三峽出海新通道,調水通航妙手筆,宏偉藍圖江漢開

三峽是中國最大的水庫,控制長江流域核心區域,是中國最偉大的水利建設。不過,現今中國南水北調和航運還面臨幾大問題,第一,南水北調中線供水緊張,由於只依靠漢江水源,漢江自身流量並不那麼豐沛,增加供水難度很大,而且自身徑流生態用水和流域內供水是不能扣減的。第二,南水北調西線成本高昂,建設難度極大,而且很難有經濟效益,再者,長江上游源區水也沒那麼多可以調。第三,南水北調東線需要13級層層抬水,成本高,水質也沒那麼好,並不能有效解決缺水問題。第四,北方特別是黃河航運難以開展,京杭運河北段也長期斷航。第五,水力發電週期和用電負荷不匹配,會有大量能源消耗在電網,需要調峯等。

(長江水庫示意圖)

以上四大問題,長期制約水環境,經濟社會的發展,有沒有解決途徑呢?當然有。我們通過改造三峽,補水漢江,智能儲能,通航黃河,大運河即可實現四兩撥千斤的價值,我們一探究竟。


 01 

三峽,南水北調概述

三峽概況

三峽是中國最大的水庫之一,總面積1084平方千米,總庫容393億立方米,是中國容積最大的人工湖。水庫始建於1994年,於2009年全部竣工,2021年首次實現175米蓄水。

(三峽庫區和淹沒區域示意圖)

三峽在中國水利中扮演重要的角色,最重要的功能是水利調節,通過調節水位,實現對長江流域的水資源有效調配和調節,減輕洪水災害和乾旱缺水的影響。其次,發電也是其重要的價值,三峽是世界上最大的水電站之一,可長期供應可再生的清潔能源。另外,航運價值也是其他水庫不可比擬的,三峽通過改善長江航道,大大提高航運能力。最後,水庫在生態保護,水土保持中,也扮演着不可替代的角色。不過,其各種價值還有很大的提升和優化空間。


南水北調簡介

(南水北調中線和東線示意圖)

南水北調是中國最大的跨流域綜合調水工程,這一工程經過數十年論證和十餘年建設,中線和東線順利完成。東線起點位於江蘇揚州江都水利樞紐,利用京杭大運河及與其平行的河道逐級提水北送,連接起調蓄作用的洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖。東線工程一期主要解決江蘇、山東等省份的缺水問題,遠期供給河北,天津等地。

(東線渠道京杭運河示意圖)

中線工程起點位於漢江中上游丹江口水庫,受水區域爲河南、河北、北京和天津。中線工程主要通過自流方式向北方地區輸水。中線工程是運營效果最好,也是水質最好的線路,目前調水量達到設計預期。

西線工程是一個仍然停留在紙面的工程,主要設想的利用隧道將長江源區水調入黃河源區,不過這一工程目前仍然遙遙無期。

(南水北調西線工程示意圖)

實際上,我們發現,航運,調水的“任督二脈”並沒有被打開,三峽偌大的庫容和控制流量,尚不能直接用於調水,北方航運,也長期面臨諸多困難。如何破解這一難題呢?


 03 

引江濟漢新思路

解決這一問題的關鍵途徑,在於大巴山調水和儲能。傳統的引江濟漢工程,線路長,途徑人口較爲稠密的丘陵地區,線路途徑的交通線等設施多,建設成本高昂。

(傳統引江濟漢規劃示意圖)

實際上,我們有幾乎沒啥搬遷成本,又不途徑交通線,人口稠密區域的線路,就是大巴山調水線路。在湖北,重慶,陝西三省交接處近乎無人區的堵河上游,有一條天選之調水線路

(堵河在中國水系的位置示意圖)

(堵河,大寧河周邊地形圖)

大巴山區,人煙稀少,環境優美,水資源豐富,幾條向北注入漢江的支流,提供了調水的關鍵通道。我們在大巴山高處盆地修建大型水庫蓄水,將三峽水抽水入水庫,再往漢江的支流堵河梯級化放水發電,即可實現調水。

(三峽-堵河引水設想示意圖)

這一設想大致有以下環節,第一,在通城那裏,攔截三峽長江支流大寧河的支流楊溪河修建調水儲能水庫,然後在三峽庫區大昌的位置沿着楊溪河向上抬水,蓄水在通城水庫。

(楊溪河一帶示意圖)

