南水北調(diào)海線方案與陸線方案比較,水利工程論文

南水北調(diào)海線方案與陸線方案比較,水利工程論文我們國家幅員遼闊，人口諸多〔占世界近1/5〕，僅以6%的世界淡水資源，9%的世界耕地面積，養(yǎng)活著21%的世界人口，是世界上人均水資源貧乏的國家之一，人均水資源量僅有2250m3。2018年后，我們國家進(jìn)入嚴(yán)重的缺水時(shí)期，預(yù)測到2030年，人均水資源量將降到1760m3，接近國際公認(rèn)的人均1700m3缺水警戒線。我們國家淡水資源地區(qū)分布不均，長江以北地區(qū)人多地多，水資源量僅為全國的19%；南方水多地少，水資源量占全國的81%，人均水資源量是北方的4.4倍，單位耕地面積水量是北方的9.1倍。我們國家西北內(nèi)陸流域面積是全國總面積的36%，而年均流量僅4.55%。我們國家是水土流失嚴(yán)重的國家之一，流失面積達(dá)3560萬km2。數(shù)十年來，大力展開防護(hù)林建設(shè)，局部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境已有所改善，但總體環(huán)境形勢仍然嚴(yán)峻。我們國家的森林復(fù)蓋率20.36%，全球平均森林復(fù)蓋率30%～35%。2嚴(yán)峻的生態(tài)形勢近年來，隨著氣候的變暖，沙塵暴的肆虐，土地沙漠化程度仍在擴(kuò)大之中，草原衰退，人口增加，耕地面積減少，已接近最低的極限面積;黃河斷流，城市缺水，生態(tài)環(huán)境惡化，大氣污染，嚴(yán)重危害人民的身體健康，嚴(yán)重制約了國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。據(jù)衛(wèi)星遙感圖片顯示，在我們國家的北方，西起塔里木盆地，東至松嫩平原西部，一條東西長4500km，南北寬600km的黃色帶正呈擴(kuò)展趨勢；每年冬春季節(jié)因燃煤和汽車尾氣排放及季風(fēng)和沙塵擴(kuò)散的疊加影響，大部地區(qū)〔十分北方地區(qū)〕覆蓋在霧霾天氣之中。我們國家糧倉東北平原因干旱而欠收時(shí)常發(fā)生。我們國家西北地區(qū)著名的內(nèi)陸河塔里木河全長1321km，1972年由于建了水庫，造成下游斷流320km。近50年來我們國家天然湖泊減少了近千個(gè)，新疆羅布泊的消失向人們敲響了警鐘。根據(jù)2002年的首屆中國氣候大會得悉：地球正在第3次變暖，我們國家氣候變暖最明顯是在西北、華北和東北地區(qū)，十分是西北變暖的強(qiáng)度高于我們國家平均水平，由此據(jù)中國氣象局專家丁一匯講：據(jù)估算，到2030年，我們國家種植業(yè)產(chǎn)量在總體上因全球氣候變暖可能會減少5%～10%左右，華而不實(shí)小麥、水稻和玉米三大作物均以減產(chǎn)為主。2006年12月26日科技部、中國氣象局、中國科學(xué)院等六部委發(fā)布的(氣候變化國家評估報(bào)告〕以為，氣候變暖可能使北方江河徑流量減少，華而不實(shí)黃河及內(nèi)陸河地區(qū)的蒸發(fā)量將可能增大15％，旱澇等災(zāi)禍的出現(xiàn)頻率會增加。氣候變化將對中國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響，假如不采取任何措施，到21世紀(jì)后半期，中國主要農(nóng)作物，如小麥、水稻、和玉米的產(chǎn)量最多可下降37%；將嚴(yán)重影響中國超長期的糧食安全。近十幾年來，以調(diào)出水量為主的長江中下游地區(qū)的降雨量總體呈下降趨勢，鄱陽湖上游5條大河的流量，自1998年之后也呈下降趨勢，去年和今年的鄱陽湖，在裸露的湖底上，能夠見到羊群在低頭吃草。國家環(huán)?？偩滞▓?bào)2005年我們國家二氧化硫排放量巳超過美國，列世界第1位，我們國家的二氧化碳排放總量超過美國，居世界首位。3南水北調(diào)海線方案的理論根據(jù)3.1水資源分布我們國家長江以南水資源豐富，東南沿海屬多水區(qū)和豐水區(qū)，年降水量在1000～1600mm之間，長江和東南沿海江河的水資源均未充分利用，卻源源不斷地流入海洋。而長江以北缺少水資源，新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古及陜西北部等廣大地區(qū)嚴(yán)重缺水；沙漠和長期干旱地區(qū)是沙塵暴的發(fā)生源。