南水北调中线二期水源的方案研究

    南水北调中线工程是解决我国京、津及华北地区缺水，在国家全局尺度上实现水资源空间均衡的重大战略工程。按规划，中线一期工程调水95m3亿之后，还将实施二期工程，使调水量达到120~130亿m 3。由于中线一期、引汉济渭调水实施后，汉江无增加调水的潜力，中线二期工程须首先解决后续水源问题。有关方面研究过的大宁河、小江、神农溪等从三峡水库引水方案，存在高扬程抽水（神农溪方案净扬程415m）等问题。近期我们研究了从嘉陵江上游调水到汉江的方案，通过初步工程布置，发现以嘉陵江干流广元河段、支流白龙江宝珠寺河段为水源，具有自流或以较低扬程抽水引水入汉江的条件，这一方案有可能成为中线后期水源工程有价值的比较方案。

一、调水河段选择

（一）调出河段

     以河段水资源量满足外调水30~35亿m3（含引汉济渭5亿m3）需求、引水高程满足自流或较低扬程抽水为主要条件，将目光放在嘉陵江干流陕西汉中市略阳县至四川广元市昭化区之间河段、支流白龙江宝珠寺水库库尾至广元市河段。

嘉陵江干流略阳至昭化河段，多年平均径流量由34亿m3渐增至194亿m3（其中昭化断面由白龙江汇入约100亿m3），河床高程由640m渐降至460m。

     白龙江宝珠寺水库多年平均入库径流量106亿m3，库尾河床高程约590m。库尾上游约40km为碧口水库，碧口水库坝后河床高程约620m。

（二）调入河段

     兼顾争取较短引水线路长度和较低抽水扬程要求，选择汉江干流平川段西端、汉中市勉县汉惠渠坝后河段为调入河段，该河段河床高程由553m向东逐渐降低。该河段以上为汉江源头峡谷段，河床高程向上游迅速增加，不宜作为引水出流段；此段往东，则随线路增加高程降低缓慢。该河段距引汉济渭黄金峡水库约120km。

二、引水线路布置

     初步布置了3条引水线路方案，分述如下：

（一）宝珠寺库前线路

     在白龙江宝珠寺水库库尾上游设闸取水，沿北东60°方向开凿隧洞，引水入汉江干流上游，进口高程约590m，出口高程约550m。线路穿过白龙江支流金溪河，嘉陵江干流及其右岸支流广坪河、安乐河，于汉中市勉县武候镇附近入汉江。该线路除首部从白龙江取水外，于过嘉陵江干流处（在川陕界以北约6km）取水，取水方式一可就近设站抽水，抽水扬程约35m；二可从拟建的阳平关电站坝上自流引水。该线路长约113km，沿线最大地面高程1390m，最大隧洞埋深800m。若按取水断面径流量的20~25%调水，可调水量32~37.5亿m3，其中从白龙江调水20~25亿m3。

（二）宝珠寺库前北线

     根据初步工程地质分析，宝珠寺库前线路与龙门山主边界断裂带接近重合，走向一致并且斜交，引水隧洞可能受到较大影响。为此将引水线路向北平移约10km，避开断裂主要错动区，使洞线处于断带内相对稳定区域内。进口设于宝珠寺水库库尾上游约13km的尹家沟口附近，沿东北约60度方向走线，过宁强县青木川镇南侧，于广坪镇北穿石门子河（羊模河）及大青路（x309），于李家河附近穿康宁路（x225），于宝成铁路巨亭车站附近过嘉陵江干流，于庙湾里附近过汉江支流沮河，在勉县三七村附近出洞于汉江左岸。线路长约119km，最大地面高程1700m(大雁堡、大渠岭一带)，洞线最大埋深1100米，进出口地形高差50m。该线路从白龙江、嘉陵江均可自流引水，其中白龙江引水高程约600m。在过嘉陵江处以约3km支洞从巨亭电站上游引水，引水高程约590m（正常水位599m）。因该线路从嘉陵江干流引水口上移，可引水量较宝珠寺库前线路略小。

（三）昭化线路

     在白龙江汇入嘉陵江之后的广元市昭化河段设闸适当抬高水位形成回水区，在回水区择址设站抽水，抽水扬程约125m（引水线路起点、落点高差95m，输水水头30m），沿北东45°方向开凿隧洞，引水入汉江干流勉县以西，线路长约119km，最大地面高程1805m，最大埋深1200m。若能在昭化以下设低坝，将取水口沿嘉陵江干流北移，该线路长度尚可适当缩短。昭化断面多年平均径流量约194亿m3，按20~25%估计，可调水量在38~48亿m3。

三、工程建设条件

（一）水资源条件

     嘉陵江水量丰沛，流域多年平均降水总量1490亿m3，地表水资源量约699亿m3。全流域现状用水量约89亿m3，其中广元昭化断面以上约6亿m3。与汉江比较，嘉陵江流域水资源相对丰沛，水资源量的年际变化也较小，实测年径流量最大与最小比值为2.9，径流量变差系数0.23。其中广元昭化断面变差系数0.3，95%保证率地表水资源量106亿m3。用水占水资源量比例较低，全流域为12.7%，其中昭化断面以上为3.2%，远远低于汉江流域的60%（含外调水）。

