（水利工程专业论文）南水北调东线工程相机向黄河补水研究.pdf

摘要 摘要 本文就南水北调东线工程相机向黄河补水问题，进行了系统、深入研 究。 在不影响南水北调东线工程总体规划的基础上，通过分析长江、淮河 和黄河来水丰枯遭遇，结合南水北调东线工程的运行方式，重点对长江相 机向黄河补水的可能性及补水潜力( 补水量) 进行了研究；分析了南水北 调东线工程向黄河相机补水的作用和效果，并对东线工程相机向黄河补水 的相关政策进行了探讨，为缓解黄河水资源承载压力、改善黄河下游生态 环境、维持黄河健康生命提供技术支持。 关键词；南水北调；水资源；丰枯遭遇分析；调度管理 一 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sp a p e rm a k e sas y s t e m a t i ca n di n d e p t hs t u d yo nt h ep r o b l e mo f t i m e l y w a t e rs u p p l yt ot h ey e l l o wr i v e rt h r o u g ht h ee a s tl i n e p r o j e c t d i v e r t i n gw a t e rf r o ms o u t ht on o r t h w i t h o u ta f f e c t i n gt h eg e n e r a lp l a n n i n go ft h ee a s tl i n ep r o j e c td i v e r t i n g w a t e rf r o ms o u t ht on o r t h ，b yt h ea n a l y s i so ft h ep l e n t i f u lo rs c a n t yw a t e r e n c o u n t e r i n go ft h ey a n g t z er i v e r ，h u a i h er i v e ra n dy e l l o wr i v e r ，t h ee s s a y s t r e s s e st h es t u d yo nt h ep o s s i b i l i t ya n dp o t e n t i a lo ft h et i m e l yw a t e rs u p p l y f r o mt h ey a n g t z er i v e rt ot h ey e l l o wr i v e r ，c o m b i n e dw i t ht h eo p e r a t i o n m o d eo ft h ee a s tl i n ep r o j e c td i v e r t i n gw a t e rf r o ms o u t ht on o r t h t h ee f f e c t a n dr e l a t i v ep o l i c yo ft i m e l yw a t e rs u p p l yt ot h ey e l l o wr i v e rt h r o u g ht h e e a s tl i n ep r o j e c td i v e r t i n gw a t e rf r o ms o u t ht on o r t ha r es t u d i e d ，t o o t h e a i mi st o p r o v i d et e c h n o l o g ys u p p o r tf o rr e l i e v i n gw a t e rr e s o u r c el o a d i n g p r e s s u r eo ft h ey e l l o wr i v e r ，i m p r o v i n gt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n to ft h e d o w n s t r e a mo ft h ey e l l o wr i v e ra n dp r e s e r v i n gt h eh e a l t h yl i f eo ft h ey e l l o w r i v e r k e yw o r d s ：d i v e r tw a t e rf r o ms o u t ht on o r t h ；w a t e rr e s o u r c e s ；a n a l y s i so f p l e n t i f u lo rs c a n t ye n c o u n t e r i n g ；d i s p a t c h i n gm a n a g e m e n t v 日u舌 前言 黄河流域大部分地区属干旱和半干旱地区，水资源贫乏。随着经济社 会的快速发展，自2 0 世纪8 0 年代以来，沿黄地区用水量持续增加，加之 9 0 年代黄河来水连续偏枯，导致沿黄地区水资源供需矛盾日甚，下游频繁 断流，河槽萎缩加剧，生态环境恶化，水质污染加重，严重威胁着黄河的 健康生命和流域及其相关地区经济社会的可持续发展。