南水北调西线工程必要性以及方案

（一）西线调水的必要性
    黄河多年平均年径流量580亿立方米，河道内生态环境低限需水量210亿立方米，相应黄河可供国民经济耗用河川径流为370亿立方米，并按此水量分配到有关省、自治区（参见表2-2，黄河可供水量分配方案）。随着沿黄地区工农业生产的不断发展，耗用黄河水量大量增加。据1988－1992年用水统计，黄河供水地区年均引用黄河河川径流量395亿立方米，耗用水量307亿立方米，黄河河川径流耗水率已达53％，与国内外大江大河相比，水资源利用程度属较高水平。
    黄河作为我国北方地区最大的供水水源，以其占全国河川径流2％的有限水资源，承担着全国耕地面积的15％、全国人口的12％及50多座大中城市的供水任务，同时还有向外流域部分地区的调水任务。黄河供水范围和供水人口，已经超过了黄河水资源的承受能力，必然导致供需失衡。下游河段频繁断流是黄河水资源供需失衡的集中表现。
    黄河水少沙多，下游河床不断淤积，“悬河”的危险程度加剧，黄河汛期的大洪水，仍然是中华民族的心腹之患，而非汛期缺水会造成大面积的干旱灾害。汛期防洪与非汛期干旱形势都很严峻。这说明，对于防洪与抗旱，既要求雨绸缎，防患于未然，保证安全渡汛，又要设法补充黄河水资源的不足。由于黄河水资源供不应求，已产生一系列社会、经济与环境问题，且日趋严重。据预测黄河流域和相关地区，正常年份2030年缺水150亿立方米左右，枯水年份缺水则更为严重。
    黄河上中游的青、甘、宁、蒙、陕、晋六省、自治区，地域辽阔，矿产资源丰富，只要有水，发展工业和农林牧渔业的潜力很大。水资源具有不可替代的特性，因此解决缺水问题必须开源节流。在黄河流域大力发展节水具有一定的潜力，然而也是有限度的，根本出路在于借助外来水源。长江多年平均径流量9600亿立方米，为黄河的16倍。调引长江的部分水入黄河，以丰补歉，是解决黄河缺水的根本途径，也是西部开发，解决西北干旱缺水的重要举措，从改善资源配置来说，西线调水势在必行，而且是一项十分艰巨而又必需的战略任务。
    （二）前期工作简要回顾
    早在1952年，黄河水利委员会（以下简称黄委会）就组织查勘了从通天河引水入黄河的路线。1958—1961年，黄委会组织了1000多人次到西部地区进行查勘，范围东至四川盆地西部边缘，西达黄河长江源头，南抵云南石鼓，北抵祁连山，约115万平方千米，归纳提出过四条可供进一步比较研究的自流引水线路：
    1）由金沙江玉树附近引水至积石山附近的贾曲入黄河，简称玉—积线。
    2）由金沙江恶巴附近引水至甘肃境内的洮河，简称恶—洮线。
    3）由金沙江翁水河口引水到甘肃定西大营梁，简称翁—定线。
    4）由金沙江石鼓引水入渭河，简称石—渭线。
    与此同时，还组织了中国西部南水北调引水地区综合考察队，有工程地质、矿产地质、地貌、动物、水生动物、工业、农牧业、交通运输等专业700多人参加，对整个调水区的自然条件、自然资源、经济状况进行调查，还为引水渠道作了渗漏试验。
    通过这3年多的研究，外业工作完成了大量的地形测量、地质测绘、线路和大型建筑物地址查勘，并取得大量的自然环境和社会经济资料。到1962年各项外业工作基本结束，内业资料整理工作延续1000了若干年。
    从现在北方缺水的情况看，当时对西部水资源的南丰北缺的宏观估计是正确的，开展南水北调的研究工作是有远见卓识的，当时提出的西部调水总体布局框架，从宏观上控制了调水的范围和供水的区域，为以后分期开发规划奠定了基础，当时大范围的调水研究初步了解了工程技术上的难度和存在的问题，为以后进行工程方案的研究提供了有益的经验。
    1978年以后，黄委会又组织多次西线调水查勘，并对1958－1961年的西部调水方案和研究工作进行了认真的分析，认为：
    ①通过以往大量的工作，对西部调水已有一个宏观全面的认识，提出的总体布局框架有较好的控制作用。
    ②调水量和工程规模应有一个适当的限度。
