南水北調(diào)西線工程調(diào)水對長江、黃河電能影響的分析與計算

南水北調(diào)西線工程調(diào)水區(qū)是藏族聚居區(qū),以從事農(nóng)牧業(yè)為主的藏族原住民保持著傳統(tǒng)社會特征,具有深厚、獨特的傳統(tǒng)民族文化和宗教信仰。本文分析了西線工程對當?shù)夭孛褡鍌鹘y(tǒng)社會的各種可能影響,特別是因工程建設移民而使藏族農(nóng)村受到的可能影響。

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電站的出力，還會推動青海省東南部經(jīng)濟發(fā)展建設，經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益都會十分明顯。

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(diào)西線工程設計總工程師談英武有些焦慮,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)項目上工作了一輩子的談英武非常清楚年度研究經(jīng)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(diào)西線工程要按計劃開工有些懸了!

南水北調(diào)西線工程兼有供水和治理黃河的重要作用，但面臨的民族文化、生態(tài)環(huán)境和綜合補償?shù)入y題也是前所未有的。在對西線工程影響和面臨的難題分析的基礎上，文章提出了確保規(guī)劃決策的廣泛參與性和實施的規(guī)范性、生態(tài)補償、經(jīng)濟補償和政策補償?shù)恼呓ㄗh。

詳細介紹了南水北調(diào)西線調(diào)水區(qū)早期森林植被狀況及森林植被退化現(xiàn)狀,在進一步調(diào)查研究的基礎上,分析了其退化的主要原因,研究了工程實施后和施工過程中將會產(chǎn)生的一些負面影響,最后分析了調(diào)水對受水區(qū)的有利影響及其對我國西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重大意義,并提出了保護調(diào)水區(qū)森林環(huán)境和植被的建議及措施。

針對目前二維聯(lián)合分布模型不能同時分析多條河流的豐枯遭遇特性,運用四元copula連接函數(shù)構(gòu)造了鮮水河、足木足河、綽斯甲河以及黃河上游蘭州水文站天然徑流系列的四維聯(lián)合分布,研究了南水北調(diào)西線工程水源區(qū)河流與受水區(qū)黃河上游的豐枯遭遇問題。結(jié)果表明,如果不考慮黃河上游蘭州水文站豐與水源區(qū)河流非全枯的組合,則有利于調(diào)水的豐枯遭遇頻率為43.8%;如果把蘭州水文站豐與水源區(qū)河流非全枯的組合考慮進來,有利于調(diào)水的豐枯遭遇頻率可達77.8%,即調(diào)水河流之間能進行補償調(diào)度的概率比較大,這對南水北調(diào)西線工程的實施是非常有利的。

采用快速社會評價法分析了南水北調(diào)西線工程對調(diào)水區(qū)產(chǎn)生的影響與效益,調(diào)水區(qū)社會環(huán)境對西線工程的適應性和可接受程度,以及調(diào)水區(qū)受益的持續(xù)性,總體上認為調(diào)水區(qū)不存在制約西線工程建設的重大因素,西線工程的建設還將有效地改善調(diào)水區(qū)生產(chǎn)、生活條件,促進調(diào)水區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。

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(diào)水對調(diào)水河流地區(qū)的負面影響,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應盡可能避免或減少調(diào)水水庫對當?shù)赝恋氐难蜎]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(diào)水量;④在引水壩址下游臨近河段,有選擇地興建生態(tài)保護工程;⑤國家應采取相應的政策,彌補對調(diào)水河流地區(qū)產(chǎn)生的不利影響等。

從20世紀50年代開始,我國水利工作者對南水北調(diào)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(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.

通過對水力發(fā)電經(jīng)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(shù)對雅礱江調(diào)水4.5×109m3發(fā)電經(jīng)濟效益進行了綜合分析與評價

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,對調(diào)水河流的徑流補給來源進行了初步分析,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的依據(jù)。

西線調(diào)水是否可行,調(diào)水對生態(tài)環(huán)境的影響重大,必須進行系統(tǒng)、深入、科學的研究。能否從西線調(diào)水、能調(diào)多少水,必須在認真深入研究長江源頭大自然的變化趨勢并順應其變化規(guī)律的基礎上做出科學的決策,否則,人類會因調(diào)水破壞自然,影響生態(tài),而最終受到大自然的懲罰。西線工程水源區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)就決定了其地質(zhì)環(huán)境復雜和脆弱,同時難免將使長江上游生態(tài)環(huán)境惡化,寧可采取“保守”一點的態(tài)度,也不要釀成無法挽回和無法彌補的后果。西線調(diào)水是否必要?黃河缺水除了黃河水源的自然減少外。最根本的原因是黃河承載了過多的供水任務。解決黃河缺水的治本之策,是在建立合理的水權(quán)制度和防污節(jié)水機制的前提下,以短缺的水資源為基礎,調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),實施生態(tài)移民,減少水的需求總量,實現(xiàn)黃河水新的供求平衡。

利用30個站的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,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(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.

