干旱和半干旱環(huán)境下的大型水利工程

[英國] T.斯騰伯格

干旱和半干旱環(huán)境下的大型水利工程

[英國] T.斯騰伯格

大型水利工程可重構(gòu)沙漠景觀，并發(fā)揮其作用。水資源有限、用水需求增加和人口增長推動了工程開發(fā)，但供水、終端用戶和當?shù)乩娴仍V求限制了其方案選擇和效果。以往的研究較少關(guān)注工程的決策過程、社會經(jīng)濟成本和環(huán)境影響。為此，以利比亞大人工河、美國中央亞利桑那工程和土耳其大安納托利亞工程為例，分析了沙漠及旱地大型水利工程的開發(fā)目的及面臨的挑戰(zhàn)，并對干旱地區(qū)不同類型的水利工程項目進行了評估。研究表明，工程的可行性和功效取決于其開發(fā)目的和利益相關(guān)者對工程的認識。

沙漠；大型工程；大人工河；大安納托利亞水利樞紐；土耳其

1 概 述

從古至今，水對沙漠地區(qū)一直起決定性作用。干旱地區(qū)的早期水資源開發(fā)重點在于尋求并利用當?shù)厮?。近年來，隨著技術(shù)不斷進步，遠距離尋求水源及取水輸水的能力得到顯著提高。供水需求、施工技術(shù)和財政能力促使人們努力改造水環(huán)境和水資源分配格局。水資源開發(fā)為城鎮(zhèn)化和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了動力，促使其成為國家戰(zhàn)略規(guī)劃的一部分。前不久，在尋求新的地下水資源計劃推動下，有人提出了“戰(zhàn)勝自然”、“征服荒漠”和“西進運動”的口號。這些口號轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M經(jīng)濟增長、保障供水安全和防沙治沙的行動，以及統(tǒng)籌人口增長因素從而進行環(huán)境治理的理念。因此，如今在基本用水需求急劇擴大的地區(qū)開發(fā)了大型水利工程，該類工程的技術(shù)和投資目標是給居民送水，而非居民依水而居。這一趨勢在全球沙漠和半沙漠地區(qū)表現(xiàn)得尤為明顯，這些地區(qū)占全球地表面積的40%，居住著20億人口。當干旱地區(qū)工農(nóng)業(yè)和生活用水需求增加時，大型水利工程提供了短期解決辦法，滿足了當前需求。然而，這種工程的可再生能力、可持續(xù)性和成本效益頻頻遭到質(zhì)疑。大型工程是國家實力和能力的象征，可促進社會經(jīng)濟穩(wěn)步增長。但同時，工程預(yù)期目標可能失敗，或?qū)е逻吔鐩_突、資源枯竭和其他意想不到的后果。

關(guān)注沙漠環(huán)境包括研究當今全球的水資源是如何被使用或濫用的。大型工程的開發(fā)是解決干旱地區(qū)少雨和高蒸發(fā)率問題的重要途徑。目前有3種水源開發(fā)方式：

(1)開采沙漠地下水，滿足異地居民用水需求；

(2)將相對濕潤地區(qū)的水輸送到干旱地區(qū)中心；

(3)開發(fā)干旱地區(qū)水資源供當?shù)厥褂谩?/p>

大型水利工程有多種類型，如利比亞大人工河工程和美國的中央亞利桑那工程(CAP)。前者把撒哈拉沙漠深層地下水輸送到地中海沿岸人口密集區(qū)，后者從科羅拉多河調(diào)水至年降水量為102 mm的菲尼克斯地區(qū)，以滿足該地棉花生產(chǎn)的大量用水需求。

在以色列、烏茲別克斯坦、墨西哥北部、南非和澳大利亞，小型壩、河流改道工程和地下水開采為干旱地區(qū)的城市和社區(qū)提供了賴以生存的重要水源。水動力是可量化可測的，但在水源地和用水地，如何充分發(fā)揮沙漠地區(qū)水利工程的作用還有待進一步探索。大型工程的規(guī)劃目標和實際產(chǎn)出方面存在不少問題。調(diào)水完成后，可以改變工程原來的目標，服務(wù)于其他用途或地區(qū)等。水利工程受益者范圍很廣，包括偏僻鄉(xiāng)村的農(nóng)民、城市居民、行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者以及各級政府等。本文論述了大型水利工程對干旱地區(qū)的社會經(jīng)濟影響。

