關于“南水北調(diào)西線工程”的方案設想

我國西北部地區(qū)干旱缺水、生態(tài)環(huán)境惡化、荒漠化等問題已經(jīng)成為制約中華民族生存發(fā)展的嚴峻挑戰(zhàn)。南水北調(diào)西線工程，因其實施后將大幅改善我國西北部地區(qū)的生態(tài)、生活環(huán)境而廣受關注和歡迎。 一、現(xiàn)有主要西線工程方案和優(yōu)缺點 目前各西線工程方案中影響程度較大的主要有兩個： 一為2001年通過了工程規(guī)劃審查的西線調(diào)水方案二（以下簡稱：“西規(guī)方案”）。由大渡河、雅礱江支流達曲——賈曲聯(lián)合自流線路調(diào)水40億立方米，雅礱江阿達——賈曲自流線路并在雅礱江干流建阿達引水樞紐調(diào)水50億立方米，通天河側(cè)仿——雅礱江——賈曲自流線路并在通天河干河建側(cè)仿引水樞紐調(diào)水80億立方米，組成了三條線路加二樞紐共計調(diào)水170億立方米的“西規(guī)方案”。 二為2018年1月由S4679課題組提出的“紅旗河”方案。該方案以雅魯藏布江、怒江、瀾滄江、金沙江、雅礱江、大渡河大江大河為水源，以繞行青藏高原、高程逐漸下降（即以一定的引水坡降基本沿等高線繞行）的全程自流方式調(diào)水。年調(diào)水量600億立方米。 “西規(guī)方案”的優(yōu)缺點：優(yōu)點為調(diào)水線路短、工程位置均在一級階地內(nèi)（地質(zhì)條件優(yōu)）、工程抗震能力強、投資小見效快。缺點為引水地處生態(tài)環(huán)境脆弱的青藏高原的高海拔地區(qū)，不僅施工條件差，而且調(diào)水后可能會對青藏高原高海拔地區(qū)產(chǎn)生重大環(huán)境影響。即有可能的后果是：改善了黃河流域的生態(tài)，卻犧牲了青藏高原的生態(tài)。 “紅旗河”方案的優(yōu)缺點：優(yōu)點為①引水點均位于青藏高原的下沿、水量豐沛的大江大河的干流上，引水后不會對青藏高原生態(tài)產(chǎn)生影響；②引水量大，對改善我國西北部受水區(qū)域的生態(tài)環(huán)境效果較大。缺點為①引雅魯藏布江的水，危及林芝-雅尼國家生態(tài)濕地公園，宜引發(fā)國際糾紛；②引水線路沿一二級階地過渡帶繞行青藏高原，地質(zhì)條件復雜、大烈度地震頻發(fā)的過渡帶（即汶川大地震的發(fā)生帶）對引水工程的穩(wěn)定運行將帶來極大的危害；③需在上千公里長、山體坡度平均為30°～40°且許多地段甚至達60°～70°的崇山峻嶺的山坡上開鑿平均引水流量約2800立方米/秒的人工大河，從工程的角度看，應該是天方夜譚（注：“紅旗河”年引水600億立方米，按大渡河無霜期180天～320天的平均無霜期250天計算引水，則需開鑿平均流量大于2778立方米/秒的大河才行）。 二、西線工程方案應遵循的原則 在科學、合理、環(huán)保、可行、經(jīng)濟的條件下，南水北調(diào)西線方案應遵循的原則有： 1、必須確保水源引出區(qū)青藏高原的生態(tài)環(huán)境不受影響，引水地點必須在青藏高原的下沿、在水量豐沛的各大江大河的干流上。從這點講，“紅旗河”方案的引水點挑選較為合理。 2、為保護林芝-雅尼國家生態(tài)濕地，避免產(chǎn)生國際糾紛，不考慮從雅魯藏布江引水。 