现代水网规划理论与实践
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第二节 国内外实践及研究进展

一、水网建设实践进展

(一)我国水网建设实践进展

我国的水网实践最早可以起溯到战国时期,战国时修建了邗沟、荷水、鸿沟、济溜运河、郑国渠等工程;隋唐时期,先后修建广通渠、通济渠、永济渠、江南运河等工程,建成了隋唐大运河;到了元代,又先后凿成会通河和通惠河,沟通海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大水系,建成了声名远震的京杭大运河。这一系列的水网实践工程基本上是为防洪、航运等功能服务,尽管生产力水平相对低下,但水网工程理念、技术、长效性等方面都集中体现了古代先贤的治水智慧,也是我国古代水网实践的重要典范。

中华人民共和国成立后,随着社会生产力水平的不断提高,我国水利事业突飞猛进,先后建成了一大批引调水工程,如山东省引黄济青[22]、江苏省江水北调[23]、广东省东深供水[24]、天津市引滦入津[25]、甘肃省引大入秦[26]等,为区域经济社会的发展提供了极为重要的水利保障,也是我国水网建设的重要发展。近些年,为解决我国北方及沿海地区日益紧张的供需水矛盾,我国又规划并着手建设了南水北调[27]等事关国计民生的重要大型调水工程,现代化水网建设进入了大建设、大发展的新时期。各省(自治区、直辖市)也根据自身的水资源条件和需求,适时开展了水源工程、水系连通工程、水资源配置工程等大量水网建设工程,各地的水问题互有差异,对应的水网建设工程也各有针对性的特点,反映出区域在治水思想指导下的重要实践和成就,为我国区域水网建设提供了丰富的实践样本。

1.山西大水网建设[28]

山西之长在于煤,山西之短在于水。山西地处黄土高原东端,位于黄河中游,属半干旱、半湿润气候,其地貌从整体来看是一个被黄土广泛覆盖的山地型高原。全省水资源总量89亿m3,其中地表水资源量69亿m3。人均占有水资源量381m3,仅为全国人均值2200m3的17%,属于水资源贫乏的省份,严重制约全省经济社会的可持续发展。

山西省的水问题突出表现在以下三个方面:

(1)地下水多年持续被超采,山西由于过量开采地下水资源,导致地下水水位以年平均2~3m的速度大幅下降,部分地区水井深度已达600~1000m。大同、忻州、太原、临汾、运城五大盆地含水层疏干、水质恶化、地面沉降。北起大同、南到运城已形成多个大小、深度不同的地下水降落漏斗,太原、运城最为严重。

(2)大规模采煤严重破坏了当地水资源。据山西省2004年组织完成的《山西省煤炭开采对水资源的破坏影响及评价》,山西每挖1t煤损耗2.48t地下水。1949—2004年,山西共挖煤约77亿t,损失地下水资源约达191亿t。如果按每年挖5亿t煤计算,山西每年约有12亿m3的地下水资源遭到破坏。这相当于山西省整个引黄入晋工程的总引水量。

(3)地表水得不到有效利用。山西省位于海河流域上游和黄河流域中游,海河流域面积占38%,主要河流有桑干河、永定河、滹沱河、漳河等;黄河流域占62%,主要河流有汾河、沁河、涑水河、三川河等。除北部有少数支流从内蒙古自治区入山西省境内,其他河流均呈辐射状自山西省境内向四周发散。山西省全年地表水流量为69亿m3,但2/3都流出山西省境外。

为切实有效解决水问题,破解水困境,山西省积极响应2011年中央一号文件提出的“尽快建设一批骨干水源工程和河湖水系连通工程,提高水资源调控水平和供水保障能力”的号召,于2011年4月启动“大水网”工程,通过建设河库互联互通工程,将蓄起来的水和黄河干流的水配置到需要水的区域,通过河库连通后,进一步提高用水的保证率,特别是特大干旱年份的保证率,以解决水资源分布不均、地区用水差异较大、水量少和山区用水矛盾等问题。

山西大水网以纵贯山西省南北的黄河北干流和汾河两条天然河道为主线,以建设覆盖山西全省六大盆地和主要经济中心区的十大骨干供水体系(十横)为骨架,通过连通工程建设,将黄河北干流、汾河、沁河、桑干河、滹沱河、漳河这六大河流及各河流上的大中型水库相连通,实现“两纵十横、六河连通,纵贯南北、横跨东西,多源互补、保障应急,丰枯调剂、促进发展”的工程体系。其中“两纵十横”的水网布局,包括黄河北干流线纵向水道、汾河-涑河河线纵向水道和10条横向的供水体系,其中5条是从黄河取水,另外5条是利用已调蓄的境内地表水。

山西大水网建成后,全省包括提引黄河水在内的地表水供水量达到61亿m3,其中境内地表水供水量37亿m3,提引黄河水24亿m3;地下水供水量由2011年的35亿m3压减到25亿m3,全省年总供水量达到86亿m3。大水网实现了总面积7.66万km2区域的有效供水,占全省总面积的49%,覆盖大同、忻定、太原、临汾、运城和长治六大盆地、11个中心城市、70个县(市、区)。