    ③西北地区缺水是一个不断增长的过程，与之相适应，调水工程也应由小到大，分期开发，逐步扩展。
    因此，在原西部调水的大范围、大工程规模、大调水量的总体布局框架下，缩小研究范围，从距黄河较近，调水量适宜、相对工程难度较小的通天河、雅砻江、大渡河调水，初步规划，从通天河调水100亿立方米、雅砻江调水50亿立方米，大渡河调水50亿立方米，三条河年最大调水量200亿立方米。
    有关部门和专家们肯定了这个思路。1987年7月国家计委决定将西线调水超前期规划研究列入“七五”、“八五”计划，经过10年时间，黄委会于1996年完成了超前期规划研究工作， 1996年下半年开始进行规划阶段的工作，可望于2000年完成南水北调西线工程规划报告，并提出先期工程开发方案。
    （三）调水区概况
    调水地区位于青藏高原东南部，在青海省玉树、果洛和四川省甘孜、阿坝四个藏族自治州境内。巴颜喀拉山是调水的长江水系河段与黄河相应河段的分水岭，引水坝址、输水线路和动力电站布置在巴颜喀拉山两侧。巴颜喀拉山以北的黄河地势，从海拔高度3400米上升到海拔高度4600米，巴颜喀拉山以南的地势，雅砻江地势高，其右侧通天河地势低，其左侧大渡河地势更低，海拔为2900－4200米，山南长江水系河床高程低于山北相应黄河河床高程80～450米。
    这个地区年内气候无四季之分，称作冬半年（11月至次年4月）和夏半年（5月至10月），冬季长而寒冷，夏季短而凉爽，多年平均气温－4.9～3.3℃。一般平均气温随高度增加而减少的比值为每百米0.7℃，在其它条件相同时，纬度偏北1度，年均气温降低1.2℃。太阳辐射强，日照时间2500～2700小时，太阳能资源丰富。
    在海拔3000～4500米的地区，地面气压大都在600～700百帕之间，相当于海平面气压的60％左右，空气中的含氧量相当于海平面的72％～60％，大约海拔上升1000米，含氧量减少10％。
    降水量由北向南、由西向东逐渐增加。南部年降水量为600毫米，往北至巴颜喀拉山南麓为500毫米，东部大渡河河源为700毫米，往西至通天河一带为500毫米。年蒸发量在1000毫米以上。
    人烟稀少，平均每平方千米2人，最少的为每平方千米0.4人。交通不便，目前对外交通主要依靠川—青、川—藏、青—藏公路。州县之间有公路相通，部分县乡之间有支线公路。总之，调水地区，气候寒冷，含氧量不足，人烟稀少，交通不便，经济文化处于落后状态，水资源利用程度很低，水资源开发的潜力很大。岩体岩性，主要为三迭系浅变质砂岩、板岩，较坚硬，所以地质上既有修建调水工程的有利条件，也有不利条件。
    （四）调水工程初步方案
    青藏高原基础资料比较缺乏，为了摸清调水区地形、地质等各方面情况，勘察队员历尽千辛万苦，在高寒缺氧，气候多变的情况下，克服难以想像的困难，为西线工程做出巨大奉献和牺牲，经过10年超前期规划研究工作，完成了雅砻江、通天河、大渡河调水区大量的勘测工作。包括各种比例尺的航空摄影图、地形图、工程地质图、地质遥感图、区域地质调查、区域地质构造调查、地震基本烈度复核等各项工作。与此同时，还完成各类规划研究报告上百份。这些基础工作相当一部分填补了这个地区的空白，不仅为西线调水工程提供了资料，而且对长江、黄河上游的治理开发，乃至西部大开发准备了相关基础资料。
    1、基本认识和思路
   巴颜喀拉山是黄河、长江的分水岭。分水岭以北，为黄河河源区，低山丘陵，河谷宽阔，谷坡平缓。分水岭以南，自西向东有通天河、雅砻江和大渡河及其支流，降水量较黄河水系大，地形切割较深，以峡谷河道为主，通天河、雅砻江和大渡河上游河段的河床高程较相应黄河河床高程低80～450米，欲调长江水入黄河，需要建坝壅高水位，开凿隧洞穿过巴颜喀拉山。10多年来，对调水工程作了多种方案的考察研究和比选，认识不断深化，思路得到拓展。
