南水北调中、西线与黄河水沙调控问题与对策

作者:李香云 杨力行    文章来源:中国水情分析研究报告    点击数:    更新时间:2007-8-30
    摘要:随着南水北调东线、中线工程的开工,西线工程也渐提到议事日程上。南水北调西线工程涉及我国长江和黄河两大流域,供水目标并不像东中线工程那样清晰,而是通过将长江源上的水调入黄河河道中,最终实现对黄河泥沙的调控。本文指出了西线方案和黄河水沙调控体系存在的问题,提出了“北水北用全局优化中线、北借南还、重选西线、更新水沙调控技术、北沙北放、三江合流集约发电利用出国主权水资源”六个对策以及跨流域调水规划须进行战略环评的建议,相关对策和建议可对优化我国现有水资源配置和能源配置格局提供参考。

    随着南水北调东线、中线工程的开工,西线工程也渐提到议事日程上。到2002年国务院批复《南水北调工程规划》,南水北调西线工程的前期工作已经开展了近50年,尽管如此,西线工程仍然存在着大量的未知和被忽视的问题,如只有项目环评而缺少水利水电规划战略环评,忽略节水冲沙、泥沙合理利用技术等,相关问题急待人们进一步系统研究和探讨。

    一、南水北调西线与黄河水沙调控的问题

    (一)南水北调西线方案

    南水北调西线工程涉及我国长江和黄河这两大流域,工程规划在长江源上通天河、支流雅砻江和大渡河上游筑坝建库,主体工程区海拨在3500-4500m间,将在地壳活跃的“世界屋脊”开凿长江与黄河的分水岭巴颜喀拉山的隧洞(隧洞490km,输水线路长508km),调长江上游170亿立方米水到黄河河道中,工程静态投资3040亿元(2000年价格)。可以说西线工程的建设规模、投入和难度在世界上都是首屈可指的,从而被一些专家形容为“太岁头上动土”。

    表面上看,西线工程规划方案的供水目标主要是解决涉及青、甘、宁、内蒙古、陕、晋等6省(自治区)黄河上中游地区和渭河关中平原的缺水问题,同时结合兴建黄河干流上的骨干水利枢纽工程,向邻近黄河流域的甘肃河西走廊地区供水,必要时向黄河下游补水[1]。而实际上,西线供水对象尚不十分明确[1],并不是解决北方缺水问题,而主要是用于冲沙[2],170亿m3调水量的70%用于冲沙。西线调水人黄河后,利用黄河上游的水库控制工程,为宁蒙河段冲沙减淤,有一部分水量供给黄河中游水沙调控工程体系,以对黄河下游河道的减淤冲沙,解决黄河下游的断流问题[3]。

    (二)黄河水沙调控方案

    那么,黄河水沙调控方案又是怎样的呢?《黄河水沙调控体系》报告指出,黄河流域需要增修一系列水库,来调控水沙的过程,使水流的输沙能力更大,更好地减少河道的淤积,并能增加河道的泄洪能力[4]。黄河每年产沙13亿t,其中4亿t需要冲入大海,每冲1t沙需要30m3水,4亿t沙就需要120亿m3水[2]。到2050年,黄河年输沙量仍将达8亿t,在维持黄河下游主槽不萎缩的前提下,至少需要140亿m3的输沙水量,因此,为达到这上目标,就需要建造以古贤、三门峡和小浪底水库等七大控制性工程为主体的黄河水沙调控体系[5]。该体系规划的依据是黄河近年三次调水调沙试验值(三次输沙用水率分别为39、22.5、70m3/t),而1970~1996年26年的天然实测输沙用水率为26m3/t[6],调水调沙试验的效率并没有明显超过天然河流的输沙效率,其原因是调水调沙技术并没有摆脱利用水流拖曳力启动泥沙的原理(束水攻沙、射流冲沙),或机械力加水流拖曳力(潜吸抽扬扰沙)技术。

    目前,黄河已建成水库库容极为可观,仅干流水库的总库容就已经超过了年径流总量,但是由于泥沙淤积严重,寿命短,一边建水库,一边报废水库,是水利工程的最大浪费,三门峡水库就是最典型的例子(已成为反坝人士有力的证据)。黄河“水少、沙多、水沙异源”是实情,解决好黄河泥沙问题一直是水利工作者致力去做的事,但《黄河水沙调控体系》所规划利用的调控水源,主要依赖于不可取的西线调水工程,也没有进行规划的战略环评。因此,是一个建立在不可靠的基础上的调控体系,其效果不难想象。

