霍有光(西安交通大学生态环境与现代农业工程技术中心教授)
摘 要：随着汉江流域用水量持续增长，南水北调中线工程取水于丹江口水库，水源将没有可靠保证，因此不得不规划由三峡水库取水、向丹江口水库补水的“补偿工程”。也就是说，所谓“中线自流调水工程”实质将转化为“中线提扬调水工程”。众多事实说明，同是提扬调水工程，取水口选在湖北长湖比选在三峡水库，要更加经济、更加优越。
关键词：南水北调中线工程 三峡水库 长湖 取水口
众所周知，目前规划的南水北调中线工程是旨在以丹江口水库为取水点的调水工程。需要引起大家关注与思考的是，现工程规划遗留着有待解决的大问题，即：“中线从丹江口水库引水，年平均引水130亿立方米，过黄河70～75亿立方米，但有丰枯水年。……前提是加高丹江口大坝，做好汉江下游补偿工程。”(参见《科技日报》2000年10月30日《南水北调紧锣密鼓》)
所谓“做好汉江下游补偿工程”，就是指未来当丹江口水源不足时，要从三峡水库为丹江口水库补水。但仅有这点轻描淡写的前瞻性说法还不够，应该对丹江口水库未来的调水形势有更加深层的认识。21世纪，随着丹江口水库上游集水区陕南汉中、安康、商州三个地区之经济与丹江口水库下游沿江两岸近千公里区间的工农业生产迅猛发展，加之若逢汉江枯水年，丹江口水库需要以丰补歉、为中下游调剂用水，因此，不久的将来会出现“中线从丹江口水库引水”根本没有水源保证的调水局面。
显而易见，所谓“中线从丹江口水库引水”，实质已经转变成“中线从三峡水库引水”这一性质完全不同的工程技术问题了，未来丹江口水库至多只能起一个中转调节库的作用。当丹江口水库对中线不再发挥调“汉水”的作用时，那么中线调水只能完全依靠“补偿工程”来调“南水”，因而也就成为100%的提扬“三峡水”工程!
现中线调水工程既然未来将变成一项100%提扬“三峡水”工程，那么就有选择在什么地方建提扬工程更合适的问题。目前规划的中线调水的完整线路(包括补水线路)轮廓是：三峡水库——丹江口水库——南阳——方城垭口——新郑西——郑州西——北京。笔者认为，调水线路的前(南)半段：即“三峡水库——丹江口水库——南阳——方城垭口”线路，选择的是一条迂回偏长的线路，不仅比““长湖——襄樊——唐河——方城垭口”调水线路长得多，而且面临地质条件复杂、扬程偏高等工程技术问题与高工程投资问题。
三峡水库至丹江口水库的地图直线距离为196公里(丹江口水库至方城大约154公里)，两水库之间被荆山(西延即神农架地区)、武当山山脉所间隔。丹江口水库加高以后，蓄水位将由140余米上升到170米；三峡工程建成后水库蓄水水位亦为170米，汛期来临前，三峡水库为了接纳上游洪水，要腾出一定的库容，水位要降至145米。可以看出，两个水库的水位高程是大致等高的，若要让三峡水库向丹江口供水，必须修建提扬工程以实现“自流”，其直线调水方案有两种：一是提扬20～30米，隧道只好选在山腰(即山根)下部开凿，隧洞长达196公里，工程量巨大；二是提扬200来米，工程量可大为减小，但隧道长度至少达120公里。
彭泽云、阎勇军、张明政等先生(2000)提到的有关提扬20米方案则线路更迂回一些，或者隧洞长度十分壮观。其一是“丹江口至三峡水库的引水路线长约300公里，其中约有110公里的隧洞”；其二是“采用40公里隧洞方案，线路总长有370公里”；其三是“从长江支流香溪直达汉江的支流南河，再由南河至丹江口水库坝下的路线为好。这条路线河道总长约180公里，其中隧洞长120公里”。
陈传友、肖才忠、王立等先生(2000)则为“拓展南水北调中线工程”推荐了两个补水方案。一是三峡水库向丹江口水库补水的“一级提水方案”，提扬高度为212米。取水口在三峡水库区、原兴山县香溪下游，调水线路总长153.1公里，其中隧道总长122.75公里，隧洞最长者为23.8公里。大致线路为：三峡水库——香溪——兴山——马桥(横穿青峰大断裂)——官坊——浪河镇——丹江口水库。全线又可分为南北两大地段，其中三峡水库——官坊段(南段)，地貌上要横穿神农架地区(主峰神农顶，海拔3150米)；官坊——丹江口水库段(北段)，要横穿武当山区。二是三峡水库向丹江口水库补水的“二级提水方案”，提扬高度为386米(即其中第一级提水为212米，第二级提水为184米)。该方案取水口与方案一相同，调水线路亦与方案一大致相同，线路总长为135公里，其中隧洞总长为64公里，隧洞最长者为21公里。