山西大水网建成后,在农业、工业、生活及生态等多方面产生了积极的效益。其中,在农业方面,全省新增实灌面积300万亩(1亩≈0.0667hm2),达到2000万亩,实现农业人口人均一亩水浇地的目标。作为大水网重要的组成部分,大禹渡灌区、马家湾引黄灌溉工程、孤山水库等已经为周边地区农民增收发挥了巨大作用。在工业方面,大型工业企业用水普遍得到了保障,缺水桎梏得到有效突破,促进大型工业园区的开发,推动地方经济社会持续协调快速发展。被称为大水网生动样本的“引沁入汾”,已实现从沁河向汾河调水到临汾,全程自流,减少沿途输水成本。在生活方面,全省城乡居民生活用水得到了有效保障,坪上应急引水工程让忻定原居民告别“苦水”饮“甘泉”;西山沿黄地区引黄灌溉及供水设施建成后,让沿黄地区的群众用得上、用得起黄河水。在生态方面,水生态环境将得到明显改善,主要河流水质达到水功能区划标准,山西人民的“母亲河”汾河从此实现河长流水常清。通过持续的综合治理,娘子关水源地生态环境已发生很大变化,大同文瀛湖改造完工后恢复了蓄水能力,有效涵养水源、改善库区周边环境,其中运城市水网建设通过构建“三引六扩”的总体布局,逐步形成全市大水网体系,彻底改善运城生态,使市区水面得到增加,实现了活水常流。

2.山东现代水网建设[29]

2010年,山东省与水利部签署了“部省共同推进现代水利示范省建设合作备忘录”,2011年省委一号文件明确提出到2020年基本实现水利现代化,搞好顶层设计,高水平规划建设山东现代水网。山东省水利厅党组高度重视山东现代水网建设,明确提出要以规划思路为引领,以规划编制为依托,以工程建设为主抓手,加快推进山东水利现代化进程。按照水利厅党组的安排部署,水利厅发展规划处组织编制完成了“山东现代水网建设规划思路报告”。

山东现代水网的战略定位主要是以工程建设为基础支撑,以水系连通为主要举措,以综合治理为重要手段,以多网功能融合为显著特征,以现代管理为有效保障,着力打造集防洪、供水、生态等多功能于一体的现代水网,加快推进山东水利现代化进程,为建设经济文化强省提供更加可靠的水利支撑和保障。

依托南水北调、胶东调水T型骨干工程,连通“两湖六库、七纵九横、三区一带”,形成跨流域调水大动脉、防洪调度大通道和水系生态大格局。在此基础上,延伸打造区域和市县现代水网,全面提升水利基础设施支撑能力,以水资源可持续利用支撑保障经济社会可持续发展。

坚持综合治理,建设六大水利工程,实施四位一体同步联动,统筹三大层面协调推进,打造三级水网架构布局,解决三大突出水问题,即“六四三三三”的总体建设思路。建设六大水利工程,即着力抓好水资源配置、防洪抗旱减灾、雨洪水资源化、农田灌排、水系生态、水利信息化六大水利工程建设。实施四位一体同步联动,即坚持水的供、蓄、排、保功能四位一体同步联动,充分发挥水利工程综合治理效益。统筹三大层面协调推进,即统筹城乡之间、流域之间和区域之间协调推进。打造三级水网架构布局,即打造省级、区域、局域三级水网架构布局。解决三大突出水问题,即统筹解决水资源短缺、水灾害威胁和水生态退化三大水问题。

山东现代水网建设的主要目标是至2020年基本建成湖库河渠连通、供排蓄泄兼筹的山东现代水网,实现联合调度,统一配置、丰枯调剂、余缺互补,统筹解决三大水问题,基本实现水利现代化。重点是着力提升水资源配置、防洪抗旱减灾、农田水利建设、雨洪水资源化、水利信息化和水系生态6个方面的能力与水平。

依托南水北调、胶东调水这两大调水工程,山东省打通了跨省、跨流域、跨区域调水通道,建立多工程串联、多水系联网和多水源调配体系,形成全省水资源优化配置大格局。据了解,山东省水网体系建成之后,年可调引长江水15亿m3和当地水9亿m3以上,全省总供水能力能够达到300亿m3,平水年缺水率控制在5%左右,基本解决农村饮水安全问题,农村自来水普及率达到95%以上。

根据山东现代水网规划,下一步将依托大水网建立河湖库联合调度、蓄滞排紧密结合的洪水控制的格局,全省基本完成了中小河流和重要河流重点河段治理,病险水库与水闸加固、山洪灾害防治等薄弱环节建设。同时,完成海堤建设,形成沿海大闭合圈,达到20年一遇防潮标准,使得全省的防洪抗旱能力将得到大幅提升。

在城市防洪方面,全省将加强蓄滞洪区建设,提升抗旱应急水源和地下水储备能力,基本满足特大干旱年份城乡生活、重点企业和高效农业用水需求。全省将建立与城乡发展相匹配的防洪工程体系,实现防洪多库多河联合调度,使重点保护区防洪能力提高,抗旱能力明显增强,基本能抵御一般年份水旱灾害威胁,让人民生命财产安全得到可靠的保障。

在改善生态环境方面,利用大水网水源互相调剂的沟通连接作用,能够加强水系生态治理、保护与修复,建成水系沟通连接、水源互为调剂、河畅岸绿景美的生态水系,全面改善生态环境,基本实现人水和谐共处。全省的水土流失治理率将达到70%,重点水土流失区和易灾地区水土流失得到有效遏制,形成调水干线、骨干河流及沿海海堤生态保护带,河流、湖泊生态功能得到恢复,地下水漏斗区和海水入侵区面积显著减少。除了避免水土流失,大水网还能起到提升水环境质量的作用,全省主要湖泊、水库水功能区水质达标率也将达到60%,城乡主要水源地水质达标率达到90%以上,主要河流水质达标率达到60%,骨干调水工程沿线水质达到规定标准,水生态环境显著改善。