3、為避免地質(zhì)條件復雜、大烈度地震頻發(fā)的一二級階地過渡帶對引水工程的穩(wěn)定運行帶來的極大危害，引水線路應避開一二級階地的過渡帶。 從這點講，“西規(guī)方案”的引水工程線路較為合理，而“紅旗河”方案走過渡帶的引水線路是該方案的致命弱點。 4、為提高引水工程的抗震能力，宜采用深埋山體的有壓引水洞引水。 5、引水工程的可引水天數(shù)應考慮引出、引入?yún)^(qū)的封凍期影響。借鑒大渡河的無霜期為180天～320天（平均為250天）之情況，計算年引水量的引水天數(shù)取250天為宜。 6、從各大江大河引水，必須采取有壩引水的方式。引水水庫除了能均化引水流量的功效外，還可調(diào)蓄上游洪水來減輕下游的防洪壓力，并能在旱季增加向下游供水的能力。 7、按照國際慣例，為不影響水源引出區(qū)的生態(tài)環(huán)境，總引出水量不宜高于各引水斷面總徑流量的40%。 三、南水北調(diào)西線工程設想方案 遵循以上七大原則，本文提出了由5座引水水庫+5處引水洞群組成的南水北調(diào)西線工程設想方案（以下簡稱：“設想方案”），在怒江、瀾滄江、金沙江、雅礱江和大渡河上共建5座水庫，各江之間用洞群相連，再用洞群將水引入黃河的劉家峽水庫。方案布局和工程特性見南水北調(diào)西線工程設想方案工程布置圖和工程特性表。 從“設想方案”的工程布置圖和特性表可見，“設想方案”具有以下特色： 1、沿青藏高原下沿在各大江干流上引水不會對青藏高原生態(tài)產(chǎn)生不利影響； 2、不在雅魯藏布江上引水，保護了林芝-雅尼國家生態(tài)濕地，避免了國際糾紛； 3、引水線路成功避開一二級階地過渡帶，為今后引水工程的穩(wěn)定運行打下了良好的基礎； 4、各引水點的引水量均小于引水斷面徑流量的40%； 5、采用建庫加有壓引水洞群的引水方式，具有很強的抗震能力，不僅能保證穩(wěn)定地向黃河流域自流引水，而且可改善引水點下游的防洪、供水生態(tài)； 6、年引水總量為380億立方米，能大幅改善黃河流域受水區(qū)的生態(tài)環(huán)境。 但“設想方案”仍存在三個不確定因素： 1、長隧洞開挖不宜采用常規(guī)的鉆爆法，若采用TBM（全斷面硬巖隧洞掘進機），對于長隧洞TBM能適用嗎？ 2、對于高地熱、高地應力、高地震烈度、活躍的地熱水環(huán)境、上千米埋深的隧洞開挖，TBM能適應嗎？ 3、目前國產(chǎn)大直徑TBM成洞直徑約10米（應用于云南滇中引水工程的國產(chǎn)TBM云嶺號刀盤直徑9.83米），年掘進速度為10～14公里（吉林省“引松入長”首段隧洞，國產(chǎn)TBM最高月掘進速度達1209.8米）。對于單洞長度約540公里的大渡河至黃河隧洞群，單向掘進所需的時間是不可忍受的，即TBM能否雙向?qū)M？隧洞能否分段開挖？ 目前已完工的大（理）瑞（麗）鐵路高黎貢山隧道，全長34.5公里，合同總造價36.28億元，具有高地熱、高地應力、高地震烈度、活躍的新構(gòu)造運動、活躍的高地熱水環(huán)境、19條斷裂帶、最大埋深1155米等惡劣的施工地質(zhì)條件，隧洞采用TBM硬巖掘進機掘進，刀盤直徑6.39米。全隧洞采用“貫通平導+1座斜井+2座豎井”的輔助坑道設置方案，其中斜井長3850米，1號豎井深762.9米。該實例說明面對復雜的地質(zhì)條件，國產(chǎn)的TBM可以適應并能將長隧洞分段開挖。 云南滇中引水工程總長62.596公里的香爐山隧洞（年引水量34億立方米），采用目前國產(chǎn)直徑最大的敞開式硬巖掘進機云嶺號掘進。