河南南水北调配套工程后续高质量发展的思考与对策

一、引言南水北调工程自2014年12月建成通水以来,基于丹江口水源的优质性、稳定性、可靠性等因素,南水北调水源已由规划建设期沿线受水城市的备用水源稳步成为主力水源,越来越多的城乡居民饮用上了清澈甘甜的丹江水。为管好用活这一渠清水,让更多的人民群众直接受益,推动数字孪生南水北调工程建设,同时研究探索破解制约工程建设中存在的问题与不足,用高水平的运行管理和不断扩大的供水规模促进南水北调配套工程后续高质量发展刻不容缓。

南水北调西线工程水源区可调水量“十问”

南水北调西线工程是我国“四横三纵”国家水网主骨架尚待建设的最后一环,而水源区可调水量是西线工程规划论证面临的焦点和难点问题。本文从水资源本底条件与演变趋势,生态环境与经济社会发展需水,调蓄水库与输水工程规模,调水对水源区及其下游水资源开发利用、水生态环境、水力发电、航运等方面影响的角度,提出了与水源区可调水量相关的10个问题;以长江上游分布式水文模型为基础,建立了南水北调西线工程水源区可调水量模拟分析模型,力图系统、定量地回答所提问题。本文的主要研究结论有:在仅考虑满足水源区河道内外生态环境和经济社会需水的前提下,“上线+下线”组合方案多年平均可调水量为1.59×10^(10)m^(3),“完全下线”方案在建设岗托水库进行联调时,多年平均可调水量将达到1.74×10^(10)m^(3);在综合考虑调水对水源区水平衡、水力发电和航运影响及其可接受程度后,南水北调西线水源区可调水量为1.22×10^(10)~1.26×10^(10)m^(3)。长远来看,应谋划西南片区水网与国家水网主骨架、“大动脉”的连接与融合,在减小南水北调西线工程调水影响的同时,提高南水北调西线工程的整体供水能力以及对气候变化等外部条件的适应性。

南水北调中线冬季冰情变化特征及输水能力提升策略研究

南水北调中线工程冰期输水能力受限已成为制约工程安全运行和社会效益发挥的巨大障碍。认识和辨析通水以来中线干渠冬季水温冰情演变规律及影响机理,是中线干渠冬季输水能力提升亟需解决的关键问题。本文基于2011—2023年中线干渠连续12个冬季的气象、水力、冰情等原型观测资料,分析了中线干渠水温冰情时空分布本底和特征规律,明晰了影响中线干渠冰凌生消的关键因素,针对性提出了冬季输水能力提升的相关应对策略。分析表明:通水以来冰情发生的范围和时间相比理论预想偏小、偏短,冰凌影响区为七里河倒虹吸至北拒马河暗渠段,冰塞风险区为滹沱河倒虹吸至北拒马河暗渠段,多年平均冰厚15 cm,历史极端冰塞厚2.9 m,冰凌壅水最高值0.73 m;干渠冬季水温由南向北递减,依次出现岸冰、流冰和冰盖,日均气温转负后相应的断面平均测量水温在2.5、1.0和0.25℃左右,且沿程水温下降速率与流量和气温呈负相关,即增大输水流量可减缓水温下降速度;影响冰凌生消的关键因素是气温、流量、太阳辐射和风速,典型年如2016年的严重冰情与1月低累计负积温、大输水流量和短时寒潮叠加有关,漕河等渡槽失温快产冰量大与风速密切相关。基于上述分析,未来可考虑结合气象、水情、冰情实时监测和智能预警预报,建立水温-水量-水力协同调控和动态调度技术体系,重点从缩短冰期输水时长、降低冰情影响范围、优化关键控制指标和挖潜渠道防冰塞性能等多方面全面提升南水北调中线工程冬季输水能力。

