西線工程技術(shù)管理論文

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2001年5月27～29日，水利部組織專家審查通過了《南水北調(diào)西線工程綱要及第一期工程規(guī)劃》，同意報(bào)告提出的西線工程分三期實(shí)施的方案，即先實(shí)施第一期工程，再逐步實(shí)施第二、三期工程。根據(jù)水利部的安排，按基本建設(shè)程序，第一期工程于(2001年7月轉(zhuǎn)入編寫項(xiàng)目建議書階段，在2005年提交項(xiàng)目建議書報(bào)告?，F(xiàn)就西線工程的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1可接受調(diào)水量分析

我國(guó)水資源在地區(qū)上分布不均衡，南方水多，北方水少。從水量豐沛的長(zhǎng)江調(diào)水到缺水的黃河，這個(gè)總體思路是正確的，然而對(duì)調(diào)水河流而言，也不能把水調(diào)干調(diào)盡，要考慮到調(diào)水河流的生態(tài)平衡、水資源承載能力和水環(huán)境承載能力。據(jù)此，確定調(diào)水河流可調(diào)水量的一個(gè)基本點(diǎn)就是堅(jiān)持水資源可持續(xù)利用的原則，優(yōu)先考慮調(diào)水區(qū)遠(yuǎn)景年的實(shí)際需水量，包括工農(nóng)業(yè)需水、人畜用水、生態(tài)用水等，剩余的水量再考慮外調(diào)。

規(guī)劃南水北調(diào)西線工程從長(zhǎng)江上游通天河末端，即金沙江起始段調(diào)水80億m3，從雅礱江干流及兩條支流調(diào)水65億m3，從大渡河的3條支流調(diào)水25億m3。調(diào)水量與調(diào)水河流多年平均徑流量的比例：占金沙江渡口570億m3的14.0%，占雅礱江河口604億m3的10.7%，占大渡河河口495億m3的5.0%。從三條河調(diào)水170億m3，占所在河流河川徑流量的5%～14%。對(duì)一條河而言，調(diào)多少水才算適度呢？當(dāng)前，還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)，不過國(guó)際通常認(rèn)為一條河的用水率以不超過40%為宜。三條調(diào)水河流域的用水情況：調(diào)水區(qū)處于特殊的地理位置，人煙稀少，社會(huì)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，現(xiàn)狀工農(nóng)業(yè)用水及生活用水等用量不大，用水主要在河流下游，特別是河口地區(qū)。預(yù)測(cè)2030年，三條調(diào)水河流域工農(nóng)業(yè)及生活等需水量占全河河川徑流量的5%～7%，因此，從調(diào)水河流上游調(diào)取5%～14%的水量，三條河仍有足夠的河川徑流量，可以滿足下游社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水的需求，故此調(diào)水量稱作可接受調(diào)水量。然而，就引水點(diǎn)而言，調(diào)水占引水壩址處河川徑流量的比例卻較大，達(dá)65%～70%。也就是說，調(diào)水后引水壩址下游河道的水量，只有原水量的30%～35%。這個(gè)下泄量是否能維持該河段生態(tài)系統(tǒng)的平衡，就需要研究并估算壩址下游河段的生態(tài)環(huán)境用水量。

生態(tài)環(huán)境用水是指用于保護(hù)和改善環(huán)境質(zhì)量所需要的水量。目前，河道生態(tài)環(huán)境用水量的確定"還沒有統(tǒng)一的計(jì)算方法，不同國(guó)家、不同地區(qū)、不同河流的自然條件和生態(tài)環(huán)境狀況都有所不同。北京師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所與水科學(xué)研究所推薦了兩種計(jì)算方法：第一種是用河道枯水流量的百分比確定；第二種是用Tennant法確定#后者是目前美國(guó)使用的一種方法。鑒于西線調(diào)水河流的特殊性，這里僅簡(jiǎn)述河道枯水流量法。

依據(jù)調(diào)水河段特殊的高山峽谷地形和年降雨量700mm左右的相對(duì)較多的雨量以及流量的年際變化較小，枯水期流量相對(duì)比較穩(wěn)定等較好的條件，選用壩址多年系列的最小月均流量作為基準(zhǔn)，年內(nèi)各月生態(tài)需水取該流量的60%。計(jì)算表明，生態(tài)環(huán)境需水占多年平均最小月流量的42%左右。通過水庫數(shù)、入庫水量、水庫蒸發(fā)、滲漏水量、水庫上游需水量、下泄水量、河道生態(tài)用水量等參數(shù)公式的運(yùn)用和庫容、輸水工程輸水能力、最小下泄流量!供水保證率等約束條件的換算，得出三條河引水壩址處可接受的調(diào)水量為171億m3，與規(guī)劃調(diào)水量170億m3基本相符。

