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藏青输水隧洞调水工程路线规划

已有 1093 次阅读 2019-2-15 17:59 |个人分类:气候生态|系统分类:科研笔记| 藏青隧洞, 调水, 工程, 规划

藏青输水隧洞调水工程路线规划

自从20171122日写了《藏水入疆比较理想的隧道路径》之后,我一直在琢磨藏青隧洞的问题,现在我才明白,其实我并没有把藏青隧洞调水工程讲清楚。通过横向比较,也是由于最近两年水利工程技术的进步,秦岭98.3公里输水隧洞的开通,藏青隧洞的可行性、优越性已经越来越明显了,因此有必要规划它的引水线路和受水线路,尽量做到科学合理经济。

1,藏青隧洞调水主干道工程:该工程已经讨论过多次,由两个水库(目的是抬高水头和储水),两条隧洞组成,它们组成一个系统。首先从雅鲁藏布江主干道上取水,需要修建派镇水库(29°3056″,94°5050″,2917),这个水库把高程提高到2950米,水坝高度70米左右。然后在尼洋河和雅鲁藏布江的交汇口向北打隧洞到达易贡藏布江上游(取名林芝隧洞,林芝隧洞长110公里),海拔控制在2930——2950之间;易贡藏布江上游(30°2258″,94°2308″,2773)河床海拔是2760——2800之间,所以必须修建一个水库,把水头抬升到2950左右,水坝高度180米左右,选海拔在2930的某点作为藏青隧洞的入水口开凿隧洞,出口在青海省的格尔木(30°2642″,94°4628″,2800)附近,控制海拔2800米,这样隧洞进水口和出水口的落差就有130米。藏青隧洞基本上沿着94度经线,正南正北,长度700公里,引水点控制高程2950米,中间水库控制高程2930米,出水口控制高程2800米。

过去担心的几个问题也逐个解决了。第一个问题,从雅鲁藏布江和尼洋河的交汇点引水,修建水库会不会威胁林芝城市安全?其实林芝城市的海拔都在2980米以上,即便是居住在尼洋河两岸的住户的海拔也在2980米以上,而引水工程的水位只需要控制在2950米,2950控制点和林芝市区还有30多米落差,距离有15公里,调水水库和隧洞对林芝城没有危害,搬迁户很少。第二个问题,藏青隧洞工程和红旗河工程能不能同时进行?会不会挣水?通过仔细研究红旗河,我们发现,由于红旗河经过的地区地形复杂,工程困难,所以调水量有限,每年大约在400亿立方以下,而且它的水源地有多处,只能从雅鲁藏布江调取海拔在2200米——2500米之间的水,调水量不会超过300亿立方,而我们调取的是海拔在2800——2950之间的水,调水量也不会超过300亿立方。所以,不存在重复建设和挣水问题。工程在地理位置上也没有挣地的矛盾。两个工程加起来的调水量也不会超过30%的限制。第三个问题,藏青隧洞工程会不会和川藏铁路互相冲突,隧洞会不会对铁路构成威胁,川藏铁路会不会妨碍隧洞工程的实施?今年川藏铁路林芝到雅安段的修建方案已经公布,两者之间没有冲突。铁路一般都修建在河流的岸边,距离河流较远,而且其线路没有在我们的引水线路上,铁路的高程高于引水隧洞要求的2950米。如果有冲突,也只需要铁路部分路段稍微改道即可,因此不存在严重冲突。有了以上三个保证,藏青隧洞工程实施就不存在重大障碍了。

2,藏青隧洞需要经过的高山河流。经过高山,那么隧洞埋深增加,岩爆增多,所以必须考虑施工条件。经过了河流,那么必须考虑是否在河流谷底打一个斜向引水隧洞,把河流的水引进调水隧洞,因为要考虑水流流速问题,而斜向隧洞把地表的水引进隧洞可以干扰和加速水流,加大引水效率。藏青隧洞经过了念青唐古拉山、唐古拉山、巴颜喀拉山、布尔汗布达山,经过的河流有易贡藏布江、怒江、解曲(澜沧江支流)、扎曲(澜沧江支流)、通天河(长江上游)、修沟郭勒河。一共四个山脉六条河流,在开凿隧洞的时候,可以在这些河流的河床上开凿方向向北的斜井,利用斜井开凿隧洞,这样一共可能有12个掌子面,按照秦岭隧洞四年开凿98公里的速度,藏青隧洞700公里可以在四五年之内完工。完工以后的斜井可以用于引水,不会废弃。