南水北调东线一期工程受水区生态环境效益演变

研究南水北调东线一期工程通水以来受水区生态环境效益的演变态势,对南水北调后续工程高质量建设、加快构建国家水网以及促进工程综合效益发挥有决策参考作用。以定性定量相结合的方式分析东线一期工程在优化水资源配置、保障饮水安全、复苏河湖生态环境和畅通南北经济循环等方面的作用,进而结合层次分析法,从直接效益和间接效益2个方面,筛选构建东线一期工程受水区生态环境效益评价指标体系,主要包括工程年供水量、水质改善度、生态补水量、地下水压采量、地下水水位、水域面积、绿地面积和涵养水源等,并采用VlseKriterijumska Optimizacija I Kompromisno Resenje(VIKOR)多准则妥协解排序方法对南水北调东线一期工程通水以来即2013-2022年受水区生态环境效益演变态势进行分析。结果表明:南水北调东线一期工程通水的10年以来,受水区的生态环境整体复苏效果明显,近3年排序值保持在0.8以上;受降水偏枯进而影响地下水开采量和地下水水位等因素影响,2019年间接生态环境效益下降29.2%,之后迅速恢复并保持稳定。在分析直接效益和间接效益演变的基础上,从工程提质增效、提高工程水质状况以及完善体制机制建设等方面提出东线一期工程进一步促进受水区生态环境持续改善的策略和建议,以期为东线工程及受水区生态环境保护及高质量发展相关研究、决策制定等提供参考。

北京市南水北调配套工程调蓄工程勘察关键技术

北京市南水北调配套工程调蓄工程是北京市“26213”供水格局的重要组成部分,工程分布于北京市西、北、南不同地区,场地建设环境条件复杂,地层结构分布及组合多样,水文地质条件复杂,工程建设面临诸多地质问题及难题。工程勘察成果全面、涉及面广、涵盖工程勘察综合类的全专业领域,完成专业全面的技术成果文件与研究报告60余册,发表学术论文50余篇,取得七大方面技术创新、30余个技术创新点。勘察总体工作思路、技术路线、研发的创新技术、利用的先进手段等方面具有实践推广价值,特别是对城市复杂地质环境条件下建设城市供水调蓄工程具有借鉴作用。

南水北调中线总干渠冰盖糙率观测分析

冰盖糙率是确定渠道冰期输水水位和流量关系的基础参数,一直是明渠冰工程研究的重点之一。鉴于当前大型混凝土渠道冰盖糙率研究成果相当匮乏,以南水北调中线总干渠石家庄以北唯一无输水建筑物的唐河节制闸—放水河节制闸渠段为研究区域,依据全线通水以来唯一生成全渠段封冻冰盖的2016年1—2月逐日水位和流量实测数据,采用伯努利能量方程和谢才-曼宁公式推求渠道糙率,定性定量分析封冻前后渠道糙率变化特征。结果表明:①研究渠段畅流期渠道糙率n b为0.0167,封冻期冰盖综合糙率n c为0.0146,冰盖下表面糙率n i为0.0118。②由于水力磨蚀作用,封冻期冰盖糙率随时间呈波动减小的趋势。③渠道一旦生成封冻冰盖,输水能力大幅降低,仅占渠道设计流量的66.7%。该研究给出了大型混凝土渠道封冻冰盖糙率和输水能力降低的确切数值,以期为冰期输水调度和类似工程设计提供科学依据。

南水北调中线北京段岩体隧洞围岩变形模量分析研究

岩体力学参数是影响地下工程围岩稳定的重要因素,确定合理的岩体变形模量对隧洞设计至关重要。结合南水北调中线北京段西甘池试验洞工程,对岩体进行静载荷试验分析研究,详细介绍试验点岩体的加卸载变形关系曲线,获得西甘池隧洞岩体变形模量参数建议值,为工程设计提供依据,并以期为类似工程的设计和施工提供参考。研究结果表明:试验压力较小时,各试点岩体变形或弹性模量的变化曲线有的升、有的降,试验压力大于0.4 MPa以后,各试点的变形模量和弹性模量逐渐趋于稳定;隧洞围岩变形控制及支护结构设计时,应根据各段围岩的岩性(大理岩、滑石片岩)、结构完整性、节理裂隙的空间展布方式以及发育充填情况等综合考虑,结合工程类比和地质经验最终确定岩体弹性参数的基本代表值。研究的方法和结论可为类似条件下隧洞工程的设计、施工提供参考和借鉴。

