中国南水北调工程概况与水质安全风险

中国南水北调工程概况与水质安全风险管控对策报告人简介•河南理工大学万方科技学院教授、建筑与测绘工程系主任；•河南省土木工程学会给排水专业委员会副主任；•国家公用设备注册工程师；•国家南水北调工程咨询、评标专家；•水利部中国水电集团风险管理体系建设高级顾问；提要一、南水北调势在必行1、中国的水荒2、国家粮食安全3、跨流域调水-------历史的脉络4、外国的跨流域调水工程二、南水北调中线工程及风险要素三、南水北调东线工程及风险要素四、长距离调水水质安全风险管控对策五、互动交流一、南水北调势在必行1、中国的水荒我国水资源总量大约2.8万亿m3，居世界第6位，但是由于人口众多，人均水资源量只有世界平均水平的1/4，是世界上最为缺水的国家之一，被联合国粮农组织列为世界13个贫水国之一；1、中国的水荒我国水资源南北分布不均，北方（松辽、海河、黄河、淮河4个流域片），耕地为全国的45.2％，人口为全国的38.4％，而水资源仅为全国的9.6％；我国北方水资源总量约为4053亿m3/a，如果扣除国际河流的径流量后北方地区水资源实际上只有3143亿m3/a；05101520253035404550耕地人口水资源北方水资源、人口、耕地柱状图目前全国年用水量大约为5600亿m3，水资源开发利用程度已经达到了中等高度紧张的水平，高速发展的经济、社会生活已经开始影响生态需水；1、中国的水荒河流污染湖泊水华水库干枯预测如果2030年我国居民人均生活用水达到日本20世纪70年代初期的水平（112m3/a），总计约为1792亿m3/a，所以2030年我国生产、生活用水量将达到8000亿m3/a，这还是一个比较稳妥保守的估计。1、中国的水荒如果2030年南北方人口仍按现在的53.5：46.5的比例分布，那么按人均需水量计算的北方地区需水量将达到3720亿m3/a。这已经达到我国北方水资源总量（4053亿m3/a）的90%以上，实际上北方地区水资源如果扣除了国际河流的径流量后只有3143亿m3/a；于是北方地区如果不进行跨流域调水的话，即使全部利用当地水资源，也满足不了当地国民经济和社会发展的需要，北方地区将无水可用、无水可节，经济、社会、环境的可持续发展将无法继续。1、中国的水荒2、国家粮食安全目前全国年用水量大约为5600亿m3，其中农业用水高达3700-3900亿m3/a，占全国用水总量的70%左右，农业是我国的用水大户，这是我国水资源开发利用的一个突出的特点。因此，我们作水资源规划时，一定不能忽略这个中国特色。我国人多地少，立足国内解决粮食问题，必须依靠灌溉，提高单产。因此，我国水资源问题的实质和核心是粮食安全问题，即国家为了保证粮食安全，只得将大量宝贵的水资源用于低效率的农业生产，特别是粮食生产，影响了社会生活其他方面和生态环境用水，出现了“中国特色的水荒”。为什么说我国农业生产用水是“低效率”的呢？对比一下：中国传统的漫灌以色列先进的滴灌我国南方多山，可供开垦的宜农荒地和可发展灌溉旱地的数量非常有限，同时人口众多、经济发达，由于各项基本建设，高产农田的数量还在大规模减少，在现实的经济、技术条件下，让其再增产粮食困难重重，甚至20年后能维持目前的状况就很不错了。因此未来粮食增产的关键在北方。严峻的人口-粮食-资源-环境问题是加速开展南水北调的客观现实，不开展南水北调，北方地区就难以持续发展，粮食基本自给的国家安全战略也将落空，如果我国被迫向国际市场寻求1-2亿吨粮食，这将会对世界粮食安全产生巨大的冲击，也会造成国内物价上涨，通货膨胀和中低收入阶层全面和长期的营养不良。历史的教训明崇祯十年，大旱，北方15省区连年无雨，赤地千里，饥民人相为食，闯王造反，明亡。光绪三年，大旱，死亡1300万人，清朝灭亡。中国历史上十次改朝换代，十次全导源于旱灾，可见旱灾之巨重。老一辈革命家、经济学家陈云说过：干旱必然导致饥荒，可不能掉以轻心。有人说我们粮库堆积如山，没用。