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让12亿人受惠的超级工程有多难?

发布时间:2022-09-22 11:20:22 来源:牛宝体育买球 作者:牛宝体育平台

  仅3.67米处两条巨大的混凝土涵道横贯站台、穿行而过来自千里之外的滔滔江水由此奔腾北上

  它们将一路穿越2条铁路、4条河流8座过街天桥、23座立交桥与100多条地下管线纵横交错最终流向河湖、流向水库流向千家万户(北京五棵松地铁站纵向结构示意,制图@陈睿婷/星球研究所)

  也许在站台上穿梭的人们永远都不会感受到脚下竟是澎湃的水流整个华北平原之上40多座大中城市260多个县区、约1.2亿人也几乎不会感受到因为一项史无前例的超级工程自己的生活、城市的命运都早已悄然改变这项工程人称

  地区养育着全国8%的人口贡献了全国10%的GDP但人均水资源量却远远低于国际标准中人均500立方米的

  不仅如此日益膨胀的人口快速扩张的城镇迅猛发展的工业让流经华北平原的黄河、淮河和海河一度成为全国地表水质量最恶劣的地区最严重时几乎是“有河皆枯、有水皆污”(21世纪初中国七大水系水质状况,以2003年为例,制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所)

  到了21世纪初京津冀的地下水开采程度均已超过100%一个面积超过9万平方千米并且还在不断扩大的

  在华北平原下迅速形成(地下水开采程度可用开采系数表示,即实际开采量与可开采资源量之比,若系数大于100%则为超采;下图为1980年和2000年华北地区浅层地下水埋深对比,制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所)

  仅1999-2003年的4年间库存水量就萎缩了3/4全市超过70%的用水量

  只能靠抽取地下水维持令北京平原地区的地下水位以每年1米的速度持续下降(2009年11月3日,密云水库露出库底近5平方千米,图片来源@VCG)

  地下水的严重超采令大量涌泉景观彻底消失昔日的“泉城”岌岌可危而在开采更为强烈的河北省部分地区预计不到20年后便会面临无地下水可采的局面(2009年2月10日,河北省石家庄市元氏县干裂的农田,图片来源@VCG)

  北京通过各项节水措施万元GDP用水量已下降近七成22%的用水也已被再生水替代但地表水稀缺的现实、用水量增长的趋势却依然难以改变地下水位也依然在逐年下降

  中国的南北大地本应拥有相同的发展机会但水资源的极度短缺却成了限制华北地区发展的枷锁干渴的华北大地迫切地需要新的水源而千里之外浩瀚的长江

  早在1952年南水北调的设想就已诞生但直到2002年大到线路如何布局、规模如何设置

  小到渡槽什么结构、管道什么材质不计其数的论证长达半个世纪工程的总体规划才正式出炉这意味着在数十年后中国大地上将有

  多年平均径流量的80%(规划中,东、中、西线亿立方米,已建成的东、中线亿立方米,西线工程还在论证中,以上调水规模都为多年平均值,实际调水量根据当年供需情况确定,制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所)

  尽管那时国内国外已建成调水工程近400项但南水北调的工程规模之大涉及面积之广、覆盖人口之多均堪称史无前例

  因此当2013年11月15日和2014年12月12日东、中线一期工程先后通水

  南来之水第一次涌入北方大地便成为世界水利史上难以忘记的时刻(2014年12月27日,南水北调中线一期工程终点团城湖明渠开闸放水,图片来源@VCG)

  全长1785千米的东线工程从江苏扬州一路北上上跨淮河、下穿黄河最终将长江之水送至天津城区和山东半岛(目前已建成的东线千米;下图为淮安水利枢纽,位于淮安市淮安区,上方渡槽为东线工程的调水通道,也是京杭大运河的航道,下方涵洞为淮河的入海水道,是亚洲最大的水上立交工程,摄影师@贺敬华)

  在内有数条南北向的河道可作为江水北上的现成通道(京杭大运河,拍摄于江苏省宿迁市宿豫区皂河镇,摄影师@李琼)

  加之江苏省境内又有江水北调工程作为基础东线工程似乎已是地利人和只待水到渠成(淮阴三站,南水北调东线第三级抽水泵站,江水北调工程中已建设淮阴一站、淮阴二站,摄影师@缪宜江)