2 開發(fā)背景

自20世紀70年代以來，全球極干旱地區(qū)的面積增加了一倍多。

沙漠(干旱區(qū)域)和半沙漠(半干旱地區(qū))通常統(tǒng)稱為旱地，該區(qū)域水資源的重要性通常取決于旱地范圍、物種多樣性和人口數(shù)量。人口最多的國家沙漠面積廣袤，如印度的旱地占69%、美國的占40%(除阿拉斯加州，其旱地占比則超過50%)。沙漠和半沙漠用干燥指數(shù)(AI)和梅格斯(Meigs)250/500 mm降水水平進行劃分。AI為年均降水量與年均蒸散量比值(AI<0.2為干旱，AI<0.5為半干旱)。沙漠水資源開發(fā)的歷史由來已久，從美索不達米亞、埃及、羅馬到今天世界各地和各種生態(tài)環(huán)境下都有開發(fā)活動。隨著20世紀各國意識到遠距離調(diào)水對滿足現(xiàn)實或預(yù)期需求的重要性開始，取水工程迅速增加。

由于人口不斷增長，導(dǎo)致生產(chǎn)用地增加，因此各國都在拓寬政治管轄范圍和資源開采區(qū)域。樂觀者認為，政府的主要作用是給居民提供基本用水需求，然而實際上全球還有20億人口缺水，且并未在2015年前實現(xiàn)為全球40%無水用戶增加供水的千年發(fā)展目標。悲觀者認為，政府和私營企業(yè)支持水利工程是為了滿足其各自的目的，如控制力、收益、權(quán)力或選舉需要。全球已達成“水是重要的公共資源”這一共識，南、北半球水資源開發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施的本質(zhì)差異體現(xiàn)在開發(fā)能力和方法上的不同，這主要是由于政府能力和籌資水平不同。水資源開發(fā)的核心是水需求，其動因包括干旱和半干旱地區(qū)不斷增長的人口、土地流轉(zhuǎn)的增加、城鎮(zhèn)化發(fā)展、土地利用方式的改變和重要資源的開采等。以上這些活動都離不開水。

美國洛杉磯尋求水資源的活動在規(guī)模、范圍和工作量上堪稱一部史詩，因而被電影和書籍記載并重現(xiàn)。1 700萬人口的大都市因水發(fā)展起來。開發(fā)水資源的過程涉及大量獲取用水權(quán)，并為千方百計尋找水源的城市制定標準，盡管標準不一。洛杉磯只是眾多案例之一(見表1)。在墨西哥城和約翰內(nèi)斯堡，人們通過人工提升改變水流向；在印度和沙特阿拉伯，調(diào)水跨過了沙漠帶。前蘇聯(lián)運用工程技術(shù)改變了中亞地區(qū)阿姆(Amu)河和錫爾(Syr Dayra)河的流向，也顯示出水利工程可能產(chǎn)生的效益和影響，比如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擴大和咸海干涸等。

大型工程開發(fā)目的受到供水潛力、供水人口和經(jīng)濟效益訴求的限制。方案以現(xiàn)在可感受到的供應(yīng)不足或未來發(fā)展規(guī)劃為出發(fā)點，很少以可選水源、用水需求、水資源利用和管理等方面為重點。支持者強調(diào)工程的公共利益，為工農(nóng)業(yè)、就業(yè)和進一步發(fā)展創(chuàng)造效益。與此同時，政治經(jīng)濟等在工程施工、路線規(guī)劃、融資和終端用戶方面都有其既得利益。美國洛杉磯最近開發(fā)了CAP項目，因為當?shù)卣庾R到，增加供水可吸引產(chǎn)業(yè)和人才，從而帶來經(jīng)濟發(fā)展機遇。利比亞大人工河是一項卡扎菲(Gaddafi)政府展示國力并滿足沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)用水的工程。工程規(guī)模、建設(shè)成本和涉及權(quán)利巨大。由此可見，參與決策制定過程的國家和利益相關(guān)者處于大型工程的核心位置。

表1 旱地大型城市的主要水源

發(fā)達國家和發(fā)展中國家水資源開發(fā)的緣由、需求和用途顯著不同，因此各國工程的規(guī)劃、運行和影響也不同。從全球范圍來看，農(nóng)業(yè)用水占91%，工業(yè)用水占5%，生活用水僅占4%。然而，從干旱地區(qū)的用水結(jié)構(gòu)來看，以上數(shù)據(jù)忽略了各國差異。印度、烏茲別克斯坦、埃及和沙特阿拉伯的農(nóng)業(yè)用水大約占90%；澳大利亞、以色利和南非大約為55%；美國為40%；而在雨水充足的英國，僅有3%用于農(nóng)業(yè)。