3,柴达木盆地是我们的调水目的地之一,也是我们需要利用的天然水道,对于节省调水成本意义重大。柴达木盆地是中国三大内陆盆地之一,属封闭性的巨大山间断陷盆地,位于青海省西北部,被青藏高原、阿尔金山脉、昆仑山脉、祁连山脉四面环绕,面积约25万平方千米。 柴达木盆地地势由西北向东南微倾,海拔自3000米渐降至2600米左右,地貌呈同心环状分布,自边缘至中心,洪积砾石扇形地(戈壁)、冲积-洪积粉砂质平原、湖积-冲积粉砂粘土质平原、湖积淤泥盐土平原有规律地依次递变。地势低洼处盐湖与沼泽广布。是典型的封闭沉积地形,所以有大量的盐碱地和古代湖泊遗址,著名的湖泊有察尔汗盐湖、达布逊湖、东台吉乃尔湖、西台吉乃尔湖,油泉子湖,大小盐湖20余个。柴达木盆地四周流入盆地的河流有柴达木河、格尔木河、乌图美仁河、邵郭乐河,都是短流程河流,都流入盆地。所以,柴达木盆地是一个四面环绕高山,水流不外流的封闭盆地,曾经是一个巨大的天然湖泊,存水水量极其丰富,形成了广阔而且平缓的冲积平原,最低海拔2682米,盆地四周的海拔超过2800米,海拔在26822800米之间的面积大约5万平方公里。我们调水的目的,就是要在柴达木盆地储水。而储水的目的一方面要把这20多万平方公里土地变为工农业发达、人口稠密的发达地区;另一个目的是利用柴达木的水库功能,储存相当的水,以便于冬季和春季向需水地区供给,第三个目的是利用盆地效应改善四周气候和土壤条件,让蒸发水汽形成区域水汽循环,增加当地和周边降雨量。调水以后,我们不需要修筑水库和明渠,形成的湖泊长度超过500公里,宽度在50130公里,这里将来是大渔场。从格尔木到阿尔金山也有350公里,到了阿尔金山其水头高程依然在2750米左右。

4,调水向西供应塔里木盆地南缘城市。调水在柴达木盆地形成一个面积超过3万平方公里的大湖泊,湖泊的水一直流到了阿尔金山傍边,从柴达木盆地向塔里木盆地调水需要穿越阿尔金山,但是由于有多个从柴达木盆地向塔里木盆地冲刷的洪水遗迹,所以这一段的阿尔金山有多处低矮的豁口(39°40′,92°39′,2930)可以利用来修建调水隧洞,跨越的距离在30——50公里之间,而且都是浅埋隧洞。穿过阿尔金山以后,地势平坦,南高北低,所有河流都自然流向塔里木盆地东面的罗布泊(40°08′,90°31′,791),从阿尔金山隧洞到罗布泊的直线距离只有200公里,但是海拔却从2750米下降到了791米,下降了1959米,水能潜力很大。但是我们不能直接把水引到罗布泊。我们的引水沿着2750等高线逐渐下降,向西到若羌、切末、民丰、于田、洛浦、和田、皮山、叶城一带,最远到达叶城。从阿尔金山隧洞到叶城总共1390公里。这1390公里需要修筑深度为10米,宽度为100米的水渠,需要一定资金。引水首先供应城市,从城市向外围开发绿洲,逐步扩大绿洲,发展节水农业。叶城的水头高程控制在1600米左右,所以从阿尔金山隧洞到叶城总共1390公里水头降落大约1100米,沿途平坦可利用土地多,具有一定的发电潜力。几个城市形成的尾水将会沿着叶尔羌河、和田河、塔里木河向东北流去,最后灌溉沙漠,或者消失在沙漠中。

