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海水西调与南水北调中线工程的比较成本分析及可行性研究
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海水西调与南水北调中线工程的比较成本分析及可行性研究
——再谈西调渤海水改造北方沙漠问题
（参见2002年人民网强国论坛）
http://www.oilchem.net/fert/1_7_322475.html
http://www.people.com.cn/wsrmlt/wyzs/2000/10/18/101814.html
http://www.people.com.cn/wsrmlt/wyzs/2000/10/18/101813.html
霍有光
（西安交通大学生态环境与现代农业工程中心，西安 710049）
摘要：直接用海水灌溉以及利用生物技术培育抗重碱、耐海水嗜盐、泌盐优良植物已取得重大成果。海洋科学的迅猛发展，将为21世纪解决水资源与耕地资源不足问题带来无比光明的前景。科学分析“东水（渤海）西调”的相对成本问题，表明不见得比南水北调某些工程要高，其综合效益（经济效益与生态环境效益）也未必就比南水北调某些工程低。依托海洋科学，实施东水（渤海）西调，将使我国彻底改造北方沙漠、充分发展沙产业、再造山川秀美的大西北，变为现实！
关键词：渤海 海水西调 成本分析 可行性
笔者在“人民网”上介绍“东水（渤海）西调”的设想后，许多网友对调水成本问题提出了质疑，应该说这是符合科学精神的。对“东水（渤海）西调”的精确成本，笔者没有直接算过，但通过类比，直觉是不见得就比南水北调某些工程要高，其综合效益（经济效益与生态环境效益）也未必就比南水北调某些工程低。显然，有比较才会有鉴别，我们完全可以通过对比来权衡利弊。下面南水北调中线工程来举例。
目前，南水北调（东线、中线）工程正在紧锣密鼓，加紧实施。郑北鹰先生在《光明日报》发表的《直面旱魃》一文透露说：“据水利部南水北调规划设计管理局局长张国良说，南水北调工程实施后，长江水流到北京，按现行不变成本计算，每立方米水将达20元以上。”显然这个价格指的是直接调水价格，不包括水处理价格。南水北调中线工程的取水口选在丹江口水库，有关部门称水质能保证达到二级，然而，即便是二级水也是不能直接饮用的，若饮用还必须加以净化处理。更重要的是，这个价格不包括因调水造成的经济损失价值。那么，由丹江口水库调水会有哪些不利因素或者将面对多大的经济损失呢？
把丹江口水库作为南水北调的水源，最大缺陷是没有考虑汉江上游地区即陕西汉中、安康、商州三个地区的未来发展问题。丹江口水库上游的支流主要有两条：一是汉水，流经汉中、安康地区；二是丹江，流经商州地区。其中汉中地区有1市10县、安康地区有1市9县、商州地区有1市6县，人口累计超过900多万。以上三个地区，目前属于陕西相对贫困的地区，几乎没有像样的工业。随着开发大西部的全面展开，汉中、安康、商州国民经济全面起飞，作为上游集水区，层层拦蓄，用水量急剧增长，进入丹江口水库的水量将会锐减，丹江口水库的调水水源，将来是没有保证的。据商州的一些同志讲，童年时所见到的丹江水流很大，常常在河里捞鱼，现在看到的丹江，则往往河流没有水。是可作为中线调水拟取水于丹江口水库的预警。加之，由于西安市严重缺水，从汉江上游调水的西线引红（红岩河）济石（石头河）、中线引汉（汉江干流）济渭（渭河支流黑河）、东线引乾（乾佑河）入石（石砭峪水库）等工程，已列入西安市“十五”重要前期准备工程。可见，如果要保证丹江口有水可调，只能是设法限制陕南与关中的经济发展。
若进一步分析，以丹江口水库为取水口，还会出现如下不利因素：
