跨流域調水工程的關鍵技術

【摘要】近10年我國長距離綜合性大型調水工程發展迅速。通過工程手段優化了局部地區水資源配置，緩解了我國區域水資源時空分布不均缺水問題，部分置換了地下水超采并有條件地解決了城市和工業發展長期擠占生態或農業用水的問題。工程總體布局是通過建設條件調查和方案比選在水資源供需平衡分析與合理配置的基礎上確定的，在輸水規模和調水線路選擇上綜合考慮了調入調出區水資源現狀與發展要求；而且，工程設計與審查更加注重生態環境保護、土地占用和移民等問題。總之，我國大型調水工程建設在處理復雜技術難題和實施效果方面均已達到世界先進水平。

【關鍵詞】調水工程；水資源配置；關鍵技術

引言

我國是總體缺水和水資源分布很不平衡的國家。近20年水質性與工程性缺水問題日益嚴重，區域經濟發展被迫以大量超采地下水、或以污染環境為代價。水資源的配置與開發利用已成為我國經濟社會和環境協調發展的重要因素。目前宏觀政策是以節能減排，保持水源環境的可持續性為發展建設基本前提，解決水資源或水質性短缺問題主要是采取跨流域調水等工程措施為基本手段。

一、工程總體布局和規模論證

工程立項首先要明確的就是工程建設的必要性任務。近期立項工程均系統地分析了調入區水資源開發利用現狀、用水結構和節水水平；分析調入區國民經濟和社會發展對水資源的需求；分析水資源短缺對國民經濟發展的制約作用以及生態環境狀況與水資源的關系；并在流域規劃成果和用水發展趨勢的基礎上，考慮現有的技術經濟條件，確定調水的可能性、必要性和迫切性。

（1）水資源的供需分析、配置與預測

設計單位在接受項目任務時要以大水利建設的角度考慮問題，要對工程目標地區經濟社會、資源利用和環境保護等方面進行深入調查研究；經外業勘查建設條件，對調入區在節水、治污并合理利用當地水資源基礎上，分析需調水量，而對調出區應考慮生態與環境用水基礎上，分析可調水量。在項目審查過程中，要求設計單位出具供水工程供水量來源組成，調入區不同行業及部門用水指標及數量；需水量預測應遵循從緊的原則，制定可行的節水方案，并對預測進行合理性分析；特別強調的是經濟社會發展指標的預測依據，應在地區國民經濟和社會發展指標及遠景規劃的基礎上進行。對調出區應重點調查取水點斷面下游地區現狀供水工程及供水量、區域生態用水情況；其需水量預測應充分考慮調出區社會經濟長遠發展和維護生態環境對水資源的需求。

（2）工程總體布局與規模

從大的方面看，工程總體布局應結合水資源配置方案擬定，從技術經濟、環境與征占地等方面進行多方案比選。從技術層面上看，輸水線路布局應根據各區段的地形地質條件、建筑物形式及水源點分布情況開展工作。對明渠輸水，要確定總干渠分區段水頭分配，提出控制點水位和全線總體控制性指標；對有壓隧洞和管道輸水方式，應確定全線壓力線及壓力控制點、結合部位的銜接方式、以及掌握現有水源點和可選擇的建設調蓄水庫位置等。

二、輸水工程關鍵技術

（1）多目標系統調度

跨流域調水工程的水資源調度研究是一項系統復雜和多目標的決策問題，如南水北調東線第一期、黔中供水、大伙房輸水工程等，涉及調出區及調入區多座水庫及連接兩區域的輸水工程。系統內各調蓄或輸水工程的任務不同，城市生活供水、直供與非直供工業供水、環境用水等興利目標眾多。如黔中水利樞紐各供水目標的保證率有較大差異，系統具有隨機性大、線路長、目標眾多的調度特點。綜合調水系統中調入區的徑流量、調出區的可調出水量、供水區的工農業用水量等均存在較大的隨機性；其中農業用水本身又受氣象、水文、作物、土壤等多種因素的復合影響，目標函數眾多。

（2）長隧洞施工技術

深埋長大隧洞工程選擇施工方法的原則是，優先采用先進的TBM施工；對于大規模斷層破碎帶洞段、可能產生突發性涌水的巖溶性地層洞段和可掘進性差的高石英含量石英砂巖洞段，則應采用常規的、經驗成熟的鉆爆法施工。采用TBM施工可充分發揮其掘進速度快、施工質量穩定、安全作業條件好、對生態環境影響小的優勢；而對于各種不利地質條件洞段，采用經驗成熟的鉆爆法施工，又可以充分發揮其機動性和靈活性，確保施工的順利進行。

三、有壓輸水安全保障措施

（1）有關安全問題

輸水管線的安全供水包括兩方面內容，即在出現事故時輸水管線仍能保證輸送設計流量，保證輸水管線在實際運行中不受到破壞。實際運行中可能造成輸水管線破壞的主要原因有以下方面：突然停電造成停泵水錘引起的最大水錘升壓和最大降壓；管道初次充水及突然停泵再次啟動；各站主干管及配水支管上的關閥水錘；在各種流量下末端閥門關閉產生水錘及斷流彌合水錘升壓與降壓等。

（2）空氣閥設置與位置選擇

在輸水管道的適當位置設置空氣閥是保證輸水管線安全、經濟運行的一種有效方法。針對管線開始充水時管中空氣需要排出；正常運行時水中會有溶解的空氣隨著溫度的上升或壓力下降從管道中析出；由于管線的放空、瞬變流等情況管線出現負壓時，空氣從外部進入管中上述三種情況可分別選用空氣釋放閥、空氣/真空閥、及復合式空氣閥來解決管線中的進、排氣問題。

（3）輸水管道調控（流）閥設置依據與作用

調控閥除可用來調控管道的水量外，更主要的作用是用來削減水庫高水位時的多余水頭。調控閥采用活塞式，該閥不僅具有閘閥、蝶閥啟閉功能，還可通過活塞的軸向移動，調節閥門的不同開度，調控管道的流量和壓力，使之滿足設計或運行的要求。

四、總結語

大型調水工程都進行了詳細的水資源供需平衡與配置分析工作，在輸水規模和調水線路選擇上綜合考慮了調入調出區水資源現狀與發展要求；通過建設條件調查和方案比較確定的工程總體布局基本上是合理的。從目前工程建設反饋信息看：尚應注重水資源與生態環境保護關系，還可以做到少占用土地，也有的工程提出了調出區水源保護補償要求。從區域經濟社會發展看，調水工程實施后有必要進一步落實局部地區水資源配置和真實性需求；建議通過法律程序解決調水置換地下水超采問題，對城市和工業發展長期擠占生態用水的替代問題也應落到實處。

參考文獻：

[1]龐博，徐宗學.河湖水系連通戰略研究：關鍵技術[J].長江流域資源與環境. 2015（S1）