参天水利资源工程研考会《工作通报》No.2000-3
2000年1月26日
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我国南水北调应以系统工程的观点重新规划
安徽师范大学科研处 彭泽云
山西省测绘局 阎勇军 张民政
我国南水北调的受水区是，黄淮海平原和大西北两大区域和渭河平原一小区域。向这三个区域调水的南水北调工程是一个统一的密不可分的系统工程。然而多年来，我国研究南水北调没有认识到这一点，一直认为东线、中线、西线是互相独立的三个调水系统。有关部门作的南水北调现规划存在三大问题：(1) 不能解决黄淮海平原广泛缺水这一现实问题；(2) 调西线的水供应黄淮海平原将严重影响开发大西北；(3) 三峡工程不能发挥应有的作用，经济效益差。如果以系统工程的观点统一的规划设计我国的调水工程，这些问题都能迎刃而解。
一、现规划无法解决黄淮海平原广泛缺水的问题
由长江水利委员会编制的《南水北调中线工程可行性研究报告》对中线调水运河工程的设计是：中线调水运河工程拟先期从长江支流汉江上的丹江口水库引水，沿伏牛山和太行山山前平原开渠输水，终点北京。远景考虑从长江三峡水库引水增加北调水量。丹江口水库为增加可调出水量，需在水库初期工程的基础上将坝顶高程从现在的162米加高到176.6米。为此，将增加淹没处理面积370平方公里，淹没耕地23.5万亩，淹没区人口22.4万人（1992年调查）。增高大坝后的丹江口水库多年平均可调出水量141.4亿立方米，一般枯水年可调出水量约110亿立方米。设计为京、津及河南、河北沿线城市生活、工业增加供水64亿立方米，增供农业用水30亿立方米[1]。
黄淮海平原指黄河、淮河和海河下游的冲积平原，总面积35万平方公里，有耕地2.7亿亩[2]。在一般旱年，供水如按平均每亩供水400立方米计算，四个月共需水1080亿立方米。例如，地处黄淮海平原最南端的安徽境内的淠史杭灌溉工程，水库可供水量30亿立方米，设计灌溉面积1096万亩，实际保证灌溉面积只有500万亩[3]，加上200万亩的不可靠灌溉面积，全部灌溉面积700万亩，平均亩灌溉定额500~600立方米。淠史杭灌区以北的黄淮海平原比淠史杭灌区更加干旱，每亩供水按400立方米计算还是比较保守的。再加上工业和城市及航运等方面的用水，中线调水量应有1000~1500亿立方米。汉江水量有限，解决不了问题，只有从长江三峡水库取水。现规划将中线调水运河在丹江口处的水面海拔定在147.2米，而三峡水库汛期（6~9月）调度必需按145米水位运作，这就是说，从三峡水库到丹江口这一段河道是倒比降。现规划三峡水库至丹江口水库的引水路线长约300公里，其中约有110公里的隧洞，即使不计成本以增大工程量来降低隧洞和河道的比降，隧洞坡降按万分之一，河道的坡降按万分之零点三计算，三峡水库至丹江口水库这段引水路线的落差为16.7米。采用其它减少隧洞的绕行方案，这段引水路线的落差也在15米以上，工程上并不省。以现在的规划，在三峡水库的取水口海拔当在162米以上，取水口海拔太高，在汛期无法自流取到水。如果提水，代价太高。
二、现规划的不合理调水将影响开发大西北