3.2地形的基本特征我們國家大陸地形分3級階梯，青藏高原為第1級，平均海拔在4000m以上，是世界屋脊；第2級階梯屬內(nèi)蒙古平原，是我們國家常年干旱的大西北，包括新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、青海省及陜西北部，除青海省外各地區(qū)的海拔高度均在海拔1000～2000m之間，河川年均流量少于50mm；第3級階梯中的華北平原和東北平原，平均海拔在500m下面，年降水量400～800mm之間，是我們國家主要糧食基地，十分是海河地區(qū)人口密度大，工業(yè)集中，水資源供需矛盾特別突出。這些地區(qū)均鄰近渤海海域。3.3陸地和海域地質(zhì)的基本特征我們國家西部的青藏高原長期受印度板塊的擠壓而隆起，構(gòu)成不少的地層斷裂帶，地質(zhì)構(gòu)造極不穩(wěn)定，因而每年西部地震不斷;而我們國家東部沿海的大陸架表層構(gòu)成相當(dāng)厚的泥沙層，地質(zhì)條件穩(wěn)定，在大陸架上鋪設(shè)巨型輸送管道，即便碰到地震，由于地震沖擊波遭到泥沙層的吸收，對輸送管道影響較小。3.4山脈走向和河流流向我們國家地形特征是西高東低，主要山脈是西高東低走向，因而決定了主要河流的流向也是自西向東流入海洋。長江、黃河及東南沿海的江河如珠江、閩江等也是自西向東流入南海、東海、黃海和渤海。3.5海洋輸送淡水的原理通過海底管道輸送的淡水是根據(jù)U形管原理，當(dāng)江河入?？诘牡魅險(xiǎn)形管一端后，從U形管的另一端抽取淡水時(shí)，江河入?？诘牡詣恿魅牒５譛形管道進(jìn)行補(bǔ)充，因而通過海洋內(nèi)海底管道所輸送的淡水無須能耗。4南水北調(diào)海線方案簡介我們國家北方干旱地區(qū)十分是大西北均有著充足的光照和熱量，只要有了水，這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境將大大改變。通過借力森林大力種植闊葉林充分發(fā)揮林木天然降塵、吸附PM2.5的功能，為減少霧霾天氣〔十分北方地區(qū)〕起到重要作用。海線調(diào)水方案主要:通過引取長江入?？诘牡康?0%～50%，引取東南沿海各省(包括臺灣和海南島)的江河如珠江、閩江、甌江等江河入海口淡水量的50%～60%，北方年均可調(diào)水量6000億～8000億m3；華而不實(shí)長江的年均調(diào)水量可達(dá)3500億～5000億m3，向北鋪設(shè)海底管道長1350km。大量淡水經(jīng)南海、東海、黃海大陸架內(nèi)所鋪設(shè)的海底引水管道，再經(jīng)渤海海域的海底管道，向京津在內(nèi)的海河平原提供淡水。其主要淡水量在秦皇島市與錦州市之間海岸登陸，通過梯級泵站壓送翻越努魯兒虎山，人工河道的海拔高度在100～1200m范圍內(nèi)，進(jìn)入內(nèi)蒙古高原后，主要干流自流狀態(tài)向西輸送淡水，途經(jīng)渾善達(dá)克沙地、陰山北麓、巴丹吉林沙漠、甘肅省北部、哈順戈壁、直至新疆的博斯騰湖；部分淡水沿庫姆塔沙漠和塔克瑪拉干沙漠南側(cè)輸送，以及部分淡水從阿爾金山山口壓送進(jìn)入柴達(dá)木盆地，在柴達(dá)木盆地再造一個(gè)人工青海湖；另一部分淡水向北途經(jīng)烏魯木齊，直至古爾班通古特沙漠等地。向北向科兒沁沙地提供淡水，以及向包括遼河地區(qū)在內(nèi)的東北平原提供淡水，一直可輸送到松嫩平原；若引取部分淡水壓送至650m的海拔高度向西穿越大興安嶺，能夠自流的形式向內(nèi)蒙古北部的呼倫貝爾沙地輸送淡水。在我們國家北方沙漠和干旱地區(qū)建造綠色生態(tài)屏障，防止沙塵暴的發(fā)生，建造內(nèi)陸的黃金航行水道，向海河、遼河地區(qū)、山東半島、東北平原、環(huán)渤海地區(qū)，向黃河河套的毛烏素沙地提供淡水；沿烏蘭布和沙漠和賀蘭山西側(cè)騰格里沙漠的黃河補(bǔ)充淡水；利用渤海內(nèi)沉積的泥沙建造秦皇島至大連跨遼東灣的公路鐵路兩用大通道，加強(qiáng)東北地區(qū)與內(nèi)地的經(jīng)濟(jì)聯(lián)絡(luò)，推動環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)和東北經(jīng)濟(jì)區(qū)的發(fā)展。