引漢濟渭工程在國家水資源戰略布局中的作用

王 浩，劉家宏

(中國水利水電科學研究院流域水循環模擬與調控國家重點實驗室，100038，北京)

中國人均水資源量約2 100 m3，不足世界人均水平的1/3，在192個有水資源統計的國家和地區中，位居第127位。中國水資源總體格局受所處的地理位置及季風氣候區、特殊的三大階地等因素控制，呈現南多北少、東多西少，年內年際變化大等特征。南方面積占全國的36%，人口占54%，耕地占40%，GDP占56%，水資源占81%；北方面積占全國的64%，人口占46%，耕地占60%，GDP占44%，水資源僅占19%；社會經濟與水資源的分布嚴重不匹配。為應對這一突出問題，國家提出了水資源的“空間均衡”戰略，規劃建設“四橫三縱”的國家水資源宏觀配置網絡。此外，還規劃建設引黃入晉、引漢濟渭、引灤入津、引江濟太等15宗區域性骨干調水工程，其中的引漢濟渭工程最為特殊，工程難度也最大，堪比中國歷史上的都江堰、鄭國渠、靈渠等著名水利工程。

表1 中國水資源一級區水資源總量（1956—2013年）

表2 陜西省水資源分布（1956—2013年）

一、引漢濟渭是國家水資源戰略布局的重要一環

我國水資源總體短缺，最嚴重的是黃淮海地區，該地區人口約占全國的35%，GDP占比約為1/3，糧食生產占比約為2/5，但水資源量僅占全國的7%，見表1，人均水資源量僅為427 m3，約為全國的1/5。南水北調東、中線通水后，可以極大地緩解海河和淮河流域的水資源供需矛盾，但自產水系數最低（0.20）的黃河流域，由于其下游“地上河”的特點，無法利用到南水北調東、中線工程的“一滴水”。西線工程能夠給黃河供水，但西線工程尚在論證中，何時上馬、哪年建成還未可知。即使未來西線工程通水了，依然無法解決黃河最大支流——渭河的供水問題，因此興建引漢濟渭是國家水資源戰略布局中不可或缺的一環。

陜西省內水資源分布總體呈現南多北少的格局，見表2。陜南地區人口不足全省的1/4，水資源量占全省的3/4，關中地區人均水資源量315 m3，是全省人均水資源量最少的地區，僅為全國平均水平的15%，比黃淮海地區人均水資源量（427 m3）還少26%。關中平原現狀節水水平已經很高：人均用水量僅200 m3，不到全國平均水平的一半；畝均灌溉用水230 m3，為全國平均水平的55%；萬元GDP用水量約為45 m3，僅為全國平均水平的40%。繼續通過節水來解決關中地區的水資源問題，潛力非常有限，必須依靠外調水源。因此從陜西省水資源空間均衡配置的角度考慮，引漢濟渭工程也十分必要。

從“自然—社會”二元水循環的效率分析，引漢濟渭水較南水北調東、中線水具有更大的重復利用價值。南水北調東、中線的水量入供點大都在黃淮海平原區，這些區域距離入海口較近，外調水使用后產生的退水流程短，能夠被重復利用的次數較少，且退水無法進入黃河干流，不能發揮沖沙效益。引漢濟渭水的入供點在關中平原，其退水進入渭河，再從潼關匯入黃河，經小浪底水庫調節后，到達黃河下游，供國民經濟、生態環境和輸沙之用。引漢濟渭退水的流程較南水北調東、中線長500 km以上，其單方水的生態環境、輸沙效用大大增加，潛在的重復利用次數也大大增加。因此引漢濟渭單方水的效率更高，從效率評價的角度來說，“引漢濟渭”也應被優先推薦。

二、引漢濟渭將有效盤活陜西省水資源配置全局

引漢濟渭工程從秦嶺南坡的漢江流域取水，通過98.3 km的無壓隧洞，輸送到渭河關中平原。本項調水工程克服了秦嶺的高度，穿越了中國南北地理分界線。這條分界線不僅是地域的界線，同時也是降水的界限、文化的界限。秦嶺南坡年均降水量在1 000 mm以上，秦嶺北坡的關中平原則在800 mm以下，南側為稻米文化區，北側則為麥黍文化區。引漢濟渭將陜南的水抽調到關中平原，將開啟陜西省南水北用的歷史。引漢濟渭工程通水后將有效緩解關中寶雞、咸陽、西安、銅川、渭南五市和楊陵示范區的缺水現狀，有力支撐關中—天水經濟區和絲綢之路起點的建設。

引漢濟渭工程兼有十分重要的生態環境功能。渭河下游華縣斷面多年平均生態環境缺水3.49億m3，其中最大年缺水達8.83億m3。引漢濟渭水在國民經濟系統中多次循環使用后，預計仍將產生約8億m3的退水，這些退水經過深度處理后得到的再生水，將成為渭河流域特別是非汛期的河道基流，有效改善渭河中下游的生態環境，對降低“潼關高程”也有積極作用。