（1）丹江口水库最大年发电量达54.12亿千瓦时(1975年)，年平均发电量38.3亿千瓦时（实际约40亿千瓦时），保证出力25.9万千瓦，具有110千伏、220千伏两个电压等级的配电系统。1980年华中电网成立以后，丹江口水电厂成为华中电网主力调频、调峰厂，担负起电网繁重的调频、调峰和事故备用任务，为电网的安全稳定，为华中地区工农业发展和人民生活水平的不断提高做出了重大贡献。若从坝上调水，会闲置丹江口水库90万千瓦水电发电机组。同时，对下游水利枢纽的发电设施也会带来不利的影响，如老河口黄甫枢纽工程之低水头发电设施，年发电量为5亿度；碾盘山枢纽工程，也难充分发挥其发电效益。
（2）坝上取水，必丧失坝上航线（水库装有150吨升船机，航程在330公里以上，可达陕西旬阳、安康、汉阴、石泉）与坝下航线；无论从坝上还是从坝下调水，都将丧失坝下航线（长858公里，可抵汉口），其中丹江口至襄樊326公里可通航150吨级船舶；襄樊至利河口130公里可通航200吨级船舶；利河口以下402公里常年可通航300吨级船舶，500吨级轮船、驳船可季节通航。丹江或汉水的航运业从此寿终正寝。若将每年因航运造成的经济损失也计入调水的全成本，其水价之高恐怕绝大多数用户都难以承受。
（3）从坝上调水，将丧失库内的淡水养殖业。无论从坝上还是从坝下调水，都将影响汉江中下游的淡水养殖业。如：汉江中游以浮游生物为主食的小型鱼类将锐减或消失，“四大家鱼”繁殖期也将受影响。由于生态环境变化，汉江中下游仅有的经济洄游鱼类鳗鲡、长颌鲚以及珍稀鱼类胭脂鱼、白鲟等，可能将遭到灭顶之灾。
（4）汉江将成为一条小溪，造成中下游工农业生产发生水荒。丹江口水库以下，汉水直接流经的市县有：老河口市、谷城县、襄樊市、襄阳县、宜城市、钟祥市、潜江市、天门市、仙桃市、汉川县、武汉等8市3县。汉江是湖北省主要饮用水源，汉江中下游地区人口达2200万，占湖北全省人口的1/3以上。1997年，汉江中下游地区国内生产总值占湖北全省的45.4%。假如汉江变成一条小溪或发生断流干涸，仰仗汉水滋养的这些市县，工农业生产与城乡生活用水将受到致命的威胁，尤其是武汉市数百万居民，60%的生活用水（自来水）取自汉江，武汉国民经济可持续发展亦将受到严重影响。武汉自来水若改用长江水，水处理费用将大幅度攀升。
（5）假如汉江上游来水锐减，汉江中下游工业、生活污废水汇入汉江后，水环境将难以维系自净能力，水质将发生严重的恶化，汉江所剩的水资源从此根本无法利用。据《科学时报》1999年8月9日转引《长江日报》公布的最新调查资料显示，汉江湖北段8条支流已有5条大部分断面水质超过五类水体标准，丧失了使用功能。而汉江武汉段现有工业及生活污水排放口17个，年污水排放量达4425.3万吨，数度发生水体浮游植物疯长，产生类似于海洋赤潮的“水华”现象，水体变为深褐色。
《中国环境报》、《西安晚报》2000年3月18日报道：汉江自2月25日起，水体开始发生变化，藻类急剧繁殖，截止3月2日，藻类含量已由过去平均300万个/升骤增至4400万个/升，水体成为褐色，呈现“水华”的江段长度达300多公里，以武汉江段最为严重。武汉四家以汉江为取水水源的自来水厂，不得不采取紧急措施，不惜成本做净化处理。3月8日～9日，湖北省环境监测中心站对汉江中下游江段进行监测，结果表明，硅藻和绿藻各占40%左右，蓝藻、裸藻、甲藻和隐藻约占20%，多数藻类属中污型，说明汉江干流污染严重，富营养化的程度在加剧。因水藻形成几何倍数增长而导致所谓“水华”，通常出现在静止的湖泊或死水之中。汉江作为一条流动的大河，开始频繁发生水华现象，实际上为我们预警了上游用水日益增长并叠加汉江水资源大规模外调后将出现的生态景象，届时汉江势必会完全丧失饮用、灌溉、养殖、旅游观光等功能。
有必要指出的是，近来湖北省环境科学研究院、武汉大学水利电力学院提交的《南水北调中线工程对汉江中下游环境影响研究》（参见《长江日报》2001-06-25）亦认为：“汉江中下游灌区是我国粮、棉、油的商品生产基地，调水后汉江干流水位下降，引水条件趋于恶化，整个灌区的农业生产及农业生态环境将会受到影响。汉江支流东荆河将有70%时间断流。”“调水后，汉江中下游流量将减小35%～40%左右，会降低江水对生活污水、工业废水等的稀释自净能力，使水质总体有所下降。武汉江段水体可能会由现在的二类水体下降至三类水体。汉江‘水华’发生率将提高。”