3 案例研究

大型水利工程為大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，為了提供大量的水和相關(guān)效益，其涉及的建設(shè)成本、施工技術(shù)和工程量巨大。在生活和工農(nóng)業(yè)用水需求、政治議程、發(fā)展目標和經(jīng)濟驅(qū)動的背景下，高額投資的大型工程對社會、經(jīng)濟和環(huán)境產(chǎn)生影響，從規(guī)劃到建成的周期也很長。本文列舉了3個地區(qū)的工程實例(見表2)。

表2 幾座大型水利工程基本情況

3.1 大人工河工程

1984年啟動的利比亞大人工河工程是從沙漠抽取地下水的代表性工程之一。在這個人口稀少的國家，起初人們難以理解從撒哈拉沙漠抽取地下水調(diào)至地中海沿岸的想法。在認識到非洲北部地下含水層為世界最大，且利比亞地下水儲量在非洲居于首位后，工程才顯得合理起來。工程投資250億美元，鋪設(shè)了長4 000 km的輸水管道，將地下水從人煙稀少的利比亞南部調(diào)至沿海地區(qū)，旨在為人口密集的北部地區(qū)提供農(nóng)業(yè)和發(fā)展用水。由于過度開采，沿海地下水層出現(xiàn)了海水入侵及水質(zhì)惡化的問題。最初估計可輸送超過600萬m3/d的水量，其中70%用于農(nóng)業(yè)。該國前領(lǐng)導(dǎo)人卡扎菲聲稱，該工程可持續(xù)供水4 625 a，但科學(xué)研究表明，其使用年限不足100 a。

利比亞僅有5%的地區(qū)年降水量大于100 mm，且蒸發(fā)率較高，年蒸發(fā)量在1 700～6 000 mm之間。地下水占總供水量的96%(約5億m3/a)，無法滿足不斷增加的用水量(47億m3/a)。利比亞地下水儲量最大估計值為9950萬m3，潛在儲量可達 2.34億m3，可滿足境內(nèi)600萬人口目前的用水需求。工程的主要難點在于重新分配內(nèi)陸流域，如庫夫拉(Kufra)、古達米斯(Ghadames)和蘇爾特(Sirt)的水資源，因此需要1 300口水井、水庫及大量的基礎(chǔ)設(shè)施和能源，以開發(fā)該多級項目。

重新分配該國水資源，投資成本高，項目引人關(guān)注。項目存在的主要問題包括水庫蒸散發(fā)、地下水資源枯竭、地層下陷和飲用水缺乏等。起初分析認為每立方米供水成本低于海水淡化成本，但自從1996年所采地下水首次調(diào)至該國首都的黎波里(Tripoli)，項目的有效性便受到質(zhì)疑。調(diào)水原計劃用于沙漠區(qū)1 300 km2出口作物的灌溉，事實上大部分調(diào)水用于居民生活和工業(yè)用水。與此同時，鄰國埃及和乍得的地下水位出現(xiàn)下降。調(diào)查表明，海水淡化仍然是班加西(Benghazi)平原飲用水的主要來源。

沿海地區(qū)供水增加成為移民來此就業(yè)和獲得更多收入的動力。城市供水和灌溉水量損失超過20%，沙漠中大量綠地圈需要中心支軸式噴灌機，加工蒸散量高、領(lǐng)導(dǎo)人更替等使得大人工河工程的收入及成本效益并不確定。預(yù)計到2025年水資源可利用量(65億m3/a)僅能滿足一半需求。2011年內(nèi)戰(zhàn)(包括北約轟炸)對工程的破壞至今仍未修復(fù)。

3.2 中央亞利桑那工程

CAP項目1992年完工，建設(shè)成本50億美元。該工程被視作維持美國西南部亞利桑那州沙漠地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的唯一方法。項目從啟動到運行期間，工程動態(tài)記錄比較完整。記錄結(jié)果證明，調(diào)水項目在社會經(jīng)濟方面面臨的挑戰(zhàn)不亞于自然環(huán)境。該項目由政治意向和群體思維推動，其經(jīng)濟合理性基于錯誤的需求和成本預(yù)估，但終端用戶有選擇其他供水方式的能力。結(jié)果導(dǎo)致項目成本高、效率低，建設(shè)周期遠長于預(yù)期，導(dǎo)致用水成本和建設(shè)成本大大增加。