渤海是我們國家北方能源出口和石油開采基地，將秦皇島和大連建造擁有300萬～500萬t級特大型深水港碼頭，提高渤海內(nèi)港口的整體運(yùn)輸能力；協(xié)調(diào)好調(diào)水與石油開采、航行之間的互相關(guān)系；為黃河小浪底調(diào)沙進(jìn)入渤海海域騰出了堆積泥沙的空間；把遼東灣建造成為淡水儲存區(qū)，設(shè)想建造成抽水蓄能水庫，這樣可在季節(jié)性缺水時(shí)向海河平原、東北平原或向海底管道提供淡水，并向我們國家沿海的島嶼提供淡水，確保常年不間斷的供給，改變以往在缺水季節(jié)通過船泊運(yùn)送淡水，節(jié)約大量人力物力；并且能夠向我們國家寶島臺灣、海南島及澎湖列島和東南沿海地區(qū)和城市群季節(jié)性缺水時(shí)提供淡水；把崇明島北側(cè)已堵塞的長江入?？诮ǔ芍饕∷?，使長江的黃金水道與調(diào)水水道分離，排除了北支海水倒灌南支的危害性，確保航行和調(diào)水的安全。在上海市的長興島至崇明島之間應(yīng)考慮收窄長江河口截面的長堤，以阻擋海潮對上海的沖擊力，提高長江北支取水口的調(diào)水量，同時(shí)又確保上海能從長江獲得更多的優(yōu)質(zhì)水源，并可在長江及其他江河取水口建造低位能水電站，為上海等地提供大量的再生清潔能源。通過對北方沙漠地區(qū)提供巨量淡水資源，改造上述地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，把塔克瑪拉干等沙漠改造成森林、草地和農(nóng)田，再現(xiàn)羅布泊昔日的風(fēng)光，大大增加我們國家的耕地面積；按年均調(diào)水量7000億m3估算：在海線方案施行35年后，可增加森林1200萬～1400萬km2，草地1300萬km2，耕地266.7億km2，基本完成對我們國家北方生態(tài)環(huán)境的改造，使森林面積占到沙漠和干旱地區(qū)面積的50%以上，森林面積占到西北地區(qū)總面積的30%～35%。海線方案施行的數(shù)十年后，對我們國家北方提供的淡水量將大大減少，那時(shí)我們可有償向蒙古國和哈薩克斯坦等國提供大量的水資源，防止這些國家因生態(tài)環(huán)境的惡化而造成對我們國家的危害，以加強(qiáng)我們國家與中亞地區(qū)的政治經(jīng)濟(jì)聯(lián)絡(luò)，加強(qiáng)我們國家與西部和北部鄰國之間民族的團(tuán)結(jié)，具有深遠(yuǎn)的政治意義。5海線方案與陸線方案優(yōu)缺點(diǎn)比照5.1海線方案〔1〕淡水輸送可包括長江和所有東南沿海江河口的淡水?！?〕輸送管道鋪設(shè)在海洋內(nèi)，封閉式輸送，水質(zhì)可得到保證，且基本不占用陸地資源，由于管道內(nèi)外壓力基本相等，不必考慮管道內(nèi)淡水自重，鋪設(shè)巨型管道時(shí)壁厚可設(shè)計(jì)得很薄，輸送管道根據(jù)U型管原理設(shè)計(jì)，輸送巨量淡水可不費(fèi)電能。〔3〕在我們國家沿海鋪設(shè)長達(dá)3000km的海底管道，工程施工受外界因素影響小，施行方便，是一個(gè)利用率高的綜合性系統(tǒng)工程。5.2陸線方案〔1〕調(diào)節(jié)水量受抽取江河的下游供水量的制約，十分在江河枯水期，將嚴(yán)重影響調(diào)水量。〔2〕開放式輸送淡水，水質(zhì)遭到當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響。工程量大，要鋪設(shè)相當(dāng)數(shù)量的人工河道和管道，施工時(shí)對當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響大，施行時(shí)考慮因素多，受地理環(huán)境制約，設(shè)備投資大，能耗較高，管理費(fèi)用增加，如山川、江河、城鎮(zhèn)、交通、工業(yè)設(shè)施；人工河道和管道的壁厚必須考慮管道內(nèi)淡水的自重和外部的壓力，成本高；要占用大量農(nóng)田資源、遷移大量人口；陸線方案調(diào)水工程是相對獨(dú)立性的工程，每年調(diào)水時(shí)間短，工程利用率低。