|
||||||||||||
|
||||||||||||
|
新聞背景 南水北調(diào)中線工程2003年開工，目前已經(jīng)進(jìn)入通水倒計(jì)時(shí)，預(yù)計(jì)將于今年汛后通水。這個(gè)工程從湖北丹江口水庫(kù)調(diào)水，年均調(diào)水量95億立方米，途經(jīng)湖北、河南、河北，到達(dá)天津、北京，涉及地域之廣，自然條件之復(fù)雜，建設(shè)難度之大，在世界上都極為罕見。 那么，長(zhǎng)江水是如何克服這重重困難來(lái)到北京的？南水進(jìn)京后會(huì)給北京帶來(lái)哪些影響？相信很多讀者心中都藏著許多個(gè)“為什么”。本版特約清華大學(xué)水利系學(xué)生科協(xié)的成員就這些疑問一一做出科普解答。 不到百米落差 如何流過(guò)一千多公里路程 中線總干渠長(zhǎng)1277千米，渠首水位147.38米，終點(diǎn)團(tuán)城湖水位49.5米，輸水線路如此之長(zhǎng)，調(diào)水規(guī)模如此之大，落差卻只有不到100米，可見長(zhǎng)江水要進(jìn)京，有多么的不容易。 南水北調(diào)中線的特點(diǎn)是，全程采用“自流”方式，即讓水自動(dòng)北流。為了減少沿線的水頭損失和滲漏，渠道全線按不同土質(zhì)，分別采用混凝土、噴漿抹面等方式進(jìn)行全斷面襯砌�？偢汕S河以南縱坡1/25000，黃河以北1/30000至1/15000。 為了達(dá)到渠道縱坡要求，實(shí)現(xiàn)南水自流向北，遇到地勢(shì)高的地方就要削平，所謂逢山開路。河南境內(nèi)的方城埡口是南水北送的咽喉要地，早在北宋時(shí)，宋太宗就想從方城埡口挖通渠道，引水北上，據(jù)傳當(dāng)年征調(diào)10萬(wàn)人挖了一百多里，終因土硬石堅(jiān)，未能成功，千年之后這一難題終于被攻克。 遇到地勢(shì)低的地方，則需要遇水架橋，渡槽就是這所謂的“橋”。渡槽，也叫過(guò)水橋，是輸送渠道水流跨越河流、溝谷、洼地、道路等障礙的架空水槽。 北調(diào)水如何跨過(guò)河流和道路 為保證渠道內(nèi)的水不受沿線河流水的污染，中線工程渠道主要采用渡槽等方式橫跨河流。位于河南魯山縣內(nèi)的沙河渡槽是當(dāng)今世界上綜合規(guī)模最大的渡槽，被譽(yù)為“世界第一渡槽”。它橫跨沙河、大浪河、將相河三條大河，全長(zhǎng)9.05公里，如同一條巨龍橫空，是中原大地上的一道奇觀。沙河渡槽也是中線工程中規(guī)模最大、技術(shù)難度最復(fù)雜的控制性工程之一，單是將重達(dá)1200噸的U型渡槽安全運(yùn)輸、吊裝到沙河之上，就已經(jīng)是一項(xiàng)重大工程難題。最終這一難題被工程師們克服，創(chuàng)造了水利工程施工史上的又一奇跡。 這里也要介紹一下另一種河渠交叉建筑物——倒虹吸。當(dāng)渠道與道路或其它河渠高程相近，需要平面交叉通過(guò)時(shí)，需要一種建筑物引導(dǎo)水流從道路或河渠地下穿過(guò)，此建筑物就是倒虹吸。倒虹吸的上游入口高程稍高于下游出口，其工作原理是借助上下游的水位差，使水流先下降再上升通過(guò)建筑物。其原理類似于虹吸，但不用人為制造真空，因而應(yīng)用廣泛，中線工程總干渠穿越白河干流就是采用倒虹吸工程。 長(zhǎng)江水是怎樣穿過(guò)黃河的 中線穿黃工程位于鄭州境內(nèi)，是人類歷史上最宏大的橫跨大江大河的水利工程。來(lái)自丹江口的清泉要從黃河的滾滾濁流之下穿過(guò)，工程難度之大可想而知。 