通天河上游建造超级水库的探索研究

摘要：通天河源头的沱沱河盆地是一个独特的蓄水区域，其分水岭积水流域面积达到64,600平方公里。该盆地的出水口位于可可西里山脉的峡谷中，最低海拔为4375米。根据地理考察，峡谷内有潜力筑建160米高的大坝，而坝的宽度仅为660米。当达到最高蓄水高程4530米时，其蓄水面积可达3780平方公里，最大蓄水量为1560亿m³，这一蓄水量是青海湖的两倍。年均入湖水量约为70亿至100亿m³。值得注意的是，最高蓄水位位于唐古拉山镇（海拔4536米）以下，因此不会对青藏铁路和公路造成影响。鉴于这个水库位于通天河的源头，建议称其为“通天湖”。考虑到通天湖的蓄水能力，建议通过引通济柴工程，为柴达木和河西走廊进行生态补水，以加强西北地区的气候暖湿化趋势。此外，利用西部地区的低谷电力，可以从唐古拉山南麓进行抽水蓄能到通天湖，实现双重目的：抽水蓄能和西部调水。综上所述，通天湖有潜力成为中国的超级水塔，根据需求，为长江、黄河、柴达木、塔里木和河西走廊提供补水和输水服务。

关键词：通天河;水库;西线调水;抽水蓄能;柴达木;三江源;通天湖

首次了解红旗河项目时，笔者对解决西北干旱问题抱有期待。但深入研究后，我意识到了其局限性，开始寻找替代方案。在2020年封锁期间，笔者研究了西部调水路线，并用数字地球技术分

析了青藏高原。结果发现沱沱河谷地具有调水中转的潜力。参考中科院的报告，通天湖将是关键水源，对西北气候和湖泊生态都很重要。为确保研究准确，笔者使用了BIM+GIS技术并获取了关键数据。本文呈现了笔者在这方面的研究成果，希望能助力西部水资源管理。

沱沱河盆地位于青藏高原中心区域，其南侧为唐古拉山脉，西侧紧邻羌塘高原，而北部则被可可西里山脉和昆仑山脉所环绕。这一地理位置决定了其独特的地形特征：南北两侧均有高耸的山脉，使得盆地形成一个相对封闭的环境，整体地势由西向东呈逐渐下降的趋势。该盆地的分水岭积水流域总面积达到6.46万平方公里。多条河流汇入此盆地，而出水口则位于可可西里山脉的峡谷中，最低点的海拔为4375m。

该地域位于高空西风带的主控区，由于地理位置的特点，其受到海洋性气候系统的影响相对较弱。在此地，气候特点为干燥、寒冷，风速较大，降水量偏少，并且气象条件变化较为频繁。尽管位于高纬度地区，但该地的年温度分布并未呈现出明显的四季变化，而是主要分为干湿两个季节：10月至4月为干季，5月至9月为湿季。据气象观测数据显示，沱沱河地区的年平均气温为-4.2℃；7月为年内最热月份，平均气温为7.5℃；1月为年内最冷月份，平均气温达到-24.8℃，并曾记录到的极端最低气温为-33.8℃。此外，每年河流的冻结期长达7个月，这一现象与地区的低温气候条件密切相关。

该流域的气候特征为干旱，降水频率较低。根据实地气象观测数据，沱沱河地区的年平均降水量为283.1毫m。其中，单月降水量最高记录为1972年7月的174毫m。显著的季节性降水分布特点是，7月、8月和9月三个月的降水量占据了全年的主要部分，尤以7月为最。5月至9月的降水量占全年降水总量的85%至96.7%。在年平均98.7天的降水日中，有57.9天为雪天。此外，该地区的年蒸发量范围在1170.8毫米至1660.8毫米之间，这一数据进一步反映了该地的干旱气候特征。

盆地内河流的季节性冻结特征显著。据观测，每年至4月，气温逐渐回升时，冰雪融化为河流提供了重要的补给源，导致河道水位上涨。伴随高原湿季的逐步展开，区域降水量增长，特别是自6月起，河道涨水势头增强，致使年度最大水位多在8月出现。随后，至10月，河道水位呈下降趋势，其年度变幅大致在0.90m至1.60m之间。这一系列水文过程，包括河流的冻结与融化，均与地域气候特征紧密相关，受其调控。

2 超级水库设计目标

盆地的出水口位于可可西里山脉的峡谷中，具体的海拔高度为4375m。考虑在此峡谷内筑建一座高度为160m的大坝，该大坝的顶部长度达到660m。当水库达到其最大蓄水高程，即4530m时，其蓄水面积将扩展至3780平方公里。此外，该水库的最大蓄水容量估计为1560亿m³，这一数据是青海湖蓄水容量的两倍。

鉴于公众对于高位大型水库的安全性特别关切，我们建议在大坝设计中遵循最严格的安全标准。预计大坝的高度为160m，坝顶长度为660m。考虑到其稳定性和持久性，推荐使用混凝土重力坝结构。如果选择堆石坝作为设计方案，坝顶的宽度应确保不小于100m，且坝体坡度应控制在30度以内以确保其稳固性。此外，考虑到地形和安全因素，建议将排水口和发电厂设施布置在右岸的山体内部。