〔3〕我們國家西部有較多地層斷裂帶，每年地震不斷，陸線方案調(diào)水工程大多要在地層不穩(wěn)的崇山峻嶺中開鑿隧洞，長度超過10～700km，直徑10～40m，要通過地層斷裂帶，風(fēng)險(xiǎn)大，成本高；〔4〕調(diào)水量僅考慮缺水地區(qū)人民的生活用水量和灌溉少量用水，極少考慮生態(tài)環(huán)境用水量，根據(jù)我們國家當(dāng)前沙化防治速度，理論上至少需要300年才能完成治理全部沙化面積，而實(shí)際上要完成治理全部沙漠面積是不可能的；總之，海線方案輸送淡水的成本較低，而陸線方案輸送淡水的成本較高。6南水北調(diào)海線方案施行的若干重大問題6.1電耗問題海線方案施行后要年均輸送約6000億～8000億m3的巨量淡水，從海平面壓送到100～1350m的高程需要巨量電能，要建設(shè)相當(dāng)規(guī)模發(fā)電站的支持，大力開發(fā)水能資源，建造大型的水電站符合我們國家能源和環(huán)境政策。6.2泥沙去除問題海線方案主要由取水口、海底管道和壓送水泵系統(tǒng)組成。為保證海底管道內(nèi)泥沙的沉積，首先要求整治這些河流的水環(huán)境，盡可能減少江河內(nèi)泥沙的含量，也要保證水質(zhì)的質(zhì)量；其次要求取水口必須設(shè)置極高的去除泥沙系統(tǒng)，最大限度地控制泥沙等機(jī)械雜質(zhì)流入海底管道內(nèi)；再次要求海底管道內(nèi)設(shè)置清掃泥沙的系統(tǒng)，這樣充分保證了海線方案長期連續(xù)運(yùn)行。6.3海底管道的鋪設(shè)和常規(guī)系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)控制問題海底管道采用鋼筋混凝土框架構(gòu)造是適當(dāng)?shù)模淠康氖欠乐购Ｋ母g。管道雖長而粗，但管道不受壓，且沿程地質(zhì)條件穩(wěn)定，因而全面加強(qiáng)管道在制造和施工中的質(zhì)量管理是防止常規(guī)系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。我們國家大陸架水深較淺，一般不超過100m，十分在渤海海域平均水深不超過18m，無法鋪設(shè)當(dāng)量直徑宏大的海底管道，為了保證船舶的航行，必須在大陸架開挖一條海溝鋪設(shè)海底管道，工程量大。但是在大陸架上施工對環(huán)境影響小，海底管道工廠化生產(chǎn)，建造大型綜合工程船進(jìn)行施工和檢修，能夠大大提高科技含量，成本降低。6.4海線方案分階段施行問題由于海線方案工程量大，全長3000km，東南沿海江河的水環(huán)境未得到有效的改善，因而工程應(yīng)分階段施行，第1階段優(yōu)先鋪設(shè)長江以北的海底管道，年均調(diào)水量可達(dá)3500億～5000億m3，向北鋪設(shè)海底管道長1350km。為保證黃金水道能通航萬噸級船舶，應(yīng)加深崇明島南側(cè)河口淡水分流后附近主航道的吃水深度。施行的第1階段建設(shè)用15年時(shí)間，若從2021年施工，則可知足我們國家北方2030年前的供水需求。第2階段全面完成包括鋪設(shè)東南沿海江河的海底管道，施行的第2階段再用15年時(shí)間，基本在2050年前把北方的生態(tài)環(huán)境全面改造完成，可完全知足我們國家本世紀(jì)和今后相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)供水需求。7海線調(diào)水方案和陸線調(diào)水方案互相關(guān)系海線方案具有調(diào)水量大，能耗低，建設(shè)成本低，基本不占用陸地資源，水質(zhì)得到保證的優(yōu)點(diǎn)。我們國家是多山地丘陵少平原的國家，地形復(fù)雜，西部多高山，東部多丘陵和平原，山脈和江河大多是西東走向，極大多數(shù)人口和主要工業(yè)集中在東部的平原和丘陵地區(qū)。陸線方案是通過抽取江河上中下游河段的淡水進(jìn)行調(diào)水，均要從南向北穿越諸多的山脈、丘陵和江河以及相應(yīng)設(shè)施。陸線屬削峰型，在江河豐水期調(diào)出的水量最大，常年時(shí)調(diào)出水量不可能過多，枯水期則無法調(diào)出水量。調(diào)水利用率較低，因而陸線方案調(diào)水方案成本較高。