穿黃工程是南水北調(diào)總干渠穿越黃河的交叉建筑物，不僅規(guī)模大，其建筑物的布置、形式等直接與黃河河勢(shì)相關(guān)。專家在確定設(shè)計(jì)方案時(shí)對(duì)過(guò)河建筑物型式（主要是渡槽、隧洞）以及穿黃線路的選擇進(jìn)行了大量的論證工作，最終選擇了盾構(gòu)隧洞方案。 黃河河床物質(zhì)主要為第四系粉質(zhì)壤土、粉細(xì)沙、細(xì)沙和中沙，在這樣的底質(zhì)下，在地下35米深處，挖掘外徑8.7米、長(zhǎng)4250米的圓形隧洞，將面臨盾構(gòu)始發(fā)、盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)距離掘進(jìn)、大型深豎井施工等技術(shù)難題。事實(shí)上，在隧道施工過(guò)程中，掘進(jìn)不到1000米時(shí)，盾構(gòu)機(jī)就出了問題，付出巨大代價(jià)邀請(qǐng)德國(guó)廠家現(xiàn)場(chǎng)維修之后盾構(gòu)機(jī)才繼續(xù)投入使用。耗時(shí)5年之久，穿黃工程才得以貫通，長(zhǎng)江水與黃河水得以實(shí)現(xiàn)有史以來(lái)首次“擦肩而過(guò)”。 什么是PCCP管道工程 PCCP管道全稱預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，是在帶鋼筒的混凝土管芯上，纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，并噴以水泥砂漿保護(hù)層而制成的。 南水北調(diào)中線京石段惠南莊——大寧段PCCP管道工程，是繼利比亞“大人工河工程”之后，國(guó)際上又一次大規(guī)模采用直徑達(dá)4米的PCCP的工程項(xiàng)目，而且如此超大口徑的雙排、大埋深管道工程，在國(guó)際上尚無(wú)先例。 本工程的難點(diǎn)在于管道口徑大，如此大口徑的管道從制造到安裝在國(guó)內(nèi)都屬首次，需嚴(yán)格控制管道制造質(zhì)量和安裝精度；此外，管道體積大，運(yùn)輸難，其最大外徑達(dá)4.852米，這樣的尺寸用不著交警阻攔，路上的天橋涵洞就將管道攔下了，為此本工程就近建設(shè)制管廠并設(shè)計(jì)了專用運(yùn)輸?shù)缆�；大口徑也�?dǎo)致單管重量最高達(dá)77噸，吊裝難度極大。雖然本工程存在眾多難點(diǎn)，但由于PCCP管道的“5高”性能（高強(qiáng)度、高密封性、高耐久性、高抗?jié)B性和高性價(jià)比），加上安裝簡(jiǎn)單快捷，工程師們對(duì)它青睞依舊，使得國(guó)內(nèi)PCCP管道工程技術(shù)取得新的突破。 冬季渠道結(jié)冰怎么輸水 中線總干渠和天津干渠全長(zhǎng)1432公里，沿途地域氣候差別很大，安陽(yáng)以北渠段存在冬季渠道結(jié)冰的問題，因此冰期輸水是中線工程必須面臨的工程問題。 干渠結(jié)冰以后，輸水能力自然下降，進(jìn)而影響輸水計(jì)劃的執(zhí)行；另外，如果冰期總干渠運(yùn)行不當(dāng)，可能造成冰塞、冰壩事故，威脅渠道安全。經(jīng)過(guò)有關(guān)單位的專題研究，確定冰期輸水方式為：對(duì)于具備形成冰蓋氣溫條件的渠段，控制沿線節(jié)水閘使渠道盡早形成冰蓋，因?yàn)楸w是相對(duì)穩(wěn)定和安全的；對(duì)于不能形成冰蓋的渠段，則通過(guò)設(shè)置攔冰索、排冰閘，分段及時(shí)清理冰塊，防止形成冰壩或冰塞。 