第1章 概述

1.1 调水工程概述

水是一切生命之源，也是人类社会与经济发展的基础。在人类赖以生存的地球上，虽然七成以上的表面积被水覆盖，总水量约为14亿km³，但是其中97.47%是咸水，只有2.53%是淡水。而且，将近70%的淡水冻结在南北极冰盖和高山冰川中，其余的大部分是土壤中的水分或是深层地下水，人类难以开采和利用。江河、湖泊、水库中的水及浅层地下水等水源虽易于为人类直接开采使用，但其数量不足地球总水量的1%。

地球淡水资源不仅短缺，而且地区分布极不均衡。从全球径流的分布看，亚马逊河携带着全球16%的径流，而世界上占陆地面积40%的干旱与半干旱地区的径流仅占全球径流的2%。按世界各国的淡水资源分布来说，地球上65%的淡水集中在10个国家，而占人口40%的80个国家却严重缺水，其中有26个国家将近3亿人口极度缺水。预计到2025年，全球将会有30亿人面临缺水，40个国家和地区严重缺水。

就单一国家来讲，其水资源的分布也是极不均衡。我国水资源总量丰富，多年平均水资源总量为28.12亿m³，多年平均年径流量居世界第五位，但人均占有量仅为2163m³，为世界人均占有量的1/4，是全球13个贫水国之一。由于受大陆季风性气候的影响，我国水资源在季节上的分布极不均匀，连年干旱或连年洪涝也时有发生；在地域分布上，由于中国的地势为西高东低，水汽输送主要路径则由东向西，主要靠位于大陆东南部的太平洋输送水汽，长江、珠江、松花江水资源较丰富，多年平均年径流量达13000亿m³以上，而黄河、淮河、海河、辽河的水资源则十分紧缺。地势与水汽输送路径共同作用，使中国水资源的分布为南多北少，而人们赖以生存的耕地分布却是南少北多。南方雨水多，北方雨水少，造成北方地区水资源十分短缺。水、土资源配合欠佳的状况，加剧了中国北方地区缺水的程度。

20世纪以来，随着全球人口的急剧增长，工业、农业和城市化的不断发展，以及经济全球化进程的加快，人类对淡水的需求量与日俱增。虽然地球上仍然有大量水资源可以利用，但是淡水资源分布不均衡的状况，严重制约了区域经济的发展，特别缺水的某些地区甚至已陷入生存的困境。在这种形势下，修建调水工程，调出多水地区的水资源补充干旱和半干旱地区，就自然成为重新分配水资源、缓解缺水地区供需水矛盾、保证经济社会可持续发展的主要途径。

1.1.1 调水工程的分类

广义地讲，调水工程就是指为了补偿缺水（或引出多余的水）而更有效、更完全地利用水资源，从任何一个水源（河流、水库、湖泊、海湾、河口）取水，并沿着河槽、渠道、隧洞或管道送给用户所修建的水利工程。而在两个或多个流域之间的水体转移被称之为“跨流域调水”，为此所兴建的一系列工程即为“跨流域调水工程”。

世界各国评价调水工程规模的标准不尽相同，由杨立信等编译的《国外调水工程》对此有比较系统的阐述。从调水工程技术的复杂性、工程造价以及对自然环境的影响程度来看，调水量和调水距离是径流调配工程最重要、最有意义的两个特征值。因此，评价调水工程的规模一般采用综合指标，就是年调水量W与调水距离L的乘积WL。调水工程的规模分类见表1.1。

1.1.2 大型长距离调水工程的特点

大型长距离调水工程，其特点是规模大、距离长，正是由于工程规模和调水距离超出一般的引水工程，使得大型长距离调水工程具有普通引水工程所不具备的特点。

（1）工程类型多。对大型长距离调水工程，由于工程所经地域的地质条件复杂、地形千变万化，使得一项上规模的调水工程几乎囊括了所有已知的水利工程建筑类型，包括山区水库、平原水库、输水明渠、水电站、隧洞、渡槽、倒虹吸、拦河引水闸、泵站、输变电工程、防洪堤及桥涵闸等渠系建筑物，可以说是现代水利工程建筑的博物馆。