    （12000）可调水量与海拔高度相关按多年平均水量，通天河124亿立方米，雅砻江604亿立方米，大渡河470亿立方米，三条河总水量1198亿立方米，从水资源的总量看，调水量还可大大增加，但若考虑到海拔高度，情况就大不相同了。根据地形特点，引水坝址越向下游移动，海拔高度越低，距离黄河越远，可调水量越大，则工程规模越大；反之，引水坝址越往上游移动，距离黄河越近，虽然工程规模较小，但可调水量越小。因此，只有把引水坝址设于适当的海拔高度，以使工程规模适当，可调水量适宜，同时调水对下游的影响也保持在一定限度内。
    经研究通天河、雅砻江的引水河段海拔高度在3500米、3600米以上，大渡河海拔高度在2900米以上，在此高度范围内，三条河共有径流量243亿立方米。因此，三条河的可调水量在200亿立方米以内比较适宜。
    （2）输水线路从以明渠为主转变为以隧洞为主过去，研究输水线路时，根据当时的技术条件，多采用绕山开渠的办法，这样不仅使输水线路增长，而且还存在一些特殊的技术问题，从现在川藏、青藏公路的运行情况看，每当夏季雨水集中时，有些地段经常塌方，线路多处中断，而一条宽几十米的水渠，不要说修建的难度，就是维护正常通水，其难度亦很大，由于塌方，还可能造成渠道破坏。因此，在青藏高原多数地段不宜采用明渠，原因为：
    ①调水区地质构造、断裂发育，展布方向多与河谷走向一致，顺河谷修建大明渠，整体稳定性差，易造成整体垮塌。
    ②调水区谷狭坡陡，岩层多呈高倾角近直立状，分布有季节性冻土、滑塌体、泥石流，在潜水作用和地震、冻融破坏下，明渠易遭到局部破坏，影响正常运行。
    ③在半山开挖很宽的明渠，因山势较陡，需要很高的边坡，工程量浩大，施工艰难。
    ④工程处于高海拔、寒冷地区，明渠容易结冰，影响引水，大明渠发生局部破坏时，清理维修困难。
    近几十年来，国内外长隧洞施工技术发展很快。国外已建成10千米以上隧洞95条，瑞典建成80千米长的输水隧洞，芬兰赫尔辛基供水隧洞长120千米，秘鲁在海拔3000～4000米的地区建成总长约90千米的马赫斯输水隧洞，英法海底隧洞长38千米。国内已建成引大入秦输水隧洞总长75千米，正在建设的万家寨供水工程隧洞总长200多千米。经分析比较，结合青藏高原的特点，认为采用掘进机开凿西线长隧洞技术上是可行的，输水线路遂以明渠为主转变为以隧洞为主。
    （3）倾向于自流调水，但不放弃抽水方式在调水工程方案的研究中，过去认为打长隧洞几乎是不可能的，因而只考虑抽水方式以尽量缩短穿越巴颜喀拉山的隧洞长度。隧洞技术的发展，开凿长隧洞的可行性增强了，又分别考虑了自流和抽水两种调水方式，自流方式的难点是隧洞长，优点是输水建筑物比较单一，运行管理有利，同时隧洞有利于冬季保温，避开了地表冻融作用和不良地质现象的影响，再者深埋长隧洞抗震性强，据有关资料统计分析，地表的地震烈度随深度的增加而衰减，大体上每深50～100米衰减0．5度。抽水方式的主要难点是抽水泵站的电源不好解决，因为调水区没有电网，再者抽水方式输水设施复杂分散，建设和运行管理都比较困难，其优点是可缩短穿越分水岭的隧洞长度，引水枢纽的坝高选择也有较大机动。根据青藏高原的实际情况，按目前的认识，倾向于自流方式，但随着经济发展和将来电力状况的改善，一旦电源容易解决，抽水方式的优势也是十分明显的，也应加以研究。
    2、调水工程代表性方案
    在多方案的比选中，现列出代表性的三个抽水线路方案和三个自流线路方案。
    （1）抽水线路方案
    ①通天河治家—多曲抽水线路。简称治—多线。治家坝址，海拔3990米，坝高190米，总库容238亿立方米。自治家水库引水，引水期8个月，年调水量90亿立方米，在黄河支流多曲4440米处入黄河。建两级泵站，扬程447米，装机252万千瓦，年用电量124.6亿千瓦时。线路总长108千米，其中隧洞长104千米。该线调水多，工程地质条件较好，但所处海拔高，建设及运用条件较差。