接下來,通過一個長度僅有不到10公里的雙橋隧道,再通過天然河道洪坪河,九道梁河,引水到官渡河上游的蒲溪水庫,以及堵河上游的竹山水庫。蒲溪水庫和竹山水庫是堵河上游兩個梯級水庫,用於引水蓄能的能量回收。

(堵河梯級詳圖)

在竹山水庫下游,有現成的黃龍灘水庫作爲堵河梯級最後一個環節,黃龍灘水庫下游不遠就到丹江口水庫了,漢江上游流域如下圖所示。

(漢江上游流域圖)

有人說,這麼抬水,能耗上是不是不划算?實際上完全不是,這種抬水,實際上是配合儲能的,利用用電谷期抽水上山,用電高峯期再放水發電,可以大大提高電能利用率,增加能源供給能力,這在能效上的優勢巨大,調峯同時還能調水,大大降低各類成本。抽水蓄能電站如下圖所示,這是通過抬水再放水,實現電能的儲用,與其讓水原地打轉,不如借力搬運,一舉多得

(抽水蓄能電站示意圖)


 04 

三峽出海新通道

三峽的另一個價值是航運。長江是黃金水道,有了三峽的加成,還會誕生更多黃金水道。

(長江航道圖)

打通任督二脈的第二步,就是航道建設。航道同時也是對調水的一種補充。以漢江爲中心,這裏在承接了長江補給以後,可以讓周圍運河有足夠的水通航。通過江漢運河,漢江-淮河運河,和漢江-黃河-京杭運河北段運河,即可實現長江航運覆蓋北部沿海,具體規劃如圖所示。

(三峽統領的河網示意圖)

這樣,中國兩大水庫,三峽水庫,丹江口一個是調水節點,另一個是航運節點,通過幾個運河,即可徹底盤活。實際上,這裏面的有很多河道,古人就已經規劃。例如溝通南陽盆地的唐河運河,漢朝就有實施,而京杭運河黃河以北河段,這也是漢朝時候開鑿的。順着千年前的脈絡,摸索復興密碼。

(江漢區域示意圖)

以三峽爲水源,丹江口爲航運節點的河網中,主要有北,中,南三條線路。北線是通過冀豫運河連接,以衛河-南運河爲主航道,實現三峽-渤海通航。中線利用淮漢運河,溝通淮河水網,實現黃海通航,南線打造長江和江南水網,溝通東海和南海。


 05 

全國水網中流砥柱

季風地區降水變率大,穩定和經濟的供水排洪條件,一直是經濟發展的必要保障。通過水網共享庫容,提升水旱災害的消納能力,還能實現用水的優化,提升各地水量水質,達到生態與發展兼顧的目的。三峽水網,將是全國水網的點睛之筆,中流砥柱,提綱挈領之處。

(黃河流域水利建設,黃河除了供給流域內用水以外,還將負擔山西,河北海河平原,甘肅河西地區,膠東半島等地的用水)

通過三峽補給漢江強化中線,以及附帶的漢江補給黃淮等工程,所有的調水問題也迎刃而解。

首先,替代東線工程

由於山東黃河段河牀和水位比較高,通過輸水入黃,不僅解決運河航運問題,也可以黃河爲節點,向周圍自流引水,徹底代替南水北調東線工程,從根本性解決北部沿海缺水問題。

(南水北調西線示意圖)

其次,徹底取代西線工程

西線工程本質上還是給黃河流域調水,由於黃河產水區域主要在上游,這一帶每年就有500多億立方米的水資源,遠大於實際水資源耗散用量,因此,不需要西線,完全依靠黃河自己,就能解決西北地區用水問題,西北地區通過小到小流域微型水利工程,大到黃河干流梯級化工程,實現高效用水。

(黃河流域水沙變化示意圖)

(長江源區徑流量增長示意圖

上圖還可以看出,黃河在源區一帶,徑流量就已經和下游差不多了,而長江源區水卻不多,通天河斷面徑流量不到200億立方米,因而,南水北調西線並不划算。由於黃河上游流量足夠,西北地區可以增加用水量,以支持生態修復和可持續發展,有三峽調水兜底,黃河中下游也不會缺水。南水北調這一規劃的另一層含義是黃河水的置換,也就是黃河自己的水留在西北,中下游用南水補充,充分尊重當地水當地用原則,避免天價調水帶來的經濟負擔。

(黃河流域水沙流程變化示意圖)

同時,由於工程減輕了水土流失,也減輕了河道攜沙,將水沙留在當地,置換黃河水,也能夠實現黃河水質飛躍,用最低的成本實現華北地區,西北地區的發電,調水,航運,實現經濟騰飛。


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