南水北調西線工程調水方案研究

2001年，水利部布置開展西線第一期工程項目建議書編制；2005年，將第一、二期工程水源合并后仍作為第一期工程,開展項目建議書編制；2008年年底，完成南水北調第一期項目建議書總報告及專題報告；2009年，通過黃委預審；2013年12月，完成了西線第一期工程項目建議書修改補充。

南水北調西線第一期工程采用自流方式,從雅礱江干支流調水56億立方米、大渡河支流調水24億立方米,總調水規(guī)模80億立方米。供水范圍為黃河上中游青、甘、寧、內蒙古、陜、晉6個省（區(qū)）,供水任務主要為：增加黃河水資源量,緩解黃河流域水資源緊缺狀況,支撐經濟社會的可持續(xù)發(fā)展;遏制黃河上游部分地區(qū)和鄰近的河西內陸河地區(qū)生態(tài)環(huán)境嚴重退化的趨勢;補充黃河河道內生態(tài)用水,改善黃河河道基本功能。根據(jù)調入水量配置方案,河道外配置水量60億立方米,受水區(qū)主要包括14座重要城市,寧東、鄂爾多斯、陜北、離柳孝汾等能源基地,黑山峽生態(tài)建設區(qū)和石羊河流域;河道內配置20億立方米水量,主要用于補充部分被經濟社會用水擠占的生態(tài)水量。

調水工程由7座水源水庫、9段共14條明流洞、9座渡槽和3座橋式倒虹吸組成。輸水線路全長325.6千米,其中隧洞段總長321.1千米,隧洞最長段72.4千米,最大埋深1150米;7座水源水庫總庫容62億立方米,壩高30米至194 米;總裝機容量約23萬千瓦,年發(fā)電量12億千瓦·時。

第一期工程位于巴顏喀拉褶皺帶,其屬于穩(wěn)定型地殼結構,輸水隧洞和壩址大部分位于地震活動水平相對較低的區(qū)域。7座水源水庫淹沒土地面積134.9 平方千米,淹沒影響人口1.58萬人,淹沒寺廟7座（其中省級、州級文物保護單位各1座）,影響寺廟9座。各調水斷面下泄的生態(tài)水量為斷面徑流量的28.8%～39.0%。按照2020年第一季度價格水平,第一期工程靜態(tài)投資1601億元,調水到黃河單方水投資20.0元。

2008年1月,為集中力量加快南水北調東、中線工程及配套工程建設,西線工程暫停項目論證。

2009至2011年,在繼續(xù)深化雅礱江及其2條支流、大渡河4條支流調水第一期工程論證的同時,結合西線工程前期工作的新形勢、新要求,黃河設計院自籌資金,在更大范圍內對調水到黃河的各種可能的調水方案進行了進一步梳理和分析。為減少調水的影響,研究了瀾滄江向西線調水河流生態(tài)補源的方案。

2012至2019年,針對原一期項目建議書中調水比例偏高、生態(tài)制約性強、對宗教設施影響大及移民征地等問題,黃河設計院和中國國際工程咨詢公司聯(lián)合開展了南水北調西線江河連通方案研究。初擬了雅魯藏布江、怒江、瀾滄江、金沙江、雅礱江、大渡河等六江（河）自流調水450億立方米的調水線路。調水主要發(fā)展高效生態(tài)農業(yè)及建設新型城市群,打造西北及黃河流域生態(tài)經濟帶。前期先實施總體規(guī)劃年調水170億立方米入黃河支流洮河（該方案在規(guī)劃方案比選中稱為下線方案,詳見規(guī)劃方案比選論證階段）,后續(xù)可進一步延伸到從雅魯藏布江、怒江、瀾滄江等國際河流調水,見圖3,總體調水規(guī)模可達450億立方米。后續(xù)水源將大大提高西北地區(qū)的水資源保障能力,支持“一帶一路”建設,打造黃河—河西—新疆現(xiàn)代絲綢之路生態(tài)經濟走廊,保障少數(shù)民族地區(qū)及邊疆地區(qū)的發(fā)展、穩(wěn)定與安全等。

