南水北調西線工程水源區(qū)河流與黃河的豐枯遭遇分析

選取南水北調西線一期工程下游的朱倭、朱巴、綽斯甲和足木足4個水文站(1960-1996年)的徑流資料及其同期的降水、氣溫等數據,采用灰色關聯分析方法,對調水河流的徑流補給來源進行了初步分析,結果表明:4站的徑流均與年降水量或4～6月降水量的關聯度最高,說明徑流的補給來源主要是降雨量,這一初步分析結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的依據。

南水北調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)境及確保工農業(yè)牧業(yè)發(fā)展的工程。它不僅會使龍羊峽多年調節(jié)的大型水庫充分發(fā)揮調節(jié)作用，提高黃河干流上各級電站的出力，還會推動青海省東南部經濟發(fā)展建設，經濟效益、社會效益和生態(tài)效益都會十分明顯。

南水北調西線工程是調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干旱、半干旱西北地區(qū)補充水源。以科學發(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),科學評價、正確認識調水對調水河流地區(qū)的負面影響,從而提出調水河流地區(qū)與受水區(qū)生態(tài)良性循環(huán)的思考:①應盡可能避免或減少調水水庫對當地土地的淹沒和移民安置;②在工程設計中宜重點研究全隧洞輸水方案;③統(tǒng)籌安排第一、二期工程調水量;④在引水壩址下游臨近河段,有選擇地興建生態(tài)保護工程;⑤國家應采取相應的政策,彌補對調水河流地區(qū)產生的不利影響等。

利用30個站的1965—2000年日降水資料,分析了南水北調西線工程區(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,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,或中心變動不大,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)相對應.1965年、1984年、1992年過程降水偏弱,1981年、1989年、1999年過程降水偏強.

74歲的黃河水利委員會勘測規(guī)劃設計研究院(以下簡稱"黃委會規(guī)劃設計院")原副院長,南水北調西線工程設計總工程師談英武有些焦慮,盡管他已經退休.2009年度南水北調工程5000萬元的研究經費一直沒有下發(fā),相關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.在南水北調項目上工作了一輩子的談英武非常清楚年度研究經費暫停的可怕.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責?

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

隨著全球變化和人類活動影響的加劇,以及水資源演變的"自然—人工"二元驅動特性凸現,傳統(tǒng)的水資源監(jiān)測難以滿足現代水資源開發(fā)、管理與保護的需求,針對西線工程水源區(qū)現有水資源觀測站網存在的地基站點稀疏、布局不盡合理、監(jiān)測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、經濟性五大監(jiān)測站網優(yōu)化原則。以氣象與水文監(jiān)測發(fā)展規(guī)劃,行業(yè)規(guī)劃與標準,水文、氣象及生態(tài)監(jiān)測研究新成果為優(yōu)化依據,以gps水汽觀測、aws自動氣象站觀測網、風廓線儀、邊界層鐵塔、探空觀測以及多普勒雷達系統(tǒng)等現代化觀測手段對區(qū)域空中水資源進行監(jiān)測,同時,新增地表水水質站31處、降水站54處、生態(tài)水文監(jiān)測站14處、水位站7處、水文站25處和土壤墑情站14處,對四川省境內的陸面水資源進行監(jiān)測,新增自動氣象站觀測站點18處、水文站7處和土壤墑情觀測站7處,對壩址以上集水區(qū)的陸面水資源進行立體監(jiān)測,形成空基—地基一體化的水資源監(jiān)測網絡系統(tǒng),為工程建設與運行調度、區(qū)域生態(tài)保護、經濟社會發(fā)展提供支撐。

3．8工程概貌整修及恢復： 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，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)。 把各工程面上的草植上，防止雨水對工程的毀 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，工程嚴重老化，有滲流破 壞的危險，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內的人民生命財產 的安全。小董險工改建工程的修建不但緩解小 董險工在汛期問出險的危險性，而且對沁河下 游安全渡汛奠定了有利基礎。 南水北調西線工程 ——彌補黃河水資源嚴重不足的戰(zhàn)略舉措 水利部黃河水利委員會主任

