一、突破不可能:可上天可入地的水,中国做到了
「不,这不可能,绝对做不到!」
烈日炎炎, 郑州黄河大桥上游 30 公里附近,一位德国工程师在来到中国施工现场后看了看,连连摇头。
「长江水怎么可能穿越黄河?不可能,这工程没人能做到。」
他口中所说的工程,就是中国南水北调的中线「穿黄」工程。
「穿黄」顾名思义就是「穿越黄河」,就让长江水从地下穿过黄河,一路向北。 这需要的不只是过硬的技术,更需要魄力与想象力。
当时工程进行到穿越黄河阶段,为了拿下这个艰巨任务,河南段的工程方把国内盾构和隧洞施工能力最强的 4 家央企都请了过来,而且还运来了德国进口的盾构机。
德国厂家工程师认真勘察完现场,再次给出答案:
「在砂层、砂砾石层、黏土层、这种复杂的地层结构中,如果用盾构机一次性长距离的掘进去穿越河床,真的太难了。」
他们接连摇头,表示真的不可能,甚至还和工程方吵起来,表示这是天方夜谭。
然而工程方却不肯服输,既然国外没有经验能借鉴,那就自己研究,自己勘察,并且很快拿出一整套方案出来。
在后来的建设中,他们采用三轴搅拌桩对刀盘修复区域进行加固,通过焊接增加了 30 多把刀,还在滚刀上增加合金柱,才得以适应穿黄复杂地层的掘进。
最终在中国工程方的努力和坚持下,南水北调终于穿越了黄河,成功突破了这个卡脖子工程。
穿黄工程位于河南省郑州市黄河上游约 30km 处,全线路总长 19.30km,主体工程由南、北岸渠道、南岸退水洞、进口建筑物、穿黄隧洞、出口建筑物、北岸防护堤、北岸新、老蟒河交叉工程,以及孤柏嘴控导工程等组成。
其中最引人瞩目的也是难度最大的穿黄隧洞,单洞长 4250m,包括过河隧洞和邙山隧洞,其中过河隧洞段长 3450m,邙山隧洞段长 800m,隧洞采用双层衬砌,隧洞为双洞平行布置,穿黄隧洞最大埋深 35m,最小埋深 23m。
不仅如此,还实现了穿越黄河、新蟒河、老蟒河等 3 条河流,与 14 条等级公路交叉。
南水北调中线「穿黄工程」为期 51 个月,总投资 301766.12 万元,南岸位于荥阳附近,隧洞建成之后,维修车辆可直驱入洞,方便后期的加固和维修。
长江穿越黄河,外国人眼中的不可能,在中国人的胆识和卓绝努力下,变成了现实!他们如何知道,中国人血脉中流淌着一句真言,叫做「人定胜天」。
从古代的大禹治水,到当代的南水北调,华夏民族一直践行人定胜天的豪气和胆略。
说起南水北调,不得不说是一个世界级的奇迹,说它可以和万里长城、京杭大运河、都江堰并称的四大奇迹,一点都不为过。
南水北调,简而言之就是「调南水为北用」,把长江流域丰富的水资源,抽调一部分输入到华北和西北地区,从而改变中国南涝北旱,北方地区水资源严重短缺的重大战略性工程。
关于南水北调的布局,现在有一个专业的说法,叫做:「四横三纵」。
「四横」代表了四条江:长江、淮河、黄河、海河。
「三纵」是指南水北调东线、中线和西线三条调水线路。
南水北调整个走向,是由西向东的,因此,也规划了三条调水的线路,即东线、中线和西线,这三条线路均从长江引水,输送到华北和中国西北地区,实现跨流域调水。
不管是从工程的规模还是难度上,南水北调都超过三峡工程,截止目前,南水北调的中线工程和东线工程的一期已经完工,并且向北方地区调水。西线工程尚处于规划阶段,暂时还没有开工建设。
南水北调途中经历的困难重重,然而中国人从来都是一个迎难而上的民族,不管是古代的大禹治水,还是如今的南水北调。
数千年来,中华民族传承的不仅仅是过人的智慧,更是「人定胜天」的决战精神。
二、南水为何要北调?
