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觀測項目建設(shè)完成，進(jìn)入驗收階段。這一項目由國家氣象局牽頭并作技術(shù)指導(dǎo)，共有玉珠峰、沱沱河等16個自動觀測站設(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于鐵路路基的影響。

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

全長1956公里的青藏鐵路是世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路。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)。

開通3年來，凍土融化對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，美國環(huán)境記者亞伯拉罕（Abrahm Lustquarten）歷時5年完成的關(guān)于青藏鐵路的著作《中國大列車》（China'sGreat Train）在美國出版。亞伯拉罕在書中盛贊了青藏鐵路取得的成就，但更引關(guān)注的是該書中有關(guān)全球氣候變暖加速青藏鐵路凍土融化的猜想。

《科學(xué)美國人》雜志7月份發(fā)表了亞伯拉罕就此專門撰寫的文章《全球變暖是否會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)合國環(huán)境計劃署2007年全球展望報告稱，青藏高原凍土層的溫度在過去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)。“這意味著，只要氣候變暖一度，它就會融化。”最壞的可能是，5年內(nèi)（從2008年始）青藏鐵路將出現(xiàn)運營安全問題。

亞伯拉罕的擔(dān)憂得到一些中國科學(xué)家的部分認(rèn)同，盡管后者持論相對樂觀。

青藏鐵路沿線建立凍土觀測體系，顯示北京對此已施以實質(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。凍土對溫度極為敏感，在凍土區(qū)修筑工程必須面對凍脹和融沉等多重危險。

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器和放大器。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的一份報告稱，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。

中國科學(xué)院凍土工程國家重點實驗室學(xué)術(shù)委員會委員周國慶稱，氣候變化形成一個對青藏鐵路不利的因果鏈。由此，青藏鐵路設(shè)計建造始終有凍土科學(xué)家群體參與，并采取了主動降溫法，表征之一即是分布于凍土區(qū)鐵路兩側(cè)的“熱棒”。這些長長的密封鋼管里注入了氨水，通過地上地下的溫差，降低凍土的溫度。

鐵路建成運行催化了有關(guān)凍土的擔(dān)心。2008年初，凍土工程國家重點實驗室副主任吳青柏提出，青藏鐵路修通后沒有經(jīng)過試運行和鐵路時速的逐漸增加過程，加之火車列車的動荷載和氣候變化，勢必會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)措施的長期可靠性。

前文所述亞伯拉罕的擔(dān)憂，則來自青藏高原今年的一項國際研究。這項由聯(lián)合國、中國的科研機構(gòu)及獨立研究人員進(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。”亞伯拉罕描述。

這樣的場景距今天還有多遠(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年才會解凍;但是，受到建設(shè)影響的永凍層，只要5年就會達(dá)到融點。”亞伯拉罕引用2007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像原來那樣存在，還是需要大部分重建？”

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

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

“我們事先考慮到了全球變暖的因素，我們總會解決，會一定程度保證鐵路的暢通，”周國慶說，“總不能說之前通車很正常，后來很快就不行了，我覺得不可能到這個程度。”他援引的氣候預(yù)測數(shù)據(jù)是未來50年內(nèi)青藏地區(qū)溫度上升2.6度。

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

“我想最起碼在最近幾年內(nèi)（不會出問題）。但是如果氣候變化不按照氣象學(xué)家預(yù)測的那樣走的話那是另一回事。”周國慶說。

凍土工程國家重點實驗室主任馬巍認(rèn)為，目前的全球變暖速度并沒有超出中國科學(xué)家在修建青藏鐵路之初的預(yù)測：“修青藏鐵路的時候我們已經(jīng)考慮到這個狀況——50年內(nèi)氣溫升高一度，100年氣溫升高兩度。我們是按照這個來設(shè)計的，在設(shè)計過程中都加大了安全系數(shù)。”

但對于青藏鐵路至少在多少年之內(nèi)能保證安全的預(yù)測，馬巍話留余地：“我不敢說到50年那么大，我想至少在一二十年內(nèi)沒問題。”

匿名科學(xué)家指出，50年無問題的預(yù)測“確實有很樂觀的成分”，如果出于對過往氣候變化的理解，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)家加大對青藏線實測數(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站點建設(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年安全運營的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，代價是昂貴的。

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，很難在短時司內(nèi)收回，青藏鐵路客運和貨運都將長期虧損。而僅是青藏鐵路全線開通試運營的當(dāng)年，國家又投入資金65億元人民幣。

馬巍回憶，青藏鐵路建設(shè)初期，相關(guān)部門對凍土的危害性了解不充分，估計的投資過低。“科研部門提出的很多方案他們都不太確信。最初的設(shè)計是被動保護(hù)的方案，那當(dāng)然投資就相當(dāng)小了。我們都很反對，在跟上級鐵道部門的溝通中都在寫信提意見。”

