南水北調(diào)西線工程水源區(qū)河流與黃河的豐枯遭遇分析

選取南水北調(diào)西線一期工程下游的朱倭、朱巴、綽斯甲和足木足4個(gè)水文站(1960-1996年)的徑流資料及其同期的降水、氣溫等數(shù)據(jù),采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法,對(duì)調(diào)水河流的徑流補(bǔ)給來源進(jìn)行了初步分析,結(jié)果表明:4站的徑流均與年降水量或4～6月降水量的關(guān)聯(lián)度最高,說明徑流的補(bǔ)給來源主要是降雨量,這一初步分析結(jié)果為長江上游水資源的可持續(xù)開發(fā)利用提供了較為科學(xué)的依據(jù)。

南水北調(diào)西線工程是改善西部地區(qū)缺水和改善大西北生態(tài)環(huán)境及確保工農(nóng)業(yè)牧業(yè)發(fā)展的工程。它不僅會(huì)使龍羊峽多年調(diào)節(jié)的大型水庫充分發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，提高黃河干流上各級(jí)電站的出力，還會(huì)推動(dòng)青海省東南部經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益都會(huì)十分明顯。

南水北調(diào)西線工程是調(diào)引長江上游的部分水量入黃河上游河道,為維持黃河健康生命和保護(hù)干旱、半干旱西北地區(qū)補(bǔ)充水源。以科學(xué)發(fā)展觀和人與自然和諧相處的理念,從統(tǒng)籌兼顧、南北兩利出發(fā),科學(xué)評(píng)價(jià)、正確認(rèn)識(shí)調(diào)水對(duì)調(diào)水河流地區(qū)的負(fù)面影響,從而提出調(diào)水河流地區(qū)與受水區(qū)生態(tài)良性循環(huán)的思考:①應(yīng)盡可能避免或減少調(diào)水水庫對(duì)當(dāng)?shù)赝恋氐难蜎]和移民安置;②在工程設(shè)計(jì)中宜重點(diǎn)研究全隧洞輸水方案;③統(tǒng)籌安排第一、二期工程調(diào)水量;④在引水壩址下游臨近河段,有選擇地興建生態(tài)保護(hù)工程;⑤國家應(yīng)采取相應(yīng)的政策,彌補(bǔ)對(duì)調(diào)水河流地區(qū)產(chǎn)生的不利影響等。

利用30個(gè)站的1965—2000年日降水資料,分析了南水北調(diào)西線工程區(qū)的降水氣候特征、降水過程特征和降水極值特征.結(jié)果表明:該區(qū)多年平均降水量為520.5mm,年降水量等值線呈東北-西南向分布,由西北向東南遞增,半干旱區(qū)和濕潤地區(qū)年降水量的分界線在該區(qū)沿玉樹-清水河-大武-河南-合作-臨洮一線分布;降水過程大部分大于5d,降水集中在3d左右,過程降水量可分為緯向類和斜向類兩種,斜向類占大多數(shù),其中斜向類又可分為西北-東南向、東北-西南向兩種,以西北-東南向的發(fā)生較多.降水中心由西北向東南方向移動(dòng),或中心變動(dòng)不大,但范圍先加大后減小.在所有降水過程中,一日最大雨量出現(xiàn)在壤塘的頻率最高,其次為若爾蓋和臨洮;3d最大降水量最頻繁發(fā)生在臨洮,其次為壤塘和若爾蓋.18次過程降水極值分布與多年的年降水量大值區(qū)相對(duì)應(yīng).1965年、1984年、1992年過程降水偏弱,1981年、1989年、1999年過程降水偏強(qiáng).

74歲的黃河水利委員會(huì)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院(以下簡稱"黃委會(huì)規(guī)劃設(shè)計(jì)院")原副院長,南水北調(diào)西線工程設(shè)計(jì)總工程師談?dòng)⑽溆行┙箲],盡管他已經(jīng)退休.2009年度南水北調(diào)工程5000萬元的研究經(jīng)費(fèi)一直沒有下發(fā),相關(guān)研究人員不免感到慌張,尤其在東線和中線工程整體推遲的情況下,一些年輕人甚至萌生了退意.在南水北調(diào)項(xiàng)目上工作了一輩子的談?dòng)⑽浞浅Ｇ宄甓妊芯拷?jīng)費(fèi)暫停的可怕.57年的工作積累,還有堆積如山的資料,頃刻之間可能變得毫無用處,誰來最終為這件事情負(fù)責(zé)?

