南水北調需要回答的問題

2003-01-03 19:11 作者:重構 2003年底，醞釀半個多世紀的中國南水北調工程（東線）正式開工。南水北調工程分東線、中線、西線三大工程，其相應的輸水渠道可以分別稱之為東渠、中渠、西渠。
大體而言，東渠是從長江下游引水，沿大運河側畔，經江蘇省向山東省、河北省、天津市輸水。中渠是從長江中游的漢水上游丹江口水庫引水，經南陽、方城、寶豐、禹州、新鄭、鄭州，穿黃河，沿太行山東麓，經唐縣、徐水縣至北京、天津，沿途向湖北省、河南省、河北省、北京市、天津市輸水。西渠從長江流域上游跨越巴顏喀拉山，輸水至黃河源頭區，利用黃河河道向黃河上游和中游輸水。
南水北調工程總投資5000億元人民幣，每年可從長江流域向黃河、淮河、海河流域調水440億噸，相當於增加了一條黃河的水資源量，這對乾旱缺水的華北平原、黃土高原的城市和農村來說，無疑具有巨大的經濟價值。
但是，5000億不是一個小數字，讓老百姓花這麼多錢，應當給老百姓一個明白，也就是說，南水北調工程有責任回答每一個中國公民提出的問題。
從工程特點來說，東渠靠近黃海、渤海，海拔偏低，落差小，難以靠重力自流，因此沿途需要多級揚水；與此同時，東渠可以充分利用原大運河舊道以及現有的輸水渠道。
西渠地處青藏高原，須跨越或穿越巴顏喀拉山，石方工程量大，地震、泥石流多，其優點是可以直接利用黃河河道輸水，隨之而產生的問題是水費徵收、管理有模糊不清之處，調水量與天然降水量難以核查，老百姓很可能要為老天爺的降水多交錢，也就是說不能排除調水者會貪天之功據為己有，把老天爺的降水說成是自己調的水。
不過，對比之下，中渠的問題更多。因此，本文重點以中渠為例深入討論相關的問題，其中許多問題同樣適用於東渠或西渠。
中渠設計年平均調水量141億噸，枯水年110億噸。其中渠首設計流量為每秒630∼800立方米（已經考慮到延伸至三峽水庫調水），過黃河500、進河北415、進北京70、進天津70。據此可知，一日有86400秒，按每秒1立方米的流量，每天為86400立方米的輸水量，對北京來說即每天可獲得600萬噸水，每年最多可調水22億噸。
問題1，冬季結冰期，位於黃河以北段的中渠還能否正常輸水？結冰期和融冰期渠道內冰凌造成的凌汛如何應對？
眾所周知，黃河在冬季都要結冰，更何況黃河以北的人工水渠。但是，在南水北調的設計方案及其論證過程，我們沒有見到相關的說明和技術對策，以及為此而需要增加或追加的相應工程投資額或管理費用。
問題2，華北平原雨季時（包括豐水年），中渠能否按設計指標繼續足量輸水？
我們知道，華北平原城市均無水庫，即使有水庫也建在海拔相對較高的山區，如果想利用山區水庫蓄水，則需要另建揚水工程；農村絕大多數湖泊、池塘早已填淤成農田，即使有天然湖泊（例如河北省的白洋澱），也已經被污染，而且蓄水量有限，如果利用它們蓄水將涉及到複雜的水費計算和管理。在這種情況下，中渠在雨季實際上不可能發揮工程設計中的輸水作用。道理很簡單，有老天爺免費的降水，誰還肯掏大價錢買遠道而來的水、再為這些高價水花巨資佔用農田來蓄水？
綜合問題1和問題2，中渠實際輸水能力要大大低於設計輸水能力，因為渠道並不能全天候滿負荷實現輸水功能，而是有大約30％的閑置期。這就意味著實際工程效益要比理論工程效益低30％，投資的回收期也要延長30％的時間。
問題3，除了直接和間接的工程投資之外，中渠沿線老百姓還要為此付出什麼代價？
根據中國南水北調網提供的中線南水北調設計方案（《南水北調中線工程可行性研究報告》），中渠的主渠（總干渠）自渠首至北京全長1241公里，渠道設計水深隨設計流量由南向北遞減，由渠首9.5m到北京3.5m，底寬由56m∼7m。此外，中渠還包括徐水至天津的142公里長的分渠（天津干渠）。
根據設計方案，總干渠溝通長江、淮河、黃河、海河四大流域，需穿過黃河干流及其他集流面積lOkm2以上河流219條，跨越鐵路44處，需建跨總干渠的公路橋571座，此外還有節制閘、分水閘、退水建築物和隧洞、暗渠等，總干渠上各類建築物共936座，其中最大的是穿黃河工程。天津干渠穿越大小河流48條，有建築物119座。
但是，對於渠道兩側的居民特別是農村地區的居民來說，深數米寬數十米的新渠道，無疑將給他們的東西向交通增加諸多不便。為此，他們不得不自行架設村間跨渠小橋，若按500米間隔一座，就需要兩千多座。這筆錢誰出？建橋由誰審批？渠道管理者願意見到如此多的規格不一的民間小橋（能過拖拉機）出現嗎？如果不允許民間自行建橋，是否允許民間設立擺渡？冬季結冰時是否允許民眾踏冰穿行？出了危險誰負責？
問題4，渠道佔地，如何補償？如何確保農民利益？
根據設計方案，中渠永久佔地 42.2萬畝(含庫區淹沒23.5萬畝)，臨時佔地 11萬畝。上述土地基本上都是農村耕地，征地款通常屬村集體所有並經常被村幹部貪污或挪用。由於中渠全程為自流，這既是中渠設計方案的一大優點，同時也要求中渠的渠道走向須依地勢高低而定，因此它不可避免地會穿過許多良田。眾所周知，華北平原人多地少，在這種情況下，如何確保那些失去或減少耕地（承包地）的農民利益？
問題5，調水量如何分配？誰說了算？如何應對偷水現象？
根據設計方案，中線工程可緩解京、津、華北地區水資源危機，為京、津及河南、河北沿線城市生活、工業增加供水64億m3，增供農業30億m3。大大改善供水區生態環境和投資環境，推動我國中部地區的經濟發展。
據此可知，中渠調水量的三分之二供應沿線城市，只有三分之一供應沿線農村。當華北平原處於豐水期時，上述調水量分配比例，城市與農村的爭議可能不大（實際上農村並沒有什麼發言權）。但是，當乾旱缺水時，農民還會眼巴巴地看著水從自家門口流過而心甘情願地不去使用嗎？
