从嘉陵江调水入汉江解决南水北调中线二期水源的方案研究

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黄兴国 张克强

南水北调中线工程是解决我国京、津及华北地区缺水，在国家全局尺度上实现水资源空间均衡的重大战略工程。按规划，中线一期工程调水95m3亿之后，还将实施二期工程，使调水量达到120~130亿m 3。由于中线一期、引汉济渭调水实施后，汉江无增加调水的潜力，中线二期工程须首先解决后续水源问题。有关方面研究过的大宁河、小江、神农溪等从三峡水库引水方案，存在高扬程抽水（神农溪方案净扬程415m）等问题。近期我们研究了从嘉陵江上游调水到汉江的方案，通过初步工程布置，发现以嘉陵江干流广元河段、支流白龙江宝珠寺河段为水源，具有自流或以较低扬程抽水引水入汉江的条件，这一方案有可能成为中线后期水源工程有价值的比较方案。

一、调水河段选择
（一）调出河段
以河段水资源量满足外调水30~35亿m3（含引汉济渭5亿m3）需求、引水高程满足自流或较低扬程抽水为主要条件，将目光放在嘉陵江干流陕西汉中市略阳县至四川广元市昭化区之间河段、支流白龙江宝珠寺水库库尾至广元市河段。
嘉陵江干流略阳至昭化河段，多年平均径流量由34亿m3渐增至194亿m3（其中昭化断面由白龙江汇入约100亿m3），河床高程由640m渐降至460m。
白龙江宝珠寺水库多年平均入库径流量106亿m3，库尾河床高程约590m。库尾上游约40km为碧口水库，碧口水库坝后河床高程约620m。
（二）调入河段
兼顾争取较短引水线路长度和较低抽水扬程要求，选择汉江干流平川段西端、汉中市勉县汉惠渠坝后河段为调入河段，该河段河床高程由553m向东逐渐降低。该河段以上为汉江源头峡谷段，河床高程向上游迅速增加，不宜作为引水出流段；此段往东，则随线路增加高程降低缓慢。该河段距引汉济渭黄金峡水库约120km。

二、引水线路布置
初步布置了3条引水线路方案，分述如下：
（一）宝珠寺库前线路
在白龙江宝珠寺水库库尾上游设闸取水，沿北东60°方向开凿隧洞，引水入汉江干流上游，进口高程约590m，出口高程约550m。线路穿过白龙江支流金溪河，嘉陵江干流及其右岸支流广坪河、安乐河，于汉中市勉县武候镇附近入汉江。该线路除首部从白龙江取水外，于过嘉陵江干流处（在川陕界以北约6km）取水，取水方式一可就近设站抽水，抽水扬程约35m；二可从拟建的阳平关电站坝上自流引水。该线路长约113km，沿线最大地面高程1390m，最大隧洞埋深800m。若按取水断面径流量的20~25%调水，可调水量32~37.5亿m3，其中从白龙江调水20~25亿m3。
（二）宝珠寺库前北线
根据初步工程地质分析，宝珠寺库前线路与龙门山主边界断裂带接近重合，走向一致并且斜交，引水隧洞可能受到较大影响。为此将引水线路向北平移约10km，避开断裂主要错动区，使洞线处于断带内相对稳定区域内。进口设于宝珠寺水库库尾上游约13km的尹家沟口附近，沿东北约60度方向走线，过宁强县青木川镇南侧，于广坪镇北穿石门子河（羊模河）及大青路（x309），于李家河附近穿康宁路（x225），于宝成铁路巨亭车站附近过嘉陵江干流，于庙湾里附近过汉江支流沮河，在勉县三七村附近出洞于汉江左岸。线路长约119km，最大地面高程1700m(大雁堡、大渠岭一带)，洞线最大埋深1100米，进出口地形高差50m。该线路从白龙江、嘉陵江均可自流引水，其中白龙江引水高程约600m。在过嘉陵江处以约3km支洞从巨亭电站上游引水，引水高程约590m（正常水位599m）。因该线路从嘉陵江干流引水口上移，可引水量较宝珠寺库前线路略小。
（三）昭化线路
在白龙江汇入嘉陵江之后的广元市昭化河段设闸适当抬高水位形成回水区，在回水区择址设站抽水，抽水扬程约125m（引水线路起点、落点高差95m，输水水头30m），沿北东45°方向开凿隧洞，引水入汉江干流勉县以西，线路长约119km，最大地面高程1805m，最大埋深1200m。若能在昭化以下设低坝，将取水口沿嘉陵江干流北移，该线路长度尚可适当缩短。昭化断面多年平均径流量约194亿m3，按20~25%估计，可调水量在38~48亿m3。