（6）未考虑气候变化即干旱年份丹江口水库的实际供水能力。据北京气象学院章淹等先生（2000）提供的数据，丹江口水库多年平均入库水量为383.4亿立方米，平均年蒸发量为2.213亿立方米，保持正常蓄水位的相当库容量为174.5亿立方米。通过对丹江口水库的来水量进行建模分析，保证率大于或等于多年平均来水量的年份仅占43%，10年一遇的大旱年入库水量为218.4亿立方米，百年一遇的特大旱年入库水量为133.0亿立方米。
遇到持续旱年时，丹江口水库来水量将会发生锐减，中下游用水将出现短缺。例如，1965～1966年，汉江和南阳（有唐白河水系汇入汉江）一带出现范围较大的中等干旱，到1966年，丹江口水库的入库来水量剧跌了78%，只剩下179.1亿立方米，不足多年平均量的1/2，仅稍高于维持水库自身正常蓄水位的水量。又如，1976～1978年汉江上游汉中、郧县等地出现干旱，1991～1995年汉江上游安康、汉中出现持续干旱，水库的来水量跌至300亿立方米以下，其中1995年入库水量为217.14亿立方米。不难看出，用丹江口水库多年平均入库水量（383.4亿立方米），减去中等干旱年份实际来水量（小于300亿立方米），干旱年份丹江口水库，入库水量比正常年份大约要减少83～166亿立方米。显然，若出现中等持续干旱的年份，丹江口水库实际上也没有多少水资源可供外调。
⑧目前中线调水是通过加高丹江口水库大坝来实现调水的，目的是拦蓄汛期的全部弃水或洪水（要改变“蓄清排浑”的运作方式），意味水库的淤积速度将进一步加快，水库的寿命将大大缩短。保护汉江上游水源区的生态环境，实现退耕还林、退耕还草，也还有一个生态环境补偿问题。
由此可见，如果把从丹江口调水造成的发电、航运、养殖、武汉居民生活用水、汉江中下游工农业生产、陕南3市25县的经济发展、汉江旅游观光业、生态环境等多方面的直接与间接损失，打入调水成本，那么每立方米水入京价格就远远不止20多元了！
有鉴于此，“东水（渤海）西调”的成本问题，对21世纪高速发展的中国而言，可能就是能够被接受的了。笔者直觉认为，有如下因素决定“东水（渤海）西调”的价格不见得比目前规划的南水北调中线工程更难以接受：
（1）“东水（渤海）西调”一般不会造成渤海及周边有什么大的经济损失，由于向沙漠增调的是取之不尽的渤海水，所以即便遇到大旱年也不会影响调水，更不会发生与国内其它地区的争水问题以及影响其它地区的经济可持续发展问题。
（2）“东水（渤海）西调”的目的是在北方纬向、带状沙漠里营造人造海，海水被储存在不漏水的构造盆地内，无须对渤海水进行人工净化处理（当然，保护渤海的水环境问题不容忽视），沙漠中对渤海水的利用主要是充分利用自然力。
（3）令北方沙漠丰富的光照资源（即太阳能资源，单位面积年蒸发量为1200～3300毫米）变废为宝，既晒盐又晒水。盐每吨价值2百余元，发展盐化工业附加值更高（如：西安市场零售的加碘盐每公斤为1.6元）。盐是重要的化工原料，可用以制碱、盐酸、氯气、金属钠等。碱（纯碱、烧碱、硫化碱）、盐酸广泛用于化工、纺织、造纸、肥皂、染料、冶金、陶瓷、玻璃、医药、日常生活等各部门；氯用以制漂白粉、氯苯、各种聚氯乙烯塑料以及结晶硅的提纯等；金属钠用作制取复杂有机化合物的催化剂，提取稀有金属的还原剂，制抗磨合金（钠钙铜锡合金）等。钾肥（氯化钾）为农业的三大肥料之一，钾可用于焰火、炸药、玻璃、医药、陶瓷、电池，用于航空汽油、钢铁及铝合金的热处理。
渤海水含盐量为23克/升～31克/升，也就是说，水与盐的比值（即水：盐）是32：1～43：1，即每获得1吨盐（价值大约200元），可为沙漠生态环境提供32～43吨优质水汽，尤其是无须建立昂贵的水处理设施，无须为处理水而消耗大量的能源；晒水可直接提高沙漠湿度或导致降雨，遏制沙尘暴，为改造沙漠提供了契机。这对未来中华民族的生存与发展而言，权衡生态环境效益与调水成本问题，两者究竟那个更划算，轻重自明。
