水利工程論文-南水北調(diào)工程部分線段應(yīng)采用管道輸水摘要：對(duì)南水北調(diào)東線和中線工程現(xiàn)行輸水方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，提出中線輸水總干渠將形成一條“懸河”和兩條輸水總干渠均屬于嚴(yán)重淤積渠道等兩個(gè)重要疑慮。繼而對(duì)管道和渠道兩種輸水方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了全面系統(tǒng)的剖析；回答了人們最關(guān)心的四個(gè)相關(guān)問(wèn)題；認(rèn)為管道輸水極有可能是這兩項(xiàng)工程的一種最具競(jìng)爭(zhēng)力的輸水方式。關(guān)鍵詞：南水北調(diào)疑慮輸水方式管道1引言南水北調(diào)東線和中線工程近期將全面開工建設(shè)。根據(jù)目前的規(guī)劃方案，這兩項(xiàng)工程的全部線路均采用明渠輸水（運(yùn)河也應(yīng)視為明渠）。其中東線為土渠，中線為混凝土全斷面襯砌渠道。據(jù)報(bào)道，東線工程江蘇段以及濟(jì)寧至徐州段，除主要承擔(dān)調(diào)水功能外，還兼起水運(yùn)航道和排洪澇的功能。這部分線段采用渠道輸水應(yīng)該說(shuō)是合理選擇或唯一選擇。但對(duì)其余絕大部分線段，尤其是調(diào)水流量小的末級(jí)線路和支線，例如東線工程黃河以北段和向膠東半島調(diào)水的支線，以及中線工程河北至北京段和向天津調(diào)水的支線等，應(yīng)采用管道輸水方案。2輸水方式及其發(fā)展趨勢(shì)迄今為止，大量水的遠(yuǎn)距離輸送不外乎采用兩種方式，即渠道輸水和管道輸水。渠道輸水是一種古老的輸水方式，并且至今仍在全世界廣泛采用。相對(duì)而言，管道輸水則是于近代才興起的一種新型輸水方式，承運(yùn)的總輸水量可能也遠(yuǎn)不及渠道多。但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是上世紀(jì)中期以來(lái)塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，各種價(jià)廉物美的塑料管材相繼出現(xiàn)，使管道輸水的價(jià)格效益（Costeffectiveness）不斷提高，已呈現(xiàn)出逐步替代渠道輸水的趨勢(shì)。全世界的城市生活和工業(yè)用水幾乎全部采用管道輸送；即使是農(nóng)業(yè)灌溉，管道輸水方式也正逐步被人們認(rèn)可，使用量逐年大幅度高速增長(zhǎng)。據(jù)報(bào)道，許多發(fā)達(dá)和準(zhǔn)發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)業(yè)灌溉用水的輸送都已基本上實(shí)現(xiàn)了管道化。在我國(guó)，除噴灌、滴灌、微噴灌和滲灌等現(xiàn)代先進(jìn)灌溉方式通常都采用管道輸水外，低壓管道輸水地表灌溉也作為一種節(jié)水灌溉方式，正在大面積推廣應(yīng)用。南水北調(diào)東線和中線工程主要是解決沿線城市生活和工業(yè)用水，因而采用管道輸水的價(jià)格效益應(yīng)該更高。3對(duì)現(xiàn)行規(guī)劃輸水方案的兩個(gè)重要疑慮3.1中線輸水總干渠將形成一條“懸河”中線輸水總干渠大體上布置在唐白河平原北部及華北平原西部的邊緣，即所謂的高線。據(jù)稱，最終選定高線主要是因?yàn)樵摼€路位于絕大部分受水區(qū)的上方，可以擴(kuò)大自流供水范圍，并少占良田。這種考慮雖然有其有利的一面，但負(fù)面影響可能更大。由于渠底高于沿線受水區(qū)地面，就使中線輸水總干渠形成一條縱貫?zāi)媳?000多km的“懸河”。“懸河”的危害是大家都知道的。黃河千百年來(lái)給下游人民帶來(lái)的災(zāi)難和心理上的壓力自不待言，就是其中游最大支流渭河今秋給人們的教訓(xùn)也夠深刻的了。采用管道輸水可避免“懸河”之憂。管道輸水是壓力輸水，可以不走高線，如將管線布置在京廣鐵路東側(cè)，西側(cè)高處的城市及其它地區(qū)同樣可以受水（不必再增壓）。