青藏铁路冻土融化困局

周宇 何谦 肖遥

9月中旬，青藏铁路沿线冻土自动观测项目建设完成，进入验收阶段。这一项目由国家气象局牵头并作技术指导，共有玉珠峰、沱沱河等16个自动观测站设立在青藏铁路格尔木至拉萨段的多年冻土和季节性冻土区。它们将监测气温、土壤湿度、土壤温度，从而预警青藏铁路沿线冻土带温度变化对于铁路路基的影响。

中国气象局气象探测中心（原大气探测中心）张雪芬称，此举表明国家“的确加大了对（青藏）铁路沿线冻土保护的力度”。

全长1956公里的青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路。其中穿越多年冻土区632公里，包括大量高温极不稳定冻土区和高温不稳定冻土区。

开通3年来，冻土融化对青藏铁路可能存在的威胁的担忧，在全球变暖的大背景之下，日益严峻。

2008年5月，美国环境记者亚伯拉罕（Abrahm Lustquarten）历时5年完成的关于青藏铁路的著作《中国大列车》（China'sGreat Train）在美国出版。亚伯拉罕在书中盛赞了青藏铁路取得的成就，但更引关注的是该书中有关全球气候变暖加速青藏铁路冻土融化的猜想。

《科学美国人》杂志7月份发表了亚伯拉罕就此专门撰写的文章《全球变暖是否会融化支撑青藏铁路的永久冻土？》（Will GlobalWarming Meltthe Permafrost SupportingtheChina-Tibet Railway？），并广为转载。文章引用联合国环境计划署2007年全球展望报告称，青藏高原冻土层的温度在过去30年里提高了摄氏0.3度，比世界其他任何非极地区暖化得都快。在受人类活动影响的地区，比如建造铁路的地区，暖化速度翻倍，达到摄氏0.6度。

而青藏铁路穿越的550公里大片连续多年冻土地段，有一半地区的温度在摄氏零下一度以内。“这意味着，只要气候变暖一度，它就会融化。”最坏的可能是，5年内（从2008年始）青藏铁路将出现运营安全问题。

亚伯拉罕的担忧得到一些中国科学家的部分认同，尽管后者持论相对乐观。

青藏铁路沿线建立冻土观测体系，显示北京对此已施以实质性关注。

5年、20年、50年？

2006年6月29日.西藏当雄，一位牧民在青藏铁路边上放牧。

冻土是指0摄氏度以下、并合有冰的各种岩石和土壤。冻土对温度极为敏感，在冻土区修筑工程必须面对冻胀和融沉等多重危险。

世界修建冻土铁路的历史已近百年。青藏铁路冻土的特殊之处在于，青藏高原的多年冻土属于高温冻土，极易受气温变化融化下沉。

全球气候变暖变现了这一威胁。青藏高原被认为是全球变暖的启动器和放大器。联合国环境规划署的一份报告称，青藏铁路附近的永冻区域面积在1995年之前的20年间减少了约36%。在本世纪末，中国的永冻土（其几乎全部在青藏高原）面积可能再减少一半。

中国科学院冻土工程国家重点实验室学术委员会委员周国庆称，气候变化形成一个对青藏铁路不利的因果链。由此，青藏铁路设计建造始终有冻土科学家群体参与，并采取了主动降温法，表征之一即是分布于冻土区铁路两侧的“热棒”。这些长长的密封钢管里注入了氨水，通过地上地下的温差，降低冻土的温度。

铁路建成运行催化了有关冻土的担心。2008年初，冻土工程国家重点实验室副主任吴青柏提出，青藏铁路修通后没有经过试运行和铁路时速的逐渐增加过程，加之火车列车的动荷载和气候变化，势必会影响路基下部多年冻土热稳定性和冷却路基工程结构措施的长期可靠性。

前文所述亚伯拉罕的担忧，则来自青藏高原今年的一项国际研究。这项由联合国、中国的科研机构及独立研究人员进行的研究确证，西藏区域是地球上气候变暖最快、冰川和冻土融化最快的地区之一。

“变暖的土地可能导致铁路路面拱起。”亚伯拉罕描述。

这样的场景距今天还有多远，10年、20年、50年，还是更久？亚伯拉罕在文中提出的最危险的假设是：5年（从2008年算起）。

“尽管在目前的气候变化条件下，这些变暖的永冻层地区，要20年才会解冻;但是，受到建设影响的永冻层，只要5年就会达到融点。”亚伯拉罕引用2007年发表在《南北极与高山研究》杂志上的论文数据称。

