南水北调,要搞一个大动作
2014年12月12日,南水北调中线一期工程正式通水。
来自丹江口水库的水头经过半个月奔袭,于12月27日,抵达工程终点北京团城湖。随着启闭闸门开启,清澈的南水倾泻而出。
陶岔渠首(横屏,图:中国南水北调集团)▼
如今,南水北调后续工程又一件大事正在发生。
2023年2月18日,南水北调中线引江补汉工程出口段主隧洞成功实现进洞目标,工程正式进入主体隧洞施工。
引江补汉工程正式进入主体隧洞施工阶段
将为工程全面开工建设奠定坚实基础
图为输水隧洞进洞施工现场
(图:中国南水北调集团)▼
引江补汉,对于南水北调意味着什么?
作为国家水网的主骨架和大动脉,南水北调东、中线一期工程自2014年12月全面通水以来,累计向北方调水超600亿立方米,已惠及河南、河北、北京、天津、江苏、安徽、山东7省市沿线42座大中城市和280多个县市区,受益人口超过1.5亿。
随着东、中线一期工程的建成通水和稳定运行,此项跨流域跨区域配置水资源的骨干工程,从根本上优化了我国南北水资源空间配置,有效确保了受水区供水安全。
已建成的东、中线一期工程
以及规划中的西线工程▼
然而,南水北调中线受水区,特别是京津冀地区,是我国最缺水的地区之一。按照《南水北调工程总体规划》,中线一期工程多年平均调水量95亿立方米,与受水区地表水和地下水联合运用,共同保障受水区的城乡供水。
我国水资源空间分布不均▼
自中线一期工程通水以来,水质持续稳定在II类水质标准以上,北调水量呈逐年增长趋势,受水区对南水的需求不断增加,南水北调水供水地位已由“辅”变“主”、目标达效由慢变快、需求依赖由弱变强、工程网络由缺变全。
随着京津冀协同发展战略和雄安新区等国家重大战略的实施,中原城市群建设的推进,以及城乡供水一体化的实施,经济社会用水进一步增加。南水北调水成为沿线受水区许多主要城市的主力水源,对中线一期工程的供水保障能力提出了新要求。
中线工程水源地丹江口水库
(横屏,图:中国南水北调集团)▼
北方受水区受制于水资源禀赋,要实现人与自然和谐共存,社会经济与生态环境协调发展,增加中线北调水量势在必行。水源区汉江生态经济带建设,对汉江流域水资源保障提出了新要求。随着流域来水的减少和流域内外用水需求的增加,汉江流域水资源供需矛盾将愈加突出。
为进一步发挥中线工程的效益,增加北调水量,应对北方受水区用水需求进一步增长、供水稳定性进一步提高等新要求,保障北方受水区供水安全,以及增强汉江枯水年份水资源调配能力、缓解汉江流域用水压力,迫切需要实施南水北调后续工程中线引江补汉工程。
2022年7月7日
引江补汉工程正式开工建设
图为工程开工现场
(横屏,图:中国南水北调集团)▼
引江补汉工程,作为南水北调后续工程首个开工重大项目,具有极其重大的政治意义、现实意义和示范效应。
值得一提的是,该工程将连通三峡和丹江口水库两大战略水源地,起到连通长江、汉江流域与华北地区,优化国家水网布局,加快构建国家水网主骨架和大动脉的重要作用。
连通三峡和丹江口水库只是工程层面
放眼全国,意义更加深远▼
引江补汉
引江补汉工程,自三峡水库库区左岸龙潭溪取水,输水干线工程采用有压单洞自流输水,多年平均调水量为39亿立方米,设计引水流量170立方米每秒。
沿线由南向北依次穿越宜昌市夷陵区、襄阳市的保康县和谷城县以及十堰市丹江口市,终点位于丹江口水库大坝下游汉江右岸安乐河口。工程由输水总干线工程及汉江影响河段综合整治工程组成,工程设计施工总工期108个月。
全线基本位于山区▼
该工程在规划阶段加强多方案比选论证,统筹工程的经济效益、社会效益和生态效益,最终确定输水总干线采用大埋深、全隧洞的技术方案,虽然大幅增加了工程施工技术难度,但却显著减少了土地占用和移民安置数量。
最终选择了龙安1线方案▼
基于此影响,建设过程中的征地以临时用地为主,可研阶段永久占地面积较少,仅2755.66亩。规划搬迁安置人口仅999人,初步实现了节约集约利用土地、最大程度控制移民规模的工程建设目标。
移民搬迁工作,也不是一件易事
(图:中国南水北调集团)▼
输水总干线工程包括进口建筑物、输水隧洞、石花控制建筑物、出口建筑物、检修排水建筑物和检修交通洞等,全长194.8公里,其中隧洞长194.3公里、隧洞内径10.2米。
引江补汉隧洞出口
(图:中国南水北调集团)▼
汉江影响河段综合整治工程对丹江口水库坝下长约5公里的河段,按照现状Ⅳ级航道保障通畅、具备实现远期规划Ⅲ级航道条件进行整治,包括羊皮滩右汊出水渠、航道整治和河道整治等。
河流整治中
(图:中国南水北调集团)▼
引江补汉工程实施后,将增加中线一期工程北调水量,同时向汉江中下游、引汉济渭工程及沿线补水。这就意味着该工程除了对长江流域产生深远影响之外,还会对黄河流域产生影响。
因为它为引汉济渭实现远期调水规模创造条件,汉江上游引汉济渭工程年均引水量可由近期的10亿立方米增加至远期的15亿立方米,有效保障关中平原供水安全。
通过引汉济渭
也给西安为代表的关中平原
带来水源补给▼
深埋长隧洞为主,就上TBM!
