南水北调方略——《问水大西北》（第二版）
第二章：巧用三峡洪水，解决*淮海流域缺水
本书初稿完成之后，通过发送邮件给一些专家学者讨论，有不少专家学者提出：*淮海平原人口多，在考虑给西北地区调水之前，应该先把*河流域，特别是*淮海平原的缺水问题解决好。
由于本书的书名是《问水大西北》，主题是探索如何更科学有效的解决大西北缺水，原打算把这个章节的内容以“附件”的形式写出来，后来想想，本章节正好弥补了前面讲到的为什么不需要从青藏高原向*河调水，以正文的形式写出来更能说明问题，更能体现内容的完整性。加上了本章节，本书就形成了东西兼顾、南北统筹、趋利避害、扬长避短、循序推进的南水北调东、中、西线全面解决方案，成为了系统、完整的“南水北调方略”。
在本书的P18页已经提到，调水应该遵循“高水高用，低水低用”这样一个普遍认可的原则，*淮海平原的缺水，应该通过中线二期大流量调水工程彻底加以解决。同时，通过中线二期大流量调水，置换出*河下游的水资源，使得*河下游的*淮海平原不用*河的水，让*河的水除了少量用于冲沙的必要生态用水之外，把主要的水资源尽量多的用于*河中上游，从而解决*河中上游的缺水问题。
中线二期大流量调水，主要问题在于丹江口水库的水源不足，彻底解决丹江口水库的水源问题成为关键。通过修建并隧道联通高岚河水库、南河水库、浪河水库，采取抽水蓄能电站的方式，利用三峡水库汛期多余的洪水和电力抽水储存在水库中，缺水、缺电时再放水发电。由此，每年在获得亿元电力收益的同时，彻底解决了丹江口水库的水源不足，为中线二期大流量调水创造了条件，彻底解决了*淮海平原的缺水问题，以及由此导致的地下水亏缺、土地盐碱化等系列生态问题和发展问题，并为*河中上游每年置换亿立方米以上的水，有效解决了*河中上游的缺水问题。
一、*淮海平原的基本概况
*淮海平属于暖温带湿润或半湿润气候。冬季干燥寒冷，夏季高温多雨，春季干旱少雨，蒸发强烈。年均降水量由南向北随纬度增加而递减，*河以南的淮河流域降水量为～毫米，基本上能满足两熟作物的需要；*河以北的平原地区，特别是冀中南的束鹿、南宫、献县、衡水一带的年均降雨量小于毫米，夏季降雨占全年的50～75%，年际降雨极不平衡，相对变率超过30%。由于春季蒸发量上升，降雨稀少，加上春耕需水量大，导致春旱灾害最为突出，初夏旱、秋旱频率也很高。
*淮海平原跨越京、津、冀、鲁、豫、皖、苏7省市，面积31万平方公里。河湖众多，交通便利，经济发达，是中国*治、经济、文化中心，平原人口和耕地面积约占中国的1/5，在中国版图中占有重要地位。如何经营好*淮海平原，使其保持健康稳定的发展非常重要。
然而，由于经济发达，人口众多，耕地面积比例大，耗水量非常巨大，加上降雨量的不足，且不均衡，大量抽取地下水，形成大量的“地下漏斗”，并导致众多河湖沟渠水质恶化、干涸、断流，土地盐碱化加重，还出现局部地质塌陷，严重影响*淮海地区的水源安全、生态安全、地质安全，甚至影响*淮海地区健康、稳定、可持续发展的安全。
如何改变这一状况？虽然已经实施南水北调东线、中线工程，加大了污水治理的力度，并且已经取得了很好的效果，用水紧张局面得到了一定的缓解和改善，但随着经济社会的不断发展，需水量的不断上升，*淮海平原的水资源安全还不能从根本上加以解决。要从根本上解决这个问题，就必须做到全面满足*淮海平原现实用水需求的同时，保证该地区河湖沟渠常年有活水流动，就像人体的血管一样，只有保持常年的活水流动，才能保证水质，逐渐弥补地下水亏缺，改善土地盐碱化，才能保证该地区健康、可持续的发展。
二、*淮海平原的地貌特征
为什么选择中线二期大流量调水，而不是东线二期、三期或其它方式的大流量调水，这是根据*淮海平原受水区的地貌特征来决定的。