引漢濟渭工程還可以間接輻射陜北缺水地區。在渭河基流水量增加8億m3的情況下，陜北的榆林、延安相應增加在黃河北干流的引水量，將不會影響黃河干流水資源的供需平衡。因此引漢濟渭工程通過水量置換可實現對陜北能源重化工基地的間接供水，有效盤活陜西省水資源配置全局。

引漢濟渭工程及其配水網絡建設將拉開陜西現代水網建設的大幕，形成南接漢江水系、北達陜北高原（通過黃河水量置換）的區域大水網，實現南北統籌、豐枯相濟、多源保障的戰略配置構想。引漢濟渭水進入關中后，還將置換部分地下水源，對地下水超采區的治理意義重大，可有效增加地下水的戰略儲備，提升抵御大旱的能力。不僅如此，引漢濟渭的調水時段主要在汛期，將陜南的災害性洪水抽調到關中平原，成為有用的水資源，這是洪水資源化的一個典型案例，可以減輕陜南地區的洪澇災害。

引漢濟渭工程綜合效益巨大，據測算，引漢濟渭年調水量15億m3，按照水資源的影子價格5.81元/m3計算，年調水量產生的社會經濟效益為87.15億元/a；引漢濟渭8億m3的退水經再生處理后可彌補河道內生態環境用水3.5億m3/a，置換地下水超采水量4.5億m3/a，按照水資源的生態服務價值測算標準1.0元/m3計算，其生態效益約為8億元/a。

三、引漢濟渭面臨與南水北調中線競爭用水的挑戰

引漢濟渭的水源區為漢江黃金峽水庫壩址斷面以上，約1.7萬km2；南水北調中線工程的水源區為漢江丹江口水庫斷面以上，約9.5萬km2。引漢濟渭水源區與南水北調中線工程水源區是部分重合的；更確切地說，前者的水源區完全包含在后者的水源區之內，因此二者存在競爭性用水的問題。

針對1956—1997年長水文系列分析表明，引漢濟渭工程多年平均年減少丹江口入庫水量15.8億m3，與之對應，丹江口水庫水量出庫減少12.45億m3，中線工程北調水量減少3.35億m3。引漢濟渭工程對中線工程調水量的影響，枯水年比豐水年大。調水最多年份（豐水年），陶岔渠首調水量減少僅為0.6億m3；調水最少年份（枯水年），陶岔渠首調水量將減少12.9億m3，占該年年調水量的23%。在丹江口入庫徑流頻率大于75%的枯水年份中，引漢濟渭工程平均降低(影響)陶岔渠首北調水量近7億m3，是多年平均的2.1倍。

引漢濟渭與中線工程的競爭性用水矛盾可通過三條途徑解決：①枯水年份通過黃金峽水庫下游的石泉、安康水庫調節部分汛期洪水，改善丹江口入庫流量過程，增加北調水量。②隨著漢江中下游梯級水電站的開發建設和引江補漢工程的建成，航運條件大大改善，需丹江口水庫下泄水量將大幅度減少，有助于增加北調水量。③漢江上游水源區與黃淮海受水區具有較好的水文豐枯互補特征，水源區偏枯年份與受水區偏枯以上年份遭遇8.8%～13.3%，其中同枯遭遇概率僅為2.2%～6.7%，這就意味著在漢江枯水年份，有80%以上概率遇到黃淮海流域的偏豐年份，可以通過增加黃淮海受水區當地水源供給來彌補北調水源的不足；另外不到20%的年份可以啟動關中地下水源儲備，削減引漢濟渭供水來保證南水北調中線的水源供給。

南水北調中線工程和引漢濟渭工程有競爭的一面，也有統一的一面。南水北調中線工程緩解了我國最缺水的海河和淮河流域的水資源供需矛盾，直接受益人口6 000萬，間接受益人口6 000萬，共計1.2億人；引漢濟渭解決了黃河流域最缺水的渭河流域的水資源供需矛盾，直接受益人口2 500萬（關中地區），間接受益人口500萬（陜北地區）；兩項工程合力保障了黃淮海流域供需矛盾最突出的水資源敏感地區的供水安全，直接受益人口8 500萬，間接受益人口6 500萬，合計受益人口1.5億，約占全國總人口的10%。雖然在約20%的概率上存在水源競爭問題，但總體看來還是大協同、小沖突。在戰略層面，兩項工程將聯合為實現國家水資源的空間均衡配置發揮重要而不可替代的作用。

四、引漢濟渭工程運行調度需要解決的關鍵技術問題

引漢濟渭工程對解決渭河缺水問題具有不可替代的作用，是溝通陜南、關中，輻射陜北的關鍵工程。如何最大限度發揮工程的供水和生態環境效益，還需要解決水文預報、工程調蓄、優化配置、運行調度等方面的一系列關鍵技術問題。