事實上，這種乾旱缺水現象經常發生（目前河北省太行山東麓與京廣鐵路線一帶，短短的幾十年間，地下水位已從不到十米下降到一二百米）。因此，如果不增加農業調水分配量，那麼沿線農民（包括地方村鎮）完全有可能採取偷水或變相偷水的辦法（例如人為增加渠道滲漏，以便補給兩側的地下水），從渠道中自行取水。在這種情況下，渠道管理者該如何管理1200公里長的渠道並杜絕偷水現象發生呢？
問題6，渠道能否綜合利用？如何有效管理？
根據設計方案，渠道全線按不同土質，分別採用混凝土，水泥土，噴漿抹面等方式全斷面襯砌，防滲減糙。據此可知，中渠只有輸水功能，而不考慮或者不允許沿線百姓對渠道、渠水的其它利用，例如網箱養魚、養鴨、水體種植，洗衣、洗澡、釣魚（包括捕蝦、撈魚蟲等等）、游泳、滑冰、划船、水上娛樂、水上運輸。
但是，由於渠道穿行區域乃是我國乾旱缺水地區，特別是廣大農村地區，既沒有池塘，也沒有湖泊，原有的天然河道多數已乾涸或變成季節河。因此，當有一條長年流淌著清澈水的水渠從這些地方經過，水渠管理者要想說服沿線居民不對其產生加以利用的興趣，並有效地阻止相應的行為，恐怕是非常困難的。
有鑒於此，若想維護渠水的清潔，勢必需要增加相應的設施投資和管理費用，而上述費用最終是要由消費者或投資人（實際上歸根結底還是老百姓）承擔的。遺憾的是，這些問題並沒有反映在有關的南水北調設計方案說明之中。
問題7，解決北方缺水，為什麼不進行科技創新探索？
從南水北調方案可知，其工程技術基本屬於常規技術，其中許多技術手段與二千多年前修建的鄭國渠、靈渠，沒有什麼太多的差別；關於這一點，南水北調工程的設計者不但痛快地承認，而且被用來說明該工程在技術上容易實現。
令人遺憾的是，在解決北方缺水這個具有戰略意義的課題上，我國政府為什麼會認可這樣一個5000億元的常規技術項目，而不肯事先花千分之一的資金去尋找其它科技含量更高的解決辦法呢？難道口口聲聲的創新，發展先進生產力，在這裡都不適用了嗎？
其實，針對北方乾旱缺水的問題，我國許多學者已經提出了若干具有科技創新的對策和設想，例如大氣環流人工導向工程（通俗說法即空中南水北調，其科學原理是通過對地形和地表等因素的人為改變，引導更多的天然水汽移動到北方缺水地區並形成有效的降水，詳情可參閱筆者《空中南水北調的科學原理》等論文）、東水西調工程（將東北地區的水資源調入華北地區，將渤海水調入內蒙古地區再轉化成可以利用的水汽資源），膠萊運河水汽通道，等等。可惜，我國政府及其有關部門對上述具有創新價值的設想，基本上是不理不睬，任其自生自滅，更不用說提供支持了。此外，如果有更多的科研投入，海水淡化技術也有希望獲得新的突破，屆時將海水轉變化為淡水的成本，完全有可能比千里迢迢輸水的陸路南水北調工程更低廉，然而我國政府也沒有在這方面多下功夫。
對比之下，蘇格蘭愛丁堡大學的斯帝芬．索爾特教授就要幸運得多，他異想天開要研製一臺造雨機器，原理是用巨型渦輪機抽海水，通過噴嘴將海水變成水蒸氣，輸送到大氣層中。對於該設想，英國政府提供了10萬英鎊的資金支持。
有必要指出的是，這位外國教授的海水汽化人工造雨設想，存在著嚴重的缺陷，既不完善，也不成熟，因為僅僅把海水汽化是不夠的，還需要把汽化的海水轉變成有效降雨的條件（所謂有效降雨，指可利用的水資源）。事實上，如果能夠把海水人工汽化技術與空中調水技術（所謂空中南水北調，實際上包括各個方向的空中調水）結合起來，非常有希望一舉解決華北平原（包括北京、天津等大城市和山東半島地區）缺水問題。
這是因為，環渤海圈有著眾多海拔足夠高、山體足夠大的山脈，例如太行山脈、燕山山脈、七老圖山脈（南端）、泰山山脈，以及遼東半島和山東半島山脈，這些山脈具有相當強的將空中水汽轉化成有效降雨的功能（若能在這些山脈上架設人造水汽轉化裝置，可以進一步提高這種功能），而上述山脈之所以未能發揮應有的水汽轉化功能，乃是因為穿越這些山脈的空氣裡的水汽含量不足。
在這種情況下，當有南風吹過渤海海面時，啟動相應位置的人工海水汽化裝置，就會有更多的水汽被輸送到燕山山脈（這裡是永定河等水系的重要水源地）和七老圖山脈（這裡是欒河等水系的源頭），其中相當一大部分水汽會被轉變成降雨、降雪、霧露，或者被儲存在山體及其植被中。同理，當有東風吹過渤海海面時，啟動人工海水汽化裝置，就會有更多的水汽被輸送到太行山脈（這裡是滹沱河等水系的源頭），並被轉變成為有效的水資源，滋潤乾渴的華北平原（也有可能滋潤山西省境內的黃土高原）。上述吹過渤海的南風或東風，既包括日溫差所形成的地形風，也包括年溫差所形成的季節風（通過改變地形地貌有可能使其加強）。
顯然，這種海水人工汽化與空中調水相結合的新技術，具有非常重要的戰略價值，如果它一旦獲得大規模成功，那麼華北平原缺水的歷史就將結束，而目前花5000億人民幣巨資打造的陸路南水北調工程，也就同時失去了使用價值。
問題8，南水北調項目，為什麼不進行國防戰略安全論證？
對於我們這樣一個13億人口的發展中國家來說，大型工程項目的戰略安全及其國防難度評估，乃是必須考慮和論證的問題。從這個角度來說，南水北調中線方案，其正常運作取決於丹江口水庫大壩和千里輸水渠道的安全。稍有戰略安全常識的人都知道，這樣的系統是非常脆弱的，一旦丹江口水庫大壩出問題（蓄不上水，或者垮壩），一旦千里渠道有一處中斷，那些已經深深依賴中渠輸水而超越自然負荷進一步發展起來的沿線城市，必將立即陷入嚴重缺水的困境之中，甚至造成這些城市的重新萎縮和部分城區的廢棄。
令人不解的是，我國政府並沒有對5000億元的南水北調工程，進行相應的安全論證，因此也就不可能在戰略安全層面上去選擇其它更安全的解決方案。事實上，空中南水北調就是一種高安全的技術，因為它不用大壩、不用輸水渠道、不用其它設施，就可以增加北方缺水地區的天然降水量（同時也不需要任何管理費用）。但是，由於沒有任何政府的資金和道義上的支持，空中南水北調方案至今仍然停留在初步的設想階段。
上述問題，我們期待著有關方面的公開回答。