开发大西北是我国今后的建设方向。向大西北调水，是全面开发大西北的前提。向大西北调水的规模，就是大西北开发的规模。开发大西北的塔里木盆地、吐（鲁番）哈（密）盆地、柴达木盆地、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、毛乌素沙地和陕甘宁黄土高原地区至少需水3000亿立方米，而将大西南海拔1500米以上可自流调到大西北的水全部搜刮来也只有3200多亿立方米，可调水并不充盈。所以，我国西部的调水必然要采用高水高用，低处用低水的调水原则，将可以满足自流条件的水全部调往大西北（黄河例外，只可调出100亿立方米），即被截水的各江河不向截水点下游下泄水量，截水点下游地区的用水需求改由无法自流调往大西北的较低海拔的水源供给。陕西省黄土高原的广大沟豁区地面调水极为困难；山西省地形孤高，自流调水不可能，抽提调水代价太高，均只有寄希望于空中调水。调往塔里木盆地的水经植物蒸腾上天后形成低云，经我国高纬度西风带低层西风的运送，由西向东飘，在一定条件下，部分水蒸气成雨降下来，形成二次降雨（大西南的降雨称为一次降雨），并且有可能形成三次降雨、四次降雨……
多年来我国研究西线调水之目的，均是为了向黄河中下游调水，初步规划西线调水运河调水200亿立方米。然而这些水能到达黄淮海平原的并不多，对解决黄淮海平原缺水问题作用不大。如果黄淮海平原不从三峡水库取水，而是从原本并不丰足的西线大量调用，这就要影响到开发大西北的规模，并且还严重影响大西北的空中调水。因为空中调水的降雨主要取决于地面温度和水蒸气密度。没有相当规模的水量，没有相当规模的地表植被，地面温度降不下来和水蒸气密度升不上去，就难以实现降雨，空中调水就实现不了。所以调西线的水供应黄淮海平原损失巨大。
三、现规划使三峡工程不能发挥应有作用
由于长江三峡河道狭窄，洪水季节往往因排水不畅造成四川盆地内涝。长江三峡水库建成后，水面坡降变小，河水流速变慢，川江（长江流经四川时的称呼）泄洪能力大为减弱。为防川江泄洪不及造成四川涝灾，迫不得已，三峡水库在川江洪水季节到来前就得把三峡水库的水位降低到海拔145米的低水头运行。在汛期的6~9月，水库一般维持此低水位运行[4]。此时三峡水库仅仅是一个径流水库，相当于自然河流。现规划在川江大洪水到来时，关闸截水为下游防洪，这个规划恰恰与汛期把三峡水库的水位降低到海拔145米低水头运行的规划相矛盾。实际上，川江大洪水到来时不能关闸截水，否则必然因排水不及而淹没重庆市及其附近较低洼的地区，并且淹没川江支流的大片地区。例如1981年的四川大洪水，由于长江三峡排水不及，使重庆地区及川江的支流地区涝灾损失惨重。所以，三峡水库的防洪作用只能忽略不计。三峡水库既没有防洪作用又不能向黄淮海平原调水，其效益就只有发电了。按现在的规划，三峡电站平均年发电783.7亿度，产值48.67亿元，利润约26亿元左右[5]。三峡工程总投资3000多亿元，投资的年利息至少60亿元以上。年收入支付不了利息，谈不上收回投资了。
四、重新规划，给三峡工程一个新说法
如果仅仅认为建三峡水库一是为了发电，二是为了防洪，三是为了航运，那么就把耗费我国巨大财力物力的三峡工程最主要的意义撇到一边去了。建三峡的最大意义是惠泽广大黄淮海平原和巢湖流域的中线调水工程，产生的经济效益和社会效益十分巨大，这才是建三峡水库的主要意义所在。向黄淮海平原调水，黄淮海平原工农业由此直接增加产值至少在2000亿元以上。即使收水费，按0.10元/立方米计算，1000亿立方米水可收水费100亿元。
假设将三峡水库坝前水面设计为海拔160米、长江重庆处的水面海拔为190米、长江重庆处的最大流量为5.19万立方米/秒，那么以哲才公式计算（以1981年的洪水通过情况验证，哲才公式适合对川江水量的粗略计算），河道的过水断面要有2万平方米，过水断面与过水断面湿周之比不小于28。长江重庆以下大部分河道在洪水期均能达到这两点要求，少部分峡口河道达不到这两点要求，需进行拓宽。长江宜昌站实测夏季多年最大月平均流量4.95万立方米/秒[6]。如果能在川江水系规划建造一批月调节水库，使长江重庆处的最大流量不大于5万立方米/秒，那么，三峡水库的夏季水位可以定在海拔160米。
