青藏鐵路凍土融化困局

周宇 何謙 肖遙

9月中旬，青藏鐵路沿線凍土自動(dòng)觀測(cè)項(xiàng)目建設(shè)完成，進(jìn)入驗(yàn)收階段。這一項(xiàng)目由國(guó)家氣象局牽頭并作技術(shù)指導(dǎo)，共有玉珠峰、沱沱河等16個(gè)自動(dòng)觀測(cè)站設(shè)立在青藏鐵路格爾木至拉薩段的多年凍土和季節(jié)性凍土區(qū)。它們將監(jiān)測(cè)氣溫、土壤濕度、土壤溫度，從而預(yù)警青藏鐵路沿線凍土帶溫度變化對(duì)于鐵路路基的影響。

中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心（原大氣探測(cè)中心）張雪芬稱，此舉表明國(guó)家“的確加大了對(duì)（青藏）鐵路沿線凍土保護(hù)的力度”。

全長(zhǎng)1956公里的青藏鐵路是世界上海拔最高、線路最長(zhǎng)的高原鐵路。其中穿越多年凍土區(qū)632公里，包括大量高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)和高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)。

開(kāi)通3年來(lái)，凍土融化對(duì)青藏鐵路可能存在的威脅的擔(dān)憂，在全球變暖的大背景之下，日益嚴(yán)峻。

2008年5月，美國(guó)環(huán)境記者亞伯拉罕（Abrahm Lustquarten）歷時(shí)5年完成的關(guān)于青藏鐵路的著作《中國(guó)大列車》（China'sGreat Train）在美國(guó)出版。亞伯拉罕在書(shū)中盛贊了青藏鐵路取得的成就，但更引關(guān)注的是該書(shū)中有關(guān)全球氣候變暖加速青藏鐵路凍土融化的猜想。

《科學(xué)美國(guó)人》雜志7月份發(fā)表了亞伯拉罕就此專門撰寫(xiě)的文章《全球變暖是否會(huì)融化支撐青藏鐵路的永久凍土？》（Will GlobalWarming Meltthe Permafrost SupportingtheChina-Tibet Railway？），并廣為轉(zhuǎn)載。文章引用聯(lián)合國(guó)環(huán)境計(jì)劃署2007年全球展望報(bào)告稱，青藏高原凍土層的溫度在過(guò)去30年里提高了攝氏0.3度，比世界其他任何非極地區(qū)暖化得都快。在受人類活動(dòng)影響的地區(qū)，比如建造鐵路的地區(qū)，暖化速度翻倍，達(dá)到攝氏0.6度。

而青藏鐵路穿越的550公里大片連續(xù)多年凍土地段，有一半地區(qū)的溫度在攝氏零下一度以內(nèi)?！斑@意味著，只要?dú)夂蜃兣欢?，它就?huì)融化。”最壞的可能是，5年內(nèi)（從2008年始）青藏鐵路將出現(xiàn)運(yùn)營(yíng)安全問(wèn)題。

亞伯拉罕的擔(dān)憂得到一些中國(guó)科學(xué)家的部分認(rèn)同，盡管后者持論相對(duì)樂(lè)觀。

青藏鐵路沿線建立凍土觀測(cè)體系，顯示北京對(duì)此已施以實(shí)質(zhì)性關(guān)注。

5年、20年、50年？

2006年6月29日.西藏當(dāng)雄，一位牧民在青藏鐵路邊上放牧。

凍土是指0攝氏度以下、并合有冰的各種巖石和土壤。凍土對(duì)溫度極為敏感，在凍土區(qū)修筑工程必須面對(duì)凍脹和融沉等多重危險(xiǎn)。

世界修建凍土鐵路的歷史已近百年。青藏鐵路凍土的特殊之處在于，青藏高原的多年凍土屬于高溫凍土，極易受氣溫變化融化下沉。

全球氣候變暖變現(xiàn)了這一威脅。青藏高原被認(rèn)為是全球變暖的啟動(dòng)器和放大器。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的一份報(bào)告稱，青藏鐵路附近的永凍區(qū)域面積在1995年之前的20年間減少了約36%。在本世紀(jì)末，中國(guó)的永凍土（其幾乎全部在青藏高原）面積可能再減少一半。

中國(guó)科學(xué)院凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員周國(guó)慶稱，氣候變化形成一個(gè)對(duì)青藏鐵路不利的因果鏈。由此，青藏鐵路設(shè)計(jì)建造始終有凍土科學(xué)家群體參與，并采取了主動(dòng)降溫法，表征之一即是分布于凍土區(qū)鐵路兩側(cè)的“熱棒”。這些長(zhǎng)長(zhǎng)的密封鋼管里注入了氨水，通過(guò)地上地下的溫差，降低凍土的溫度。