作為美國歷史上規(guī)模最大、成本最高的調(diào)水工程，CAP可為菲尼克斯、圖森及年降水量102 mm、平均溫度25℃的周邊地區(qū)提供灌溉用水。該項目構(gòu)思始于20世紀20年代，工程規(guī)劃于第二次世界大戰(zhàn)之后啟動，計劃從科羅拉多河調(diào)水。與加利福尼亞州關(guān)于水權(quán)的法律糾紛直到1963年才被解決，1973年開工建設(shè)，1992年竣工。項目開發(fā)來自于經(jīng)濟和政治兩方面目的，農(nóng)場主等迫切希望獲取除現(xiàn)存地下水以外的水源。然而，項目關(guān)注的是沙漠供水的象征意義，而非實際需求和成本。美國墾務(wù)局、農(nóng)場主團體和政治經(jīng)濟既得利益集團等項目推進者，只關(guān)注農(nóng)民的支付能力而非其支付意愿，因為地下水仍然是一種更經(jīng)濟實惠的選擇。初期外部評估顯示，CAP的供水成本遠高于地下水，這一估計當時被忽視，但后來卻成為現(xiàn)實。

棉花產(chǎn)量下降、對農(nóng)場主的銀行貸款利率增加、經(jīng)濟衰退等因素導(dǎo)致1989～1991年耕種面積顯著下降，用水量減半。其結(jié)果是CAP的利用率低，為了與地下水競爭，不得不降低水價，卻導(dǎo)致城市水價上漲。在漫長的開發(fā)過程中暴露出以下問題：

(1) 過分關(guān)注供應(yīng)而非需求；

(2) 預(yù)測過分樂觀；

(3) 未意識到農(nóng)民的個人決策能力取決于經(jīng)濟收益而非供水方式；

(4) 忽視了農(nóng)業(yè)市場；

(5) 假設(shè)錯誤。

CAP在工程方面是成功的，但在經(jīng)濟和融資上卻很失敗。灌溉收費不能收回工程投資，幾個農(nóng)業(yè)供水區(qū)倒閉，將償還債務(wù)的責(zé)任留給城市和納稅人，而不是農(nóng)業(yè)部門。預(yù)計2046年才能還清債務(wù)。CAP項目的高建設(shè)成本導(dǎo)致用水需求低，單位用水成本增加，從而形成惡性循環(huán)。農(nóng)民想要的和實際得到的CAP供水是作為地下水的補充供應(yīng)，因而更具彈性，這與向無其他供水方式可選的地區(qū)調(diào)水截然不同。亞利桑那州的問題更多的是人為造成的，如水權(quán)、水資源管理和轉(zhuǎn)讓，而非供水不足等問題。

3.3 大安納托利亞規(guī)劃

大安納托利亞規(guī)劃是土耳其水和能源開發(fā)項目，總投資320億美元，其目標是改善經(jīng)濟條件，提高生活質(zhì)量，增加投資和基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)電，創(chuàng)造就業(yè)機會及提高當?shù)厣钏?。在底格里斯河和幼發(fā)拉底河上建設(shè)系列大壩和水庫，使土耳其灌溉面積翻番，水電產(chǎn)能增加1/3。 該項目對動蕩的庫爾德地區(qū)居民的生產(chǎn)生活具有重大作用，對土耳其東南部半干旱地區(qū)具有經(jīng)濟和政治意義。

該規(guī)劃是跨流域、跨國界水利工程的典型代表。底格里斯河和幼發(fā)拉底河也是敘利亞和伊拉克的主要水源，兩國國土面積共占兩河流域的66%，灌溉耕地占40%。土耳其在三國中國土面積最大、國家實力最強，在河流上游修建大壩，將水資源占為己有，與下游敘利亞和伊拉克間存在爭議，產(chǎn)生了政治和經(jīng)濟沖突。爭議內(nèi)容主要涉及水資源短缺和開發(fā)利用：土耳其人均水資源量為1 481 m3/a，敘利亞為2 362 m3/a，伊拉克為5 192 m3/a。自從1936年項目啟動之后，地區(qū)形勢發(fā)生了顯著的變化。項目于1960年開始施工，而人口增長、經(jīng)濟壓力、區(qū)域戰(zhàn)爭和戰(zhàn)后沖突突顯了其重要性。

該項目中的最大工程阿塔圖爾克(Ataturk)大壩在1992年竣工，但整個項目2040年才能完成，這也說明大型水利工程面臨著成本高、施工量大的挑戰(zhàn)。其環(huán)境影響包括土壤鹽漬化、水土流失、土地質(zhì)量和產(chǎn)量下降、毀林、工業(yè)化和當?shù)貧夂蜃兓?。社會影響包括城市開發(fā)、污染和衛(wèi)生問題、移民和3%的人口增長率。政府預(yù)計國民生產(chǎn)總值將增長445%，新增350萬個就業(yè)崗位，人均收入增長200%。以上這些目標均沒有實現(xiàn)，實際上，過去15a的國民生產(chǎn)總值僅增加了2%。