总之，为了降低扬程，就得增加开凿隧洞的长度，或者延长调水线路；为了减少隧洞的长度、缩短调水距离，就得增加提扬的高度。更重要的是，选择这一地区规划调水线路，不仅无法避免开凿长隧道的难题，而且工程地质条件也是非常不佳的。
从三峡库区向丹江口水库调水，必须自南向北依次斜穿荆山(或神农架地区)与武当山余脉。那么，调水线路所遇到的地质地形因素有什么特点呢？
(1)荆山是广义的大巴山山脉的东延部分，呈北西——东南走向，它北始于湖北房县青峰镇大断层，南止于荆门—当阳一线，东达荆门—南漳一线，长约150公里，海拔一般为1200—1800米，主峰聚龙山海拔1852米，面积约3100多平方公里。荆山地质上属燕山隆起褶皱带，是强烈上升的新构造运动区，为强烈褶皱和复杂断层地区，逆掩断层、块状断层十分发育。山岭多呈狭长状，山顶大致等高。从三峡库区向丹江口水库补水，必须从荆山中部或西部穿过，而这一地带山高谷深，巍峨陡峭，沟壑纵横，对此，凡乘船由三峡而下的旅客，都会对北岸山形之壮观，留下非常难忘的印象。这里岩层中发育喀斯特溶洞，北西向、北东向断裂带密集，对开凿长隧道工程而言，必将带来诸多难题，亦对工程造价问题提出严峻的挑战。
神农架地区是荆山西延部分，面积约3200多平方公里，为长江与汉江的分水岭。地质上属燕山褶皱带，岩层紊乱，节理发育，岩层受强烈侵蚀切割，沟深壁陡，多“V”字型峡谷，海拔多在1200米以上，2600米以上的山峰有30多座，号称“华中屋脊”。
(2)武当山位于丹江口水库之南、荆山之北，亦是大巴山、秦岭的东延部分。西北起于堵河，东南止于南河，绵延百余公里，起伏于十堰市、房县、丹江口市、谷城县境内，主峰天柱山海拔1612米。武当山岩石多由古生代变质岩组成，岩层节理十分发育。从三峡库区向丹江口水库补水，穿越荆山后，接着必须从武当山东部穿过，与城口——房县大断裂(又称青峰大断裂，起于四川城口以西，至于湖北襄樊，走向近东西)相遇，大断裂由一系列逆掩岩片组成，两侧劈理、片理带宽达数十米至上百米，伴生次级褶皱断裂。近代沿这条大断裂带有地震发生及温泉出露，表明断裂仍在活动。同时，北东向断裂带与北西向断裂带在武当山区内密集成群相汇，形成许多悬崖峭壁。因此不难看出，此段地形对开凿调水隧道，也是十分不利的，工程造价亦不菲。
概言之，笔者认为，现规划的中线工程南段“三峡水库——丹江口水库——南阳——方城垭口”线路的选线是很不理想的，建议改为“长湖——襄樊——唐河——方城垭口”调水线路。(参见图1)改动后的线路全长约338公里，比原规划从三峡调水的线路(即“补偿工程”之“三峡水库——丹江口水库——方城垭口”线路)要短得多，同时避免了开凿长隧洞、横穿荆山与武当山之难题，扬程也低于三峡补水的高提扬方案。其具体优越性主要表现为：
(1)长湖位于三峡水库下游约115公里(地图上直线距离)，湖底海拔28米，水位海拔高度为30.5米，是长江、汉江之间地势最高的湖泊。长湖是湖北第三大湖，面积122～150平方公里，库容为2.71亿立方米，无冰冻，有鱼类品种约20种。长湖经综合治理，挖掘了四湖总干渠，建有泄水闸，南岸筑有长湖库堤，堤顶高34.5米，顶宽6米，设计洪水水位33.11米。如果能在此基础上进一步培高加固大堤，由枝江(或江陵、宜昌)引水入长湖，使正常水位达到33米，比原正常水位高出2.5米，此举至少可扩大库容2.5亿立方米并将提扬高度减少2米多。选择长湖作为取水口，有利于尽量容纳来自三峡大坝、葛洲坝两级拦蓄发电后的“弃水”，实现三个梯级水库拦蓄，长江水资源从而得到充分的利用。尤其是三峡水库建成后，防洪库容可达221.5亿立方米，最大库容达393亿立方米，最大坝高183米，最高水位175米。长湖作为三峡、葛洲坝发电后“弃水”的调节库，避免了因从库内调水而损失三峡、葛洲坝的水电电能，同时三峡上网发电(设置14台和12台单机容量为700MW的水轮发电机组及6个安装场，总装机容量18200MW，年发电量847亿kW·h)以后，调峰问题十分突出，还可充分利用三峡、葛洲坝夜间所发的电能，为中线实现常年不间断调水，较好地解决既要保证调水能源又要保证调水水源的兼得问题。
