水利工程論文-南水北調西線工程關鍵技術問題的分析摘要：南水北調西線工程的可調水量、工程方案和受水區供水，是三個主要工作內容，也是三個關鍵技術問題。確定可調水量的一個基本點，就是堅持水資源可持續利用的原則，優先考慮調水區遠景年的實際需水量，剩余的水量再考慮外調#第一期工程方案的關鍵技術就是如何開鑿深埋長隧洞，掘進機的采用使得這一問題得到解決。供水對象優先考慮生態用水，然后是城鎮用水和工業用水，最后是農業用水。可調水量分析和供水對象、供水范圍分析，都融入了保護和改善生態環境的內容，這說明生態環境建設在西線調水中占據著重要地位，也表明研究調水工程在觀念和思路上的轉變。關鍵詞：可調水量工程方案受水區供水南水北調西線工程2001年5月2729日，水利部組織專家審查通過了南水北調西線工程綱要及第一期工程規劃，同意報告提出的西線工程分三期實施的方案，即先實施第一期工程，再逐步實施第二、三期工程。根據水利部的安排，按基本建設程序，第一期工程于(2001年7月轉入編寫項目建議書階段，在2005年提交項目建議書報告。現就西線工程的三個關鍵技術問題進行簡要分析。1可接受調水量分析我國水資源在地區上分布不均衡，南方水多，北方水少。從水量豐沛的長江調水到缺水的黃河，這個總體思路是正確的，然而對調水河流而言，也不能把水調干調盡，要考慮到調水河流的生態平衡、水資源承載能力和水環境承載能力。據此，確定調水河流可調水量的一個基本點就是堅持水資源可持續利用的原則，優先考慮調水區遠景年的實際需水量，包括工農業需水、人畜用水、生態用水等，剩余的水量再考慮外調。規劃南水北調西線工程從長江上游通天河末端，即金沙江起始段調水80億m3，從雅礱江干流及兩條支流調水65億m3，從大渡河的3條支流調水25億m3。調水量與調水河流多年平均徑流量的比例：占金沙江渡口570億m3的14.0%，占雅礱江河口604億m3的10.7%，占大渡河河口495億m3的5.0%。從三條河調水170億m3，占所在河流河川徑流量的5%14%。對一條河而言，調多少水才算適度呢？當前，還沒有明確的標準，不過國際通常認為一條河的用水率以不超過40%為宜。三條調水河流域的用水情況：調水區處于特殊的地理位置，人煙稀少，社會經濟不發達，現狀工農業用水及生活用水等用量不大，用水主要在河流下游，特別是河口地區。預測2030年，三條調水河流域工農業及生活等需水量占全河河川徑流量的5%7%，因此，從調水河流上游調取5%14%的水量，三條河仍有足夠的河川徑流量，可以滿足下游社會經濟發展對水的需求，故此調水量稱作可接受調水量。然而，就引水點而言，調水占引水壩址處河川徑流量的比例卻較大，達65%70%。也就是說，調水后引水壩址下游河道的水量，只有原水量的30%35%。這個下泄量是否能維持該河段生態系統的平衡，就需要研究并估算壩址下游河段的生態環境用水量。生態環境用水是指用于保護和改善環境質量所需要的水量。目前，河道生態環境用水量的確定還沒有統一的計算方法，不同國家、不同地區、不同河流的自然條件和生態環境狀況都有所不同。北京師范大學環境科學研究所與水科學研究所推薦了兩種計算方法：第一種是用河道枯水流量的百分比確定；第二種是用Tennant法確定#后者是目前美國使用的一種方法。鑒于西線調水河流的特殊性，這里僅簡述河道枯水流量法。依據調水河段特殊的高山峽谷地形和年降雨量700mm左右的相對較多的雨量以及流量的年際變化較小，枯水期流量相對比較穩定等較好的條件，選用壩址多年系列的最小月均流量作為基準，年內各月生態需水取該流量的60%。計算表明，生態環境需水占多年平均最小月流量的42%左右。通過水庫數、入庫水量、水庫蒸發、滲漏水量、水庫上游需水量、下泄水量、河道生態用水量等參數公式的運用和庫容、輸水工程輸水能力、最小下泄流量!供水保證率等約束條件的換算，得出三條河引水壩址處可接受的調水量為171億m3，與規劃調水量170億m3基本相符。2第一期工程方案的可行性分析第一期工程地處青藏高原東南部，海拔3500m左右，位于四川省甘孜縣到阿壩縣一帶。工程方案由“五壩七洞一渠”組成。“五壩”壩高63123m，初步推薦壩型為適合當地材料的混凝土面板堆石壩；穿越巴顏喀拉山的輸水入黃河隧洞長244km，分為7段，開鑿人工支洞后，最長施工洞段長37km，洞線上覆蓋山體厚度（即埋深）300600m，最厚達1150m；“一渠”為一段明渠，長16km。2.1筑壩技術從筑壩技術看，我國對各種壩型的建筑技術已趨成熟。20世紀80年代以來，開始重視和推廣混凝土面板堆石壩壩型。這種采用當地石料，分層振動碾壓堆石的施工方法，使壩體密實，面板較少出現裂縫，防滲效果也好，具有斷面小，安全性好，施工簡便!造價低的特點。