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南水北调西线工程规划简介
2008-03-27

  2003年8月25日

  水利部黄河水利委员会

  南水北调西线工程,是从长江上游干支流调水入黄河上游的跨流域调水重大工程,是补充黄河水资源的不足,解决我国西北地区干旱缺水的重大战略措施。
  一、黄河及西北内陆河部分地区水资源现状及问题分析
  (一)黄河水资源利用现状分析
  黄河多年平均天然河川径流量580亿立方米,流域内人均水量仅为全国的25%,耕地亩均水量仅为全国的17%,水资源贫乏;黄河泥沙含量大,多年平均输沙量16亿吨。黄河以其占全国河川径流2%的有限水源,承担本流域和下游引黄灌区占全国15%的耕地面积、12%人口及50多座大中城市的供水任务,同时还有向流域外部分地区远距离供水的任务,黄河水资源不仅要供给流域内外国民经济用水,而且还要留有一定的水量维持流域的生态环境用水和河道输沙用水。
  据20世纪90年代资料统计,黄河流域河川径流供水量375亿立方米,河川径流消耗量300亿立方米,除上述已统计的地表耗水量之外,还有其他方面的因素直接或间接地消耗了河川径流量,估计为50亿~80亿立方米。因此,黄河地表水实际消耗量已达350亿~380亿立方米,占全河多年平均天然河川径流量的60%以上。国际上通常认为用水超过河川径流的40%,水环境就严重恶化,黄河的水资源利用情况已大大超过了这个限度。
  近十几年来,黄河流域降雨径流量偏少,而国民经济各部门耗用黄河水量增多,导致黄河下游及支流河道断流加剧,水环境日趋恶化,河道萎缩,河槽泥沙淤积加重,这是黄河水资源供需失衡的集中表现。
  黄河下游河段断流从1979年的21天,延长到1997年的226天;河道断流的长度从1978年的104千米,延伸到1997年的704千米。同时主要支流渭河、汾河、伊洛河、沁河、大汶河等都出现过断流,其中沁河、汾河20世纪90年代平均每年断流228天和55天;大汶河曾出现全年断流的情况。入海水量减少,排沙水量和滨海地区生态环境用水严重匮乏。据黄河近海河段的利津水文站实测径流量,1950~1959年年均480亿立方米,1960~1969年年均492亿立方米,1970~1979年年均311亿立方米,1980~1989年年均286亿立方米,1991~2000年年均120亿立方米。入海水量越来越少,维持河流水沙平衡和生态环境用水的缺口越来越大。
  目前城市缺水日趋严重,如呼和浩特、西安、太原、咸阳、铜川等城市都存在不同程度的缺水和地下水超采现象。城市缺水已给人民生活、工农业生产造成了严重的影响,地下水超采给城市带来严重的生态环境问题。
  (二)黄河上中游河段水资源利用现状及问题分析
  河口镇以上河段,1968年11月~1986年10月,来沙量1.06亿吨,河口镇下泄水量239亿立方米,宁蒙河道年均淤积沙量0.38亿吨。1986年11月~1996年10月,来水偏枯,来沙量0.91亿吨河口镇下泄水量174亿立方米,宁蒙河段年均淤积1.03亿吨。前后两个时段对比,河口镇下泄水量减少65亿立方米,宁蒙河段年均淤积沙量增加0.65亿吨,并由此产生了生态环境、防洪、防凌等一系列问题。因此,即使要维持宁蒙河段现状淤积水平,在来水偏枯的情况下,河口镇年平均下泄水量,不应小于180亿立方米;河口镇多年平均下泄水量应不小于200亿立方米。
  河口镇至龙门的峡谷河段,该河段多年平均河川径流量73亿立方米,中等枯水年份53亿立方米。据1986年11月~1996年10月资料,该区间来沙量5.4亿吨,汛期沙量占84%,河水含沙量为159千克/立方米。该河段汛期河川径流多以暴雨洪水的形式,挟带大量泥沙下泄,含沙量高,利用困难;非汛期水量少,也只能维持两岸少量用水和河道生态环境基流。