  直至水流越过最大高程点才可顺流而下抵达天津或沿引黄济青工程奔向山东半岛(南水北调东线路线及沿途高程示意,制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所)

  开始将长江水逐级提升近40米一路送至黄河南岸(扬州江都水利枢纽,图片来源@VCG)

  这种装置拥有平直的流道水流不需转弯便可直接通过(灯泡贯流泵结构,制图@郑伯容/星球研究所)

  经由这些泵站东线一期工程的年调水能力可达到88亿立方米相当于每年为沿线的江苏、安徽、山东各省供给了600多个西湖的水量(扬州江都水利枢纽主机层的立式轴流泵,摄影师@潘锐之)

  相较之下南水北调中线工程则显得“节能”多了其干线上仅建有一座泵站却依然完成了1432千米的超远距离调水这又是如何实现的呢?

  2005年9月在湖北省汉江与丹江交汇口下游800米处一声爆破响彻群山之间

  的表层开始进行拆除不久之后在其上方将会浇筑新的混凝土令大坝高度加高14.6米水面面积增加至1022平方千米

  然而在一座已服役近40年的老坝上重新浇筑一座“新坝”却并非易事倘若新老混凝土因温度变化产生不均匀的热胀冷缩将令坝体间产生裂缝后果便不堪设想因此

  而在大坝顶部则向20个垂直伫立的闸墩中植入共计1164根钢筋令闸墩更加坚固(大坝溢流坝段加高示意,制图@郑伯容/星球研究所)

  加高工程历时近8年升级改造后的坝体变得更高更厚不仅库容量能满足调水需求水位高程同时可达到170米比北京高出100余米这就意味着来自丹江口水库的汩汩清水不再需要泵站逐级提升便能一路自流到达北京(南水北调中线千米

  ,其中至北京的总干渠1276千米,天津输水干线千米;中线路线及沿途高程示意,制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所)

  转而向东流入天津(西黑山分水口,渠道向左通往北京,向右通往天津,图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心)

  更幸运的是在秦岭东部分隔长江、淮河流域的分水岭到了河南南阳的方城县附近却在连绵的群山中留了一条“缝隙”人称

  此处两侧山地的高程在200米以上但垭口处却仅有145米可令中线工程的渠道

  在山峦夹持间穿行而过避免挖掘数千米的穿山隧洞(方城垭口地形示意,地处桐柏山和伏牛山间,渠段长7.6千米,制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所)

  然而鱼和熊掌二者不可兼得即便不再需要建设泵站但由于没有任何现成水道可以利用1432千米的中线工程将全部从零新建漫长的修建过程也注定困难重重

  为了确保输水水质安全避免受到洪涝及污染的影响一座座庞大的“水上立交”横空出世

  上南来之水源源不断凌空而过如同一条蜿蜒北去的“天河”(沙河渡槽,图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心)

  每次吊装都相当于一次性起吊约1000辆轿车(U型渡槽,拍摄于2012年5月10日正在施工的沙河渡槽,摄影师@何进文)

  面对如此巨大的重量工程师们干脆放弃了吊装设备转而采用大型造槽机现场完成混凝土浇筑就这样一段接一段地筑造出世界上规模最大的U形渡槽(修建中的湍河渡槽上正在工作的造槽机,这是大型造槽机在我国的首次使用,图片来源@VCG)

  (倒虹吸是指利用上下游水位差,令水流在垂直方向上呈弓弯向下的弓形流动,从而实现渠道立交;下图为黄河倒虹吸工程的简单示意,退水洞等结构有省略,制图@陈睿婷/星球研究所)

  内径16.4米、井深50.5米几乎可以容纳一座15层的高楼负责掘进隧道的

  也将从这里出发在深厚的砂土中前行超过4000米才能穿越黄河天堑(下图为中线穿黄工程北岸竖井中盾构机的始发现场,拍摄于2007年7月8日,图片来源@VCG)