3.2中線和東線輸水總干渠屬于嚴(yán)重淤積的渠道國(guó)內(nèi)外教課書和文獻(xiàn)推薦，為了避免出現(xiàn)淤積，渠道縱向坡降不應(yīng)小于1/5000。按照目前的規(guī)劃方案，中線輸水總干渠縱向坡降僅為推薦值的1/31/6。東線輸水總干渠黃河以南段擬改變京杭大運(yùn)河原有流向（有違自然規(guī)律？）。這段線路北高南低，反向高程差約40m，經(jīng)13個(gè)梯級(jí)泵站將水提升65m后，形成了15m的水位差，才使水由南向北流動(dòng)，渠道縱向坡降更無(wú)從談起。由此可見，中線輸水總干渠全線和東線輸水總干渠黃河以南段（黃河以北段資料不詳，估計(jì)縱向坡降也不大）都屬于嚴(yán)重淤積的渠道。如果渠內(nèi)的沉積物不能及時(shí)清除，中線輸水總干渠的“懸河”危害將進(jìn)一步加劇，東線輸水總干渠也將逐漸成為“懸河”。采用管道輸水不存在上述問(wèn)題。管道內(nèi)的流速通常都設(shè)計(jì)成1.5m/s或更高，不受沿線高程差的影響，管內(nèi)的泥砂等雜質(zhì)可隨水流沖走。4管道輸水的其他主要優(yōu)點(diǎn)采用管道輸水除了能解決“懸河”和淤積問(wèn)題外，與渠道輸水相比，還具有以下主要優(yōu)點(diǎn)。4.1少占土地，并有利于環(huán)境保護(hù)采用管道輸水時(shí)，管道埋在地下管溝里，回填覆土的厚度不小于1m（具體深度根據(jù)當(dāng)?shù)刈畲髢鐾翆雍穸群偷孛婧奢d確定）。除水泵站、調(diào)節(jié)閥門站等局部地段外，其余絕大部分地段仍可在覆土上種植作物，可大大減少占地面積，并有利于環(huán)境保護(hù)。4.2土建施工難度小，工程量小渠道輸水是依靠重力自流，所有渠段都必須沿等高線布置，并保持合理的縱向坡降。管道輸水則不受此限制，管道總是按最簡(jiǎn)捷（最短）的路線布置，可大大減少土建施工工程量。另外，修建一條渠底縱向坡降均勻、渠壁耐沖蝕并且不泄漏的渠道，要比開挖一條基本規(guī)整的管溝的難度大得多。再者，當(dāng)輸水線路與河流、道路以及其他管線等交叉時(shí)，采用管道時(shí)的處理方式要比渠道簡(jiǎn)單得多。對(duì)中線工程，大部分管線可緊挨107國(guó)道東側(cè)布置，無(wú)需修建施工道路。4.3不存在冬季和早春結(jié)冰問(wèn)題，有利于保證長(zhǎng)年正常供水東線和中線工程主要是解決京、津和華北的缺水問(wèn)題。這些地區(qū)冬季和早春的氣溫低，處于結(jié)冰期。采用渠道輸水方式，輕則減小輸水流量，重則引起斷流，并需要對(duì)調(diào)節(jié)閘門等各種活動(dòng)結(jié)構(gòu)件采取防凍措施。似乎可以這么說(shuō)，如果不很好解決這兩個(gè)時(shí)節(jié)輸水過(guò)程中的結(jié)冰問(wèn)題，則東線和中線工程北部線段的功能將大打折扣。顯而易見，如果采用管道輸水，管道埋在凍土層以下，該問(wèn)題將迎刃而解。4.4可避免輸水過(guò)程中的滲漏和蒸發(fā)，輸水損失小水在輸送過(guò)程中的損失形式主要有三種，即滲漏、蒸發(fā)和泄漏。就農(nóng)田灌溉工程而言，一般認(rèn)為土渠的輸水損失占輸水量的1040。損失所占比例的大小與輸水距離和土質(zhì)有關(guān)，輸水距離越長(zhǎng)，損失比例越大；土質(zhì)越差（滲透能力越強(qiáng)），損失比例也越大。上述輸水損失中包含了泄漏損失，約占輸水量的5。管道比渠道便于管理，泄漏損失也要小一些。由此可見，對(duì)于規(guī)劃方案中采用土渠輸水的東線工程部分線段，若改為管道輸水，減少輸水損失2030是完全有可能的。對(duì)于中線工程，由于規(guī)劃方案中采用襯砌渠道，滲漏損失很小（因渠底、渠壁可能會(huì)出現(xiàn)裂縫等原因，仍不能完全避免），但蒸發(fā)損失與土渠相同，預(yù)計(jì)采用管道可減少輸水損失1015。4.5避免水污染，省去治污費(fèi)用這一點(diǎn)對(duì)于地勢(shì)較低、沿線已造成嚴(yán)重污染的東線工程尤其重要。據(jù)報(bào)道，按目前的規(guī)劃方案，東線一期工程總投資120多億元，同期沿線投入的污染治理費(fèi)為138.2億元；加上二期工程擬投入的治污費(fèi)90.2億元，合計(jì)高達(dá)228.4億元。