另外，海水浓缩可进一步富集核聚变元素——氘。一般说来，在普通1升海水中，可提取30毫克氘。利用氘进行核聚变发电与核裂变发电相比，具有许多优点：一是聚变能比裂变能要大好多倍，30毫克的氘通过聚变反应能释放出相当于300公升汽油的能量；二是资源蕴藏丰富，重核裂变使用的主要燃料铀，目前探明的储量仅够使用约100年，而轻核聚变用的燃料是海水中的氘；三是成本低，1公斤浓缩铀的成本约为1.2万美元，而1公斤氘仅需300美元；四是安全可靠，核聚变不产生放射性污染物，万一发生事故，反应堆会自动冷却而停止反应，不会发生爆炸事故。
（4）沙漠人造海，有利于发展海水养殖业与种植业。早在1990年，山东东营农校的范庆民老师用矿化度为30克／升的全地下咸水，养殖中国对虾成虾越冬获得成功，其实这种“咸水”的含盐度与渤海水相当。据《科学时报》（2000.6.20.）报导，南京大学钦佩教授，把一种原产于美国沿海的三角叶滨藜（分布在美洲东北部沿海沼泽边缘），经过7年引种培养，已在江苏省大丰县海滩种植取得成功。三角叶滨藜其叶外表与营养成分都类似菠菜，用海水浇灌，每公顷可产鲜菜21300公斤。三角叶滨藜具有低脂肪和高维生素C的特点，每天食用150克三角叶滨藜鲜叶，就可以达到WHO有关日常营养需求量标准的Vc全量和 VA的40%。三角叶滨藜的液汁还可以生产高营养菜汁系列产品（如饮料、面条、面包、糖果、膨化食品等）。这说明，沙漠人造海可为未来发展高科技提供无比广阔的空间。
发展海水灌溉农业不仅可巧妙地利用巨额的海水资源，也可为绿化沙漠带来契机。我国科学家从20世纪60年代便开始进行耐盐植物栽培的研究，据初步统计，中国盐生植物药用的有76种，牧草29种，油脂类19种，鞣料类16种，纤维类20种，芳香油类10种，食物类26种，绿化、建材及薪碳类27种。山东师范大学生物系多年调查到的我国盐生植物有424种，隶属于66科200属，其抗盐能力达到海水的百分之几到2倍不等，长期处于自发生长状态，为生物工程提供了丰富的种质库和基因库。据有关资料称，目前美国已经培育出2种全海水小麦和29种半海水春小麦和耐2／3海水的番茄，说明海水灌溉农业与沙产业已大踏步向我们走来。
（5）南水北调中线工程（以丹江口水库为取水口，调水终点为北京玉渊潭，全长1200余公里）以及南水北调东线工程，调水的目的是解决京津唐与华北平原的缺水问题，由于所调“南水”的数量有限（如“中线调水”已不得不规划旨在延伸到三峡水库取水的“补偿工程”，全长150～200公里，提扬高度为212～386米），用来改造上千公里的北方纬向沙漠带，不仅比西调渤海水进入沙漠的路途要遥远得多，而且登上我国第二个地理台阶同样也要解决提扬问题，调水成本只能是更高。改造与绿化北方沙漠，没有水怎么能行？不设法寻找改造沙漠的有效途径，再造山川秀美的大西北不就成了一句空话？
渤海距离浑善达克沙漠（2.14万平方公里）大约400多公里，自浑善达克沙漠继续向西，依次或并排、或串联展布着库布齐沙漠（1.61万平方公里）、毛乌素沙漠（3.21万平方公里）、乌兰布和沙漠（0.99万平方公里）、腾格里沙漠（4.27万平方公里）、巴丹吉林沙漠（4.43万平方公里）。本着“量力而行、先近后远、各个击破、逐步到位”的原则，能力大时，调渤海水的数量可以多一些、距离可以远一些；能力小时，调渤海水的数量可以少一些、距离可以近一些。如：先改造对北京生态环境影响较大的浑善达克沙漠，调水数量为50亿立方米（相当于西线“大渡河调水工程”的调水数量），而所需电力只要有“大渡河调水工程”所损失的一半电力便绰绰有余（详见下文分析）。每年50亿立方米的渤海水，对于彻底改造2.14万平方公里的浑善达克沙漠来说，应该是够用了！
此外，与南水北调西线工程比较，“东水（渤海）西调”不必在高寒缺氧、多年冻土、交通不便、地形地质复杂的世界屋脊环境中建高坝、架渡槽，不用开凿超长超深埋隧道，也不会导致通天河、雅砻江、大渡河因调水而造成梯级发电损失问题以及破坏高原脆弱的生态环境等方面的问题。西线调水的终点是入黄河支流，调水数量亦非常有限，若用这些新增的“南水”来改造北方沙漠，实际上也需要修建不同高程的提扬工程。