千里送水怎樣保證水質(zhì)安全 在解決水量的同時(shí)，如何保障輸水線水質(zhì)安全已成為一個(gè)備受關(guān)注的重大問題。東線、中線干渠途經(jīng)農(nóng)業(yè)區(qū)、城市、工業(yè)區(qū)，不僅水質(zhì)可能會(huì)被進(jìn)一步污染，而且輸水途中地理環(huán)境的差異也將改變水體的理化性狀、降低水質(zhì)。 基于此，構(gòu)建植被緩沖帶體系和間斷濕地生態(tài)系統(tǒng)是南水北調(diào)水質(zhì)安全保障的必要措施。其體現(xiàn)的主要生態(tài)功能有：防止面源污染；增加水生脊椎和非脊椎動(dòng)物、藻類、兩棲動(dòng)物、植物及鳥類的豐富度；改善水體的理化性狀；改善輸水沿線生態(tài)環(huán)境。 從生態(tài)環(huán)境的角度來(lái)看，南水北調(diào)工程不僅僅是一項(xiàng)跨流域調(diào)水工程，而且還是一項(xiàng)規(guī)模宏大的生態(tài)環(huán)境工程。 南水北調(diào)會(huì)影響生態(tài)環(huán)境嗎 保護(hù)生態(tài)環(huán)境是實(shí)施南水北調(diào)工程的基本前提和重要目標(biāo)。研究結(jié)果表明，調(diào)水對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的不利影響主要集中在調(diào)水區(qū)，有利影響集中在干旱缺水的受水區(qū)，但是，工程對(duì)受水區(qū)和輸水區(qū)生態(tài)環(huán)境的有利影響是主要的；對(duì)調(diào)水區(qū)生態(tài)環(huán)境的不利影響，可采取工程措施和非工程措施予以緩解或消除。 對(duì)于“調(diào)水對(duì)北方灌區(qū)土壤次生鹽堿化的影響”、“調(diào)水能否使血吸蟲病流行區(qū)北移”、“調(diào)水對(duì)長(zhǎng)江口及其附近海域、輸水干線湖泊水生生物的影響”等可能涉及的問題，專家們也都作過(guò)系統(tǒng)的專題研究，結(jié)論分別是：黃淮海平原已經(jīng)形成比較完善的排水系統(tǒng)，北方灌區(qū)次生鹽堿化能夠預(yù)防和控制；如果釘螺移至北方地區(qū)，繁殖是非常困難的，形成新的孽生地基本上是不可能的；對(duì)長(zhǎng)江口及其附近海域水生生物不會(huì)有明顯影響，對(duì)輸水沿線湖泊的水生生物是有利的。 長(zhǎng)江水進(jìn)京之后怎么處理 長(zhǎng)江水從陶岔渠首出發(fā)，15天之后到達(dá)北京。為迎接遠(yuǎn)道而來(lái)的長(zhǎng)江水，北京市內(nèi)興建了一批配套工程，主要包括：83公里的輸水干線，總調(diào)蓄庫(kù)容約為4000萬(wàn)方的調(diào)蓄工程，供水總規(guī)模約400萬(wàn)噸/天的新建、擴(kuò)建和改造水廠工程。其中輸水干線主要包括南干渠和東干渠，調(diào)蓄工程包括大寧調(diào)蓄水庫(kù)、團(tuán)城湖調(diào)節(jié)池、亦莊調(diào)節(jié)池。長(zhǎng)江水進(jìn)京后將存放在這些調(diào)蓄水庫(kù)和調(diào)節(jié)池內(nèi)，再經(jīng)過(guò)這些新建或改造的水廠處理之后，最終輸送到千千萬(wàn)萬(wàn)北京市民家中。 如果北京降雨增多，水用不完怎么辦？其實(shí)讀者大可不必?fù)?dān)憂。