引江补汉工程重大技术问题的考虑

沈凤生，林德才，唐景云

（水利部水利水电规划设计总院，100120，北京）

一、工程概况

引江补汉是南水北调中线工程的后续水源，从长江三峡库区引水入汉江，提高汉江流域的水资源调配能力，增加南水北调中线工程北调水量，提升中线工程供水保障能力，并为引汉济渭工程达到远期调水规模、向工程输水线路沿线地区城乡生活和工业补水创造条件。工程自三峡库区左岸龙潭溪取水，采用有压单洞自流输水，经湖北省宜昌市、荆门市和襄阳市，终点位于丹江口水库大坝下游汉江右岸安乐河口，输水总干线长约194.8 km。工程多年平均引江水量为39.0亿m3，其中向中线一期工程总干渠补水24.9亿m3，向汉江中下游补水6.1亿m3，补充引汉济渭工程5.0亿m3，工程输水线路沿线补水3亿m3。干线渠首设计水位采用三峡水库防洪限制水位145 m（资用吴淞高程，下同），相应设计引水流量170 m3/s，预留输水线路沿线补水分水口门设计流量40 m3/s。

水利部于2017年启动了引江补汉工程规划工作，在分析和总结以往大量前期工作成果的基础上，组织编制完成《引江补汉工程规划（2019年）》，并征求有关方面意见，对引江补汉工程方案进行优化完善，形成《引江补汉工程规划（2020年）》。水利部随即全面启动引江补汉可研工作，经各方通力协作，于2020年12月底完成引江补汉工程可研报告。

2021年5月14日，习近平总书记在河南省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并发表重要讲话，对南水北调工作作出重大战略部署，为推进后续工程规划建设指明了方向。据此，对引江补汉工程的可研成果进行了全面检视和优化完善。目前，可研报告已正式获批。2022年7月7日，工程正式开工。

二、工程定位的认识

南水北调工程是缓解我国北方水资源严重短缺局面的重大战略性基础设施。中线工程作为面向受水区城镇生活和工业供水的输水专线，具有水质优良、供水覆盖面大、全线自流等优势，重点解决沿线城镇生活和工业供水问题，并置换被挤占的生态和农业用水。中线一期工程自2014年通水以来，水质持续稳定在Ⅱ类水质标准以上，深受受水区人民喜爱，已成为沿线受水区北京、天津、石家庄和郑州等主要城市的重要饮用水水源，北京、天津等城市地下水水位止跌回升，极大缓解了北方受水区的用水矛盾，取得显著的经济效益、社会效益和生态效益。随着京津冀协同发展国家战略和雄安新区建设、中原城市群建设的推进，北方受水区用水在一定时期内还将持续增长。同时，近年汉江流域连续枯水年呈增加趋势，水源区汉江生态经济带建设也对汉江流域水资源保障提出了新要求。引江补汉工程的前期工作随即被提上议事日程。

1.解决中线工程水源区、受水区供水安全保障问题迫在眉睫

汉江目前已成为我国重要的供水水源地。除已建成中线一期工程外，陕西省和湖北省正在实施引汉济渭和鄂北水资源配置工程。1998年以来，汉江遭遇连续枯水年组，水资源利用与水生态环境保护矛盾更加突出。南水北调工程规划阶段，丹江口水库入库径流采用1956—1998年系列，在优先满足汉江中下游用水后，多年平均北调水量95亿m3，但年际调水量变化很大。北调水作为受水区的补充水源，需与当地水联合调度才能满足供水保证率要求。延长丹江口水库径流系列至2018年后，受近期连续枯水年组影响，多年平均北调水量有所下降，且年际变化进一步加大，对北方受水区当地水源联合调度提出了更高要求。根据海河流域第三次水资源评价成果，受水区地表水资源有不同程度的衰减，且随着华北地下水压采规划的持续实施，当地水源供水能力明显下降，规划的北调水和当地水联合调度供水格局尚需逐步完善。随着京津冀协同发展和雄安新区建设、中原城市群建设的推进，以及城乡供水一体化实施，北方受水区用水还将在一定时期内有所增长，受水区供水安全面临更大挑战。