值得一提的是，1998年长江大洪水之后，中国地质大学殷鸿福院士等(1999)建议开挖“江陵——长湖——潜江北——汉水”运河，在中游洪水威胁最大的荆江悬河河段，对长江进行分流。此线路曾是长江故道，新开这条分洪河道，可以消减荆江洪水，实现错锋削锋，使荆江洪水可以提前到达武汉。运河串联了长湖，把长湖作为调蓄水库，这一设想与笔者建议的中线调水修正方案相结合，可以获得蓄水、调水、分洪以及灌溉、养殖、航运等并举的多重效益。
(2)“长湖——襄樊——唐河——方城垭口”调水线路，避开了斜穿地质条件复杂的荆山山脉与武当山山脉。调“南水”自长湖始，充分利用平坦的汉江、唐白河谷地，在平缓的河谷中建设提扬工程。汉江中下游河段平均比降为0.09‰—0.19‰，至襄樊、社旗后，迁就唐河支流沟谷，经“方城垭口”翻越分水岭，使“南水”进入黄河流域，总扬程大约为100米(按：东线江都水利枢纽工程总扬程为65米)，与三峡补水之高扬方案比较，提扬的高度要低得多，而且无须兴建上百公里的长隧洞工程。
必要指出的是，1998年4月，长江水利委员会黄伯明等先生在《科技日报》发表《关于解决黄河断流东部缺水的建议》一文，提出从三峡水库上游的支流——大宁河提水，注入湖北堵河(丹江支流)，自流入丹江口水库。该工程除必须开凿19公里、26公里长的两条隧道外，还需提扬500米，比由长湖提水，扬程多出400米。也就是说，从长湖提水所消耗的电能，只有从大宁河提水所耗电能的1/5。可见，比较调水成本，由长湖提水要划算得多。
(3)突破了调水数量的限制。如果每年调运500亿立方米“南水”，大约需要装机390万千瓦。按目前我国现有国力如葛洲坝的发电实力(总装机1820万千瓦)与三峡电站平均年发电846.7亿kw.h的实力，以水(发电)养水(工农业用水)，显然是能够承受的。
由于突破了调水数量的限制，以往所谓南水北调东线与中线工程两者相互不可替代的说法便被破解了，且水的质量比东线调水好得多。如果调运500亿立方米的水资源，一是在郑州过黄，分解为150亿立方米抵京，50亿立方米留给河南使用，合计为200亿立方米；二是在郑州入黄，300亿立方米入黄刷沙，其中150亿立方米到山东位山后，引入鲁北运河抵天津，50亿立方米留给山东使用，剩余100亿立方米继续刷沙入海。调运500亿立方米的水资源，只需增加黄河以南的运河宽度，提扬总量与干渠工程则可分若干历史阶段，分期逐步到位。
所谓用水刷黄，就是利用一定流量与流速的黄河水力，挟沙以入海，减轻河床淤积之患。当然，如何利用水资源使黄河刷沙获得最佳效果，是一个比较复杂的科学问题，在此，笔者提出两点建议：一是利用中线所调客水，制造“人工洪水”，在郑州稍下河段聚水以刷沙(仅为设想，以供探讨)。河南境内黄河河床，一般宽约10公里，最宽可达20公里。在每年黄河断流期间，可利用宽阔的河道与干涸河床上丰富的沙土资源，采取机械化推土堆坝、渐渐合龙的方法，把中线调入黄河的客水储存起来，形成一个临时性水库，当蓄积够一定水量时，用炮火炸开土坝(或预先在土坝下埋设定向爆破装置，实施定向爆破)，使之形成人工溃坝，通过“人造洪水”，挟沙入海。确定“人造洪水”之安全线，可采用计算机模拟方法，经过充分论证后再付诸实施。这一做法，可在悬河的不同地段，自下而上分段来进行。二是人工拓深下游河床，促进溯源侵蚀。在每年汛期来临之前，可预先在河口地段，沿黄河河床干流走向，预先串珠状深埋定向爆破装置，待汛期洪峰经河口入海时，起爆定向爆破装置，炸出宽深的河槽断面，凭借洪水之力，疏浚河道，把更多的泥沙挟带入海，成倍增大拓深河床的效率。定向爆破宜自下而上分段实施，以免炸酥松动的泥沙数量太多，壅塞河道。
(4)从丹江口水库调水至“方城垭口”，必须斜穿南北走向的唐、白河水系，要建设一系列渡槽工程，难免要受唐白河汛期洪水的威胁。白河有流域面积100平方公里以上的支流29条，上游山区河流落差大，地形陡峻。修改后的长湖调水路线与唐河河谷平行，避免了斜穿白河水系及大部分唐河水系，减少了洪水对调水设施构成的威胁。