1. 自古以来水涝旱灾从未停止
南方水灾,北方干旱,有水的地方泛滥成灾,无水的北方赤地千里,民不聊生。自古以来,这种不均匀的水分布,一直都存在,而且这种不均匀的分布带来的灾害,也一直在影响着华夏民族。
晚清时期,灾荒频发。从 1840 年到 1911 年短短的 70 几年中,可以说是年年遭灾、岁岁是灾年。
40 年代,黄河接连决口,随后是秦豫大旱,然后就是 3 年的东南各省洪流;
50 时代,旱蝗严峻,瘟疫盛行,黄河改道;
60 时代,洪水众多,永定河屡次决口;
70 年代,北方大旱,「丁戌奇荒」惨无人道;
80 时代,全国性洪流灾。
在上述灾祸中,水灾最常见且损害较大。
长江就水患程度来说,历来轻于黄河,正如魏源所说「历代以来,有河患无江患」(注:《魏源集》上册,「筹河篇」,中华书局,1976 年)。
晚清长江水灾日益剧烈,曾发生 30 屡次漫决,其中特大洪水 3 次。
其中坐落在京师邻近的永定河,就在晚清时期漫决 33 次,平均约两年一次,其间,同治年接连 9 年决口,其频率之高让人到了难以置信的地步。
与此同时,北方却遭受着严重的干旱,每年都有不同程度的干旱,导致庄稼减产,经济和人民生活也受到严重的影响。
2. 缺水——束缚城市的发展
在气候变化及人类活动的双重影响下,中国「南方水多、北方水少」的分布特点更加突出以及不合理,经济发展带来了越来越严重的影响。
其中,南方 4 个一级流域:长江、珠江、东南诸河及西南诸河的人均水资源占有量达 1100 立方米;
而北方 5 个一级流域:黄河、淮河、海河、辽河及松花江的人均水资源占有量只有 359 立方米。
就全国总体情况来看,水资源短缺仍是中华民族的心腹之患。由于人口众多,导致人均水资源占有量严重偏低。
与此同时,缺水和干旱也成为城市发展的障碍。
由于我国水资源分布极度不均,北方水量不足,年年大旱,而南方洪水泛滥,经常遇险。
人均水量计算,中国最干渴的地方,不是大家印象中的黄沙漫天的大西北,而是我国的华北平原,北京、天津、河北等地。
如果按照国际公认的标准,人均水资源低于 3000 立方米为轻度缺水;人均水资源低于 2000 立方米为中度缺水;人均水资源低于 1000 立方米为严重缺水;人均水资源低于 500 立方米为极度缺水。
2017 年我国有 10 个省区市人均水资源量低于 500 立方米,属于极度缺水,而缺水的地方主要都集中在京津冀地区以及中国西北,不少城市人均水资源量均低于 500 立方米。
3. 北方地下水多,为何舍近求远搞南水北调?
我国北方地下淡水总储存量约为 35.5 万亿立方米,占全国的 95%,主要分布于鄂尔多斯盆地、东北平原、河西走廊、华北平原等地区,可为保障北方水安全提供战略储备。
南方地下淡水总储存量约为 1.9 万亿立方米,仅占全国的 5%,主要分布于江汉洞庭平原、长江三角洲、成都平原等地区。
说到这里呢,有细心的朋友就问了,北方存这么多水,直接从地下抽不就完了,何必跨越千里从南方调运的北方呢?
这里,有两个原因:
1)北方地下淡水资源分布不均衡
北方的地下淡水资源,主要集中在东北平原,华北平原,鄂尔多斯盆地和河西走廊等地。南方的为数不多的地下水,主要是集中在成都平原,长江三角洲和汉江洞庭平原地带。
即便是北方地下淡水资源相对丰沛,然而发展比较热的城市,比如说北京、天津等地,地下水的资源并不丰沛。
2)华北地区地下水超采严重,部分地区出现地面塌陷等问题
根据《中国地下水资源开采潜力图》把地下水开采潜力划分为六个等级,分别是超采区、基本平衡区、开采潜力较小区、开采潜力中等区、开采潜力较大区、开采潜力大区。
其中的超采区就包括了北京、天津、河北、河南、山东、山西、陕西、甘肃、新疆等地区。
河北以及北京区域已经分别超采 500 亿立方米和 60 亿立方米;天津已经无法超采地下水,沧州的地下水位最大降幅将近 100 米,比海平面还低近 80 米,地下水资源已经几乎处于枯竭的状态。
当地下水被过度开采,带来的问题就越来越严重,比如地面沉降、土地沙化、地下水污染、海水入侵和咸水入侵等。
因此,即便北方的地下水资源足够,也不能超采的。
而南水北调,是优中选优的方案,一方面缓解了北方受水区域的引水和灌溉问题,另外一方面缓解了北方地下淡水水位逐渐降低的问题。
截止目前,南水北调已经向北方的数十个城市供水,甚至还成为了不少城市的主力水源。以北京为例,只要是住在主城区的人,如果每天要耗费 20 杯自来水,其中 15 杯自来水是自于南水北调的输送。
