基于GIS的南水北调中线延伸与大西线联合调水工程研究

基于GIS的南水北调中线延伸与大西线联合调水工程研究 基于GIS的南水北调中线延伸与大西线联 合调水工程研究 水文水资源水利规划与设计2010年第3期 基于GIS的南水北调中线延伸与 大西线联合调水工程研究 梁书民 (中国农业科学院农业经济与发展研究所北京100081) 【摘要】通过回顾大西线南水北调的研究现状和当前南水北调工程的规划,设计提出了南水北调中线延伸与大 西线联合调水工程MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714229511362_2,设计的大西线东坝一洮河线可调水1198亿rn3,在现规划中线调水量的基础上通过香溪一 浪河隧洞增加中线调水340亿m,从而使南水北调东,中,西三线总计调水达到1816亿m.联合调水工程可以彻 底解决中国的城镇化占地,旱涝灾害,贫困人口,粮食安全和生态恶化等诸多重大问题,且技术上是可行的;估 计工程总投资为20216亿元,未超出中国国力的承受能力,建议国家对该方案进行详细论证,进而规划实施. 【关键词】中西线联合调水中线延伸大西线东坝一洮河线香溪一浪河隧洞南水北调 【DOI编码】10.3969/j.issn.1672—2469.2010.03.009 【中图分类号】TV68【文献标识码】B【文章编号】1672—2469(2010)03—0027—06 1大西线南水北调研究现状 土地资源极为丰富而水资源极为匮乏是中国大 西北的最大特点.目前中国正处于经济快速发展时 期,通过向大西北调水促进当地的资源开发,对全 国经济发展意义重大.在经济方面,可以促进中国 经济的空问均衡发展;实现中国耕地的占补平衡, 促进全国的城镇化建设;有利于保障中国的食物安 全.在社会方面,可增加农民收入,有利于维护边疆 的社会稳定;通过生态移民可以加快贫困山区的脱贫 致富步伐.在生态方面,可改善西北干旱区的生态环 境;实现防洪,排沙,发电,灌溉的协调发展,有效 地维护河流的自然生态环境和保护河口生态系统. 大西线南水北调的设计方案很多,韩亦方,曾 ,李明生于2001年对 肇京于2000年,杨洪润 诸方案分别进行了总结.笔者将大西线南水北调方 案归纳为8种:水利部规划的西线自流调水方 案;黄河水利委员会南水北调西线工程后续水 源;长江水利委员会林一山方案;中国科学 院陈传友方案;贵阳勘测设计院方案;郭开一 袁嘉祖方案;郭开方案修正案(郭开方案由于 缺乏科学根据,遭到专家质疑,崔荃,刘刚对 该方案进行了修正..);黄河水利委员会的旧调水 方案?,典型线路有翁水河一定西线,沙布一洮 河线,金沙江的恶巴一洮河线,石鼓一渭河线,玉 树一积石山线等. 从大西线调水的目的可以确定对调水线路的要 求.首先,需要依靠自流输水以节省运营成本和电 力损耗;调水线路海拔越高调水量越少,且存在调 水线路施工和维护困难问题;线路越低调水量越 大,但线路越低,坡降越小,隧洞工程量越大,向 大西北调水越困难,于是存在引水线路的合理海拔 高度问题;由于从雅鲁藏布江调水工程浩大,且运 营成本高,应当排除此选项.根据上述 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 上 述诸线路可见,水利部和黄河水利委员会的规划偏 于保守;林一山方案和贵阳院方案存在调水量估计 偏大和提水问题;陈传友方案和黄委会玉树一积石 山线的海拔过高;郭开及其修正案最大问题是工程 不具有技术可行性;黄河水利委员会的旧调水方案 作者简介:梁书民(1966年一),男,副研究员. 本文得到了"中央级公益性科研院所基本科研业务费专 项资金项目2009YWF4--13"的资助. ? 27? 