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

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

2002年出臺的、冰川學(xué)家秦大河總主編的《中國西部環(huán)境演變評估》報告預(yù)計，到2050年，青藏高原可能變暖2.2-2.6攝氏度。中國政府在2007年頒布的《應(yīng)對氣候國家方案》則預(yù)計，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、程國棟、馬巍、劉永智等頂級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)計如果按照未來50a（年）氣溫升高2.2～2.6℃來考慮，則需要大幅度地增加投資，工程技術(shù)上也存在～定的難度……青藏鐵路工程實際上以50a氣溫升高1℃來設(shè)計。”

盡管是按照最保守的升高1℃來設(shè)計，也已經(jīng)使青藏鐵路投資從180個億追加到了幾百億。

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、遮陽飯等。

《南方都市報》今年6月引用《冰川凍土》編輯部主任、中國科學(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，可以對付1℃以下的溫差變化，但這在將來可能不夠。

青藏鐵路開工后，中科院安排了上千萬元科研經(jīng)費用于凍土研究。國家自然科學(xué)基金、科技部基礎(chǔ)司基地處等部門對青藏鐵路凍土保護(hù)研究也有大筆投入。

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

剛剛在青藏沿線建立的16個無人凍土觀測站則是最新的投入。張雪芬介紹，由于經(jīng)費限制，這些觀測站分布得還不夠密集，未來國家肯定會加大力度支持對于青藏鐵路的保護(hù)，把觀測站加得更加密集。

一項更加昂貴的技術(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，人工凍結(jié)技術(shù)將是備用的理想的搶險措施。

“沒用是萬幸。”一直從事相關(guān)研究的周國慶介紹，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期供電，成本是非常高的。對于青藏鐵路的特殊路段緊急搶險，在一定時間里維護(hù)，人工凍結(jié)技術(shù)是非常好的。但是長期的，肯定就不行了”。

“在—二十年內(nèi)，對我們來說，青藏鐵路凍土問題無非是個經(jīng)濟(jì)問題。”周國慶稱。

日趨加強的凍土監(jiān)測

盡管存在樂觀與悲觀的各種預(yù)測，但眾多科學(xué)家都強調(diào)這僅僅是預(yù)測。就目前來說，觀測更具現(xiàn)實意義。

“氣候變化本來就是個不確定的因素，人類活動也是不確定的因素，這兩個（影響凍土的）不確定的因素從理論上去預(yù)測很困難。監(jiān)測系統(tǒng)正是因為無法隨便預(yù)測才建設(shè)的。”馬巍說。

早在青藏鐵路建設(shè)過程中，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)測系統(tǒng)。

到2005年，青藏鐵路凍土區(qū)全線凍土工程長期觀測系統(tǒng)已經(jīng)建立，這也是世界上首次對凍土區(qū)鐵路工程進(jìn)行長期、系統(tǒng)的觀測。以環(huán)境氣溫、凍土地溫和工程建筑物變形為主要觀測指標(biāo)，實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集、無線發(fā)射和預(yù)測分析。

長期監(jiān)測系統(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。上述兩家單位各監(jiān)測一部分，數(shù)據(jù)反饋給青藏鐵路總公司。如果出現(xiàn)重大問題，青藏鐵路總公司再反饋給鐵道部。

如今氣象部門也越來越多地參與其中。

9月中旬剛剛建好的16個凍土自動觀測站在青海省境內(nèi)有9個，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，分別是托居、扎加藏布、安多、底吾瑪、那曲、桑雄和當(dāng)雄。

凍土觀測站的觀測項目包括氣溫、土壤溫度和土壤濕度等，地溫觀測最深可達(dá)3.2米。官方報道稱，系統(tǒng)建成后，可通過互聯(lián)網(wǎng)、GPRS（或聯(lián)通CDMA）與電信線路實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時接收，實時獲取青藏鐵路沿線大量的凍土觀測資料。

除此之外，青海省境內(nèi)的青藏鐵路沿線還有8個多要素自動氣象站，兩個長期存在的有人氣象站，其觀測內(nèi)容與青藏鐵路亦緊密相連。

觀測之外，大陸長達(dá)數(shù)十年的凍土研究，令其具備了豐厚的技術(shù)儲備，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)隊多達(dá)41個。

“目前的技術(shù)儲備，至少可以保證這個數(shù)據(jù)（預(yù)測青藏高原氣溫50年升高1℃，100年升高2℃）對應(yīng)的技術(shù)儲備，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)措施儲備馬上就能夠跟上去。”

對于青藏鐵路來說，應(yīng)對凍土融化像是一場無止境的馬拉松。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)害比起這個都是可以忽略不計的災(zāi)害了。”

編輯 袁凌 美編 黃靜