圖3 南水北調西線江河連通線路示意

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規(guī)劃方案比選論證階段

2016年9月,國家發(fā)展改革委向國務院上報了《國家發(fā)展改革委關于南水北調西線工程有關問題的報告》,提出下一步需對西線工程進行全面、深入、系統(tǒng)的科學研究和方案論證。2018年5月,水利部下發(fā)了《南水北調西線工程規(guī)劃方案比選論證》任務書,2020年，黃委按任務書全面完成工作,水利部以水規(guī)計〔2020〕282號文上報國家發(fā)展改革委。

該階段,黃委聯(lián)合長江勘測規(guī)劃設計研究院、中咨工程有限公司、中國水利水電科學研究院等單位及高校參與論證工作。結合新形勢、新戰(zhàn)略,規(guī)劃方案比選論證全面深化，分析了黃河流域節(jié)水潛力、供需形勢及調水必要性;客觀分析了小江調水方案、東中線擴大調水規(guī)模方案，以及南水北調西線工程等解決黃河缺水問題的調水方案;基于調水區(qū)生態(tài)環(huán)境研究,按照生態(tài)優(yōu)先、生態(tài)保護的理念,對西線工程原規(guī)劃方案及一期工程項目建議書成果進行了深入研究。在此基礎上,吸收南水北調西線江河連通方案成果,進一步研究了調水斷面下移方案,提出從金沙江葉巴灘、雅礱江兩河口、大渡河雙江口調水到洮河的下移線路方案,進而對西線總體規(guī)劃調水170億立方米方案和一期工程調水80億立方米方案進行了多方案比選,推薦采用上下線結合的規(guī)劃方案,其中一期工程方案從上線雅礱江、大渡河干支流調水40億立方米入黃河干流賈曲河口,從下線大渡河雙江口調水40億立方米入洮河。

南水北調西線近70年艱辛研究,是一個隨著國家經濟社會發(fā)展、科技進步和國力增長逐步前進的過程,是對受水區(qū)、調水區(qū)及工程區(qū)經濟、社會、環(huán)境、文化等認識不斷深化的過程,更是一個在對調水工程所涉及的區(qū)域共同發(fā)展、科學發(fā)展、持續(xù)發(fā)展深入研究的基礎上,從國家和民族永續(xù)發(fā)展的高度,立足現(xiàn)實需求、突出重點和技術經濟可行性,突出科學性、可操作性的規(guī)劃過程。

原規(guī)劃方案深化研究

根據(jù)新形勢的要求審視原規(guī)劃方案，可知其主要存在調水比例偏高、對生態(tài)環(huán)境影響大的問題。本次研究體現(xiàn)了長江大保護、生態(tài)保護優(yōu)先等新理念,復核了各調水壩址壩下生態(tài)需水量,并調整了各壩址調水比例,取消了大渡河支流色曲調水方案。將原項目建議書第一期工程調水規(guī)模由80億立方米調整為40億立方米,各壩址調水比例為33.7%～37.3%,工程線路基本維持不變。

原規(guī)劃方案從通天河干流側仿壩址調水80億立方米。側仿壩址位于青海三江源國家級自然保護區(qū)——通天河沿保護分區(qū)核心區(qū)和緩沖區(qū)的交界處,建壩后,回水將淹沒自然保護區(qū)面積65.7平方千米。因此,側仿壩址已不具備調水條件,為減小水庫淹沒對生態(tài)環(huán)境的影響,將金沙江調水斷面下移到崗托壩址并采用抽水方式引水,初擬崗托調水量為40億立方米。