該項目在取水、灌溉、發(fā)電、基礎(chǔ)設(shè)施和區(qū)域開發(fā)方面取得了顯著的效益。農(nóng)業(yè)方面的成果喜憂參半，雖然產(chǎn)量增加、生產(chǎn)方式現(xiàn)代化，但土地出現(xiàn)了退化。鄉(xiāng)村福利事業(yè)和供水得到改善，婦女工作量顯著減少。由于灌溉系統(tǒng)共享，利益惠及更多民眾，部落關(guān)系和等級制度朝著更加平等的方向發(fā)展。該國還強調(diào)，增加水力發(fā)電可減少全球溫室氣體的排放量。

4 代表性項目評估

大人工河、CAP和大安納托利亞規(guī)劃屬于干旱和半干旱環(huán)境下的大型水利工程。此外，還將介紹其他幾座規(guī)模較大的調(diào)水和大壩等工程。由于這些項目規(guī)模、方法、內(nèi)容和效果不同，無法直接進行對比分析。與傳統(tǒng)水資源開發(fā)工程不同，因海水淡化成本和能耗高，且是重要的潛在水源，因此仍將其納入水利工程范疇。盡管這些項目的規(guī)模、目的、成本和效益存在較大差異，但都體現(xiàn)了水利工程開發(fā)的動力。

4.1 洛杉磯市調(diào)水工程

對于在沙漠地區(qū)利用或濫用水資源的活動，洛杉磯市可以提供最完全的記錄。歷史悠久的大型工程包括洛杉磯引水渠、科羅拉多河引水渠和加利福尼亞州調(diào)水工程。對水資源和基礎(chǔ)設(shè)施所有權(quán)的爭奪導(dǎo)致該市與其他市區(qū)、地區(qū)和州之間爆發(fā)了重大沖突和法律糾紛。

自從20世紀第一次調(diào)水以來，該市的影響力已經(jīng)發(fā)生了巨大變化，主要體現(xiàn)在氣候、監(jiān)管和政治方面，但其水資源獨立仍面臨著重大的財政和制度上的壁壘。大規(guī)模調(diào)水使這座沙漠城市的人口膨脹至1 700萬，而城市的活力、財富和重要性均依賴于調(diào)水工程的持續(xù)供水，這為研究水利工程提供了正反兩方面的案例。1990年以來，洛杉磯市逐步轉(zhuǎn)變了水資源管理模式，盡管人口新增500萬，但仍減少了20%的用水量。對于經(jīng)歷了2013～2014年極端干旱的加州而言，這種轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。

4.2 墨西哥谷都會區(qū)調(diào)水工程

作為世界上最大和海拔最高(海拔2 240 m)的中心城市之一，墨西哥谷都會區(qū)(包括墨西哥城)的供水依賴于地下水和調(diào)水，調(diào)水管道長度超過150 km，垂直落差超過1 200 m。都會區(qū)位于山谷之中，從20世紀40年代以來一直在引進外來水源，也不斷努力提高用水效率、減少用水需求并改善水循環(huán)。然而，陳舊的供水管網(wǎng)系統(tǒng)跟不上1990年以來人口成倍增長的用水負荷，部分區(qū)域人口密度超13 500人/km2。結(jié)果導(dǎo)致正規(guī)和非正規(guī)供水市場的水價昂貴，基礎(chǔ)設(shè)施故障使水量損失達40%以及非法售水。都會區(qū)被高5 000 m的山峰包圍，供水管網(wǎng)需穿越山體，因此長期存在供水問題。

由于社會環(huán)境變化、周期性地震、颶風(fēng)、洪水、干旱和當前的氣候變化，情況進一步惡化。該供水系統(tǒng)是20世紀80年代世界銀行推出的水資源私有化改革的代表案例，當時供水市場有利可圖、管道漏水、領(lǐng)導(dǎo)能力缺乏、改變現(xiàn)狀動力缺失等因素都威脅到城市供水安全。對開發(fā)、產(chǎn)業(yè)、移民、環(huán)境和衛(wèi)生進行長期綜合管理對城市未來的生存至關(guān)重要。

4.3 咸海引水工程

發(fā)源于中亞帕米爾山脈的錫爾河和阿姆河是咸海的主要水源。1960年咸海為世界第四大湖泊。前蘇聯(lián)時期，通過烏茲別克斯坦和土庫曼斯坦境內(nèi)的河流，將該湖的水資源大量調(diào)往農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)，主要用于棉花產(chǎn)地。