(三)西线方案存在的问题

    不难从当前的对西线工程质疑的争论中看到其中存在的一些问题[7-9]:一是西线工程的配套工程艰巨。南水北调西线工程与其他调水工程相比,最大的不同点在于,调水进入了黄河干流河道,而并非直接送到了受水区。受水区要利用这些水量就必须要修建相应的配套工程[7],否则调过来的水就无法充分有效利用。二是调水区巴颜喀拉山地区新构造活动活跃,地势仍在抬升,沟谷溯源侵蚀和侧方侵蚀强烈,工程将面临着最大风险——地质灾害[8]。三是调水量是否真正达到科学和优化,由于没有考虑年径流量的季节变化和年际变化及可利用率,调水量被高估了[9]等。

    此外我们认为南水北调西线规划存在着重要的缺失—即缺少规划的战略环评,南水北调西线规划方案源于上世纪50年代,目标和技术较为单一,只进行了项目环评,缺乏全局性综合考虑和生态安全评价以及规划的战略环评。西线调水取水口,均位于我国年降水400~500等值线附近,取水口远离800~1000mm年降水等值线300多km。而调往黄河下游冲沙区年降水在600mm等值以上,这种配置方案由于只借不还,显然不利于取水口下游的生态安全和环境保护。而且,从年降水400mm地区调水到600mm地区去冲沙,不是“劫富济贫”而是在“劫穷济贫”。另一个问题是西线规划与我国能源优化配置规律有差异。由于我国南方缺煤而能源短缺,如果在中国地图上顺太行山脉和秦岭山脉画两条线,那么太行山以西、秦岭以北地区的煤炭占全国的93.6%,而太行山以东、秦岭以南只占6.4%[10],煤炭生产与消费呈逆向分布的格局。北煤南运、西煤东运问题一直是我国能源资源优化配置的瓶颈,我国铁路运力的70%都消耗在运煤上。而西线调水将使南方水电每年减少1099.3亿kwh[1],相当于每年要额外新增6000万t的北煤南运量,这对于我国的能源资源的配置瓶颈,无疑是雪上加霜。这是在规划战略环评阶段必须要考虑的问题,否则将不利于我国能源资源的优化合理配置。我国北方缺水,然而北方水电规划却长期沿用南方多水地区的发电为主原则,一方面没有充分利用北方煤炭资源丰富的优势;另一方面水电能资源潜力发挥的也不足,如没有考虑在非灌溉季节发挥节水型的抽水蓄能水电站的特长、在灌溉季节发挥河川水电站的特长,执行发电服从灌溉的灌溉供水为主原则来进行水电规划,其结果是使黄河上游龙羊峡多年调节水库无法发挥多年调节作用,在过去黄河连连断流的年份中,只能望空水库而兴叹。如果不改变北方水电规划的原则,不对黄河已经建成的水电基地重新补作战略环评,即使西线调水进入黄河水沙调控体系,也很难发挥作用。

    除了上述提到的问题外,我们还认为,黄河“水少、沙多、水沙异源”,其问题的症结在于泥沙。而通过西线调水工程来解决黄河泥沙问题,从上述分析来看,任务相当艰巨。而从黄河水沙调控方案来看,工程设计思路显得有些老化,存在着忽略节水冲沙新技术、泥沙资源合理利用和洪水资源利用等问题。

    上述问题并不是没有其他可替代的解决方案,针对这些问题,可采取以下创新对策,以弥补工程原有规划设计的不足。

    二、南水北调中西线与黄河水沙调控问题的主要对策

    对策一:北水北用、优水优用,中线全局优化[11]