前期準(zhǔn)備57年一波三折,工程投入太大,施工難度太高,預(yù)期效益難以確定,地方利益又打架……種種跡象顯示,南水北調(diào)西線工程要按計(jì)劃開工有些懸了!

隨著全球變化和人類活動(dòng)影響的加劇,以及水資源演變的"自然—人工"二元驅(qū)動(dòng)特性凸現(xiàn),傳統(tǒng)的水資源監(jiān)測(cè)難以滿足現(xiàn)代水資源開發(fā)、管理與保護(hù)的需求,針對(duì)西線工程水源區(qū)現(xiàn)有水資源觀測(cè)站網(wǎng)存在的地基站點(diǎn)稀疏、布局不盡合理、監(jiān)測(cè)手段落后和信息共享不暢等問題,提出了客觀性、整體性、共享性、信息化、經(jīng)濟(jì)性五大監(jiān)測(cè)站網(wǎng)優(yōu)化原則。以氣象與水文監(jiān)測(cè)發(fā)展規(guī)劃,行業(yè)規(guī)劃與標(biāo)準(zhǔn),水文、氣象及生態(tài)監(jiān)測(cè)研究新成果為優(yōu)化依據(jù),以gps水汽觀測(cè)、aws自動(dòng)氣象站觀測(cè)網(wǎng)、風(fēng)廓線儀、邊界層鐵塔、探空觀測(cè)以及多普勒雷達(dá)系統(tǒng)等現(xiàn)代化觀測(cè)手段對(duì)區(qū)域空中水資源進(jìn)行監(jiān)測(cè),同時(shí),新增地表水水質(zhì)站31處、降水站54處、生態(tài)水文監(jiān)測(cè)站14處、水位站7處、水文站25處和土壤墑情站14處,對(duì)四川省境內(nèi)的陸面水資源進(jìn)行監(jiān)測(cè),新增自動(dòng)氣象站觀測(cè)站點(diǎn)18處、水文站7處和土壤墑情觀測(cè)站7處,對(duì)壩址以上集水區(qū)的陸面水資源進(jìn)行立體監(jiān)測(cè),形成空基—地基一體化的水資源監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),為工程建設(shè)與運(yùn)行調(diào)度、區(qū)域生態(tài)保護(hù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供支撐。

3．8工程概貌整修及恢復(fù)： 用兩合土填筑工程頂部要與防沖沿取平， 填筑土方要碾壓或夯實(shí)，使工程頂面平整、美 觀(如堤頂和工程面上的碎石渣要清理干凈， 大堤兩邊的邊埂、土牛等附屬工程要恢復(fù))。 把各工程面上的草植上，防止雨水對(duì)工程的毀 壞。 4效益分析 解放前沁河曾在此段決口7次，此地段的 口黃河簡訊 堤基由于常年靠河，工程嚴(yán)重老化，有滲流破 壞的危險(xiǎn)，加之下游有石荊橋阻水。因此在防 汛抗洪中，此段為防汛重中之重，一旦決vi， 將嚴(yán)重影響南北交通并危及華北平原的河南、 河北、山東等省33000km內(nèi)的人民生命財(cái)產(chǎn) 的安全。小董險(xiǎn)工改建工程的修建不但緩解小 董險(xiǎn)工在汛期問出險(xiǎn)的危險(xiǎn)性，而且對(duì)沁河下 游安全渡汛奠定了有利基礎(chǔ)。 南水北調(diào)西線工程 ——彌補(bǔ)黃河水資源嚴(yán)重不足的戰(zhàn)略舉措 水利部黃河水利委員會(huì)主任

以道孚、綽斯甲、足木足和蘭州水文站1960~2000年的同步天然年徑流量系列為基礎(chǔ),應(yīng)用copula方法構(gòu)造了南水北調(diào)西線一期工程調(diào)水區(qū)徑流與黃河上游來水之間的聯(lián)合分布,具體分析了調(diào)水區(qū)徑流與黃河上游來水的豐枯遭遇頻率。結(jié)果表明:由西向東依次按鮮水河、綽斯甲河、足木足河的順序,調(diào)水河流與黃河上游豐枯同步(異步)的頻率在遞增(遞減),到了足木足河,其豐枯同步的頻率已大于豐枯異步的頻率;有利于調(diào)水到黃河的頻率在遞減,但仍保持在30%以上,略大于南水北調(diào)中線工程的利于調(diào)水頻率;且調(diào)水區(qū)徑流與黃河上游來水同枯的頻率維持在26%以下,這些對(duì)于南水北調(diào)西線一期工程的實(shí)施都是有利的。