如何解决黄河下游 水资源供需矛盾，是目前黄河治理与开发中的热点和难点之一。 本文结合黄委会黄河下游治理方略研究课题，对南水北调东线工程相 机向黄河补水进行研究。通过本文研究，对南水北调东线工程相机向黄河 补水的可能性和补水潜力( 补水量) 及其补水的作用和效果进行了深入探 讨，为缓解黄河水资源承载压力、改善黄河下游生态环境、维持黄河健康 生命提供技术支持。 鉴于跨流域调水工程的复杂性，我国北方地区水资源短缺的普遍性以 及黄河资源性缺水的严峻形势，本文研究不仅是对水资源跨流域调度管理 理论的深入探讨，而且具有重要的实用价值。 i i i 绪论 1 绪论 1 1 研究目的意义 我国幅员辽阔，地形复杂，气候多样，自然条件千差万别，由于降水 量的差异，水资源地区分布极不均匀。水资源与耕地、矿产资源及人1 2 1 的 分布不相适应，即8 0 以上的水在南方，而6 5 的耕地在北方，水土资源 失衡，人均和耕地亩均占有水资源量南北相差悬殊，南方水多，北方水资 源严重短缺。 黄河流域大部分地区属干旱和半干旱地区，水资源贫乏。黄河流域面 积占全国国土面积的8 3 ，而年径流量只占全国的2 ，流域内人均河川 径流量( 5 9 0m3 ) 只是全国人均水平的2 5 ，耕地亩均河川径流量( 3 2 5m 3 ) 仅为全国耕地亩均水量的1 7 ，再加上流域外的供水需求，人均及亩均占 有水资源量更少。2 0 世纪8 0 年代以来，沿黄地区用水量持续增加，加之 9 0 年代黄河来水连续偏枯，导致沿黄地区水资源供需矛盾日甚，下游频繁 断流，河槽萎缩加剧，生态环境恶化，水质污染加重。1 9 9 9 年对黄河于流 实行水量统一调度以来，断流现象虽然有所缓解，但黄河流域属资源性缺 水地区，缺水断流问题并没有从根本上得到解决，严峻的缺水形势已经成 为黄河流域及其相关地区经济社会可持续发展的主要制约因素，黄河生命 正受到严重威胁，急需实施跨流域调水措施，以维持黄河健康生命。 我们知道，长江是我国最大的河流，水资源丰富，丰枯变化相对较小， 多年平均径流量约9 6 0 0 亿m 3 ，特枯年也有6 0 0 0 多亿m 3 ，每年长江的入 海水量约占天然径流量的9 4 以上。长江丰富的水资源客观上成为调节我 国南北水资源时空分布不均的理想水源地。 南水北调工程是解决我国北方地区水资源严重短缺问题的重大战略举 措。根据2 0 0 2 年1 2 月国务院批复的南水北调工程总体规划，确定分别 从长江上、中、下游向北方调水的南水北调西、中、东三条调水线路，通 过三条调水线路与长江、黄河、淮河和海河四大江河的联系，构成以“四横 三纵”为主体的总体布局，以利于实现我国水资源南北调配、东西互济的合 理配置格局，是构筑我国黄淮海流域乃至整个北方地区经济社会可持续发 展的水资源保障体系的有效途径。 一1 河海大学工程硕士学位论文 黼 西 钱- 工 程 南水北调工程总体布局示煮图 其中，东线工程利用江苏省已有的江水北调工程，逐步扩大调水规模 并延长输水线路至黄河以北及山东胶东半岛，一期工程计划2 0 0 7 年全线贯 通，南水北调东线工程的建设，为增加黄河流域水量带来了可能。 南水北调东线工程向黄河相机补水是缓解黄河水资源承载压力，改善 黄河下游生态环境，维持黄河健康生命的有效途径之一。因此，开展东线 工程相机向黄河补水研究是十分必要和迫切的。 1 2 研究范围 南水北调东线工程相机向黄河补水研究的范围涉及南水北调东线工程 的水源区( 长江下游、淮河下游) 、受水区( 黄河以南、黄河以北和胶东半 岛) 和黄河中下游地区。 在不影响南水北调东线工程总体规划的基础上，本文通过分析调水区、 受水区与黄河径流的丰枯遭遇及调水工程的规模、泵站的利用效率等，研 究南水北调东线一期工程和二期工程相机向黄河补水的可能性及补水潜 力，并对三期工程向黄河补水的可能性及补水潜力进行展望；分析其补水 量对黄河下游的作用，并研究东线向黄河相机补水的相关政策，以维持黄 河的健康生命。 1 3 研究遵循的原则、技术路线和主要内容 1 3 1 研究遵循的原则 南水北调东线工程是缓解北方地区缺水矛盾的重大措旌，本课题研究 以维持黄河健康生命为根本，重点研究南水北调东线工程相机向黄河补水 一2 一 绪论 的潜力和补水量，以缓解黄河的水资源短缺。研究遵循的具体原则： ( 1 ) 不改变南水北调东线第一、二、三期工程规划各河段渠道设计规 模及各级泵站设计抽水能力： ( 2 ) 不改变各级水库( 洪泽湖、骆马湖、南四湖及东平湖) 设计指标 ( 死水位、汛限水位和正常运用水位) 及水库调节运用方式； ( 3 ) 不改变各受水区用水过程及天然径流来水过程； ( 4 ) 研究时段以非汛期( 1 0 月6 月) 为主，并对全年来水进行预估。 ( 5 ) 研究要切合实际，实事求是，科学合理。 1 3 2 研究技术路线 研究的技术路线为：调查收集有关资料，采用统计分析技术研究调水 工程跨越的不同流域间的丰枯遭遇组合问题，根据东线调水的工程规模、 泵站的利用效率、水库的运用方式及调水用水过程等，分析南水北调东线 工程向黄河补水的可能性及补水潜力；提出东线工程向黄河的补水量、补 水过程及补水时机；初步分析东线工程向黄河补水后的作用和效果，并对 补水的相关政策进行初步研究。 