北京山海文化企劃苑ZL26－5500 王紅旗（重構）2002年12月31日
電話51843850 信箱whqtpw@sohu.com

附件1：空中南水北調方案的科學原理（引自重構網上文集）
關於「空中南水北調方案」向國務院的公開報告
空中南水北調的科學原理和戰略意義
空中南水北調是筆者對應陸路南水北調提出的一種全新的跨區域調水方案，所謂「空中」是指自然水汽的人工引導，所謂「南水北調」泛指跨區域水資源調配，而不僅僅指南方的水向北方調。實際上，這是一種氣象水利工程，也可以稱為大氣環流導向工程，乃是將人類古老的「呼風喚雨」願望變成現實的科學的「引風送雨」工程技術。由於我國北方水資源短缺已成為制約上述地區生存與發展的關鍵問題，由於空中南水北調方案具有向上述地區輸送數以百億噸計的水資源前景，由於空中南水北調不同於已往的水利工程，而筆者作為個人已難以進行更深入更全面的研究論證工作；為此，筆者在這裡向國務院提交關於「空中南水北調方案」的報告，並建議國務院委託科技部、國土資源部、國家氣象局等部門組織實施該方案的立項研究。

提出空中南水北調設想的過程

早在20世紀70年代，筆者在《氣候變遷及其原因》（張家誠等人著，1976年科學出版社出版）一書中獲知新安江水庫建成之後對當地降水產生了可以觀察到的變化。到了80年代，筆者老家的鄉親反映山裡（河北唐縣太行山）修了水庫之後，山裡的降水就減少了，水庫常常蓄不上水，老鄉說是水庫大壩把龍脈壓住了，筆者則開始進一步考慮可能是水庫大壩對水汽通道產生了阻擋效應。1992年春，筆者在撰寫《宇宙的重構》（中國國際廣播出版社1997年1月出版）一書時，指出：「因此，今天我們要想開發大西北，最根本的問題是水，一方面是植樹造林、退耕還牧，另一方面則是搞一項大規模的氣象工程，即『春風再度玉門關氣象工程』，使東南風能夠順利地吹往大西北（即減少沿途風阻，特別是不要在風口之處修建大型水庫）。」
1999年2月14日筆者撰寫出《呼風喚雨──大氣環流導向工程》一文，同年4月18日撰寫出《空中南水北調方案初探》一文，同年4月20日撰寫出《關於「空中南水北調方案」的建議》。此後筆者又陸續撰寫一系列論文和文章，闡述介紹空中南水北調方案，並先後在1999年6期《焦點》雜誌、2000年2月2日人民日報海外版、2000年1期《地圖》雜誌、2000年4月12日科學新聞週刊、2000年7期《中國科技產業》雜誌等報刊公開發表。2000年9月3日在「天地生人學術講座」進行公開講演，引起與會專家學者的濃厚興趣（9月3日補）。

西北地區的水資源狀況

我國西北地區的自然資源主要有兩大特點，一是土地遼闊但可利用土地資源少，二是水資源匱乏；其宏觀表現即沙漠面積大、戈壁荒漠面積大、乾旱半乾旱地區面積大，以及淡水湖泊面積小、河流分布密度小、河流水量少、地下水位深、地表植被稀疏。上述兩種宏觀景象的根源正是水資源匱乏，如果水資源充沛，那麼沙漠、戈壁荒漠、乾旱半乾旱地區的面積就會大大減少，而境內的淡水湖泊、河流密度、河流水量、地下水位、地表植被的景觀亦將大為改觀。
事實上，我國西北地區的土地面積約佔全國陸地面積的36％，即345萬平方公里；其中新疆16．9％、青海7．6％、甘肅4．8％、寧夏0．7％、陝西2．0％、內蒙古西部4％。與此同時，我國有沙漠70多萬平方公里、戈壁荒漠57萬平方公里、高寒荒漠近15萬平方公里（荒漠化的總面積為262萬平方公里），它們的大部分或絕大部分亦分布在西北地區；此外，我國旱地約75萬平方公里，它們的大部分也是在西北地區，例如黃土高原地區。
在西北地區345萬平方公里的面積上，僅有一條入海的大河即黃河（新疆北部發源的水系可流入北冰洋），此外就只有數量有限水量很少的內陸河了。眾所周知，黃河年平均徑流水量約為570億噸，僅為長江水量的5．7％、珠江水量的16％、雅魯藏布江水量的50％、瀾滄江水量的77％、怒江水量的82％。為什麼黃河的水量這麼少呢？為什麼西北地區的河流湖泊這麼少呢？簡言之乃自然環境使然，而人口、牲畜的過量存在與不當活動又在不斷加劇自然環境的惡化。
其實，我國整個的北方地區，都存在著越來越嚴重的水資源短缺問題，農業缺水（這裡有必要指出，我國長期強調農業要「旱澇保收」，正是這種政策導致水資源枯竭：因為豐水年多出的降水都被白白排走了，未能補充地下水；而枯水年則無節制地抽取地下水，其結果是地下水也枯竭了）、工業缺水（與水資源的循環利用水平太低有關）、城市缺水，甚至人畜飲水都成問題，再加上越來越嚴重的水污染，已經到了危及生存與發展的地步了。