  龙门至潼关河段,20世纪50年代龙门实测多年平均来水量320亿立方米,来沙量11亿吨小北干流平均淤积量0.8亿吨;1986年11月~1996年10月,来水偏枯,龙门实测来水量220亿立方米来沙量5.9亿吨,水量较20世纪50年代减少近1/3,沙量减少近1/2,而年均淤积泥沙仍有0.75亿吨,造成河床淤积抬高,河势游荡摆动频繁,危及两岸村庄及人民生命财产安全。为此,按龙潼河段维持现状淤积水平,龙门站多年平均下泄水量应在250亿立方米以上;来水偏枯年份,龙门站年平均下泄水量应不小于220亿立方米。
  上述表明,黄河上中游河段,为保持生态环境用水和河道输沙用水,必须维持一定的下泄水量,目前上中游河段水资源利用程度已较高,随着社会经济的发展,用水量增多,缺水量增大,解决的根本途径是从上游补充水源,否则生态环境会进一步恶化。
  (三)黄河水资源供需预测
  为实现我国第三步发展战略目标,黄河流域经济必将快速发展。预计到2050年,人口由现在的1.07亿增加到1.36亿;城市化率由23.4%提高到50%,工业总产值由6015亿元增加到128748亿元,人均拥有粮食400千克,灌溉面积少量增加,并维持目前对黄河流域外的供水任务,预计国民经济需水总量有新的增长,当地水资源已不能满足新增的需水要求,在生态环境低限需水量和大力节水的条件下,通过供需平衡,生态环境用水、城镇生活、工业用水的缺口还很大,预测黄河上中游的青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西等6省、自治区,正常来水情况下2010年、2020年、2030年、2050年的缺水量分别为40亿立方米、80亿立方米、110亿立方米、160亿立方米,中等枯水情况下上述年份的缺水量分别为100亿立方米、140亿立方米、170亿立方米、220亿立方米。其中2030年正常来水情况下的缺水构成是河口镇以上缺水50亿立方米,河口镇至龙门区间缺水20亿立方米,龙门至三门峡区间缺水40亿立方米。
  (四)河西走廊水资源现状分析
  黄河邻近的河西走廊黑河、石羊河等地区,气候干旱,年降水量仅100毫米左右,而年蒸发量却高达2000毫米,流域内缺水十分严重。缺水的危害主要表现为:河道断流加剧和尾闾干涸长度逐年递增,地下水位下降,天然林衰退,草场退化,土地沙漠化和沙尘暴危害加剧,生态环境的破坏已经到了相当严重的程度。
  综上所述,西北地区战略地位十分重要,但是水资源短缺是制约该地区经济社会发展的重要因素。西北地区大力开展节约用水和高效利用当地水资源,是缓解水资源短缺的重要措施,但从当地严重缺水的状况和合理配置水资源考虑,根本措施还是从邻近具有丰沛水量的长江,调部分水到黄河,为干旱少雨的西北地区增辟水源,恢复绿色的生机,促进西北地区经济社会的可持续发展。
  二、供水目标、对象和范围
  供水目标:主要解决西北地区缺水问题,同时促进黄河的治理开发,必要时相机向黄河下游供水,缓解黄河下游断流等生态环境问题。
  供水对象:主要是生态环境包括支流和水土保持用水减少入黄水量而向黄河干流补充的水量、城镇生活和工业,兼顾农业灌溉。
  供水范围:随着西北地区经济建设速度的逐步加快,黄河上中游支流开发和集雨工程的发展,将进一步加大支流的用水,减少黄河干流的水量。南水北调西线工程除补充这部分水量外,还可解决干流扬黄、自流引黄、黄河冲沙和生态用水。