1 3 3 研究主要内容 通过分析研究长江、淮河和黄河来水丰枯遭遇情况，提出适合补水时 机和不适合补水时机的概率描述，为研究东线向黄河相机补水提供基础； 通过收集分析东线工程规划设计资料，研究其调水过程和用水过程以及南 水北调东线工程的运行方式，分析各级泵站装机利用小时数的潜力和各河 段的输水规模，研究其向黄河相机补水的可能性及补水潜力( 补水量) ；分 析了东线工程补水对黄河干流的减淤作用，对下游河道及河口地区生态环 境保护的作用等；对东线工程向黄河相机补水的相关政策进行初步研究。 1 4 国内外研究现状 建国以来，黄河治理开发取得了举世瞩目的巨大成就，促进了流域经 济和社会的发展，保障了黄淮海大平原的安全。但由于黄河水少沙多、河 情特殊，目前仍存在很多问题，最为突出的是洪水威胁严重、水资源供需 矛盾尖锐、水土流失和水环境恶化等三大问题。为及时研究黄河不断出现 3 一 河海大学工程硕士学位论文 的新情况、新问题，探求黄河的自然规律，筹谋黄河治理开发的战略，研 发和应用黄河治理开发与管理的高新技术，黄河水利委员会根据三条黄河 ( “原型黄河”、“数字黄河”、“模型黄河”) 的建设需要，2 0 0 3 年1 0 月向 国内外发布治黄战略及重大技术研究课题指南，其中南水北调工程相机 向黄河补水问题作为治黄专题项目提出，但目前尚无深入的探讨和研究。 2 0 世纪8 0 年代中期以来，英国等欧洲一些国家开始了河流生态环境 恢复工作，确定了生态环境可接受的流量变化和生物以及生境多样性恢复 原则和要求，提出了河流保护评价系统( s e r c o n ) 。9 0 年代美国垦务局 水利工作和研究重点作出了重大转变，强调依靠技术进步保护水资源和工 程安全，通过江河整治恢复环境。在环境恢复中突出了受破坏的河流流域 或生态系统恢复到自然状态的大规模河流生态环境恢复工作。日本8 0 年代 开始进入了以城市河流水环境综合整治的实践阶段，9 0 年代初期开展了 “创造多自然型河川计划”，重视恢复生态，提高水边环境自然净化功能， 确保流域完善的水循环系统，调整人和河流的关系，确保水质和水量，创 造出景观优美的富有情趣的水环境。为解决河流生态环境问题，些国家 重点研究了生态环境用水量以及优化配置，为水资源优化配置、保护生态 环境提供科学依据。 在我国，8 0 年代中期就有关生态环境用水方面开展了多方面的研究， 长江水资源保护科研所开展了环境用水研究并提出了初步成果，广西提出 了漓江枯水季旅游补水研究报告，广东东江流域控制性水库调整功能增加 枯水流量研究报告，小丰满、东江等水电站坝下最小流量的研究，黄河下 游输沙用水量等多方面的研究。在流域规划环境影响评价和水利工程环境 影响评价工作中，都包含有生态环境调水的内容，取得了一些成果，也为 本文的研究奠定了基础。 4 南水北调东线工程概况 2 南水北调东线工程概况 2 1 东线工程的总体布局 南水北调东线工程是我国南水北调总体规划“四横三纵”基本构架中 的重要组成部分。_ _ ；_ = 程规划从长江下游江苏省扬州附近抽引长江水，利用 江苏省已有的江水北制工程，逐步扩大喇水规模并延长输水线路，基本沿 京杭运河及与其甲行的河道逐级提水北送，与洪泽湖、骆马湖、南妇湖和 东平潮连接，出东平湖后分两路输水：路向北，在位山附近绔隧洞穿过 黄河，再经位临运河、南运河自流到天滓；另一路向东，通过胶东地区输 水干线接引黄济青渠道，经济南向山东半岛供水。 2 1 1 供水范围及供水目标 东线工程主要是解决黄淮海平原东部和u 东半岛的缺水问题。根据耐 黄淮海平原东部和山东半岛社会经济发展及水资源状况的分析、预测，在 水资源合理配置要求的基础上，结合输水沿线各省市的规划需求，东线工 程合理的供水范围分为三片：江苏省里下河地区以外的苏北地区与里运 河东西两测地区，安徽省蚌埠市、淮北市- 以东的淮河、新汴河、高邮湖地 区及lj j 东省南四湖、东平湖地区( 简称茸判以南供水区) ；山东半岛； 黄河以北大清河南天津平原，河北省黑龙港东部平原、运东平原段山东 省徒骇河、马颊河半原( 简称黄河以北供水区) 。 主要供水目标是解决调水线路沿线和r l 东半岛的城镇居民生活和工业 一5 河海大学工程硕士学位论文 用水，改善淮北地区的农业供水条件，结合输水，恢复和提高京杭运河的 通航能力。 2 1 2 水源条件 长江是东线工程的主要水源，调水水源地三江营水质良好，达i i 类水 标准，水量丰富。长江大通站多年平均径流量达9 0 5 0 亿m 3 ( 1 9 5 0 年2 0 0 0 年系列) ，最大年径流量13 6 0 0 亿n 1 3 ( 1 9 5 4 年) ，最小年径流量为6 7 5 0 亿 m 3 ( 1 9 7 8 年) ，为东线工程提供了优越的水源条件。 另外，淮河与沂沭泗水系分别汇入洪泽湖、骆马湖和南四湖，也是东 线工程的水源。淮河流域各水系丰枯变化较大，枯水年份当地径流很少， 而一般年份淮河流域在汛期均有不同程度的弃水，特别是洪泽湖和骆马湖， 除少数年份外，弃水量分别在5 0 亿m 3 2 5 0 亿m 3 和1 0 亿i n 3 2 0 亿m 3 之间，洪泽湖在冬、春季也有7 亿m 3 1 7 0 亿m 3 的弃水。