鐵路建成運(yùn)行催化了有關(guān)凍土的擔(dān)心。2008年初，凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任吳青柏提出，青藏鐵路修通后沒(méi)有經(jīng)過(guò)試運(yùn)行和鐵路時(shí)速的逐漸增加過(guò)程，加之火車列車的動(dòng)荷載和氣候變化，勢(shì)必會(huì)影響路基下部多年凍土熱穩(wěn)定性和冷卻路基工程結(jié)構(gòu)措施的長(zhǎng)期可靠性。

前文所述亞伯拉罕的擔(dān)憂，則來(lái)自青藏高原今年的一項(xiàng)國(guó)際研究。這項(xiàng)由聯(lián)合國(guó)、中國(guó)的科研機(jī)構(gòu)及獨(dú)立研究人員進(jìn)行的研究確證，西藏區(qū)域是地球上氣候變暖最快、冰川和凍土融化最快的地區(qū)之一。

“變暖的土地可能導(dǎo)致鐵路路面拱起?！眮啿泵枋觥?/p>

這樣的場(chǎng)景距今天還有多遠(yuǎn)，10年、20年、50年，還是更久？亞伯拉罕在文中提出的最危險(xiǎn)的假設(shè)是：5年（從2008年算起）。

“盡管在目前的氣候變化條件下，這些變暖的永凍層地區(qū)，要20年才會(huì)解凍;但是，受到建設(shè)影響的永凍層，只要5年就會(huì)達(dá)到融點(diǎn)?！眮啿币?007年發(fā)表在《南北極與高山研究》雜志上的論文數(shù)據(jù)稱。

亞伯拉罕還在文中提出：“一些科學(xué)家在質(zhì)疑，這條耗資40億美元的鐵路線會(huì)像原來(lái)那樣存在，還是需要大部分重建？”

文中提到了中國(guó)科學(xué)院資深凍土專家吳紫汪教授2006年初的預(yù)測(cè)：氣候變化速度比預(yù)測(cè)嚴(yán)重得多，10年內(nèi)，支撐鐵路的凍土帶將滿是水坑。

亞伯拉罕的推測(cè)引起了一些中國(guó)科學(xué)家的興趣。周國(guó)慶肯定亞伯拉罕擔(dān)憂的普遍意義，但并不認(rèn)同他預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

“我們事先考慮到了全球變暖的因素，我們總會(huì)解決，會(huì)一定程度保證鐵路的暢通，”周國(guó)慶說(shuō)，“總不能說(shuō)之前通車很正常，后來(lái)很快就不行了，我覺(jué)得不可能到這個(gè)程度?！彼臍夂蝾A(yù)測(cè)數(shù)據(jù)是未來(lái)50年內(nèi)青藏地區(qū)溫度上升2.6度。

周國(guó)慶同時(shí)指出亞伯拉罕觀點(diǎn)的片面性：他忽略了土壤溫度升高可以修復(fù)的部分。隨著時(shí)間推移，土壤溫度有可能在修復(fù)中降下來(lái)。

“我想最起碼在最近幾年內(nèi)（不會(huì)出問(wèn)題）。但是如果氣候變化不按照氣象學(xué)家預(yù)測(cè)的那樣走的話那是另一回事?！敝車?guó)慶說(shuō)。

凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任馬巍認(rèn)為，目前的全球變暖速度并沒(méi)有超出中國(guó)科學(xué)家在修建青藏鐵路之初的預(yù)測(cè)：“修青藏鐵路的時(shí)候我們已經(jīng)考慮到這個(gè)狀況——50年內(nèi)氣溫升高一度，100年氣溫升高兩度。我們是按照這個(gè)來(lái)設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中都加大了安全系數(shù)。”

但對(duì)于青藏鐵路至少在多少年之內(nèi)能保證安全的預(yù)測(cè)，馬巍話留余地：“我不敢說(shuō)到50年那么大，我想至少在一二十年內(nèi)沒(méi)問(wèn)題?！?/p>

匿名科學(xué)家指出，50年無(wú)問(wèn)題的預(yù)測(cè)“確實(shí)有很樂(lè)觀的成分”，如果出于對(duì)過(guò)往氣候變化的理解，特別悲觀地去理解都是可以理解的。但如果年輕一代科學(xué)家加大對(duì)青藏線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取及其分析、研究，“也許就能達(dá)到50年后我們的建筑承載能力仍然可以抵抗凍土的升溫”。

這正是此次凍土觀測(cè)站點(diǎn)建設(shè)的遠(yuǎn)景意義。

昂貴的維護(hù)投入

為保護(hù)青藏高原凍土環(huán)境，在青藏鐵路施工中采用的熱棒技術(shù)。

要想維持青藏鐵路50年安全運(yùn)營(yíng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，代價(jià)是昂貴的。