水文水资源水利规划与设计2010年第3期 中翁定线较为可行,缺点是线路偏低,工程量大; 恶巴一洮河线较为适宜,可惜未设计向澜沧江,怒 江的延伸调水;石鼓一渭河线线路比翁定线的海拔 还低,也存在工程量大的问题. 2联合调水方案总体设计 南水北调中线延伸与大西线联合调水方案的总 体设计是:废止规划的西线高海拔调水方案,而采 用中海拔调水线路以增大调水量;在现有南水北调 中线工程基础上,通过延伸南水北调中线至长江三 峡水库,扩大中线的北调水量,保证黄河下游的用 水需求;利用现有的黄河中上游水利工程和小浪底 水利枢纽工程,使黄河水除调沙人海外,均留于中 上游使用,同时通过增加中线调水量作为替代水 源,用于满足黄河下游的用水需求;建设大西北引 水干渠,在满足现有规划供水量的基础上,利用刘 家峡水库尽可能多地将水引向河西走廊,内蒙古高 原西部和新疆东南部(图1). 图1南水北调大西线与中线延伸联合调水方案示意 中西线联合调水方案的核心工程包括:大西线 西藏左贡县东坝一洮河线调水工程,从怒江,澜沧 江和长江流域向黄河流域自流调水,9条尾洞(西 线9条龙)年总调水量为1198亿m;中线延伸香 溪一浪河隧洞调水工程,采用5隧洞输水(中线5 条龙),可从三峡水库自流调水250亿1TI到丹江 口水库;大西北供水干渠工程,可向中国最为干旱 的西北内流区甘肃,内蒙古和新疆调水1059 亿m. 其中的大西线调水线路海拔适中,输水线路全 程长1107km,水位海拔从2920m降为2320m(图 2),具有可观的发电潜力;从水源区到受水区全 程自流,运营成本低;避免了从雅鲁藏布江调水, ? 28? 奏隧洞 水库 工程量适中;涉及最大坝高为295m,最长隧道 106km,最大隧洞半径6.57m,工程技术上是可行 的,是天赐中国的优良调水线路.设计延伸了南水 北调中线,从长江三峡水库向丹江口水库调水,连 同原规划的汉江水北调量,使中线南水北调最大调 水量增加到470亿m.,从而使设计的中西线北调 水量总计为1668亿1TI,加上规划的东线调水148 亿m,总计可向北方调水1816亿m,约为黄河 年径流量580亿m.的3.1倍. 中线延伸工程可置换黄河下游的当前用水配 额145.4亿m,并置换黄河流域规划新增的150 亿nl用水量中分配给下游的58.95亿m,总计 为黄河中上游增加用水配额204.35亿In.,可使 水文水资源水利规划与设计2010年第3期 黄河中上游地区净增规划外配额54亿m,从而 使黄河中上游和西北内流区可新增计划外用水量 1253亿m. 设计的大西北供水总干渠总长6794km,加上 辅助工程陕西引洮河人渭河输水线路长约462km, 山西万家寨引黄人晋输水线路长约452km,宁夏黄 河干流长约325km,输水干线长度共计为8033km. 3主要工程技术指标 3.1西线引水线路东坝一洮河线 东坝一洮河线具体线路起始于西藏左觉县东坝 乡的怒江东坝水库,穿经四川省巴塘县,新龙县, 丹巴县,金川县,黑水县,茂县,九寨沟县和甘肃 迭部县,在腊子口附近穿迭山入洮河,最后自洮河 流入刘家峡水库.沿途有大坝25处,其中主坝1O 处,辅坝15处;有38条隧洞,多段单洞总长 821km,多段复合洞总长4719km.全线有4座高 于260m的大坝,最高为295m的岷江大坝.隧洞 吕 辎 避 半径在5.76—6.57m之间;全线有6处长于60km 的隧洞,最长单洞为沙鲁里山隧洞,长106311m. 利用全国径流深度图通过ARCGIS计算的全线 最大调水量为1198.2亿rn.,按流域分布状况为嘉 陵江(白龙江和涪江)流域30.4亿m,岷江流域 64.6亿nq,大渡河(大金川)流域153.6亿m, 雅砻江200.0亿m,金沙江269.1亿m,澜沧江 201.4亿m.,怒江279.2亿m.可分为六期逐步 建设,嘉陵江流域和岷江流域调水为第一期,大渡 河流域,雅砻江,金沙江,澜沧江和怒江依次为第 二至第六期. 