南 水 北 调 工 程

朱尔明

1、前言

    南水北调是我国水资源优化配置，解决北方地区(主要是黄淮海流域)缺水的一项战略性基础设施工程，它关系到我国黄淮海地区经济社会和生态环境可持续发展的长远利益。40多年来，各有关部门、省(市、区)和规划设计单位做了大量的规划设计研究工作，逐步明确了南水北调工程的主要目标和任务，形成了从长江上、中、下游分别调水的南水北调工程总体规划布局。
    遵照慎重研究，充分论证，科学决策的原则，近年来，水利部、中国科学院、中国工程院、全国政协人口、资源、环境委员会分别对南水北调工程进行研究和论证，对北方地区的缺水形势、节水治污优先安排、长江可调水量、生态环境影响、调水线路总体规划布局、工程规模、分期实施、工程建设与运营的有关经济、管理政策等问题取得了共识。水利部提出的实施意见，经与有关部委和地方政府协调后，基本具备宏观决策条件。国务院要求水利部于2001年上半年提出南水北调工程总体规划报告。

2、南水北调工程建设的必要性

2.1黄淮海流域水资源状况

2.1.1水资源量

    黄淮海流域位于我国北部季风气候影响区，降雨时空分布极不均匀，年内70~80%的降雨集中在汛期6~9四个月内，河川径流主要以洪水形式出现。大气降雨是地表水和地下水的补给来源。黄淮海流域多年平均水资源量见表2-1。

表2-1 黄淮海流域水资源量表

注: (1)全国人口为1998年统计数、耕地面积为1996年统计数。
(2)黄河、淮河流域耕地、人口、水资源量为1997年统计数。
(3)淮河流域的各项指标中含山东半岛。
(4)海河流域耕地、人口为1998年统计数，水资源量1956~1984年均值。

    表中说明，黄淮海流域人均和公顷平均占有水资源量列全国各大流域之最低，远低于全国平均水平，属严重缺水区，尤以海河流域更为突出。

2.1.2水资源开发利用现状

1999年黄淮海流域水资源开发利用状况，见表2-2

表2-2 1999年黄淮海流域水资源利用状况

2.1.3水资源的突出问题

①河道断流
    黄河九十年代出现连年断流，其中1997年断流时间长达226天，断流河长704km。断流主要原因：一是黄河进入枯水期，降雨量偏少；二是用水量急剧增加，五十年代年均用水量122亿m³，九十年代年均耗用水量增加到300多亿m³；三是用水管理控制不严，引黄能力远远超过黄河的可供水能力。
    海河的断流形势比黄河更加严峻，水资源利用程度高（90%以上）居全国各大流域之首，入海水量急剧减少，从50年代年均入海水量240亿m³,减少到90年代年均入海水量50亿m³左右。造成河道干涸断流，河道河口淤积退化，湿地消失等严重生态问题。

②地下水超采
    海河流域年均超采地下水40多亿m³，形成2万多km²的地下水漏斗，沧州地下水漏斗中心区最大埋深达90多m，地面下沉1.1m；天津市塘沽区地面最大沉降量达2.9m，滨海区地下水漏斗区已发生海水入浸，污染地下水。
    淮河流域部分地区地下水超采也很严重，地下水漏斗有逐年扩大的趋势，尤其是城市周围地区超采深层地下水。

③水质污染
    根据1998年水质监测资料，黄淮海三流域废污水排放量分别为：黄河32亿t，淮河47亿t，海河55亿t。三流域河道水质状况见表2-3。

表2-3 1998年流域分区河流水质状况（全年平均）

    表中说明，按国家有关水质评价标准，三河污染河长占本流域评价河长的比例分别为：黄河62.7%，淮河76.6%，海河74.8%；三河严重污染河长占评价河长的比例分别为：黄河29.8%，淮河61.5%，海河65.1%。评价结果表明，黄淮海三流域，河道污染非常严重。