淮河流域各水 系水情常常是南北各异，并不同时出现枯水，而黄河以南与黄河以北及山 东半岛丰枯遭遇的几率也比较小，因此，淮河水可作为东线工程的水源之 一，参与全线水量的统一调度。 东线调水工程拥有丰富、稳定、水质好的水源，调水量基本不受水源 条件限制，主要取决于受水区的需水要求和工程规模。 2 1 3 分期实旌意见 根据国务院批准的南水北调工程总体规划，以及对黄淮海平原东部 和山东半岛缺水形势的分析预测及东线治污工程实施步骤，东线工程规划 在2 0 3 0 年以前分三期实施： 第一期工程：首先调水到山东半岛和鲁北地区，有效缓解该地区最为 紧迫的城市缺水问题，并为向天津市应急供水创造条件，规划工程规模为 抽江5 0 0 m 3 s ，入东平湖1 0 0 m 3 s ，其中过黄河5 0 m 3 s ，送山东半岛5 0 m 3 s ， 2 0 0 7 年建成输水。 第二期工程：增加向河北、天津供水，在第一期工程的基础上扩建输 水线路至河北省东南部和天津市，扩大抽江规模至6 0 0m 3 s ，送山东半岛 5 0 m 3 s ，过黄河1 0 0 m 3 s ，其中到天津5 0 m 3 s ，在水质满足要求的前提下， 于2 0 l0 年建成向河北、天津供水。 6 南水北调东线工程概况 第三期工程：继续扩大调水规模，抽江规模扩大至8 0 0m 3 s 。送山东 半岛9 0m 3 s ，过黄河2 0 0m 3 s ，其中到天津1 0 0m 3 s ，计划丁2 0 3 0 年咀前 建成，以满足供水范围内国民经济和社会发展对水的需求。 东线工程供水范围及线路布置情况见下图。 河海大学工程硕士学位论文 2 2 工程规模及调水量 2 2 1 需调水量预测 需调水量预测是考虑当地水资源及现状工程供水后，并考虑经济承受 能力后留有一定缺口，按确定的各用水部门设计保证率进行计算。根据东 线工程供水范围内各省、市水资源规划成果和海河流域水资源规划、淮 河流域有关规划以及主管部门有关意见，预测2 叭0 年水平需调水量5 3 4 1 亿1 2 1 3 ，其中黄河以南3 0 1 6 亿m 3 ，黄河以北15 7 9 亿m 3 ，山东半岛7 4 6 亿m 3 ；2 0 3 0 年水平需水量8 9 6 0 亿r n 3 ，其中黄河以南4 2 7 5 亿m 3 ，黄河 以北2 9 1 4 亿m 3 ，山东半岛1 7 7 1 亿m 3 。 另外，第一期工程多年平均全线总损失水量2 4 6 4 亿m 3 ，其中输水干 线河道输水损失1 9 1 2 亿m 3 ，黄河以南湖泊蒸发渗漏损失5 5 2 亿m 3 ；第 二期工程增加向河北、天津的输水线路，多年平均全线总损失水量2 8 3 8 亿m 3 ；第三期工程多年平均全线总损失水量3 5 6 4 亿m 3 ，其中输水干线河 道输水损失3 0 1 2 亿m 3 。 各供水区段需调水量及输水损失见表2 一i 。 表2 1南水北调东线工程需调水量表 单位：亿r r l 3 第一期工程第二期工程第三期工程 ( 2 0 1 0 年水平) ( 2 0 1 0 年水平)( 2 0 3 0 年水平) 干渠 输水 干渠 输水 f 供水区 干渠 输水 小计口需小计口需小计口需 损失损失损失 水量水量水量 黄河以南 3 0 】62 2 3 4 5 2 5 3 0 162 2 3 4 5 2 5 4 2 ，7 52 3 ，5 3 6 6 2 8 黄河以北 3 7 9 o 8 4 4 6 3 1 5 7 94 5 8 2 0 3 7 2 9 148 5 3 3 7 ，6 7 山东半岛 7 4 61 4 6 8 9 2 7 ，4 6 1 4 6 8 9 2 17 7 l3 5 8 2 1 2 9 合计 4 1 4 12 4 6 4 6 60 5 5 3 4 12 8 3 8 8 1 7 9 8 9 6 03 5 6 4 1 2 5 2 4 注：黄河以南输水损失中包括湖泊蒸发渗漏损失5 5 2 亿r l l 3 。 2 2 2 调水工程规模及北调水量 根据供水目标和预测的当地来水、需调水量，考虑受水区缺水形势的 发展和对水量、水质的要求，经多方案比较，确定东线工程先通后畅、分 期实施、逐步扩大调水规模。 8 南水北调东线工程概况 第一期工程，规划工程规模为抽江5 0 0 m 3 s ，入东平湖1 0 0m 3 s ，其中 过黄河5 0m 3 s ，送山东半岛5 0m 3 s 。工程建成后，多年平均抽江水量8 8 4 0 亿m 3 ，调入下级湖2 9 7 6 亿r n 3 ，穿黄水量4 6 3 亿m 3 ，到山东半岛8 9 2 亿 m 3 。另外，根据长系列分析计算，遇淮河枯水年份( 1 9 7 6 年) ，最大抽江 水量为l5 7 4 8 亿m 3 ，泵站设计装机利用小时数几乎达到极限；4 2 年系列 中有9 年抽江一级的设计装机利用小时接近或超过8 0 0 0 小时，也就是说， 7 5 以上的枯水年份工程能力已充分利用；遇淮河丰水年份( 1 9 6 3 年) ， 最小抽江水量为6 - 8 亿m 3 ，工程有较大供水余地。