2006年，鐵道部青藏辦常務(wù)副主任朱振升表示，青藏鐵路的建設(shè)投入以及后期的管理投入成本高達(dá)330多億元人民幣，很難在短時(shí)司內(nèi)收回，青藏鐵路客運(yùn)和貨運(yùn)都將長(zhǎng)期虧損。而僅是青藏鐵路全線開(kāi)通試運(yùn)營(yíng)的當(dāng)年，國(guó)家又投入資金65億元人民幣。

馬巍回憶，青藏鐵路建設(shè)初期，相關(guān)部門對(duì)凍土的危害性了解不充分，估計(jì)的投資過(guò)低?！翱蒲胁块T提出的很多方案他們都不太確信。最初的設(shè)計(jì)是被動(dòng)保護(hù)的方案，那當(dāng)然投資就相當(dāng)小了。我們都很反對(duì)，在跟上級(jí)鐵道部門的溝通中都在寫(xiě)信提意見(jiàn)?！?/p>

2001年到2002年初前后，主動(dòng)降溫技術(shù)的思路被慢慢接受。技術(shù)設(shè)施方面開(kāi)始進(jìn)行大規(guī)模投資。

難題是預(yù)測(cè)未來(lái)50年氣溫會(huì)升高多少，這直接關(guān)系到投資的規(guī)模和所使用的技術(shù)。

2002年出臺(tái)的、冰川學(xué)家秦大河總主編的《中國(guó)西部環(huán)境演變?cè)u(píng)估》報(bào)告預(yù)計(jì)，到2050年，青藏高原可能變暖2.2-2.6攝氏度。中國(guó)政府在2007年頒布的《應(yīng)對(duì)氣候國(guó)家方案》則預(yù)計(jì)，到2030年，青藏高原可能上升2.2-2.6℃。這是全球變暖的一部分。

2007年，一篇由吳青柏、程國(guó)棟、馬巍、劉永智等頂級(jí)凍土專家共同署名的論文《青藏鐵路適應(yīng)氣候變化的筑路工程技術(shù)》稱：“（青藏鐵路）工程設(shè)計(jì)如果按照未來(lái)50a（年）氣溫升高2.2～2.6℃來(lái)考慮，則需要大幅度地增加投資，工程技術(shù)上也存在～定的難度……青藏鐵路工程實(shí)際上以50a氣溫升高1℃來(lái)設(shè)計(jì)?！?/p>

盡管是按照最保守的升高1℃來(lái)設(shè)計(jì)，也已經(jīng)使青藏鐵路投資從180個(gè)億追加到了幾百億。

各種新的筑路技術(shù)被大量使用，包括塊石路基、塊碎石護(hù)坡、熱棒、通風(fēng)管、遮陽(yáng)飯等。

《南方都市報(bào)》今年6月引用《冰川凍土》編輯部主任、中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所研究員沈永平的話稱，追加的上百億投資，可以對(duì)付1℃以下的溫差變化，但這在將來(lái)可能不夠。

青藏鐵路開(kāi)工后，中科院安排了上千萬(wàn)元科研經(jīng)費(fèi)用于凍土研究。國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部基礎(chǔ)司基地處等部門對(duì)青藏鐵路凍土保護(hù)研究也有大筆投入。

亞伯拉罕也認(rèn)為，“中國(guó)政府一定還會(huì)在這條鐵路的維護(hù)方面有很大投資”。

剛剛在青藏沿線建立的16個(gè)無(wú)人凍土觀測(cè)站則是最新的投入。張雪芬介紹，由于經(jīng)費(fèi)限制，這些觀測(cè)站分布得還不夠密集，未來(lái)國(guó)家肯定會(huì)加大力度支持對(duì)于青藏鐵路的保護(hù)，把觀測(cè)站加得更加密集。

一項(xiàng)更加昂貴的技術(shù)尚未使用：人工凍結(jié)技術(shù)。

人工凍結(jié)技術(shù)可以用在多年凍土保護(hù)中，即將凍結(jié)管插入土中，利用人工冷液在凍結(jié)管中循環(huán)，使土層凍結(jié)。一旦凍土路基發(fā)生了融沉或融陷（大的融沉），用其他方法不能治理時(shí)，人工凍結(jié)技術(shù)將是備用的理想的搶險(xiǎn)措施。

“沒(méi)用是萬(wàn)幸?！币恢睆氖孪嚓P(guān)研究的周國(guó)慶介紹，人工凍結(jié)技術(shù)資金要求較高，“凍結(jié)是像冰箱一樣，需要供電。尤其是較大范圍的長(zhǎng)期供電，成本是非常高的。對(duì)于青藏鐵路的特殊路段緊急搶險(xiǎn)，在一定時(shí)間里維護(hù)，人工凍結(jié)技術(shù)是非常好的。但是長(zhǎng)期的，肯定就不行了”。