水库的预计最高蓄水位位于唐古拉山镇的海拔4536m下方。为确保水库的建设与运营不对青藏铁路和公路造成不利影响，有必要进行深入的研究，特别是关于水库对沿线冻土区域的潜在影响。此外，为确保青藏铁路和公路的稳定性和安全性，应制定相应的对策和管理措施，确保这两个关键交通线路能够持续、正常地运营。

通天湖的设想不仅仅涉及单一水库，而是涵盖了北麓河、楚玛尔河以及通天河等一系列高原水库的梯阶水库群。这些水库共同具有以下特点：位于海拔四千m以上的高原地区，枯水季节冰封期较长，因此在该时段对下游地区并未提供水源贡献。然而，在湿季到来时，下游地区已进入汛期，这些水库的水源却成为下游地区的负担。幸运的是，这些地区主要属于人迹罕至的无人区，因此可以考虑兴建高坝水库，将原本被放弃或流失的水资源蓄积起来，在枯水季节向下游供应水源。

3 水库对盆地气候的影响

干冷和暖湿是两种相对应的气候关系。这归因于地球上水汽的重要性，因为水汽是地球最主要的温室气体之一。当大气中缺乏水汽时，地球表面的低温热辐射会快速散失到外太空，而当大气中存在大量水汽时，就像为地球添加了一层保温层一样，使得温度得以维持。此外，云层的厚度越大，保温效应就越显著。在没有湖泊存在的情况下，白天阳光直射到地面，其中一部分光被反射回太空，而另一部分光被吸收并转化为热能，然后通过红外辐射散失。然而，在盆地内形成大面积的湖泊时，太阳能被湖水吸收，水分蒸发，导致大气中增加水汽含量，从而引发温室效应。这可以减小日夜温差，累积热能，导致气温升高。

湖泊的水汽蒸发受多种因素影响，包括光照、气温、气压和风力等。考虑到通天湖地处高海拔、气压较低、气候干燥、受西风影响较大，湖面的蒸发速率可能高于青海湖。然而，由于通天湖在冰封期较长，蒸发主要发生在湿季湖面解冻后，因此实际年均蒸发量可能与青海湖相近，约为每年900毫升，年总蒸发量为34亿m³。这些蒸发的水分将在盆地内和通天河河谷汇集，为澜沧江源、金沙江和黄河源等下游地区提供水源。

夏季到来时，水汽蒸发量增加，与周围山区的冷空气下降相互作用，容易导致盆地内降雨。水汽的内循环增强了降雨量，即使外部补充水汽未增加，也通过内部水汽循环增加了降雨量，从而显著改善生物生存环境。

根据中科院青藏高原所的研究，青藏高原湖泊在近40年来面积增加了1万平方公里，湖水总量增加了2000亿m³，表现出向暖湿气候的趋势，这一趋势预计将持续至2060年。通天湖的蓄水工程将进一步促进暖湿气候趋势的发展。

4 通天湖的功能定位

4.1 改善生态环境，涵养三江源水源.

通天湖的功能定位包括改善生态环境和保护三江源水源。通天湖将在西北地区构建一道新的生态屏障，有助于增加水汽在盆地内的循环，减小温差，改善生物生存环境。通过湖泊的存在，可以涵养水源，确保三江源地区水资源的丰盛供应。

4.2 中华水塔南北共济.

位于海拔4500m的通天湖具有重要的战略地位，不仅可以为长江提供补给水，还具备为柴达木盆地、新疆、河西走廊和黄河提供补给水的潜力。通天湖因此成为中华水塔的重要组成部分。

4.3 激活柴达木.

当前引通济柴工程计划年度供水量仅为5亿m³，远期规划也仅达到10亿m³，对于干旱的柴达木盆地而言，这仅能满足基本的生活和经济需求，难以保障生态系统的补给水。然而，通天湖作为一个稳定的水源，可以为引通济柴工程提供可靠的保障。通过打通昆仑山100公里长的隧道，每年输送50亿m³的水至温泉水库，通过长期的生态补给，柴达木盆地有望恢复生态平衡，成为高原的生态宝库。柴达木地区的生态恢复将对西北干湿生态过渡带的推移产生积极影响，同时也有助于保护三江源地区的水汽生态系统。

4.4 藏水北上枢纽.

在长期规划中，可以考虑打通唐古拉山隧道，然后通过抽水系统，将唐古拉山南麓的水资源输送至通天湖，将怒江每年输送100亿m³的水源，以及雅鲁藏布江每年输送200亿m³的水源导入通天湖。由于通天湖的高海拔位置，它可以同时充当蓄能水库和水资源调配的关键节点，可供应长江、黄河、西北地区等多个地区的水资源需求。特别值得注意的是，通过昆仑山隧道将水源供给青海柴达木盆地、新疆塔里木盆地以及甘肃河西走廊等地，可以从根本上解决西北地区的干旱问题。

5 通天湖的水源及蓄存

5.1 流域内水源.