中線工程沿途供應(yīng)河南、河北、天津、北京四個(gè)省市的用水需求，如果北京需水量下降，那么可以通過(guò)沿途水量調(diào)控，將多余的水量輸送到其他三個(gè)省市，或者通過(guò)地表水和地下水的聯(lián)合調(diào)配消化來(lái)水。 北京的地下水未來(lái)能回升嗎 有了長(zhǎng)江水進(jìn)京，北京的地下水能回升嗎？對(duì)于這一問題，有學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。根據(jù)這位學(xué)者的研究，如果城區(qū)在南水北調(diào)工程通水前維持現(xiàn)狀地下水開采量不再增加，南水北調(diào)工程來(lái)水后，城區(qū)年均開采量在現(xiàn)在基礎(chǔ)上壓減1.8億立方米，郊縣開采量壓減2.2億立方米，則在今后遇到連續(xù)平水年的條件下，到2020年，預(yù)測(cè)城區(qū)和郊縣地下水位均將有所回升；但如果今后來(lái)水連續(xù)偏枯，則預(yù)測(cè)地下水位將繼續(xù)下降。 當(dāng)然，這位學(xué)者的分析是建立在南水進(jìn)京之后采取一定的地下水保護(hù)措施的基礎(chǔ)之上的，所以未來(lái)地下水能否回升，除了與來(lái)水量有關(guān)之外，與政府采取的措施也有很大關(guān)系。 延伸閱讀 南水北調(diào)工程 還有東線和西線 南水北調(diào)研究自20世紀(jì)50年代開始，總體布局被設(shè)計(jì)為3條調(diào)水線路，即西線工程、中線工程和東線工程，分別從長(zhǎng)江上、中、下游調(diào)水，以適應(yīng)西北、華北各地發(fā)展需要。未來(lái)通過(guò)3條調(diào)水線路與長(zhǎng)江、黃河、淮河和海河四大江河的聯(lián)系，將逐步構(gòu)成以“四橫三縱”為主體的中國(guó)大水網(wǎng)，并通過(guò)這3條干線每年從長(zhǎng)江調(diào)水448億立方米。 東線工程是在現(xiàn)有的江蘇省江水北調(diào)工程、京杭運(yùn)河工程、淮河現(xiàn)有工程和其它相關(guān)工程基礎(chǔ)上建設(shè)的，包括輸水系統(tǒng)和蓄水工程。規(guī)劃的東線工程從江蘇省揚(yáng)州附近的長(zhǎng)江干流引水，基本沿京杭大運(yùn)河逐級(jí)提水北送，向黃淮海平原東部和膠東地區(qū)供水。東線全長(zhǎng)1154公里，每年將輸水143億立方米。輸水口起于長(zhǎng)江下游的蘇州，全線穿越江蘇、安徽、山東和河北省抵達(dá)天津市。 西線工程從長(zhǎng)江上游引水入黃河，是解決我國(guó)西北地區(qū)和華北部分地區(qū)干旱缺水的戰(zhàn)略性工程。據(jù)初步研究結(jié)果，從通天河、雅礱江、大渡河這3條河最大的引水量約170億立方米，其中包括通天河80億立方米，雅礱江、大渡河干流50億立方米，雅礱江、大渡河支流40億立方米，供水范圍為青海、甘肅、陜西、山西、寧夏、內(nèi)蒙古6省、區(qū)、市。 南水北調(diào)工程是當(dāng)今世界上最大的遠(yuǎn)距離、跨流域、跨省市調(diào)水工程，它的建設(shè)凝聚了新中國(guó)上上下下幾代人的心血和智慧，如同萬(wàn)里長(zhǎng)城、京杭大運(yùn)河一樣，是中國(guó)五千年歷史上的偉大工程，也必將成為人類充分利用地理、地形特點(diǎn)，優(yōu)化配置國(guó)土資源的又一個(gè)偉大范例。 |
