引江補(bǔ)漢工程總體布局論證概述

王 磊，藺秋生，趙 健

（1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，430010，武漢；2.長江水利委員會規(guī)劃計(jì)劃局，430010，武漢）

南水北調(diào)中線工程前期工作始于20世紀(jì)50年代初，數(shù)十家規(guī)劃設(shè)計(jì)單位、科研院所歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)廣泛深入的勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)研究工作，完成了工程設(shè)計(jì)方案，并于2014年建成通水。南水北調(diào)中線前期工作中，水源方案更是歷經(jīng)長期研究、反復(fù)比選，最終確定了近期從漢江丹江口水庫取水，遠(yuǎn)期根據(jù)黃淮海平原的需水要求從長江三峽庫區(qū)調(diào)水到漢江的方案。21世紀(jì)以來，在中線工程水源方案研究成果的基礎(chǔ)上，水利部組織長江水利委員會（以下簡稱長江委）持續(xù)開展了長江三峽庫區(qū)調(diào)水到漢江（引江補(bǔ)漢工程）的前期工作。中線工程通水以后，為提高中線一期工程水源保證率，改善枯水年漢江流域用水矛盾，2017年水利部組織開展了引江補(bǔ)漢工程規(guī)劃，并于2019年年底同步開展了引江補(bǔ)漢工程可行性研究工作。

一、研究基礎(chǔ)

2002年國務(wù)院批復(fù)的《南水北調(diào)中線工程規(guī)劃報(bào)告（2001年修訂）》專題報(bào)告之一《水源工程建設(shè)方案比選》，研究了大寧河調(diào)水入漢江、香溪河引江濟(jì)漢、龍?zhí)断认驖h江補(bǔ)水的方案，同時(shí)復(fù)核了三峽建設(shè)委員會提出的小江引水方案。

大寧河調(diào)水入漢江方案從重慶市巫山縣大昌湖白沙坡提水至漢江支流堵河潘口水庫（正常水位355 m），輸水隧洞長82 km，泵站揚(yáng)程245 m。香溪河引江濟(jì)漢方案在興山縣城下游6 km的泗湘溪村李家灣，用長隧洞穿越江漢分水嶺荊山山脈引水至喻家灣入漢江，線路長144 km，全為隧洞。龍?zhí)断桨篙斔汕鹩谌龒{壩址上游龍?zhí)断浇?，向東穿過鄂西山地東部邊緣，經(jīng)當(dāng)陽、荊門、南漳、谷城、丹江口過漢江至南陽市淅川縣與中線總干渠連接，線路長326 km，其中明渠長142 km、隧洞長131 km、渡槽長53 km。小江提水方案從三峽庫區(qū)重慶市開州區(qū)小江左岸白家溪附近引水，經(jīng)泵站提水至城口縣岔溪口進(jìn)入堵河支流任河，泵站提水揚(yáng)程380 m，引水線路長120 km。

上述方案中大寧河提水方案線路短、揚(yáng)程相對較低、經(jīng)濟(jì)性好，小江提水方案的線路長度、提水揚(yáng)程等指標(biāo)不如大寧河提水方案；香溪河和龍?zhí)断桨敢蚴墚?dāng)時(shí)深埋長隧洞施工技術(shù)水平制約，未開展深入研究。中線工程規(guī)劃修訂時(shí)認(rèn)為這些方案的工作深度均不夠，許多問題待勘察、分析和研究，建議作為中線工程后續(xù)水源的比選方案，待條件成熟后再進(jìn)行深入研究。

二、工程總體布局論證概述

1.工程規(guī)劃階段

規(guī)劃階段在以往工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)新形勢新要求，以及近些年相關(guān)水利工程規(guī)劃和調(diào)水工程建設(shè)情況，引江補(bǔ)漢工程布局綜合比選了提水至漢江丹江口水庫壩上的方案（以下簡稱壩上方案）、引水自流至丹江口水庫壩下的方案（以下簡稱壩下方案）以及壩下自流引水和壩上提水相結(jié)合的雙線引水方案（以下簡稱壩上壩下結(jié)合方案）三類方案。

（1）壩上方案

壩上方案研究了小江、大寧河、神農(nóng)溪、歸州4個(gè)提水方案。其中小江提水方案和神農(nóng)溪提水方案，提水揚(yáng)程、輸水線路長度、地質(zhì)和施工條件均與大寧河提水方案相當(dāng)，但上述2個(gè)方案水源和線路均涉及環(huán)境敏感區(qū)核心區(qū)和緩沖區(qū)，存在重大環(huán)境制約。因此，壩上方案重點(diǎn)比選了大寧河提水方案和歸州提水方案。