2.2节约用水与缺水预测

2.2.1节约用水

    黄淮海三流域在水资源供需矛盾突出的地区，都积极采取措施，节约用水。农业是用水大户，农业灌溉面积逐年有所增加，而农业用水稳中有降，如淮河流域1993年与1980年相比，这两年来水情况较接近，都是平偏丰年份，1993年有效灌溉面积较1980年增加120万hm²，而灌溉用水量却减少约40亿m³。海河流域有效灌溉面积的50%以上采用有效的节水灌溉措施，1998年灌溉综合用水毛定额为4620m³/hm² (308m³/亩)，相当于目前全国平均水平的60%。
    工业节水也取得较好成绩，节水程度较高的天津市，工业万元产值取水量为22m³，水的重复利用率达84%；北京市工业万元产值取水量为50m³，水的重复利用率约85%；除北京、天津市外，一般城镇工业万元产值取水量为60~100 m³，水的重复利用率为50~70%。废污水处理回用率均较低。
    节水工作在地区和部门之间发展不平衡，差距很大，有的地区和产业部门存在着严重的浪费水现象，节水潜力较大。因此，水资源的高效利用管理和深层次的节水措施有待进一步深入研究和探索。

2.2.2缺水预测

    近期各有关方面，对黄淮海三流域水资源供需平衡进行了初步分析和预测，其缺水预测成果见表2-4、2-5、2-6。

表2-4 黄淮海流域缺水情况预测表 (单位：亿m³ )

表2-5 黄淮海规划水平年缺水预测成果表

注：水利部南水北调规划设计管理局2000年9月

表2-6 黄淮海地区规划水平年缺水预测成果表                    ( 单位：亿m³)

注：中国工程院项目组2000年8月成果。

2.3实施南水北调势在必行

    综上所述，黄淮海三流域水资源严重短缺，虽然采取了一系列节约用水，加强水资源调配管理等措施，取得了显著成效，但缺水矛盾仍然相当严峻。为缓解当前的缺水矛盾，有的地区采取挤占河道、湿地用水和超采地下水，严重影响生态环境。今后随着人口增加、经济社会发展和城市化进程加快，用水量将进一步增加。对于解决北方大范围区域性资源性缺水问题，除继续加大节水力度和污水资源化，充分挖掘当地水资源潜力外，必须抓紧研究和实施开源措施，合理配置水资源。

    由于南水北调工程规模巨大，需要较长的建设周期，如不尽早实施，北方地区，尤其是京津华北地区的经济社会发展将受到更严重的制约，生态环境恶化也将进一步加剧。因此，各研究部门、地区各级政府和社会各界都认为实施南水北调工程建设是一项十分必要的紧迫任务。

3、南水北调工程总体规划布局

     经多年的勘测、规划、研究，按照长江与北方缺水区之间的地形状况，分别在长江下游、中游和上游规划了三条调水线路，形成南水北调东线、中线和西线的总体规划布局。三条调水线路有各自的主要任务和合理的供水范围，但每一条调水线路的实施建成，对黄淮海三流域的水资源配置都可以进行互相调济。

3.1东线调水工程

    东线调水工程的目的是解决黄淮海平原东部地区的缺水问题。主要目标是提供沿线城镇居民生活和工业用水；提高现有灌区的供水保证率，改善灌溉条件；结合输水，恢复和提高京杭运河的通航能力；利用调水工程设施，提高沿线易涝地区的排涝能力。
    东线工程，从长江下游杨州附近抽引长江水，利用和扩建京杭大运河及其平行的河道逐级提水北送，经洪泽湖、骆马湖、南四湖和东平湖，在位山附近穿过黄河后，经位临运河、卫运河、南运河自流到天津。输水主干线长1150km，其中黄河以南660km，黄河以北490km。从东平湖向东送水到山东半岛的威海市，输水线路长约690km。全线最高处东平湖蓄水位与抽江水位之差为40m，共建13级梯级泵站，总扬程65m。
    江苏省于1961年开始建设江都泵站，经过不断扩建延伸，现江苏江水北调工程向北调水能力为：抽江500m³/s，年均抽江水量约33亿m³，干旱年抽江水量可达60亿m³,可送水到徐州和南四湖下级湖(50m³/s，年水量5~7亿m³)。抽水泵站总装机容量为200多MW。东线调水工程可在此基础上，逐步扩大调水规模，并向北延伸至天津。工程规划的总规模为抽江流量800~1000m³/s，年供水量130~170亿m³，其中过黄河400m³/s，60~80亿m³；抽水泵站总装机容量约800MW，年均用电量约35亿kw·h。根据受水区供需水量预测，规划的工程规模宜分三期实施。分期方案见表3-1。