  在龙羊峡—三门峡河段向黄河两岸地区供水和向黄河干流补水,并向流域外的黑河、石羊河等地补水。
  三、可调水量分析
  规划从通天河调水75亿~80亿立方米,从雅砻江调水45亿~50亿立方米,从雅砻江、大渡河支流调水40亿立方米,共调水160亿~170亿立方米,详见表1。
  调水量约占引水坝址径流量的65%~70%,还有35%~30%的水量下泄,从当地生态环境角度考虑,规划的下泄水量和调水量都是合适的。从全河看,调水所占比例不大,通天河调水80亿立方米,占金沙江渡口站径流量的14%;雅砻江调水65亿立方米,占全河径流量的11%;大渡河调水25亿立方米,占全河径流量的5%。
  四、区域地质条件
  调水工程区位于青藏高原东南部,地质条件比较复杂。该区地层主要为三叠系,多为陡倾岩层,褶皱非常强烈,活动断裂较为发育,以北西向断裂为主,大多具有明显的分段活动特征;该区处于可可西里—金沙江地震带内,该地震带为青藏高原地震区强震带之一;区内多年冻土和季节冻土发育。但调水工程主要处于强震带内地震活动水平相对较低地区,地震强度和活动性相对较弱,地震动峰值加速度大部分为0.1克相当于地震基本烈度Ⅶ度,其次为0.15克~0.20克Ⅶ~Ⅷ度;区域构造活动性以基本稳定和稳定类型为主,而且东部较西部稳定;广泛分布的砂、板岩抗压强度一般为40~100米Pa,属中等坚硬~坚硬岩类;冻土主要对明渠、渡槽、厂房等地面建筑物有一定影响,而对深埋长隧洞影响甚微。
  五、调水工程方案及实施意见
  (一)调水工程方案
  经研究,初选了12个有代表性的调水线路方案,其中大渡河调水2个,雅砻江调水4个,通天河3个,雅砻江、大渡河联合调水1个,分为自流和抽水两种引水方式,各方案主要规划指标见表2~表4。
  抽水方案主要优点,可缩短穿越分水岭的隧洞长度3个抽水方案输水隧洞总长204.5千米自然分段最长洞段30千米,在枢纽坝高的选定上也有较大机动;主要缺点,建设大流量、高扬程的大型泵站有难度,扬程425~428米装机427万千瓦,年用电203亿千瓦每小时,若按0.4元/千瓦每小时计,年用电费81.3亿元,运行费用高;南水北调西线工程受水区多处于西北老、少、边、穷地区,如此高的年运行费,难以承受。再者,多种类型建筑物,建设地点分散,管理维护困难,冬季输水受冰冻的影响。
  自流方案的主要优点,隧洞避开了地表大量的交叉建筑物问题,比较单一,工作环节少,故障率低,管理人员少,年运行费少;长隧洞输水有利于冬季保温,可延长引水期;减少输水工程规模;深埋长隧洞避开了地表的冻害作用和岩体的物理风化作用,以及滑坡、泥石流等不良地质现象的影响;深埋隧洞与地面建筑物相比在抗地震破坏方面也有较大优势,据有关资料统计分析,地表的地震烈度随深度增加而衰减,大体上深50~100米衰减0.5度。主要缺点,输水隧洞长。
  根据历次专家咨询会和审查会,众多院士和专家不赞成抽水方案。根据当前开凿隧洞技术水平和已建的长隧洞工程,权衡利弊,目前采用自流方案。如果几十年后,随着西部地区经济的发展,电力供应条件发生变化,也不排除个别调水河流采用电网供电的抽水方案。
  根据方案的工程规模、可调水量、工程地质条件、技术可行性、海拔高程、施工条件及经济指标等因素,经综合比选,三条河调水较好的方案为:
  大渡河:达—贾联合自流方案;
  雅砻江:仁—章自流方案和阿—贾自流方案;
  通天河:同—雅—章自流方案和侧—雅—贾自流方案。
  (二)工程总体布局
  上述三条河五个较好的引水方案有两种组合,形成了三条河调水的两种布局方案,一是达—贾联合自流线路,调水40亿立方米;仁—章自流线路,调水45亿立方米;同—雅—章自流线路,调水75亿立方米,共调水160亿立方米。二是达—贾联合自流线路,调水40亿立方米;阿—贾自流线路,调水50亿立方米;侧—雅—贾自流线路,调水80亿立方米,共调水170亿立方米。