明崇祯时，晋陕大旱，绝收，当时江南粮仓满盈，但是未能阻农民造反……3、跨流域调水----历史的脉络秦28年（公元前219年）南征百越，派屠唯率50万大军分5路向闽越及岭南进军，为解决粮食运输问题，命史禄开掘了灵渠。位于今广西兴安县，沟通了长江水系的湘江与珠江水系的漓江。成为了重要的水上交通干线。由此可见，跨流域调水工程在我国出现的很早，早在2000年前的秦汉乃至春秋战国时期就出现了灵渠、鸿沟、邗沟等沟通不同流域的水利工程，但是那时主要是为了军事航运，运兵、运粮。这些水利工程的引水、调水作用也可为航运服务的。新中国成立后，1952年2月19日，毛主席乘“长江舰”视察长江途中，召见长江规划办公室主任林一山，再次询问“南方水多，北方水少，能不能从南方借点水给北方？”1958年3月14日，在成都政治局扩大会议上，毛主席提出：“打开通天河、白龙江、借长江水济黄、丹江口引汉济黄、引黄济卫、同北京连起来了。1958年到1960年３年中，中央先后召开了４次全国性的南水北调会议，制定了1960年至1963年间南水北调工作计划，提出在３年内完成南水北调初步规划要点报告的目标。1966年，文化大革命开始了……1976年粉碎“四人帮”；1978年五届全国人大一次会议上通过的《政府工作报告》中正式提出：“兴建把长江水引到黄河以北的南水北调工程”;1988年9月6日，时任国务院总理李鹏批示同意国家计委报告，南水北调必须以解决京、津、华北用水为主要目标，按照谁受益谁投资的原则，经费由中央和地方共同负担。2001年11月张基尧部长在国务院新闻办召开的新闻发布会上郑重宣布：新世纪最大的水利工程──总投资数千亿元人民币的南水北调工程基本具备了2002年开工建设的条件至此，南水北调工程开始进入施工阶段。南水北调从提出规划到开工建设经历了50年的论证，不仅是由于对工程规模和建设顺序的举棋不定，也出于对巨大投资的经济效益和工程对环境影响的担忧。4、国外的跨流域调水工程以色列水资源约为20亿m3/a，但地区分布不均。北部特别是西北部沿海地区属地中海式气候，年降雨量为400-800mm；南部地区则属热带沙漠气候，内格夫沙漠年均降雨量仅25-40mm。水资源80%以上集中在北以色列。为了解决南部地区开发中的缺水问题，以色列利用世界银行贷款，从1953年开始，历时11年，投资1.47亿美元，修建国家输水工程，从太巴列湖抽水，实施“北水南调”。（参考：郑州年降雨量400~1000mm，平均年降雨量650mm。）调水主干管内径2.74米,向南延伸130公里至特拉维夫东北处，主干管分为东西两支，近乎平行继续向南延伸，直达内格夫沙漠。输水管线总长数百千米，联接着中部和南部的供水网，沿途经过隧洞、运河、水渠，用封闭管道线和加压泵站等不同程序和方式，调剂城镇、农业区居民点的生产和生活用水。国家输水工程被称为以色列的生命线。以色列政府专门成立了国有的麦克洛(MEKOROT)公司负责北水南调工程的管理和维护。美国科罗拉多河跨流域调水工程科罗拉多引水渠是1931年由公民投票通过发行2.2亿美元公债修建而成,目的是向加利福尼亚州南部13个城市供水.该引水工程1941年初步建成,1952-1961年续建扩大,1974年达到设计能力,每年供水18.5亿m3.从加利福尼亚州水道工程引水8.6亿m3,从科罗拉多河引水9.9亿m3,供给人口约1300万.科罗拉多引水渠东起派克坝上的哈瓦苏湖,跨越390km的沙漠和山地,西止于滨河县的马德斯附近.它包括5个泵站,总扬程为493m,隧洞长为148km,混凝土衬砌渠道为101km,混凝土管道89km,倒虹吸144个(总长47m),水库3座,高压输电线492m.可谓美国的“东水西调工程”。二、南水北调中线工程及其风险要素南水北调中线工程从丹江口陶岔引水，绕行南阳盆地北缘越过方城垭口江淮分水岭沿伏牛山、太行山东麓一路自流到北京。渠线经过河南、河北、北京、天津4个省53个市县。