我國大陸水資源的來源

我們知道，陸地上的水資源的來源及其存在形式主要有天然降水、深層地下水、淺層地下水、表層地下水、積雪冰川融化水、天然湖泊河流及人造水庫儲存的水，此外還有以生物形式儲存的水、以礦物形式儲存的水。其中天然降水主要由兩部分組成，一是海陸水汽循環送來的降水（屬於水汽大循環），二是當地水汽循環形成的降水（屬於水汽小循環，其絕對值與水汽大循環有關）。至於淺層地下水、表層地下水、積雪冰川融化水、天然湖泊河流及人造水庫儲存的水、以生物形式儲存的水，實際上都是由天然降水所形成的水的不同存在形式；其中所謂以生物形式儲存的水，主要由植物（森林）來承擔，它們的大量存在有助於促成當地的水汽小循環，其實質則是水資源的多次重複利用（植被儲存的水，蒸發後形成降水又落回當地，並再一次被植物吸收利用和儲存起來）。至於深層地下水，實際上是一種「礦產資源」，它們與地下石油屬於同類性質，即一經開採利用之後，便不能再生或補充；從這個角度來說，深層地下水應當被視為一種戰略資源，對它們的使用要執行「好鋼用在刀刃上」的原則。
對於我國西北地區以及廣大北方地區來說，最根本的問題是海陸水汽大循環送來的降水太少而且季節分布過於集中。事實上，在上述地區，年降水量最少的僅5．9毫米（新疆天山南麓的托克遜），大部分地區的年降水量都在400毫米以下，只有天山北麓、祁連山南麓以及黃河上游、渭水流域、黃河前套等部分地區年降水量在400毫米或400毫米以上（很少能夠達到600毫米）、華北地區年降水量可達650毫米左右。對比之下，長江流域的年降水量都在1000毫米至1600毫米之間；而世界上年降水量最高的地區則在喜馬拉雅山南麓的一個名叫契拉噴其（又譯乞拉朋齊，位於印度東北部阿薩密山）的地方，那裡的年平均降水量高達13000毫米，峰值為15000毫米（或稱年平均降水11618毫米，峰值23000毫米）。
那麼1毫米的降水量是個什麼概念呢？它表示在1平方公里的面積上有1毫米高的水層，亦即1平方公里的面積上獲得1000噸的降水（1 平方公里折合1500畝，相當於每畝土地獲得0．67噸降水）。對比之下，如果西北地區年平均降水為200毫米，而長江流域年平均降水為1300毫米，其結果便是西北地區一畝地每年要比長江流域一畝地少獲得737噸水。這是從絕對值的差距來說，其實在年降水量低於200毫米的地方，幾乎沒有多少植物能夠在那裡生存了。這裡需要說明的是，氣象學上所說的降水量既包括從海洋輸送的水汽量（轉化成為降水），也包括當地水汽循環所形成的重複降水；與此同時，氣象學所說的乾旱地區蒸發量，是指當地理論上最大的蒸發量，而不是實際蒸發量（實際上當地沒有那麼多的水可供蒸發）。