2第一期工程方案的可行性分析

第一期工程地處青藏高原東南部，海拔3500m左右，位于四川省甘孜縣到阿壩縣一帶。工程方案由“五壩七洞一渠”組成?！拔鍓巍眽胃?3～123m，初步推薦壩型為適合當(dāng)?shù)夭牧系幕炷撩姘宥咽瘔?；穿越巴顏喀拉山的輸水入黃河隧洞長(zhǎng)244km，分為7段，開鑿人工支洞后，最長(zhǎng)施工洞段長(zhǎng)37km，洞線上覆蓋山體厚度（即埋深）300～600m，最厚達(dá)1150m；“一渠”為一段明渠，長(zhǎng)16km。

2.1筑壩技術(shù)

從筑壩技術(shù)看，我國(guó)對(duì)各種壩型的建筑技術(shù)已趨成熟。20世紀(jì)80年代以來，開始重視和推廣混凝土面板堆石壩壩型。這種采用當(dāng)?shù)厥希謱诱駝?dòng)碾壓堆石的施工方法，使壩體密實(shí)，面板較少出現(xiàn)裂縫，防滲效果也好，具有斷面小，安全性好，施工簡(jiǎn)便!造價(jià)低的特點(diǎn)。當(dāng)前，大型、多功能、高效施工機(jī)械的應(yīng)用大大提高了施工質(zhì)量，加快了施工進(jìn)度，降低了工程造價(jià)。我國(guó)在廣西與廣州交界處的南盤江上于1999年建成混凝土面板堆石壩的壩高為179m，在海拔2900m處于1999年建成的青海黑泉面板堆石壩壩高為123.5m，最近才開工建設(shè)的湖北清江水布埡混凝土面板堆石壩壩高233m。這說明!在筑壩技術(shù)方面，西線工程雖有海拔3500m地區(qū)的氣候寒冷問題，但從當(dāng)今的施工技術(shù)看!完全有措施解決。

2.2開鑿長(zhǎng)隧洞技術(shù)

開鑿長(zhǎng)隧洞技術(shù)，在20世紀(jì)80年代以后發(fā)展迅速。開鑿短隧洞，一般采用打眼、裝炸藥爆破，即常規(guī)的鉆爆法。隨著開鑿長(zhǎng)隧洞技術(shù)的發(fā)展，已采用適用于硬巖的開敞式掘進(jìn)機(jī)施工法，以及適用于軟巖、土砂層隧洞施工的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工法。掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)是：高度機(jī)械化、專業(yè)化施工，掘進(jìn)、出渣、襯砌、灌漿等工序一次完成，進(jìn)度快、質(zhì)量好。近年來掘進(jìn)機(jī)廣泛采用電子、信息技術(shù)，對(duì)全部作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)控。歐洲隧道，即英吉利海峽隧道，在掘進(jìn)過程中，安裝約200部?jī)x表，工程技術(shù)人員每天讀取數(shù)據(jù)120個(gè)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)分析掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效果，指出機(jī)械和電器存在的問題，從而明確機(jī)械維修保養(yǎng)的目標(biāo)!使掘進(jìn)機(jī)的時(shí)間利用率提高到90%，整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間利用率達(dá)60%。若使掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過程中始終處于最佳狀態(tài)，其掘進(jìn)速度一般為鉆爆法的8～10倍，甚至更高!最佳日進(jìn)尺可達(dá)150m以上。

從隧洞施工段的長(zhǎng)度看，我國(guó)已建成的甘肅引大入秦30A輸水隧洞長(zhǎng)11.6km，成洞洞徑5.5m；西康鐵路秦嶺隧道長(zhǎng)18.4km，成洞洞徑7.6m。國(guó)外已建成的英吉利海峽海底高速鐵路兩條平行隧道，即歐洲隧道，每條長(zhǎng)38km，成洞洞徑7.6m；正在施工的瑞士圣哥達(dá)高速鐵路兩條平行隧道每條長(zhǎng)57km，成洞洞徑9.6m。

這些長(zhǎng)隧洞的特點(diǎn)：1采用掘進(jìn)機(jī)開鑿。秦嶺隧道采用開敞式掘進(jìn)機(jī)，歐洲隧道和引大入秦30A隧洞采用盾構(gòu)式掘進(jìn)機(jī)。2埋深大。歐洲隧道在海水面以下平均40m，最深達(dá)130m；圣哥達(dá)隧道上覆蓋山體最厚近3000m。3沒有條件開鑿人工支洞。僅圣哥達(dá)隧道在山體上人工開鑿了一個(gè)直徑12m、深800m的豎井。