根据黄河以北和山东半 岛输水河道的防洪除涝要求，第一期工程向胶东和鲁北的输水天数为2 3 0 天，输水时间为1 0 月至翌年5 月，各级泵站枢纽按设计流量计算，多年平 均装机利用小时在3 7 0 0 5 0 0 0 小时之间。 第二期工程，扩大抽江规模至6 0 0m 3 s ，入东平湖1 7 0m 3 s ，其中过 黄河1 0 0m 3 s ( 到天津5 0 m 3 s ) ，送山东半岛5 0m 3 s ，多年平均抽江水量 1 0 5 8 6 亿r l l 3 ，穿黄水量2 0 3 7 亿m 3 ，到山东半岛8 9 2 亿r n 3 。根据长系列 计算，遇淮河枯水年份( 1 9 7 6 年) ，晟大抽江水量为l8 9 1 1 亿m 3 ，泵站设 计装机利用小时数同样达到极限；4 2 年系列中也有9 年抽江一级的设计装 机利用小时接近或超过8 0 0 0 小时，同样说明7 5 以上的枯水年份工程能 力己充分利用；遇淮河丰水年份( 1 9 6 3 年) ，最小抽江水量为9 6 6 亿m 3 ， 工程有较大供水余地。另外，第二期工程向胶东和黄河以北的输水天数为 2 3 0 天，输水时间也为1 0 月至翌年5 月，各级泵站枢纽按设计流量计算， 多年平均装机利用小时在4 4 0 0 5 0 0 0 小时之间。 第三期工程，规划抽江规模扩大至8 0 0m 3 s ，入东平湖3 2 51 2 1 。s ，其 中过黄河2 0 0 m 3 s ( 到天津1 0 0 m 3 s ) ，送山东半岛9 0 m 3 s ，多年平均抽江 水量1 4 8 17 亿m 3 ，穿黄水量3 7 6 7 亿1 1 3 3 ，到山东半岛2 1 2 9 亿m 3 。根据 长系列计算，遇淮河枯水年份( 1 9 7 6 年) ，最大抽江水量为2 4 3 8 8 亿m 3 ， 泵站设计装机利用小时数也达到极限；4 2 年系列中有7 年抽江一级的设计 装机利用小时接近或超过8 0 0 0 小时，说明8 0 以上的枯水年份工程能力 已充分利用；遇淮河丰水年份( 1 9 6 3 年) ，最小抽江水量为2 7 1 2 亿m ， 工程同样有较大供水余地。另外，篇三期工程向胶东和黄河以北的输水天 数为2 7 0 天，输水时间为1 0 月至翌年6 月，各级泵站枢纽按设计流量计算， 一9 河海大学工程硕士学位论文 多年平均装机利用小时在5 0 0 0 小时左右。 各级泵站抽水规模、河道输水设计规模及各区段北调水量见表2 2 。 表2 2南水北调东线工程规模及北调水量表 第一期工程 第二期工程第三期工程 区段 工程泵站利 调水量 工程 泵站利 调水量 工程泵站利 调永量 规模 用小时 规模 用小时规模 用小时 ( m3 s )( 小时)( 亿m 3 )( m s )( 小时)( 亿m 1 )( m 3 ，s )( 小时) f 亿i y l ) 抽江5 0 04 9 1 1 8 8 4 0 6 0 0 4 9 0 l 1 0 5 8 6 8 0 05 1 4 5 1 4 8 】7 入洪泽湖4 5 04 3 5 9 7 0 6 】 5 5 04 3 7 0 8 6 5 3 7 0 0 4 8 0 4 】2 】0 5 出洪泽湖 3 5 0 5 0 1 9 6 3 2 4 4 5 04 9 7 7 8 0 6 3 6 2 55 2 6 7 j i8 5 0 。入骆马湖 2 7 54 4 8 6 4 4 4 l 3 s 04 7 4 0 5 9 7 3 5 2 5 5 0 9 2 9 6 2 3 出骆马湖 2 5 04 6 3 0 4 1 ，6 7 3 5 04 7 3 9 5 9 7 1 5 2 5 5 1 5 3 9 7 4 0 入下级湖 2 0 04 1 3 3 2 9 7 6 2 7 54 8 5 4 4 7 ，18 4 2 5 5 13 3 7 8 5 5 入上级湖 1 2 53 6 8 9 18 】7 2 2 0 4 4 3 2 3 5 ，1 0 3 7 54 8 9 8 6 6 1 2 出上级湖 1 0 0 4 0 0 8 1 6 0 0 2 0 04 5 9 3 3 3 0 7 3 5 05 0 1 6 6 3 2 0 入东平湖 1 0 03 6 9 4 1 4 7 2 1 7 04 9 3 6 3 0 2 1 3 2 55 0 6 6 5 9 2 7 穿黄河 5 0 4 6 3 1 0 0 2 0 3 7 2 0 0 3 7 6 8 山东半岛5 0 8 9 2 5 0 8 9 2 9 0 2 1 2 9 2 3 主要工程措麓及投资 调水工程主要利用京杭运河及淮河、海河流域现有河道、湖泊与建筑 物，并密切结合防洪、除涝和航运等综合利用的要求进行布局，拓浚河湖、 增建泵站，分期实施，逐步扩大调水规模。从长江至东平湖设计总水头差 4 0 m ，沿线设13 个抽水梯级泵站，总扬程6 5 m 。 2 。3 1 第一期工程 南水北调东线第一期工程利用江苏省江水北调工程，扩大规模并往北 延伸，向山东省供水。 黄河以南以京杭运河为输水主干线，荠利用三阳河、淮河入江水道、 徐洪河、韩庄运河、不牢河分送，在现有工程基础上扩挖或安排影响处理 河道工程1 2 项：新建扩建泵站2 1 座，利用江苏省江水北调工程现有泵站 6 处l3 座，总装机容量3 6 ，4 6 万k w ，总装机流量4 4 4 4 2m 3 s ，其中新建 1 0 南水北调东线工程概况 泵站装机容量2 3 3 5 4 万k w 、装机流量2 9 7 6 。