三、工程建设条件
（一）水资源条件
嘉陵江水量丰沛，流域多年平均降水总量1490亿m3，地表水资源量约699亿m3。全流域现状用水量约89亿m3，其中广元昭化断面以上约6亿m3。与汉江比较，嘉陵江流域水资源相对丰沛，水资源量的年际变化也较小，实测年径流量最大与最小比值为2.9，径流量变差系数0.23。其中广元昭化断面变差系数0.3，95%保证率地表水资源量106亿m3。用水占水资源量比例较低，全流域为12.7%，其中昭化断面以上为3.2%，远远低于汉江流域的60%（含外调水）。
由于嘉陵江流域及邻近地区无大的平原分布，除规划的亭子口灌区外，无大的集中用水项目。当前正在研究从嘉陵江流域调水的项目有甘肃省从白龙江舟曲附近向庆阳调水，拟调水量10~15亿m3；陕西省引嘉入汉工程，拟从略阳断面向汉江上游调水5亿m3。长江委编制的《嘉陵江干流综合规划》明确，嘉陵江广元附近具有向流域外调水的条件，可调水量有待进一步研究。
（二）地形与地质条件
1、地形条件
规划线路穿越秦巴山交汇地带的中高山区。白龙江宝珠寺水库库前引水线路需穿越白龙江与嘉陵江、嘉陵江与汉江两道分水岭及嘉陵江干流河谷。广元引水线路需穿越嘉陵江与汉江分水岭。三条引水线路的地形条件相当，引水线路均以隧洞工程为主，其中宝珠寺库前线路埋深较浅，最大为800m，宝珠寺库前北线和最大埋深分别为1100m，广元线路最大埋深1200m。三条线路沿线多处从嘉陵江及汉江支流下部穿过，均有较好的施工支洞布置条件，可利用支洞将引水隧洞分割成若干段落，以方便施工。以宝珠寺库前线路为为例，隧洞最大施工分段长度可控制在10km左右，最大支洞长度不超过3km，这一点较引汉济渭秦岭隧洞优越。
2、地层岩性
引水线路穿越区地层岩性复杂多变，主要分布有：侏罗系砂岩、页岩及泥岩夹煤层，三叠系页岩、泥灰岩、白云岩、片岩、片麻岩、大理岩、石英岩、变质砂岩及角闪岩，二叠系灰岩、砂页岩夹煤层，志留系片岩、大理岩、石英岩、片麻岩，奥陶系砂岩、砾岩、页岩夹泥灰岩，寒武系灰岩、砂质页岩、粉砂岩、砂岩夹砂质页岩，震旦系灰岩夹页岩、千枚岩砂岩及页岩，元古界云母片岩、千枚岩、石英片岩、板岩、片麻岩、大理岩等地层。
3、地质构造
工程区地跨扬子板块的龙门—大巴台缘隆褶带和秦岭褶皱带的摩天岭加里东褶皱带。对工程区有影响的区域断裂构造有4条：龙门山主边界断裂带、阳平关—洋县断裂带、大竹坝—新集断裂、宽川铺断裂。
龙门山主边界断裂带：倾向NW，倾角由陡变缓向下延伸，浅部大于60°，深部小于30°，逆冲断裂，为活动断裂。宝珠寺库前引水线路与该断裂带边界接近，走向一致且斜穿通过，可能受到较大影响。
阳平关—洋县断裂带：破碎带宽度600~700m，地表西南倾向NW，东北段倾向SE，倾角60°~80°，逆断裂，为活动断裂。宝珠寺库前线路走向与该断裂带走向一致并斜穿通过，可能受到影响。
大竹坝—新集断裂：为宁强褶断束东南侧台阶式的断裂，西北侧地层褶皱紧密，产状陡峻；东南侧产状平缓，褶皱略阔。东北段倾向NW，倾角陡，逆断裂；西南段转向SE倾，正断层。广元线路斜穿该断裂带，可能受一定影响。
宽川铺断裂：为扬子地台西北边缘的分界断裂，呈NE方向波状伸展，两侧平行的小断裂、斜断裂、横断裂发育，地表倾向NW，倾角70°，逆断裂。广元线路斜穿该断裂带，可能受一定影响。
4、水文地质
工程区地下水类型包括第四系孔隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩水。孔隙潜水含水层为第四系松散堆积层，基岩裂隙水主要分布于风化裂隙和构造裂隙带。碳酸盐岩水主要分布在泥灰岩、灰岩和大理岩等碳酸岩中。各含水介质的含水特征差异较大，多以渗流和泉水形式排泄于下游河谷。水位埋深具有山高水高的特点，且受邻近沟谷切割影响。