原規(guī)劃線路方案調整后,調水量為80億立方米,總體調水比例為32.3%,由崗托抽水和雅礱江、大渡河干支流聯(lián)合調水組成,稱為上線方案。

優(yōu)化方案由兩條調水線路組成:一條為雅礱江、大渡河干支流聯(lián)合調水40億立方米,線路穿越雅礱江、大渡河與黃河之間的分水嶺,在賈曲河口入黃河,采用單洞輸水,線路總長325.7千米,其中隧洞長321.1千米,最長隧洞位于泥曲—杜柯河段,長72.4千米,隧洞最大埋深1150米、平均埋深約500米。另一條是金沙江崗托調水40億立方米線路，擬從崗托庫區(qū)通過泵站提水,以明流洞引水到雅礱江的熱巴水庫下游,穿過雅礱江后,與雅礱江、大渡河聯(lián)合自流調水40億立方米方案線路平行布置,最后進入黃河賈曲河口,輸水線路總長420千米，采用單洞輸水,隧洞最大埋深1500米、平均埋深約560米,隧洞最長自然段90.8千米。

調水斷面下移方案研究

西線工程原規(guī)劃線路方案優(yōu)化調整后調水量為80億立方米,不能滿足規(guī)劃調水量170億立方米的要求,為此,研究了將調水斷面下移的線路方案（原南水北調西線江河連通方案中的一部分）。

下移方案結合調水河流和調水河段的規(guī)劃水電梯級水庫,共研究包括金沙江干流、雅礱江、大渡河干支流等的18個壩址。結合調水河流各壩址可調水量條件,綜合提出6個調水170億立方米自流方案、自流+抽水結合方案,經綜合比選推薦斷面下移方案為:金沙江葉巴灘—雅礱江兩河口—大渡河雙江口—洮河自流調水方案,也稱下線方案。下線方案在原規(guī)劃方案基礎上下移了250千米至400千米,高程由3500米左右降至2500米左右,下降約1000米。

下線方案分別從葉巴灘、兩河口及雙江口調水70億立方米、60億立方米、40億立方米,入洮河后進入黃河劉家峽水庫,線路長度分別為846.8千米、618.5千米、413.5千米,總引水線路長1959.5 千米,總調水量為170億立方米,線路方案見圖4。

圖4 調水斷面下移方案示意

雙江口水電站為在建工程,正常蓄水位2500米,死水位2420米,為礫石土心墻堆石壩,最大壩高314米,調節(jié)庫容19.17億立方米,死庫容8.15億立方米,裝機200萬千瓦,靜態(tài)投資約283億元。該電站于2015年由國家發(fā)展改革委核準,2015年開工,計劃2022年建成發(fā)電,建設單位為國電大渡河流域水電開發(fā)公司。

兩河口水電站為在建工程,正常蓄水位2865米,死水位2785米,為礫石土心墻堆石壩,最大壩高295米,調節(jié)庫容65.6億立方米,死庫容35.94億立方米,裝機300萬千瓦,靜態(tài)投資約693億元。該電站于2014年由國家發(fā)展改革委核準,2014年開工,2015年截流,預計2023年完工,建設單位為雅礱江流域水電開發(fā)有限公司。

葉巴灘水電站為在建工程,水庫正常蓄水位2889米,死水位2855 米,壩高217米,為混凝土雙曲拱壩,調節(jié)庫容5.37億立方米,死庫容5.43億立方米,裝機2240兆瓦,靜態(tài)投資約258億元。該電站于2016年由國家發(fā)展改革委核準,2017年開工,2019年截流,預計2027年完工,建設單位為華電金沙江上游水電開發(fā)有限公司。

規(guī)劃調水方案總體布局

在上下線方案基礎上,提出3個總調水量170億立方米的總體布局方案:方案一,上線調水80億立方米+下線調水90億立方米;方案二,上線調水40億立方米+下線調水130億立方米;方案三,下線調水170億立方米。上述各方案中除金沙江崗托水庫為抽水引水外,其他均為自流引水。