2 m 3 s ；抬高洪泽湖、南四湖 下级湖蓄水位，利用东平湖蓄水。黄河以北打通穿黄隧洞，扩建小运河、 七一六五河，新建大屯水库。山东半岛开辟从东平湖至引黄济青段输水干 线2 4 0 k m ，新建东湖水库，扩建双王城水库。 南水北调东线第一期工程输水干线和分干线河道总长度为1 4 6 6 2 k m ， 其中东平湖以南1 0 4 5 2 k m ，穿黄段7 8 7 k m ，黄河以北1 7 3 5 k m ，东平湖至 引黄济青段输水干线2 4 0 k m 。需要说明的是，黄河以南有5 6 7 2 5 k m 的河道 输水能力大于或等于第一期工程的设计流量，不需要安排工程。 按2 0 0 4 年第一季度价格水平估算，第一期工程静态总投资2 2 9 2 6 亿 元，其中截污导流工程投资1 7 2 5 亿元。 2 3 2 第二期工程 供水范围扩展到河北省和天津市，在第一期工程基础上扩大北调规模， 向北延伸至天津北大港水库。 黄河以南扩建三阳河、潼河、金宝航道、徐洪河、中运河等5 段河道， 疏浚南四湖，扩建梁济运河、柳长河；新建扩建泵站1 3 座，新增装机容量 1 2 0 5 万k w ，抬高骆马湖蓄水位：黄河以北扩挖小运河、临吴渠、南运河、 马广减河4 段河道，扩建千顷洼、大浪淀水库，加固北大港水库。 南水北调东线第二期工程增加黄河以北输水线路长度为3 3 2 ，5 k m 至天 津，输水干支线河道总长度为1 7 9 1 k m 。 按2 0 0 0 年下半年物价水平估算，第二期工程在第期工程基础上增加 投资约1 2 3 7 6 亿元，其中截污导流工程投资7 6 5 亿元。 2 3 3 第三期工程 第三期工程在第一、二期工程基础上继续扩大工程规模，增加北调水 量，以满足供水范围内2 0 3 0 年水平国民经济发展对水的需求。 黄河以南增加运西输水线路，开挖成子河，利用房亭河，继续扩挖中 运河、韩庄运河、梁济运河和柳长河以及疏浚南四湖；新建扩建滨江、杨 庄等泵站17 座，增加装机容量2 0 2 2 万k w 。黄河以北继续扩建小运河、 临吴渠、南运河、马广减河、七一六五河，并扩建大屯水库，扩大山东半 岛输水河道规模。 1 1 河海大学工程硕士学位论文 东线工程从长江至天津输水线路干支线总长度为1 9 3 9 k m ，其中黄河以 北输水线路长度5 0 6 k m ，东平湖至引黄济青段输水干线2 4 0 k m 。 按2 0 0 0 年下半年物价水平估算，第三期工程在第二期工程基础上增加 投资约1 15 5 0 亿元。 第一、二、三期工程投资共计4 6 8 5 2 亿元。 另外，需要特别指出的是，在进行南水北调东线泵站工程设计时，根 据规范规定，为保证泵站运行的可靠性，在设计装机之外，泵站均有备用 机组，各泵站备用机组容量为设计规模的2 0 左右( 一般设1 2 台备机) ， 有些梯级如抽江一级，因设计装机利用小对较高，备用容量的比例也较大， 而同一梯级上各泵站的备用容量是相互配套的。在一些特殊年份，可以充 分发挥这些机组的作用，临时增大调水量。 南水北调东线工程泵站设计规模及梯级组合见表2 3 。 表2 3南水北调东线工程泵站设计规模及梯级组合情况表 泵站设计规模( m3 s )梯级规模( m3 s ) 区段梯级泵站名称 一期二期三期一期 一期 三期 备注 工程 _ 丁程 丁程工程工程工程 江都站 4 0 04 0 0 6 0 0 第一级 5 0 06 0 08 0 0抽江 宝应站 10 0 2 0 0 2 0 0 长江 难安站 3 0 03 0 03 5 0 第二级4 5 05 5 0 7 5 0 洪泽湖 金湖站 】5 02 5 04 0 0 淮阴站 3 0 03 0 03 0 0入洪 第三级 4 5 05 5 07 0 0 洪泽站 l5 0 2 5 0 4 0 0 泽湖 泗阳站 2 3 0 2 3 0 4 0 5出洪 第四级 3 5 0 4 5 06 2 5 泗洪站 l2 02 2 02 2 0 泽湖 泱泽湖 刘老润站 2 3 02 3 04 0 5 第五圾 3 4 04 2 05 9s 骆马湖 雎宁站 1 1 0i9 0 i9 0 皂河站 17 5 l7 5 3 5 0 入骆 第六级 2 7 53 5 05 2 5 邳州站 1 0 0l7 5l7 5 马湖 刘山站 1 2 52 2 53 0 0出骆 第七绂2 5 03 5 0s 2 5 台儿庄站 】2 512 52 2 5 马湖 骆马湖 解台站 1 2 5 2 2 5 2 2 5 第八缎2 5 03 5 04 5 0 南四湖 万年闸站 l2 5l2 52 2 5 蔺家坝站 7 5l5 02 2 5入下 第九级2 0 02 7 54 2 5 韩庄站 12 512 52 0 0 级湖 i 2 南水北调东线工程概况 入上 南四湖第十级二级坝站j 2 52 2 03 7 51 2 52 2 037 5 级湖 第十一级 长沟站10 02 0 03 5 010 02 0 03 5 0 出上 南四湖 级湖 第十二级邓楼站 10 0 2 0 03 5 0 l0 0 2 0 0 35 0 东平湖 入东 第十三级八里湾站1 0 017 03 2 51 0 017 03 2 5 平湖 穿黄河 5 0 1 0 02 0 0 山东半岛 5 05 09 0 2 4 东线工程管理体制 东线工程的管理实行国家宏观调控、公司市场运作，用户参与管理的 体制。