特别地,依托山东现代水网建设,结合水生态文明城市建设工作,济南市以引黄工程、南水北调东线工程、当地水资源供水工程等为依托,完善水资源调配措施,构筑互联互通、相互调节、相互补充的水网工程体系,统筹使用黄河水、长江水、地表水、地下水和非常规水,保障生活、生产、生态用水,实现多水源、多用户的联合调度和优化配置,形成“六横连八纵、一环绕泉城”的骨干水网构架。

3.云南大水网建设[30]

云南省地处我国西南边陲,是一个高原山区省份,属青藏高原南延部分。东部为滇东、滇中高原,西部为横断山脉纵谷区,高山深谷相间,相对高差较大。全省按地形分为山地、高原和坝子三大类区域,地形破碎,山地占全省总面积的84%,高原占10%,坝子及河谷区占6%。

云南省分属长江、珠江、红河、澜沧江、怒江、伊洛瓦底江六大水系,除长江和珠江外,其余4条均属国际河流。全省径流面积在100km2以上的河流有908条(含金沙江、南盘江、红河、澜沧江、怒江、独龙江干流),有47条省际河流和37条国际河流。集水面积在100~200km2的河流有445条,占河流总数的49%;集水面积在200~3000km2的河流有420条,占河流总数的46.3%;集水面积大于3000km2的河流有43条,占河流总数的4.7%,其中大于10000km2以上的河流有10条,即金沙江、普渡河、横江、牛栏江、南盘江、红河、李仙江、澜沧江、黑惠江、怒江。全省共有天然湖泊40多个,多数为断陷型湖泊。湖泊水面总面积1066km2,总蓄水量约323亿m3;泸沽湖、程海、滇池、阳宗海、星云湖、抚仙湖、杞麓湖、异龙湖、洱海是著名的九大高原湖泊。滇池是云南省水面面积最大的湖泊,抚仙湖是全国第二深淡水湖泊。

因地理位置及经济社会发展条件限制,一直以来水利基础设施都是云南省经济社会发展的短板,云南省的工程性、资源性、水质性缺水矛盾并存,是全省最突出的水问题所在,具体表现如下:

(1)水资源与人口、光热、土地、资源及生产力布局极不匹配。全省坝区占土地面积的6%,集中了2/3的人口和1/3的耕地,但水资源量仅占5%,主要经济区人均水资源量不足700m3,仅为全省平均水平的1/7。而沿国境线、省周边一带及三江并流的江河密集区,经济社会发达程度低、人少,但水资源量丰富。

(2)全省民生水利建设标准低,水利基础设施建设整体滞后。云南贫困县数量居全国第一位,农村贫困人口574万人,贫困人数居全国第二位。贫困县所在地区水资源开发利用条件差,水利基础设施建设整体滞后,包括水库工程、农村饮水安全工程、抗旱工程、应急备用水源工程等。

(3)工程性缺水严重,大部分县城供水安全保障程度低。全省16个州(市)所在城市,现状仅昆明、楚雄、文山、大理、西双版纳、德宏6个州(市)所在城市供水保证率基本达到95%,其余所在城市供水保证率仅达到85%~90%。全省129个县城中,近70%的城镇不同程度存在缺水问题。此外,全省六大水系干流已建和在建的大型水电站主要用于发电,基本上没有实现水资源的综合利用。

(4)部分支流过度开发和连续干旱带来严重的水生态环境问题。由于支流水资源过度开发和连续干旱影响,出现了河道断流、湖泊萎缩、水污染加剧、水质下降、水生态环境恶化等一系列水生态环境问题。2014年全省Ⅴ类和劣Ⅴ类水质河长占9.4%,水功能区总体达标率只有56.1%;九大高原湖泊除泸沽湖、抚仙湖、洱海、阳宗海现状水质较好外,其余湖泊均为劣Ⅴ类,湖泊生态系统恶化;南盘江、龙川江、泸江、甸溪河、渔泡江、红河上游等都发生过多次河道断流现象,断流河长累计超过400km。

2015年1月,习近平总书记在云南考察时指出:基础设施是制约云南发展最重要的因素,要在加快基础设施建设上下功夫,扎扎实实走出一条创新驱动发展的路子来;要把生态环境保护放在更加突出的位置,像保护眼睛一样保护生态环境,像对待生命一样对待生态环境,在生态环境保护上一定要算大账、算长远账、算整体账、算综合账。为深入贯彻落实习近平总书记考察云南重要讲话精神,主动服务和融入“一带一路”、长江经济带建设等国家发展战略,云南省委、省政府把生态环境保护摆在首位,全面推进包括水网在内的五大基础设施网络建设,有力地支撑云南经济社会跨越式发展、扶贫攻坚和生态文明建设,为全面建成小康社会奠定坚实基础。