在大坝和隧洞设计中依据的数字高程模型 (DEM)数据来自美国国家航空航天局奋进号航天 飞机采集的sRTM—V3数据,地面分辨率为100m, 相当于1/150000的地形图.隧洞的调水量是根据 谢才公式(Ch6zyformula)和曼宁公式(Manning formula)计算得出的,洞壁的粗糙系数取0.012 (水泥砂浆衬里). 地形静面线 .l.7/- ,/』l.ll/I JIf'IIlJJlI.I IIII舢 lIfflI册ff 『IlI- Ill II" J0JIIII_I一 7-}.I[,洲舢.J..?fl IIll,—'『Iml啪计-_'____—— '.'\l r . I ,托位线\ /, L V 图2东坝一洮河线地形剖面与设计水位线 3.2中线引水线路与水库水位调节方案 中线引水线路起始于湖北省兴山县香溪河畔的 水田坝村,经兴山县平水村,神农架林区新华乡郭 家垭村,保康县多桥镇和寺坪镇,房县沙河乡畈上 村,至丹江口市浪河镇注人丹江口水库,全长 133403m.隧洞半径6.5m,5洞复合总长为 距离东坝乡(m) 667015m.在海拔较低的平水村,多桥镇,寺坪镇 和畈上村可以开支洞辅助挖掘,在郭家垭村等8处 可开凿通风竖井(图3). 为便于从三峡水库调水,中线调水线路延伸需 要联合调度三峡水库和丹江口水库的水位.三峡水 库水位调节应由原计划改为在11月至次年4月维 ? 29? 水文水资源水利规划与设计2010年第3期 持正常水位175m半年,丹江口水库水位调节应由 原计划改为在11月至次年4月期间将水位降为 155m,与三峡水库形成20m的水位差,从而使三 峡水库向中线顺畅自流输水. I ^ f, _Jl_.Jf I- ./I JlJ'\n1.f JIyI..Jl f\JIJ,『If^^/j lIVf-4y/U./l^l I\l』J,rV1lI『V. \IJ1l神农架郭家垭6 4』I^^\.l 1rr_J\鲁且畸L,兴山平水保康多桥镇u- — 兴山水田坝保康寺坪镇J丹江口浪河镇翌 图3香溪一浪河隧洞地形剖面与支洞竖井分布 3.3大西线引水干渠 在西北总干渠工程建设顺序安排上,考虑了当 前经济带优先,土地资源丰富区优先,水资源缺乏 区优先,重点风沙源治理优先的原则.设计按五期 进行建设,依次为:第一期黄河流域,东河西走 廊;第二期中一西河西走廊和腾格里沙漠东南缘, 西河西走廊;第三期北山南一西麓,北天山东麓, 博格达山北麓;第四期瀚海盆地南缘西段和哈一吐 盆地北缘;第五期阿尔金山北麓,西昆仑山北麓, 瀚海盆地南缘东段. 设计的西北总干渠工程以明渠为主,辅助以少 量隧洞和虹吸与倒虹吸管道,用于翻山过河和取直 线路;利用海拔1735—900m的水位落差,可维持 较高比降,以保证流速;设计时可尽量增加干渠深 度,缩短干渠宽度,或可将干渠封顶,以减少水面 蒸发. 按照分期建设的原则,水源区与受水区的对应 关系大致为从嘉陵江,岷江向洮}胃线和洮祖线西安 和定西方向供水,以及用于宁夏增加引黄灌溉;从 大渡河通过万家寨工程扩容向山西供水,并开始向 西北干渠黄河流域段和东河西走廊输水;从雅砻江 向中一西河西走廊和腾格里沙漠东南缘供水;从金 . 30. 沙江向北山南一西麓,北天山东麓和博格达山北麓 段乌鲁木齐方向供水;从澜沧江向瀚海盆地南缘西 段和哈一吐盆地北缘供水;从怒江向阿尔金山北 麓,西昆仑山北麓和瀚海盆地南缘东段供水. 4造价估计与成本效益对比 设计的大西线南水北调东坝一洮河线是多条线 路比选的最终结果,为类似线路中单位线路长度引 水量最大的,全长1107km,引水1198亿m,平 均1.08亿m/kin线路;高于海拔较低的东坝一定 西线0.96亿m/km,和海拔较高的萨达一洮河线 0.98亿m./km,白达一洮河0.87亿m/km;远高 于当前南水北调规划西线延伸线的单位线路长度引 水量(0.47亿m'/kin).