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,應用copula方法構造了南水北調西線一期工程調水區(qū)徑流與黃河上游來水之間的聯合分布,具體分析了調水區(qū)徑流與黃河上游來水的豐枯遭遇頻率。結果表明: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,略大于南水北調中線工程的利于調水頻率;且調水區(qū)徑流與黃河上游來水同枯的頻率維持在26%以下,這些對于南水北調西線一期工程的實施都是有利的。

針對南水北調西線工程水源區(qū)水文循環(huán)模擬,對流域降水空間插值方法進行了研究。針對西線工程水源區(qū)地形及降水監(jiān)測臺站分布特點,計算了海拔、經度、緯度、坡度、ndvi值等地理信息與月降水量的相關關系,相關性依次為海拔>經度、緯度>ndvi值>坡度。分析發(fā)現海拔、經度、緯度與降水的關系反映出水源區(qū)降水西北少東南多的整體趨勢,只有ndvi值對局地降水有較強指示作用。因此,提出了基于ndvi值的梯度距離平方反比法。該方法計算結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。

該項目研究以南水北調西線工程水源區(qū)為研究區(qū)域,在"自然-人工"二元水循環(huán)演變理論指導下,提出"天地一體化"立體水資源監(jiān)測方案,并構建物理機制統(tǒng)一的區(qū)域水循環(huán)氣-陸耦合模型,實現水循環(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態(tài)監(jiān)測;以此為支撐,構建基于"氣-陸"耦合模式的水資源評價技術,以大氣水汽通量評價為基礎,進行全口徑、層次化、動態(tài)水資源評價。

利用南水北調西線水源區(qū)內78個站點1956~2001年降水資料,運用mann-kendall秩次相關檢驗法、相關分析等方法,分析了降水的時空變化特征。結果顯示:水源區(qū)多年平均降水在空間分布特征與大地形相關,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,個別站點多年平均降水近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。降水年內分配一致性較好,大部分站點以夏秋季為主要降水時間,夏秋兩季降水占年降水量的76%~91%。78個站點中,年降水量增加的有55個,減少的有23個,通過α=0.01顯著水平檢驗的站點占總數的27%,總體上,降水變化趨勢不明顯。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象十分明顯。

“在山西黎城縣，考察隊員周宇下去拍攝一個剛建成的城市水景觀，水面泛起的惡臭熏得他當場就吐起來?！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?！叭藗儧]事根本就不愿到這里來。”

通過對南水北調西線工程區(qū)的區(qū)域地質背景的回顧,運用辯證的觀點,初步分析了西線工程區(qū)工程地質的辯證特征:①地層簡單,構造復雜;②總體構造復雜,局部相對簡單;③總體活動強烈,局部相對穩(wěn)定;④巖體類型多樣,巖石強度差異性大;⑤巖性單一,巖石厚度巨大;⑥總體植被良好,外動力現象發(fā)育;⑦塊石料豐富,土料、礫石料缺乏;⑧復雜的地質構造客觀上不可回避,主觀上可利用。認為在相對不利的總體地質特征背景下,可以尋找出有利的建設場地,滿足工程建設的需要。

南水北調西線一期工程在構造上位于青藏高原東部的巴顏喀拉地塊內部,塊體的四周邊界以巨型走滑斷裂和逆斷裂為特征,構造運動非常強烈,是塊體運動引發(fā)應力集中和釋放能量的主要場所。但塊體內部構造活動性較弱,僅發(fā)現甘德—阿壩斷裂系北支斷裂在阿壩盆地段的部分斷裂、色達—洛若斷裂和康勒斷裂等晚更新世以來有過活動,且規(guī)模和運動強度遠小于地塊邊界斷裂。晚第四紀以來地塊邊界斷裂的位移速率大多在7mm/a以上,最大達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,相對地塊邊界斷裂小1～2個數量級,可以認為工程場地處于構造相對穩(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最大設防的傾滑位移量,分別為0.67和2.62m。

南水北調西線工程地處青藏高原東部,地質條件復雜,新構造活動強烈,崩塌、滑坡、泥石流等山地災害較為發(fā)育.分析了工程區(qū)主要山地災害的發(fā)生機制及其影響因素,深入研究了山地災害存在和活動的時空分布規(guī)律.研究表明,泥石流的活動具有很強的季節(jié)性,崩塌、滑坡的發(fā)生也具有季節(jié)性,隨著人類工程活動加劇,崩塌、滑坡發(fā)生的頻度會更高,危害更大;在區(qū)域上,達曲、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.西線工程的建設可能誘發(fā)新的山地災害,影響工程的正常運行.了解并掌握山地災害的誘因及分布規(guī)律有助于采取相應的防范措施,減少人為山地災害的發(fā)生,降低山地災害造成的損失.