針對(duì)南水北調(diào)西線工程水源區(qū)水文循環(huán)模擬,對(duì)流域降水空間插值方法進(jìn)行了研究。針對(duì)西線工程水源區(qū)地形及降水監(jiān)測(cè)臺(tái)站分布特點(diǎn),計(jì)算了海拔、經(jīng)度、緯度、坡度、ndvi值等地理信息與月降水量的相關(guān)關(guān)系,相關(guān)性依次為海拔>經(jīng)度、緯度>ndvi值>坡度。分析發(fā)現(xiàn)海拔、經(jīng)度、緯度與降水的關(guān)系反映出水源區(qū)降水西北少東南多的整體趨勢(shì),只有ndvi值對(duì)局地降水有較強(qiáng)指示作用。因此,提出了基于ndvi值的梯度距離平方反比法。該方法計(jì)算結(jié)果在水量平衡方面與全國水資源規(guī)劃成果誤差不大,在降水空間格局方面基本反映了山區(qū)降水特征,說明方法比較可靠。

該項(xiàng)目研究以南水北調(diào)西線工程水源區(qū)為研究區(qū)域,在"自然-人工"二元水循環(huán)演變理論指導(dǎo)下,提出"天地一體化"立體水資源監(jiān)測(cè)方案,并構(gòu)建物理機(jī)制統(tǒng)一的區(qū)域水循環(huán)氣-陸耦合模型,實(shí)現(xiàn)水循環(huán)的大氣過程、地表過程、土壤過程和地下過程的整體模擬和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);以此為支撐,構(gòu)建基于"氣-陸"耦合模式的水資源評(píng)價(jià)技術(shù),以大氣水汽通量評(píng)價(jià)為基礎(chǔ),進(jìn)行全口徑、層次化、動(dòng)態(tài)水資源評(píng)價(jià)。

利用南水北調(diào)西線水源區(qū)內(nèi)78個(gè)站點(diǎn)1956~2001年降水資料,運(yùn)用mann-kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法、相關(guān)分析等方法,分析了降水的時(shí)空變化特征。結(jié)果顯示:水源區(qū)多年平均降水在空間分布特征與大地形相關(guān),青藏高原東部降水少,都在1000mm以下;四川盆地西部降水一般在1000mm以上,個(gè)別站點(diǎn)多年平均降水近2000mm;云貴高原西北部降水多在1000mm附近。降水年際變化總體不顯著。降水年內(nèi)分配一致性較好,大部分站點(diǎn)以夏秋季為主要降水時(shí)間,夏秋兩季降水占年降水量的76%~91%。78個(gè)站點(diǎn)中,年降水量增加的有55個(gè),減少的有23個(gè),通過α=0.01顯著水平檢驗(yàn)的站點(diǎn)占總數(shù)的27%,總體上,降水變化趨勢(shì)不明顯。從大范圍看,降水隨海拔升高而減少;但從局地地形變化劇烈的山區(qū)看,降水量隨海拔高度增加而增加的現(xiàn)象十分明顯。

“在山西黎城縣，考察隊(duì)員周宇下去拍攝一個(gè)剛建成的城市水景觀，水面泛起的惡臭熏得他當(dāng)場(chǎng)就吐起來?！睏钣轮钢掌f。照片中的水景觀造型很漂亮，可惜里面是一潭污黑死水，周圍行人寥寥。“人們沒事根本就不愿到這里來。”

