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地质专家:南水北调供水在望,北京准备好了吗?

共有 346 位读者     发表日期:2017年7月20日   文章来源:13661058044   
 

南水北调工程输水示意图。西线:开凿一些巨大的隧洞,引长江上游金沙江或支流雅砻江的水入黄河上游,增加黄河上游的水量。中线分两步:第一步把丹江口水库的水引到华北平原;第二步在长江三峡的巨型水库建成以后,利用高峡平湖,筑渠输水自流进入汉江,通过丹江口水库,向华北平原供水。东线:在江苏扬州附近把长江水抽进京杭运河,用闸控制,逐级提升;在山东境内过黄河以后,向北自流,沿路供水,直达天津。

 

据1月14 日出版的《21世纪经济报道》的消息,2010年南水北调中线工程将全线贯通,河北省需要分摊工程投资76.1亿元,此外还要负担中线工程在境内高达300多亿元的巨额配套费用。地方财政不堪重负,迫使河北水利界的专家突破常规思维,寻求所有经济可行的配套途径——个利用地下漏斗建地下水库调蓄水资源的大胆设想浮出水面。

华北平原因地下水开采形成的地下漏斗比比皆是,利用这些天然的地下水库调蓄外调水,可比地表配套节约资金100多亿元,但两种调蓄方案存在分歧,争论仍在继续。

“水资源紧缺,一直是包括北京在内的整个华北地区经济发展的制约因素。河北省利用天然地下水库调蓄调水的思路值得重视和认真研究,但必须把地下水体和地表水体联合起来调蓄,才能更有效地缓解华北地区水资源紧张状况。”长年从事水资源研究的张宏仁在接受《科学时报》记者采访时表示。

以丰补欠,削峰填谷

2008年,南水北调中线将首次实现对北京供水,北京水资源调蓄的问题再次引起各方广泛关注。如何用好“南水”,实现调水效益的最大化,从根本上缓解北京水资源紧缺,无疑是其中的焦点。

“调蓄的问题,首先要建立在对北京水资源特点的科学分析基础上。”张宏仁说。

统计数据显示,北京六七八3个月的降水量占年总降水量的3/4以上,而从11月到次年4月的半年时间,降水量仅为全年降水量的3/40。不仅年内,而且年际降水量变化也很大,连续数年干旱的情况时有出现。

但从多年平均降水量看,北京在600毫米左右,这和巴黎、莫斯科、维也纳、布达佩斯等欧洲城市差不多,比伦敦、柏林还要略多一些。

那为什么欧洲比较湿润,而华北比较干旱呢?“这是由于欧洲许多地方,降水量随时间的分布,无论是年内还是年际都出奇地均匀。这是一直生活在亚洲大陆的人所难以想象的。”张宏仁告诉记者。

由于降水量随时间分布极不均匀,且人口密度大,使得年总降水量和欧洲差不多的华北地区,水资源供需矛盾极为尖锐。

“解决这一矛盾,应当首先针对北京地区水资源的特点,把分布极不均匀的降水量,调节成为随时间分布比较均匀的可供水量。如果能设法实现水资源的多年长周期调节,以丰补欠,削峰填谷,就能大大缓解北京水资源的紧张程度。”张宏仁说。

这个看似简单的设想,想要实现却并不容易。“虽然什么时候下雨、下多少雨,人说了不算,但通过地表水体和地下水体联合起来统一调度,是能够实现水资源的多年长周期调节的。”张宏仁说,“不过,解决这一课题恐怕首先要弄清楚地下水和地表水的关系。”

地下水还是地表水?