*淮海平原又称华北平原，由*河、淮河、海河、滦河组成，北抵燕山南麓，南达大别山北侧，西倚太行山～伏牛山，东临渤海和*海，平原地势平坦，大部分海拔50米以下，东部沿海平原海拔10米以下，自西向东微斜。因此，大流量调水必须选择平原西侧略高的中线调水位置，通过淮河、*河、海河固有河道、干渠、灌渠及沟渠的改造升级和加固，让大流量的调水通过自流，覆盖整个*淮海平原，解决整个*淮海平原的缺水问题。
三、水量需求及有效水源
已经建设的东线调水，在*淮海平原靠东边较低的位置，只能对调水线路以东的地区给予补水，无法覆盖到整个*淮海平原，并且还需要抽水，不仅补水范围有限，而且调水效率并不理想。已经建好的中线调水，主要是供应沿线地区城乡居民的生产生活用水，特别强调水质，在调水途中，错开了所有的本地河道，确保了一渠清水向北流。由此，调水量毕竟有限，无法满足*淮海平原的农业生产用水和生态改善用水。中线二期大流量调水，就是对中线一期调水的重要补充，彻底解决*淮海平原的农业用水和生态用水问题，并且替换该地区使用的*河水，并确保*淮海平原未来发展增加的用水。
根据有关资料介绍，年华北平原地下水开采量为.0亿立方米；年至年，花园口、利津水文站实测年均径流分别为.3、.4亿立方米，这两个数字说明在这20年间，平均每年使用*河水至少是亿立方米以上。仅从以上两个数据来看，要保证*淮海平原既不开采地下水，又不使用*河水，至少需要调水亿立方米以上。东线三期调水工程共规划增加抽长江水92亿立方米；中线设计调水量为亿立方米（立方米/秒）。两者加起来满负荷调水，年调水总量为亿立方米。与上世纪末的水量需求还相差亿立方米。为了保证该地区长期、稳定、健康、可持续的发展，确保该地区的水质，至少需要增加70亿立方米的水保持固有河道、沟渠常年的活水流动，并预留亿立方米的发展用水。所以，设计中线二期大流量调水，应该以每年调水亿立方米为标准是比较合适的。
调这么多的水，仅靠汉江丹江口以上的水源是远远不够的，即使从嘉陵江略阳一带引水到汉江，还是满足不了每年亿立方米的调水需求，再说，中线一期、引汉济渭、鄂北调水、汉江中下游都在争夺汉江丹江口以上的水源。因此，为确保调水水源的充足，还是要研究如何科学合理地从长江三峡水库调水。
四、水源解决方案
长江三峡水库正常蓄水位米，水域面积平方公里，蓄水量亿立方米，每年春季开始腾库防汛，5月份水位降到米，腾出防洪水位30米，防洪库容.5亿立方米，9月份又提高蓄水，一般在11月份回升到正常蓄水位米；汉江丹江口水库最高蓄水位米，水域面积.75平方公里，蓄水量.5亿立方米，陶岔渠首引水闸底部高程米，分3孔，孔口尺寸宽7米，高6.5米，水库最低蓄水位至少需要米，才能够保证水渠的正常通水。
从以上数据不难看出，如果直接修水渠或隧道联通三峡水库和丹江口水库，在春耕播种期间，*淮海平原需要大量调水的时候，三峡水库的水无法自流到丹江口水库，解决不了丹江口水库水源不足的问题。因此，直接贯通这两个水库是不起作用的。
从三峡水库的数据中还可以看到，每年春季开始腾库防汛，一直到9月份,都要保持三峡水库在米左右的低水位运行，腾出.5亿立方米的库容用于防汛。也就是说，在每年5-10月份汛期的半年时间，三峡水库必须从正常蓄水位米降低到米，损失丰水期30米的水能落差，相当于三峡水库水能落差米的27.78%。按照年发电0亿度计算，其中汛期低水位运行的半年时间，损失发电量.5亿度。如果通过调水，在汛期半年时间中调走腾库防汛的这.5亿立方米的水，相当于为汛期增加了.5亿立方米的防汛库容，三峡水库腾库防汛的库容就可以相对减少。我们按照三峡水库的腾库水位米计算（提高15米），将减少三峡电站汛期一半的发电损失，按照年的发电量计算，将增加三峡电站96.25亿度的发电量。接近于增加了三峡电站总发电量的10%。