在地质和环境方面,将低 海拔方案线路适度上移,基本避开了地震多发区; 线路的大水库多在植被较差的西南干热河谷地,比 低海拔方案淹没的耕地和森林少. 只有进行南水北调中线延伸和大西线联合调水 工程详细规划才能精确计算总造价,在此仅参照现 有水利工程的工程量和造价的关系对整个工程总造 价进行估计.东坝一洮河线主体工程大坝造价主要 参照了西南地区在建和已建的大坝造价,经估算东 水文水资源水利规划与设计2010年第3期 坝一洮河线主体工程和辅助工程(引玉曲入怒江, 引洮河人渭河和引洮河入祖厉河工程)30座大坝 总投资约为5992亿元.隧道造价估计参照2006年 完工的秦岭终南山公路隧道,估计西线主体工程和 辅助工程隧洞与中线隧洞总投资为10238亿元.西 北干渠造价参照在建的南水北调中线陶岔渠首至平 顶山市沙河南段工程,根据调水量和地形变化适当 调整单位造价,使每km造价维持在5000万, 8000万元之间,估计联合调水工程6794km的西北 干渠总造价为3985亿元. 估计中西线联合调水工程总投资为20216亿 元,可联合调水1668亿m,折合单位调水量投资 为12.1m;分阶段建设的中西线联合调水工 程金沙江及以北工程总投资为13108亿元,可联合 调水1188亿m,单位调水量投资为II.0m, 均比当前规划的南水北调西线单位调水量投资 17.9m低,中西线联合调水工程优于当前规 划的中西线调水工程.中线延伸工程的性价比更 高,单位调水量造价仅为3.8元/m,远低于当前 中线的单位调水量造价(7.1m.). 从发展农业保障粮食安全角度分析,西北干渠 的效益在于可以开垦沿线的宜农荒地资源.联合调 水工程可以在满足当前用水规划的基础上每年可给 黄河中上游和西北内流区增加供水1253亿m,若 其中648亿m用于农业,按每亩灌溉需水500m 计算可开荒和增加水浇地12960万亩,价值17125 亿元;按每人1O亩水浇地进行生态移民计算,可 移民1296万人,相当于目前的贫困人口总数.大 西线调水的生态用水可用于固定流动沙丘,改善生 态环境,211亿m生态用水可绿化沙漠10.55万 km.,约占全国流动沙丘面积的1/5,可以彻底解 决威胁中国北方的风沙源问题.联合调水工程的效 益巨大,这里仅核算了灌溉效益,生态移民效益和 治理沙漠化的生态效益;其他效益如工业用水效 益,防洪效益,发电效益,售水收入,增加劳动力 就业,促进城镇化发展和拉动国内生产总值增长 等,可由专业人士进一步核算估计,鉴于篇幅限制 不再详细描述. 5结论与对策建议 综合上述各节的设计和论证可以得出如下结论: 中西线联合调水方案工程设计是基于当前的建坝和 凿洞技术,技术上是可行的;具有巨大的经济,社 会和生态效益,可以彻底解决中国的城镇化占地, 旱涝灾害,贫困人口,粮食安全和生态恶化等诸多 重大问题.中西线联合调水工程并未超出中国国力 的承受能力,建议国家对本方案进行详细论证,规 划实施,作者也将做进一步深入细致的研究. 对中西线联合调水方案工程的规划和实施的具 体建议是:联合调水工程建设应当遵从总体规划, 分期分批建设,逐步延伸原则.中线延伸的单位投 资调水效益最佳,应当作为第一阶段最先进行建设 的工程,引洮人渭和引洮人祖工程有利于黄河流域 内部水资源的合理调配,工程量较小,可以与中线 延伸工程同时进行,从而争取尽早实现南水北调中 线向黄河下游替代供水和黄河流域上中下游水资源 的联合调配. 目前西欧,美国,日本等发达国家在隧道方面 的技术比较先进?引.中西线联合调水工程中隧洞 总投资约为全工程的一半,长隧洞挖掘技术是全工 程的关键,建议通过引进世界先进技术大力发展国 产隧洞掘进机产业,以提高中国的隧洞掘进能力. 在加强联合调水工程硬件建设的同时,也应加 强水资源配置规划和管理研究等软件建设.