①大寧河提水方案

規(guī)劃暫以大寧河兩站兩庫方案為代表方案，在長江三峽庫區(qū)大寧河大昌湖建設(shè)關(guān)門巖泵站提水至紅巖河水庫（新建）后，經(jīng)隧洞自流輸水至巫溪縣大寧河上的觀音閣水庫（新建），再在觀音閣水庫庫尾建設(shè)荊竹壩泵站提水入漢江支流堵河潘口水庫，經(jīng)堵河流入丹江口水庫；關(guān)門巖和荊竹壩泵站提水揚(yáng)程分別為176 m和64 m，輸水線路全長105 km，其中隧洞長84 km，利用天然河道21 km。

②歸州提水方案

丹江口水庫正常蓄水位170 m，死水位150 m，極限消落水位145 m。三峽水庫正常蓄水位175 m，防洪限制水位145 m。從三峽水庫提水至丹江口水庫凈揚(yáng)程0～25 m。因此，研究了從歸州提水入丹江口水庫方案。提水泵站位于歸州取水口后側(cè)山體內(nèi)，歸州泵站提水至高位水池，再向北經(jīng)湖北省秭歸縣、興山縣、保康縣、谷城縣、丹江口市，自流至丹江口水庫南岸譚卡子楊柳河入丹江口水庫，總提水揚(yáng)程約91 m，輸水線路長約194 km。

（2）壩下方案

①三峽歸州自流引水方案

三峽歸州自流引水方案經(jīng)綜合比選，選擇施工條件和地質(zhì)條件相對較好的東線方案。取水口位于長江干流北岸歸州鎮(zhèn)上游2.5 km，線路出口位于丹江口壩下右岸潘家?guī)r村安樂河口。輸水線路從歸州取水口取水后，向北經(jīng)湖北秭歸縣、興山縣、?？悼h、谷城縣、丹江口市自流至丹江口大壩下游潘家?guī)r村安樂河口入漢江，線路長約194 km。

②龍?zhí)断粤饕桨?/p>

引江補(bǔ)漢工程規(guī)劃階段對長江委20世紀(jì)50年代提出的“明渠+隧洞”方案復(fù)核后，結(jié)合城鎮(zhèn)發(fā)展、地形地質(zhì)條件、環(huán)境敏感區(qū)、施工條件，經(jīng)多方案比選后，推薦從三峽大壩上游7 km的龍?zhí)断∷?，向北?jīng)宜昌夷陵區(qū)、遠(yuǎn)安縣、南漳縣、谷城縣引江水至丹江口水庫壩下安樂河口入漢江，線路全長211 km。

（3）壩上壩下結(jié)合方案

壩上壩下結(jié)合方案為雙線引水方案，即分別從大寧河觀音閣水庫提水入丹江口水庫上游堵河和從三峽水庫自流引水至丹江口大壩下游入漢江。大寧河水質(zhì)好，年均徑流相對較大，調(diào)水無環(huán)境制約因素。因此，壩上規(guī)劃從觀音閣水庫調(diào)大寧河水至堵河潘口水庫，經(jīng)堵河入丹江口水庫，輸水隧洞長63 km。壩下采用三峽歸州自流引水方案，從三峽歸州自流引江水至丹江口壩下安樂河口，線路長194 km。

（4）規(guī)劃階段比選結(jié)論

①壩上提水入丹江口水庫的方案調(diào)度相對靈活，但提水運(yùn)行成本較高，存在丹江口水庫水質(zhì)降類風(fēng)險(xiǎn)。其中，大寧河提水方案一次性投資較省，但無法兼顧沿線湖北受水區(qū)的用水需求;歸州提水方案可兼顧沿線湖北受水區(qū)的用水需求，但工程一次性投資較高。

②壩下自流方案可兼顧沿線湖北受水區(qū)的用水需求，無丹江口水庫水質(zhì)降類風(fēng)險(xiǎn)，但遇枯水年時(shí)增加丹江口水庫北調(diào)水量難度較大。其中，歸州自流方案運(yùn)行費(fèi)用最低，但對漢江中下游水質(zhì)影響較大;龍?zhí)断粤鞣桨笇h江中下游水質(zhì)影響相對較小，但工程線路長、投資較大。

