南水北调中线工程规划中的几个问题

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南水北调中线工程规划中的几个问题

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-18 2656 0


摘要:在党中央、国务院的领导和关怀下,广大科技工作者持续进行了50年的南水北调前期工作,在大量的野外勘测和分析比较了50多种方案的基础上,获得了一大批富有价值的成果,最终形成了南水北调东线、中线和西线调水的“四横三纵”基本格局。经党中央国务院审议并原则同意南水北调工程总体规划,举世瞩目的南水北调工程已由规划转入实施。但对中线工程规划中的工程规模、分期实施和输水方式还有一些不同的看法,文章结合总体规划的研究情况对“中线工程规

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模、丹江口水库大坝加高和管道与明渠的比选”等问题谈了几点认识。

  关键词:南水北调中线;工程规划;总体规划

  1、中线工程规模

  对南水北调中线工程的规划目标与调水规模,有两种不同意见:一种认为目前我国的工农业用水已出现“零增长”,今后随着城市化水平的提高,仅仅是生活用水将有一定的增长,南水北调东线、中线工程的总调水规模2010年只需30亿m3,2030年只需60亿m3.另一种认为黄淮海平原是国家的粮食基地,目前生态环境问题已经十分严重,不能只解决城市缺水,要求中线工程按调水145亿m3的规模一次建成。

  经过反复的分析、研究,我们认为南水北调工程的根本目标是要改善和修复黄淮海平原的生态环境,近期应以解决城市缺水为主。确定中线工程的规模应采取适度偏紧的方针。所谓适度,就是要满足北方省市社会经济和环境的缺水需要,要有一定的规模,否则,南水北调工程就没有意义。但长距离跨流域调水会打破原有的各种平衡,我们将要付出一定的代价才能建立新的平衡。这次总体规划按照先节水后调水、先治污后通水、先环保后用水的精神,对中线工程进行分期建设,将一期工程调水量从145亿m3压缩到95亿m3,不是因为投资,主要是从促进调入区的节水和汉江中下游的生态环境考虑。

  1.1 南水北调中线第一期工程规模是经济社会环境的最低需求

  有些专家认为总体规划预测的城市需水量偏高(受水区城市需水量年平均增长率为5%)、节水潜力估计不足、污水再生利用量偏低,使工程规模偏大。

  《南水北调城市水资源规划》是确定南水北调工程近期调水规模的主要依据。该规划是2000年国家计委、水利部共同组织并会同建设部、国家环保总局、中国国际工程咨询公司组成的联合专家组审定。与南水北调东、中线有关的7省(直辖市)政府组织计划、水利、建设、环保、农业、国土、物价等部门开展了44个地级以上城市的水资源规划,首先调查这44个城市1997、1998、1999年的供水、用水和节水状况,城市的规划范围包括郊区和所辖县级市、开发区与县城。用水户包括全部有自备水源的工矿企业。在考虑加大节水力度、加强污水处理与再利用、控制地下水超采、调整城市水价以及加强管理等条件下,到2010年受水区的城市缺水总量为104亿m3(其中,中线78亿m3),2030年的缺水总量为174亿m3(其中,中线128亿m3)。

  影响调水规模的缺水量预测相差60~110亿m3,主要有三个原因:

  对受水区城市现状用水的统计口径不同。一些专家对现状用水的统计,只限于城市区的供水设施,工业用水未包括电力工业用水,城市综合用水量中也未包括生态环境用水;而受水区城市用水人口的统计,却包括了整个城市,因此,作为预测基础的现状人均综合用水定额比实际小;其中最突出的是北京市和天津市比实际将近少一半。

  对现状的认识不同。我们认为黄淮海平原由于长期干旱缺水,虽然各城市都加大了节约用水的力度,但为了维持其经济社会的发展,仍然不得不过度开发利用地表水、大量超采地下水、不合理占用农业和生态用水以及使用未经处理的污水。在南水北调东线和中线工程受水区城市部分,现状地下水超采量36亿m3,不合理挤占农业用水量15亿m3,故现状城市缺水量至少为51亿m3.但一些专家认为现状已经用了的不能算缺水。

  采用的规划需水定额不同。建设部规定我国现行的城市用水定额按制定目的分三个层次,有三类用水定额:第一个层次是为指导城市总体规划中的给水工程规划而制定的城市用水规划定额,是1998年颁布的《城市给水工程规划规范》(GB-50282-98);第二个层次是为指导城市给排水工程设计而制订的城市用水设计定额,即现行《室外给水设计规范》(1986年);第三个层次是为指导城市节水和计划用水工作而制定的,即《建筑给水排水设计规范》(GBJ15-88)。由于制定的目的和用途不同,这三类定额的差别较大,如果将管理定额作为1,则在二区的特大城市、大城市和中小城市三种定额之间的比值分别为2:1.3:1、1.7~2.2:1.1:1和1.7~2.0:1:1.我们认为,南水北调规划比某单个城市的总体规划范围更大,不但要考虑市区的管网损失,还要考虑输水系统的不均匀性。总体规划采用第一层次的城市用水规划定额,一些专家用管理定额进行预测。如果在这三点一致,预测是接近的。