另外河北、天津、以及河南的部分地区,同样也是主要饮用南水北调的自来水。
三、南水北调想法的诞生——人类最大规模的调水壮举
1952 年,毛泽东在视察黄河的时候,望着翻滚的黄河,陪同视察的人员汇报了黄河大堤的维护情况以及发展规划。
黄河泛滥已经不是新话题了,年年有灾年年防,年年防年年有。
一边花着大量的人力和物力去防洪,一边还要为北方罕见的干旱忧心忡忡。
他点燃烟斗,凝望着滚滚的河水陷入思索。
南方的水一旦泛滥就是滔天的祸害,而水如果能在北方,分明救命的生命之源。
1953 年 2 月 16 日,毛泽东来到武汉,这是新中国成立之后他第一次来武汉。
他去了汉水两岸,见有木船停靠,于是坐上了木船,荡漾在东湖中。
木船的船桨划拨水面,显出粼粼波纹,毛泽东沉浸在湖光山色中。
水是生命之源,只要有水,山川万物,都会受到滋养。
「长江」舰上,毛泽东忽然问林一山:「南方水多,北方水少,能不能借点水给北方?」林一山愣了愣,没有立刻回答。
他深知这项工程规模宏大,涉及面积广,沿线所牵涉的居民非常多,南水北调工程不是一蹴而就的,不可能短时间完成。
他也知道,南水北调不是想想而已,而是惠及后代的大工程。
一路上,毛泽东一直凝视着波光粼粼的水面,思绪万千。
轮船快到南京时,毛泽东像是想到什么,忽然又说:
「三峡问题暂时不考虑开工,我只是先摸个底,但南水北调工作要抓紧。」
这就是南水北调的星星之火。
1958 年 8 月,《中共中央关于水利工作的指示》颁布,第一次正式提出南水北调。
1959 年,中科院、水电部在北京召开了「西部地区南水北调考察研究工作会议」,确定南水北调指导方针是:「蓄调兼施,综合利用,统筹兼顾,南北两利,以有济无,以多补少,使水尽其用,地尽其利。」
1979 年,五届全国人大一次会议通过的《政府工作报告》正式提出:「兴建把长江水引到黄河以北的南水北调工程」,同年 12 月,水利部正式成立南水北调规划办公室,统筹领导协调全国的南水北调工作。
1995 年 12 月,南水北调工程开始全面论证。
2000 年 6 月 5 日,南水北调工程规划有序展开,经过数十年研究,南水北调工程总体格局定为西、中、东三条线路,分别从长江流域上、中、下游调水。
经历了长达半个世界的论证和研究,南水北调终于启动了。2020 年,东线和中线工程投入使用。可以说这是一个已经跨越半个世纪的伟大工程。
四、南水北调有多难——君不见长江之水天上流
要建立一个直线跨越 1000 多公里的水道,首要的问题,就是水要逆流而上。
1. 南水北调东线——水如何逆流而上?
南水北调的东线工程,是利用江苏省已有的江水北调工程,逐步扩大调水规模并延长输水线路。
东线工程从长江下游扬州抽引长江水,利用京杭大运河及与其平行的河道逐级提水北送,并连接起调蓄作用的洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖。出东平湖后分两路输水:一路向北,在位山附近经隧洞穿过黄河;另一路向东,通过胶东地区输水干线经济南输水到烟台、威海。东线工程开工最早,并且有现成输水道。
全长 1785 千米的东线工程,起于江苏扬州,终于天津、山东。然而,从南方江苏到北方天津总落差高达 200 米,其中山东地势高度比起点江都长江口高出约 40 米。
按照中国的地势分布,北高南低,那么,水是如何逆流而上呢?
1)逐级抬升的水泵群
其实东线的问题,就是要解决地势的落差问题。工程师们在沿途的河道中,装上了体量巨大的抽水泵,这些巨大的抽水泵,组成了世界上最大的水泵群,这些水泵逐级抽送,一级一级把水向高处抽。
在东线工程中,共建设 51 座泵站,共计 160 台水泵,分为 13 级泵站,逐步把调水高度进行抬升,这也成为了世界上最大的水泵群。这些泵站从江苏扬州起,通过 13 次提升,将长江水提升近 40 米,一路将水送到黄河南岸,每年抽水量达到 600 个西湖之多。
黄河以南设 13 梯级泵站,连通洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖,经泵站逐级提水至东平湖。出东平湖后分两路:一路向北经穿黄隧道过黄河,经小运河接七一·六五河输水到大屯水库,同时具备向河北和天津应急供水条件;另一路向东通过济平干渠、济南市区段、济东明渠段工程输水至引黄上节制闸,再利用引黄济青工程、胶东地区引黄调水工程向东输水。
解决了地势的落差之后,水源总要有一个储存和调配的地方?这个如何解决呢?