    黄河从三江源开始直至河套东端的万家寨水库,一直在进行着天然的南水北调,只是晋陕峡谷反其道而行之,却进行着天然的北水南调。我们何尝不可以转变一下思路,把黄河上游天然的已经调到北方的南水,顺应其自然规律,从万家寨水库调水进入海河流域,就地实现“北水北用”。从万家寨水库(年径流量200多亿m3)借出的80亿m3水量中32亿m3供水京津,从库区到官厅水库支流洋河怀安自流隧洞长270km;48亿m3供水河北,从库区到岗南水库上游的定襄自流隧洞长180km。所借水量,通过中线调水不穿黄河而归还之,实现“北借南还”。而且,万家寨的多年平均含沙量6kg/m3(头道拐站),比中线调水丹江口水库的多年平均含沙量15.9kg/m3还小60%,所以,“北借南还”将使北京、天津、河北用水质量比中线调水更高,从而达到“优水优用”的目的。

    更何况,黄河上游早已建成了龙羊峡多年调节水库,却因为以眼前发电为主而无法发挥多年调节功能,效益难以最大化。如果更新观念,在北方干旱缺水多煤地区,电网以煤电为主,辅以水电(水电服从灌溉或以抽水蓄能参加电网调峰),把龙羊峡水库变成海河流域的多年调节水库,加上借渭通黄工程[12],将南水北调中线方案实施全局优化,则北方缺水问题并不难解决,而且供水保证率可以达到95%以上(原中线调水的供水保证率仅仅一半年份,即50%左右),所以,“北借南还”的中线全局优化方案,更是优上加优。

    对策二:北借南还,充分利用汉江洪水资源

    北水北用问题,中线工程的全局优化后,就完全可以解决[11]:为了充分利用汉江洪水资源,中线加大到4000m3/s流量,用低保证率的洪水资源归还高保证率的北借优质水量,供黄河下游冲沙用,打一个“保证率差”球,形成“北借南还”水资源合理配置的用水格局。

    这样,丹江口大坝也不用加高和移民,而且汉江下游防洪标准无形得到提高;中线渠道只要修到郑州直接入黄冲沙,无需穿黄隧洞;北水北用,还能充分发挥海河流域原有水库、供水渠系的调节和供水功能。不仅水量能够北借南还,而且由于充分利用了汉江的洪水资源,除了归还从万家寨水库北借的80亿m3水、从小浪底水库北借的17亿m3水之外,还能每年多偿还黄河74亿m3的冲沙用水,把汉江变成了黄河、淮河的半个支流。转变传统的“改造自然”观念为“科学利用自然规律”观念,自主创新,充分利用河流的自然规律,清水、洪水各尽其用、各得其所、变害为利,一举多赢。

    目前中线工程虽已开工,但都是各地方的渠道辅助工程,骨干工程丹江口大坝加高和移民并未开工,况且,中线调水工程的全局优化,实现“北借南还”的国家经济效益(西线工程投资可节省2000亿元以上)远远超出了中线调水方案的总投资。亡羊补牢,犹未为晚!

    对策三:调丰补缺,重选西线

    跨流域调水必须遵循调丰补缺的原则,离黄河下游最近的1000mm年降水等值线,位于嘉陵江干流及其支流渠江。嘉陵江特别是支流渠江经常水盈为患,嘉陵江干流可以调水进入渭河,与此相比,原西线调水方案显然是在舍近求远;另外,嘉陵江支流渠江上游,更是水资源丰沛的地区,年降水在1200mm以上,所以,也可以调水进入汉江再通过中线引入黄河。调丰补缺,重选西线,就可实现双赢的局面,优于现在的调缺补缺西线调水配置方案。

    对策四:更新观念,采用节水冲沙的新技术

    2200多年前,韩非子就借“千丈之堤,溃于蚁穴”的自然现象,比喻小漏洞能够酿成大祸的哲理。在现代工程术语里称之渗透液化管涌,是土建工程的一大祸害,但是将其原理巧妙地应用于水沙调控──液化管涌启动泥沙,就是一个非常好的节水冲沙新技术。

    采用液化管涌串来启动泥沙的节水冲沙应用技术,只需要在冲沙的河道之中泓线上,人工深埋加压渗透水管(该专利技术申请书已经被国家专利局受理),当管涌串渗孔出水压力水头超过埋深时,渗透管上方泥沙将产生液化管涌串而启动泥沙,以此替代水流拖曳力启动泥沙,其效率将比水流拖曳力提高数十倍乃至上百倍。沙质土壤桩基施工中的水力沉桩法,就是一种单孔液化管涌的成熟应用技术。而这项多孔渗透管涌串启动泥沙技术,同时还具有塑造中泓线窄深河槽进行导溜和下降悬河、具有阻断中泓线崩塌淤积的功能,即具有阻断主槽萎缩、阻断主槽游荡、下降黄河悬河的多项功能。