引江补汉工程连通三峡水库和汉江丹江口两大水源地，增强了汉江流域水资源调配能力，在优先满足汉江中下游基本用水的前提下实施调水，可增加汉江流域枯水年的供水能力，将中线一期工程原规划多年平均北调水量95亿m3的保证率提高到95%左右，显著提高中线一期工程供水安全保障能力，起到良好的“填谷补枯”作用。

2.有利于持续发挥南水北调工程的“四条生命线”作用

中线一期工程作为受水区城镇生活供水的重要水源，通过水源置换，使受水区本地部分地表水归还农业和生态，并通过置换地下水供水量，使北京、河南、河北、天津地下水超采趋势得到明显缓解。在城镇供水量未完全达效前，相机向河南、河北、天津河湖实施生态补水。东线一期工程提高了沿线城市的供水保证率，为沿线生态、农业用水增加了供水水量；同时，沿线治污成效显著，为输水沿线河湖补充了大量优质水源，增加了沿线河湖水系水体流动，改善了河湖生态，并为地下水超采综合治理提供了条件。可以说，南水北调一期工程建设已初步构建了长江水、黄河水、海河水、当地地下水等多水源优化配置和联合调度的骨干水网，通过水路将长江经济带与京津冀苏鲁等经济强省互联互通，对畅通国内南北经济大循环发挥了重要作用。

黄淮海流域是京津冀协同发展、雄安新区建设、黄河流域生态保护和高质量发展等多项国家重大战略的集中承载地，也是重要的粮食生产基地、能源基地，在确保国家经济安全、粮食安全、能源安全和生态安全等方面具有不可替代的重大作用。但该区域水资源禀赋条件差，水资源短缺仍然是制约该地区经济社会高质量发展的突出短板。当前，我国经济社会发展、水资源供需形势、生态环境状况等各方面均发生较大变化，加快构建“系统完备、安全可靠，集约高效、绿色智能，循环通畅、调控有序”的国家水网，把联网、补网、强链作为建设的重点，均要求充分发挥南水北调工程作为国家水网的主骨架和大动脉作用。引江补汉工程建成后，可显著提高中线一期工程供水安全保障能力，并增供水量约20亿m3，有利于持续发挥南水北调工程优化水资源配置、保障群众饮水安全、复苏河湖生态环境、畅通南北经济循环的生命线作用。

3.为中东线工程构建东西互济、协同成网创造条件

中线一期工程通水以来，工程供水量逐步增加，受水区北京城区用水量七成以上为中线水，天津主城区居民饮用水均为中线水；河南、河北沿线多座城市以中线水为重要水源，河北大力推进以城带乡供水延伸项目。作为受水区重要的饮用水水源，当地对中线工程依赖程度逐步增大。同时，由于受水区供水形势与原规划阶段相比发生了一定变化，受水区后续配套工程建设总体滞后于干线工程，原规划的多水源供水格局尚未形成，中线工程检修或事故中断供水时，受水区供水存在一定风险。

南水北调总体规划明确了中线、东线工程各自的供水范围和供水对象，黄河以南地区中、东线工程不存在供水重叠区域，黄河以北的北京、天津及河北部分县市为中、东线工程联合受水区。中线工程全线新开明渠输水，水质优良，是华北平原城镇生活和工业供水的“输水专线、清水走廊”，在中线总干渠输水能力受限的情况下，宜优先向水质要求高的城乡生活用水对象供水；东线工程水量丰富，利用现有河湖输水，汛期需要避让，难以全年输水。两条输水线路具备一定的互补性。

