称引自文章《西北黑河下游额济纳旗盆地地下水系统研究》(武选民等,2002年《水文地质工程地质》第1、2期),记者对照原文,没有查到相关内容。而黑河项目组近三年来在黑河下游进行的水文地质调查,也没有见到或听说这种现象。    陈文称“索果诺尔自流井的水来自基岩承压水,流量终年不变,水位呈季节性变化,每年的4月份水位最高,10月份水位最低,但年变幅仅为2米”。查证参考文献,武选民原文指的是额济纳旗县城潜水动态变化,而不是自流井的变化,陈文引用明显属“张冠李戴”。此外,陈文称索果诺尔自流井的水“流量终年不变”也没有依据,据黑河项目组调查,20世纪90年代以来,自流井的流量呈衰减趋势。    黑河流域应如何治理?    黑河调水计划的重大决策是否妥当?黑河流域综合治理如何进行?在这场学术争论的背后隐藏着一系列国家公共决策的重大问题需要解答。黑河项目组研究人员认为,陈建生等提出的巴丹吉林沙漠、黑河下游古日乃浅层地下水和额济纳盆地深层地下水来源于祁连山冰雪融水的观点缺乏可靠的科学依据。以此为基础提出的解决黑河问题的建议缺乏可行性。    在三年的研究基础上,黑河项目组认为,黑河流域,尤其是黑河下游流域生态环境的持续恶化,已经对当地及周边环境带来了严重的危害。其根本原因是黑河河水入境水量的持续减少,人类活动加重了水资源的消耗,以及生态环境的退化。而黑河水对下游地下水的补给以及对下游生态环境恢复起着至关重要的作用。因此,拯救下游天然绿洲,缓解沙漠化的程度,改善生态环境,最要紧的莫过于通过调水计划,合理分配利用黑河流域水资源,大力强化节水措施,保证向下游地区输送一定的河水流量,对草场实施休牧和轮牧。相关链接(一)        黑 河 调 水 计 划    发源于祁连山的黑河在穿越中下游分界线正义峡以后,经鼎新盆地进入黑河下游的额济纳旗盆地。由于河水的滋润,在额济纳旗盆地的三角洲上,形成了以胡杨、沙枣、柽柳、苦豆子及甘草等为主的现代荒漠河岸绿洲,额济纳旗绿洲既是我国第二大胡杨林生长地,同时也是阻挡风沙进入我国内陆的第一道绿色天然屏障。    周时,额济纳旗地处祖国边疆,是祖国国防建设的重地。成功发射神州5号载人飞船的酒泉卫星发射中心就坐落于这里。然而,随着黑河中上游的不断开发,用水量大量增加,进入额济纳旗绿洲的水量逐渐减少,致使盆地内绿洲的河道断流、湖泊干涸、土地荒漠化、植被退化,生态环境严重退化。    为了拯救下游天然绿洲,改善生态环境,水利部门自1992年东居延海彻底干涸开始,开始实施黑河调水计划和综合治理。 1999年,国家在黑河流域内部实行水量统一调度,2000年8月21日12时,黑河流域历史上的第一次跨省(区)调水开始实施,开了黑河水资源管理的历史先河。在黑河流域,一系列重大的水利工程也将开建。为了更有效地实施黑河调水和综合治理计划,水利部门已经决定,争取在“十五“后期开工建设正义峡以及配套的输水渠道。  (牧心)相关链接(二)        地 下 水 及 其 年 龄    年龄一词对许多人来说并不陌生,然而对于地下水也有年龄,并非人人都清楚。确定地下水的年龄更需要专门的知识和测试仪器。    由于地下水是由大气降水入渗而成,在接触地表以前,大气水与大气中的各种元素或物质发生相互作用,从而水有了大气中的特征物质。其中一些特征物质随降水进入地下水系统中。如果这些物质与时间有确定的关系,或保持稳定不变,或随时间其浓度有规律的变化,则我们可利用这些特征物质确定出地下水的形成时间,以及大气降水或地表水是何时转换成地下水的。    地下水年龄是了解地下水运动规律的一个重要参数,常用的测试地下水年龄的方法主要有三种。    放射性同位素氚测年法。大气中氚含量受核试验、氚自身的衰变等因素影响,定年优势降低。但氚是水分子中的原子,不易受污染,而且一直随水分子运动,因此目前多将氚作为地下水年龄的定性示踪剂,即地下水中存在氚表明有现代水的补给。要准确定年,还带要结合其它的示踪剂。    14C同位素测年法。14C是由宇宙射线照射大气中的碳形成。14C是针对较老地下水的一种测年方法,其测年范围是数千年至三万年。用14C测试地下水的年龄需要考虑其他因素的影响,如地下水和含水层岩石中的矿物反应,可能会改变水中14C浓度,从而影响测年的精度。CFC(氟利昂)测年法。利用地下水CFC定年方法可以确定出地下水系统中近50年以来的新水,识别出地下水系统中发生的混合,它可为确定有现代水补给的地下水径流方向和路径提供有价值的数据,同时也是研究地表水和地下水相互关系的有效方法。                                               (百 合)(5-1133-DKDB)

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