这样既能体现适应市场经济的要求，又能贯彻水资源统一管理的原 则，在协商的基础上决策，决策后能够贯彻执行。 国务院组织有关部门和沿线省市成立南水北调工程建设与管理领导机 构，其办公室设在水利部，对东线工程实施统一领导，协调解决工程建设 与管理中的重大问题，指导制定有关法规、政策和管理办法。 第一期工程组建江苏省和山东省两供水公司。淮委等流域机构作为中 央投资的代表参股山东省供水公司；两公司分别作为法人，以合同建立供 水受水关系。 第二、三期工程分别采取扩股方式，在第一期工程建管基础上组建南 水北调东线供水总公司和江苏省供水公司，总公司和江苏省公司作为法人。 总公司之下( 或分) 公司作为法人( 或经济实体) ，在总公司的框架内建立 供水和用水的关系。 2 5 供水成本 南水北调东线工程的总成本费用由新增工程的费用和应分摊的现有工 程费用组成，包括固定资产折旧费、工程维护费、管理人员工资福利费、 工程管理费、贷款年利息支出、抽水电费和其他费用等七部分。 按投资贷款占2 0 ，偿还期2 5 年，贷款年利率6 2 l ，电价o 5 0 元k w h 计算。 第一期工程，调水出骆马湖的成本为0 1 6 0 18 元m 3 ，调水出下级湖 一1 3 河海大学工程硕士学位论文 的成本为o 2 6 0 2 8 元m 3 ，出东平湖的成本为0 4 0 0 4 4 元m 3 ，调水到 i 临清的成本为0 5 8 0 6 6 元m 3 ，到山东半岛供水至引黄济青干渠的成本 为0 6 6 0 7 6 元m 3 ，全线综合平均供水成本为0 2 7 0 3 0 元m 3 ，年耗 电量为9 0 5 亿k w h 。 第二期工程，调水出骆马湖的成本为0 1 6 元m 3 ，出下级湖的成本为 o 2 4 元m 3 ，出东平湖的成本为o 3 7 元m 3 ，到天津九宣闸的成本为o 7 3 元 m 3 ，到山东半岛供水至引黄济青干渠的成本为o 6 4 元，m 3 ，全线平均供水 成本为0 3 4 元m 3 ，年耗电量为1 4 3 3 亿k w h 。如果按向北方供农业和生 态环境用水计，上述成本分别为o 15 元m 3 、o 2 2 元m 3 、o 3 4 元m 3 、0 6 6 元m 3 和0 6 1 元m 3 ，全线平均供水成本为0 3 2 元m 3 ，年耗电量为l5 8 3 亿k w h 。 2 6 工程供水的特点 ( 一) 水源丰富、供水稳定 长江下游水量丰富、稳定、水质良好，水源和水质有保证。长江最下 游水文控制站( 大通站) 天然径流量9 0 5 0 亿m 3 ，即使特枯年份也有6 0 0 0 多亿m 3 。根据分析，东线第一期工程年调水量约8 8 4 亿m 3 ，仅占长江大 通站径流量的1 。 长江下游大通水文站实测平均流量约为2 8 7 0 0 m 3 s ，最大月平均流量 为8 4 2 0 0 m 3 s ，最小月平均流量7 2 2 0 m 3 s ，东线第一期工程年调水规模 5 0 0 m 3 s ，调水流量所占长江流量的比重很小。三峡工程建成后，加大了下 游枯水季节的下泄流量，对工程调水将更加有利。 东线工程拥有丰富、稳定的水源，只要科学、合理地确定其工程规模， 就可使工程供水具有较高保证程度。 ( 二) 多级水库调节，调度灵活方便 东线工程的一个重要特点是输水沿线有调蓄湖泊及水库。黄河以南可 利用洪泽湖、骆马湖、南四湖及东平湖，兴利库容约4 5 8 亿m 3 ；黄河以 北及山东半岛新建大屯、东湖和双王城水库兴利库容2 4 亿m 3 。在长距离 调水过程中，这些调蓄工程不仅可以减小调水工程规模，而且在调度上与 泵站联合运用，使供水过程更能适应需水过程，容易满足调水沿线各地区、 1 4 南水北调东线工程概况 各部门的用水要求，调度灵活，便于控制。 ( 三) 受水区南北丰枯互补，可实现水资源的优化配置 东线工程跨越长江、淮河、黄河、海河四大流域，受水区各水系降水 及径流的年内分配和年际变化均较大。根据1 9 5 6 1 9 9 7 年资料分析，淮河 流域与海河流域丰枯遭遇的几率不大，系列中未出现连续枯水年遭遇的情 况。如淮河流域连续枯水的年份为1 9 7 6 1 9 7 8 年；海河流域连续枯水的年 份则为1 9 7 9 1 9 8 3 年。 由于黄河以南与黄河以北丰枯遭遇的几率比较小，淮河流域各水系水 情也常常是南北各异，并不同时出现枯水。工程建成后，通过长江水与当 地水源，尤其是和淮河水源的联合运用、统一调度，可充分利用淮河弃水， 这是东线受水区黄河南北丰枯互补的有利条件。另一方面，东线工程的北 调水量是受水区的补充水源，而输水沿线有众多的调蓄水库，这些调蓄水 库使得东线工程北调的长江水可和当地各种水源联合运用、统一调度。淮 河水多时，多利用淮水、淮河水少时，多抽江水；北调的水量多时，调蓄 水库可充蓄北调水量，北调水量少时，可用水库供水补充。 