(5)不妨碍丹江口水库加高工程。大坝加高后，近期新增蓄水量多发的电力，可用之于长湖提扬工程。
(6)不影响汉江航运业、发电业、淡水养殖业，不影响汉江中下游工农业及城乡生活可持续发展对淡水的需求，可保证武汉市有稳定的淡水水源。
(7)充分考虑了未来陕西经济可持续发展的实际。丹江口水库所蓄之水，主要来自陕西的汉中、安康、商洛(或秦巴)地区，就集水面积而言，其中汉水流域达9.52万平方公里、丹江流域面积达1.5万平方公里，境内长期交通不便，区域经济较为落后，人民生活相对贫困。然而，陕南时逢前所未有的发展机遇：一是西安——安康、西安——商洛——南阳——南京两条铁路建成后，与境内原襄渝线、阳汉线构成铁路网，汉中、安康、商洛三个地区3市25县将迎来经济全面振兴的新时期，乡镇企业将蓬勃兴起，城镇化步伐会加快，用水量将大幅度增长。二是陕西省自身也存在关中、陕北水少而陕南水多的问题。由陕南向关中调水，要翻越高耸广袤的秦岭，难度与投资太大，但调整陕西工业布局却比调水容易得多，对耗水量大的企业，可以搞北厂南建、北厂南移工程，实现南水南用，就地多用南水，将汉水资源直接转化为陕西省的经济效益。三是陕南汉江水电资源蕴藏量达570万千瓦，可开发装机容量295万千瓦，年发电113亿度。通过开发陕南汉江水电资源，不仅可振兴陕西经济，减轻火电对环境造成的污染，而且可大大延长汉水在陕西境内停滞的时间，既可为陕南工农业开发水资源提供机会，抗旱减灾，又能在汛期消减汉水可能对中下游地区带来的水患。勘测表明，汉江上游有7个梯级电站坝址，目前可优先兴建安康水电站(80万千瓦)、旬阳水电站(30万千瓦)、蜀河水电站(30万千瓦)、夹河水电站(28万千瓦)等大型发电枢纽设施。同时，还可鼓励和扶持陕南在汉江的某些主要支流譬如褒河、湑河、酉河、泾洋河、岚河、乾佑河、金钱河、丹江等河段，开发1 ～ 2.5万千瓦的小型水电站。
(8)通过南水北调中线长湖调水修正方案，从长湖取水，增加引江济黄的调水数量，用其中一部分“南水”，可部分替代“200亿立方米的刷黄用水”，将顶替出来的、为冲刷黄河河道泥沙预留的黄河水资源，重新配置到黄河中游地区(甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西)使用，可为开发大西北增水200亿立方米。
前水利部部长钱正英院士(1998)指出：“黄河花园口多年平均天然径流量为560亿立方米，加上花园口以下支流来水20亿立方米，共为580亿立方米。规划中除必须保持输送泥沙入海的汛期水量200亿立方米外，可供工农业和城乡生活的水量为380亿立方米。”可以看出，如果把郑州“花园口以下支流来水20亿立方米”(即自产水量)除外，那么黄河花园口站获得的560亿立方米“多年平均天然径流量”，应该大部分来自黄河中上游地区。有了中线工程调来的300亿立方米刷沙用“南水”，那么完全可替代钱正英院士所说的200亿立方米的“必须保持输送泥沙入海的(黄河)汛期水量”，这些产自西北的、形成黄河径流的珍贵水源，当地可层层拦蓄，就地开展水土保持，植树种草，为西北改造生态环境、实施山川秀美工程发挥巨大的效益。
新近，中国社会科学院农村经济发展研究所宋宗忆先生(1999)在其论文中，转引了江泽民总书记对水资源问题作的一则重要批示：“解决北方缺水问题，已有若干方案，南水北调的方案，乃国家百年大计，必须从长计议，全面考虑，科学选比，周密计划。”如果立足我国21世纪长远发展的高度与汉水流域区域经济发展的前景来考虑问题，迄今有关部门规划的所谓中线丹江口自流调水工程，实质将变为中线三峡提扬调水工程，对于这样一个工程，显然“必须从长计议，全面考虑，科学选比，周密计划”，笔者在此抛砖引玉，提供“科学选比”的参照系，以期通过百家争鸣，集思广益，得到更加全面、科学、周密的中线调水方案。
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