云南省供水安全保障网规划的主要任务是提高县级以上城市供水保证率和恢复中小河流的生态供水,保护生态环境,突出打造云南省供水安全保障升级版,重点建设骨干水资源配置工程、骨干扶贫灌溉工程、水生态修复工程和水资源保护与管理工程,构建供水安全保障骨干网。在此基础上,通过加快推进城镇供水工程、城市污水处理和雨水管网工程、农村饮水巩固提升工程、高效节水灌溉工程、防洪排涝工程建设,共同构建云南大水网。围绕分区开展供水保障方案研究,确定云南省供水安全保障骨干网总体布局是以滇中引水工程为骨干,以水电站水资源综合利用工程为依托,以大型水库、骨干中型水库和骨干水系连通工程为支撑,以扶贫灌溉工程为基础,干流与支流利用并重、以干强支,逐步构建干流和支流大、中、小型工程联合调度的水资源合理配置体系,打造供水安全保障升级版,形成“一轴一带五片”的骨干水网构架,实现“河湖连通、西水东调、多源互补、区域互济”的立体性、综合型、多功能的供水安全保障网。

规划确定共建设供水安全保障网骨干工程162件,其中:实施滇中引水及配套工程;建设小湾、糯扎渡、景洪、龙江水利枢纽、龙开口、马吉、赛格等29件大中型水电站水资源综合利用工程;建设泸水水利枢纽、德厚、阿岗、车马碧、黑滩河(扩建)、海稍(扩建)、小石门、清水河、板桥河(扩建)、南瓜坪、暮底河(扩建)、黄草坝12件大型水库工程;实施蒙开个地区河库连通工程等骨干水系连通工程41件;实施宁利、田房等骨干中型水库工程63件;新建柴石滩水库灌区、麻栗坝灌区、耿马灌区、滇西边境山区水利扶贫灌溉工程、石漠化片区水利扶贫灌溉工程5件扶贫灌溉工程;新建丽江坝区水资源循环利用工程、玉溪市东片区暨“三湖”生态保护水资源配置工程等水生态修复工程11件。同时,强化水资源保护工程建设,积极开展入河排污口整治工程、实施县级以上城镇集中式饮用水水源地保护工程、水生态保护工程和九大高原湖泊入湖河道综合整治工程。

4.海南大水网建设[31]

海南省位于我国最南端,是全国唯一的省级经济特区和热带省份,也是陆地面积最小、海洋面积最大的省份,全省土地面积3.43万km2,其中陆地面积3.42万km2。海南岛属于热带季风海洋性气候,高温多雨。海南岛河流均从山区或丘陵区分流入海,构成放射状的水系,河流具有明显的源短流急、暴涨暴落特点,且河流水量难以调蓄,基流量和含沙量都较小。全省集水面积大于100km2的河流有39条,大于200km2的河流有22条,其中南渡江、昌化江、万泉河为岛内三大河流,集水面积均超过3000km2

在国际旅游岛战略的推动下,海南省水务经过多年建设,在防洪减灾能力、城乡供水保障、现代农业水利建设、水生态文明建设、水务行业管理与能力建设等方面取得了较大的进展。但总体上因为海岛独特的自然条件,海南省河流普遍存在纳污能力小、调剂互补性能差、水资源时空分布与经济社会发展布局不匹配等问题,同时,城乡防洪标准偏低、工程性缺水严重,水环境及水生态的风险较高,在水网建设与管理还存在管理体制机制不健全、能力有待提高等问题。

自2009年国务院出台了《关于推进海南国际旅游岛建设发展的若干意见》以来,海南国际旅游岛建设已上升为国家战略,未来一段时间是海南国际旅游岛建设的关键时期,按照《海南省总体规划》,至2020年,海南省要以国际旅游岛建设为契机,以旅游、现代服务业作为经济增长的主要动力,基本建成国际旅游岛,建成世界一流的海岛海洋休闲度假旅游目的地。水利作为国际旅游岛建设的基本支撑和保障要素,要求有高标准、高质量的防洪排涝安全保障体系、供水安全保障体系以及水生态安全保障体系。因此,从需求上讲,海南省迫切需要建设集防洪、供水、灌溉、生态、现代化管理于一体的综合水网,以提升国际旅游岛的水安全保障能力。同时,海南省于2015年6月被确定为全国省域“多规合一”改革试点以来,海南省明确了加强水、电、路、气、光五大基础设施网络建设,以建立全省统一的空间规划体系,水网建设既是落实海南省“多规合一”要求的具体工作,也是不断完善全省水利基础设施网络,提升水安全保障能力的重要举措,而且对于不断增强水利公共产品供给提升具有非常重要的意义。

因此,海南省紧紧围绕“一带一路”的战略总体部署,按照创新、协调、绿色、开放、共享五大发展理念,结合“统筹城乡发展、严守生态底线、优化空间布局、高效配置资源”的空间发展思路,以水资源和水生态空间管控为支撑条件,不断优化水生态空间布局,大力推进生态文明建设;并以江河湖库水系综合整治为重点,提高抵御洪、潮、涝、旱等灾害能力;以骨干水源及水系连通工程建设为基础,加快构建城乡用水保障网;以完善农业水利保障设施为核心,助力规模化、集约化热带农业发展;以城市内河湖水环境治理、重要水源地保护和生态水系廊道建设为抓手,推进水生态保护与修复;以全方位推动水务体制机制创新为突破口,全面提升全岛的水务管理水平,为建成国际旅游岛提供坚实的水利支撑和保障。

5.福建大水网建设[32]