從20世紀50年代開始,我國水利工作者對南水北調工程進行研究,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結,構成我國水資源開發(fā)、配置、利用"四橫三縱"的總體戰(zhàn)略格局.

通過對水力發(fā)電經濟效益的探討,分析了利用最優(yōu)等效替代工程年折算費用法計算水力發(fā)電效益價值量的過程,并給出了水力發(fā)電效益價值量主要指標及其中的某些影子價格的計算原理及計算方法.利用以上原理、方法及參數對雅礱江調水4.5×109m3發(fā)電經濟效益進行了綜合分析與評價

根據斷裂構造的判讀標志,在南水北調西線工程區(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,對輸水線路存在相對較大的影響。野外考察結果表明,區(qū)內有5條全新世時期的活動斷裂和12條晚更新世時期的主干和區(qū)域性大斷裂。通過綜合分析發(fā)現,5條全新世時期的活動斷裂因為離輸水線路較遠或未穿越輸水線路,而12條晚更新世時期的斷裂構造則因全新世以來沒有活動,因而它們對工程區(qū)的影響總體上還是有限的,工程區(qū)處于一個相對穩(wěn)定的區(qū)域,而區(qū)域構造分析的結果也說明工程區(qū)位于一個相對的安全島內。

南水北調西線工程處于相對穩(wěn)定區(qū),大壩、深埋長隧洞的施工技術可行;工程效益顯著,經濟上合理,項目的經濟內部收益率為11.8%,經濟凈現值為1083.95億元,經濟效益費用比為1.7。該工程除了可以定量計算的效益外,更具有重要的社會、生態(tài)和環(huán)境效益,可促進黃河流域和西北地區(qū)乃至北方地區(qū)經濟社會可持續(xù)發(fā)展和和生態(tài)環(huán)境良性維持。該工程向黃河增補水資源,可全面緩解黃河水資源供需矛盾,保護和改善生態(tài)環(huán)境。通過黃河干流各水庫的調蓄作用,調水可有效增加黃河干流上水電站的梯級發(fā)電量。該工程對受水區(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。該工程對調出區(qū)社會經濟的有利影響包括:1)為當地經濟發(fā)展帶來機遇;2)促進當地經濟結構的升級;3)推動當地城市化的進程;4)提高當地居民的科學文化素質。對調出區(qū)社會經濟的不利影響包括:1)對庫區(qū)農牧業(yè)生產活動產生不利影響;2)對移民安置及宗教設施處理產生不利影響;3)對推薦壩址下游的水電資源開發(fā)產生不利影響。

在分析深埋隧洞巖爆破壞機制和地應力條件的同時,詳細論述了南水北調西線工程主要引水線路區(qū)的現代構造應力場特征及主應力的大小、相互關系;根據地應力、巖性等特征初步評價主要引水線路區(qū)隧洞圍巖發(fā)生巖爆的可能性

黃河流域地處我國北方干旱和半干旱地區(qū),水資源貧乏,人均占有水資源僅為全國平均水平的1/3,森林覆蓋率僅為6%,是全國平均水平的50%。水土流失嚴重,中上游土壤侵蝕模數一般在5000t/(km2.a)以上。黃河含砂量居世界之最,多年平均含砂量達33kg/m3,由于水資源量的逐年減少和需求量的逐年增大,引起了土地沙漠化,沙塵暴以及黃河水質惡化等一系列環(huán)境問題。南水北調西線工程擬從水量充沛的長江、瀾滄江、怒江流域調部分水量進入黃河,總調水量170億m3。其中用于農、林、牧業(yè)方面的灌溉水量占總調水量的55%,可以有效地增加植被和控制水土流失,遏制土壤沙漠化;能夠緩解黃河水資源的供需矛盾,改善黃河水質;同時還可以增加黃河下游河道的沖刷長度,減少泥沙淤積,有利于黃河下游河道的穩(wěn)定性。