5,调水向东流入疏勒河和黑河下游的弱水一带的城市。沿着2750米高程向东修筑水渠,水渠一直处在阿尔金山和祁连山的山前冲积扇上,坡度平缓,面积广阔,修筑的目的地是嘉峪关市,从嘉峪关把引水注入黑河下游的弱水河,让尾水沿着弱水河流淌。从阿尔金山隧洞到嘉峪关市总共500公里,沿途可以给阿克塞、敦煌、玉门市、嘉峪关市、酒泉市,弱水河流域有金塔、双城子、额济纳旗等城市供水。将灌溉河西走廊西部从罗布泊到酒泉长度为600公里,宽度为50公里,总面积为3万平方公里的土地。而在弱水河流域有可能灌溉长度为300公里,宽度为100公里,总面积超过3万平方公里的土地。总的灌溉面积预计超过6万平方公里。而在古代猪野泽的遗迹上,可能形成一个湖泊;水流向东北额济纳旗,现在的噶顺诺尔和苏古诺尔也会扩大为较大的湖泊。向东修筑的水渠的水会流淌到疏勒河,然后由疏勒河回流到罗布泊,因此罗布泊的水域面积也会逐渐增大。

6,调水有可能到达北疆和吐鲁番盆地。要向北疆调水,就必须修建一个横跨河西走廊的渡槽,渡槽的位置在玉门关附近比较好,这一带的海拔是1380米,通过渡槽到达马鬃山在河西走廊的冲刷平坦地,可以沿着1380高程修筑水渠向西自流,到达哈密(42°48′,93°27′,750)、鄯善和吐鲁番盆地(42°45′,89°23′,-100),甚至可以通过达坂城(43°21′,88°16′,1100)到达乌鲁木齐(43°45′,87°36′,927)。这些地方都可以全程自流。

7,水流不需要到达的地区。由于年调水量在300亿以下,按照干湿分界线降雨量400毫米计算,调水只能满足大约15——25万平方公里的土地需求,所以引水的区域受到了极大的限制,我们的规划只能向着有利于自流的方向设定。其中柴达木盆地大约15万平方公里,向和田叶城方向大约5万平方公里,向着河西走廊大约6万平方公里,总的供水面积已经超过了26万平方公里。如果再向着哈密、吐鲁番和乌鲁木齐方向调水,那么就超过了我们的水量,无法满足。因此,除过这些以外的地区,例如塔里木的西面喀什、阿克苏等地不是我们的调水目的地,甘肃的酒泉以东地区,包括张掖武威等不是我们的调水目的地,塔里木沙漠、新疆东部的山区包括马鬃山等不是我们的调水目的地。所以,调水以后不可能彻底改变西北地区的干旱状况,塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠不可能得到彻底治理。但是,可以肯定绿洲将更加广阔,城市将更加繁荣,以城市为中心的农业将得到广泛发展。

8,藏青隧洞调水路线的特点:a,利用隧洞调水首先是距离短,从雅鲁藏布江到易贡藏布江的隧洞长度100公里,从易贡藏布江到柴达木盆地隧洞长度700公里,从格尔木到阿尔金山长度350公里,翻越阿尔金山50公里,从阿尔金山到叶城1390公里,从阿尔金山到嘉峪关500公里,整个引水线路总长度2900公里,其中隧洞总长度850公里,水渠总长度1890公里,免修路段350公里。如果从玉门关向乌鲁木齐调水,则需要水渠渡槽和隧洞,总长度1000公里。b,调水路线地势平缓,除过隧洞以外,基本都是冲刷洪积扇和冲刷平原,修建工程难度大大降低,可使用面积大。柴达木盆地非常平坦,阿尔金山北坡很平缓,河西走廊很平坦,马鬃山以南天山以南是大片冲积扇,塔里木盆地南缘是青藏高原昆仑山北坡,也是连续的冲积扇。这些冲积扇和冲积平原给水渠工程提供了大片的施工土地,可以任意潇洒地规划路线,工程措施和难度大幅度减少,需要大量水渠,只需要少量渡槽和隧洞。c,该路线的高程一直沿着引水路线下降,没有忽高忽低的起伏,所以整个引水路线是一个自流系统,具有使用万年的潜力。引水点在尼洋河河口,海拔2950米,到了易贡藏布江下降了1020米,到了2930米左右,通过700公里隧洞后水位为2800米,又下降了130米,在阿尔金山口,又下降了50米,达到了2750米左右,然后到了叶城海拔降到了1500米,1900公里海拔下降了1150米,到了玉门关海拔降到了1480米,嘉峪关的海拔是1660米,500公里海拔下降了1090米。全部是逐渐下降的。d,该路线节省了大量资金。首先,我们利用了柴达木盆地的天然湖泊,节省了修建水库的资金,节省了修建350公里长的水渠的资金;其次我们利用了疏勒河和弱水的天然河道,节省了修建水渠的资金,我们还利用了塔里木盆地南高北低的地形,让水自流,节省了资金。而这条引水路线全程自流,不需要抽水,节省了大量营运资金。e,该路线直接到达了干旱区,引水效果非常好,穿过青藏高原就是沙漠纵横的柴达木盆地和塔里木盆地,这两个盆地的年降雨量都在100毫米以下。