     由于嘉陵江流域及邻近地区无大的平原分布，除规划的亭子口灌区外，无大的集中用水项目。当前正在研究从嘉陵江流域调水的项目有甘肃省从白龙江舟曲附近向庆阳调水，拟调水量10~15亿m3；陕西省引嘉入汉工程，拟从略阳断面向汉江上游调水5亿m3。长江委编制的《嘉陵江干流综合规划》明确，嘉陵江广元附近具有向流域外调水的条件，可调水量有待进一步研究。

（二）地形与地质条件

1、地形条件

     规划线路穿越秦巴山交汇地带的中高山区。白龙江宝珠寺水库库前引水线路需穿越白龙江与嘉陵江、嘉陵江与汉江两道分水岭及嘉陵江干流河谷。广元引水线路需穿越嘉陵江与汉江分水岭。三条引水线路的地形条件相当，引水线路均以隧洞工程为主，其中宝珠寺库前线路埋深较浅，最大为800m，宝珠寺库前北线和最大埋深分别为1100m，广元线路最大埋深1200m。三条线路沿线多处从嘉陵江及汉江支流下部穿过，均有较好的施工支洞布置条件，可利用支洞将引水隧洞分割成若干段落，以方便施工。以宝珠寺库前线路为为例，隧洞最大施工分段长度可控制在10km左右，最大支洞长度不超过3km，这一点较引汉济渭秦岭隧洞优越。

2、地层岩性

     引水线路穿越区地层岩性复杂多变，主要分布有：侏罗系砂岩、页岩及泥岩夹煤层，三叠系页岩、泥灰岩、白云岩、片岩、片麻岩、大理岩、石英岩、变质砂岩及角闪岩，二叠系灰岩、砂页岩夹煤层，志留系片岩、大理岩、石英岩、片麻岩，奥陶系砂岩、砾岩、页岩夹泥灰岩，寒武系灰岩、砂质页岩、粉砂岩、砂岩夹砂质页岩，震旦系灰岩夹页岩、千枚岩砂岩及页岩，元古界云母片岩、千枚岩、石英片岩、板岩、片麻岩、大理岩等地层。

3、地质构造

     工程区地跨扬子板块的龙门—大巴台缘隆褶带和秦岭褶皱带的摩天岭加里东褶皱带。对工程区有影响的区域断裂构造有4条：龙门山主边界断裂带、阳平关—洋县断裂带、大竹坝—新集断裂、宽川铺断裂。

     龙门山主边界断裂带：倾向NW，倾角由陡变缓向下延伸，浅部大于60°，深部小于30°，逆冲断裂，为活动断裂。宝珠寺库前引水线路与该断裂带边界接近，走向一致且斜穿通过，可能受到较大影响。

     阳平关—洋县断裂带：破碎带宽度600~700m，地表西南倾向NW，东北段倾向SE，倾角60°~80°，逆断裂，为活动断裂。宝珠寺库前线路走向与该断裂带走向一致并斜穿通过，可能受到影响。

     大竹坝—新集断裂：为宁强褶断束东南侧台阶式的断裂，西北侧地层褶皱紧密，产状陡峻；东南侧产状平缓，褶皱略阔。东北段倾向NW，倾角陡，逆断裂；西南段转向SE倾，正断层。广元线路斜穿该断裂带，可能受一定影响。

     宽川铺断裂：为扬子地台西北边缘的分界断裂，呈NE方向波状伸展，两侧平行的小断裂、斜断裂、横断裂发育，地表倾向NW，倾角70°，逆断裂。广元线路斜穿该断裂带，可能受一定影响。

4、水文地质

     工程区地下水类型包括第四系孔隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩水。孔隙潜水含水层为第四系松散堆积层，基岩裂隙水主要分布于风化裂隙和构造裂隙带。碳酸盐岩水主要分布在泥灰岩、灰岩和大理岩等碳酸岩中。各含水介质的含水特征差异较大，多以渗流和泉水形式排泄于下游河谷。水位埋深具有山高水高的特点，且受邻近沟谷切割影响。

四、相关影响与对策

     从广元附近调水后，调水断面之下的生态、供水、发电、航运等将受到一定程度影响，对此需具体分析并提出对策。

     按嘉陵江干流综合规划，广元下游的亭子口断面生态流量、水量要求分别为117 m3/s、44.3亿m3，在满足生态要求和流域内用水需求后的允许调水量，应通过调节分析确定。总体看，嘉陵江新建亭子口水库、汉江丹江口水库均有一定潜力对径流进行调节，从而适当减少调水对生态及用水的影响。

     嘉陵江干流亭子口以下已基本渠化，各梯级之间基本衔接，调水对航运的影响有条件通过梯级联合调度基本消除。

调水将减少嘉陵江宝珠寺、亭子口等梯级电站发电量，但将同时增加汉江各梯级发电量，初步判断增加与减少的发电量基本持平，可通过适当机制对嘉陵江已建电站进行补偿。

五、初步认识

     南水北调中线后期水源工程是关系京、津、冀地远期水安全的重大课题，也是陕西引汉济渭工程实现最终设计调水规模的前提条件。从初步分析情况看，从嘉陵江向汉江调水作为中线工程后期水源，有可能比长江调水方案更为经济。如该方案成立也可使汉江上游生态水量显著增加，使引汉济渭工程的运行条件和效益得到显著改善。

     为促成这一方案进入国家视野，拓宽解决南水北调中线后期水源的思路，可在适当时机组织力量对嘉陵江向汉江引水方案作进一步系统研究，对调水过程和可调水量进行联合调节分析，对工程地质地形条件和工程布置方案进行踏勘验证，形成更具体的工程方案，争取国家将之纳入南水北调中线后期水源工程前期工作。