我們國家大西南占有70%的水能資源是我們國家得天獨(dú)厚的可再生資源。當(dāng)今油價(jià)的高企，傳統(tǒng)的能源日趨緊張，當(dāng)前巳處在嚴(yán)重的缺電時(shí)期，水能資源更顯得貴重。從大西南調(diào)水勢必減少水能資源的開發(fā)量，減少的電量至少包含該河流下游支流和干流上〔包括規(guī)劃建造的〕梯級水電站發(fā)電損失的總和。華而不實(shí)包括長江三峽水力發(fā)電站和葛洲壩水力發(fā)電站，以及金沙江下游規(guī)劃興建的烏東德、白鶴灘、向家壩水力發(fā)電站在內(nèi)的發(fā)電損失。若通過陸線方案向我們國家北方年均輸送7000億m3的巨量淡水時(shí)，在理論上，需要建造超過15條以上的調(diào)水工程〔按建造年均調(diào)水300億m314條，2000億m31條〕，這在我們國家國土和國力都是無法承載的。綜上所述，由于陸線跨流域調(diào)水方案無法解決我們國家北方水資源短缺的瓶頸，因而建立一個(gè)以海線跨流域調(diào)水方案為主體，以陸線調(diào)水方案為輔的總體格局符合我們國家的基本國情。8施行南水北調(diào)海線方案的重大現(xiàn)實(shí)意義建設(shè)我們國家北方的綠色生態(tài)屏障，遏制沙塵暴的發(fā)生，還沙漠成桑田，減少霧霾天氣，阻止全球氣候的變暖，具有宏大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益?？杉涌煲员本?、天津?yàn)橹行牡沫h(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)的建設(shè)和發(fā)展，利用渤海內(nèi)沉積的泥沙建造秦皇島至大連跨遼東灣的公路鐵路大通道，整治重點(diǎn)污染的海河、遼河和渤海海域的遼東灣的水環(huán)境，協(xié)調(diào)好調(diào)水與石油開采、航行之間的互相關(guān)系。可確保上海能從長江獲得更多的優(yōu)質(zhì)水源，并可在長江及其他江河取水口建造低位能水電站，為上海等地提供大量的再生清潔能源。可在極短的時(shí)間內(nèi)使我們國家的耕地面積得到快速增長，建造大型當(dāng)代化農(nóng)場，加快北方中低產(chǎn)田的改造，增加水澆地面積，確保在15億～16億人口的條件下，由糧食進(jìn)口國轉(zhuǎn)變成糧食出口國；可大面積種植生產(chǎn)乙醇、生物柴油等生產(chǎn)生物液體燃料的能源作物基地，以彌補(bǔ)油氣資源的缺乏，減少石油的進(jìn)口，兩者均為國家節(jié)約大量外匯?？赏苿愚r(nóng)村構(gòu)造改革，積極推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，加速農(nóng)村人口從缺少耕地地區(qū)的遷移，減小農(nóng)村人口向我們國家沿海地區(qū)和城市流動的壓力?？纱_保東北地區(qū)糧食生產(chǎn)，穩(wěn)定糧食供應(yīng)，加強(qiáng)和推動?xùn)|北經(jīng)濟(jì)區(qū)的發(fā)展?？纱_保黃河水量的供應(yīng)，使黃河水永不斷流，為整治黃河創(chuàng)造條件?？捎辛Φ刂С治鞑看箝_發(fā)戰(zhàn)略，縮小東西部差距，加速推進(jìn)西部經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，積極推動西部地區(qū)對外改革開放政策，加強(qiáng)我們國家與中亞地區(qū)的政治經(jīng)濟(jì)聯(lián)絡(luò)，我們國家與西部、北部鄰國之間民族的團(tuán)結(jié)，全面推動歐亞大陸橋沿線的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，穩(wěn)固和推進(jìn)上海合作組織各國的政治經(jīng)濟(jì)的聯(lián)絡(luò)?？上蜓睾u嶼提供淡水，確保該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展?？煞e極推動生物多樣性的保衛(wèi)。9建議在上海的長興島至崇明島之間考慮收窄長江河口截面積和阻擋海潮的能力，建造設(shè)有閘門的長堤，使北支與南支最窄處的徑流截面積之比為11∶9，北支年均調(diào)水量可達(dá)