地形與降水量的關係

為什麼托克遜的年降水量只有5．9毫米，而契拉噴其的年降水量卻高達15000毫米呢？這就涉及到地形與降水量的關係問題。我們知道，每年從海洋蒸發的水量為447900立方千米，從陸地蒸發的水量為70700立方千米，合計518600立方千米，這些被蒸發的水量最終都要以降水的形式重新回到海洋裡和陸地上。這樣巨大的降水量為什麼對我國的西北地區如此吝嗇呢？這是因為我國及其周邊國家的地形、地貌、地事（這是筆者杜撰的一個詞，意思是指在地面上發生的能夠影響降水的事情，包括自然的和人為的事情，例如沙塵暴和工業粉塵等），不利於來自海洋的水汽輸送到西北地區並形成降水。
具體說來，全球的大氣環流格局不利於水汽大循環過程中向我國西北地區輸送水汽，因為那裡距離太平洋、印度洋、大西洋、北冰洋都太遠了（距離是非常重要的因素，但不是唯一的，例如印度的德干高原距離印度洋很近，仍然經常發生乾旱，因為那裡的地形不利於水汽形成降水），而且諸多山脈對西北地區形成了天然的環狀包圍屏障；也就是說，日本列島、朝鮮半島、太行山阻擋並減少了來自西太平洋的水汽向西北地區的輸送量，大巴山、秦嶺阻擋並減少了來自南太平洋的水汽向西北地區的輸送量，青藏高原以及巴顏客拉山阻擋並減少了來自印度洋的水汽向西北地區的輸送量，天山山脈和崑崙山西段阻擋並減少了來自大西洋的水汽向西北地區的輸送量，阿爾泰山、戈壁阿爾泰山、陰山山脈阻擋並減少了來自北冰洋的水汽向西北地區的輸送量。
那麼大山大脈為什麼會阻擋並減少水汽的輸送量呢？這是因為，空氣中的水汽含量與空氣的高度有關，這實際上主要是與空氣的溫度有關。一般來說，在大氣的對流層即10000米以下的空氣中，每升高100米，其溫度要下降0．6攝氏度；因此，相對地表空氣的水汽含量而言，在1500米高處大氣的水汽含量將減少50％，在3000米高處大氣的水汽含量將減少75％，而在5000米高處大氣的水汽含量將減少90％之多。此外，這也與空氣密度隨海拔高度而變化有關，例如海平面上1立方米空氣重1300克，而在海拔12000米的地方1 立方米空氣只有319克，密度減少到四分之一；空氣密度的減少，其所攜帶的水汽量當然也會減少。另外，水汽（包括氣態水和雲霧狀液態水）與空氣的比重差異，也影響著不同高度空氣中的水汽含量。
在這種情況下，原本富含水汽的大氣環流在經過高山高脈之後，其攜帶水汽的大部分或絕大部分都將留在山脈的迎風面，以及高山的上部（形成積雪和冰川），只剩下少部分或很少的水汽能夠輸送到山脈的背風面。例如，臺灣的火燒寮（迎風面）年降水量為6557毫米，臺中（背風面）為1523毫米；海南的瓊海（迎風面）年降水量為2044毫米，東方（背風面）為947毫米；江西的長汀（迎風面）為1716毫米，贛州（背風面）為1434毫米；雲南的河口（迎風面）為1763毫米，文山（背風面）為962毫米；四川的雅安（迎風面）為1805毫米，康定（背風面）為815毫米；陝西的佛坪（迎風面）為922毫米，西安（背風面）為580毫米；山西的五臺山（迎風面）為913毫米，原平（背風面）為453毫米。
據此，我們便不難理解為什麼托克遜只有5．9毫米的降水量，因為它位於天山的背風面，從大西洋來的水汽到天山時已經所剩無幾，留給背風面的托克遜當然就更少了（此外還與降水條件有關）；同理，契拉噴其的降水量之所以高達15000毫米，乃是因為它位於世界上最高的喜馬拉雅山的南麓，而孟加拉灣又是印度洋水汽向北輸送的主要通道（其三角狀或喇叭口狀的地形有利於水汽的集中輸送）。當然，我們也就可以明白為什麼在西北地區存在著那麼多的沙漠和戈壁了，因為新疆的塔克拉瑪干沙漠正好同時位於青藏高原的背風面和天山的背風面，而內蒙古的巴丹吉林沙漠、騰格裡沙漠（又合稱阿拉善沙漠，2000年春季北京遭遇的多次嚴重沙塵暴，有幾次沙塵即來自這裡）則正好同時位於祁連山、賀蘭山、戈壁阿爾泰山的背風面。至於黃土高原地區的乾旱少雨，也是因為它位於太行山、秦嶺、陰山的背風面。需要說明的是，我國學者對地形與降水關係的研究很少，比較系統的專著是林之光先生的《地形降水氣候學》（科學出版社，1995年，60萬字），例如該書指出秦嶺「成為南北水汽交流的一個重大障礙，對陝西降水分布起了重大作用。」

空中南水北調的科學原理：地形也是一種可以開發利用的資源