當前，大型、多功能、高效施工機械的應用大大提高了施工質量，加快了施工進度，降低了工程造價。我國在廣西與廣州交界處的南盤江上于1999年建成混凝土面板堆石壩的壩高為179m，在海拔2900m處于1999年建成的青海黑泉面板堆石壩壩高為123.5m，最近才開工建設的湖北清江水布埡混凝土面板堆石壩壩高233m。這說明!在筑壩技術方面，西線工程雖有海拔3500m地區的氣候寒冷問題，但從當今的施工技術看!完全有措施解決。2.2開鑿長隧洞技術開鑿長隧洞技術，在20世紀80年代以后發展迅速。開鑿短隧洞，一般采用打眼、裝炸藥爆破，即常規的鉆爆法。隨著開鑿長隧洞技術的發展，已采用適用于硬巖的開敞式掘進機施工法，以及適用于軟巖、土砂層隧洞施工的盾構掘進機施工法。掘進機技術的特點是：高度機械化、專業化施工，掘進、出渣、襯砌、灌漿等工序一次完成，進度快、質量好。近年來掘進機廣泛采用電子、信息技術，對全部作業進行指導和監控。歐洲隧道，即英吉利海峽隧道，在掘進過程中，安裝約200部儀表，工程技術人員每天讀取數據120個，運用計算機分析掘進機的運轉效果，指出機械和電器存在的問題，從而明確機械維修保養的目標!使掘進機的時間利用率提高到90%，整個系統的時間利用率達60%。若使掘進機在掘進過程中始終處于最佳狀態，其掘進速度一般為鉆爆法的810倍，甚至更高!最佳日進尺可達150m以上。從隧洞施工段的長度看，我國已建成的甘肅引大入秦30A輸水隧洞長11.6km，成洞洞徑5.5m；西康鐵路秦嶺隧道長18.4km，成洞洞徑7.6m。國外已建成的英吉利海峽海底高速鐵路兩條平行隧道，即歐洲隧道，每條長38km，成洞洞徑7.6m；正在施工的瑞士圣哥達高速鐵路兩條平行隧道每條長57km，成洞洞徑9.6m。這些長隧洞的特點：1采用掘進機開鑿。秦嶺隧道采用開敞式掘進機，歐洲隧道和引大入秦30A隧洞采用盾構式掘進機。2埋深大。歐洲隧道在海水面以下平均40m，最深達130m；圣哥達隧道上覆蓋山體最厚近3000m。3沒有條件開鑿人工支洞。僅圣哥達隧道在山體上人工開鑿了一個直徑12m、深800m的豎井。上述特點說明，無論是通過山體或水下的長隧洞，也無論硬巖或軟巖，運用掘進機開鑿，技術上都可行。第一期工程輸水隧洞通過的圍巖主要為砂巖、板巖或砂板巖互層，巖石抗壓強度30100Mpa，屬中等硬度，有利于掘進機的開鑿。雖然，當地氣候寒冷缺氧，地質條件復雜，需要認真研究開鑿隧洞可能出現的問題和需要采取的措施，但是類比國內外已建工程，開鑿最長37km隧洞段以及其他各施工洞段，技術上是可行的。3供水對象和供水范圍分析第一期工程調水40億m3入黃河，現就規劃的供水對象和供水范圍進行分析。供水對象：生態環境用水，城鎮生活和工業用水，兼顧農業用水。供水對象把生態環境用水放到了第一位，這不是說其他供水不重要，而是考慮了地處黃河上中游地區的自然地理特點不同于其他地區。該地區年降雨量一般200300mm，干旱少雨，水資源嚴重缺乏，已成為社會發展的重要制約因素。隨著人口的增加和大規模的生產建設活動，使本來就十分脆弱的生態環境惡化加劇。當前，西部大開發建設加快，人類對自然的索取還要不斷增加，生態環境的壓力會越來越大，因此，西線調水首先要考慮為保護和改善生態環境供水。供水范圍：規劃了向大柳樹供水區、渭河地區和黃河干流補水。大柳樹供水區地處陜、甘、寧、蒙四省（區）的干旱地帶，該區有3萬多hm2的遼闊土地，而且地形平坦，是我國開發條件較好的后備土地資源之一。該地區毗鄰騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠和毛烏素沙漠，風沙的蔓延和人為不合理的活動致使該地區部分土地沙化，生態失調，急需采取治理措施來有效地控制沙漠的侵蝕。規劃向大柳樹供水區供水20億m3，使這片有水則綠洲、無水則荒漠的廣袤干旱土地得到水源，植樹種草，同時發展生態農業，擴大環境容量，擴展人的生存空間。使居住在山區的人們遷居到這片得到供水的平原區，建設新的定居點或村鎮，不斷改善這片適宜于人類生存的綠色土地，遏制沙漠的蔓延。規劃供水10億m3給渭河地區，使渭河增添良好水質的新水源，改善渭河地區的缺水和水污染狀況，使已有雄厚經濟基礎的陜西關中地區更快地向前發展。規劃供水10億m3補給黃河干流!這樣做考慮了兩點：一是黃河上游地區支流用水較多，減少了入黃水量；二是黃河上中游地區廣泛開展的水土保持治理工作，增加攔蓄降水資源的能力，提高降水資源的利用率，減少了入黃水量。向黃河干流補水，既可滿足支流用水和水土保持用水，又能維持河道的生態基流。4結語可調水量：工程方案和調水入黃河后受水區的水資源優化配置，是南水北調西線工程的三大主要工作內容，也是三個