气候变化对南水北调西线工程的影响及建议

南水北调工程是国家水网的重要组成部分,其西线工程建设是缓解我国西北、华北地区水资源短缺的重要举措。气候变化下西线工程引水区和受水区水资源情势直接关系到工程的规划建设与运行方式。基于历史实测资料和气候模式情景,采用数理统计与水文模拟相结合的途径分析了气候变化对南水北调西线工程引水区和受水区水资源的影响。结果表明:1)1961—2020年西线调水区和受水区气候变化以暖湿化为主要特征,调水区年径流量整体稳定略增,受水区年径流量显著性减少。2)未来中期(2035年)和远期(2050年),调水区和受水区气温继续显著升高,降水多呈非显著增加;未来中期、远期调水区年径流量较基准期(1961—2000年)分别增加1.42%和2.08%,受水区年径流量分别减少1.02%和0.28%。3)未来气候变化下,调水区年径流量相对稳定,能够满足调水需求,受水区年径流量略减,对跨流域调水需求有所增加。为确保南水北调西线工程的长期稳定运行,建议加强气候变化及其影响的不确定性研究,制定科学合理的应对措施,以应对未来可能的水资源短缺的挑战。

协同推进南水北调后续工程和长江经济带高质量发展

推动长江经济带高质量发展,是以习近平同志为核心的党中央作出的重大决策,是关系党和国家事业发展全局的重大战略。南水北调东、中、西三条线均以长江为水源,是跨流域跨区域配置水资源的骨干工程,是国家水网的主骨架和大动脉,在保障国家经济安全、粮食安全、生态安全等方面具有基础性、战略性作用。两者联系紧密,互促共生。文章通过对长江经济带高质量发展内涵的分析,以及在国家水安全保障、长江经济带高质量发展对南水北调高质量发展的具体要求梳理的基础上,对共同推进南水北调和长江经济带高质量发展提出了初步的认识和思考。

南水北调中线受水区水资源利用效率及影响因素

为提升南水北调中线工程受水区水资源利用效率,以工程沿线北京、天津2个直辖市和河南、河北18个省辖市共计20个地域单元为研究区域,基于2015—2021年面板数据,采用Super-SBM模型、GML模型及sys-GMM估计法对受水区水资源利用效率进行测度,对影响因素进行识别。结果表明:全区水资源静态利用效率总体偏低但呈波动上升态势,区域差异较大,呈京津板块>河南板块>河北板块格局,空间上呈现以京津冀、郑州2个都市圈为核心向外围逐渐递减的“核心-外围”结构;全区水资源动态利用效率整体呈波动上升趋势,主要源于技术进步,而技术效率作用有限;经济发展水平、水资源禀赋、科技水平、城镇化进程、人口密度与水资源利用效率显著正相关,水污染程度、产业结构、环境规制与水资源利用效率显著负相关。

