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地理小博士2017年論文
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論跨流域調水工程
水是萬(wàn)物之源。地球的表面,70%覆蓋著(zhù)水,但其中的97%是人類(lèi)無(wú)法直接飲用或使用的海水,在余下的3%的非咸水中,僅有1/3可以供人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用。即便是如此之少的淡水,在分布上也極不均衡。目前,世界有26個(gè)國家2.32億居民處于經(jīng)常缺水的狀況,還有4億居民已面臨“水危機”。缺水,已對人類(lèi)的生存和發(fā)展敲起了警鐘;缺水,已成為制約區域經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”。發(fā)生在現代的水資源危機是人類(lèi)生存又一次面臨的嚴峻問(wèn)題。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展,僅憑流域內調水已難以滿(mǎn)足經(jīng)濟發(fā)達地區的用水需求,迫切需要跨流域調水?缌饔蛘{水就是為解決水資源在時(shí)間、空間分布上的不均或資源性的短缺而采取的水資源優(yōu)化配臵工程措施。隨著(zhù)人口的增長(cháng)和經(jīng)濟的發(fā)展,水資源問(wèn)題已經(jīng)成為制約人類(lèi)21世紀生存與可持續發(fā)展的瓶頸因素,水資源分布不均勻性與人類(lèi)社會(huì )需水均衡性的客觀(guān)存在使得調水成為必然。世紀50年代以后,國外提出了許多調水規劃。據不完全統計,目前世界上24個(gè)國家已建、在建或擬建的大型跨流域調水工程有160多項,遍布世界各個(gè)地區。半個(gè)多世紀來(lái),國內外專(zhuān)家學(xué)者提出了許多跨流域調水工程規劃、管理運行的決策模型與方法,歸納起來(lái)可分為兩大類(lèi):一是通過(guò)各種方法對復雜跨流域調水系統進(jìn)行簡(jiǎn)化后,采用單一的數學(xué)規劃模型或模擬模型進(jìn)行跨流域調水工程的規劃、管理運行決策研究;二是直接采用大系統優(yōu)化決策模型和方法,通過(guò)先建立各種類(lèi)型的大系統遞階結構模型,然后再運用多種數學(xué)規劃或模擬技術(shù)(含自?xún)?yōu)化模擬技術(shù))相結合的求解方法,進(jìn)行該類(lèi)工程的規劃管理決策研究。近些年來(lái),隨著(zhù)模糊數學(xué)、決策支持系統與專(zhuān)家系統、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等新型理論、方法的不斷發(fā)展和完善,人們開(kāi)始探索這些新的理論、方法在跨流域調水工程規劃管理決策研究中應用的可能性。如Jamieson等人從一般的跨流域調水系統的規劃、設計和管理決策過(guò)程出發(fā),建立了跨流域調水規劃的混合決策模型結構,并建議采用混合整數規劃模型優(yōu)選系統結構、模擬模型設計所含工程設施的尺寸大小、動(dòng)態(tài)規劃方法進(jìn)行系統實(shí)時(shí)決策研究等等。
1工程實(shí)例
1.1以色列北水南調工程 以色列極度缺水,而且水資源南少北多。它的北水南調工程的主輸水管長(cháng)約300公里,管徑2.2~2.8米,途經(jīng)多座加壓泵站,分支管道總長(cháng)逾1萬(wàn)公里,年供水量14億立方米。工程不但帶動(dòng)了南部經(jīng)濟發(fā)展,而且把大片荒漠變?yōu)榫G洲,擴大了以色列的生存空間。
1.2 澳大利亞雪山工程 澳大利亞氣候干旱,水資源相對短缺,為此修建了雪山工程。它在雪山山脈的東坡建庫蓄水,將斯諾伊河的多余水量引向西坡,在調水沿途利用落差發(fā)電。雪山工程是世界上最復雜的大型水電工程之一,包括7個(gè)水電站、80公里引水管道、11條共145公里壓力隧洞、 16座大壩、1座泵站、510公里高壓電網(wǎng)等,年供水23.6億立方米,灌溉總面積26萬(wàn)公頃。在它的幫助下,西部水質(zhì)也大為改善,生態(tài)環(huán)境變得更加宜人。