亚伯拉罕还在文中提出：“一些科学家在质疑，这条耗资40亿美元的铁路线会像原来那样存在，还是需要大部分重建？”

文中提到了中国科学院资深冻土专家吴紫汪教授2006年初的预测：气候变化速度比预测严重得多，10年内，支撑铁路的冻土带将满是水坑。

亚伯拉罕的推测引起了一些中国科学家的兴趣。周国庆肯定亚伯拉罕担忧的普遍意义，但并不认同他预测的准确性。

“我们事先考虑到了全球变暖的因素，我们总会解决，会一定程度保证铁路的畅通，”周国庆说，“总不能说之前通车很正常，后来很快就不行了，我觉得不可能到这个程度。”他援引的气候预测数据是未来50年内青藏地区温度上升2.6度。

周国庆同时指出亚伯拉罕观点的片面性：他忽略了土壤温度升高可以修复的部分。随着时间推移，土壤温度有可能在修复中降下来。

“我想最起码在最近几年内（不会出问题）。但是如果气候变化不按照气象学家预测的那样走的话那是另一回事。”周国庆说。

冻土工程国家重点实验室主任马巍认为，目前的全球变暖速度并没有超出中国科学家在修建青藏铁路之初的预测：“修青藏铁路的时候我们已经考虑到这个状况——50年内气温升高一度，100年气温升高两度。我们是按照这个来设计的，在设计过程中都加大了安全系数。”

但对于青藏铁路至少在多少年之内能保证安全的预测，马巍话留余地：“我不敢说到50年那么大，我想至少在一二十年内没问题。”

匿名科学家指出，50年无问题的预测“确实有很乐观的成分”，如果出于对过往气候变化的理解，特别悲观地去理解都是可以理解的。但如果年轻一代科学家加大对青藏线实测数据的获取及其分析、研究，“也许就能达到50年后我们的建筑承载能力仍然可以抵抗冻土的升温”。

这正是此次冻土观测站点建设的远景意义。

昂贵的维护投入

为保护青藏高原冻土环境，在青藏铁路施工中采用的热棒技术。

要想维持青藏铁路50年安全运营的设计标准，代价是昂贵的。

2006年，铁道部青藏办常务副主任朱振升表示，青藏铁路的建设投入以及后期的管理投入成本高达330多亿元人民币，很难在短时司内收回，青藏铁路客运和货运都将长期亏损。而仅是青藏铁路全线开通试运营的当年，国家又投入资金65亿元人民币。

马巍回忆，青藏铁路建设初期，相关部门对冻土的危害性了解不充分，估计的投资过低。“科研部门提出的很多方案他们都不太确信。最初的设计是被动保护的方案，那当然投资就相当小了。我们都很反对，在跟上级铁道部门的沟通中都在写信提意见。”

2001年到2002年初前后，主动降温技术的思路被慢慢接受。技术设施方面开始进行大规模投资。

难题是预测未来50年气温会升高多少，这直接关系到投资的规模和所使用的技术。

2002年出台的、冰川学家秦大河总主编的《中国西部环境演变评估》报告预计，到2050年，青藏高原可能变暖2.2-2.6摄氏度。中国政府在2007年颁布的《应对气候国家方案》则预计，到2030年，青藏高原可能上升2.2-2.6℃。这是全球变暖的一部分。

2007年，一篇由吴青柏、程国栋、马巍、刘永智等顶级冻土专家共同署名的论文《青藏铁路适应气候变化的筑路工程技术》称：“（青藏铁路）工程设计如果按照未来50a（年）气温升高2.2～2.6℃来考虑，则需要大幅度地增加投资，工程技术上也存在～定的难度……青藏铁路工程实际上以50a气温升高1℃来设计。”

尽管是按照最保守的升高1℃来设计，也已经使青藏铁路投资从180个亿追加到了几百亿。

各种新的筑路技术被大量使用，包括块石路基、块碎石护坡、热棒、通风管、遮阳饭等。

《南方都市报》今年6月引用《冰川冻土》编辑部主任、中国科学院寒区旱区环境与工程研究所研究员沈永平的话称，追加的上百亿投资，可以对付1℃以下的温差变化，但这在将来可能不够。