必须指出的是，实施南水北调西线调水工程，将对已规划和正在兴建的水力发电设施带来不利的影响。西线调水，利用南水资源的海拔高程大约在3500米左右，拟取水的几条大河，都是水电资源比较丰富的大河。从这一海拔高度把“南水”调入黄河，会对下游规划和兴建的梯级电站构成威胁，造成巨大的经济损失。正如国家电力公司成都勘测设计研究院张新三高级工程师（2000）指出：①假如从雅砻江调水50亿立方米，该高程段及邻域段已建和拟建的大型水电站有：二滩水电站（装机330万千瓦）、官地水电站（装机180万千瓦）、锦屏梯级水电站（装机970万千瓦），累计达1480万千瓦，也就是说这些发电机组将无法发挥效益；②假如从大渡河调水50亿立方米，也会对大渡河流域已建的龚嘴水电站（装机70万千瓦）、铜街子水电站（装机60万千瓦）以及上游拟建的瀑布沟水电站（装机330万千瓦）、大岗山水电站（装机150万千瓦）、长河坝水电站（装机121万千瓦）、李家河坝水电站（装机180万千瓦）等梯级电站，累计达911万千瓦的水能资源的利用和开发产生相当不利的影响；③假如从通天河（即青海省境内的金沙江上游段）调水100亿立方米，也会对金沙江流域规划建设的 2000～3000万千瓦的梯级水电站产生不利影响。由此可见，西线调水的成本将是非常之高的。
值得一提是，美国弗吉尼亚州（费尔法克斯）的愚人先生在《北方缺水与荒漠化及其对策》一文中提出了解决西调渤海水的动力问题，他建议：“在沙漠地区修建多座大型核发电站，利用我国丰富的核燃料资源来转换成提扬渤海海水必需的电力，同时也就避免了修建大型水库给生态环境带来的潜在危害。”同时认为，“‘移海造湿’是一项大胆地向干旱和沙漠反攻的战役，比起其他措施和方案来，它的目标更宏伟，它的气魄更宏大，它的姿态更主动，它的可行性却并不更小。”“中国是一个大国，也是一个有着深厚文化传统的国家，她对考虑这个事关民族千秋万代的长远前景规划上不应该过于鼠目寸光，过于斤斤计较当前经济利益上的得失盈亏。与人类耗资钜大的宇宙勘探计划比较起来，这个方案并不显得更浪费，而意义却是同样深远的。”
总之，东水（渤海）西调工程是值得进一步探讨与论证的工程。张光斗院士曾建议：“可否在渤海附近做些抽水实验，看结果如何？”并没有匆忙枪毙这一设想。跨流域调水工程是一项复杂的系统工程，换算调水成本，既要核算直接成本，也要考虑间接成本（由损失带来的调水成本），同时还要综合考虑对区域生态环境以及水资源输入地、输出地的利弊问题。有必要一提的是，某位热心且比笔者内行的网友（hb老田《对东水西调方案的成本和收益分析》），为东水西调核算了一个成本，即1立方米为7元钱。也有研究者提供水利部信息，每立方米水提高500米需要3度电，提升1500米，需要9度电，目前长江水电是0.2元/度，居民用电是0.5元/度。也就是说调1立方米渤海水入北方沙漠，大约电价是1.8～4.5元/立方米。
可见，用海水淡化的成本（5元/立方米）或南水北调中线工程的水价（20多元/立方米）来调渤海水，后者比前者划算多了！换句话说，调3立方米渤海水才相当于中线调1立方米“南水”的价钱，3立方米渤海水通过大自然赐予的太阳能，可晒制69～93公斤盐，同时蒸发出2.31～2.07吨优质水汽，其中有 2/5或大约1立方米的水汽将直接变成雨水回落到当地（据hb老田转引前苏联科研资料说：“地面降水约有40%是来自地表蒸发”），其余部分则会湿润沙漠与北方大气。对于遏制北方沙尘暴与沙漠化、改造并绿化沙漠来说，应该是很划算的。不难预见，当21世纪清洁的淡水成为人类生存的珍稀资源时，东水（渤海） 西调工程就会成为非常值得上马的、一举多得的造福工程。
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[12]张二朋，牛道韫，霍有光等.秦岭大巴山及邻区地质构造特征概论.北京：地质出版社，1993.
南水北调施工图
https://blog.sciencenet.cn/blog-533560-406709.html
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