1.徑流預報

水文預報的不確定性、預見期是水庫調度決策的關鍵影響因素，科學做好水文預報，是協調引漢濟渭工程和南水北調工程水源沖突的有效手段。引漢濟渭工程的調度需要中長期預報和短期預報兩套預報成果。中長期預報確定未來一個時期的調度策略。例如未來一年的預報結果為枯水年，就要啟動枯水年的運行調度模式，石泉、安康水庫要在未來一個水文年主動調蓄洪水，改善丹江口入庫流量過程。短期預報服務實時調度，基于預見期以內的徑流預報信息構建優化調度模型，設置預留庫容，確定引水流量以及調蓄工程的蓄/泄流量等。水文預報只能提供未來一定預見期內，包含預報不確定性的水文信息。目前的預報技術只能可靠地預報未來1～4天內的徑流信息。相比而言，河流汛期和水庫防洪調度期都長達數月。在這種情況下，確定性的調度決策面臨著預見期以內的預報不確定性和預見期以外徑流不確定性的難題。因此需要進行相關研究，增設監測站網和相關儀器設備，提高預報精度和預見期，為科學精細化的水量調度提供基礎支撐。

2.工程調蓄

引漢濟渭調水要服從南水北調中線工程，加之漢江上游來水量年際變化大，因此造成引漢濟渭的調水過程十分苛刻，大部分可引水量集中在汛期，而受水區的需水過程基本均勻，供求過程線嚴重不匹配，由此引發工程調蓄問題。根據1954—2008年長水文系列調算結果，引漢濟渭實現平穩供水的多年調蓄容量需求為9.15億m3；50%頻率的單年調蓄容量需求為0.85億m3。現有調水和配水系統調蓄容量十分有限：黃金峽水庫調節庫容0.92億m3，三河口水庫調節庫容5.53億m3，共計6.45億m3。現有水庫的調節庫容難以滿足要求，而配水工程位于秦嶺北坡，缺乏天然的建庫條件，難以建設大型調蓄工程。因此需要研發地表水、地下水聯合供給和配水管網系統分散調蓄技術，加快小水河水庫、東莊水庫建設，增加關中地區的調蓄能力，間接為引漢濟渭調蓄服務。

3.優化配置

引漢濟渭工程從長江最大的支流漢江調水到黃河最大的支流渭河，將從根本上改變陜西省水資源配置格局。漢江水源區來水豐枯變化大，而調水工程主要供秦嶺以北的工業和城鎮生活用水，需水過程相對穩定，所以對調水工程的調蓄能力有很高的要求。引漢濟渭配置情景復雜，工程聯動難度大，由于抽水高程的限制，水庫調蓄功能難以發揮，所以，迫切需要開展引漢濟渭水與關中平原其他水源的多源優化配置研究，制定受水區地表水、地下水、外調水等多水源、多用戶的水資源配置方案，同時注重水資源保護。配置研究還需打破受水區的地域界線，探索關中平原渭河用水權與陜北高原黃河北干流用水權的置換問題，擴大引漢濟渭工程的受益范圍，以引漢濟渭水間接支撐陜北能源重化工基地的建設和發展。

4.運行調度

引漢濟渭工程的運行安全系于全程水力學調控和泵站、閘閥、水庫與配水管網的聯合調度。引漢濟渭運行調度主要面臨以下4項挑戰：一是調度目標多，供水目標以城市供水為主，水量水質保證率要求高，另外，三河口水庫除了供水之外，還有防洪、下游供水及發電等任務。二是調度水源多，受水區水資源調度涉及眾多水源，包括外調水、當地地表水、地下水、再生水、其他水源等，如何科學合理地調度這些水源實現豐枯互補、分質供水，發揮最大效益是一個重要的科學問題。三是存在多個利益主體、多個決策主體，包括部門之間、區域之間、全局與局部之間的多個利益主體和決策主體，例如，陜西省、湖北省、南水北調中線受水區沿線各省（直轄市）等，總之，引漢濟渭水量調度是一個群決策問題。四是調度管理機制不明確，水量調度及工程調度的管理機構尚不明確，水價生成機制及水權水市場機制尚未建立，此外還需要處理好行政配置和市場調節的關系。在閘泵庫群集中控制算法方面，需要系統研究對比流量補償、蓄量補償等多種自動控制算法，提出適合引漢濟渭調水工程特點的自動控制算法，在配水流量調整或系統狀態切換時能夠在最短的時間內，通過盡量少的閘泵調整次數使水位恢復到控制閾值范圍內（±5 cm），且水位變動最小，閘泵調整變幅也較小。

五、結 論

引漢濟渭工程的開工建設是陜西省的一件大事，也是中國水利史上的一件大事，在國家水資源戰略布局中占有重要且不可替代的地位。引漢濟渭是一項造福人民的水利工程，并將長久地發揮效益。引漢濟渭工程在深埋超長隧洞等方面挑戰了當前工程技術的極限，體現了人類智慧的偉大力量。引漢濟渭以中國力量為主體興建，體現了中華民族堅韌頑強的民族性格，就像昆侖—秦嶺是中華大地的脊梁一樣。引漢濟渭工程的建成將有效盤活陜西省水資源配置全局，實現豐枯互補、南北調劑，有效支撐絲綢之路起點建設。引漢濟渭也面臨與南水北調中線競爭用水的挑戰，以及運行調度等一系列關鍵技術問題，可以通過區內域外多種途徑、地表/地下多源優化配置、流域水文預報、“集中+分散”調蓄、閘泵庫群聯合調度等多種手段得到科學的解決。

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