2)以湖泊为蓄水池,进行蓄水和水的再调配
工程师们很快发现,可以利用沿途的几个比较大的湖作为蓄水池,比如洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖,这些湖泊就在沿线,而且东平湖地势较高。
这些湖有几个作用:水泵抽来的水作为蓄水水库,另外也承担了蓄滞洪水,同时还可以为调过来的江水,在这里进行再次调配的控制点。
以东平湖为例,东平湖是黄河中下游唯一重要的蓄滞洪区,以此确保黄河下游群众的生命财产安全。
东平湖是南水北调东线工程重要的调蓄水库,作为长江水的再分配控制点。
当东线的疏水干线,从江苏扬州附近的长江干流取水后,利用与其平行的河道疏水,连同洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖这些湖泊,将他们作为储蓄水资源的水库使用,然后一个泵接着一个泵的逐级抽到相应的高度,引水到了相应的地势之后,水便可自流,然后向北穿越黄河进入天津,向东进入胶东地区,由此就实现了水的逆流北上。
这是中国人创造的奇迹,难怪中国被称作基建狂魔。
2. 中线工程——上天入地的穿黄工程
就想我们开篇讲的,在南水北调中线 731 千米长的河南段中,穿黄工程所耗时间、难度系数是最大的。
在这里,长江水通过两条巨大的隧道,从黄河河床下方,距离河床底部平均 30 米的位置横穿北上。
规模庞大的「穿黄隧道」在建设过程中也不是一帆风顺的,据南水北调中线干线焦作段穿黄工程管理处高级工程师舒仁轩介绍,黄河底部地质条件复杂,砂土中石英含量较高,修建隧道十分困难,挖进隧道的大型盾构机机片产生严重的破损。
用于打隧道的盾构机刀盘上的 100 多把刀具,需要应对砂层、土层、沙土混合等各种复杂地层的挑战。而且盾构机在掘进过程中只能前进,不能后退,更没有回旋的余地。
当下游线隧洞掘进到 1360 米时,刀具及刀盘严重磨损,已不能继续施工。这时,工程人员只能依靠人力,前后进出将近 400 次。采用三轴搅拌桩对刀盘修复区域进行加固,通过焊接增加了 30 多把刀,还在滚刀上增加合金柱,才得以适应穿黄复杂地层的掘进。
建造穿黄隧洞,其关键技术研究开创了我国数个第一。第一次采用大直径隧洞穿越黄河;第一次在我国水利史上采用泥水加压平衡盾构进行隧洞施工;第一次应用双层衬砌的结构。
最终,巨大的盾构机在地下「无眠无休」地穿行了 500 多个日夜后,终于在河道对岸重见天日。从此,南水北调的中线工程也顺利「入地」横跨黄河天堑。
3. 移民——他们是无法归故乡的落叶
淅川的王哥坐在大巴车上,凝视着生活了几十年的故乡,心中有一种说不出的滋味,家里的老母亲已经八十多岁了,相对于母亲来说,对于故乡的执念,母亲更深。
大巴车即将启动,自己的老母亲就站在车下面,他急忙跳下车握住母亲的手。
「娘,你回吧,不是说好了,不用送我。」
「孩儿,你慢点。我不难过,国家安排让咱们搬,咱们就搬。」
母亲的双眼中含着泪花,说不出话只是点头,再点头。
母亲转身迟迟没有离开,大巴车缓缓发动,他回到车上,心里说不出个啥滋味,眼泪不断的流啊流,一直挥洒在去往新家的路上。
……
像王哥这样的人,在淅川有几十万人,经历着背井离乡的苦痛,为南水北调默默贡献着。
南水北调工程,功在当代,利在千秋。在北方同胞享受着优质水源的同时,南方的同胞们也为此付出了很大的代价,有多少人不得不永远的离开了生活了几十年的故乡,成为了无法归根的落叶。
2012 年,丹江口大坝被加高到 176.6 米,使其蓄水水位抬高到了 170 米,周边人口全部需要迁出。
青山绿水的丹江口水库,为中线工程提供了清澈的水源,也为此付出了巨大的代价,水库水位提高 13 米,周围超过 300 平方公里的土地将被淹没,牵扯到周围 40 多个乡镇,400 多个村庄,所以有超过 34 万人,因为这项工程,不得不打包行囊,背井离乡,前往陌生的土地,开启新生活。
为了让整个中国不断腾飞,很多人都在默默地奉献着,我们应该铭记那些无数默默奉献的同胞们。
4. 人文保护——耗资 2 个亿,将遇真宫抬高 15 米