1.3美國加州北水南調工程 美國西部干旱缺水,為此先后建成十幾項調水工程,其中最具代表性的就是著(zhù)名的加州北水南調工程。加州北部雨水豐沛,薩克拉門(mén)托河常常洪水肆虐;南部則是天干地裂土冒煙,卻住著(zhù)全州2/3的人口,水資源分配也極度不均。早在1919年,就有地質(zhì)學(xué)家提出北水南調的想法。二戰后,加州經(jīng)濟發(fā)展,缺水問(wèn)題愈加嚴重,調水工程提上議程。為此,加州的南、北方爭吵不休,媒體也推波助瀾,公開(kāi)號召選民反對州的調水計劃。1960年,加州就此舉行全民公決,結果51%贊成,49%反對,贊成票只比反對票多了17萬(wàn)張。引起人們注意的是,在大部分縣投票反對的北部供水區,也有1個(gè)縣的贊成票超過(guò)50%,這是因為該縣居民認識到,工程確實(shí)也有利于防洪和減少損失。工程于1973年竣工,1990年達到設計輸水能力。該工程至今仍在不斷擴展和完善,工程發(fā)電量在2002年即已達到85.7億千瓦時(shí),使以洛杉磯市為中心的廣大地區受益,受益人口高達2300萬(wàn)。目前,加州的人口、經(jīng)濟實(shí)力、灌溉面積、糧食產(chǎn)量全部位居美國第一,洛杉磯更是發(fā)展為美國第二大城市。當年許多投票反對的居民也不得不承認,北水南調工程對加州經(jīng)濟起飛的貢獻,確實(shí)功不可沒(méi)。
1.4俄羅斯莫斯科運河工程 1930年,莫斯科的水資源開(kāi)發(fā)殆盡后,前蘇聯(lián)開(kāi)始興建莫斯科伏爾加運河(1947年后改稱(chēng)莫斯科運河),不僅為首都莫斯科市提供了穩定水源,而且顯著(zhù)改善了莫斯科河的水質(zhì)及城市景觀(guān)
1.5埃及西水東調工程 埃及有96%的國土是沙漠。為了開(kāi)發(fā)西奈半島,修建了西水東調工程。主干線(xiàn)長(cháng)262公里,設有7級提水泵站,年供水量超過(guò)40億立方米。它為西奈半島提供了寶貴的水資源,促進(jìn)西奈的全面發(fā)展。對埃及整體經(jīng)濟發(fā)展也做出了巨大貢獻。
2影響
2.1減少調出水地區的洪澇災害對于水量輸出區,嚴重的洪澇災害可以說(shuō)是最大的生態(tài)環(huán)境災難。輸水工程在水量輸出區具有明顯的防洪效益,其防洪作用本質(zhì)上就是減輕生態(tài)環(huán)境災難的發(fā)生。
2.2改善輸水通過(guò)區氣候環(huán)境、地下水和水質(zhì)狀況 輸水工程有利于改善兩岸沿線(xiàn)氣候、環(huán)境,尤其有利于沿線(xiàn)地下水的補充。而輸水渠道對自然生態(tài)環(huán)境更大的影響在于對土地生態(tài)系統的影響,許多荒原、沙漠、沿岸地帶經(jīng)過(guò)灌溉成為肥沃良田、菜地、林場(chǎng)和果園,兩岸沿線(xiàn)地下水位普遍升高,對地下水超采地區是一個(gè)有益的補充。
2.3緩解調入水地區的生態(tài)危機 調水可以使缺水地區增加水域,導致水圈和大氣圈、生物圈、巖石圈之間的垂直水氣交換加強,有利于水循環(huán),改善受水區氣象條件,緩解生態(tài)缺水問(wèn)題。另外,調水還可以增加受水區地表水補給和土壤含水率,形成局部濕地,有利于凈化污水和空氣,匯集、儲存水分,補償調節江湖水量,保護瀕危野生動(dòng)植物。
2.4不利影響輸水工程同時(shí)會(huì )導致調水江河流量減少,產(chǎn)生河口咸水倒灌,破壞河口生態(tài)系統;引起調出水區生態(tài)環(huán)境用水不足;發(fā)生“水華”泛濫,藻類(lèi)繁殖,江水腥臭變色;河道過(guò)流條件惡化;調水區下游及河口地區工農業(yè)水源枯竭,水質(zhì)惡化等。
3 結論
3.1我國存在著(zhù)水資源諸多問(wèn)題,資源性缺水、時(shí)空性缺水、污染性缺水、浪費性缺水、區域水資源短缺以及人均水資源量嚴重不足,已嚴重影響和制約社會(huì )經(jīng)濟的可持續發(fā)展。在某一時(shí)期、某一區域,采取跨流域調水工程,這是可持續發(fā)展的戰略措施,是必要的。
3.2跨流域調水是一項改造自然的舉措,牽涉到地理、環(huán)境、社會(huì )、經(jīng)濟、文化、歷史、法權以及可持續發(fā)展等問(wèn)題,是多學(xué)科、多部門(mén)、多地區綜合研究的對象。只有廣泛而深入地研究論證,才能趨利避害。只有注重水資源與水環(huán)境的承載能力研究,才能促使水資源的可持續利用。