    采用管涌串液化的启动泥沙技术和方法替代传统的水流拖曳力冲沙方法,是利用渗透的破坏力进行可控地为人类服务,其冲沙效率可以提高数十倍以上,水库淤积难题、悬河淤积的下降难题、河口栏门沙淤积难题都将会迎刃而解,冲沙耗水率将下降数十倍,黄河将可能不会因为冲沙用水而导致缺水,西线调水量将可以大幅度下降。

    对策五:北沙北放,合理利用泥沙资源

    黄河下游悬河的泥沙淤积物69%是d>0.05mm的粗沙,700多公里长的晋陕峡谷黄河北干流正是黄河粗沙的最主要发源地,而头道拐站的200多亿方水是含沙量比丹江口水库还小的清水,而这些清水却一直在充当着晋峡峡谷9亿t泥沙的稀释剂和运输大队长的角色。

    与其把晋陕峡谷的泥沙稀释搬运后再淤积到黄河下游700多km长的悬河上,还不如就地淤积在700多km长的晋陕峡谷内,即“北沙北放”。况且,晋陕峡谷的粗颗粒泥沙是天然高硬度的优质建筑河沙,根据这一特点,可合理利用晋陕峡谷的泥沙资源,实际上万家寨大坝就已经用过了这种建筑河沙。“北水北用”、“北借南还”的中线全局优化方案弱化了头道拐的清水稀释泥沙的功能,为“北沙北放”提供了前提条件,万家寨水库在“借渭通黄”[12]工程后,将不再有剩余水量稀释泥沙当运输大队长的能力,加上晋陕峡谷内2个拦沙水库(碛口、古贤)的拟建,北干流9亿t泥沙中4亿t粗沙完全可以被拦截在晋陕峡谷内,不仅可阻断黄河下游悬河淤积的沙源,西线调水量就可以削减120亿m3的冲沙用水量,相当于能够节省70%的西线调水工程量和相应的投资(节省3040亿元投资的70%,相当于节省西线投资2000亿元以上)。而且还能储备大量建筑河沙,利用黄河泥沙的自然分布规律,进行水沙的简易分割,水、沙各尽所能,各得其所,变害为利,何乐而不为呢?

    万家寨水库水电站的发电损失,可通过为其建抽水蓄能电站替代和补偿,万家寨水电站处于晋陕大煤田的心腹,当地电网缺乏的是抽水蓄能式的调峰电站,而不是河川式径流水电站,其原因是北方水电规划套用南方水电规划原则的弊病,缺乏战略环评的结果。

    对策六:三江合流发电,充分利用出国水量中的主权水资源

    西南是我国水能资源最丰富的地区,三江并流已经列入世界自然遗产保护区,其水电梯级开发的环境代价太大,争议颇多。

    实际上可采用三江合流发电集约发电方案。方案思路是:在自然遗产保护区北边靠近云南的西藏境内,建坝进行三江合流,把怒江、澜沧江水调入金沙江,合流取水口距离下游800mm年降水等值线只有数十公里,三江合流,只相当于把西线后续水源工程在怒江、澜沧江所拟建设的大坝(3600~3800m高程,调水200亿方)下移到西藏~云南边界(2200m高程,可调水600亿方)。怒江、澜沧江出国年径流量达1450亿方,即使把西藏流入云南的631亿方全部调入金沙江,也仅占出国年径流量的44%,在主权水资源量范围之内。而且调水进入金沙江和长江后水电年发电量的增值,远远超过了怒江、澜沧江自身分别建设数十个水电梯级的年发电总量,既可以避免在三江并流世界自然遗产区建设梯级水电的环保争议,又增加了总发电量并返还怒江、澜沧江流域;调入长江的年径流量还超过了南水北调中、东线的总取水量。

    这一方案通过集约发电缩短西电东送距离和节省了大量超高压输电线路,既能充分利用出国水量中的主权水量,为南水北调中、东线提供充足水资源,又可实现保护三江并流世界遗产与水电开发两不误,一举多赢。