通天湖流域北部的主要河流包括君曲、莫曲（年径流量约为12亿m³）、冬布里曲、然池曲（年径流量约为1.3亿m³）、当曲、布曲（年径流量约为46亿m³）、沱沱河（年径流量约为9.2亿m³）等，部分河流的年径流量尚不明确。该流域的可控制积水面积约为6.46万平方公里，当前可供入湖的水量约为80亿m³，是青海湖的两倍。湖泊的水面虽然略小于青海湖，但随着湖面的扩大，蒸发量逐渐增加，最大不超过40亿m³。一旦水库达到满容，通天湖将成为水库效应的典型代表，年温差和日温差将逐渐减小，冬季和春季的冰期也会相应减少。预计一旦通天湖蓄满，入湖水量有望增加到120亿m³，但每年可调水量仍然保持在80亿m³。

5.2 唐古拉南麓高位水源.

怒江的源头河流，如桑曲、楚曲、彭曲、索曲，将通过隧道自流入通天湖，或者改道流入错那湖，然后通过错那湖-通天湖隧道输送至通天湖。这些怒江的支流分布较为分散且位于高位地区，因此需要通过隧道进行集中输送。预计可调水量约为50亿m³。

5.3 长期水源规划.

长期规划包括来自念青唐古拉山东南麓的水资源、拉萨河、雅鲁藏布江和怒江的水源，总可调水量可达300亿m³。这些水资源可以通过利用青藏高原的光伏和风力等新能源进行发电，然后抽取水供应至错那湖，最终通过唐古拉山隧道输送至通天湖。这一过程既有助于新能源发电蓄能，也为水资源的调配提供了灵活性。

5.4 高原江河蓄水.

由于高原地区的恶劣环境和人口密度较低，居民多数居住在四千m以下的地区。因此，在人口密集区筑坝蓄水可能会对当地居民的生活产生严重影响。因此，在海拔四千m以上的无人区域更适合兴建高坝水库，以便拦截更多的高原水资源。

6 通天湖在西部新能源建设中的作用

6.1 青藏高原新能源发电资源丰富.

根据图5可知，青藏高原拥有丰富的辐射资源，每年可达1800~2100小时，比东部地区高出50%。此外，该地区也处于高原西风带，拥有丰富的风力资源，年均风能发电小时数可达2500小时。尽管该地区拥有广阔的土地和空间，但新能源发电产业的发展却受限。这一限制不仅因为青藏高原远离电力消费地区，还因其新能源电力缺乏蓄能和输电基础设施。因此，需要系统性的工程来解决这些问题。

6.2 抽水蓄能设施可配套新能源发电规模.

如果每年从唐古拉山南麓海拔3500m以上抽水300亿m³到通天湖，平均水头为600m，每m³水需要耗电2千瓦时（KWH），总共需要耗电600亿千瓦时（KWH）。考虑到抽水主要利用低谷电力，并且有特高压输电设施支持，可以输送电量相当于低谷电量的4倍。同时，光伏和风力发电装机容量可达100千兆瓦（GW），年发电量可达2000亿KWH，相当于两个三峡工程，年产值可达700亿元。

6.3通天湖系统的发电规模及效益.

通天湖蕴含的能量巨大，如果将其用于调峰发电，从通天湖到格尔木的海拔差距为1700m，根据每m³水400m的水头产生一度电的计算，300亿m³水可发电1275亿KWH。另外，250亿m³水输送到河西走廊，海拔差距为1200m，可发电750亿KWH。总共可发电2025亿KWH，以每千瓦时0.5元的调峰电价计算，年产值可达1000亿元。抽水蓄能的电费开支采用低谷电价，大致相当于0.21元/KWH，与新能源发电成本接近。每年用于抽水的电费开支约为60亿元。因此，高水位水库建设属于高收益工程，有助于国家回收投资，同时也有利于减轻受水区居民的用水成本。

7 三江源自然保护区的适用问题

在长江源及其附近，存在两大自然保护区，其中一个是可可西里自然保护区，其范围位于青藏铁路以西，而通天湖位于青藏铁路以东，因此通天湖的建设不会涉及可可西里保护区的问题。至于长江源自然保护区，通天湖的大坝建设位于生态保育修复区的边界地带，远离核心区。而其他附属梯阶水库群位于生态保育修复区内，按照三江源国家公园保护条例的规定，这些水库工程属于生态保护和水源涵养类项目。通过合适的申报程序审批，可以允许其建设。

8 总结

通天湖作为高水位的超级水库，蕴含着巨大的能量潜力。充分利用其水资源进行发电可以带来显著的经济效益，有助于国家回收投资，并降低受水区居民的用水成本。

通天湖作为一个独立的工程，具备改善气候、涵养水源、调节季节供水的重要功能。未来的工程发展，不论是为了保障引通济柴调水还是支持西线调水，都将产生显著的社会和生态效益。通天湖的建设对柴达木盆地的生态恢复和改善具有决定性的影响。此外，作为一个蓄能水库，通天湖将成为青藏高原新能源（风电和光伏发电）的重要基础设施。这将有助于实现在青藏高原进行新能源发电和抽水蓄能，并支持西部地区的水资源调配的可能性。