  总体规划在不断加强节水、治污力度的前提下,拟定东线、中线一期工程的规模,其增供水量为124亿m3(东线39亿m3、中线95亿m3),扣除损失后供城市99亿m3,由于现状城市用水中的地下水超采量36亿m3和不合理挤占农业用水量15亿m3,共51亿m3,这部分水量应予以替换和偿还,则城市实际的净增供水量仅48亿m3,年平均供水增长率在2%左右,这是满足受水区社会经济和环境可持续发展的最低需求。如果不考虑现状缺水的现实,调水规模仅考虑城市生活用水的增长,则黄淮海平原和胶东地区的地下水超采仍将继续扩大。

  1.2 中线第一期工程规模为何不采用145亿m3

  还有一些专家认为中线工程地理位置优越、水质好,在确定丹江口水库大坝加高后,调水应按145亿m3的规模一次建成。

  对此,在总体规划中反复对受水地区的需调水量和调水区的可调水量进行分析研究。以节水为前提,治污为关键,改善生态环境为目标,认真处理好调水规模和工程建设方案与节水、治污和生态总体规划中反复对受水地区的需调水量和调水区的可调水量进行分析研究。以节水为前提,治污为关键,改善生态环境为目标,认真处理好调水规模和工程建设方案与节水、治污和生态环境保护的关系,统筹考虑调水区和受水区的经济社会可持续发展。

  根据南水北调城市水资源规划,中线工程受水区主要城市2010年缺水78亿m3,2030年缺水128亿m3.中线第一期工程供水目标以解决城市缺水为主,并尽可能兼顾农业和生态。规模为95亿m3,虽然偏紧一些,但可以与经济社会发展相适应,并能促进节水。让城市多用价格较高的外调水,置换超采的地下水源,把当地水归还给农业与生态,这是水资源合理配置的需要,也是适当补充农业和生态用水的可行措施。

  对调水区的可调出水量是以尽量减少对这个地区社会、生态、环境影响为前提。根据1956~1997年水文系列分析,汉江流域水资源总量为582亿m3,丹江口以上水资源总量为388亿m3,考虑汉江上游用水,预计2010年和2030年丹江口水库入库水量分别为362亿m3和356亿m3.如果中线工程从丹江口水库调水145亿m3,调水量约占丹江口坝址断面来水量的40%,占汉江流域径流量的25%,可能引起汉江中下游水文情势变化。主要影响有:

  ①汉江中下游出现800~1,000m3/s中水流量的天数减少约20天,出现1,000~3,000m3/s大水流量的天数减少约100天。中等流量出现时间的减少,可能对河道冲淤有影响;

  ②汉江中下游河道多年平均水位下降0.29~0.51m,沿江两岸部分抽水站和灌溉引水口门需要改建,对汉江中下游航运有一定的影响。

  ③由于调水对汉江中下游水环境可能产生影响,经模拟分析表明:当调水量为145亿m3时,在其他条件相同的情况下,“水华”出现的概率约比现状增加10%~20%;而调水量为95亿m3时,“水华”出现的概率没有增加。针对中线工程对汉江中下游可能造成的影响,总体规划采取慎重的分期建设,将第一期工程的规模缩减为95亿m3,并兴建兴隆水利枢纽、引江济汉、改建闸站、整治局部航道等4项汉江中下游治理工程。由于对生态环境的影响是缓慢的,有些可能我们还没有想到,对中线调水看一看,再逐步扩大,这是汉江中下游的生态环境和可持续发展的需要。目前选择的调水规模,既能与受水区生活、生产、生态用水的可持续发展要求相适应,又较稳妥,是合理可行的。

  中线第一期工程多年平均调水规模为95亿m3,保证率为95%时的调水量为62亿m3,可基本满足中线工程受水区城市需水要求;第二期工程在不降低枯水年调水量的情况下,多年平均调水量为130亿m3.若调水规模为145亿m3,其特殊枯水年的调水量反而降为48亿m3,说明扩大渠道规模在目前的调度方式下,增加的只是保证率较低的水量,对以城市为主的供水目标是不利的。