福建省地处我国东南部、东海之滨,属于亚热带海洋性季风气候,雨量充沛。全省的河流自成体系,大多独流入海,河网密集,除赛江发源于浙江省,汀江流经广东省入海外,其余的河流都发源于境内并在本省入海。全省主要河流有闽江、九龙江、汀江、晋江、赛江和木兰溪等“五江一溪”。全省水资源相对丰富,过境水量大但多为弃水,河流水质总体较好,但时空分布不均,现状水资源开发利用率为17.2%,开发利用程度低,与海峡西岸经济社会发展格局不匹配。

同时,全省部分区域存在资源性、水质性缺水现象,从全省角度看属于工程性缺水。从水资源配置工程体系来看,全省大多水利工程修建年代久远,规模较小,基础设施建设滞后,导致合理的水资源配置和高保证率的安全供水格局尚未形成。此外,全省的水资源管理体制不够完善,城乡分割、部门分割等管理体制导致地表水、地下水不能优化配置,“三生”用水难以统筹协调,水量与水质管理相分离,河道管理和水源地保护也不相衔接,很大程度上制约了经济社会的发展。

因此,福建省通过大水网建设,设施一批骨干型控制性的水资源调配工程,蓄丰补枯,以丰济缺,加大径流调控力度,提升全省的水资源承载力,并实现洪水资源化,优化全省的水资源配置,改变现有水资源分布与经济社会发展布局不相匹配的状况,缓解局部区域水资源供需矛盾,保障全市经济社会可持续发展。

因此,根据福建省的自然地理条件和经济社会发展格局,针对本省工程性缺水问题,充分发挥大中型蓄水工程的调蓄作用,提高对水资源的综合调控能力。在已有水利工程基础上,按照“北水南调、西水东济”的总体流向,规划建设一批骨干蓄水、引调水工程,连通主要河流和主要区域性供水体系,将闽北、闽西相对丰富的水资源调入水资源紧缺的闽东南沿海地区,从根本上解决闽东南沿海地区的资源型缺水问题。在水网的物理结构上,以全省的天然河道为主干,以控制性蓄水工程为节点,以引调水工程为通道,形成“天然-人工”型的水系网络结构,最终构建“分区配置、三水并举、南北相接、纵横互济”的福建大水网。其中,“分区配置”以全省9个设区市和平潭综合实验区进行水资源供需平衡分析和水资源配置。“三水并举”指采用蓄水、引水、调水等三水工程,上蓄下引,解决水资源配置问题。“南北相接”指通过北水南调工程,将闽江水系与木兰溪水系、晋江水系、九龙江水系连接;通过西水东济工程,连接汀江水系与九龙江水系。通过两个大型调水工程连通,实现“四江一溪”联网,保障区域的水安全。“纵横互济”指流域内通过上游水库蓄水补给下游用水,流域间通过引调水工程左右延伸。

福建大水网规划生成8座大型水库、51座重点中型水库、75处引调水工程项目(其中,大型跨流域引调水工程2处)。大水网建设规划总投资861.68亿元,其中59座大中型水库工程投资434.32亿元;75处引调水工程投资427.36亿元。

大水网规划项目实施后,全省水资源开发利用率从现状的17.2%提高到22.6%,全省枯水年将新增可供水量71亿m3,为全省缺水地区和十大经济发展新增长提供强有力的水资源支撑,促进福建全省经济社会的可持续发展。

(二)国外水网建设实践进展

国外水网建设实践也较早,与我国较为相似,基本以引调水工程为支撑,如古埃及人公元前3100年就建设了引尼罗河河水的灌溉工程,形成了盆地灌溉、高地灌溉和复合渠道网等多种水利灌溉方式,既很好地利用了自然水系的特点,也大大促进了古埃及的农业生产水平,意义重大。当然,随着科学技术的进步,近代也涌现了许多优秀的调水工程,如巴基斯坦的西水东调工程、美国的加利福尼亚州北水南调工程、澳大利亚的雪山调水工程、俄罗斯的北水南调工程、秘鲁的西水东调工程、以色列的北水南调工程等。

1.巴基斯坦的西水东调工程[33]

巴基斯坦印度河平原,过去一直是由印度河和东侧五大支流分别引水灌溉。1947年印巴独立分治后,所定国界将印度河及五大支流的上游部分划归在印度境内,下游部分划归在巴基斯坦境内,从而引起两国上下游水纠纷。经过长期的协商谈判,两国政府于1960年签订了《印度河水条约》。根据条约,巴基斯坦每年从西三河引水1665亿m3,印度每年可从东三河引水407亿m3。巴基斯坦的西水东调就是具体实施《印度河水条约》的一项大型工程。

(1)水源工程。巴基斯坦的西水东调工程主要包括水源工程、调水渠道、大型拦河闸工程。其中,水源工程包括塔贝拉、曼格拉和查什马3座中型水库。在杰赫勒姆河上修建的曼格拉坝和印度河干流上修建的塔贝拉坝,将来自北部高山区丰沛的降雨径流和春末夏初喜马拉雅山积雪冰川融化形成的径流存蓄在水库内,待到枯水期输往东三河农业基地用于灌溉。各河的平均年供水量为:印度河卡拉巴格闸以上1141亿m3,杰赫勒姆河曼格拉站以上273亿m3,杰纳布河玛拉站以上320亿m3