南水北調(diào)西線工程確定調(diào)水規(guī)模為170億立方米,這么大的調(diào)水量能否達到是個問題。西線工程對西部原始生態(tài)地區(qū)環(huán)境影響很大,不是“利大于弊”。

南水北調(diào)西線工程,是從長江上游引水至黃河上游的跨流域調(diào)水工程。該工程實施后,對青海省受水區(qū)的生態(tài)環(huán)境將產(chǎn)生良好影響。(1)黃河青海段的水資源可增加43.3％—84.4％;(2)改善水環(huán)境,水土流失和土地沙漠化得到控制;(3)提高植被覆蓋率,減少自然災害。

基于復雜適應系統(tǒng)理論,對水資源系統(tǒng)進行分析。以水資源的配置和利用為主線,根據(jù)復雜適應理論的受限生成過程建模要素和步驟,構(gòu)建宏觀經(jīng)濟水資源綜合模型。通過模型框架,將水資源系統(tǒng)中的宏觀經(jīng)濟子系統(tǒng)和水資源子系統(tǒng)相互作用通過內(nèi)生變量聯(lián)接起來,分析南水北調(diào)西線工程對黃河流域受水區(qū)的影響,得到黃河流域二級區(qū)不同配水方案相對于無調(diào)水情況的gdp變化、單方水效益、入海水量和主要斷面流量過程變化等。

南水北調(diào)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(shù)可行;工程效益顯著,經(jīng)濟上合理,項目的經(jīng)濟內(nèi)部收益率為11.8%,經(jīng)濟凈現(xiàn)值為1083.95億元,經(jīng)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(jīng)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(diào)蓄作用,調(diào)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(diào)出區(qū)社會經(jīng)濟的有利影響包括:1)為當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展帶來機遇;2)促進當?shù)亟?jīng)濟結(jié)構(gòu)的升級;3)推動當?shù)爻鞘谢倪M程;4)提高當?shù)鼐用竦目茖W文化素質(zhì)。對調(diào)出區(qū)社會經(jīng)濟的不利影響包括:1)對庫區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)活動產(chǎn)生不利影響;2)對移民安置及宗教設施處理產(chǎn)生不利影響;3)對推薦壩址下游的水電資源開發(fā)產(chǎn)生不利影響。

南水北調(diào)西線工程實施將使雅礱江、大渡河、金沙江下游水量大幅減少,對四川省農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)造成不利影響.由于修筑引水樞紐淹沒農(nóng)地,因此,每年對四川省第一產(chǎn)業(yè)增加值造成的經(jīng)濟損失為0.43億元～0.86億元;同時,減水也會降低四川甘孜、阿壩兩州北部地區(qū)土地產(chǎn)出能力,但不會直接導致第一產(chǎn)業(yè)增加值下降.為此,本文提出了相應的對策建議.

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(nèi)部構(gòu)造活動性較弱,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(shù)量級,可以認為工程場地處于構(gòu)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(nèi)最大設防的傾滑位移量,分別為0.67和2.62m。

應用重構(gòu)相空間技術(shù)和混沌理論對月徑流時間序列的特性進行了分析。以南水北調(diào)西線工程調(diào)水區(qū)主要河流附近的甘孜、朱巴等4個水文站月徑流時間序列為對象,研究了嵌入相空間維數(shù)和關(guān)聯(lián)維數(shù)之間的變化關(guān)系,得到了飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)和最小嵌入維數(shù),結(jié)果表明:當最小嵌入維數(shù)超過6時,關(guān)聯(lián)維數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定,即達到飽和,得到飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)在1.1～1.5之間,說明這些月徑流序列可能具有混沌特性,這一研究結(jié)果為利用混沌理論來建立徑流的預測模型提供了較為科學的依據(jù)。

對巖爆問題進行了探討,詳細分析了工程區(qū)各種因素對巖爆的影響,對巖爆區(qū)的臨界埋深進行了預測,并從改善預應力條件、預注水、加固圍巖等方面提出了有關(guān)巖爆的防治措施,以減少巖爆的發(fā)生概率。