根据四川盆地周围山区已规划的水库统计，这些水库的控制面积约占川江水系来水总面积的一半。可惜的是，这些水库大都不在暴雨区下游，能起到降低暴雨区河道底水的作用，对于暴雨产生的洪水不能进行大量的截蓄。为了实现对汛期暴雨进行有效的月调节，必须在暴雨区下游合适的地点建一批月调节水库。例如，在四川最强降雨的青衣江暴雨区的下游建夹江调洪水库，坝高70米，坝内最高水面470米，库容约25亿立方米。水库于每年的7~9月调蓄洪水，其它时间排干。库内水排干后还可以种一季油菜，迁移户水平迁移距离最远的只有两公里，可以直接看见自己家的田地，洪水排干后迁移户来种地不必再临时迁回。在暴雨区下游已经作了规划的水库，应按调蓄洪水的需要，将水库的功能和坝高重新进行论证。例如，嘉陵江上的亭子口水库，有效库容只有16.8亿立方米，如果将水库大坝由92米加高到112米，使库内最高水面达到480米，那么，约可再增加库容20亿立方米，这样就可以对四川盆地第三大暴雨区的洪水进行有效的调节。除了以上的两个月调节水库，在渠江、涪江、大渡河、金沙江、乌江、赤水河等川江水系主要支流上都有合适的坝址规划建造或重新规划建造月调节水库。这些月调节水库及盆周山区的水库约控制着川江水系来水面积的三分之二，控制面积内的洪水约占川江水系洪水的40~50％。如果这些水库可以截蓄40％的洪水，就使川江只有一般的大水而不再有洪水。如果再发生1981年那样的大洪水，可将每秒8.65万立方米流量削减到每秒5.19万立方米。
将三峡水库的夏季水位定在160米或更高，同时实现了较高的水头发电，提高了三峡发电站的经济效益，而中线调水运河也可以取到水，向黄淮海平原充分供水。由此，三峡工程真正发挥了南水北调核心工程的作用，对我国下个世纪的经济腾飞，起着举足轻重的作用。
五、西线调水与中线调水是一个不可分割的巨系统
由于盆周山区水库多数为保持一定水位的径流发电水库，调节库容有限，汛期不能完全截蓄盆周山区的洪水，如果要保证在汛期的暴雨时不向下游的月调节水库下泄水量，就必须在汛期之前大幅降低库内水位，增加调节库容，这样发电量损失很大。另一个方法是再开辟洪水的出川通道，及时的将盆周山区水库的发电尾水和水库中调节库容所蓄的水调出四川，盆周山区水库所腾空的调节库容再用来截蓄洪水。西线南水北调将四川盆地西部山区水库所蓄的水大部分调走，正好解决了川江水系调蓄洪水的问题。
西线调水包括将水调往大西北和渭河平原。向大西北调水权且称作大西线调水，向渭河平原调水权且称作小西线调水（运河名称：金宝运河）。大西线调水有多条经济效益很好的局部短路路线，但受地形通道所限，运河主路线却只有三条：(1) 通过青海通道的路线（运河名称：高线调水运河）；(2) 通过甘肃通道的路线（运河名称：低线调水运河）；(3) 通过内蒙通道的路线。因内蒙线的内蒙段供水可由甘肃线兼顾，内蒙线的新疆段供水可就地从额尔齐斯河和伊犁河截取，足够使用，所以实际内蒙线不必开凿。由通道决定路线，调水运河的主路线没有选择的余地。
高线调水运河的起点从怒江的支流达曲开始，沿途分别截紫曲、昂曲、扎曲、金沙江、雅砻江、达曲、尼曲、色曲、多柯河、阿柯河、贾曲、黄河等，然后在黄河的吉浪河口处引水，经兴海、乌兰、都兰、格尔木、茫崖、索尔库里、巴什库尔干和红柳沟等地到达终点若羌县境内接上塔里木盆地的灌溉渠系。利用茫崖镇西边新疆境内的乌硝尔湖（淡水湖）蓄水可以很方便的调控向塔里木盆地的供水。高线调水运河总截取的水量为750多亿立方米，其中截走川江水系的水量约有310多亿立方米。