3.3生態(tài)環(huán)境問(wèn)題是調水工程規劃設計應重視的問(wèn)題,應做好工程環(huán)境影響評價(jià),權衡利弊;工程實(shí)施前后以至工程建成運行的整個(gè)過(guò)程中,自始至終都應嚴加管理,減小污染破壞;不同的引水工程有其獨特性,對環(huán)境不利影響可能不同,影響的大小也不一樣,因此要具體問(wèn)題具體分析,環(huán)境影響的具體評價(jià)方法很多,選用時(shí)要注意方法的綜合性、靈活性和目的性,才能較準確地查出真正的影響,抓住臨界的影響,評價(jià)影響的實(shí)際大小和識別總的影響。
3.4跨流域調水有其優(yōu)勢,而工期長(cháng)、耗資多,又是其弱勢,也并非解決水荒的惟一途徑。節流和水資源可持續利用的科學(xué)管理同等重要。解決水資源時(shí)空分配的不均是實(shí)施工程調水的一大前提。就水量而言,確定一個(gè)地區是否需要調水需分析調入區缺水的性質(zhì)。屬于資源缺水型為主的地區,調水的必要性比較容易確定;不完全屬于資源型缺水的地區,調水的必要性須作充分的論證;完全不屬于資源型缺水的地區,則無(wú)調水的必要。因此,地區的缺水問(wèn)題,要判斷其性質(zhì),并且根據經(jīng)濟與社會(huì )的近期與遠期需求進(jìn)行周密的區域水資源供需平衡分析,以確定調水的合理規模。同時(shí),跨流域調水對于調入區來(lái)說(shuō),是一種重要的開(kāi)源,而開(kāi)源又必須在節流的前提下進(jìn)行。在多數情況下,調水應是對當地水源的補充。只有實(shí)現了地區的節流,充分挖掘地區水資源潛力之后,實(shí)施調水才是最經(jīng)濟、最合理的。挖潛與節流并舉的對策,既可緩解調水工程實(shí)施前的缺水壓力,又能減小調水工程的規模,從而減少水量調出區的利益損失和整個(gè)工程的環(huán)境負效益。
3.5節水和治污是解決水資源合理配臵和持續利用的兩大問(wèn)題。社會(huì )和經(jīng)濟的可持續發(fā)展受制于地區水資源承載能力和水環(huán)境承載能力,而節流就是提高水資源承載能力和水環(huán)境承載能力的最直接和最主要的方法。防污治污是水資源保護管理的永恒主題,必須解決污水處理問(wèn)題。特別在水資源短缺且污染嚴重的地區,不治污是沒(méi)有出路的。在調水工程建設就要遵循“三先三后”原則,即“先節水后調水,先治污后通水,先環(huán)保后用水”的原則。
3.6調水水量應合理。①當地水和外調水都是可貴的水資源,要統一考慮,進(jìn)行合理配臵。原則上應是在充分、合理利用當地水資源的基礎上考慮外調,否則,外調愈多,浪費愈甚,污染愈劇。②生態(tài)環(huán)境用水,一定要給予滿(mǎn)足,在耗水量計算中,植被、造林、綠化等需水量必須計入,超采的地下水必須補回,對地下水的開(kāi)采利用必須做到在長(cháng)系列中維持平衡,豐水年回灌,枯水年臨時(shí)超采。各河道要在一定季節維持一定流量,不使河道長(cháng)期斷流、萎縮、淤高和導致河口地區情況惡化。③要遵循以供定需的原則,變供水管理為需水管理,通過(guò)需水管理調整產(chǎn)業(yè)結構,不能讓耗水產(chǎn)業(yè)大量無(wú)限制地發(fā)展。④在確定可調水量的過(guò)程中必然遇到調水輸出區與調水輸入區之間用水利益沖突,原則上應以不影響輸出區現狀與未來(lái)用水需要為原則,或者用補償的辦法減少對調出區的影響以保證調出區的利益。
3.7水資源的所有權屬于國家,這要求及其水行政主管部門(mén)在水資源的開(kāi)發(fā)、利用、保護和管理上,應起到宏觀(guān)調控作用,指導和調節流域性的經(jīng)濟可持續發(fā)展規劃,依法治水,防污、節流,以達到水資源的優(yōu)化配臵和可持續利用。這包括:制訂有關(guān)的水利政策、制訂和建立相應的法律保障體系、管理設立及行業(yè)準入等等。
3.8跨流域調水應以水權為基礎。當前,水作為一種資源,已日益突顯其重要性。作為一種資源,水具有地域性。從一區域引調水到另一區域,是以犧牲前者水權益為代價(jià)的,按照市場(chǎng)經(jīng)濟規律,受益區域應支付等價(jià)利益。在不侵犯原有水權者利益的前提下,通過(guò)水權交易,改善水資源的配臵,從而實(shí)現“雙贏(yíng)”。水資源使用的有償性,要求實(shí)現水資源和水權的有償交易,形成水交易市場(chǎng),并建立起以水權、水市場(chǎng)理論為基礎的水資源管理體制,充分發(fā)揮市場(chǎng)機制的作用,讓經(jīng)濟手段在水資源配臵中起重要作用。
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