由此，我们在三峡水库与丹江口水库之间寻找接近装纳亿立方米水的地方建水库，把三峡水库汛期多余的洪水尽量装起来，既充分利用了三峡库区多余的洪水，提高了三峡电站的发电效益，又为中线二期大流量调水提供了充足的水源。通过寻找，我们发现保康、房县之间有一条“南河”正适合修建这样一个大水库。通过仔细研究，多种调水方案筛选，最终确定如下调水方案。
三峡水库至丹江口水库调水总图4.1、思路架构
利用汛期三峡洪水和多余电力，通过高岚河水库两级抽水，经隧道储存在南河水库，南河水库与浪河水库隧道贯通，在需要用水时的用电高峰时间，通过浪河水库放水发电，释放储存的水源和电能。
4.2、基本功能
巧用三峡浪费的洪水和电力，让水、电以需定供，变废为宝；替代三峡水库部分腾库防汛功能，减少三峡腾库水位，增加发电效率；平时还可作为抽水蓄能电站，削峰填谷，平衡电网电力；沉淀、净化三峡水源，确保丹江口充足的水量和优良的水质，为大流量中线二期调水解决水源，彻底解决*淮海平原地下水亏缺、土地盐碱化等系列生态缺水问题。
4.3、具体工程
4.3.1、高岚河陈家湾抽水发电大坝
在兴山县峡口镇距离香溪河3.6公里的高岚河峡谷，海拔米处筑坝，坝顶海拔米，坝高米，坝顶长米。坝内最高水位米，水库最大水面面积万平方米。坝体建抽水、发电工程，抽水扬程米，抽水量0立方米/秒。
高岚河陈家湾抽水发电大坝4.3.2、高岚河杨道河抽水发电大坝
在兴山县峡口镇杨道河村下游0.9公里，海拔米处的高岚河谷筑坝，坝顶海拔米，坝高米，坝顶长米。坝内最高水位米，最低水位米，调节水位米，水库最大水面面积万平方米，可调节库容大约1.5亿立方米。坝体建抽水、发电工程，最大抽水扬程米，抽水量0立方米/秒。
高岚河杨道河抽水发电大坝高岚河水库抽水发电工程4.3.3、高岚河至南河隧道
在兴山县峡口镇杨道河村上游1公里左右的狮子口，海拔米的高岚河右岸开凿隧道，直通保康县寺坪镇十王庙海拔米处的南河河谷。隧道在高岚河的入口海拔-米，南河的出口海拔-米，隧道长85公里，降坡30米，比降1/。
南河蓄水水库4.3.4、南河龙滩大坝
在谷城县南河镇龙滩村下游1.5公里，海拔米处的南河河谷筑坝，坝顶海拔米，坝高米，坝顶长米，调节水位米。当坝内最高水位米时，水库水面面积2.亿平方米；当坝内最低水位米时，水库水面面积0.73亿平方米左右；调节库容大约为亿立方米。坝底建排泥沙工程，附带小功率发电工程。
南河龙滩大坝4.3.5、南河至浪河隧道
在谷城县紫金镇油坊坪村，海拔米的小溪左岸开凿隧道，直通丹江口市白杨坪海拔米处的浪河河谷。隧道在紫金镇油坊坪的入口海拔-米，浪河的出口海拔-米，隧道长35公里，降坡10米，比降1/3。
浪河水库发电工程4.3.6、浪河白杨坪发电大坝
在丹江口市白杨坪林区上游1公里，海拔米处的浪河河谷筑坝，坝高米，坝顶长米，坝顶海拔米。坝内最高水位米，最低水位米，调节水位米，水库最大水面面积0.亿平方米。调节库容大约为7亿立方米。坝体建发电工程。
浪河白杨坪发电大坝4.3.7、浪河发电大坝水坝
在丹江口市浪河镇水坝下游0.7公里，海拔米处的浪河河谷筑坝，坝高70米，坝顶长米，坝顶海拔米。坝内最高水位米，水库最大水面面积万平方米。坝外建发电工程，发电后的尾水通过3.2公里地下隧道注入丹江口水库海拔米处的灯盏窝。
通过以上七大工程的建设，利用晚上用电低谷的廉价电力，把三峡水库汛期多余的洪水在香溪河的峡口镇，通过高岚河的两级水库抽水，再通过85公里隧道联通南河大水库储存起来；等到用电高峰期和中线二期大流量调水水源缺乏的时候，通过浪河两级电站发电释放水能和水源。这个调水工程，相当于建造了一个大型抽水蓄能电站，在充分利用三峡洪水、消纳低谷电能的同时，实现了三峡水库向丹江口水库的大流量调水，同时，还为三峡电站提高了10%的发电总量。一举多得。
4.4、水源工程量估算
三峡水库至丹江口水库调水工程量估算表说明：