表3-1 东线工程分期方案特性指标表

3.2中线调水工程

    中线工程的调水目的是解决京津华北平原中西部及沿线湖北、河南部分地区的缺水问题。主要目标是以解决沿线城市生活和工业用水为主，兼顾农业及生态环境用水。中线调水工程，从长江中游北岸支流汉江丹江口水库引水，输水总干渠自陶岔渠首闸起，沿伏牛山和太行山山前平原，京广铁路线西侧，跨越江、淮、黄、海四大流域，自流输水到北京、天津。输水渠道为专用供水渠，总干渠长1246km，其中黄河以南462km，穿黄河段约10km，黄河以北774km。天津干渠长144km。
    江汉是中线调水工程的水源地。汉江流域多年平均天然径流量591亿m³，目前流域内各种用水的实际年耗水量约40亿m³，占7%，有较为丰富的余水可供北调。丹江口水库年均天然入库径流量409亿m³，约占流域水量的70%。现水库已建成初期规模，发挥了防洪、发电、灌溉、航运等效益，也初步具备了调水条件。按原规划完建后期工程后，可提高汉江中下游防洪标准，增大北调水量。在近期南水北调工程规划论证中，考虑调水和汉江中下游提高防洪标准的需要，建议加高丹江口大坝至后期规模，实施汉江中下游补偿工程，调水130~140亿m³，其中过黄河80~90亿m³。中线工程分期实施方案见表3-2。

表3-2 中线工程分期方案特性指标表

3.3西线调水工程

    西线工程的调水目的是补充黄河水资源不足，重点解决青、甘、宁、蒙、陕、晋六省(区)的缺水问题，主要目标是以六省(区)工业、城市用水和农林牧业用水为主，兼顾生态环境用水。西线调水工程，从长江上游干支流调水入黄河上游，引水工程分别在通天河、雅砻江、大渡河干支流上筑坝建库，积蓄来水，采用引水隧洞穿过长江与黄河的分水岭巴颜喀拉山入黄河。规划年均调水为120~170亿m³，其中通天河55~80亿m³，雅砻江35~40亿m³，大渡河30~50亿m³。
    西线调水工程地处海拔3000～4500m，各引水坝址的河水面高程较调入黄河的水面高程低80～450m。根据地形、地质条件，研究了自流和抽水调水方案，需要修建100~300m的高坝和开挖30~130km的超长隧洞。西线工程分期实施方案见表3-3。

表3-3 西线工程分期方案特性指标表

4、南水北调工程的综合效益

    南水北调东、中、西三线工程全部实施后，多年平均调引长江水380~480亿m³，将缓解黄淮海地区水资源紧缺的矛盾，促进调入地区的社会经济发展，改善城乡居民的生活供水条件和生态环境，将产生巨大的社会、经济与环境效益。

4.1社会效益

    供水区内，首都北京是全国的政治、文化、金融和外交中心，天津是华北最大的工业基地与重要的外贸港口；河北、河南则处于承东启西的华北经济圈；山东是高速发展的经济大省；西北地区和华北西部地区是我国能源、原材料和重化工基地，是西部大开发的重点地区。纵横供水区内的京广、陇海、京浦、焦枝、京九、兰新等铁路沿线有众多的工业城镇，是我国生产力布局的重要区域。南水北调工程实施后，由于供水条件的改善，不仅可以促进供水区的工农牧业生产和经济发展，而且提供了更好的投资环境，可吸引更多的国内外资金，加大对外开放的力度，为经济发展创造良好的社会条件。同时可以缓解城乡争水、地区争水、工农业争水的矛盾，有利于社会安定团结。也可以避免一些地区长期开采饮用有害深层地下水而引发的水源性疾病，遏制氟骨病与甲状腺病的蔓延，有利于提高人民的健康水平。