通過對(duì)南水北調(diào)西線工程區(qū)的區(qū)域地質(zhì)背景的回顧,運(yùn)用辯證的觀點(diǎn),初步分析了西線工程區(qū)工程地質(zhì)的辯證特征:①地層簡單,構(gòu)造復(fù)雜;②總體構(gòu)造復(fù)雜,局部相對(duì)簡單;③總體活動(dòng)強(qiáng)烈,局部相對(duì)穩(wěn)定;④巖體類型多樣,巖石強(qiáng)度差異性大;⑤巖性單一,巖石厚度巨大;⑥總體植被良好,外動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)育;⑦塊石料豐富,土料、礫石料缺乏;⑧復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造客觀上不可回避,主觀上可利用。認(rèn)為在相對(duì)不利的總體地質(zhì)特征背景下,可以尋找出有利的建設(shè)場(chǎng)地,滿足工程建設(shè)的需要。

南水北調(diào)西線一期工程在構(gòu)造上位于青藏高原東部的巴顏喀拉地塊內(nèi)部,塊體的四周邊界以巨型走滑斷裂和逆斷裂為特征,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)非常強(qiáng)烈,是塊體運(yùn)動(dòng)引發(fā)應(yīng)力集中和釋放能量的主要場(chǎng)所。但塊體內(nèi)部構(gòu)造活動(dòng)性較弱,僅發(fā)現(xiàn)甘德—阿壩斷裂系北支斷裂在阿壩盆地段的部分?jǐn)嗔?、色達(dá)—洛若斷裂和康勒斷裂等晚更新世以來有過活動(dòng),且規(guī)模和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于地塊邊界斷裂。晚第四紀(jì)以來地塊邊界斷裂的位移速率大多在7mm/a以上,最大達(dá)18mm/a,最小為1～2mm/a,而輸水隧洞附近最主要的活斷層順河斷裂的位移速率僅為0.18mm/a,相對(duì)地塊邊界斷裂小1～2個(gè)數(shù)量級(jí),可以認(rèn)為工程場(chǎng)地處于構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的地區(qū)。給出了阿壩盆地北緣斷裂、順河斷裂等活斷裂在工程使用期內(nèi)最大設(shè)防的傾滑位移量,分別為0.67和2.62m。

南水北調(diào)西線工程地處青藏高原東部,地質(zhì)條件復(fù)雜,新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,崩塌、滑坡、泥石流等山地災(zāi)害較為發(fā)育.分析了工程區(qū)主要山地災(zāi)害的發(fā)生機(jī)制及其影響因素,深入研究了山地災(zāi)害存在和活動(dòng)的時(shí)空分布規(guī)律.研究表明,泥石流的活動(dòng)具有很強(qiáng)的季節(jié)性,崩塌、滑坡的發(fā)生也具有季節(jié)性,隨著人類工程活動(dòng)加劇,崩塌、滑坡發(fā)生的頻度會(huì)更高,危害更大;在區(qū)域上,達(dá)曲、杜柯河崩塌、泥石流最為發(fā)育,其次是泥曲;杜柯河、瑪柯河滑坡最為發(fā)育.西線工程的建設(shè)可能誘發(fā)新的山地災(zāi)害,影響工程的正常運(yùn)行.了解并掌握山地災(zāi)害的誘因及分布規(guī)律有助于采取相應(yīng)的防范措施,減少人為山地災(zāi)害的發(fā)生,降低山地災(zāi)害造成的損失.

從20世紀(jì)50年代開始,我國水利工作者對(duì)南水北調(diào)工程進(jìn)行研究,到目前為止,逐漸形成了東、中、西三條規(guī)劃線路,并與長江、淮河、黃河、海河四大流域相互聯(lián)結(jié),構(gòu)成我國水資源開發(fā)、配置、利用"四橫三縱"的總體戰(zhàn)略格局.

通過對(duì)水力發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益的探討,分析了利用最優(yōu)等效替代工程年折算費(fèi)用法計(jì)算水力發(fā)電效益價(jià)值量的過程,并給出了水力發(fā)電效益價(jià)值量主要指標(biāo)及其中的某些影子價(jià)格的計(jì)算原理及計(jì)算方法.利用以上原理、方法及參數(shù)對(duì)雅礱江調(diào)水4.5×109m3發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了綜合分析與評(píng)價(jià)