1)塔贝拉水库。位于首都伊斯兰堡西北80km的印度河干流上,是印度河开发中最大的工程,它是一个多用途的综合水利枢纽。塔贝拉水库坝高143m,总库容137亿m3,调节库容为115亿m3,占入库总水量的13.9%,有效地调节了径流。该水库于1968年开始施工,1976年蓄水。

2)曼格拉水库。位于首都伊斯兰堡东南64km的印度河支流杰赫勒姆河上。工程由曼格拉主坝、贾里副坝和苏希安坝组成。主坝坝高116m,总库容72.5亿m3,调节库容为66亿m3,占坝址处杰赫勒姆河径流量的24%。最终规模大坝高138m,总库容118亿m3,有效库容112亿m3。主要任务是为西水东调工程储存补充灌溉水。此外,还承担发电和调节洪水的任务。该工程于1962年动工,1967年第一台机组投入运行。

3)查什马水库。在印度河干流上修建了查什马水库,最高、正常和最低库水位分别为198m、196m、194m,水库面积389km2,水电站装有8台单机容量为23MW的机组,总装机为184MW。

(2)拦河闸。先后共修建了5处拦河闸和一座倒虹吸工程。为西部3条河流引水到东部3条河流下游提供控制河道和引水的条件。

1)查什马闸。位于印度河上,在卡拉巴格坝的下游,于1971年建成。该拦河闸抬高水位2.135m,形成9.3亿m3的库容,闸全长1082m,泄水闸装有52扇15.2m×8.24m的闸门,泄洪流量为26885m3/s。主要通过联结渠道向杰赫勒姆河引水,通过右岸干渠(长272km)引水138.2m3/s,灌溉西北边境的D.J.汉地区14万hm2和旁遮普D.I.汉地区的8.9万hm2土地。此外还为现有的帕哈堡渠供水。

2)腊苏尔闸。位于杰赫勒姆河上游,于1967年建成。拦河闸全长978m,设有50孔泄洪闸,泄洪量24060m3/s,该拦河闸的作用是将曼格拉水库的水通过该闸和联结渠向杰纳布河引水,最大输水流量为538m3/s。

3)马拉拉闸。位于杰纳布河上游,该闸全长1363m,泄洪闸最大泄洪流量3113m3/s。它控制杰纳布河上游来水,通过联结渠向拉维河引水或者通过上杰纳布渠向巴基斯坦东部迪巴尔布尔地区引水。该闸早在1887年施工,1915年建成即开始向上杰纳布河渠道引水。西水东调工程开始后,将该闸进行了改造,于1968年完成。

4)卡迪拉巴德闸。位于杰纳布河上游,在汉基以下28km处,1967年完成。拦河闸全长1028m,泄水闸最大过闸流量为25500m3/s。它通过联结渠也向拉维河引水。

5)锡德奈闸。位于拉维河上游,1965年建成。拦河闸全长213m,泄水闸装有15孔12.2m×4.57m闸门,最大过闸流量为4245m3/s,通过联结渠向萨特莱杰河引水。

6)锡德奈-巴哈尔尔联结渠的梅尔西倒虹吸工程。位于拾拉尔以南300km处,从萨特莱杰河底下通过。虹吸管长约680m。1964年建成。最大容许通过流量110m3/s。位于萨特莱杰河上的梅尔西闸,全长488m,设有24孔18.3m×2.14m的闸门,最大泄洪流量12150m3/s。

(3)联结渠。1965—1970年,逐步完成8条联结渠的施工,渠道总长度为598km,挖方2.56亿m3。当全部运行时,总输水能力达2915m3/s。它们组成上、中、下3条调水线路:上线联结杰赫勒姆河、杰纳布河、拉维河和萨特莱杰河;中线联结印度河、杰赫勒姆河、杰纳布河、拉维河和萨特莱杰河;下线联结印度河和杰纳布河。

1)腊苏尔-卡迪拉巴德联结渠。在木尔坦处从杰赫勒姆河取水流入杰纳布河,渠长48km,输水流量538m3/s,1967年建成。

2)卡迪拉巴特-巴洛基联结渠。在巴洛基处从杰纳布河(包括从杰赫勒姆河引入杰纳布河的水)引水入拉维河,渠长129km,输水流量527m3/s,1967年建成。

3)巴洛基-苏莱曼基联结渠。将拉维河水引入萨特莱杰河,渠长63km,输水流量174m3/s,1968年建成。

4)查什马-杰赫勒姆联结渠。自印度河干流引水入杰赫勒姆河,渠长102km,输水流量614m3/s,1971年建成。

5)特里姆穆-锡德奈联结渠。从杰赫勒姆河与杰纳布河汇合处的特里姆穆引入拉维河(包括输送从印度河引入杰赫勒姆河的水),渠长71km,输水流量312m3/s,1965年建成。

6)锡德奈-梅尔西联结渠。从拉维河上的锡德奈引印度河干流、杰赫勒姆河、杰纳布河引三河之水入萨特莱杰河,渠长100km,输水流量283m3/s,1965年建成。

7)梅尔西-巴哈瓦尔河联结渠。从萨特莱杰河引水入巴哈瓦尔地区伊斯兰运河,渠长16km,输水流量110m3/s,1965年建成。

8)当萨-潘杰纳德联结渠。从印度河干流引水,渠长61km,输水流量340m3/s,1970年建成。

除了修建以上工程外,1965—1971年,改建了原有的特里姆穆闸(建于1939年)及巴洛基闸(建于1915年),加大了闸的过水能力,同时,对原有的3条联结渠(巴洛基-苏莱曼基、马拉拉-拉维、布班瓦拉-拉维-巴定-迪巴尔布尔)进行了改建和修复,从而提高了联结渠的过水能力。