    ②雅砻江长须—达日河抽水线路。简称长—达线。长须坝址，海拔3795米，坝高155米，总库容74亿立方米。自长须水库引水，引水期8个月，年调水量40亿立方米，在黄河支流达日河4280米处入黄河。建两级泵站，总扬程426米，装机121万千瓦，年用电54．6亿千瓦时。线路总长59千米，其中隧洞长57千米。该线建坝较低，需要的动力负荷相对较小，线路处于稳定区内，但可调水量较少。
    ③大渡河斜尔尕—贾曲抽水线路。简称斜一贾线。斜尔尕坝址，海拔2920米，坝高252米，总库容46亿立方米。自斜尔尕水库引水，引水期10个月，年调水量50亿立方米，在黄河支流贾曲3470米处入黄河。建三级泵站；总扬程428米，装机容量138万千瓦，年用电量69亿千瓦时。线路总长61千米，其中隧洞长48千米。该线路工程地质条件较好，海拔低，气候环境好，对施工建设及管理运行较为有利。
    以上抽水电源，现阶段宜采取自建电站的方案，有水电和火电两种类型：
    ①建水电站。黄河龙羊峡以上河段，河道长1677千米，平均比降1．21‰。在该河段布置了14座梯级工程，总装机容量730万千瓦，其中库容大于20亿立方米的有5座。该河段梯级距离调水工程较近，可减少供电线路长度，库区淹没损失少，有适于筑坝的优良坝址作抽水供电电源。
    ②建火电站。根据现有资料分析，火电厂可选择在距离调水区较近，又临近大煤矿的甘肃靖远、平凉和宁夏灵武。这些地区煤炭资源丰富，除满足本地区生产发展需求外，仍具备兴建电厂发电外送的潜力。
    （2）自流线路方案
    ①通天河同加—雅砻江—黄河自流线路。简称同—雅—黄线。同加坝址，海拔3860米，坝高302米，总库容324亿立方米。自同加水库引水，年径流量108亿立方米，引水期10个月，年调水量100亿立方米，先调水入雅砻江长须库内，称同—雅段；再通过长须水库调水入黄河，称雅—黄段。线路总长289千米，其中同—雅段长158千米，雅—黄段长131千米，全线均为隧洞。该线可调水量多，避开了地形地质差的地段，有利于施工分段掘进，工程建设条件好。但调水必须建立在雅警江工程先期开发的基础上，整体工程规模较大。
    ②雅砻江长须—恰给弄自流线路。简称长—恰线。长须坝址，海拔3795米，坝高165米，总库容94亿立方米。自长须水库引水，年径流量47．6亿立方米，引水期10个月，年调水量40亿立方米，在黄河恰给弄3880米处入黄河，线路总长131千米，全为隧洞。该线充分利用地形上邻近黄河的最低处，有效地降低了坝高，可调水量适宜，线路大部分处于地质稳定和基本稳定区。
    ③雅砻江、大渡河支流达曲—贾曲自流线路。简称达—贾线。在雅砻江干流与黄河支流贾曲间有六条自西北流向东南的支流，即雅砻江支流达曲、泥曲、大渡河支流色曲、杜柯河、麻尔曲、阿柯河。从海拔高度3600米处的达曲引水，输水线路自流穿过这些支流，调水50亿立方米，到海拔高度3445米的贾曲入黄河。
    综上所述，三条抽水线路共调水180亿立方米，三条自流线路共调水190亿立方米。各方案的投资匡算，采用1995年价格水平，静态投资，三条抽水线路为1076亿元；三条自流线路为1579亿元。抽水线路投资较少，但运行费用高，而自流线路一次性投资大一些，但运行费用较低。
    3、先期开发方案和分步实施
    根据青藏高原高海拔、寒冷缺氧的特点，先期开发方案和分步实施，应以3条自流线路为代表。
    （1）先期开发方案本着分期分河流开发，由小到大，由易到难，由近到远，由低海拔到高海拔，由低坝到高坝的规划思路，达—贾线自流方案中可先调靠近黄河的阿柯河、麻尔曲、杜柯河三条支流的水量30亿立方米，称作起步工程，作为先期开发方案，匡算静态投资200亿元左右。起步工程隧洞长157千米，自然分为六段，最长段55千米，有利于施工时增加施工断面，加快工程进度。调水线路的自然分段为整个调水工程的分步实施和方便工程管理奠定了基础。从最靠近黄河的一条支流阿柯河开始兴建，可建一段发挥一段效益。