黄河以北受水区属资源性缺水，农业因缺水长期低产，地下水超采严 重，地下水位大幅下降，生态环境遭受严重破坏。东线工程在淮河的平丰 水年份，工程可向黄河以北供水区补充农业用水和生态环境用水。 综上所述，东线工程水源丰沛可靠，南北受水区具有水文丰枯互补性， 通过输水沿线各类工程和水库调蓄，使长江水和当地水联合运用、统一调 度，实现水资源的优化配置和合理利用。 1 5 河海大学工程硕士学位论文 3 黄河、淮河及长江径流丰枯遭遇分析 本章研究目的是：通过分析南水北调东线工程不同水文区丰枯遭遇情 况，为南水北调工程规划设计及相机引水提供沿线各水文区水资源量及其 分布的背景信息。 本章研究的水文区包括：长江中下游流域、淮河流域、黄河下游流域。 不同水文区的丰枯情况分析应采用该区域内具有代表性的水文站的径流或 降水资料，本文采用径流资料进行丰枯分析。其中，长江中下游流域采用 大通站径流资料；淮河流域含有淮河及沂沭泗两个独立水系( 本文以下凡 涉及淮河流域均为淮河及沂沭泗两个水系总称) ，淮河水系采用蚌埠站径流 资料，沂沐泗水系采用骆马湖入湖径流资料；黄河下游采用花园口站径流 资料。 3 1 研究区域的水文气象特性 3 1 1 气候特征 南水北调东线工程范围跨北亚热带和南暖温带，大致以淮河为界，淮 河以南属北亚热带湿润气候区；淮河以北属南暖温带亚湿润气候区，具有 明显的季风气候特征。本区冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风，并受热带 气旋影响，5 月下旬至6 月下旬会出现干热风，对无灌溉条件下的小麦产 量影响很大。气温由南向北递减，年平均气温1 6 l l ，一月份平均气温 6 2 ，七月份平均气温2 8 2 4 。c ，北部河流冬季封冻，无霜期18 0 2 4 0 天。年f ：l 照时数为2 2 0 0 2 8 0 0 小时，由南向北递增。干旱指数( 年蒸发能 力与年降水量的比值) 淮河以南小于1 ，黄淮问为1 2 ，黄河以北为2 3 。 东线工程范围内多年平均降水量从南部的1 0 0 0 m m 向北逐步递减，黄 河一带为6 0 0 m m ，至德州最低为5 7 0 m m 。1 9 5 6 1 9 9 7 年系列多年平均降 雨量淮河流域8 7 3 m m ( 淮河水系9 0 7 m m ，沂沭泗水系7 9 0 r a m ) ，山东半岛 6 5 0 m m ，海河流域鲁北片5 7 0 r a m 。受季风气候影响，夏季降水集中，且多 以暴雨形式出现，汛期降水量占全年的6 0 8 0 左右。鲁北片12 2 月降 水量不到全年的3 ，3 5 月仅占1 0 ，春旱频繁发生。降水量的年际变 化也很大( 变差系数c v 一般在0 2 5 0 4 0 之问) ，总趋势自南向北增加， 一1 6 一 重塑：壅塑墨篓1 江堡鎏圭塑望望坌塑 丰水年与枯水年相差一倍以上，丰枯悬殊，连续丰水年与连续枯水年交替 出现。在1 9 5 6 1 9 9 7 年的4 2 年系列中黄河南北未出现连续枯水年遭遇的 情况。 东线工程范围内多年平均水面蒸发量9 0 0 1 4 0 0 t u r n ，北部大于南部。 淮河流域为9 0 0 1 1 0 0 r a m ，北部沿黄一带1 1 0 0 1 2 0 0 m m ，黄河以北鲁北 片为13 0 0 1 4 0 0 m m 。受温度与湿度变化的影响，淮河流域5 8 月四个月 蒸发量占年总量的5 0 d a 上，一年中夏季蒸发量最大，占年总量的4 0 7 左 右，春季占3 0 左右，秋季为2 0 ，冬季约占1 0 。黄河以北鲁北片5 6 月蒸发量最大，占全年的】3 ，12 1 月蒸发量最小，仅占全年的5 左右； 区内水面蒸发的年际变化很小。东线工程范围内的陆面蒸发分布规律与水 面蒸发相反，呈现由南向北递减的变化趋势。淮河下游雨量充沛，陆面蒸 发量为8 0 0 m m 左右，沂沭泗下游平原为6 0 0 7 0 0 m m 。黄河以北鲁北片为 5 0 0 r a m 左右。 3 1 - 2 径流特性 3 1 。2 1 长江 长江是南水北调东线工程调水的主要水源。长江水量丰沛，据1 9 5 0 年2 0 0 0 年资料统计，最下游水文控制站大通站( 以上流域面积1 7 0 万 k m 2 ) 多年平均天然径流量9 0 5 0 亿r n 3 ，最大年径流量l3 6 0 0 亿i - r 1 3 ( 1 9 5 4 年) ，最小年径流量6 7 5 0 亿m 3 ( 1 9 7 8 年) 。长江径流稳定，年际变化较小。 大通站多年平均流量为2 8 7 0 0m 3 s ，最大月平均流量为8 4 2 0 0m 3 s ，最小 月平均流量为7 2 2 0 i l l 3 s ，f l 平均流量小于8 0 0 0r i l 3 s 的天数占2 s ，小于 9 0 0 0m 3 s 的天数占6 0 ，小于1 0 0 0 0m 3 s 的天数占1 0 2 ，最小日平均 流量为4 6 2 0 m 3 s 。据统计，大通站5 - 9 月( 汛期) 五个月径流量占全年总 量的6 1 1 ，各月平均流量见表3 1 。 表3 一】大通站各月平均流量( n 1 3 s )