参天水利资源工程研考会《工作通报》No.2007-25
2007年6月11日
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再谈林陈邓大西线方案
柯堤
一、水资源评价引出的启示
目前，水利部水资源评价最新成果表明：近年来，我国北方地区水资源明显减少，其中黄河、淮河、海河和辽河地区最为显著，其地表水资源量减少17％，水资源总量减少12％，其中海河区域地表水资源量减少41％，水资源总量减少25％。评价同时显示，我国南方地区河川径流量和水资源总量近年来有所增加，增幅近5％，但水资源相对丰富的南方地区也出现了区域性甚至流域性缺水的现象。
这个评价意味着什么？按照以往的概念，我国水资源总量为28124亿方，其中北方片（东北、华北和西北15省市区）所占比例为19.84％，水量为5580亿方；南方片（西南和东南16省市区，未计台湾省）所占比例为80.16％，水量为22544亿方。 根据上述最新成果，如以12％作为北方片水资源总量减少的中限，则近年来，其减少量为670亿方；如此，目前北方片水资源的总量只有4910亿方，已不足5000亿方。南方片增加了约5％，增加量为1127亿方，水资源总量为23617亿方。全国水资源总量增加457亿方，其总量为28581亿方，微增1.6％。也就是说，近年来的趋势是：缺水的北方更缺水，相对富水的南方更富水。
目前水利部规划的南水北调东中西三线总调水量约在450~470亿方，仅能弥补北方片已减少水量670亿方的70％左右。另外，在相对富水的南方片，仅西藏、云南二省区外流的水资源约有7000亿方，其占全国水资源总量的四分之一左右，占南方片水资源量的三分之一左右，占西南片水资源量的54％。有专家根据上述最新评价成果，得出如下判断：展望未来50年，在这些地区，若不作跨流域调水，其当地水资源的利用程度只能比现状水平提高8％左右（500亿方，不包括水能开发）。
我国北方地区（长江流域以北）面积占全国的63.5％，人口约占全国的46％，耕地占60％，GDP占44％，而水资源仅占19％，缺水干草原面积近40亿亩，占全国草原面积的三分之二。近年来，我国耕地面积由22亿亩锐减至18.3亿亩，减少了约3.7亿亩，未来仍呈减少之势。在我国约2.8万亿方水资源总量中，外流水资源近0.9万亿方（其中西北约300多亿方，东北约1400~1500亿方，西南约7000亿方），占全部水资源的比例近三分之一；去掉这部分水资源，我国人均水资源拥有量不过1000方出点头（以15~16亿人口计）。在我国能源使用结构中，煤炭的比例高达70％，如保持这样一个比例达到现代化，将年消耗原煤约70亿吨，这将面临着减排和地面塌陷治理等环境方面的巨大约束。因此，我国在21世纪的发展实际上面临着三大危机：即水源匮乏、耕地短缺和能源瓶颈。
在这种格局下，如何把西南地区外流的7000亿方战略性的水资源（占全部外流水资源的78％）和西北地区近40亿亩干草原（200多万平方公里）有机地整合在一起，形成十亿亩左右的高产饲草能料用地，增产八亿吨左右的生物质能（干重），这将关系到克服三大危机和顺利实现我国在21世纪的可持续发展和现代化进程的全局，而其中大西线调水又属于关键环节。
二、林陈邓方案的要点及扩展
在诸多的大西线调水设想或思路中，林陈邓大西线方案最具现实性和系统性，下面简介其要点（详见文献 ）。