“在—二十年內(nèi)，對(duì)我們來(lái)說(shuō)，青藏鐵路凍土問(wèn)題無(wú)非是個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。”周國(guó)慶稱。

日趨加強(qiáng)的凍土監(jiān)測(cè)

盡管存在樂(lè)觀與悲觀的各種預(yù)測(cè)，但眾多科學(xué)家都強(qiáng)調(diào)這僅僅是預(yù)測(cè)。就目前來(lái)說(shuō)，觀測(cè)更具現(xiàn)實(shí)意義。

“氣候變化本來(lái)就是個(gè)不確定的因素，人類活動(dòng)也是不確定的因素，這兩個(gè)（影響凍土的）不確定的因素從理論上去預(yù)測(cè)很困難。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正是因?yàn)闊o(wú)法隨便預(yù)測(cè)才建設(shè)的?！瘪R巍說(shuō)。

早在青藏鐵路建設(shè)過(guò)程中，從2002年起，在全線施工完畢的路基、橋梁、涵洞已經(jīng)布置了路基監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

到2005年，青藏鐵路凍土區(qū)全線凍土工程長(zhǎng)期觀測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)建立，這也是世界上首次對(duì)凍土區(qū)鐵路工程進(jìn)行長(zhǎng)期、系統(tǒng)的觀測(cè)。以環(huán)境氣溫、凍土地溫和工程建筑物變形為主要觀測(cè)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、無(wú)線發(fā)射和預(yù)測(cè)分析。

長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)由鐵道部負(fù)責(zé)，青藏鐵路總公司主管，鐵道研究院西北分院和中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所負(fù)責(zé)具體監(jiān)測(cè)。上述兩家單位各監(jiān)測(cè)一部分，數(shù)據(jù)反饋給青藏鐵路總公司。如果出現(xiàn)重大問(wèn)題，青藏鐵路總公司再反饋給鐵道部。

如今氣象部門也越來(lái)越多地參與其中。

9月中旬剛剛建好的16個(gè)凍土自動(dòng)觀測(cè)站在青海省境內(nèi)有9個(gè)，分別是玉珠峰、不凍泉、楚瑪爾河、五道梁、江克棟、沱沱河、通天河、布瑪?shù)潞脱闶?西藏境內(nèi)有7個(gè)，分別是托居、扎加藏布、安多、底吾瑪、那曲、桑雄和當(dāng)雄。

凍土觀測(cè)站的觀測(cè)項(xiàng)目包括氣溫、土壤溫度和土壤濕度等，地溫觀測(cè)最深可達(dá)3.2米。官方報(bào)道稱，系統(tǒng)建成后，可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、GPRS（或聯(lián)通CDMA）與電信線路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收，實(shí)時(shí)獲取青藏鐵路沿線大量的凍土觀測(cè)資料。

除此之外，青海省境內(nèi)的青藏鐵路沿線還有8個(gè)多要素自動(dòng)氣象站，兩個(gè)長(zhǎng)期存在的有人氣象站，其觀測(cè)內(nèi)容與青藏鐵路亦緊密相連。

觀測(cè)之外，大陸長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的凍土研究，令其具備了豐厚的技術(shù)儲(chǔ)備，也為青藏鐵路安全提供了保障：2003年前后起，參與青藏鐵路研究的科研團(tuán)隊(duì)多達(dá)41個(gè)。

“目前的技術(shù)儲(chǔ)備，至少可以保證這個(gè)數(shù)據(jù)（預(yù)測(cè)青藏高原氣溫50年升高1℃，100年升高2℃）對(duì)應(yīng)的技術(shù)儲(chǔ)備，但相關(guān)內(nèi)容不便透露，”馬巍稱，“一旦溫度出現(xiàn)突變，可能影響青藏鐵路路基穩(wěn)定性，我們的技術(shù)措施儲(chǔ)備馬上就能夠跟上去。”

對(duì)于青藏鐵路來(lái)說(shuō)，應(yīng)對(duì)凍土融化像是一場(chǎng)無(wú)止境的馬拉松。但馬巍更愿意將青藏鐵路放到全球變暖的大視野下考量：

“全球變暖是隨時(shí)隨地的，不可避免的。假設(shè)全世界突發(fā)性地升溫，南北兩極的冰川都會(huì)發(fā)生融化，那種融化就是全球的災(zāi)害。而青藏鐵路的災(zāi)害比起這個(gè)都是可以忽略不計(jì)的災(zāi)害了?！?/p>

編輯 袁凌 美編 黃靜