③壩上壩下結(jié)合方案可調(diào)大寧河水入丹江口水庫，增加枯水年水庫的調(diào)配能力，還可兼顧湖北、重慶等多方利益，但工程雙線施工，輸水線路較長，也存在提水運(yùn)行成本較高的問題。

④經(jīng)初步分析，規(guī)劃階段暫按三峽歸州自流引水至丹江口水庫壩下方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。下階段應(yīng)對壩上壩下結(jié)合方案、壩下歸州自流、壩下龍?zhí)断粤鞯确桨高M(jìn)行同等深度研究，并綜合考慮施工技術(shù)條件、供水配套工程投資等因素進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，合理論證工程總體布局方案。

2.引江補(bǔ)漢工程可研階段

可行性研究階段在以往成果的基礎(chǔ)上，按照同等勘察設(shè)計(jì)深度比選了壩上、壩下和壩上壩下結(jié)合三類方案。

（1）壩上方案

經(jīng)進(jìn)一步分析比選，壩上方案以大寧河提水方案為代表方案，在長江三峽庫區(qū)大昌湖北岸建設(shè)關(guān)門巖泵站提水后經(jīng)關(guān)觀隧洞（長約25 km）進(jìn)入觀音閣水庫，再在庫尾建設(shè)荊竹壩泵站提水經(jīng)荊潘線（長65 km）輸水入漢江支流堵河潘口水庫，再經(jīng)堵河流入丹江口水庫。建設(shè)項(xiàng)目包括水源工程和輸水工程，輸水工程由關(guān)門巖泵站、觀音閣水庫和荊竹壩泵站組成。輸水工程由關(guān)觀隧洞和荊潘隧洞組成。

（2）壩下方案

根據(jù)地形地質(zhì)、環(huán)境敏感區(qū)分布、施工條件和征地移民等因素，以補(bǔ)水效益一致為原則，對規(guī)劃階段的線路方案優(yōu)化調(diào)整后，擬定了歸安線、龍安1線、龍安2線和龍安3線四個(gè)線路方案。歸安線為規(guī)劃階段歸州自流引水方案局部優(yōu)化方案。龍安1線、2線和3線均從三峽大壩上游7 km左岸龍?zhí)断∷?，均在丹江口水庫壩下安樂河口入漢江；其中，龍安1線結(jié)合歸安線優(yōu)點(diǎn)充分利用較好巖體布置，龍安2線為規(guī)劃階段龍?zhí)断粤饕桨妇植績?yōu)化線路，龍安3線位于江漢平原西側(cè)崗地，向江漢平原補(bǔ)水的條件較好。

歸安線、龍安1線、龍安2線和龍安3線輸水總干線均采用有壓單洞自流輸水，多年平均引江水量均為39億m3，根據(jù)三峽水庫水位不同，入漢江流量均為170～212 m3/s，線路長度分別為192km、195km、216km、233km，過水洞徑分別為10.2m、10.2m、10.35m、10.5 m，最大埋深分別為1 656 m、1 182 m、1 285 m、1 037 m，與工程區(qū)“西高東低”地形特點(diǎn)一致，Ⅳ、Ⅴ類圍巖長度分別為130.1 km、86.1 km、125.7 km、116.6 km，強(qiáng)可溶巖洞段長度 分 別 為10.0 km、5.4 km、42.5 km、60.6 km；湖北省宜昌市、荊門市和襄陽市沿線受水區(qū)位于輸水總干線的東側(cè)，因此各方案沿線補(bǔ)水工程線路長度分別為214.0 km、206.3 km、140.7 km、123.2 km，補(bǔ)水線路長度由西向東逐漸減少。

四個(gè)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)均可行，各有優(yōu)缺點(diǎn)。綜合來看，歸安線線路最短，但隧洞埋深大，圍巖以Ⅳ、Ⅴ類為主，強(qiáng)巖爆及圍巖穩(wěn)定問題突出，施工風(fēng)險(xiǎn)高，施工支洞布置條件差、工期長，投資較高。龍安2線和龍安3線總體埋深及連續(xù)深埋洞段長度較小，施工支洞布置條件相對較好，但輸水線路長，且穿越青峰斷裂帶和裸露型強(qiáng)巖溶區(qū)洞段長，涌水突泥問題突出，施工風(fēng)險(xiǎn)高，投資大。龍安1線長度與歸安線相當(dāng)，但隧洞埋深顯著降低，且圍巖以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主，圍巖穩(wěn)定性相對較好；相比龍安2線和龍安3線，雖然總體埋深較大，但線路基本避開了強(qiáng)巖溶區(qū)，穿越青峰斷裂帶的長度也短，施工風(fēng)險(xiǎn)相對較低，施工工期相對可控，總投資最省。經(jīng)綜合比較，龍安1線作為壩下方案的代表線路。