多源多特征集成的南水北调工程丹江库区湿地时空格局演变

丹江口水库是中国南水北调工程的关键水源区。随着城镇化发展以及大坝二次建设,库区湿地生态系统变化显著,亟需湿地生态科学监测。以丹江库区为例,依托Google Earth Engine(GEE)平台,首先采用已有土地覆盖数据集生成湿地样本集,其次整合Landsat影像、DEM等数据构建多源特征集合,并基于Jeffries-Matusita(JM)距离进行特征优选,使用随机森林(RF)算法实现了1985~2023年丹江库区湿地制图。结果表明:①本文提出的样本采集流程可有效提高样本质量,为长时序分类样本采集提供参考;②湿地分类特征优选后特征数由37个减为27个,分类总体精度变化不大,优选后的特征应用于丹江库区湿地分类的平均总体精度(OA)以及平均数量和分配分歧指数(QADI)分别为89.53%和0.0802,说明特征优选有效减少信息冗余,提高影像分类效率;③1985~2023年,丹江库区湿地面积呈波动增加趋势,从1985年的17839.85 ha扩大到2023年的28872.48 ha,面积增长38.12%。总体来说,丹江库区湿地生态系统呈现出逐步恢复和优化的良好态势。

南水北调中线受水区全要素水资源绿色效率及节水减排潜力

采用非径向、非角度SBM-DEA模型测算2015—2021年南水北调中线受水区20个城市全要素水资源绿色效率,探究其时空演变规律,并分析各市节水减排潜力。结果表明:受水区全要素水资源绿色效率总体呈现以京津冀、郑州两大都市圈为核心向外围逐渐递减的“核心-外围”空间结构模式以及全要素水资源绿色效率由高到低依次为京津、河南、河北的空间分异规律;2015—2021年受水区全要素水资源绿色效率总体呈波动上升趋势,但仍处于较低水平,仅实现了最优效率的70%~85%;不同城市节水减排潜力差异显著,空间上呈现“南高北低、西高东低”的分布格局。

南水北调中线水源区植被指数时空变化分析

通过单线性回归(SLOPE)和地理加权回归(GWR)法,用植被指数(NDVI)研究南水北调中线水源区的植被分布变化趋势及机制,为保障水量和水质提供理论支撑。结果表明,2000—2019年水源区NDVI和入库流量呈现同步增长,植被逐渐变好,2007年以前NDVI增长幅度大,2008—2011年处于波动阶段,2012年以后增长幅度减小;NDVI变化最明显的是研究区东北部、西部和丹江口库区周边,这些区域地势相对低平、人口集中,中山和高山区NDVI变化不大;高程、坡度、人口数和城镇化是影响水源区NDVI分布的主要因素,降水、气温和产业比重是次要因素;各因素影响的强度和方向在空间上有异质性,自然地理因素对NDVI影响的最显著范围为高程1090 m以下、年均降水量980 mm以上的区域,人文地理因素影响的显著范围区是人口密度大、城镇化率高的地区。

1960—2020年南水北调区域极端气象要素变化分析

南水北调工程会引起所涉区域极端气候发生变化,同时极端气候事件对调水工程运行也存在影响。研究以1960—2020年气象观测数据为基础构建极端气象要素指标体系,采用变化范围法(RVA)与集对分析法(SPA)对南水北调影响区极端气象要素的改变程度进行量化计算,揭示了经济发展、气候变化与南水北调工程影响下区域极端气象要素的演变规律。结果表明:在经济发展与气候变化影响下,1960—2020年南水北调影响区极端气象要素指标综合改变度总体为上升趋势,并出现了明显的区域差异性,中线地区极端气候改变度显著大于东线,而两线水源区变化程度低于输水区和受水区;调水前后对比分析表明,工程调水对中线的影响大于东线,且受水区极端气象要素变化程度更为明显;对极端气象要素分析发现,极端蒸发受气候变化与经济发展影响显著,极端气温受调水工程影响变化较大,极端降水受外界扰动变化不明显。

基于生态补偿的南水北调后续工程水价研究

制定科学合理的跨流域调水工程水价是开展水源区生态补偿的重要途径之一。在现有水价的基础上,新增生态补偿作为水价的重要组成部分,运用机会成本法测算南水北调东线工程水源区生态补偿标准,并引入社会发展阶段系数和政府支付能力系数对其进行修正,构建计入生态补偿的南水北调后续工程水价定价模型。以南水北调东线一期工程胶东干线为例,得到2016、2020年水源区的理论生态补偿标准分别为116.121、199.992亿元,在现行价格基础上水价需分别提高0.93、4.51元/m^(3)。结果表明,生态补偿会耗费大量资金,只有当工程调水能力达到规划设计规模时,持续性调水才能逐步降低供水成本,否则水价会超出受水区的承受范围,工程效益也难以发挥。

