孟思良:洪水的演变——魔鬼变天使

  中国大陆多年平均降水量为6. 19万亿m 3/ 年,约为世界年降水总量的5% ,人均年水资源占有量为2200m 3,是世界平均水平的1/ 4。我国水资源的地区分布很不均匀,如长江及其以南地区,江河径流量占全国的83%,但耕地只占33%;我国地下水资源约为8600亿m 3,西南和东南地区地下水淡水占全国地下水淡水天然资源总量的71% ,西北6省区只占全国的15% ,东北和华北地区各占全国的6% 和8% 。以南北方大小流域的人口占全国的比例对比,南方比北方人口多10% 左右,即南方占有55% 的人口。可见天然降水和地下水的分布是南多北少,特别是我国80% 以上的水资源用于农业,加剧了在土地水资源享有量上的供需关系。

  这种地域性的先天不足,是制约中国经济全面均衡发展的重要因素,尤其是对北方地域更是如此。跨流域长距离调水是人类寻求水资源供需关系平衡的有效出路,调水的首要基本的目的是解决日常生活、基本生产和经济活动的需要,其次才能考虑其他的作用,比如航运、高耗水产业等等。因此对水的品质就有基本的要求,即必须是符合使用安全的一、二类水,而不是需要经过复杂处理才能使用的混沌水或者劣质水;长距离调水还需要评估水道建造和运行管理的性能价格比,简单地说是科学性、经济性和安全性。

  基于跨流域长距离调水的出发点是调节不同地域水资源的不平衡,是目的也是结果。但其核心问题是从哪里调水,调什么样的水,调水与治理水患为水利究竟有什么样的关系?调水会不会造成新的区域性水资源和生态环境问题。中国大陆受季风影响强烈,但是不均衡;大陆地理结构上由青藏高原向东及北分为三级阶梯,势能显著;大量缺水的地域大部集中在第二和第三阶梯,也就是华北和西北及东北一部。

  从哪里调水是首要问题,可以肯定的是从水资源多的地方,从用水少的地方,从短期内降水过剩的地方。因此,按照这个条件,只能是南方的丰水区、荒僻山区、经常发生大降雨的洪涝区。而最符合这三个特征的是长江、汉水、淮河的中或上游,也就是湖北、河南南部以及三峡前后的湿润和半湿润区域内的流域面积。

  在这里以此为例探讨竖井导水,地下水道长距离输水的实效性,其实也就是坎儿井的方式。天山北麓吐鲁番的维族居民以此方式生存了近2000年,现在地下已经有5000多公里的规模,所以这不是今天的什么新创造。

  地下水道的建造和运行方式完全与明渠输水不同,它是一个沿途可控的封闭的管道系统,有低消耗、高流速与沿途地上社会生活互不干扰的运行特点,就像城市里的供排水网,最终形成在一个地下并联的全国性调水网管线。它的建造很少涉及拆迁并占用土地、以及干扰沿途正常的社会秩序。

  唯一会有集中疑问的是单位造价,对此要用现代科学的观念(环境生态、国土及水的资源优化利用、各地社会和经济的利益分享、单位时间输水量和运行管理有效度等等)和现代工业化水平来评估,而不能用在地上开沟和地下掘洞的概念作简单的对比。这对于一个需要对水资源进行调控的国家或者地区来说,应该是一个必须慎重选择的水资源战略,同时也是一个趋利避害,变弃水为客水,化水患为水利的出路。

  我国已经开始实施的南水北调的中线工程,全长1267 km ,主体工程总投资1161亿元,规划年调水量145亿m 3,主要水源是丹江口水库(其年水资源为210亿m 3)。2008年北京奥运期间北京每年可引用12亿m 3水量(约占北京天然水资源的30% ,北京年人均可用水量为〈400m 3〉,主要供应城市居民生活。第一期建设工程可望于2010年前完成,沿途省市(豫冀津)均将受益,其中比北京更加贫水的冀津地区是最大的受益者。因此可见其造价不到1亿元 / km ,或者说不到10万元 / m,这对于地下水道也能实现。

  大陆雨季一般集中在5、6–8、9月间,降水量占全年的60–90 %,并伴生局部洪涝灾害。常规的方法是筑坝拦蓄和作为弃水排泄到下游出境,而降水期过后往往是少雨缺水干旱,已经成为常识和规律。人类依赖水资源生存发展的过程,就是认识并且控制水资源的过程,在具体的水工建设上是技术验证,在平衡水资源长距离调水上就是方案评估,以期找出符合高效、低耗、安全、可控、少拆迁、易维护管理,兼顾多方利益的路径。

  我们设定的调水区域是淮河的上游——河南南部的桐柏和伏牛山区,长江、汉水的中游——重庆和湖北西北部的秦巴山区。取水点大多设定在各小流域进入流域干流之前的水库或者水文观测点,其目的是将集中在降水期间的地面径流水直接引入竖井并导入地下水道,这是釜底抽薪各个击破的方法。因为这些水在短期内是过量的,对于下游就是洪水灾难,直接尽快地疏导其泻入地下,输送到流域之外,会极大地化害为利。在非集中降雨期,则主要采用导引控制性水库的蓄水,如丹江口水库。

  在汛期,各小流域的水文降水径流量一般是500——5000 m3/S, 一天的过水量(水资源)就是0. 4——4亿m 3,通常可以持续几天或者一周以上。2003年6——8月的淮河流域大降水通过洪泽湖,向黄海排泄了157亿m 3的弃水(汛期约40天),沿途城乡社会和经济付出了极大的代价。特别是安徽境内行蓄洪区的农民,他们有100多万人又成为顾全大局的奉献者,直接发生的经济损失和付出不会低于200亿元。