福建連城有一座冠豸山，山上有一刻石，題詞曰「飛雲有路」；用今天的話來說，即大山大脈並不是一堵不透風的牆，它們同樣存在著水汽通道。事實上，多數大山脈的背風面之所以還有一些降水，除了一部分水汽是越山而來，主要的水汽乃是穿山而過；這是因為，大山脈都有著或多或少的峽谷或山口，它們的地勢相對要低許多，因而有利於更多的水汽從這裡通過。例如，位於青藏高原喜馬拉雅山背風面的雅魯藏布江為什麼水量充沛，正是因為雅魯藏布大峽谷乃是非常有效的水汽大通道；同理，長江上游以及青藏高原東部地區為什麼水量也非常充沛，其原因乃是諸多南北走向的橫斷山脈有利於來自孟加拉灣的水汽向這一地區的輸送。事實上，風與水是密切相關的，只有「風調」才能「雨順」；因此，我們有必要建立一門新學科，即地球風水學或中國大陸（宏觀）風水學，從大尺度的時空範圍研究風與水汽的關係，以及水汽與降水的關係。事實上，地球上的大氣環流主要有兩個，一是由於地球自轉而導致的緯向（自西向東）大氣環流，二是由於赤道與兩極溫差而引起的經向（在赤道與兩極之間）大氣環流，此外還有由於海洋與陸地溫差所形成的大氣環流。對於我國來說，印度洋的水汽經由孟加拉灣、橫斷山脈大峽谷一直滲透到黃河上游地區，在適當的自西向東的大氣環流的作用下，我國從南到北就會形成一條降雨雲帶，這條雲帶自西向東移動，便會發生一次普遍的降雨過程。
有鑒於此，我們有理由認為，大江大川奔流不息的水，實際上主要是經由其（包括上游諸多支流水系）峽谷水道而上的水汽所轉化形成的。從這個角度來說，在江河峽谷修建水庫大壩（追求的功能是蓄水、發電、防洪等）將產生一種效應，即阻擋並減少來自下游的水汽輸送量。許多人都想當然地以為水庫大壩的這種風阻效應可以忽略，其實不然；這是因為，水庫大壩正好建在水汽通道的關鍵部位，因此它的風阻作用是非常明顯的。有鑒於此，筆者特別呼籲不要在橫斷山脈大峽谷地區修建水庫大壩，因為橫斷山脈大峽谷乃是我國最最重要的水資源命脈，來自孟加拉灣的印度洋水汽正是穿越橫斷山脈大峽谷送達我國的長江、瀾滄江、黃河的上游地區。對此可參見丁一江先生《季風區的水汽收支》一文，該文指出在7月份，我國67％的水汽來自孟加拉灣，30％來自中國南海（氣象出版社1994年版《亞洲季風》）。
其實，早在1976年科學出版社出版的《氣候變遷及其原因》（張家誠、朱明道等人著）一書，就已經注意到新安江水庫建成後對該地區降水分布的影響問題。此後，筆者老家（河北唐縣）的鄉親亦抱怨，自從山裡（屬於太行山）修了水庫後，降雨不知怎麼搞的就不如以前多了，用老鄉的話來說即水庫大壩把龍脈壓住了。眾所周知，並不算高的防風林都能夠改變風的流動（抬升氣流，其作用大體為防風林高度的4倍以上），那麼為什麼數十米至上百米高的水庫大壩就不會改變水汽的輸送呢？
令人深思的是，近半個世紀以來，我國西北地區的乾旱和荒漠化有越來越嚴重的趨勢，目前每年就有2460平方公里的土地荒漠化，而沙塵暴也越來越頻仍地襲擾我國北方廣大地區。導致這種現象的原因很多，除了世界範圍的大氣環流變化以及人為的環境破壞之外；筆者認為不能排除數以萬計的水庫大壩所產生的對水汽通道的風阻效應，以及東部、南部數以百計的城市高層建築所形成的風阻效應。上述新增加的風阻因素，實際上是對我國原有地形地貌的相當巨大的改變，它們的總體效應則是阻擋並減少了來自太平洋和印度洋的水汽向西北地區的輸送量；與此同時，由於有更多的水汽被阻擋在長江流域，也就造成了長江流域的水患頻仍。此外，我國東部和中部廣大區域的空氣污染也可能改變那裡的降水條件，例如大氣中粉塵的增加，可能有利於空氣裡的水汽更多地凝結並形成降水。另外，由於喜馬拉雅山的持續抬升（目前每年抬升2∼5．6厘米），也在減少印度洋水汽向我國北方的輸送量。
從科學理性的角度來說，如果自然的地形地貌可以決定著水汽的輸送和降水的形成，如果人為的某些建築能夠降低水汽的輸送量；那麼，我們也就有可能找到一種辦法，通過對某些自然地形地貌的人為改變，而達到增加水汽輸送量的目的。筆者在1992年撰寫《宇宙的重構》（已由中國國際廣播出版社出版）一書時將這種辦法稱為「春風再度玉門關氣象工程」，它的準確表述可以是大氣環流導向工程（技術）或氣象水利工程，也可以通俗地稱為空中南水北調工程。該工程技術的核心是在適當的地點人工開闢新的水汽通道，從而使更多的水汽輸送到我們預期的地方。例如，巴顏客拉山是黃河與長江的分水嶺，如果在巴顏客拉山的某些地點開闢新的人造峽谷或風口，就可以引導更多的來自印度洋的水汽穿過巴顏客拉山並抵達黃河上游地區，從而為那裡送去更多的降水（黃河源頭南有巴顏客拉山，北有布爾汗布達山和阿尼瑪卿山，具備很好的降水條件；此外，北面還有祁連山等山脈，它們可以阻擋北風的南下，也就是說在這裡開通新的水汽通道不會有太多的北風南下並影響那裡的氣候）。