由于短時間內(nèi)大規(guī)模過度取水，咸海的面積迅速萎縮至原來的1/10，被認定為“世界上最嚴重的環(huán)境災(zāi)難之一”。環(huán)境影響包括極高鹽度(增加20倍)、化學(xué)污染、寬300 km的沙塵暴帶、氣候變干、湖泊面積和蓄水量減少(分別減少60%和80%)。該地區(qū)面臨多重挑戰(zhàn)，包括湖泊干涸、健康問題(癌癥和肺結(jié)核)、貧窮、飲用水缺乏和漁業(yè)崩潰。

開發(fā)咸海引水工程的動力包括上游引水、其作為流域盆地所起的作用、前蘇聯(lián)時代的政策和計劃、前蘇聯(lián)解體后的影響、正在進行的規(guī)劃和實踐。目前的研究表明，由于多方利益相關(guān)者仍繼續(xù)大量用水，咸海幾乎沒有恢復(fù)的可能性。

4.4 肯尼亞圖爾卡納湖區(qū)地下水開發(fā)

最近，在肯尼亞北部圖爾卡納(Turkana)地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量的深層地下水。該地區(qū)旱災(zāi)頻發(fā)，人口持續(xù)增長，新水源引起了廣泛關(guān)注。新水源是國際合作的成果，包括聯(lián)合國、肯尼亞和日本政府，以及私營企業(yè)。新發(fā)現(xiàn)突顯了衛(wèi)星成像技術(shù)在地下水資源探索中的潛力，由于無植被阻擋雷達滲透，該技術(shù)可充分利用沙漠景觀這一特征。采用鉆探試驗井，可驗證衛(wèi)星數(shù)據(jù)的正確性。據(jù)報道，目前發(fā)現(xiàn)的地下水儲量相當可觀，每年可采水量約為 3.45萬億m3。為了更好地了解儲備水量和水質(zhì)，需要進一步調(diào)查。與此同時，還在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了新的油田。

4.5 紅海至死海調(diào)水工程

約旦河流域正面臨嚴重的缺水問題，跨境水資源管理受到以色列、約旦和巴勒斯坦三國政治動蕩的影響。死海干涸、過度取水和降水量劇烈變化，導(dǎo)致該地不得不依賴調(diào)水和地下水開采。目前的計劃是從紅海調(diào)水至死海，通過海水淡化提供區(qū)域用水，利用水位落差發(fā)電，并鼓勵中東國家開展合作。此外，計劃投資10億美元，從安曼到狄斯(Disi)地下含水層鋪設(shè)長325 km的輸水管道。

約旦河流域封閉，且過度開發(fā)，未來將面臨用水緊缺的問題。流域覆蓋多個國家，水資源由多國共享，農(nóng)業(yè)用水量高，50%～80%的用水依賴“虛擬水量”(virtual water)，而政治、種族和宗教動蕩使跨國流域水資源管理變得錯綜復(fù)雜。未來的水資源開發(fā)將面臨成本高達100億美元、長177 km的輸水管道融資，水量分配和決策制定等方面的挑戰(zhàn)。

4.6 阿斯旺大壩

1970年完工的阿斯旺大壩已成為世界上最具爭議的水利基礎(chǔ)設(shè)施。該壩的主要功能包括調(diào)節(jié)尼羅河流量、發(fā)電、擴大灌溉面積，以及保護尼羅河三角洲免受洪災(zāi)和干旱。關(guān)于大壩對社會、經(jīng)濟和環(huán)境造成雙面影響的爭論從未停止過。工程新增農(nóng)田灌溉面積190萬m2，蓄水量達1 620億m3，發(fā)電100億kW·h，大大促進了埃及的經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。大壩使尼羅河含沙量減少了超過98%，引起庫周沉陷、土壤板結(jié)和海岸侵蝕，因此尼羅河三角洲被政府間氣候變化專門委員會(IPCC)認定為3個最易受氣候變化影響的地區(qū)之一。對阿斯旺大壩的評價毀譽參半，這也反映出準確評估大型水利工程的復(fù)雜性和困難性。