  2、关于丹江口水库大坝加高的几个问题

  丹江口水库是南水北调中线工程的水源地,大坝按正常蓄水位170m加高可以减少弃水,增加供水,改善供水过程,提高汉江中下游防洪标准,但需要移民25万人。为了减少移民数量,有的专家提出了丹江口水库大坝按正常蓄水位161m加高,解决汉江中下游防洪问题,所减少的北调水量,从三峡库区大宁河抽水补源的方案;三峡工程建设委员会办公室的一些专家,提出从长江三峡库区的支流小江抽水“入渭、济黄、北调”的设想。移民安置一直是影响中线工程决策的重大问题,总体规划认为中线的水源,历来都是先引汉后引江,从长江三峡水库引水是中线工程的后续水源,可在今后进一步分析研究,不影响丹江口水库当前按照170m正常蓄水位加高大坝。目前 所提的几种代表性方案,其工作深度无法与现在的东、中线比较,不能作为近期决策的依据。今后继续研究后,可以作为四横三纵总体布局的补充。经过反复研究,总体规划仍按丹江口水库大坝一次加高建设,移民分期分批安置。这是因为:

  2.1 加坝是保证规划调水规模的需要

  将丹江口水库大坝加高14.6m,正常蓄水位由157m抬升至170m后,总库容将达到290.5亿m3,相应增加库容116亿m3.中线第一期工程多年平均调水量为95亿m3,特殊枯水年份(保证率为95%)时的调水量为62亿m3,可基本满足中线工程受水区城市需水要求。第二期工程多年平均调水规模为130亿m3.

  若不加高大坝,为了增加枯水期的北调水量,需要在陶岔渠首建一级泵站,第一期工程多年平均调水规模为81亿m3,特殊枯水年份的调水量只有21亿m3(不兴建引江济汉工程)或38亿m3(兴建引江济汉工程)。南水北调近期的供水目标是解决城市缺水,特殊枯水年(保证率为95%)的调水量是十分珍贵的,加坝和不加坝在特殊枯水年的调水量相差24亿~40亿m3.不加坝难以满足受水区缺水城市的基本要求,并增加了运行成本。

  2.2 加坝有利于汉江中下游防洪

  汉江中下游地区人口密集,是湖北省的经济发达地区。根据汉江中下游的特点,按照“蓄泄兼顾,以蓄为主,适当扩大下游泄量”的原则,通过加高后的丹江口水库拦洪削峰,可将汉江中下游的防洪标准从20年一遇提高到100年一遇,防御1935年型洪水。在1998年国务院批准的《长江流域近期防洪建设若干意见》中,已明确丹江口水库大坝按正常蓄水位170m加高。

  若大坝不加高,遇超过20年一遇的洪水,汉江中下游部分民垸必须分洪;如果遇1935年型(100年一遇)洪水要向14个民垸分洪,涉及70多万人口,耕地近90万亩,还有两座县城。为保证汉江中下游防洪安全,需要进行分蓄洪区安全建设,估算投资158亿元,比加坝移民的投资多10亿元,且分洪一次的经济损失很大。按照目前丹江口水库的规模和汉江中下游防洪标准考虑,要在7天内使14个民垸同时分洪,安全转移是极其困难的。一旦分洪不及时,造成汉江遥堤及干堤溃决,将直接威胁汉北平原和武汉市的安全。

  2.3加坝为库区居民脱贫解困提供了机遇

  在20世纪60年代建设丹江口水库初期工程时,由于当时的历史条件,以及水库水位方案多次变更,移民大多在水库周边后靠,环境容量低,遗留问题十分严重。

  据调查,库区人均耕地在0.5亩以下的有12.4万人,人均年收入仅为560~1,200元。为了缓解库区人口与环境的矛盾,即使不加坝,也要通过其它途径外迁10余万人。库区人民和当地政府都将大坝加高、移民安置作为库区脱贫解困的契机。

  从保证南水北调工程规划调水量、有利于汉江中下游防洪以及为库区移民提供脱贫解困的机遇等多种因素综合考虑,丹江口水库大坝应予加高。湖北、河南两省政府,已经初步规划了移民安置区,并表示有信心、有能力做好移民安置工作。

  3、管道与明渠的比选

  有些专家把南水北调工程以城市供水为主的供水目标理解为只解决城市区的缺水,在2010年只要调水30~40亿m3,提出中线工程用管道输水。建议采用先管道后明渠的输水方式,一期工程给城市供水采用管道,以后给农业供水用明渠,分质供水,优水优用。对此,我们在原来组织完成的大量工作成果的基础上,又作了补充分析论证。