青藏铁路开工后，中科院安排了上千万元科研经费用于冻土研究。国家自然科学基金、科技部基础司基地处等部门对青藏铁路冻土保护研究也有大笔投入。

亚伯拉罕也认为，“中国政府一定还会在这条铁路的维护方面有很大投资”。

刚刚在青藏沿线建立的16个无人冻土观测站则是最新的投入。张雪芬介绍，由于经费限制，这些观测站分布得还不够密集，未来国家肯定会加大力度支持对于青藏铁路的保护，把观测站加得更加密集。

一项更加昂贵的技术尚未使用：人工冻结技术。

人工冻结技术可以用在多年冻土保护中，即将冻结管插入土中，利用人工冷液在冻结管中循环，使土层冻结。一旦冻土路基发生了融沉或融陷（大的融沉），用其他方法不能治理时，人工冻结技术将是备用的理想的抢险措施。

“没用是万幸。”一直从事相关研究的周国庆介绍，人工冻结技术资金要求较高，“冻结是像冰箱一样，需要供电。尤其是较大范围的长期供电，成本是非常高的。对于青藏铁路的特殊路段紧急抢险，在一定时间里维护，人工冻结技术是非常好的。但是长期的，肯定就不行了”。

“在—二十年内，对我们来说，青藏铁路冻土问题无非是个经济问题。”周国庆称。

日趋加强的冻土监测

尽管存在乐观与悲观的各种预测，但众多科学家都强调这仅仅是预测。就目前来说，观测更具现实意义。

“气候变化本来就是个不确定的因素，人类活动也是不确定的因素，这两个（影响冻土的）不确定的因素从理论上去预测很困难。监测系统正是因为无法随便预测才建设的。”马巍说。

早在青藏铁路建设过程中，从2002年起，在全线施工完毕的路基、桥梁、涵洞已经布置了路基监测系统。

到2005年，青藏铁路冻土区全线冻土工程长期观测系统已经建立，这也是世界上首次对冻土区铁路工程进行长期、系统的观测。以环境气温、冻土地温和工程建筑物变形为主要观测指标，实现自动数据采集、无线发射和预测分析。

长期监测系统的建设由铁道部负责，青藏铁路总公司主管，铁道研究院西北分院和中科院寒区旱区环境与工程研究所负责具体监测。上述两家单位各监测一部分，数据反馈给青藏铁路总公司。如果出现重大问题，青藏铁路总公司再反馈给铁道部。

如今气象部门也越来越多地参与其中。

9月中旬刚刚建好的16个冻土自动观测站在青海省境内有9个，分别是玉珠峰、不冻泉、楚玛尔河、五道梁、江克栋、沱沱河、通天河、布玛德和雁石坪;西藏境内有7个，分别是托居、扎加藏布、安多、底吾玛、那曲、桑雄和当雄。

冻土观测站的观测项目包括气温、土壤温度和土壤湿度等，地温观测最深可达3.2米。官方报道称，系统建成后，可通过互联网、GPRS（或联通CDMA）与电信线路实现数据实时接收，实时获取青藏铁路沿线大量的冻土观测资料。

除此之外，青海省境内的青藏铁路沿线还有8个多要素自动气象站，两个长期存在的有人气象站，其观测内容与青藏铁路亦紧密相连。

观测之外，大陆长达数十年的冻土研究，令其具备了丰厚的技术储备，也为青藏铁路安全提供了保障：2003年前后起，参与青藏铁路研究的科研团队多达41个。

“目前的技术储备，至少可以保证这个数据（预测青藏高原气温50年升高1℃，100年升高2℃）对应的技术储备，但相关内容不便透露，”马巍称，“一旦温度出现突变，可能影响青藏铁路路基稳定性，我们的技术措施储备马上就能够跟上去。”

对于青藏铁路来说，应对冻土融化像是一场无止境的马拉松。但马巍更愿意将青藏铁路放到全球变暖的大视野下考量：

“全球变暖是随时随地的，不可避免的。假设全世界突发性地升温，南北两极的冰川都会发生融化，那种融化就是全球的灾害。而青藏铁路的灾害比起这个都是可以忽略不计的灾害了。”

编辑 袁凌 美编 黄静