9,工程投资和效益概算:我们计算隧洞投资只能计算一个大概,而且参考其它工程计算。我们计算的参考就是秦岭引水隧洞和川藏铁路投资。秦岭引水隧洞静态总投资146.6亿元,它包括了两个水库一个98公里长的隧洞,隧洞直径8米,大约每公里隧洞投资一个亿。川藏铁路总长度1800公里,总投资2700亿,难度很大,平均每公里1.5亿。藏青隧洞由于不需要安装设备,不需要精准砌护,但是直径大埋深大,所以每公里估算为2亿比较合理。这样估算,850公里隧洞需要投资1700亿,而水渠每公里500万元足够,所以水渠投资估计为95亿元,其它两个水库和渡槽大约105亿足够。总投资在1900亿元以下,如果加上从玉门关到乌鲁木齐的1000多公里,则恰好2000亿元。藏青隧洞在0.025的糙率下,水力半径R分别为234567米的输水量分别是13.8140.7187.66158.95258.46389.87亿立方。一般采取隧洞半径10米,直径20米,那么每年的引水量最大为159亿立方,以二十年为成本回收期,那么水价大约是1.60元,这个水价甚至比干旱区当地目前水价低。

10,引水季节短暂。柴达木盆地在北纬38度以北,冬季的温度在零下十几度,容易结冰。结冰后出现拥堵,水面局部抬高,所以冬季无法输水,而且由于雅鲁藏布江的水大多数是雪山融水,受到季节影响很大,冬季融化很少,夏季融化很多,冬季无水可调,夏季水势涛涛。所以引水就有淡季和旺季的区分。冬季的三个月,12月,1月和2月几乎没有水,从3月开始水量逐渐增加,到了7月达到高峰,78月水量丰沛,从9月起开始逐渐减少,9月,10月,11月越来越少。因此一年中隧洞用于调水的时间也就是6789月四个月,510月是半负荷。所以虽然设计输水量是159亿立方,实际上能调80——100亿立方。不可能满负荷输送。这就需要在夏季洪水季节给隧道加速,加速的办法是从藏青隧洞的头顶地表的怒江、解曲(澜沧江支流)、扎曲(澜沧江支流)、通天河(长江上游)、修沟郭勒河五个河流上打方向向北,坡降0.1的倾斜隧洞,通过小隧洞把这些河水引入隧洞,从而加速整个隧洞的水流速度。

11,引水潜力巨大。虽然一个直径20米的隧洞每年输水量受到季节限制、流速限制,大约只能每年输送100亿立方的水。但是无论从受水区域来讲,还是从水源地潜力来讲,都有加大引水量的潜力。受水地区,除过河西走廊、柴达木盆地以外,塔里木的需求很大,治理新疆北部甘肃西北部还需要大量水。而从水源地来讲,由于我们从雅鲁藏布江干流引水,雅鲁藏布江年平均径流量1654亿立方米,仅仅尼洋河的年径流量就有220亿立方。所以,有大量的补充水源,可以修建3条或者4条同样的隧洞,进口都在易贡藏布江上游,出口都在格尔木附近,这一段地域开阔,高程合适,不存在空间不够问题(红旗河则存在空间狭小,不能修建多个并行渠道问题)。所以,隧洞的引水潜力是巨大的。

总体来说,藏青隧洞从雅鲁藏布江上林芝附近引水,沿着东经94度向北,经过易贡藏布江储水,从隧洞到达柴达木盆地,形成大面积湖泊后,从阿尔金山引出到塔里木盆地,供应塔里木南缘的几个城市,最后到达叶城,向东供应河西走廊上的几个城市,在嘉峪关流入弱水,同时形成大约10万平方公里的新的灌溉农业区,最后水在罗布泊、额济纳旗附近形成几个湖泊。这就是我们规划的藏青隧洞调水路线。




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2 范振英 杨悦奉

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