低线调水运河的起点在雅鲁藏布江与易贡藏布江的交汇处。沿途截金珠曲、丹巴曲、贡日嗄布曲、桑曲、怒江、澜沧江、金沙江、雅砻江、大渡河、岷江、涪江、白龙江、西汉水、渭河等河流后利用大型渡槽与黄河立交，然后经武威、金昌、阿拉善右旗、嘉峪关、玉门和敦煌等地到达终点若羌县，接上塔里木盆地的灌溉渠系。低线调水运河除了向塔里木灌区供水外，沿途还向八个灌区供水：(1) 天水灌区；(2) 陕甘灌区；(3) 鄂尔多斯灌区；(4) 腾格里 - 乌兰布和灌区；(5) 巴丹吉林灌区；(6) 酒泉 - 额济纳旗灌区；(7) 安西 - 罗布泊灌区；(8) 吐 - 哈灌区。低线调水运河总截取的水量为2450多亿立方米，其中截走川江水系的水量约1180多亿立方米。
金宝运河[7]的起点在金沙江的金阳县处。运河途经雷波、汉源、荥经、天全、芦山、灌县、北川、青川、略阳和勉县等地，终点是渭河的宝鸡县处。金宝运河主要有四个作用：(1) 向陕西渭河平原供水，年供水200~300亿立方米；(2) 在四川盆地干旱时，利用运河调金沙江的水用于灌溉；(3) 航运；(4) 在四川发生特大洪水时，用此运河向汉江泄洪，泄洪量可以设计在3000~5000立方米/秒。金宝运河控制川江水系流域的来水量有2260亿立方米，除去高线和低线调水运河调走其中1490多亿立方米水量外，尚有水量760多亿立方米，可将其中200~300亿立方米水量调往渭河平原。
西线调水共计可调走川江水系的水量1700亿立方米，这些水量占向大西北所调水量的一半以上，这些水对于开发大西北至关重要。同样，调走这些水对于川江水系调洪也是至关重要。这些从川江水系调走的水占川江水系总水量的37％，占长江总水量的17％。由于所截水量大部分是夏季洪水，所以对长江的航运和海水倒灌问题等影响不大。
六、结论
综上所述，要解决黄淮海平原广泛缺水的问题，只有利用中线调水运河从长江三峡水库取水。要使中线调水运河能够从长江三峡水库取到水，必需保证三峡水库有较高海拔的蓄水位（包括汛期时）。要实现三峡水库有较高海拔的蓄水位，必需在拓宽川江各峡口的同时，还要建一批调洪水库，使川江在汛期下泄水量不大于5万立方米/秒。要使调洪水库有效的运转，必须保证暴雨区上游的盆周山区水库在暴雨期不下泄水量。盆周山区水库要保证在暴雨期不下泄水量有两个办法：(1) 每年7月份以前大幅降低库内水位，以增加蓄洪库容量，这个办法的缺点是发电量损失很大。(2) 将各水库发电尾水和利用有效库容所蓄的水及时调出四川省，调往大西北。有以上第一个办法，可以避免必须同时开凿中线和西线调水运河。西线调水运河开通后，按以上第二个办法运转，经济效益很好。也就是说，只有开凿西线调水运河，才能使中线调水大系统有很好的经济效益，才能使这个大系统自己养活自己。从另一个角度说，黄淮海平原的缺水问题如果不能通过中线调水运河工程从三峡水库取水解决，就必然要占用可以自流调入大西北的水量，从而无法保证向大西北调入相当规模的水量和实现在大西北的空中调水。
由以上分析可得出结论：我国的南水北调是一个密不可分的系统工程，以系统工程的观点规划设计我国的南水北调，经济效益好。鉴于我国南水北调现规划的诸多问题，南水北调应该以系统工程的观点重新设计。
主要参考文献
[1] 水利部南水北调规划办公室：《中国南水北调工程规划简介》，1995。
[2] 左大康、许越先："黄淮海平原的治理和开发"，《光明日报》，1985年5月17日。
[3] 李昌芳、张翼昌："变水害为水利的宏伟工程"《光明日报》1980年10月28日。
[4][6] 王超俊、张鸣冬："三峡水库调度运行对长江口咸潮入侵的影响分析"，《人民长江》1994年4月。
[5] 鲁家果："三峡工程宜放慢进度、控制规模、适时调整"，《科技导报》1999年5月。
[7] 彭泽云："根治黄河的战略设想 - 金垣运河工程"，《科技导报》1996年2月。