1月15日,全国病险水库除险加固工作电视电话会议透露,目前全国有各类病险水库3.7万多座。数量庞大的病险水库,已成为防汛工作中的薄弱环节和最不稳定因素。

在全球气候变暖、局部暴雨等极端天气现象增加的情况下,病险水库的潜在危害越来越大。人们已经逐渐认识到,建造水库有积极的一面,但同时也会造成严重的环境和社会后果,如冲毁农田和附近居民区、诱发滑坡灾害等。

同时,水库作为地表水体调蓄的主要手段,由于库容量有限,并不能完全解决水资源的丰枯调节问题。

“用地下水体调蓄能在很大程度上弥补地表水库的不足。”张宏仁说。

地下水体的导水能力比地表水体要小得多。但是,由于地下水含水层分布面积广,许多地段还具有相当大的厚度,构成了巨大的地下库容,储存水的能力比地表水体要大得多。利用这一特点,地下水含水层可以把极不均匀的降雨入渗补给,调节成多年、比较均匀的给水水源。

地表水体的调节能力一般比较差,突出表现在汛期河水位的暴涨暴落。汛期过后,河流能保持一定的基流,并不是地表水体本身调节能力的表现,而恰好是地下水含水层调蓄作用的结果。而基流正是江河径流中最宝贵的部分。

“由此可见,要想在时间上对水资源进行调节,安全有效地利用水资源,必须借助于地下水含水层的巨大调蓄能力,让地下水起到水库的作用,来补偿干旱期地表径流的不足。在这种情况下,减少的地下水量可以在随后的雨季得到补充。”张宏仁说。

然而,地下含水层也有其固有的缺陷,即传导水的能力很差。纵然有很大的“肚子”,却只有细小的“喉咙”。它只能接受“和风细雨”式的入渗补给,而无能力在短期内接受大量洪水的补给,只好将大部分洪水拒之门外。单纯依靠地下水含水层,还是不能完成水资源调蓄的任务。

联合起来统一调度

“既然单纯依靠地表水体,或者单纯依靠地下水含水层,都不可能圆满地完成水资源调蓄任务,那么把两者联合起来,取长补短、发挥各自优势,有可能取得比较好的效果。”张宏仁说。

永定河冲积扇曾经是北京市的主要供水水源地。它的巨大含水层库容曾经帮助首都渡过了一个又一个缺水年。多年大量抽取地下水,使地下水位大幅度下降,形成较大的地下库容。

“这本应是调蓄水资源的绝好场所。但上世纪70年代进行的可行性论证发现,永定河每年行洪期只有十来天,短期内即使每天回灌100万立方米,相对于北京市年取水量几十亿立方米,也是杯水车薪。即使要完成这一不起眼的任务,还需要建设庞大的回灌工程。”张宏仁说。

要取得较大的回灌效果,光靠人工措施是不够的。针对北京地区的具体情况,张宏仁提出了“虚拟回灌”的办法。在保持现有抽水设施运行的情况下,每回灌1亿立方米,与不进行回灌但减少抽水1亿立方米在物理上是等价的。因此,减少抽水等于增加回灌,是一种“虚拟”的回灌。

如果在北京市建设两套供水设施,一套用地表水供水,另一套用地下水供水。每一套都能单独满足全市供水的需要。在丰水年停采地下水,就等于不用任何回灌设施,一年就回灌了上十亿立方米的水存储在地下。到枯水年就可以少用地表水,而抽取地下水库存以渡过水荒。

“到目前为止,地表水体和地下水体的联合调度,大多停留在零星的、不自觉的基础上。如果能结合每一个地区的特点,科学、统一规划,实行全面的综合调度,就有可能更合理地利用现有的水资源和水利工程,并进一步向弃水夺取可观的水量,使之转化成可供利用的水资源,缓解北京水资源紧张的状况。”张宏仁说。

2008年,世人瞩目的南水北调将首次实现对北京供水。对此,张宏仁表示,与任何液体输送工程一样,南水北调也需要在末端准备调蓄设施,否则工程一旦发生事故,就会产生大问题。利用北京市超采地下水形成的“地下水库”进行调蓄是最佳方案。

在1月18日召开的南水北调工程建设工作会议上,北京市水务部门官员曾透露,“南水”入京后,将对北京市的水资源配置和供水系统进行战略性调整,在支撑城市发展的同时,“北京市更想做的是涵养地下水,给生态一个修养生息的机会”。

毫无疑问,如果届时能形成地表水体和地下水体联合调度的科学管理系统,北京市有望从根本上“解渴”,实现水资源可持续发展。


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