在南水北调后续工程规划中，考虑适当增大东、中线工程供水重叠区域，尤其是中线供水范围中水源单一、供水风险大的区域纳入东线供水范围，在枯水年份中线供水量受限，或工程检修、出现事故时，可利用东线后续工程进行应急供水；东线工程汛期避让输水时，中线工程也可向东线工程供水范围适当补水。引江补汉工程实施后，可有效增加中线工程水源的稳定性，为更好实现总体规划构建的“南北调配、东西互济”水资源配置格局创造有利条件。

三、工程重大技术问题的把握

南水北调工程作为国家水网的主骨架、大动脉，构建的“四横三纵、南北调配、东西互济”水资源配置格局是一项宏伟的世纪工程，其前期工作历经50多年精心筹划，凝聚了几代人的心血和智慧。引江补汉作为中线工程的后续水源，也是一项复杂的系统工程，同样存在涉及范围广、方案边界条件复杂、社会关注度高等问题。受篇幅所限，仅以工程调水规模、总体布局、调度运行等三个重点方面为代表，浅谈对工程重大技术问题的把握。

1.工程调水规模

调水工程前期工作中往往由于各方对受水区社会经济发展认识角度不同，需水预测成果存在争议，调水规模难以形成一致意见。按照引江补汉工程需水预测成果，2035年水平年中线受水区多年平均缺水量约136亿m3。对此，各方基本认可“定性判断准确、定量处在合理区间”的结论。引江补汉工程按照重大基础设施规模应“适当留有余地”的原则，优先考虑加快提升一期工程效益，围绕双重“以供定需”的思路论证工程规模。一是充分利用已建一期工程总干渠的安全输水能力“以供定需”；二是深入研究引江补汉隧洞最大开挖洞径的经济输水能力“以供定需”，最终在众多不同意见中达成调水规模的普遍共识。

中线工程设计之初，考虑北调水量年际、年内变化较大的特点，一期总干渠采用设计流量350 m3/s，加大流量420 m3/s进行设计，但总干渠超过设计流量运行的几率不大，持续时间不长。引江补汉工程可研阶段重点对中线一期总干渠的输水能力进行专题研究，成果表明，通过采取局部加高加固措施，可以适当增加总干渠加大流量输水的持续时间。在中线总干渠不扩建、正常时期全线通过加大流量、冰期流量分年型分渠段控制的情况下，全面复核中线一期总干渠的输水能力。

引江补汉工程针对输水隧洞线路长、埋深大、穿越地质条件复杂、TBM为超大开挖直径等问题，编制《大流量输水隧洞水力过渡专题》，进行深入研究。在确保隧洞安全输水的前提下，分析了单洞、双洞、不同洞径、不同流量可以增加的补水效益，以及相应增加的工程投资、施工难度等。经多方案技术经济比较，综合考虑一期总干渠安全输水能力、引江补汉隧洞施工技术难度以及经济合理性等因素，最终推荐单洞（等效洞径10.2 m），采取有压输水、分段减压的技术方案。总干渠渠首设计水位采用三峡防洪限制水位145 m，相应设计引水流量170 m3/s，最高引水位为三峡正常蓄水位175 m，相应设计引水流量212 m3/s，可利用三峡水库高水位实现隧洞输水能力的提升。

综上，引江补汉工程以中线一期工程总干渠不扩建为基础，采用有压单洞的过流能力确定建设规模，多年平均引长江水量39亿m3，多年平均北调水量由95亿m3提高到115亿m3，统筹增量和存量，以较小的经济代价，有效实现了一期工程的扩能增效。

2.工程总体布局

（1）中线工程水源方案涉及面广、影响因素复杂

中线工程水源方案历来是前期规划工作中争论的重点及难点。2001年南水北调工程规划阶段经过长期研究、反复选比，最终确定近期从汉江丹江口水库取水，远期根据黄淮海平原的需水要求，从长江三峡库区调水到汉江。引江补汉工程结合前期研究成果，规划了三类从三峡水库调水的方案进行研究。第一类是提水至汉江丹江口水库坝上的方案（坝上方案），包括小江提水、大宁河、神农溪和三峡等四个提水方案；第二类是引水自流至丹江口水库坝下的方案（坝下方案），包括三峡归州和龙潭溪两个自流方案；第三类是坝下自流引水和坝上提水相结合的双线引水方案（坝上坝下结合方案）。根据初步研究成果，坝上代表方案为大宁河观音阁提水方案，坝下代表方案为三峡自流引水方案。除三峡水源外，还研究了引江济汉提水至王甫洲方案，以及嘉陵江引水等方案。但考虑提水运行费用较大、嘉陵江水量受限、存在省际协调不确定性等因素，未进行深入比选。