林一山的西部南水北调方案。自怒江东巴水库（河底高程3665米，设计蓄水位3940米，坝高约280米）引水，途中经澜沧江、金沙江、雅砻江、大渡河，至贾曲入黄（3440米）；总引水量800亿方，其中自流引水量526亿方，提水量274亿方（提水用电400亿度，其中260亿度可用输水干渠的径流发电解决，另140亿度由附近电网供应）。在上述四江一河北调的水源中，怒江自流引水约200亿方，提水约35亿方；澜沧江自流引水70亿方，提水115亿方；金沙江自流引水130亿方，提水约67亿方；雅砻江自流引水100亿方，提水25亿方；大渡河自流引水27亿方，提水30亿方。林方案的特点是高水北调，高水高用。在怒江以外北调的水量约560亿方，这对这些江河已建、在建或已经列入建设计划的电站发电能力影响不小。
邓德仁的三江并流贯通调水方案。在怒江与玉曲江交汇处下游三公里处筑高坝270米，水位抬升至约2200米，回水至玉曲江，在其上打27公里隧洞，进入澜沧江，然后在该江梯级溜筒江水库大坝处取水，沿江修建106公里傍山隧洞至多果洛附近，打隧洞36公里，进入金沙江拖顶水库下游虎跳峡库区。该方案全程自流，可给金沙江补水300亿方，其中怒江引水量约200亿方，澜沧江引水量约100亿方。邓方案的特点是低水东调，低水低用。
根据我们的粗略观察，邓方案还可沿着2200米等高线向西延伸至独龙江、察隅河、丹巴曲，乃至迫隆藏布，可增加自流或提引水量约400亿方（其中察隅河约200亿方，迫隆藏布约150亿方左右）。如扣除邓方案中从澜沧江引水100亿方，则低水东调的总量约600亿方，这个水量已大于林方案中怒江以东北调的水量（560亿方）。
陈传友四江进两湖的方案。在3700~3900米高程附近，在拉萨河、易贡藏布、怒江、澜沧江、金沙江等多点提水，加上隧洞工程，翻过巴颜喀拉山，注入黄河上游鄂、扎二湖（4200米），而后取直龙羊峡上游的黄河支流曲什安河入黄，可获得发电落差1200米，作为上述各点提水电能的来源。陈方案的远景引水量450亿方。
我们认为可将陈方案的取水点主要调整至雅鲁藏布江和怒江流域，注入点可考虑不一定全部进入鄂、扎二湖，相当一部分可注入林方案的四江一河输水总干渠，提水量可扩大至600~700亿方。因为在雅江派区的水量约有600亿方，此处的高程约在2900米左右，沿着这一高程，拉月河、易贡藏布大约还有150亿方的水量。
总结一下，扩展后的林陈邓方案大体上北调的水量约为1500亿方左右，东调的水量约为600亿方左右，总调水量约在2100亿方。随着技术的进展，这个量值可能还会增加。另外，在水量的进出平衡方面，怒江、雅鲁藏布江、藏南诸河属于净调出流域，而澜沧江、金沙江、雅砻江、大渡河属于调补平衡或进大于出的流域，但其在发电水头方面可能会受到一定影响，其量值可以控制在数百亿度的范围。如此，在西南外流的7000亿方水资源中，我们便可盘活其中的2000多亿方，所占比例尚不足三分之一，而这是我们应得的主权权益，不容丧失。
三、提水电能：风电为主
在北调的1500亿方水资源当中，提水量约在700亿方左右，平均扬程约为600米（在3500米高程附近，雅鲁藏布江干流和支流的水量约有500亿方，林方案东巴水库的水面高程约3900米），提水电能约为1300亿度，这样大的电能从哪里来？
以往的看法着眼于在雅江大拐弯处建设巨型电站，该电站发电水头2200米，设计装机能力3800多万千瓦，发电能力2000亿度，相当于两个三峡。但其存在以下三个主要问题：一是技术问题，即超高水头、超大容量发电设备（据说单机容量要达到100万千瓦）的设计、制造尚未有成熟的方案。二是初始投资大，建设工期长，近中期很难实现。三是为了得到1300亿度电能，在派区附近的600亿方水量必须大量下泄，估计约需400亿方，从而大幅度减少了北调的水量；这是一个根本性的矛盾，很难克服。
但若我们转换一下思路，把提水电能主要放在风电上面，则上述三个问题便可迎刃而解。