4.7 海水淡化

海水淡化的水利基礎(chǔ)設(shè)施投資規(guī)模大，可提供重要水源。全球現(xiàn)有的淡化廠超過14 000家，處理能力達到 5.99億m3/d，海水淡化已成為沿海干旱地區(qū)越來越普遍的處理咸水、提供水源的一種方法。技術(shù)進步和成本下降(低于 0.50美元/m3)使海水淡化成為眾多沙漠地區(qū)切實可行的水源選擇，這些地區(qū)包括波斯灣沿岸國家、中東、北非、美國和澳大利亞等。海水淡化可以被認為是一種潛在的低成本水源。其缺點是能耗高，生產(chǎn)過程中會排放溫室氣體，還要處理因此產(chǎn)生的鹽水和有毒化學(xué)物質(zhì)，這給海水淡化帶來了挑戰(zhàn)并增加了成本。沙特阿拉伯是最大的淡化水生產(chǎn)國，其希奧艾巴(Shoaiba)3工廠每天可處理海水88萬m3。該國計劃在未來20 a投資2 000億美元用于海水淡化，每年增加10.2億m3產(chǎn)能。海水處理效率的提高，輸水方式的改進和潛在的可再生能源，使海水淡化同遠距離調(diào)水投資相比越來越具有競爭性。

5 大型工程面臨的問題

大型工程規(guī)模宏大，因其可滿足當前和未來目標及迫切需要而被推崇。其重點往往著眼于用工程方案解決缺水問題，而不是解決水挑戰(zhàn)、水需求或減輕系統(tǒng)浪費和損失。問題可能不是水本身，而是水對國家發(fā)展、政治目標或國家權(quán)力的影響力。水常常被作為一種基本的社會福利，是高度復(fù)雜的系統(tǒng)的組成部分。大型水利工程反復(fù)出現(xiàn)的問題主要源于自然和人為因素(見表3)。各種氣候條件下的水資源開發(fā)都存在這些問題，但在潛在水資源選擇受限的沙漠和干旱地區(qū)，這些問題尤為突出。

人類活動對水資源及其開發(fā)和利用方式有很大的影響，包括就近取水，遷徙到多水地區(qū)，修建大壩改變水量和流向以及調(diào)控水資源。以上因素演變成政策與管理、水權(quán)、水利工程決策及投資、水資源分配和下游水資源調(diào)控以及潛在沖突等?？缇乘Y源問題關(guān)注流域、河流及地下水源的自然邊界而非政治邊界，因此需要使水體景觀與國界相協(xié)調(diào)。人口膨脹驅(qū)動用水需求、糧食生產(chǎn)和土地爭奪，使水資源治理面臨更多困難。旱地居民主要分布于非洲和亞洲的部分國家，由于人口增長和生活水平低下，他們面臨更大的氣候、經(jīng)濟和健康風(fēng)險。隨著國家發(fā)展水平的提高，水的用途由種植業(yè)向工業(yè)和家庭用水轉(zhuǎn)變，從而賦予了水巨大的經(jīng)濟價值。大型水利工程建設(shè)成本和控制由政府負責(zé)，而小型工程則可以由個人承擔(dān)責(zé)任。大型工程由于規(guī)模和成本巨大以及取水權(quán)問題，往往是為了滿足某些政治動機。

表3 大型水利工程的潛在影響

干旱地區(qū)環(huán)境脆弱，降雨、氣溫和季節(jié)性的小幅變化與自然災(zāi)害疊加，都會帶來無法預(yù)測的氣候變化。對于地表水源，氣候波動對水分有效性和蒸散量有很大影響，從而影響了作物和人類的水資源消耗量。旱災(zāi)是沙漠地區(qū)供水所面臨的挑戰(zhàn)之一，因為其進程緩慢、強度和持續(xù)時間不確定，使識別并響應(yīng)由干旱誘發(fā)的缺水問題變得困難。在干旱環(huán)境下，緩解旱情的措施有限，可能產(chǎn)生潛在的重大影響。全球變暖導(dǎo)致的積雪和冰川融化直接影響旱地的河流流量和洪水水情。鹽漬化、水土流失、土壤退化和土地用途的改變進一步加大了干旱地區(qū)的供水壓力。

水資源規(guī)劃以短期供水和用水需求為重點。大型工程除了效益顯著之外，對社會、經(jīng)濟和環(huán)境存在長期的多重影響。從項目構(gòu)思到建成，時間跨度長(如CAP到2030年竣工，大安納托利亞規(guī)劃2040年才竣工)，因此難以預(yù)測未來的情況。通過重構(gòu)景觀、含沙水流、沉降和生物多樣性，工程可能改變自然環(huán)境，使其更易受到氣候變化的影響。巨額投資費用要消耗資源，需從其他潛在用途轉(zhuǎn)移出資金，例如，增加水資源的新項目開發(fā)占沙特阿拉伯財政預(yù)算的4%。融資模型可能存在問題或不夠精確，水價很難提高，需求可能發(fā)生波動。水從農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移到城市高附加值的經(jīng)濟用途，反映出水利用方式、城市化和政治權(quán)力的變化，也將帶來水資源分配壓力。水的社會價值可能隨著其成本、可用性和用水公平性的變化而發(fā)生改變。由于不同團體，從城市到企業(yè)再到居民用戶，爭奪有限的供水，因此水需求和發(fā)展趨勢仍將無法預(yù)測。