上述特點(diǎn)說明，無論是通過山體或水下的長(zhǎng)隧洞，也無論硬巖或軟巖，運(yùn)用掘進(jìn)機(jī)開鑿，技術(shù)上都可行。

第一期工程輸水隧洞通過的圍巖主要為砂巖、板巖或砂板巖互層，巖石抗壓強(qiáng)度30～100Mpa，屬中等硬度，有利于掘進(jìn)機(jī)的開鑿。雖然，當(dāng)?shù)貧夂蚝淙毖?，地質(zhì)條件復(fù)雜，需要認(rèn)真研究開鑿隧洞可能出現(xiàn)的問題和需要采取的措施，但是類比國(guó)內(nèi)外已建工程，開鑿最長(zhǎng)37km隧洞段以及其他各施工洞段，技術(shù)上是可行的。

3供水對(duì)象和供水范圍分析

第一期工程調(diào)水40億m3入黃河，現(xiàn)就規(guī)劃的供水對(duì)象和供水范圍進(jìn)行分析。

供水對(duì)象：生態(tài)環(huán)境用水，城鎮(zhèn)生活和工業(yè)用水，兼顧農(nóng)業(yè)用水。供水對(duì)象把生態(tài)環(huán)境用水放到了第一位，這不是說其他供水不重要，而是考慮了地處黃河上中游地區(qū)的自然地理特點(diǎn)不同于其他地區(qū)。該地區(qū)年降雨量一般200～300mm，干旱少雨，水資源嚴(yán)重缺乏，已成為社會(huì)發(fā)展的重要制約因素。隨著人口的增加和大規(guī)模的生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)，使本來就十分脆弱的生態(tài)環(huán)境惡化加劇。當(dāng)前，西部大開發(fā)建設(shè)加快，人類對(duì)自然的索取還要不斷增加，生態(tài)環(huán)境的壓力會(huì)越來越大，因此，西線調(diào)水首先要考慮為保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境供水。

供水范圍：規(guī)劃了向大柳樹供水區(qū)、渭河地區(qū)和黃河干流補(bǔ)水。大柳樹供水區(qū)地處陜、甘、寧、蒙四省（區(qū)）的干旱地帶，該區(qū)有3萬多hm2的遼闊土地，而且地形平坦，是我國(guó)開發(fā)條件較好的后備土地資源之一。該地區(qū)毗鄰騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠和毛烏素沙漠，風(fēng)沙的蔓延和人為不合理的活動(dòng)致使該地區(qū)部分土地沙化，生態(tài)失調(diào)，急需采取治理措施來有效地控制沙漠的侵蝕。規(guī)劃向大柳樹供水區(qū)供水20億m3，使這片有水則綠洲、無水則荒漠的廣袤干旱土地得到水源，植樹種草，同時(shí)發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，擴(kuò)大環(huán)境容量，擴(kuò)展人的生存空間。使居住在山區(qū)的人們遷居到這片得到供水的平原區(qū)，建設(shè)新的定居點(diǎn)或村鎮(zhèn)，不斷改善這片適宜于人類生存的綠色土地，遏制沙漠的蔓延。規(guī)劃供水10億m3給渭河地區(qū)，使渭河增添良好水質(zhì)的新水源，改善渭河地區(qū)的缺水和水污染狀況，使已有雄厚經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的陜西關(guān)中地區(qū)更快地向前發(fā)展。規(guī)劃供水10億m3補(bǔ)給黃河干流!這樣做考慮了兩點(diǎn)：一是黃河上游地區(qū)支流用水較多，減少了入黃水量；二是黃河上中游地區(qū)廣泛開展的水土保持治理工作，增加攔蓄降水資源的能力，提高降水資源的利用率，減少了入黃水量。向黃河干流補(bǔ)水，既可滿足支流用水和水土保持用水，又能維持河道的生態(tài)基流。

4結(jié)語

可調(diào)水量：工程方案和調(diào)水入黃河后受水區(qū)的水資源優(yōu)化配置，是南水北調(diào)西線工程的三大主要工作內(nèi)容，也是三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題?？山邮苷{(diào)水量和供水對(duì)象、供水范圍的分析，都融入了保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境的內(nèi)容，這說明生態(tài)環(huán)境建設(shè)在西線調(diào)水中，占據(jù)著重要地位。另外!這一點(diǎn)也說明研究調(diào)水工程在觀念和思路上的轉(zhuǎn)變。開鑿長(zhǎng)隧洞，對(duì)使用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行了闡述和類比，掘進(jìn)機(jī)就像一座具有當(dāng)前最新科學(xué)技術(shù)的地下工程現(xiàn)代化工廠，流水作業(yè)、自動(dòng)化程度高，而且還能根據(jù)不同的地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)不同功能的掘進(jìn)機(jī)，從而使西線工程開鑿長(zhǎng)隧洞這一關(guān)鍵技術(shù)問題得到解決。