根据文后的附图，在派区以上600公里的雅江河谷两侧约有不少于一万平方公里的风场，这里每秒三米以上风速的年利用时数可达3000小时，从中开辟约1000平方公里的面积，以装机2000万千瓦计，年可发电600亿度。在派区西北方向约600公里的范围内，是我国陆上风能的第二最佳区域，每秒三米以上风速的年利用时数可达5000小时以上，在这一带只须开辟出600平方公里的面积，装机1500万千瓦，即可年发电600亿度。如此，提水电能可以基本上靠风能来解决。而且，在这些方面已有非常成熟的常规技术，在输电方面也是如此。
风电提水可使很大的初始投资化整为零，利于分期开发和提前受益；此其一。其二，它可使调水线路的布设具有很大的灵活性，利于规避复杂恶劣地质条件的地段，从而使工程建设和维护的难度明显下降，也利于降低工程造价。其三，风电的品质较差，在民用或通常的工业电网中，为保持电网负荷的均衡性和安全性，不得不采取很多技术措施，致使风电的运行和使用成本明显提高；但将其用于提水，这些问题基本上不复存在。在这种场合下，只要在相关地区具有相应的调蓄能力（库容），风大多提、风小少提、无风不提，便可将低品质的风能变成高品质的水能，获得能级上的收益。
另外，近来在风电技术上有几项突出进展，值得一说。其一，“磁浮”轴承风力涡轮机可代替滚珠轴承，这可借助低至每秒1.5米的风力来发电； 它可使风场的年利用时数提高不少，即用更小的风场提供同样的电力。其二，风筝发电机。风筝在风力带动下，带动固定在地面上的旋转木马式的转盘，转盘在磁场中旋转而产生电能。据估计，这种风电的成本每度电只有1.5分钱（人民币）。 因为它在50亩的占地面积上能产生50万千瓦的发电能力，堪比核电，即相当于每平方公里1500万千瓦的发电能力，相当于上述常规风电的700倍。其三，风电储能技术。目前澳大利亚巴斯海峡西部的金岛安装了全钒液流电池，可充分利用风能“削峰填谷”以满足用电需求。这套装置一次可持续工作两个小时，发电功率达到400千瓦；金岛的风电使用量也从过去的12％提高到40％（原来88％的电能是靠柴油发电机供应）。在美国犹他州西南部的城堡谷，一座发电量2000千瓦时的储能系统已于2004年竣工，当地的电力公司无需扩充电力线路，就能充分满足高峰时期的用电需求。冰岛多尼戈尔的一个风电场也于2006年同温哥华VRB电力公司签署了一份价值630万美元的合同，计划建造一座发电量达到12兆瓦时的储能系统。VRB电力设备公司的新生产线每年可以生产2500个五千瓦的全钒液流电池。由于全钒液流电池可以保持连续稳定、安全可靠的电力输出，除了能够解决规模化利用风能、太阳能发电过程中的重大储能技术问题外，还可取代传统蓄电池在很多领域得到广泛利用。
这些技术进展一旦付诸运用，将会在风电提水方面进一步降低成本和工程造价。这为大规模北调藏水提供了最佳手段；如果随着北方用水需要的进展，可考虑在更大的程度上利用藏南诸河的水量，这时林陈邓大西线北调的水量可能达到1800~2000亿方的规模。
结语
我们可以用24个字对林陈邓大西线调水方案的骨架作出如下概括：高水北调，低水东调；风水互济，引提并重；东西对进，调补兼筹。
当1500亿方水量引向西北和华北地区，可为北方七亿多人口人均增加200多方可用水资源，如作为新增的城市生活用水和工业用水，其量大体上够用了。假设城市生活和工业用水的耗水率为20％，经相应的处理后，还有1200亿方复用水量可用于农牧业和生态产业，这相当于为北方平添了近3000亿方可用水资源；如果按地表径流取用率不超过40％这一常规规范来还原的话，北调的1500亿方可用水量相当于给北方增加了约4000亿方地表水资源，其意义和效用是无论怎样估计都不会过高的。
附图：中国全年风速大于每秒三米小时数分布图