4.2经济效益

    南水北调工程全部实施后，年均调水量380~480亿m³，有效利用水量300~350亿m³。东线调水量按40%提供工业和城镇用水，60%为农业及生态用水；中线调水量的65%供工业和城镇用水，35%为农业及生态环境用水；西线供水量中工业、城镇与农林牧业及生态环境各50%。按照工业产值分摊系数法推算工业及城镇供水效益，按灌溉效益分摊系数法测算农业及其他供水效益。综合各项效益，按目前价格水平，南水北调工程年均经济效益约600~800亿元。

4.3生态与环境效益

    南水北调工程的水源水质好，增加供水区城市生活、工业用水，改善卫生条件，有利于城市环境治理和绿化美化，促进城市化建设。增加农林牧业灌溉用水，改善农牧业生产条件，调整种植结构，提高土地利用率。还可改污水灌溉为清洁水灌溉，减轻耕地污染及对农付产品的危害。 提高北方供水能力后，可以减少对地下水的超采，并可结合灌溉和季节性调节进行人工回灌，补充地下水，改善水文地质条件，缓解地下水位的大幅度下降和漏斗面积的进一步扩大，控制地面沉降造成对建筑物的危害。调水后通过合理调度，可向干涸的洼、淀、河、渠、湿地补水，增强水体的稀释自净能力，改善水质，恢复生机，促进水产和水生生物资源的发展，使区域生态环境向良性方向发展。

5、南水北调工程的环境影响

    南水北调工程规模巨大，社会、经济、环境效益显著。有利影响主要在供水区，不利影响主要在水源区。长江多年平均径流量9513亿m³，调出水量占4~5%，从长江总体来讲，调水的影响很小。但从局部来看，调水对调出点区有一定的影响，需要采取措施，减少其影响。

5.1东线调水的影响

①东线工程规划调水总规模为800~1000m³/s，年调水量150亿m³左右，分别占长江年均流量和径流量的3.0%和1.5%，比重都很小，对引水口以下长江的水位、河道冲淤变化和长江口的拦门沙，不会有大的影响，遇长江枯水，可通过调度管理予以减免。如果东、中、西三线全部实施后，枯水期长江口感潮河段将有所增长，应采取相应措施，减少影响。
②废黄河以北地区，存在局部地区土壤次生盐碱化，只要采取渠道防渗和灌区排水等措施，可以减免其不利影响。③根据试验和江水北调的实践，钉螺分布最北不超过江苏宝应县境(北纬33°15′)，调水不会形成新钉螺区。
④输水沿线的水质保护，是东线工程的一个突出问题，必须按照国家有关法规，实行综合治理和监督管理，防治水污染。

5.2中线调水的影响

①调水量较大。年调水量130亿m³左右，约占汉江年均水量的22%，对汉江中下游有一定影响，枯水期平均下泄流量略有减少，中水期有所缩短，对各种取水、航运和水环境容量有一定影响，需要通过补偿措施和汉江中下游综合治理开发予以解决。
②发电量减少。从丹江口水库调水，丹江口水电站的发电量有所减少(约减少年电量7~8亿kw·h)。
③占用土地和移民较多，丹江口大坝加高和输水渠沿线需要占用较多的土地和迁移较多的居民，可以通过妥善的土地调整和移民安置解决。

