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1、1南水北调与水利科技摘要：本文根据现代水利的发展要求，探索了调水工程的设计思想如何适应新形势的发展要求。研究的主要问题包括：输水方式应适应现代水利发展思路的要求，机电设备性能与运行效益的关系，常规技术与新技术的关系，水力控制理论在调水工程建设中的作用，工程总体规划设计质量的保证问题。建议是：在输水方式的选择上应与节水、防污和生态保护有机结合起来，尽可能采用封闭式输水方式；在机电设备的选择上，应当建立“重运行效率、供水的可靠性，轻设备本身投资”的观念；对于那些效益巨大的新技术，大型调水工程建设应当成为采用新技术的典范. 关键词：调水工程 设计新思想 输水方式制 New Thought on De
2、sign of Water Diversion Projects ABSTRACT: It is discussed what new thought on the design of water diversion projects is needed in the modern water resources. The major issues include that the water diversion mode of a project should suit for the development of the modern water resources, the select
3、ion of pump-motor units, and the relationship between regular techniques and novel ones, as well as the application of the modern hydraulic control theory to the construction of water diversion projects and the supervision for the design qualities of the projects. As a result, it is suggested for th
4、e construction of the large-scale water diversion projects as follows. Firstly, from the point of view for water saving, pollution prevention and environment protection, the closed pipes or channels had better be used for water conveyance but open channels. Secondly, in the selection of pump-motor u
5、nits, it is the reliability, efficiency and regulating abilities that are the decisive factor but their costs. Thirdly, the new techniques with greatly economical benefit should be used as far as possible, even if there are some risks. Fourthly, in the design of a project, the methods of the hydraul
6、ic control should be applied to making the disposition of the hydraulic constructions, mechanical and electrical equipment and automation control systems optimize. At last, the existing supervision mode of the qualities of the designs of the projects must be improved. Besides for the exert meetings,
7、 there should be the third that carries out the computing investigation for the preliminary plans provided by the design institutes in details. KEY WORDS: water diversion project, new thought；water diversion 2mode；hydraulic control；new technique ；design quality.我国水资源时空分布极不平衡，在空间分布上南方水多，北方水少；在时间分布上，降
8、雨量主要集中在夏季三个月内，其它月份降雨量很少。干旱缺水是我国尤其是北方地区经济社会发展的重要制约因素，据统计我国 669 座城市中有400 座供水不足，110 座严重缺水。随着我国城市化进程的加快，通过跨地区、跨流域的调水工程解决城市用水是一种必然的发展趋势。水利部汪恕诚部长曾经指出：跨流域调水将是 21 世纪中国水利的一大特点。在我国修建调水工程具有悠久的历史，春秋时吴王夫差为争霸中原,于公元前 486 年修建了引长江水入淮河的邗沟工程，可谓中国跨流域调水工程的开创性工程。2259 年前秦国蜀郡守李冰父子率众修建的都江堰引水工程引水灌溉成都平原，成就了四川“天府之国”的美誉，至今还在造福人