  通过反复研究,我们认为管道输水虽具有安全性好、输水损失小、不易污染、管理方便等优点,但投资大、运行成本高。从国内外众多调水工程来看,管道输水一般适用于较小规模的输水工程,一条输水管的管径通常在4m左右,输水能力在每年10亿m3左右较为合适。

  在总体规划中分析了全线渠道、全线管涵、明渠为主局部管涵等多种输水方式,比较了年调水量95亿m3、88亿m3、82亿m3、60亿m3和40亿m3等多种调水规模以及全线管涵与黄河以南为明渠、黄河以北管涵等多种输水方案。结论如下:

  3.1管道输水投资大、成本高

  为满足受水区社会经济和环境可持续发展的最低需求,南水北调中线第一期工程的调水规模为95亿m3.按此同样的规划目标,若采用全线管道输水可比规划的明渠方案减少水量损失4~8个百分点,管道的规模应不少于82亿m3.需要建设直径为7.5~4.5m(渠首~北京)的输水管道4~2条,并建设10级总扬程为232m、总装机容量为71万kW的加压泵站,虽可减少永久占地1.2万hm2,但工程投资近1400亿元,单方水投资近17元,是规划方案的近2倍。

  如果减少调水量,采用全线管涵调水60或40亿m3方案,建设投资也为1100亿元和823亿元,单方水投资高达18和21元。更重要的是调水量不能满足受水区的经济社会发展需要。

  也有专家提出黄河以南为明渠、黄河以北供城市40亿m3用管涵输水,以后给农业生态用明渠的先管后渠的方案。对此我们也进行了研究,若黄河以北只考虑给城市供水,先建供水40亿的管道,此方案投资为1085亿元,仍然比规划方案多383亿元,单方水投资为12.3元。关键是在第一期工程时,最缺水的海河平原不能得到南方丰水时低保证率的低价水,生态环境难以得到恢复和改善。若黄河以北除供城市40亿m3用管涵外,低保证率部分给农业生态用明渠,工程投资也需1 320亿元,单方水投资为13.9元。这两种方案黄河以南为明渠,仍存在易污染、和管理不方便等缺点。

  如果黄河以南为明渠,黄河以北给城市用管道,农业生态用现有河道,工程投资也需900亿元。在黄河以北管道高线和低线中间的山前平原,是浅层地下水超采严重的地区,低线利用现有河道,引走丰水年水量,则低线以西这部分地区的地下水得不到补给,而低线以东地区的浅层地下水为咸水,生态河无法补充深层地下水。同时,低线与现有河道平交,水质易被污染,低线附近的城市用水得不到保证,如用管道将水送到这些城市,则投资还将大大增加。

  3.2采用明渠和局部管涵的输水方案可兼顾农业和生态用水

  工程的输水方案应与规划目标相适应,根据总体规划确定中线第一期工程的供水目标:以解决城市缺水为主,并尽可能兼顾农业和生态。规划采用以明渠输水为主、局部管涵的输水方式。明渠走高线大都在城市上游,并与交叉河道全部立交,水质有保证;采用全断面衬砌,减少渗漏损失。对地质条件复杂、人口聚集、高填方渠段和交叉建筑物密集的渠段,将采用管涵方式。由于北京段进入市区后的交叉建筑物多,天津干线要穿过大清河分洪区,且这两段规模较小,输水量分别为10亿m3和8亿m3左右,因此北京段和天津干线采用管涵输水方式。

  明渠为主的输水方式可在汉江水量较丰时,利用渠道的加大输水能力,启用输水渠道上与沿线河流、渠道交叉处所设立的分(退)水设施,在保证防洪安全的前提下,向北多调水,直接向河道、湖泊等湿地补水,回灌地下水。可兼顾保证率较低的农业和生态用水。

  3.3选择先渠后管与社会经济发展相适应

  总体规划选择中线第一期工程采用以明渠输水为主、局部管涵的输水方式,总干渠选走高线,这样不仅可充分发挥中线工程基本自流的优势,还可以避开城市排污;第一期工程以明渠为主不仅可以节省投资,而且可以对京广铁路两侧浅层地下水严重超采地区,用外调水置换,逐步修复生态环境。如果先用管道输水就不能在黄河以南丰水时给黄河以北的农业和生态多补水。在建设中线第二期工程时,由于增加的规模较小(水量35亿m3左右,流量在150m3/s左右),适合管道输水。管道本身需要加压,可以走低线。到那时用水户的承受能力将大大提高,可以承受用管道输水的水价,管道只给城市的自来水厂供水,现在的明渠可给部分工业和农业、生态补水,这样的布局是与社会经济发展相适应的。

  由于投资规模和供水价格的因素,全线管道输水方案难以实现。


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