巴基斯坦的西水东调工程联结渠的开凿,把印度河平原中的大河流互相连通起来,经两大水库调蓄的水,使原来极为干旱缺水的平原东南部的大量耕地得到了灌溉。该工程还完善了巴基斯坦的印度河平原上的灌溉体系,使东三河流域广大平原地区的农业、牧业、工业等获得持续发展。西水东调工程建成后,使巴基斯坦由原来的粮食进口国变成粮食出口国,其每年出口小麦、稻米200多万t。另外,西水东调工程两座大型水库的建设,使得汛期削减洪峰滞蓄洪水的作用显著。

巴基斯坦的西水东调工程,改善了巴基斯坦水资源配置状况,促进了经济社会的发展,效益显著,工程总体上是非常成功的,受到普遍赞誉。但是,该工程运行后发现,灌排系统规划不完善,输水损失严重,灌区土壤盐碱化现象严重,经采取渠系防渗衬砌、平整土地、管井排水等措施后,灌区面貌有所改观。

2.美国的加利福尼亚州北水南调工程[34]

目前,美国已建成联邦中央河谷调水工程、加利福尼亚州北水南调工程、向洛杉矶供水的科罗拉多河水道工程、科罗拉多-大汤普森工程、向纽约供水的特拉华调水工程等,调水总量200多亿m3。可以说,如果没有这些调水工程,就不会有今天的洛杉矶、拉斯维加斯等新兴的城市。调水工程对美国经济的可持续发展、宏观布局、生产要素和资源的合理分配与整合都起到了重要作用。

在美国已建成的跨流域远距离调水工程中,最具代表性的为加利福尼亚州的北水南调工程,它也是美国最大的多目标开发工程之一。

加利福尼亚州(简称加州)位于美国西海岸,北部气候湿润多雨,萨克拉门托河水系水量丰沛。南部气候干燥,地势平坦,光热条件好,是美国著名的阳光地带,那里生活着该州2/3的人口,水资源却相对贫乏。为此,加州政府在20世纪50年代初不得不开始通盘考虑解决北涝南旱的调水之策。1960年,加州进行了全民投票公决,以51%的支持率使调水决策获得通过。于是,一项规模宏大的北水南调工程开工了。从加州最北边的奥罗维尔湖到最南端的佩里斯湖(奥罗维尔湖为调水工程的最大蓄水库,其库容量达到43.17亿m3),整个调水工程主干道南北绵延约1000km,途经28个水库、22个抽水站和发电站。工程采用一次性提升水位约600m的大功率抽水机,让北水顺畅越过蒂哈查皮山,流到干旱的加州南方地区。该工程经过了13年的努力,终于在1973年完成了输水主管道的建设。

加州北水南调工程的年调水量达52亿m3,供加州南部2000万人使用。这些北水70%用于城市,30%用于农村,约360万亩的农田靠它灌溉。该工程与联邦政府建设的中央河谷调水工程相辅相成,共同把加州北部丰富的水资源调到南部缺水地区,为加州南部经济和社会的发展、生态环境的改善提供了充沛的水资源,使以洛杉矶为中心的加州南部成为果树、蔬菜等经济作物生产出口基地,并保证了那里的生活和工业用水。

调水工程与其他基础设施工程相比,社会效益和环境效益更显著,而经济效益相对较差。为此,美国政府对这类工程建设在宏观上加强了调控,使其成为政府行为。联邦政府或州政府在大型调水工程建设上实行垄断性经营管理,两级政府都设有较完整的水务管理机构。这些机构各司其职,分工负责。美国几乎所有的调水工程都由政府统一组织建设,并负责工程竣工后的运营管理。在这些工程的投资安排上,政府也给予很多优惠政策。美国调水工程投资来源主要通过两个渠道:一是联邦政府提供拨款,或给予50年左右的长期低息贷款或无息贷款;二是发行建设债券,工程投资除部分由政府负担外,大多由用水受益者负责偿还。

3.澳大利亚的雪山调水工程[35-36]

澳大利亚虽然地广人稀,人均占有淡水资源不少,可是澳大利亚大陆全境年均降水量仅470mm,是世界上降水量较少的大陆,其内陆部分地区干旱缺水较为严重。为了解决缺水的问题,澳大利亚从1949年开始修建一个规模宏大的雪山调水工程,直至1975年完全竣工,历时26年。该工程通过大坝水库和隧道网,从雪山山脉的东坡建库蓄水,将东坡斯诺伊河的多余水量引向西坡的需水地区,沿途利用落差发电供应堪培拉、墨尔本、悉尼等地区。

雪山调水工程包括7座水电站、80km引水管道、11条共145km压力隧洞、16座大坝及其形成的调节水库等,水库总库容84.8亿m3,有效库容70亿m3。它是澳大利亚跨州界、跨流域,集发电、调水功能于一体的水利工程,也是世界上较为复杂的大型调水工程。它能对墨累-达令河流域几个州进行供水,取得了相当可观的经济效益。