9、类。新中国成立后，我国的调水工程得到了长足发展。江苏省修建了江都江水北调工程，广东修建了东深供水工程，河北与天津修建了引滦工程，山东修建了引黄济青工程，甘肃修建引大入秦工程，山西修建了引黄入晋工程，大连的引碧入连工程等。现在举世瞩目的南水北调工程正在修建。在国外，最早的跨流域调水工程可以追溯到公元前 2400 年前的古埃及，从尼罗河引水灌溉至埃塞俄比亚高原南部，在一定程度上促进了埃及文明的发展与繁荣。20 世纪 50 年代以后，国外提出了许多调水规划。据不完全统计，全球已建、再建或拟建的大型跨流域调水工程有 160 多项1。与局部性的水电工程，如水电站、泵站不同，长距离调水工程的建设复杂得多。
10、以南水北调中线工程为例，它规模宏大，调水流量大，输水距离长达 1200多 km，不同地区的水坝、水库、明渠隧洞和倒虹吸管、闸门和分水闸、泵站、自动监测监控系统通过水力有机联系，必须在各环节的设计匹配的条件下，才能保证工程的建设质量。毫无疑问，现有工程经验对于今后调水工程的建设具有借鉴参考价值，但不能作为榜样照抄照搬。修建调水工程，特别是大规模、长距离跨流域工程是一项复杂的系统工程。随着人们对水利工程和生态环境关系的认识的深化，现代水利理论逐渐形成2-6 ，强调人与自然和谐相处。水利工程的优化目标将由惯常的“技术经济最优”转变为生态效益、经济效益、社会效益统筹兼顾；水利工程的运行方式要与保护生态
11、系统、改善水质以及高效利用雨洪资源相适应。并且修建调水工程的主要目的正在转变，不再是漕运和农业灌溉，而是向城市提供生活用水、工业用水和维持生态平衡的用水。在调水工程建设过程中，如何将这些原则性的思想转化为具体的、可操作的设计程序是值得思考的问题。1 输水方式应适应现代水利发展思要求在调水工程的建设过程中，输水方式的选择具路的有举足轻重的意义，不仅需要考虑工程建设投资和运行费用的大小，而且必须考虑与节水、防污、生态环境的有机统一。输水方式可划分两大类：开敞式输水和封闭式输水。开敞式输水，又称明流输水的特点是具有自由水面且水面与大气直接接触的输水方式，如人工明渠和天然河流输水。与此相反，封闭式输水
12、的特点是水体与大气不直接接触，如管涵、隧洞、倒虹吸管输水等。进一步划分又可分为：有坝输水和无坝输水；自流输水和泵站加压输水。通过修建水坝提高水源地水位的输水方式，称为有坝输水，而无需修建水坝的输水方式就称为无坝输水，都江堰引水工程就是无坝输水工程的3典范。自流输水的特征是完全依靠水流自身的重力而无电消耗，它完全依靠水源与目的地之间的高层差达到输水目的，正在修建的南水北调中线工程就是典型的自流输水工程。在一般情况下，采用开敞式输水方式，需要修建高坝、水库、泵站、人工明渠或利用天然河渠，优点主要是：1)在同等输水规模下，一次性投资比封闭式输水低，特别是在能够利用天然河流的条件下；2)可创造优美的景
13、观。沿输水线，出现一条“人工河流” ，两岸绿化，垂柳依依，平添一道亮丽的风景。缺点是：1)占地多，需要大量移民；2)蒸发和渗漏损失大。3)水质易于被污染，特别是在利用天然河流输水的条件下；4)对生态环境的影响大。水面的大量蒸发，必然对附近地区生态环境带来影响，且利弊很难确定；5)对北方寒冷地区，冰期输水调度困难。采用封闭式输水方式的主要优点是：1)无蒸发损失。相对于开敞式输水方式，意味着节水，可以减小调水规模，相应降低水坝高度和水库规模；2)占地少，移民量少，对生态环境的影响小。输水管涵可埋于地下，工程完成后，可恢复原有的植被，土地可照常利用，对生态环境的影响无几；3)水质可保持不变。如果水源
14、地水质能够满足引水要求，则用水区无需进行水质处理。缺点主要是需要消耗电能，运行费用高。根据统计资料，目前国内外输水系统中 40%的输水量因蒸发和渗漏损失掉了。也有一些工程，如广东省东深供水工程利用开敞式明渠、石马河及沙湾河等天然河道作为输水载体，由于水污染严重，不得不投入巨资重新改造，采用完全的人工渠道输水7。从短期效益来看，采用封闭式输水方式的投资可能比利用天然河渠高，也比完全的人工开敞式明渠高，但是，考虑前者可以大大缩小调水规模，只要科学规划，精心设计，可以使它们的投资大致相当。此外，采用封闭式输水方式可以把节水、防污以及生态环境保护有机统一。以南水北调中线北京段输水工程为例，它的供水目标
15、主要是城市生活用水和工业用水，兼顾必需的环境用水。输水工程南起与河北省相接的房山县南尚乐乡北拒马河中支南，向北直至颐和园团城湖，全长约 80 km，设计流量 50 m3/s，加大流量 60 m3/s。以前的规划是采用人工开敞式明渠自流输水，经过北京市水利规划设计院与中国水利水电科学研究院的联合研究8，现在已经正式采用一级泵站加压结合全线管涵输水方式。在投资方面，包括运行费用，原开敞式明渠自流输水方案与现在的封闭式输水方案相差小于 4%。经过进一步的优化，后者的投资可能少于前者。从理论上而言，如果能够对生态环境影响进行准确的定量，则对于一项具体工程可以运用系统工程方法选择最优的输水方式。遗憾的是
16、，调水工程输水方式对生态环境的影响无法用经济来衡量，因为生态环境的恶化危及人类自身的生存的代价是无法用金钱衡量的。鉴于此，在选择输水方式时，除了因地制宜及投资4方面的考虑外，建议：1）在无法确定工程对生态环境影响有利还是有弊的情况下，应尽可能采用对生态环境影响最小的输水方式；2）在输水方式的选择上应与节水、防污和生态保护有机结合起来，不仅考虑现在，而且要有发展的眼光，在投资差别不大的条件下，尽可能采用封闭式输水方式。2 机电设备性能与运行效益的关系 对于大规模长距离调水工程，当流量的变动范围大且频繁时，在选择机电设备，特别是水泵机组时，不要过分强调节省投资，应当侧重设备的工作性能、高效率调节范围和可靠性，以保证工程投入运行后的整体效率和可靠性。 一方面，机电设备占工程总投资的比例很小。与常规泵站不同，大规模长距离调水工程中配套机电设备投资占工程总投资的比例很小，常常不到总投资的 5%，而工程的运行投资却很大，可达总投资的 20%以上。以南水北调中线工程北京段为例，设计安装 8 台高效率变速泵，按照现行的电价，工程运行 14a 的