南水北调立法对国家水网引调水工程建设的启示研究

南水北调工程是在中国乃至世界范围内规模最大的跨流域引调水工程,国家出台《南水北调工程供用水管理条例》(以下简称《条例》),作为规范其运行管理的专门立法,有效保障了工程水量调度、水质保障、供水管理、工程设施管理和保护等运行实践。文章系统总结了南水北调立法需要协调的关系,梳理了《条例》重点规范的制度及实施情况,整理了针对《条例》开展的配套制度建设情况。针对国家水网相关规划中提出的推进实施一批重大引调水工程,从及早谋划工程立法建设、强化水量统一调度、突出规范工程运行涉及的重要内容、强化对生态环境的保护等方面,对国家水网相关的引调水工程立法建设提出了建议,可为引调水工程法规制度建设提供有益参考。

新闻报道中“南水北调精神”建构的实证分析

基于话语分析理论,对2000—2023年间的472篇关于南水北调的新闻报道,以及2009年以来的42篇相关学术论文进行分析。结果显示,新闻报道是南水北调工程实践和精神观念之间的桥梁中介,建构出了15种南水北调精神的基本内涵,各内涵之间存在复杂的内在联系和亲缘关系;新闻报道着重强调了南水北调精神的三个特色,即生态优先的价值追求、统筹协调的行动原则和牺牲奉献的爱国情怀。进一步地比较分析发现,新闻界与学术界对南水北调精神基本内涵的偏好与侧重并不一致。新闻界强调“生态优先”和“统筹协调”的观念;学术界则强调“牺牲奉献”和“开拓创新”的精神。新闻界与学术界有必要统一共识,在弘扬传播南水北调精神上形成协同效应。

“南水北调后续工程建设与高质量发展”专题征稿启事

南水北调是缓解中国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程,是世界上最大的跨流域调水工程,是“中华民族的世纪创举”。南水北调工程事关战略全局,事关长远发展,事关人民福祉。2021年5月,习近平总书记视察了南水北调中线陶岔渠首枢纽工程和丹江口库区,并在南阳市主持召开推进南水北调后续工程高质量发展座谈会,习近平总书记强调,要深入分析南水北调工程面临的新形势新任务,科学推进工程规划建设,提高水资源集约节约利用水平。2022年5月13日,《人民日报》发表专栏文章:扎实推进南水北调后续工程高质量发展,加快构建国家水网。习近平总书记指出:“水网建设起来,会是中华民族在治水历程中又一个世纪画卷,会载入千秋史册。”

“南水北调后续工程建设与高质量发展”专题征稿启事

南水北调是缓解中国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程,是世界上最大的跨流域调水工程,是“中华民族的世纪创举”。南水北调工程事关战略全局,事关长远发展,事关人民福祉。2021年5月,习近平总书记视察了南水北调中线陶岔渠首枢纽工程和丹江口库区,并在南阳市主持召开推进南水北调后续工程高质量发展座谈会,习近平总书记强调,要深入分析南水北调工程面临的新形势新任务,科学推进工程规划建设,提高水资源集约节约利用水平。

“南水北调后续工程建设与高质量发展”专题征稿启事

南水北调是缓解中国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程,是世界上最大的跨流域调水工程,是“中华民族的世纪创举”。南水北调工程事关战略全局,事关长远发展,事关人民福祉。2021年5月,习近平总书记视察了南水北调中线陶岔渠首枢纽工程和丹江口库区,并在南阳市主持召开推进南水北调后续工程高质量发展座谈会,习近平总书记强调,要深入分析南水北调工程面临的新形势新任务,科学推进工程规划建设,提高水资源集约节约利用水平。