  历次抗击洪水的成功或者失败,究竟是人定胜天了,还是水利工程不足?都不是。是我们现行的传统治水方法不对,不符合现代社会和经济的现状,特别是人口集中和土地紧缺。也就是对于水的认识或者战略思想是因循守旧的,因而周而复始地砌坝筑堰,行洪抗洪救灾重建,这种轮回应当引起我们痛苦地反思,深刻地自我评估过去所做的一切。只有在上游和各小流域及支流入手,采用釜底抽薪的方法,给这些过量的降水另辟新路,让这个恶魔成为天使,也是一种水的充分就业。引导水发挥善的一面,都江堰的鱼嘴就是这样起到一定的作用。

  那么什么样的水道能够输送这些水呢?由于这些山区的海拔高度在200——500 m及以上,北方受水区(华北平原)海拔在50 m(H = + 50 m)以下,势位差有150m 以上(相当于供水压力)P=15kgf/cm2),势能明显。主干输水水道轴线位于海拔之下50 m(H = ——50 m),通径20 m,支干取水和输水水道通径5–15 m,在取水的竖井阶段,倾泄而下的水能流速会很大,在水平水道的流速有把握达到5 m/S,24小时输水量就是0. 085——0. 76亿m 3,此时输送里程是86. 4 km/天。即使沿途压力损失怠尽,以至出水不会高高喷涌,也会达到自然涌出,当然必须在水道满水和全线控制的条件下。竖井口可以设计成倒锥形或者其他的扩口形,以增大进水截面,还可考虑建造坑口水电站。

  如果在黄淮海平原地下有3000 km 主干水道,其容积就是9. 4亿m 3,有效使用16. 7天就相当于洪泽湖2003年汛期的弃水量。如果有10处取水点,每处平均取水量0. 4亿m 3/ 天,输水量就是4亿m 3/ 天,就相当于洪泽湖2003年汛期每天排泄的平均弃水量。在长江、淮河的中上游何止有10处径流洪水控制点,在安徽境内的淮河中游两侧有10余个山地小流域,完全可以通过地下水道把弃水输向豫东鲁南的黄河和南四湖。行蓄洪区超水位的水量也是可以利用的,可见在汛期,能够平衡调动的水资源余地极其大。

  这个观点仅仅是为集中降水选择有利出路的思考,这些估算数字的精确性并不重要,但在评估其实际应用效果的威力上是不能怀疑的。

  在中国大陆地理构造的第三阶梯的黄淮海平原上可以采用H = ——50 m的输水方式,在第二阶梯可以采用H = + 50 m或以上的水平输水方式。在三峡之上重庆境内的涪陵、万县区段(洪水流量可达5000–10000 m3/S);葛州坝、荆州之上的山地小流域区段,都是理想的取水点,可以起到消削洪峰釜底抽薪的作用。荆江分洪区海拔只有33——44 m,承担着蓄洪54亿m 3的重负,其设计进水流量是7700 m3/S。

  这些水留在蓄滞洪区,就是灾难,送出去就是有用的水。并联的网络越大,水资源的平衡性越有效,所得的综合效益就越大,水患就越少,水利就越大。这是跨流域长距离调水的最高境界。如果水道能够延伸到蒙古高原、陕甘宁疆地区,利用风能汲水改善局部缺水干旱状况,我们将怎样想象那里会出现什么远景。一处取水地输出1亿m 3的弃水,就可以得到数百万或者千万元的收益,这也是一个产业经济,过量降水等于带来了投资。每年通过地下水道从华中、西南调用300——500亿m 3的弃水和地下水到华北甚至西北,完全可以保持取水区的水资源平衡,并且可以补充受水区的水资源平衡。

  地铁是国家工业化城市化急剧发展,出现地面社会和经济资源紧张和运行效率低而出现的,也可以说是回避并处置现实矛盾的一个明智的选择。同样,地下水道也是这个原因。长距离调配水资源,一是要珍惜国土资源——土地和地面经济成果,即少拆迁改造;二是水资源的调动不仅需要快捷还要少受沿途干扰,比如污染和过量取水;三是取水地、受水地、投资和运营方都可以获得利益;四是要用经济和法律的规则对待水务关系,可以避免一平二调;五是要从根本上基本解决过量降水为患的问题,也就是变洪水弃水为利水救命水。

  即使地下水道的工程建设投资高于地面水道,由于其管网化的功能优势和运营效率高,体现了国家和社会工业化的思维和实力,而地面水道则是农业化社会的精神支柱。所以,对于取水和调水的思考和选择,实质上是一个对于生存方式的选择,也是对未来的选择。地下水道建设可以极大地促进中国综合技术的提高,这其中涉及到了地质、岩土、水文、水工、重工、钢铁、机电,控制、制造等等工程技术和产业。

  而与此有关的矿山、煤矿、制造等等传统产业,将有几十年新的发展空间。城市地铁、海底隧道、地下水道必将是中国在本世纪科学技术和宏大工程结合的新兴产业。这是在现代科学技术支持下的工业化创造性劳动,而不是通常意义下的水利工程,这就是先进的社会生产力和劳动面对社会事物需要进步的真实意义。

  2003. 8. 27

  作者:孟思良

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