（2）坝下自流引水是目前现实可行的方案

引江补汉工程比选的坝上、坝下和坝上坝下结合等三类方案中，坝上方案以大昌湖提水为代表，从三峡水库大昌湖提水入汉江支流堵河，增加丹江口水库入库水量；坝下方案以龙安1线为代表，采用长隧洞穿越江汉分水岭，引三峡水至丹江口坝下安乐河口入汉江干流，具有线路短、全程自流引水、不影响丹江口水库水质等优点；坝上坝下结合方案由大宁河观音阁提水约6亿m3入丹江口水库，其余部分仍需由三峡库区自流引水入丹江口水库坝下，通过水量置换增加丹江口水库北调水量。三类方案技术、经济均可行，补水效益、技术难度、经济净现值基本相当。坝上方案线路较短，工程投资比坝下方案省，但提水运行成本高，且丹江口水库水质有降类的风险；坝上坝下结合方案技术难度与坝下方案相当，但需双线引水，线路总长度更长，遇到的地质问题将更多，工程投资和供水成本也比坝下方案高。

总体上看，每个方案都有其优缺点。引江补汉工程是战略性基础设施，从长期看，坝下方案具有自流引水、供水成本低、对丹江口水质无影响、移民搬迁人数少、工程技术不存在难以克服的技术难题等优势，且在引江补汉工程实施后，尚可视北方受水区需水增长以及汉江中下游生态经济带建设要求，结合三峡水质改善情况，继续研究坝上调水等其他补水方案。目前引江补汉坝下方案基本为各方所接受，各项技术经济指标均基本合理，为现实可行的方案。

3.工程调度运行

引江补汉工程与丹江口水库下泄水量共同满足汉江中下游河道内外用水，置换丹江口水库水量向北方调水。工程建成后，丹江口水库、南水北调中线总干渠、南水北调引江补汉、陕西引汉济渭、湖北鄂北水资源配置工程组成了一个复杂的系统工程，需考虑水资源统一调度，以保障水源区汉江中下游地区与各工程受水区用水户的供水安全，实现双赢目的。

从水量调度上，首先，要服从防洪调度；其次，在优先满足汉江中下游河道内、外基本用水的前提下，实施流域外调水；第三，汉江水与受水区当地水联合调度、丰枯互补，丰水期多用当地水，枯水期依靠汉江水源补充，在丹江口水库丰水期利用受水区调蓄工程适时充库，以备不时之需。

从工程调度上，引江补汉工程通过石花闸控制向汉江补水，补水控制以丹江口水库蓄水位为依据。因此，需合理拟定引江补汉工程的启闭条件。当丹江口水库坝前水位低于启动水位时，打开石花闸，向汉江补水；丹江口水库坝前水位高于停止运行水位时，关闭石花闸，停止补水，以减少三峡水库的无效引水量。初设阶段，尚需对丹江口水库控制运行水位进行专题研究，优化工程调度运行方式。

另外，南水北调中线一期工程建成后，其水源工程及输水干线分别由南水北调中线水源有限责任公司和中国南水北调集团中线有限公司负责工程的运行管理。目前工程供水量逐年稳定上升，工程运营状况良好，具备利用一期工程盈余资金增强其融资能力的基础条件。按照南水北调后续工程高质量发展统筹存量和增量的要求，引江补汉工程围绕统筹一期工程存量资产、盘活增量投资进行资金筹措，利用一期工程增强其融资能力，减轻了国家资本金的补助压力。