    起步工程在三条支流上建坝，坝高分别为67米、112米、94米，坝址经初步地质勘察和钻探表明，坝段河谷狭窄，两岸山坡完整，比较稳定。岸坡生长灌木，植被较好。河床主要是砾石，覆盖层厚度10米左右。两岸为砂板岩互层，未发现大的断裂。附近有天然建材，地质条件适宜建坝。
    起步工程的引水方式为自流，由于调水工程区远离现有的大型电站，避免了采用抽水方式建立配套大型电站的困难。起步工程地处海拔3500米左右，该处生长有树木，有农田，含氧量相对较高，适宜于人类活动，对工程施工、运行、管理都较有利。从起步工程向西延伸，可再调水20亿立方米，逐步开发，适应黄河缺水的需要。
    通过起步工程；可以比较全面和深入地掌握高海拔地区复杂地质条件下的大坝、长隧洞等水工建筑物的工程设计施工特点和要求，为后续工程提供解决各类复杂施工问题的经验和方案，为工程的投资估算和成本控制提供必要的基础资料和管理经验，从而为西线工程的全面展开，提供科学、合理和可行的决策依据。
    （2）工程初步分期全面实施西线工程所需投资规模巨大，结合西北地区经济发展的需水量，西线工程建设应按照统一规划、适时适量、分步实施、及早通水的原则展开。大体上可以将三条自流线路调水190亿立方米方案，划分为近期、中期、远期三期工程。
    第一期工程，即近期工程，4297大渡河支流起步工程调水30亿立方米。第二期工程，即中期工程，完成达—贾自流线路达曲、泥曲调水20亿立方米，再完成长—恰自流线路调水40亿立方米，共调水90亿立方米入黄河。第三期工程，即远期工程，通天河调水100亿立方米。
    （五）调水的不利影响和效益
    1、调水对调出区的影响
    既要考虑适应黄河上中游地区经济发展面临严重缺水的形势，又要充分研究调水对调出地区的影响。从通天河年调水100亿立方米，占通天河多年平均径流量的81％，占金沙江渡口以上年径流量的17.5％。从雅砻江年调水40亿立方米，占雅砻江年径流量的7.5％。从大渡河年调水50亿立方米，占大渡河年径流量的10.5％。三条河年最大可调水量190亿立方米，占长江干流李庄站（宜宾下游）年径流量的8％，宜昌站年径流量的4％。由于径流量减少，调水会产生某些不利影响，调水对局部河段的漂木有一定的影响，对工农业用水和航运基本无影响，对生态环境方面未发现重大的不利因素，主要的不利影响是三条河及下游长江干流上水电站的发电出力和电能将有所损失。
    2、调水入黄河后的效益
    从治黄与调水相结合的角度看，西线调水有其特点：
    ①调水工程地处海拔2900～4200米，地广人稀，兴建大型水库，淹没损失很少，社会问题相对较小。
    ②黄河上游有龙羊峡等大型水库，对调来的水进行调蓄，可充分发挥调水的作用。
    ③调水通过黄河梯级电站，可以多发电。
    ④依托黄河现有河道，居高临下，供水范围大，有利于供水区水利体系的形成。
    ⑤调水190亿立米，使黄河多年平均年径流量增加约1／3，增加黄河可供水量约1／2，可解决黄河断流问题，可充分发挥调蓄工程对下游输沙减淤的作用，有利于防洪和河道整治。
    ⑥调取源头水，水质良好，可改善黄河水质。 
    西线调水的社会效益和环境效益更为显著，可 推动西北地区丰富资源的开发，加快西北地区的经济发展，缩小东西部差距，对于民族团结和社会稳定，促进全国经济发展具有重要战略意义。可增加植被面积，遏制水土流失和土地沙化，改善生产、生活环境，促进西北地区生态环境的良性循环。
    （六） 结 语
    西线调水是解决西北地区干旱缺水和促进黄河的治理开发，解决黄河断流问题的根本措施，通过10多年的规划研究，更深切体会到西线调水的必要性和紧迫性，西线调水工程是一项切实可行、大有希望的工程。同时也要看到，调水工程地处青藏高原，寒冷缺氧，交通不便，地质条件复杂，工作难度大。本着先易后难，分期开发，摸索经验，逐步扩大北调水量的规划思路，在统筹安排下，可先行开发大渡河的起步工程，尽快完成工程规划，不间断地开展可行性研究，以适应西部大开发的形势。