雪山调水工程的管理包括水源高度和供水高度,由墨累-达令河流域委员会作为最高权力机构进行统一掌管。该委员会有权决定斯诺伊河向墨累河和马兰比吉河分水的流量,负责墨累河上各流量控制闸以及各分流闸的开启、关闭和调节;负责监督界河上各用水户的取水量;对水事纠纷进行调解;负责流域内水资源管理的建章立制等。该委员会还负责接受用水户的取水申请、进行审查批准、发给不同级别的取水许可证。无论从管道取水,还是直接从河道取水,都必须凭许可证进行,并计量收费。

取水许可证不仅规定了取水用户的年取水总量、取水设备的功率,而且还规定了取水保证程度。因为委员会对用户供水的保证程度分成若干个级别,持有高级别取水许可证的用户将优先得到供水。首先要保证的是最高级别用户的取水,级别较低者,其用水的保证程度也相应下降;级别越低用水的限制越多,其取水量越难保障。当然,级别不同水价也随之不同,最高保证级别用户的取水单价最高,级别越低水价越低,最高级别的水价是最低级别水价的40倍。管理机构正是利用水价的悬殊这一手段,鼓励用户按自己实际需要建蓄水库,申请较低保证级别,在丰水季节大量蓄水以弥补枯水季节的供水不足,形成了用户自觉参与的合理用水的良好局面。

澳大利亚的雪山调水工程全面投入运营后,为了更好地发挥调水效益,采取了一系列的水环境保护措施。

(1)严格控制农牧业用水量的增长。目前有关州政府已达成共识,不再签发新的农牧业取水许可证,主要目的是防止农牧业规模盲目扩大。因为农田或牧场灌溉面积扩大,不仅消耗大量水资源,而且排出的水体携带农药、化肥、有机物及盐分,会污染下游地区;而且大量开垦加大了水土流失,不利于生态环境的保护。

(2)全面加强水土保持工作。雪山调水工程全线有诸多调节性蓄水库,它们的作用举足轻重,一旦发生淤积便会减少调蓄库容量,直接破坏调水工程的长久效益。因此调水工程特别注意水土保持,调水沿线不发展任何产业,全部开辟成国家公园供游人观赏游览。为了保护植被,游人只能在高于地面的木质栈桥上通行,一律不得踩踏地面。

(3)严格保护水质。为了防止农田污水流入或有机物进入引起蓝藻疯长,在输水河道沿岸修筑拦截板,防止落叶、枯草被风吹入水中,更不让污水排入河道,以确保输送的水体质量。

(4)采取防止土壤盐渍化措施。大面积的开垦将使雨水和灌溉水大量渗入地下,抬高部分地区高盐分的地下水水位,造成地表盐碱化,使得大片林草植被破坏。为此,澳大利亚采取严格限制农田灌溉用水量的增长和让河道有足够的水量冲洗并带走沿途盐分的方法来防止调水沿线地区的土壤盐渍化。

因为世界各国的水资源开发利用与本身水资源的分布存在不一致性,使得人们必须对水资源进行相应的优化配置,而建设引调水工程就是水资源优化配置的重要手段,从客观上说也是促使区域水网体系形成的重要途径。

人类在与水相处的过程中,依托天然河网水系,根据自身发展需要,兴建了一批引调水工程、人工渠道运河,修建了诸多水利工程,所形成的区域水网体系,一方面从人类被动地依附于水、逆来顺受的原始文明转变主动与水缔结相处共生关系;另一方面也是在水利用过程中,通过人、水、城的和谐相处,使得人类治水理念在原有的阶段进一步升华,对人类经济社会和文明的发展起到了积极的助推作用。

二、水网理论研究进展

回顾近些年来的水网研究进展,特别是基础研究和应用基础研究方面取得的成果,一方面研究成果较少,与水网的实践进展相比,区域水网在理论研究上并未有实质性的进展,而且由于各领域发展的不平衡性,国内成果与国际研究相比仍有相当差距,特别是水网基础性理论及不同尺度水网循环、调度等过程方面较为薄弱;另一方面,关于水网理论研究的内容及深度还停留在水网概念、类别、基本框架及某些关键问题,研究内容深度及丰富程度较之其他综合性学科也相对较少。

近些年,部分水利学者提出了现代化水网的概念,并进行了研究。如刘勇毅、王维平在《现代化水网建设与水资源优化配置》中,系统总结了古今中外水网建设的实践经验,提出了建设现代化水网的思路框架,并勾画出了省、市、县三级水网的基本轮廓[37];李少华、李晨希等在《生态型水网理论体系及关键问题探讨》一文中,提出了生态型水网的概念,并对生态型水网的层次和架构、水资源合理配置和管理体系等问题进行了分析[38]。这些观念的提出和理论研究,对于现代化水网的建设都具有极为重要的理论参考意义。

但水网建设还面临着许多重要的问题需要解决,尤其是对于一个具体区域,水网如何建设、如何布局、如何开展等问题还没有深入研究及相关案例。因此,针对某一特定的区域而言,如何在充分考虑现有自然河湖水系和人工引调水工程的基础上做到贯通互济?如何做到最有效的水系连通?怎样才能有效集成分散的引调水工程,发挥出最大综合效益?区域现代化水网构建的总体目标和阶段性特点是怎样?区域水网如何实现全域多水源联合调度?如何制定效益最优的调度策略?以及如何将区域现代水网建设与区域生态文明建设、区域经济社会发展、区域水文化建设等重大课题有机结合起来,以做统筹考虑,这些都是亟须研究并解决的问题。