空中南水北調工程的總體設計

對於一項新的科學觀點或戰略工程設計來說，我們首先要考慮它是否符合科學的基本原理，其次要問我們現有的技術手段能否實現，接下來要評判該工程在經濟上是否有利可圖，最後還要考慮該工程的實施是否存在其他的問題（包括政治上的、民族上的、國際關係上的，以及種種有利的或有害的效應）。但是，令人遺憾的是，有不少人（包括科學工作者）在沒有認真思考的情況下就想當然地或本能地否定筆者提出的上述主張所具有的科學原理基礎。
此外，還有許多人雖然承認這種氣象水利工程符合科學原理也有技術能力去實施，但是出於對環境的保護，仍然反對進行這樣的大規模工程。其實，開通人造的水汽通道，這種工程對環境的影響與修建水庫大壩是類似的，區別僅在於水庫大壩起得是增加風阻的效應，而人造水汽通道發揮的則是減少風阻的功能（伐木者已經認識到應當重新補種上被砍伐的樹木，修建水庫大壩的人也應當有補上水汽通道的認識）。從這個角度來說，水庫大壩是對水資源的利用，大氣環流導向工程的人造水汽通道則是對地形資源的利用。
由於橫斷山脈大峽谷是中國水資源的命脈，而巴顏客拉山又是長江與黃河的分水嶺，因此筆者設計的空中南水北調第一期工程是在巴顏客拉山開闢新的水汽通道，即選擇適當的地點（需要經過氣象水文觀測和計算機模擬），利用現有的工程技術手段或新開發的高科技手段（包括清潔的核爆破技術、高能量激光切割岩石技術、高膨脹劑解體岩石技術，以及其他可能的山體解體或移動技術），開鑿出新的山口（需要經過先小後大的實驗過程），以使更多的水汽從這裡輸送（包括水汽移動和擴散效應）到黃河上游地區。
在沒有實測數據的情況下，筆者假設每立方米水汽中含水量為20克，水汽輸送速度為每秒5米，人工水汽通道橫截面的平均深度為2000米、寬度為10000米，那麼每年（31557600秒）可輸送的水汽量為631億噸，如果其中有90％轉化成降水（包括自然降雨和人工降雨，以及累積效應），即可向黃河上游及其周邊地區送去571億噸水資源──這正是黃河一年的總流量，也就是說相當於增加了一條新黃河，我國西北地區甚至整個北方地區的水資源短缺問題將得到根本性的好轉。至於上述工程所需的建設費用，則與當地的地質地理條件有關，也與我們採用的施工技術有關，具體的投資數額尚有待具體的施工方案而定。在具體的施工中，應當充分利用自然的山口和峽谷，選擇若干個適當的地點，將自然的山口和峽谷加深加寬以擴展其輸送水汽的能力；如果我們選擇的地點適當，有可能產生類似「針尖大的洞，斗大的風」的效果，那麼工程量還有可能進一步降低。
在巴顏客拉山開闢人工水汽通道，可以把長江上游的水汽引導到黃河上游，這樣又可以減輕長江流域洪水氾濫的威脅。如果長江上游、瀾滄江上游的水資源也發生短缺現象，那麼我們就應當實施空中南水北調第二期工程，即依次開闢瀾滄江至長江上游的水汽通道，開闢怒江至瀾滄江的水汽通道，開闢雅魯藏布江、元江向北的水汽通道。上述工程順序，筆者稱之為「先北後南」原則，其目的一是先施工先受益，二是避免過多水汽滯留在長江中上游而造成防洪壓力。
如果，在巴顏客拉山開闢人工水汽通道獲得成功，那麼我們就可以考慮在秦嶺和太行山進行同樣的氣象水利工程，從而把更多的水汽引導到秦嶺以北、太行山以西的黃土高原地區（內蒙古地區，以及大西北地區亦可受益）。上述工程順序，筆者稱之為「先西後東」原則，其目的是先在人口稀少地區進行實驗，一旦發生預料之外的不利效應時，我們所付出的代價儘可能小一些。
當然，上述工程順序並不是絕對的。例如，我們也可以在若干個小區域內同時進行這種氣象水利工程實驗，筆者推薦的一個區域是新疆的天山地區。眾所周知，天山北麓是大西洋和北冰洋水汽的迎風面，因此天山北麓的降水要遠遠高於天山南麓，伊犁河的好風光便得益於此。如果我們能夠在天山山脈的適當地點開闢人工水汽通道，使來自大西洋或北冰洋的一部分水汽更多地抵達天山山脈的南麓並形成降雪，那麼這些降雪溶化後便可為天山以南的廣大地區送去寶貴的水資源。
與此同時，在實施人工水汽通道的工程時，我們還應當追求多種直接的或間接的政治、經濟、軍事效益。例如，交通效益、旅遊效益、科研效益（包括民用、軍用科研項目），以及礦石、石料的採集和利用，當地社會經濟的發展等等。此外，我們也要密切注意由此而引發的各種社會和自然效應，它們涉及到國內外各界的反應，以及當地及其周邊地區的自然生態環境變化（氣候的變化、植被的變化、動物的遷徙、地質變化等等）。