6 結(jié) 語

《卡迪拉克沙漠》記錄了洛杉磯市的水資源開發(fā)歷史，反映了水資源是大型工程的關(guān)鍵動力。書中詳細描述了水利工程的規(guī)劃、數(shù)量和所有權(quán)，但關(guān)于工程后期影響的評估卻篇幅有限。政府公開水利工程的調(diào)水量、供水居民范圍和發(fā)電量，但不愿討論成本(經(jīng)濟、環(huán)境和機會成本)、非工程措施(用水量變化、系統(tǒng)效率和作物種植)和社會影響(就業(yè)、收入、發(fā)展、政治議題和移民)。通過更廣泛的評估，可審視大型工程既定的調(diào)水目標、水質(zhì)等級和可以預(yù)見及未預(yù)料到的后果。開放性社會通過努力可獲得工程相關(guān)信息；在相對低效或?qū)Ｖ频捏w制下，往往無法核實官方公開的數(shù)據(jù)。

調(diào)水的最終用途和影響很難預(yù)測。在美國、埃及和印度，農(nóng)業(yè)用水減少意味著什么？這是否意味著小農(nóng)生活的改善或說明引水種植出口作物可能給相關(guān)精英階層帶來經(jīng)濟利益？調(diào)水工程的成本、債務(wù)償還、調(diào)水量和效率與其他水源(如海水淡化)的對比數(shù)據(jù)也不夠明確。大型工程施工、水量分配和運行帶來的收益可能不清楚，收益可能歸于當?shù)赜脩簟⒄芜x民或經(jīng)濟利益團體。由此產(chǎn)生了對供水目的更大的疑問，是免費的或有補貼性質(zhì)的公益事業(yè)，還是按計劃分配的資源或私營產(chǎn)業(yè)？社會、政府和全球機構(gòu)有大量的水利工程評估資料。從不同渠道收集的資料來看，對水利工程的可行性和持久影響的看法不一，相互矛盾。調(diào)水方案面臨以下挑戰(zhàn)：供水量和水質(zhì)、需求(如大人工河)、水權(quán)法律糾紛(如洛杉磯市調(diào)水工程)、政治影響(如CAP和紅海-死海調(diào)水)、成本、最終效果以及大型項目無法實施的影響。這些問題是全球的水利工程共有的，但需要根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況來解決。

水利工程有獲益者和損失者。獲益者包括得到供水、取得經(jīng)濟收益和改善生活質(zhì)量的居民和地區(qū)；損失者包括從大型工程中獲利極小、為社會福利付出經(jīng)濟代價以及因工程占地而喪失土地和生計的群體。相對更有影響力的少數(shù)富有用戶，小農(nóng)場主、牧民或家畜養(yǎng)殖者這樣的邊緣群體和城市貧困人口所獲得的人均供水量少之又少。盡管以上問題明顯，但供水和用水不均問題并未納入大型工程的考慮范疇。

由于旱地大型工程的經(jīng)濟、環(huán)境和社會成本不確定，其必要性、效果和效益也值得討論。大型工程往往強調(diào)調(diào)水量、供水人口和農(nóng)田灌溉面積，而不是替代方案。替代措施包括減少用水需求，將調(diào)水系統(tǒng)水量損失降至最低以及審視工程解決方案的功效，以解決人為而非自然環(huán)境造成的水資源短缺問題。城市人口、工農(nóng)業(yè)及政治利益集團的勢力、水權(quán)獲取能力和項目集資是選擇調(diào)水方案的主要驅(qū)動因素，因此方案往往會向省會城市和經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)傾斜。人類用水方式和水資源經(jīng)濟價值的改變都會影響水利工程的傳統(tǒng)方法。值得研究的問題包括：

(1)供水對象；

(2)調(diào)水利潤；

(3)總成本(包括經(jīng)濟、社會及環(huán)境成本)；

(4)替代措施，尤其是在干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中降低用水需求、減少系統(tǒng)水量損失和合理用水。

科學(xué)研究和實踐提供了豐富的水資源方面的知識，未來還需要了解水的動態(tài)發(fā)展，并根據(jù)干旱地區(qū)的實際情況和政治背景果斷決策。

邱訓(xùn)平 吳 建 周 波 譯

(編輯： 陳紫薇)

2016-10-25

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