南水北調(diào)西線工程是對(duì)我國大自然最大的改造工程,有三大挑戰(zhàn)性的問題:對(duì)自然規(guī)律的挑戰(zhàn)、對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的挑戰(zhàn)、對(duì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的挑戰(zhàn)。對(duì)自然的改造和索取不是無止境的,南水北調(diào)西線工程不能搞“只爭(zhēng)朝夕,”而應(yīng)“慎之又慎,”要形成應(yīng)對(duì)三大挑戰(zhàn)的戰(zhàn)略規(guī)劃。水資源開發(fā)利用應(yīng)換一種思維,實(shí)現(xiàn)三個(gè)跨越:告別改造、征服自然的幻想,實(shí)現(xiàn)順應(yīng)和尊重自然的跨越;從單一水利部門的規(guī)劃決策向公共規(guī)劃論證體系的跨越;從追求單純的截流調(diào)水到追求國家安全,人與社會(huì)自然環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的跨越。

金沙江、長江上游、雅礱江、大渡河是我國寶貴的水電基地,規(guī)劃69座電站裝機(jī)容量13000萬kw,年發(fā)電量7530億kwh,是我國21世紀(jì)永續(xù)利用的電力能源。而南水北調(diào)西線工程規(guī)劃自四大基地河源調(diào)水190億m3,即將減少保證出力1054.3萬kw、電量1099.3億kwh,分別損失15%、14%。西水北調(diào)分期建設(shè)方案,自雅魯藏布江及怒江調(diào)水近1000億m3,可濟(jì)黃補(bǔ)金。既可向黃河補(bǔ)水500多億m3,又可向金沙江補(bǔ)水近400多億m3。徹底解決黃河流域的缺水問題和增加黃河各梯級(jí)裝機(jī)容量,而不影響四大基地的保證出力與保證電量,又能增加金沙江的下泄流量,確保北方用水,還可增加金沙江和長江上游的裝機(jī)容量。

根據(jù)斷裂構(gòu)造的判讀標(biāo)志,在南水北調(diào)西線工程區(qū)共存在nw,ne,sn和ew向四組斷裂近200條,nw向斷裂為區(qū)域性的斷裂構(gòu)造,控制工程區(qū)地貌、水系等的發(fā)育。其中,有22條斷裂規(guī)模較大,對(duì)輸水線路存在相對(duì)較大的影響。野外考察結(jié)果表明,區(qū)內(nèi)有5條全新世時(shí)期的活動(dòng)斷裂和12條晚更新世時(shí)期的主干和區(qū)域性大斷裂。通過綜合分析發(fā)現(xiàn),5條全新世時(shí)期的活動(dòng)斷裂因?yàn)殡x輸水線路較遠(yuǎn)或未穿越輸水線路,而12條晚更新世時(shí)期的斷裂構(gòu)造則因全新世以來沒有活動(dòng),因而它們對(duì)工程區(qū)的影響總體上還是有限的,工程區(qū)處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域,而區(qū)域構(gòu)造分析的結(jié)果也說明工程區(qū)位于一個(gè)相對(duì)的安全島內(nèi)。

南水北調(diào)西線工程處于相對(duì)穩(wěn)定區(qū),大壩、深埋長隧洞的施工技術(shù)可行;工程效益顯著,經(jīng)濟(jì)上合理,項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為11.8%,經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值為1083.95億元,經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比為1.7。該工程除了可以定量計(jì)算的效益外,更具有重要的社會(huì)、生態(tài)和環(huán)境效益,可促進(jìn)黃河流域和西北地區(qū)乃至北方地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和和生態(tài)環(huán)境良性維持。該工程向黃河增補(bǔ)水資源,可全面緩解黃河水資源供需矛盾,保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境。通過黃河干流各水庫的調(diào)蓄作用,調(diào)水可有效增加黃河干流上水電站的梯級(jí)發(fā)電量。該工程對(duì)受水區(qū)的影響包括:1)供水范圍廣,影響大;2)維持黃河健康生命;3)改善受水區(qū)生態(tài)環(huán)境;4)維持國家生態(tài)安全。該工程對(duì)調(diào)出區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的有利影響包括:1)為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展帶來機(jī)遇;2)促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的升級(jí);3)推動(dòng)當(dāng)?shù)爻鞘谢倪M(jìn)程;4)提高當(dāng)?shù)鼐用竦目茖W(xué)文化素質(zhì)。對(duì)調(diào)出區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不利影響包括:1)對(duì)庫區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生不利影響;2)對(duì)移民安置及宗教設(shè)施處理產(chǎn)生不利影響;3)對(duì)推薦壩址下游的水電資源開發(fā)產(chǎn)生不利影響。