大坝体积估算式：(a+b)*(c-d)*e/2，其中a-坝顶长度，b-坝底长度，c-坝顶海拔，d-坝底海拔，e-坝体平均厚度，单位：米。
隧道的φf-j，f-隧道的开挖直径,j-隧道的成型直径，单位：米。Lx*z，Lx-隧道长度，单位：万米。Z-隧道数量。
大坝钢筋混凝土估算总量：.02万立方米。
隧道内壁钢筋混凝土估算总量：.02万立方米。
隧道挖掘土石方估算总量：.96万立方米。
隧道总长度：.2公里
4.5、水源工程效益估算
根据0立方米/秒的抽水规模，平均每天利用用电低谷的廉价电力抽水10小时，全年按抽水天计算，每年可抽水亿立方米。根据丹江口水库的水量需求，计划每年调水亿立方米到丹江口水库；另外亿立方米的水，在用电高峰期通过高岚河两级水坝发电，回流到三峡水库，像抽水蓄能电站一样，平抑电网峰值，赚取发电差价。
高岚河上水库（杨道河水库）调节水位米，按照平均水位落差2/3计算，上水库的平均扬程80米；下水裤（峡口水库）从三峡水库平均水位米抽到米，平均扬程为米；两级水库平均扬程（落差）米。抽水需要功率的理论值为.2万千瓦。每年抽水消耗用电低谷的空闲廉价电力为.2*10*/0.=亿度。
发电分为两部分。第一部分是调水亿立方米到南河水库，在浪河水库两级坝下电站发电，尾水进入丹江口水库。其中浪河白杨坪水库的调节水位为米，平均有效水位同样按2/3计算，平均发电落差为93.米；丹江口水库按米平均水位计算，浪河白杨坪水库最低水位至丹江口水库的有效落差为-=米落差。两者相加，平均发电有效落差为.33米。亿立方米的水可在浪河两级电站发电9.8*.33**0./0=.77亿度。第二部分是，亿立方米的水通过高岚河两级电站发电回流到三峡水库，发电量为9.8***0./0=93.07亿度。两部分每年获得用电高峰期的发电量为.84亿度。
通过以上计算，该工程每年消耗闲置多余电力亿度，增加用电高峰期的紧缺电力.84亿度，电力平均转化率为68.1%。同时，实现了每年亿立方米的调水。如果说，电网用电低谷期的电价为0.1元/度，用电高峰期的电价为0.5元/度。每年可获得经济收益.84*0.5-*0.1=92.12亿元。加上为三峡电站增加发电96.25亿度，每度电价按0.3元计算，将增加三峡电站发电收益28.88亿元。两者相加，每年共同创造直接经济收益亿元。
注：估算式中，9.8为重力加速度（m/s2），0.为综合功效，0为每小时0秒，另外两个数字分别是年均水量（亿m）和有效落差（m）。三峡增加电量式中的0=4*70%-，其中，4是三峡大坝的年均径流量，70%是汛期水量占全年径流量的比例，是汛期调走的水量。用这个式子计算出来的三峡增加发电量与上述计算值基本吻合。
通过三峡水库至丹江口水库调水工程的运营，在每年获得亿元收益的同时，彻底解决了丹江口水库的水源问题，为中线二期大流量调水提供了水源保障，还确保了中线一期、引汉济渭、鄂北调水、汉江中下游水源安全的一系列问题。
4.6、需要解决的主要问题
实现这个系统、高效的水源工程，需要解决以下主要问题：
4.6.1、移民搬迁问题
我们在研究南河水库的容量问题时，最初把坝址定在过渡湾镇下游5公里与谷城县交界处的峡谷，水库水位定在米。这样的话，水库的可调节库容将会更大，但是要淹没保康县、房县两个县城，损失很大。所以，我们把坝址一路下移，尽量利用现有南河水库人员较少的地段，移到现在所选的坝址已经无法再往下移了。为了达到三库联动所需要的库容，又尽力减少移民搬迁，保证房县县城不受影响，所以确定了米的水库正常蓄水位。在此水位线，保康县城无法保全。因此，建议把保康县城搬迁到现在的歇马镇或者马良镇的开阔位置比较合适。