四、相关影响与对策
从广元附近调水后，调水断面之下的生态、供水、发电、航运等将受到一定程度影响，对此需具体分析并提出对策。
按嘉陵江干流综合规划，广元下游的亭子口断面生态流量、水量要求分别为117 m3/s、44.3亿m3，在满足生态要求和流域内用水需求后的允许调水量，应通过调节分析确定。总体看，嘉陵江新建亭子口水库、汉江丹江口水库均有一定潜力对径流进行调节，从而适当减少调水对生态及用水的影响。
嘉陵江干流亭子口以下已基本渠化，各梯级之间基本衔接，调水对航运的影响有条件通过梯级联合调度基本消除。
调水将减少嘉陵江宝珠寺、亭子口等梯级电站发电量，但将同时增加汉江各梯级发电量，初步判断增加与减少的发电量基本持平，可通过适当机制对嘉陵江已建电站进行补偿。

五、初步认识
南水北调中线后期水源工程是关系京、津、冀地远期水安全的重大课题，也是陕西引汉济渭工程实现最终设计调水规模的前提条件。从初步分析情况看，从嘉陵江向汉江调水作为中线工程后期水源，有可能比长江调水方案更为经济。如该方案成立也可使汉江上游生态水量显著增加，使引汉济渭工程的运行条件和效益得到显著改善。
为促成这一方案进入国家视野，拓宽解决南水北调中线后期水源的思路，可在适当时机组织力量对嘉陵江向汉江引水方案作进一步系统研究，对调水过程和可调水量进行联合调节分析，对工程地质地形条件和工程布置方案进行踏勘验证，形成更具体的工程方案，争取国家将之纳入南水北调中线后期水源工程前期工作。

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引嘉入汉，每年大约可给汉江上游增加100亿方水。嘉陵江上游有一个二十多公里的“古汉水”干枯河道，疏通后可以补充汉江。大约在西汉时期，地震造成了河道堵塞，古称“陵江夺汉”，汉水发生改道，这事情发生在三国之前，如果这里能水运，后来的诸葛亮就爽多了，毕竟木牛流马干不过船。

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一百亿太夸张了，根本补充不了这么多水。嘉陵江上游总共也就30亿立方米的水量，陕西省有引嘉济汉的想法，但是规划的也只有每年15亿立方米的引水量。

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府河在汉川附近注入汉江，澴河在经过黄陂后在朱家河入江，滠水河在黄陂县城分为东河和西河，东河在武湖沙口入江，西河流经滠口以后，在朱家河的“几”字型顶汇入澴河。因为府河、天门河等流域呈扇形分布，洪峰来势凶猛，而汉江下游越来越窄，宣泄不畅。加上澴河、滠水河道大部分流经平原，上游含沙量大，导致下游河道摇摆不定。几条河流发大水之后，下游平原地区的汈汊湖、东西湖等地总是泛滥成灾，如果遇到长江水位较高，四河无法排水入江，必然内涝严重，地势低洼的汉口经常是一片泽国。1959年11月湖北省委省政府批准府澴河改道工程，修建从云梦县黄江口经护子潭、孝感市卧龙潭、北径嘴的人工河道与捷径河连通，全长83.8公里，接通府河与澴河，由谌家矶入长江，从此府河澴河为同一水系。此外在东山头建排水闸，使府澴河与汈汊湖水系分开。改道后的府河撇出汈汊湖水系，改入长江，澴河改入府河，从此府河、澴河成为同一水系。1969年疏浚汉北河，（汉北河为新天门河，发源于京山市官桥铺五家岭，皂市河、大富水是两大支流，全长142公里。流经钟祥、天门，应城、汉川、云梦、在汉川刘隔和民乐至武汉新沟注入汉江。支流自民乐闸分流，经沦河出府河入长江。）将天门河从天门市万家台接入汉北河。1970年代中期，黄陂启动了滠水河改道工程，将原有的东西两条河道合并为一条（从武湖沙口入江改为从滠口入江），1959年改道过来的府澴河也将其拉直，和滠水河汇合后一起开辟新河道入江，故这段从岱家山大桥开始至入江口的河流取名叫新河。目前汉北河与府澴河之间有老府河连通，两侧建立水闸。汉江洪峰时，开闸泄洪入府澴河，减轻下游压力。同理府澴河大水可以分流入汉水。如果连两河同时大水，主要以保护武汉为主，汉北河附近会进行扒口泄洪。