线路总长1277km，其中陶岔枢纽至北拒马河段长1197km，北京段长80km，天津干线从河北徐水分水向东到天津外环河，天津干线长155.53km。全线各类建筑物1796座，一期调水规模95亿m3。外环河团城湖西黑山惠南庄泵站穿黄工程陶岔南水北调中线工程大致分三个阶段实施：第一阶段，为了确保北京奥运会水源供应，首先实施了“京石段供水应急工程”；第二阶段，关键性的穿黄工程、陶岔渠首引水工程、陶沙南试验段工程；第三阶段，全线输水工程。原预计在2010年通水，现推迟到2014年后通水。南水北调中线京石段应急输水渠道从石家庄古运河起在河北省内一路北行，穿越拒马河，进入北京境内之前全部采用了明渠输水方案，渠道与沿途河流一律立交，并对全断面进行衬砌，防渗、减糙；进入北京后，沿山前丘陵地带往东北方向行进，在岳各庄进入四环路下，北进至颐和园团城湖，全长80.3km。全部暗管（渠）输水，两根PCCP管，直径4m，小流量（20m3/s以下）可全线自流（非充满重力流），大流量需要加压（充满压力流），加压泵站设在入境处的惠南庄。并在此处加氯。南水北调京石段应急工程•当渠道与道路或河沟高程接近，处于平面交叉时，需要修一建筑物，使水从路面或河沟下穿过，此建筑物通常叫做倒虹吸惠南庄泵站位于北京市房山区，与河北省涿(zhuō)州市相邻，距北京市区约60km。是南水北调中线工程总干渠上唯一的一座大型加压泵站，也是南水北调中线工程的标志性建筑物。属于大流量高扬程泵站，单机设计流量10m3/s，设计扬程58.2m。暗管输水的风险要素对于在北京境内如此长距离（80km）地下厌（缺）氧条件下输水管道内的水质安全风险管理，会有些什么新的问题？（充满流和非充满流）南水北调的社会风险要素为了保护下游水质，上游做出牺牲，付出了发展的机会成本；如何实现水权交易？如何把政府行为（如财政转移支付）转化为市场行为？河北的同志表示，为了北京，河北甘愿作出牺牲；但是，前中共陕西省委书记安启元同志大声疾呼：“为了保证北京的水质，我们不得不关闭所有的工厂。可是大家总得活命。所以我说中央政府需要为陕西提供补偿。如果你不为群众提供补偿，他们还怎么生存？”陕西省水保局长喊出了“一江清水送北京，引水思源要补偿”的呼声。由此引发的社会矛盾开始凸现。陶岔引水闸丹江口水利枢纽在已建成初期规模的基础上，按原规划续建完成，坝顶高程从现在162m，加高至176.6m，设计蓄水位由157m提高到170m，总库容达290.5亿m3，比初期增加库容116亿m3，增加有效调节库容88亿m3，增加防洪库容33亿m3。需移民30万人。穿黄工程规模大，问题复杂，投资多，是总干渠上最关键的控制性建筑物。经多方案综合研究比较认为，渡槽和隧道倒虹两种型式技术上均可行。由于隧道方案可避免与黄河河势、黄河规划的矛盾，盾构法施工技术国内外都有成功经验可借鉴，因此结合两岸渠线布置，推荐采用孤柏咀隧道方案。中线工程（第二阶段工程）：从丹江口水库陶岔渠首闸引水，沿线建筑渠道，经南阳方城垭口，沿黄淮海平原西部边缘，在郑州以西孤柏咀处穿过黄河，沿京广铁路西侧北上，经焦作、安阳、邯郸、邢台、石家庄，基本可自流到北京、天津。渡槽方案由黄委和华水提出；隧道方案由长委提出。对于中线全线1197kM明渠、且沿途有1000多处交叉河流及道路桥梁的情况下，有的还会穿城而过，输水管（渠）内的水质安全风险管理，会有些什么新的问题？南水北调的成败取决于水量和水质，其中，尤其水质风险是最大的风险！张基尧部长指出决不能让到达北京的南水北调水已经变成是一江污水！风险分析中线全线输水总干渠采用“新建砼断面衬砌专用渠道”这种传统的水工结构工程，改变了河流的自然生态的蜿蜒性，也改变了河床的透水性和多孔性，输水干渠渠底砼荒漠化，对流槽的生态系统产生了一种胁迫，水域生物群落多样性降低，使生态系统正常的新陈代谢受到干扰，输水渠内水质营养盐浓度高位波动，只要温度、光照、盐分条件适宜，极容易产生干渠中的内源污染，特别是营养化水中极易产生藻类、水华大量爆发，极易引发藻毒素等污染物质。输水工程风险要素丹江口水源水质风险要素