  盾构机的刀盘日夜不休地旋转被粉碎的砂砾土石随泥浆不断排出最终在黄河河床下平均30米处两条内径达7米的巨大的隧洞逐渐出现在世人眼前(穿黄工程为双洞结构,均使用双层衬砌,下图为其中一条隧洞正在进行第二层预应力钢筋混凝土衬砌,这种复合衬砌形式是世界上首次应用,图片来源@VCG)

  工程人员只能依靠人力前后进出近400次才在充斥着泥水的盾构机前端完成刀盘的修复和加固最终在大河之下穿行了500多个日夜后巨大的盾构机终于在河道对岸重见天日(2009年12月22日,中线穿黄工程上游线过河隧洞顺利贯通,摄影师@王颂)

  自此南来之水终于跨越黄河天堑得以继续北上(穿黄工程全景,此外在干旱时期,中线工程还可向黄河中补水,图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心)

  的考验这是一种吸水膨胀、失水收缩的土壤剧烈的膨胀收缩下极易造成渠道垮塌然而在当时全国上下尚无类似的工程先例这意味着连设计施工标准都必须从零开始制定(2013年11月17日,河南省许昌市正在施工的南水北调中线渠道边坡,图片来源@VCG)

  (PCCP管是指“预应力钢筒混凝土管”,下图为2007年4月9日,南水北调工程北京段铺管对接,图片来源@VCG)

  这是一种复合结构管材层层包裹的结构令其防渗、抗震、可靠、耐久(PCCP管道结构,制图@郑伯容/星球研究所)

  工程人员经过大量实验才最终确定建设标准(2007年12月8日,南水北调工程北京段铺管对接,图片来源@VCG)

  (团城湖明渠,全长885米,图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心)

  这些南来之水将进入城市的各大水厂或经京密引水渠反向注入曾不堪重负的密云水库(京密引水渠昌平段,摄影师@宋佳音)

  穿越城镇(河南焦作是中线干渠唯一从城区穿过的城市,图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心)

  与31条水渠、51条铁路和1238条公路相互交错(正定高铁平行段,图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心)

  然而庞大的泵站、巨大的水渠仅仅只是整个工程的冰山一角水质如何保障?污染如何治理?移民如何安置?文物如何保护?造成的生态问题又该如何补偿?种种问题横亘在人们眼前让这项本已困难重重的工程愈发举步维艰

  2002年南水北调终于正式开工但东线工程沿线的城市却显得忧心忡忡不过这并不出人意料毕竟在当时的工程沿线个水质断面中仅有

  达到地表水III类标准有的断面污染物甚至超标百余倍完全无法作为饮用水源(江苏省淮安市治理前的河道,此时截污导流工程刚刚开工,摄影师@缪宜江)

  于是这10年内山东超过700家造纸厂江苏800多家化工企业皆因排放不达标纷纷关停(2012年9月29日,山东省淄博市一座正在拆除的造纸厂,图片来源@VCG)

  水面上两省约4000艘水泥船24000艘挂桨机被淘汰或拆改(江苏省邳州市徐洪河,摄影师@李琼)

  河岸边仅江苏省沿线年沿线千米的污水收集管网以及接近全省1/5的污水处理能力时刻镇守着入流河道的排放关卡

  治理工程如“铠甲”一般装备在1000多千米的线年东线通水前夕沿线主要污染物入河总量减少85%全线个监测断面终于全部达标(2018年7月28日,山东省微山湖湿地,图片来源@VCG)

  而反观中线工程其干渠水道全程封闭两侧还划定了严格的水源保护区基本杜绝了外界污染带来的影响堪称一条“清水走廊”但人们真的可以高枕无忧了吗?在中线年代时水质达到I类的时间约有2/3但到了21世纪初却仅有1/3如何维持水源地的水质状况?成为了无法被忽略的问题(丹江口库区,摄影师@徐欣)

  然而水库上游流域涉及陕西、湖北、河南三省内共计8市43县以及600多个乡镇若要溯流清源将是一项浩大的工程但人们别无选择于是在丹江口水库上游流域采矿冶炼、黄姜生产、汽车电镀众多排放不达标的高污染行业纷纷关停截至2014年城市污水处理厂由5座增长174座