引江补汉工程以深埋长隧洞为主,是目前我国规划的单洞距离最长、洞径最大的引调水工程,技术难度大、施工工期长。该工程输水总干线隧洞,采用钻爆法和TBM法(全断面硬岩隧道掘进机)组合施工。
工程主体作为一条总长194.3公里的输水隧洞,主要有三个特点。
一是工程隧洞直径大。隧洞平均内径10.2米,施工采用的TBM刀盘最大直径达12.2米,开挖洞径越大,揭露的不连续面越多,围岩失稳的概率和规模增大,需要采取的支护强度越大。
TBM出马
(图:中国南水北调集团)▼
据调研,国内已完工程中TBM刀盘直径超过10米的工程仅有6个,施工过程中均出现各种风险挑战。
自1985年以来
国内外TBM应用趋势图
中国已成主力▼
二是工程隧洞埋深大。输水隧洞平均埋深大,为513米;全线大于1000米埋深的洞段长12.1公里,占总洞长的6.2%;埋深在600米到1000米之间的洞段长58.8公里,占总洞长的30.2%;最大埋深1230米。
三是工程地质条件复杂。输水隧洞穿越地层涉及古元古界至新生界,跨13个地层单位系,含3大岩类,66个岩组,沿线褶皱断层发育,地层复杂多变,面临“三高三多”不良地质条件。
“三高三多”是工程地质行业常见的一种术语,“三高”是指高地应力、高水压、高地温,“三多”是指断层多、地下水多、软岩洞段多,具体到该工程而言,则有如下具体特征。
高地应力:主要受水平向应力影响,推测最大应力42.3兆帕,强岩爆风险洞段长1公里,极严重软岩变形风险洞段长4.5公里。
高水压:岩溶水和裂隙水丰富,按《水利水电工程地质勘察规范》相关要求折减计算,外水压力1兆帕以上洞段长度25.5公里,最大外水压力4.9兆帕。
高地温:地温28℃以上洞段长32.9公里,占比16.9%,推测最高温度达40℃。
断层多:穿越56条断层,其中主要区域性断裂有7条,宽度在70至260米之间,单条断层最宽为城口—房县断裂,约260米。另外,还有一个断裂构造带——青峰断裂带,穿越距离约6100米,包含11条断层。
地下水多:年均降雨量超过1000毫米,沿线分布大量泉眼,穿越雾渡河、黄柏河、霸王河、沮河、南河、北河等6条河,白水峪、潭口、梅子沟、龙王庙等4个水库,地下水丰富。推测涌水量每天每米大于3.6立方米洞段长度49.2公里。
软岩多:软岩洞段长58.5公里,占比30.1%,其中存在中等及以上软岩变形风险的洞段长度27.1公里。
为更好应对这些工程技术难题,科研人员积极组织开展科研攻关工作。
比如针对突泥涌水和坍塌等问题,加强TBM等技术装备研究。重点开展TBM功能优化研究工作,大幅提高TBM适应能力,通过优化装备技术解决工程难题。
预警措施也必不可少,加强超前地质预报研究,对不良地质体做到提前预判、准确定位,为提前处理风险隐患提供保障。
该项目建设完成后,将创造六个国内之最:
一、国内在建长度最长的有压引调水隧洞,工程单洞距离长194.3公里;
二、国内在建洞径最大的长距离引调水隧洞,等效洞径10.2米;
三、国内在建引流量最大的长距离有压引调水隧洞,最大引水流量212立方米每秒;
四、国内在建一次性投入超大直径TBM施工最多的隧洞,直径12米级TBM数量10台;
五、国内在建洞挖工程量最大的引调水隧洞,单洞洞挖总量近3000万立方米;
六、国内在建综合难度最大的长距离引调水隧洞,最大埋深1230米,埋深超过600米的洞段占36.4%,面临强岩爆、突泥涌水、大断裂、软岩变形、高温、有害气体等多重挑战。
引江补汉工程实施后,充分利用现有中线一期总干渠输水能力,北调水量可由一期工程规划的多年平均95亿立方米增加至115.1亿立方米。
未来,引江补汉工程将与南水北调已建工程一道,构筑国家水网的主骨架和大动脉,同多项调水工程协同运作,一同编织国家水网,描绘中华民族治水的世纪画卷。
南水北调与我国部分调水工程示意图▼