  布局方案二具有下移、集中的特点。
  下移。布局方案一的通天河引水高程4100米左右,该地区自然条件恶劣,严重缺氧,每年野外工作时间仅4~6个月,勘察、规划、施工、运行和管理困难很大。布局方案二相对于布局方案一,引水枢纽和输水线路整体下移,海拔高程处于3500米左右,该区有森林、农田,适宜于人类活动,对施工、运行和管理都有利。下移后的通天河侧仿水库比方案一同加水库的径流量大,下泄水量也大,而且侧仿水库处于三江源保护区的边缘,对生态的影响相对较小。
  集中。布局方案二在实施过程中可以互相联系,能由近及远、逐步实施,达—贾线先期实施后,后期实施的雅砻江、通天河输水线路相当一部分要从达—贾线近旁通过,引水工程高度集中,后期工程可充分利用第一期工程线路的地质资料和处理措施,节省后期工程大量的勘测、交通及施工等基础工程费用。
  根据规划阶段的工作深度,拟推荐布局方案二。根据推荐的布局方案二,南水北调西线工程的总体布局如下:
  大渡河、雅砻江支流达曲—贾曲联合自流线路,调水40亿立方米。自雅砻江支流达曲开始调水,建阿安引水枢纽引水7亿立方米,通过输水隧洞穿过分水岭到泥曲;建仁达引水枢纽引水8亿立方米,再通过输水隧洞穿过雅砻江与大渡河的分水岭到杜柯河;建上杜柯引水枢纽引水11.5亿立方米,再通过输水隧洞穿过分水岭到麻尔曲;建亚尔堂引水枢纽引水11.5亿立方米,再通过输水隧洞穿过分水岭到阿柯河;建克柯引水枢纽引水2亿立方米,再通过输水隧洞穿过大渡河与黄河的分水岭到黄河支流贾曲;在贾曲隧洞出口后,沿贾曲左岸开挖明渠,输水到黄河。
  雅砻江阿达—贾曲自流线路,在雅砻江干流建阿达引水枢纽,调水50亿立方米。开凿隧洞通过雅砻江干流和支流达曲的分水岭,输水穿过达曲,此后输水线路和达—贾联合自流线路基本平行,走向一致,输水到黄河贾曲出流。
  通天河侧仿—雅砻江—贾曲自流线路,在通天河干流建侧仿引水枢纽,调水80亿立方米。自侧仿水库引水,过歇武沟沿通天河及其以下的金沙江左岸开凿隧洞,到邓柯附近穿越金沙江与雅砻江分水岭到雅砻江浪多,顺河道而下进入雅砻江阿达水库,然后从阿达水库引水到黄河贾曲,自阿达引水枢纽以后的输水线路和阿—贾自流线路基本平行,输水到黄河贾曲出流。
  三条河调水170亿立方米,基本上能够缓解黄河上中游地区2050年左右的缺水,但从发展战略考虑,要实现西北地区经济、环境的可持续发展,尚需扩大水源。因此,规划时还研究了从西南的澜沧江、怒江向黄河调水作为西线后续的远景水源工程。初步研究结果认为,从澜沧江、怒江可以自流调水到黄河,后续水源可调水量160亿~200亿立方米,后续线路均能与目前规划的三条河引水线路相衔接。后续水源调水拟从怒江东巴水库引水,串连澜沧江吉曲、扎曲、子曲,在玉树以上入通天河侧仿水库,与南水北调西线工程相衔接。
  (三)工程分期
  1.第一期工程的选定
  从以上三条河调水工程总体布局初步比较来看,由于各输水线路的入黄出口均在黄河贾曲,出口段输水线路集中在从雅砻江和大渡河支流引水的达—贾联合自流线路附近,工程实施必然要由近及远,先支流后干流的步骤逐步实施,即先从靠近黄河的达—贾联合自流方案开始,逐步扩展到雅砻江干流和通天河引水,实现三条河调水170亿立方米。
  本着由低海拔到高海拔、由小到大、由近及远、由易到难的规划思路,第一期工程选择达—贾联合自流方案。达—贾联合自流方案调水40亿立方米,需要建5座引水枢纽,引水线路长度260千米。
  2.第二期工程选择