开发多 流域水资源协调管理系统,使跨流域,流域和次流 域多级规划有机结合,相互衔接,长江流域防洪, 发电与调水相互协调,黄河上游,中游,下游水资 源利用与调沙相互协调,最终实现多流域农业,城 镇,工业和生态用水的联合调度. 利用耕地占补平衡政策向全国各城市和城镇建 设用地占用耕地征收联合调水开荒基金,可以为联合调水工程筹集大量资金,同时国家应当鼓励中东 部城市对口支援西北干渠的建设和土地资源开发, 从而可以实现建设占用耕地的异地补偿,彻底解决 城市扩张占地问题. 目前对中国食物数量安全最大的威胁来自自给 率极低的油料作物(含大豆)和食用植物油产业. 充分利用建设联合调水工程的契机,在沿线开垦荒 地,广泛采用节水灌溉技术,因地制宜地大力发展 大豆,花生,向日葵等油料作物,可以彻底解决中 国的食用植物油危机. 参考文献 1韩亦方,曾肇京.对"大西线"调水的几点看法 [J].水利规划与设计,2000,(2):22—25. 2杨洪润,李明生.大西线调水与西南三江水能利用探 讨[J].三峡大学(自然科学版),2001,23 ? 31? 水文水资源水利规划与设计2010年第3期 (上接第14页) 2.7.5审查报批 (1)为保证规划成果质量,对各个阶段的水 利规划成果,要组织专家咨询或技术评审,并听取 和征询社会公众意见.规划征求意见稿形成后,应 区别不同情况,征求有关水行政主管部门,行业主 管部门和地方人民政府的意见,涉及流域治理的征 求流域管理机构意见.在广泛听取有关方面意见和 技术评审的基础上,由规划编制承担单位修改形成 规划送审稿. (2)为保证规划的合法性,应向政府或者其 授权审批部门报送规划送审稿,并协助做好意见征 询和规划审查.规划经征询和审查后,由规划编制 承担单位修改形成规划报批稿,报规划审批部门 批复. 2.7.6规划实施 (1)对经批准的水利规划,要制订规划实施 方案或具体实施计划,对规划确定的目标任务,对 策措施等进行分解细化组织实施,并加强对规划实 施过程的跟踪,管理和监督检查. (2)严格实行规划同意书 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 ,据此指导建 设开发项目审批.水工程建设项目,涉水建设项目 和开发利用水土资源的活动,应遵守或符合经批准 的水利规划,对不符合或者违反水利规划的,不予 行政许可或依法制止和查处. 2.7.7规划修订. (1)区域水利规划应根据实际需要或上位规 划的修订,按照有关规范要求,适时组织修订.修 订前,组织有关部门和专家对水利规划的实施情况 及适应性等进行评估,评估结论作为规划修订 . 32? 依据. (2)需调整原规划目标或对原规划总体布局, 骨干工程规模和重要对策措施等作重大变更的,可 重新编制规划.其他一般性变更,可采用专项补充 的方式,变更后纳入原规划. (3)规划的修订,变更等,报原批准部门批 准或备案. 3结语与建议 (1)在水利发展面临众多新的机遇,任务和 挑战的情况下,与时俱进地抓好区域水利规划工 作,是摆在地方水行政部门面前的重要任务.明确 并把握好区域水利规划工作措施和要点,对于有效 开展规划编制和管理,顺利实现规划目标,具有重 要意义. (2)目前,省,市水利规划体系日趋完善, 县级水利规划工作还比较欠缺,特别是现有规划基 本上是以流域和区域管理为基础,以市为主要单元 编制和实施的,在满足县域经济社会发展要求方面 还存在许多不足,故随着"强县扩权"进程的不 断深入,亟需对现有各类规划进行相应的修改和调 整,在统筹部署区域规划工作时,适度突出县级水 利规划的单独性,进一步加强县级水利规划工作, 促使其尽快完善并形成体系,并将之作为对县级水 利部门进行宏观管理和监督检查的重要依据. 参考文献 1叶健.关于江苏水利规划工作的几点思考[J].江苏 水利,2008(4):l4—16.