云嶺號直徑9.83米，整機重2050噸，總長235米，最大推力31526千牛，總功率5600千瓦，轉(zhuǎn)彎半徑500米，適應-8%～+8%的坡度掘進，具有直徑方向最大30厘米的擴挖能力。 遼寧省大伙房水庫輸水工程中的兩臺TBM均采用在隧洞中組裝的施工方法，說明在隧洞內(nèi)拆裝TBM是可行的。這也就解決了在長距離掘進中萬一TBM壞了也可進行維修和更換（刀盤除外，因整體的刀盤一般不會壞，也很難換）之問題，說明TBM適用于長隧洞的開挖。 四、“設想方案”所需工期 大渡河引水水庫至劉家峽水庫的長約540公里的隧洞群的施工方法是控制“設想方案”的施工期長短的關鍵點。采用大（理）瑞（麗）鐵路高黎貢山隧道設置斜洞、豎井等支洞的施工方法，將長隧洞分割成幾段施工，可有效地縮短工期。考慮將540公里的長洞分成三段（大渡河巴底鎮(zhèn)至大渡河集沐鄉(xiāng)段、集沐鄉(xiāng)至甘肅洮河阿拉鄉(xiāng)段、阿拉鄉(xiāng)至劉家峽水庫段），長度約320公里的中間段采用兩臺TBM對進的方法進行施工，按目前國內(nèi)的施工工藝和進度（保守采用年掘進速度為10公里），隧洞貫通需16年，考慮前期準備和不可預見等因素，則“設想方案”所需的施工工期可控制在20年之內(nèi)。（注：TBM對進施工方法，是指在對進的兩臺TBM即將碰頭處，兩臺機拐彎錯開，然后接頭處用人工鉆爆法修復完整，對開的兩臺機能拆就拆，不可拆的就埋在山里。） 五、“設想方案”投資估算 高黎貢山隧道全長34.5公里，總造價36.28億元，每公里綜合造價1.05億元?？紤]到“設想方案”的隧洞長且施工難度大，取每公里綜合造價2.0億元，則單洞長度合計為6550公里的5座隧洞群造價約13100億元。目前國產(chǎn)TBM每臺單價約1.5億元～2.0億元（國產(chǎn)首臺硬巖TBM“長春號”價格為1.8億元），考慮到“設想方案”均為超長洞之因素，取每臺TBM綜合單價為4.0億元，考慮TBM更換、備用等因素，“設想方案”按60臺TBM計價，再包括其它所需設備的購置，取綜合設備費用為350億元。5座引水水庫壩高170米，按每座投資300億元，則5座水庫合計造價1500億元。按30%計提不可預見費，則“設想方案”的估算投資為：（13100+350+1500）×1.3=19435億元，即“設想方案”的投資保守估算不會高于2萬億元，平均每年投資不會高于1000億元。 綜上所述，“設想方案”是一個能在科學、合理、環(huán)保、經(jīng)濟、現(xiàn)有國產(chǎn)裝備和施工工藝的條件下，具有很強的抗震能力，能每年安全穩(wěn)定地自流引入黃河380億立方米優(yōu)質(zhì)水，能產(chǎn)生巨大生態(tài)、社會、政治、經(jīng)濟效益的南水北調(diào)西線調(diào)水入黃河的可行方案。 ? 注：“設想方案”的大渡河引水水庫和雅礱江引水水庫，利用目前正在建設的大渡河雙江口水庫和雅礱江兩河口水庫即可，但“設想方案”的投資估算中仍應計入雙江口水庫、兩河口水庫的投資，因引水工程需買斷兩水庫的產(chǎn)權(quán)并還需補償兩水庫及下游各梯級電站的發(fā)電損失。 金沙江引水水庫建于擬建的金沙江葉巴灘水庫上游，建議將葉巴灘水庫上移與金沙江引水水庫合并。瀾滄江引水水庫利用擬建的瀾滄江卡攻水庫。建議將規(guī)劃的怒江卡西水庫上移與怒江引水水庫合并。