  布局方案二中,雅砻江距黄河较近,调水条件优于通天河,因此选择雅砻江阿—贾自流方案为第二期工程。
  第一、第二期工程的实施,可满足2030年左右黄河上中游6省、自治区增供水资源量的需求。
  3.第三期工程选择
  布局方案二中,选择通天河侧—雅—贾自流方案为第三期工程。第三期工程调水80亿立方米,输水线路长,投资高达1929亿元单方水投资24元,占南水北调西线工程总投资的63%。南水北调西线工程要全部实施,需要一个较长的时期,按现规划的工期排序,第三期工程的实施时间预计在30年以后,那时南水北调东、中线工程已经实施,西线工程的第一、第二期工程也已实施,南水北调“四横三纵”的总体格局已经形成,黄河水资源需要重新配置。再者,那时西北地区经济社会和生态环境需水也有变化,第三期工程的规模势必相应调整,工程方案尚可与抽水方案或其他方案进一步比较优选。由于目前规划的第一、第二、第三期工程具有相对的独立性,第一期工程先行实施,第二、三期工程输水线路在通过雅砻江和大渡河支流分水岭时,与第一期工程平行的线路部分都需另外开凿隧洞,与第一期工程互不干扰,故第一期工程的选定不影响第二期工程的调整变化,更不影响第三期工程进一步优选。
  (四)实施意见
  抓紧前期工作的进程,2010年以前完成第一期工程的可行性研究、初步设计和招标文件编制,力争2010年第一期工程开工建设。开展并完成第二期工程规划,适时转入项目建议书和可行性研究工作。第三期工程的实施距今尚有30多年,那时水资源配置网络已基本形成,西部地区经济社会发展对水资源的需求也有很大变化,工程方案尚需进一步优选,但不影响第一、二期工程的实施。
  六、投资估算
  按2000年第一季度价格水平,第一期工程静态投资为469亿元,第二期工程为641亿元,第一、二期工程合计为1110亿元,调水90亿立方米,单方水投资12元;第三期工程为1930亿元,三期工程共3040亿元。
  七、环境和社会影响分析
  初步分析了调水对调水河流地区、调水工程区的自然生态和社会环境的不利影响。
  社会环境方面,初步分析了调水对人群健康、三江源保护区、水库淹没等的影响。调水对调水河流梯级发电有一定的影响,但调水入黄河后增加了发电效益,从2030年水平看,损失和效益大体相当。调水对工农业用水、漂木、航运基本没有影响。
  自然生态影响方面,初步分析了对局地气候、地下水位、下游水质、干旱河谷和生物等的影响。研究表明,尚未发现制约西线调水工程实施的重大因素。
  第一期工程,从雅砻江支流调水15亿立方米,大渡河支流调水25亿立方米,调水量有限,对下游影响甚微。
  八、效益分析
  从水量丰沛的长江上游,向干旱、半干旱的西北地区调水,具有显著的生态环境效益、社会效益和经济效益。2050年调水170亿立方米,在龙羊峡—兰州河段、兰州—河口镇河段、河口镇—龙门河段、龙门—三门峡河段,向两岸地区供水120亿立方米,向黄河干流补水30亿立方米,向流域外的黑河、石羊河等地补水20亿立方米。年净经济效益993亿元,调单方水经济效益6元。
  2020年水平第一期工程调水40亿立方米,向兰州—河口镇河段的甘肃、宁夏、内蒙古、陕西北部地区供水20亿立方米其中生态环境用水7亿立方米,工业用水8亿立方米,生活用水5亿立方米,并向龙门—三门峡河段的关中地区和汾渭河地区供水10亿立方米,向黄河干流补水10亿立方米由于水土保持用水和支流用水,减少了入黄水量,此10亿立方米水为补充黄河河道生态环境用水。经济效益248亿元,扣除调水对调水河流的发电经济损失8亿元,净经济效益240亿元,调单方水经济效益6元。

  来源:《中国水利》2003年1月