（2）建设管理难度大。大型长距离调水工程一般跨流域、跨区域，是一个复杂的系统工程，除了主体工程建设面临很多技术难题以外，还涉及征地移民、生态与环境保护、众多地区部门职责和利益关系的调整，建设难度很大。

（3）效益综合化。大型长距离调水工程的另一主要特点是其效益的综合化。通过水资源在更大区域的科学配置，综合发挥经济效益、社会效益和生态效益。

1.1.3 国内外调水工程

跨流域调水，是实现水资源在一个国家或一个特定区域内优化配置的重要手段，世界各国尤其是一些发达国家普遍采用了这一手段。根据资料，世界上40个国家建成了350余项不同规模的调水工程（不包括干渠长度在20km以下、年调水量在1000万m³以下的极小型调水工程）。随着时间的推移和科学技术的不断进步，调水工程的调水量越来越大，调水距离越来越长，工程技术越来越复杂，工程管理难度也越来越大。据不完全统计，目前世界已建、在建和拟建的大型跨流域调水工程已达160多项，分布在24个国家。地球上的大江大河，如印度的恒河、埃及的尼罗河、南美的亚马逊河、北美的密西西比河等，都建有大型调水工程。截至2002年，国外调水工程总的调水量应在5972亿m³/a以上，其中美国、加拿大、苏联、巴基斯坦、印度等5个国家的调水总量占世界调水总量的80%以上。

目前，美国已建成跨流域调水工程10多项，如联邦中央河谷工程、加利福尼亚州北水南调工程、向洛杉矶供水的科罗拉多河水道工程、科罗拉多河-大汤普森工程、向纽约州供水的特拉华调水工程和中央亚利桑那工程等。这些调水工程的年调水总量为200多亿m³，主要为灌溉和供水服务，兼顾防洪与发电。其中，最大的调水工程为1937年兴建的联邦中央河谷工程，该工程年调水量134亿m³，引水线路长986km。

澳大利亚为解决墨累河及其支流马兰比吉河的干旱缺水问题，开发利用雪山河水资源，1949年开始兴建雪山调水工程。该工程共建大小水库16座，总库容85亿m³，输水隧洞145km，明渠80km，年调水量23.7亿m³。被誉为以色列中南部用水命脉和生命线的国家输水工程，或叫北水南调工程，1964年建成投入使用，输水管线长30km，输配水系统年供水量达12亿m³。

苏联兴建的各类调水工程近百项，其中大型调水工程超过15项，调水线路总长2000km以上，年调水总量480亿m³，主要用于农田灌溉。这些工程中较著名的有列宁卡拉库姆运河、大斯塔夫罗波尔运河、费尔干纳大灌渠、额尔齐斯-卡拉敢达运河等。

巴基斯坦是亚洲建设调水工程最多的国家之一，现有输水干渠总长4398km，年调水总量1260亿m³，其中1960年开始实施的西水东调工程为特大型调水工程，从印度河的西三河调水到东三河，年调水量160亿m³，引水线路长622km，灌溉农田150多万公顷。

印度现有大中型调水工程46项，年调水总量1386亿m³，主要用于灌溉，其中较重要的调水工程有萨达尔萨罗瓦工程、恒河区工程、纳加尔米纳萨加尔工程等。

加拿大在20世纪后半叶实施了60项调水工程，年调水总量1410亿m³，居世界第一位，但是其输水干渠都不长，主要以河道输水为主。加拿大调水工程的主要特点是广泛采用调水工程来控制和利用水能，有效地利用河流水能进行发电。加拿大主要的大型调水工程有丘吉尔河引水工程、魁北克詹姆斯湾调水发电工程等。

与以上发达国家相比，我国跨流域调水工程在建设水平与规模上存在着不小的差距。到目前为止，我国兴建的跨流域调水工程均为中小规模。如引滦入津工程、引黄济青工程、引碧入连工程、引大入秦工程、东深供水工程和江水北调工程等。其中，调水规模最大的工程为江苏的江水北调工程，多年平均调水量41亿m³，输水渠长400km；其次为引滦入津工程，年调水量19.5亿m³，输水渠长286km；其余的调水工程年调水量均在10亿m³以下。

20世纪以来国内外已建典型调水工程特性表见表1.2。