关于选择高岚河抽水还是选择兴山县县城的东河抽水，这个问题我们也进行了充分的研究和对比。如果选择在东河抽水，在兴山县县城下游的麦仓口峡谷建坝，形成包括兴山县县城在内的东河大水库，该水库的储水量将比高岚河水库大很多，而且到南河水库的隧道长度也将减少26公里，整体工程量将大大减少。但是存在两个问题，一是取水位置必须在昭君镇上游东河与湘坪河交汇处的响滩（香溪河源头）。这个位置，如果三峡水库水位在米以下时无法取水。其实这个问题还是容易解决，大不了在石佛寺（高速公路出口）上游的香溪河峡谷中再建一个（-）80米高的水坝，使得坝上水位达到麦仓口坝址高程以上20米（米水位），并在坝体上建抽水发电工程，就解决了。问题的关键还在于第二个——增加了兴山县县城古夫镇和昭君镇大约8万人的移民搬迁，代价太大。具体如何选择有待于专家们的进一步研究和对比。
现在按照本文方案来估算一下需要移民搬迁的人数。高岚河两级水库，需要搬迁建阳坪、石家坝、杨道河、两河口、寨沟五个自然村的部分居民，搬迁人数为0人左右。南河水库淹没的有保康县县城的城关镇（人）、过渡湾镇（55人）、寺坪镇（人）约70人；房县的青峰镇（人）、尹吉铺镇（人）约20人；谷城县的赵湾乡（人）、紫金镇（人）、南河镇（13人）部分河谷地区约00人。浪河水库淹没的有盐池河镇（人）、白杨坪林区（多人）、浪河镇（81人）约人。因此。整个工程共计移民搬迁人数为人左右。
4.6.2、高速公路调整问题
被水库淹没的高速公路有：谷城县紫金镇至房县50公里，保康县寺坪镇至*堡镇30公里，保康县城关镇至后坪镇7公里，兴山县峡口镇杨道河村至石家坝村3公里。共有90公里的高速公路需要调整重建。
4.6.3、确保水源水质问题
丹江口水库的水质通过上游水源区的整治，已经达到了二类标准以上，有人担心，调三峡水库的水到丹江口水库，是否能够保证水质同样达到二类标准以上。
在这里要说明的是，长江是我国的最大江河，如果对长江的水质失去信心，长江中下游平原的人也将面临威胁，上海的主要水源来自太湖，岂不更加危险？
随着国家对生态环境的不断重视，对水质的排放要求越来越高，特别是三峡库区，同样建立了严格的排放要求，近年来，三峡库区的水质也在不断的提高。根据年3月18日环境部发布的《年全国生态环境质量简况》有关数据来看，三峡库区长江38条主要支流77个水质监测断面中，Ⅰ～Ⅲ类水质断面比例为96.1%，Ⅳ类断面比例为3.9%。营养状态监测结果表明，富营养状态的断面比例为18.2%，中营养状态比例为76.6%，贫营养状态比例为5.2%。从上面的数据中可以看出，Ⅰ～Ⅲ类水质断面比例为96.1%，成为三峡库区的主要水体，并且越是水库的中下游，水质越好，说明水库的净化作用能够提高水体的水质。
在继续保持并不断优化三峡水库水质的同时，通过三峡水库、高岚河水库、南河水库、浪河水库的多级沉淀、净化，并通过南河水库的排沙去淤，确保进入丹江口水库的水质在二类及以上标准是没有问题的。
五、中线二期大流量调水建议
中线二期大流量调水，主要是解决*淮海平原的农业用水、生态用水和该地区健康、稳定、可持续发展的用水，改善*淮海流域现有的水土生态是这次调水的主要目标。因此，中线二期大流量调水并不用和一期调水那样，避开现有的河道，而是应该充分的与现有河道紧密相连，通过现有河道、干渠、灌渠、沟渠的加固、改造和升级，保证所有河道、沟渠常年的活水流动，确保*淮海平原每个地区的农业灌溉用水、水土生态用水和各行各业的生产发展用水。
中线二期大流量调水，在淘岔至方城垭口这一段，基本与中线一期调水线路平行。过了方城垭口，如果需要建一个调节水库，唯一可行的地点，就是改造以方城县杨楼乡为中心的甘江河现有水库为一个大水库，水库正常蓄水位米，水面面积2.66亿平方米，调节水位20米，调节库容15亿立方米左右。之后，以水位米的水渠接出水库，贯通淮河上游支流，在郑州市中牟县万滩镇附近联通*河。再修通*河至新乡市卫河的主干渠，改造、升级卫河至海河各流域干渠、灌渠和沟渠，实现*淮海平原全覆盖。