3個布局方案均不存在技術上的重大制約因素,均滿足壩下生態(tài)需水量要求,均能滿足調水170億立方米規(guī)模。方案二略占優(yōu)勢,上線避開了方案一抽水問題,又利用了下線3個在建水庫,調水比例小,后續(xù)水源充足,工程布局簡單,主要是3條輸水隧洞。而上線調水40億立方米水源水庫及線路前期工作基礎扎實,為原規(guī)劃及項目建議書推薦線路。因此,該階段推薦方案二為南水北調西線工程規(guī)劃方案,即上線40億立方米+下線130億立方米方案,見圖5。

圖5 南水北調西線工程規(guī)劃總體布局方案示意

第一期工程調水方案比選論證

結合黃河上游地區(qū)缺水情況,針對西線一期工程調水80億立方米擬定了3個方案（見圖6）:方案1,上線方案,雅礱江、大渡河聯(lián)合調水40億立方米+金沙江崗托水庫抽水40億立方米;方案2,上下線組合方案,上線雅礱江、大渡河聯(lián)合調水40億立方米+下線大渡河雙江口水庫調水40億立方米;方案3,下線方案，雅礱江兩河口調水40億立方米+大渡河雙江口調水40億立方米。

圖6 南水北調西線一期工程規(guī)劃方案示意

西線調水區(qū)水資源豐沛,水資源開發(fā)利用程度較低,可調水量潛力大。根據(jù)現(xiàn)階段的研究成果,一期工程調水規(guī)模80億立方米,上線方案、下線方案、上下線組合方案均可作為調水線路比選方案。經綜合比選,推薦方案2為西線一期工程調水方案。該方案調水壩址共7座,大渡河總體調水比例為33%,雅礱江的調水比例為34%。該方案由2條輸水線路組成:上線雅礱江、大渡河干支流聯(lián)合調水40億立方米到賈曲河口,線路總長325.7千米,由9段隧洞+8座交叉建筑物組成,其中，隧洞段總長321.1千米,最長隧洞段72.4千米,隧洞最大埋深1150米、平均埋深500米;下線大渡河雙江口水庫調水40億立方米入洮河,線路總長413.5千米,由5段明流輸水隧洞+4座交叉建筑物組成,其中隧洞段長410.3千米,隧洞最長自然分段131.3千米,隧洞最大埋深2200米、平均埋深1100米。該方案上線水源水庫淹沒影響寺院16座,其中直接淹沒5座,淹沒影響人口1.4萬人;下線雙江口為在建水庫,移民淹沒問題已解決。匡算工程靜態(tài)總投資2566.73億元,單方水投資32.08元。

結語

南水北調西線工程前期工作已持續(xù)近70年,開展了大量野外勘查、地質勘探、線路比選和建筑物設計等工作,研究的調水范圍面積達115萬平方千米,勘查了從海拔2000米到4400米的相關干支流河段,研究的調水方案達數(shù)百個。經多方案技術經濟比較,推薦西線一期工程調水80億立方米,調水線路由上下兩條獨立的輸水線路組成。一期工程生效后將基本解決黃河上中游地區(qū)的城鎮(zhèn)生活和工業(yè)缺水問題,利用處理后的新增城鎮(zhèn)退水,可增加黃河河道內生態(tài)水量約20億立方米,還水于河,降低上中游河段水資源利用率,使上中游河流生態(tài)向高質量轉化。

西線一期工程在技術和經濟等方面是可行的。我國的TBM隧道建設技術已有長足進展,高原地區(qū)深埋超長隧洞已不構成西線工程立項建設的主要制約。調水區(qū)水資源豐沛,其水資源開發(fā)利用率僅為0.5%～5.3%,故調水對當?shù)厣a生活用水影響很小。初步分析表明,調水到黃河的單方水投資約32元,總成本費用不足1元每立方米。

考慮到西線工程從開工建設到發(fā)揮效益將需要10年時間,時不我待,因此建議盡快對南水北調西線一期工程作出決策,作為落實《黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展規(guī)劃綱要》的標志性工程,從根本上解決制約流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展的水資源瓶頸問題,為實現(xiàn)“讓黃河成為造福人民的幸福河”提供水資源支撐。