5.3西线调水的影响

①调水量较大。西线三条调水线总调水量最大为150亿m³左右，调水量对长江干流和三条支流的中下游影响较小。但对各调出点区来说，调出水量的比例很大，需要进一步深入研究。
②调出区损失部分水能。金沙江、雅砻江、大渡河和长江上游干流是我国西南地区的四大水电基地，西线调水后，四大水电基地将损失部分电能。但调入区黄河上中游水电基地将相应增加部分电能。
③对漂木的影响。调出区的伐木运输主要依靠河道水力输送，河道建坝调水，木材将改为公路外运。
④淹没部分草场和造成少量牧民搬迁。西线三条水源河流位于高原地待开发区，人烟稀少，以牧业为主。建坝蓄水，要淹没部分草场和迁移少量牧民，需要做好新草场的开发规划和安置好移民。 综上所述，南水北调工程的不利影响是局部的，通过防范、补偿和综合治理开发措施。其不利影响要尽量减少到最低限度。对于一些现在还难以预测的影响问题，可在今后实践中继续研究解决。

6、南水北调工程的实施意见

    南水北调工程规模巨大，技术复杂，涉及面广，影响深远，工程建设的实施必须贯彻既积极又慎重的方针，做到充分论证，科学决策。具体工程的实施安排，要根据供水区需求的紧迫性，资金筹措和前期准备工作等情况，分别轻重缓急分期实施。

(1)东线调水工程，规划设计研究的时间长，输水工程大部分利用现有河道改扩建，设计施工相对比较简单，可以分期实施，分期受益。江苏省现有“江水北调”工程已送水到南四湖下级湖，引黄济津应急工程正在实施，只有山东省境内的四级泵站和相应输水河段的扩挖及穿黄隧洞工程有待安排，一期工程花线不多，有条件早日实施。
(2)中线调水工程，输水渠线所处位置地势较高，自流输水，覆盖面大，主要供水目标是京津和华北平原中西部地区，该地区的大部分城市成条带状集中分布在输水干渠沿线，供水十分方便。中线工程从丹江口水库引水，水质好，新建总干渠为专用供水渠道，渠线布置在沿线城市的上游侧，与交叉河流全部采用立交方案，有利于水质保护，可以满足城市生活和工业用水对水质的较高要求。中线第一期工程主要解决北京、河北、河南的缺水问题，调水规模可以适当减小，对汉江下游的影响也较小，只要采取适当的补偿措施，尽可能将丹江口水库的移民与三峡工程的移民高峰错开，第一期工程也是有条件早日实施。
(3)西线调水工程是从长江上游引水到黄河上游，有关单位已进行了大量规划研究工作，为深入开展第一期工程的设计工作创造了良好条件。但由于西线工程地处高寒地区，需建高坝和打超长隧洞，工程的复杂性和艰巨性需要有较长时间的前期设计研究工作。因此，目前正在加快西线调水工程的前期工作步伐，为促进西线实施建设提供科学的决策依据。 综上所述，为解决黄淮海平原地区严重的缺水状况，建议东线和中线第一期工程同期在第十个五年计划中实施建设。远期的实施顺序，可根据当时主要供水区的需求状况，进行论证比选。