（3）壩上壩下結(jié)合方案

壩上壩下結(jié)合方案為雙線引水方案，由壩上大寧河觀音閣提水工程和壩下自流引水工程兩部分組成。根據(jù)壩下方案比選，壩下自流引水工程輸水線路同壩下代表方案龍安1線，從三峽庫首龍?zhí)断粤饕恋そ趬蜗掳矘泛涌谌霛h江，多年平均調(diào)水量33.4億m3。觀音閣提水工程，從大寧河觀音閣水庫提水入堵河潘口水庫，多年平均引水量6億m3。

（4）可研階段方案比選結(jié)論

壩上方案、壩下方案和壩上壩下結(jié)合方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 總體布局比選方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)主要指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

①補(bǔ)水效益方面。壩上、壩下和壩上壩下結(jié)合方案，中線多年平均北調(diào)水量均為115億m3，丹江口水庫來水特枯年份中線調(diào)水量分別為92.7億m3、89.0億m3、90.2億m3，無顯著差異，三個(gè)方案補(bǔ)水效益相當(dāng)。

②經(jīng)濟(jì)性方面。壩上方案工程投資最省，但需提水運(yùn)行，供水成本最高；壩上壩下結(jié)合方案投資最大，也需提水；壩下方案投資居中，全程自流，經(jīng)濟(jì)性最好。

③水質(zhì)影響方面。壩上方案提水入丹江口水庫，存在使丹江口水庫水質(zhì)降類風(fēng)險(xiǎn)，近期不宜實(shí)施；壩下和壩上壩下結(jié)合方案均存在使?jié)h江中下游總磷含量升高風(fēng)險(xiǎn)，但丹江口水庫水質(zhì)不降類。

三個(gè)方案技術(shù)上均有較大難度。壩上方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)無優(yōu)勢；壩上壩下結(jié)合方案投資最高，經(jīng)濟(jì)性差；壩下方案技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)相對可控，經(jīng)濟(jì)性最好，供水成本最低，因此推薦壩下方案。

引江補(bǔ)漢工程建成后，建議根據(jù)北方受水區(qū)需水情況，以及漢江中下游生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)進(jìn)展，結(jié)合三峽水質(zhì)改善情況，繼續(xù)研究壩上大寧河調(diào)水等漢江補(bǔ)水方案。

三、結(jié) 語

引江補(bǔ)漢工程項(xiàng)目前期階段，根據(jù)已有的研究基礎(chǔ)對壩上、壩下、壩上壩下結(jié)合三類工程布局方案進(jìn)行了深入比選，在論證期間也根據(jù)有關(guān)方面意見研究分析了壩上大寧河提水與抽水蓄能結(jié)合方案、壩下漢江河道分級提水結(jié)合壩下方案、壩上壩下調(diào)水規(guī)?；鞠嗤膲紊蠅蜗陆Y(jié)合方案、引嘉入漢壩上方案等其他比選方案。

引江補(bǔ)漢工程是戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施，涉及范圍大，各方面高度關(guān)注，工程布局論證始終堅(jiān)持“生態(tài)優(yōu)先、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、兼容并包”的原則，根據(jù)工程建設(shè)任務(wù)論證分析比選各種可能的方案，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境影響、建設(shè)條件、移民占地等多方面因素選擇布局方案。

從長期看，壩下方案自流引水，供水成本低，對丹江口水質(zhì)無影響，移民搬遷人數(shù)少，工程技術(shù)不存在難以克服的技術(shù)難題。根據(jù)目前的地質(zhì)勘察成果，與其他壩下線路相比，龍安1線雖經(jīng)過青峰斷裂帶、聚龍山復(fù)式向斜強(qiáng)巖溶區(qū)等，但強(qiáng)巖溶段相對較少，且為埋藏型巖溶，巖爆相對較弱，軟巖大變形相對不太集中，綜合對比分析，引江補(bǔ)漢工程推薦壩下龍安1線方案是合理可行的。