    对策七:跨流域调水规划须进行战略环评

    战略环评是把环境因素纳入到国民经济与社会可持续发展的综合决策之中,按照环境资源的承载能力和容量要求,对区域、流域、海域的重大开发活动、生产力布局、资源配置,提出更加科学合理的建议,以保证经济社会健康有序向前发展[13]。

    目前我国在资源利用、规划和配置上仍然存在体制上的障碍因素,资源管理的条块和部门分割以及部门利益的影响大,地方和部门的规划各自为政,缺乏全局的观点和思路指导,使得各种规划之间矛盾重叠,缺乏统筹与全局的考虑。南水北调规划、黄河水电基地规划和建设,基本上都源自五十年代计划经济的规划思路,调水影响发电,发电影响调水,如各自为政,就会造成很大混乱。因此,流域特别是跨流域的水利水电规划,必须要进行战略环评,并且是迫在眉睫的事。目前必须着手进行水利规划特别是跨流域调水规划的战略环评前期工作,包括水利环评的理论、技术方法和部门间的合作机制等内容的研究工作。

    科技创新是中华民族自立于世界民族之林的基石,也是水利科技的生命和水利水电规划更好地服务国民经济和社会可持续发展的基础。我国具有世界上数量最多的大坝,具有世界上最好的筑坝技术,水利科技工作者为水利工程做出大量贡献的同时,积累了相当的水利技术,然而一些技术却纳入不到规划体系中,或者说水利规划存在技术因素不足;此外,水利规划和工程的环境影响评价技术的不足等原因,都使得规划方案大打折扣。水是地球有生命和无生命的载体,在尤其强调可持续发展的今天,水利水电规划由于事关重大,规划方法和理念必须要更新和创新,及时考虑和吸纳成熟的技术因素和约束条件。规划必须是人类“智慧”的结晶,不是简单的数字计算的结果。

    三、结语

    跨越时间和空间的水资源配置极大地提高了水资源利用效率,是解决我国水问题的重要途径之一。然而目前在配置思路上仍然存在着思路保守、缺乏创新、灵活性不足、重要问题研究深度不够、缺乏规划战略环评等问题。源于1950年代的南水北调规划方案,在经过半个世纪后,社会、经济、技术、理念、资料都发生了较大的变化,在这种情况下,有必要再次思考配置方案,充分考虑其不足,需要考虑跨流域调水规划的战略环评,以得出更优化的方案。本文提出的六个对策——重选西线、更新水沙调控技术、北水北用、北沙北放、北借南还、三江合流集约发电充分利用出国水量中的主权水资源量等,从另一个视角提出了我国水资源配置思路,可供目前南水北调西线和黄河水沙调控方案和我国现有水资源配置格局优化提供借鉴和参考,真正将人水和谐、水沙和谐、人沙和谐、人与环境和谐、人与自然和谐、建立可持续发展社会落到实处。

参考文献

1.[1] 潘家铮、张泽祯,中国北方地区水资源的合理配置和南水北调问题,中国水利水电出版社,2001

2.[2] 南水北调西线工程研究迫在眉睫,四川水力发电,2005(4)

3.[3] 谈英武,南水北调西线工程的主要特点,南水北调与水利科技,2003,1(2)

4.[4] 张仁,对黄河水沙调控体系建设的几点看法,人民黄河,2005(9)

5.[5] 刘晓燕,张建中,常晓辉等,维持黄河健康生命的关键途径分析,人民黄河,2005(9)

6.[6] 刘善建,调水调沙是黄河不淤的关键措施,人民黄河,2005(1)

7.[7] 李国英,对南水北调西线工程的认识与评价,黄河网

8.[8] 李晓明,南水北调西线工程上马须谨慎,国土资源新闻网

9.[9] 鲁家果,南水北调西线工程应慎重决策,科技导报,2004(6)

10.[10] 十五国家高技术发展计划能源专家委员会,能源发展战略研究,化学工业出版社,2004:49

11.[11] 杨力行,淮河治理新战略,科技导报,2005,9

12.[12] 杨力行,关注“借谓通黄”,科技导报,2001,10

13.[13] 潘岳,战略环评与可持续发展,经济社会体制比较,2005,6

作者简介:李香云(女,1964-),副研究员,生态学博士,主要从事区域发展研究。

2006年 第10期



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