中線工程水源地丹江口水庫(kù)的水質(zhì)極佳，如果在輸送過(guò)程中受到污染，也同樣需要投資進(jìn)行二次處理。采用管道輸水時(shí)，管道是封閉的，管內(nèi)的壓力高，水只能出不能進(jìn)，這兩項(xiàng)工程調(diào)用的水不與周圍的水系接觸，可避免受到污染。4.6輸水保證率高，并有利于分期施工投運(yùn)對(duì)于渠道輸水方式，當(dāng)因自然災(zāi)害或人為因素造成渠堤潰破時(shí)，勢(shì)必造成下游停水。采用管道輸水時(shí)，管道數(shù)量一般都在4條以上，使風(fēng)險(xiǎn)分散，保證率提高。另外，修復(fù)管道所需的時(shí)間一般也比恢復(fù)渠堤所需的時(shí)間短。如果設(shè)置12條備用管道，不但保證率進(jìn)一步提高，檢修維護(hù)也非常方便。再者，采用管道非常有利于分期施工建設(shè)。例如，目前正開工建設(shè)的北京應(yīng)急水源工程就可以先鋪設(shè)2條管道，以后再根據(jù)需水情況，采取增加管道條數(shù)的方式續(xù)建和完建。4.7可在不停水或基本不停水的條件下對(duì)輸水線路進(jìn)行維修和更換不管采用土渠、襯砌渠道或管道，當(dāng)達(dá)到一定使用壽命后，都需要對(duì)它們進(jìn)行修復(fù)或更換。如果采用渠道，尤其是中線工程的襯砌渠道，要想在達(dá)到壽命期后修復(fù)或更換襯砌層，則必須先停水才能進(jìn)行作業(yè)。如采用管道輸水，當(dāng)需要修復(fù)或更換時(shí)，逐條管道進(jìn)行，可保證正常供水或基本上正常供水。設(shè)想一下，如果50年前將北京城的電力供應(yīng)停掉一半，甚或是全部停掉，恐怕也不是一個(gè)大問(wèn)題。但如果現(xiàn)在將北京城電力供應(yīng)的四分之一停供兩個(gè)月，那會(huì)是一個(gè)什么樣的景況？相對(duì)于電力而言，人們的生活和生產(chǎn)更是一刻也離不開水。4.8維護(hù)費(fèi)用低據(jù)報(bào)道，鑄鐵管埋地時(shí)的有效期望壽命為2030年，塑料管（含玻璃鋼管）為4050年，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管為55年以上。在此期間，管道基本上不需要維護(hù)。而渠道（尤其是土渠）則不同，它很容易出現(xiàn)淤積、沖蝕、雜草滋生、泄漏等問(wèn)題，可以說(shuō)每時(shí)每刻都需要維護(hù)?？梢灶A(yù)見，如果采用渠道輸水，當(dāng)這兩項(xiàng)工程建成投入運(yùn)行時(shí)，沿線將需要配備一支規(guī)模龐大的看管維護(hù)隊(duì)伍，其費(fèi)用可能也相當(dāng)可觀。5管道輸水的主要缺點(diǎn)與渠道輸水相比，采用管道輸水的運(yùn)行費(fèi)用較高。管道輸水是壓力輸水，流速比渠道輸水高，水與管壁之間的摩阻損失大，所需的水泵揚(yáng)程高，運(yùn)行費(fèi)用也就高。如果采用管道輸水，則東線工程各泵站的水泵揚(yáng)程需適當(dāng)提高，中線工程可能也需要在現(xiàn)有大約100m高程差的基礎(chǔ)上再增加若干座加壓泵站。6人們最關(guān)心的幾個(gè)相關(guān)問(wèn)題6.1工程所需大口徑管道的生產(chǎn)情況據(jù)報(bào)道，我國(guó)有關(guān)廠家已能生產(chǎn)口徑達(dá)3m的球墨鑄鐵管、4m的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）和玻璃鋼管，以及5m的螺旋纏繞塑料管。這些管道基本上可以滿足東線和中線工程部分線段使用。東線一期工程黃河以北段和向膠東半島輸水的支線流量均為50m3/s，如果管內(nèi)流速按1.5m/s計(jì)算（這是管道輸水的較低流速），需要3m口徑的管道5條或4m口徑的管道2.5條；如果二期工程流量增加到100m3/s每秒，則需要4m口徑的管道5條。中線工程河北段流量按200立方米每秒，需要5m口徑的管道7條或4m口徑的管道10條。大口徑管道及其管件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，不存在高、精、尖技術(shù)難題。即使某些規(guī)格尺寸的管道