空中南水北調的特點及其戰略價值

首先，空中南水北調可增加我國水資源的總量，而陸路南水北調則不能增加我國的水資源總量。其次，空中南水北調工程可以邊施工便受益，可以在需要的時候繼續擴容，而且沒有任何的管理、維修、運行的費用，也不怕地震、泥石流和人為的破壞（包括敵對國的戰爭訛詐或空中打擊）；對比之下，陸路南水北調必須全線貫通後才能受益，既不能擴容，又要支付繁雜沈重的管理、維修、運行負擔，而且整個系統非常脆弱不堪一擊。第三，空中南水北調送去的是天然降雨（這裡的問題是難以收水費），既有利於植被生長，又無須再耗費能源抽水、揚水、送水，而且不會產生土地鹽鹼化。第四，空中南水北調除了開闢山口形成水汽通道之外，無須修建千里輸水渠道，因而工程造價要低，而且不用像陸路南水北調那樣征地、佔用耕地、遷徙人口，以及影響其他交通設施。陸路南水北調存在的管理問題非常多，當北方降水多的時候，送來的水沒人要；當南方也缺水的時候，又無法向北方送水；如果水價太高則用不起，如果水價太低則要長期虧本；此外冬季結冰問題、沿途偷水問題、渠道水污染問題、水資源分配問題、系統管理問題都將嚴重影響該工程的正常運行。
第五，在巴顏客拉山（包括橫斷山脈大峽谷地區）進行的空中南水北調工程，有助於緩解長江流域的水患，改善我國南澇北旱的大格局。第六，在巴顏客拉山、秦嶺、太行山、天山實施的空中南水北調工程，可以從根本上改善黃土高原、西北荒漠地區的生態環境，從而促進上述地區（345萬平方公里）的經濟得到迅速發展，實現西部大開發戰略，增強整體國力，緩解人口、就業、民族、東西部差距等等一系列長期困擾我國的老大難問題，並獲得經濟持續增長的動力。第七，空中南水北調工程的實施，有助於開發一系列高新技術並形成相關產業，與此同時將大大提高我國氣象戰水平（這是21世紀必須掌握的戰爭手段）和超大當量定向爆破技術水平（這有著廣泛的民用和軍用價值）。第八，由於國際條約對跨國域河流水資源的使用有著嚴格的約定，因此試圖截流雅魯藏布江、瀾滄江等國際河流而實現陸路南水北調的設想，將不可避免地產生外交問題；但是，目前國際尚無限制使用空中水汽資源的條約，我國應當利用此不可多得的有利時機，迅速開展空中水汽資源的研究和利用工作，並為將來制定有關國際條約時獲得有利地位（誰領先誰就有發言權）。
事實上，我國是一個國土面積遼闊的大國，而且有著極為豐富的地形地貌，也就是說我國有著相當可觀的地形資源儲量，對它們的開發將使我國西北地區以及其他缺水地區獲得更多的天然降水，而水就是生命、水就是財富、水就是國力。決定21世紀世界格局的因素很多，其中最重要的因素就是看哪個國家擁有充足的水資源；決定西部大開發戰略能否成功的因素很多，其中最重要的因素就是看西北地區能否獲得與大開發相稱的水資源。頻繁發生的沙塵暴，實際上已經表明我們長期採用的種種常規手段的效果乃是極其有限的。在這種情況下，我們必須尋找新的戰略技術，並大力支持有關的創新思維和創新行為，其中應當包括對大氣環流導向工程亦即空中南水北調工程的立項論證。
北京山海文化企劃苑C21－11000 王紅旗（重構）2000年8月28日
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附件2：南水北調中線方案（引自中國南水北調網）
近期從長江支流漢江上的丹江口水庫引水，沿伏牛山和太行山山前平原開渠輸水，終點北京。遠景考慮從長江三峽水庫或以下長江干流引水增加北調水量。中線工程具有水質好，覆蓋面大，自流輸水等優點，是解決華北水資源危機的一項重大基礎設施。
中線工程的前期研究工作始於50年代初，40多年來，長江水利委員會與有關省市、部門進行了大量的勘測、規劃、設計和科研工作。
1994年元月水利部審查通過了長江水利委員會編製的《南水北調中線工程可行性研究報告》，並上報國家計委建議興建此工程。
可調水量及供水範圍
中線工程可調水量按丹江口水庫後期規模完建，正常蓄水位170m條件下，考慮2020年發展水平在漢江中下游適當做些補償工程，保證調出區工農業發展、航運及環境用水後，多年平均可調出水量141.4億m3，一般枯水年(保證率75%)，可調出水量約110億m3。
供水範圍主要是唐白河平原和黃淮海平原的西中部，供水區總面積約15.5萬km2。因引漢水量有限，不能滿足規劃供水區內的需水要求，只能以供京、津、冀、豫、鄂五省市的城市生活和工業用水為主，兼顧部分地區農業及其他用水。
工程佈置
南水北調中線主體工程由水源區工程和輸水工程兩大部分組成。水源區工程為丹江口水利樞紐後期續建和漢江中下游補償工程；輸水工程即引漢總干渠和天津干渠。
一 、水源區工程
1．丹江口水利樞紐續建工程
丹江口水庫控制漢江60%的流域面積，多年平均天然徑流量408.5億m3，考慮上游發展，預測2020年入庫水量為385.4億m3。
．漢江中下游補償工程
為免除近期調水對漢江中下游的工農業及航運等用水可能產生的不利影響，需興建：干流渠化工程興隆或碾盤山樞紐，東荊河引江補水工程，改建或擴建部分閘站和增建部分航道整治工程。
從現在的162m，加高至176.6m，設計蓄水位由157m提高到170m，總庫容達290.5億m3，比初期增加庫容116億m3，增加有效調節庫容88億m3，增加防洪庫容33億m3。
丹江口水庫後期規模正常蓄水位170m時，將增加淹沒處理面積370km2，據1992年調查，主要淹沒實物指標為：
人口：22.4萬人
房屋：479.4萬m2
耕地：23.5萬畝
工礦企業：120個(合鄉鎮企業)，淹沒固定資產原值1.2億元。
二 、輸水工程
1．總干渠
黃河以南總干渠線路受已建渠首位置、江淮分水嶺的方城埡口和穿過黃河的範圍限制，走向明確。黃河以北曾比較利用現有河道輸水和新開渠道兩類方案，從保證水質和全線自流兩方面考慮選擇新開渠道的高線方案。
總干渠自陶岔渠首引水，沿已建成的8km渠道延伸，在伏牛山南麓山前崗壠與平原相間的地帶，向東北行進，經南陽過白河後跨江淮分水嶺方城埡口入淮河流域。
經寶豐、禹州、新鄭西，在鄭州西北孤柏咀處穿越黃河。然後沿太行山東麓山前平原，京廣鐵路西側北上，至唐縣進入低山丘陵區，過北拒馬河進入北京市境，過永定河後進入北京市區，終點是玉淵潭。總干渠全長1241.2km?br>天津干渠自河北省徐水縣西黑山村北總干渠上分水向東至天津西河閘，全長142km。
總干渠渠首設計水位147.2m，終點49.5m，全線自流，主要控制點水位、流量為：
表格（略）：渠首流量每秒630∼800立方米，過黃河500、進河北415、進北京70、進天津70。
黃河以南渠道縱坡1/25000；黃河以北1/30000∼1/15000。渠道全線按不同土質，分別採用混凝土，水泥土，噴漿抹面等方式全斷面襯砌，防滲減糙。
渠道設計水深隨設計流量由南向北遞減，由渠首9.5m到北京3.5m，底寬由56m∼7m。
總干渠的工程地質條件和主要地質問題已基本清楚。對所經膨脹土和黃土類渠段的渠坡穩定問題、飽和砂土段的震動液化問題和高地震裂度段的抗震問題、通過煤礦區的壓煤及採空區塌陷問題等在設計中採取相應工程措施解決。
總干渠溝通長江、淮河、黃河、海河四大流域，需穿過黃河干流及其他集流面積lOkm2以上河流219條，跨越鐵路44處，需建跨總干渠的公路橋571座，此外還有節制閘、分水閘、退水建築物和隧洞、暗渠等，總干渠上各類建築物共936座，其中最大的是穿黃河工程。天津干渠穿越大小河流48條，有建築物119座。
2．穿黃河工程
總干渠在黃河流域規劃的桃花峪水庫庫區穿過黃河，穿黃工程規模大，問題複雜，投資多，是總干渠上最關鍵的建築物。經多方案綜合研究比較認為，渡槽和隧道倒虹兩種型式技術上均可行。由於隧道方案可避免與黃河河勢、黃河規劃的矛盾，盾構法施工技術國內外都有成功經驗可借鑒，因此結合兩岸渠線佈置，推薦採用孤柏咀隧道方案。
穿黃河隧道工程全長約7.2km，設計輸水能力500m3/s，採用兩條內徑8.5m園形斷面隧道。
三 、主要工程量和投資
土方開挖 6.O億m3；
石方開挖 O.6億m3；
土石方填筑 2.3億m3；
混凝土 1583萬m3；
襯砌水泥土 718萬m3；
鋼筋鋼材 70萬t；
永久佔地 42.2萬畝(含庫區淹沒23.5萬畝)
臨時佔地 11萬畝
中線工程式控制制進度的主要因素是丹江口庫區移民和總干渠工程中的穿黃河工程。穿黃河工程採用盾構機開挖，工期約需六年，並需考慮工程籌建期。
按1993年底價格水平估算，工程靜態總投資約400億元。
工程效益
中線工程可緩解京、津、華北地區水資源危機，為京、津及河南、河北沿線城市生活、工業增加供水64億m3，增供農業30億m3。大大改善供水區生態環境和投資環境，推動我國中部地區的經濟發展。
丹江口水庫大壩加高提高漢江中下游防洪標準，保障漢北平原及武漢市安全。

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