7、南水北调工程关键技术研究

    南水北调的每一条输水工程都是我国继长江三峡工程之后最大的超大型水利工程。东线和中线的输水线路长度均在1000km以上，西线调水工程要建300m高坝，开凿100km以上的超长隧洞；每条线的输水流量为500~800m³/s，年调水量为100~150亿m³。无论是调水线路的长度，还是调水的规模都超过目前世界上已建的最大调水工程。40多年来，各有关方面做了大量工作，积累了丰富的勘测、规划、设计和科研成果，为科学决策提供了重要依据。调水工程中的主要技术问题基本清楚，技术上是可行的。但是工程规模巨大，大型建筑物数量多，工程地质条件复杂，环境影响范围广，调度运行管理要求高，许多技术问题已达到或超过当今世界水平，有待深入研究，以便工程顺利建设，确保工程安全运行，充分发挥工程应有的效益。
    主要研究内容有：
(1)区域性特殊土的岩土力学研究
    膨胀土、黄土和软岩的工程地质特性与力学特性研究；强地震区饱和沙土液化及其对工程的影响；软土地基加固技术；煤矿采空区地基处理研究等。
(2)主要水工建筑物结构和工程力学研究
    穿黄隧洞或渡槽的结构分析；跨河越岭输水建筑物的新结构、新材料、新工艺及可靠度分析；混凝土坝加高的结构、材料和施工技术；水工结构抗震安全性研究等。
(3)长距离巨型输水系统的水力学及泥沙研究
    总干渠运行控制模式；输水明渠最优等容量控制断面；穿黄隧洞非恒定流分析；交叉建筑物水力学和泥沙问题；冬季输水问题；输水系统安全监测研究等。
(4)施工技术研究
    泥水盾构施工技术；高寒地区筑坝技术；深埋超长隧洞施工技术；大型薄壳渡槽高强预应力混凝土及施工工艺研究等。
(5)水质保护与环境影响研究
    水源区的水质保护与生态建设；调水对水源区下游水质与生态环境影响及对策措施；输水渠道的水质管理与保护技术；输水沿线的生态变化与对策措施；供水区供水、排水、污水处理；输水系统自然灾害规律、预测、预防及风险研究等。
(6)水资源高效利用与优化配置研究
    有效水量的研究；水资源优化配置；多水源、多用户联合调控技术；水量实时监控调度自动化技术；调水工程信息系统研究等。

8、各方面关注的问题

(1)节水问题。受水区高耗水工业企业偏多，用水定额偏高，重复利用率偏低，污水处理回用率很低。供水损失率高，节水潜力较大。主张先节水，后调水。
(2)治污问题。受水区江河湖库水体污染严重，影响到水资源的有效利用。如果不从污染源加大治污力度，则调来的好水也被污染成劣质水，无市场需求。主张先治污，后调水。
(3)生态环境保护问题。实施南水北调，可以改善受水区的生态环境。但对调水区的生态环境有一定影响，必须采取有效措施，减免其不利影响。做到南北两利，共同发展。主张先保护生态环境，后调水。
(4)调水量大小问题。现有规划调水规模，有的认为偏大，也有的认为偏小。一是可调水量大小，二是需求水量大小，均需要进一步核实。
(5)水库移民问题。中线工程的水源区丹江口水库，从提高汉江中下游的防洪标准和增供北调水量考虑，需要加高丹江口大坝，坛加调节库容。但水库淹没耕地和搬迁移民较多，难度很大，需要深入做好移民安置规划。
(6)中线调蓄工程问题。中线调水规模大，输水渠道长，中间没有足够的调蓄工程，很难实施高保证率城市供水调度，需要研究适当坛加调蓄工程和优化调度。
(7)中线工程分期方案比较。中线工程分二期建设，意见比较一致。但分期方案有三种意见: ①总干渠分期加高加大流量；②三堤二渠；③黄河以北分高、低二条输水线路，一期高线，二期低线。上述意见需要在下一步工作中深入研究比选。
(8)中线工程的洪水风险问题。中线总干渠通过暴雨洪水区，存在洪水威胁的风险问题，需要研究减免风险的措施。
(9)筹资与水价问题。按2000年上半年价格水平初步框架，近期东线一、二期和中线一期工程总投资约1300~1500亿元，其中主体工程投资约800~850亿元，配套工程投资约500~650亿元。需要做工程的经营性和公益性定量分析，合理确定投资结构。在研究中央与地方的资本金比例时，要把用水权、用水量、投资、水价等几方面进行挂钩，实行两部制水价，即容量水价和计量水价。
(10)建设与运营管理问题。南水北调工程规模大，线路长，涉及面广，建设与运行管理都十分复杂。要保证工程顺利建设和良性运营管理，需要加强政府宏观控制与协调，按市场机制组建总干线项目法人，实行法人负责总干线工程的建设与运营管理。有关省市组建相应的企业法人，负责其配套工程建设与运营管理。