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府河、澴河与府澴河府河，也叫涢[yún]水，目前流域面积14455平方公里。其流域大部在古德安府（今湖北省安陆市)境内而得名。涢水源头一支名大涢水，即洪沙河，源于洪山灵官垭；另一支名小涢水，源于小寨子山。大小涢水于上游湖北省随州市茅茨畈汇成主干，经随州市区至淅河，又东南流经湖北广水市马坪、长岭岗、平林进入安陆市境，自北而南经青龙潭、三陂港、洑水、府城至巡店。府河源于鄂北岗地，降水分布不均导致流量变化幅度极大。河流含沙量大，下游平原地区经常泛滥成灾，河道主流在1959年之前流入汈汊湖，从汈汊湖注入汉江。澴河下游分两条，一条由新沟南流入汉江，一条名沦河，东流到捷径河由谌家矶入长江。因为汉江下游宣泄不畅，历史上造成了江汉平原接近一半的洪水，不仅造成大面积饥荒还造成血吸虫病等瘟疫泛滥，为了解决汉江洪水问题，汉江上游山区采用高坝蓄水模式，先后修建丹江口水库和黄龙滩水库。汉江下游平原地区采用疏导分流模式，分别修建了杜家台分洪和东荆河分洪。作为汉江下游最大的支流，府河和澴河也是防洪治理的重点，采取的模式与汉江下游一样，是疏导模式。因为汉江下游的分洪全部都在武汉市的上游长江北侧，所以府河和澴河的分洪首选武汉市下游，分流河道充分利用原来的澴河分支捷径河，从汉口下游的谌家矶注入长江。

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汉江在南水北调之前，年径流是577亿立方米，其中自陕西为247亿立方米（42.8%），湖北为245亿立方米（42.4%），河南为58亿立方米（10.1%），重庆和四川省的27亿立方米（4.7%）。

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汉江的秋汛流量很大，尤其是8到10月，200几年10月（具体年份记不清了）的洪水流量（陕西段出境流量）已经达到了3万立方米级别了，而长江在大汛期的洪峰流量应该是7万左右，数据对比可以看出汉江的流量是很大的，但上面有人说了，汉江确实是一条流量季节变化很大的河流，在冬季枯水期流量很小。

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家就是汉江边上的，冬天枯水季节就只有河床中间位置有水，河面50米左右宽度！夏天汛期河面直接到防洪堤上，两边大堤离正常河面50米左右，垂直地面高10米左右！

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汉江的确季节性变化很大，年平均流量好像才500，而湘江年平均流量是2000，但是湘江历史最大流量也只2万。而2万的流量对于汉江只算是5年一遇的洪水。大概07年的时候有4万的流量，也只算二十年一遇的洪水。当时我在武汉从汉江上过，看到窄窄的江面像沸腾的开水一样，流速非常快，非常震撼，这还是杜家台大量分洪后的情形。

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流域内1956-1998年平均年径流量为566亿立方米。年际变化大，如皇庄水文站钟祥最枯年径流量（182亿立方米，1999年）约为最丰年径流量（1060亿立方米，1964年）的六分之一。年内变化大，主汛期（7-10月）径流量占年径流量的65%，约为枯水期（11月-次年6月）的2倍；最大月径流量约为最小月的10倍。