  自中线工程通水至今输水水质达到I类的断面比例从30%增长至80%历时超过8年的水源保护工程效果开始逐渐显现然而青山绿水的丹江口水库为中线工程提供了绝佳的水源却也付出了巨大的代价当水库水位成功抬高13米的同时周边超过300平方千米的土地将没入茫茫碧波之下这就意味着曾经生活在库区周边40个乡镇、441个村的共计超过34万人将不得不搬离原本的家园(2010年7月19日,河南省南阳市淅川县滔河乡下寨村,移民装运家具,图片来源@VCG)

  加之工程干线沿途占用土地又需搬迁安置约9万人整个中线工程可谓是一项浩大而艰巨的移民安置工程(丹江口库区移民安置状况示意,制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所)

  (2009年8月15日,河南省南阳市淅川县滔河乡姬家营村移民搬运自家的家具,图片来源@VCG)

  的建设同样紧锣密鼓由于每家每户情况复杂仅设计阶段就有十余套不同户型供移民群众自行选择新村社区中交通、供电、供水、排水学校、环保等公共基础设施也是一应俱全大多数人的居住体验将从人均20平方米的土木房、土坯房上升至人均24-34平方米的砖混楼房(丹江口库区就近迁移的移民新村,摄影师@徐欣)

  此外为了让迁移至此的人们有田可耕、有地可种迁入地必须在有限的耕地中挤出条件优良的土地进行分配人们一块块量、一遍遍算最终确定了搬迁后人均大棚菜地不少于0.4亩水田、果园不少于1.05亩或旱地不少于4亩的分配标准而搬迁前人均耕地仅有0.96亩(移民新村,周边就是农田,图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心)

  至此一切都已万事俱备超过34万移民将搭乘浩浩荡荡的车队挥别祖祖辈辈生活的故土(2010年6月17日上午9时,河南省南阳市淅川县凌岗村第一批115户506名移民坐上客车,告别故土,图片来源@VCG)

  到达一片陌生的土地重新建立未来的家园(506名移民到达河南省唐河县凌岗移民新村,图片来源@VCG)

  丹江口水库的移民安置要求在2年内基本完成搬迁工作强度之大在世界水利移民史上前所未有但艰难的并不只是工程强度本身数十万移民告别的也不只是房屋和耕田而是他们最熟悉的土地是他们赖以生存的生活方式也是他们世世代代的生活记忆因此若要他们真正融入新的家园

  遇线年丹江口水库初次蓄水时武当山古建筑群中的净乐宫就因技术限制永远沉没在水下而40多年后的遇真宫绝不能再重蹈覆辙于是人们决定了一个几乎“孤注一掷”的方案遇真宫现存的主体建筑和宫墙将进行整体拆除所有的拆卸构件标记存放待地面垫高后再重新复原而山门、东西宫门三座建筑将从地面整体抬高15米相当于5层楼的高度(请横屏观看,遇真宫抬升工程之前,古建筑整体抬升的记录仅为3米,下图为宫门顶升工程进行中,图片来源@VCG)

  建筑主体由钢架加固基座由混凝土浇筑下方则由数十根千斤顶将数千吨的山门一点点向上顶升(支撑建筑抬升的千斤顶,图片来源@VCG)

  近半年后三座山门将到达顶升高度而在不久的将来这片占地2.4万平方米的建筑群也将在全面加高的堤岸上恢复往日的模样(顶升完成后的遇真宫全景,摄影师@徐欣)

  东、中线处让这项庞大的调水工程也成为一项规模空前的文物保护工程从规划到施工期间为了保护沿途的古迹遗址工程经历多次让路、改线而沿线区域的考古调查和紧急发掘更是从未停止其中的9个项目先后被列入“全国十大考古发现”(湖北郧县88个正在发掘的探方,图片来源@VCG)

  2013年11月14日距离中线天也正是在此时在丹江口水库下游约400千米处一座长2835米的大坝横亘于汉江之上人称“兴隆水利枢纽”

  在其下游不远处又有一条西南方向蜿蜒而来的水渠每年将约30亿立方米的长江水注入汉江河道这就是

  为避免中线工程调水导致汉江下游水位降低影响农田灌溉和河流生态兴隆水利枢纽和引江济汉工程将作为南水北调配套建设的生态补偿工程通过上游蓄水、下游补水令上游的灌溉面积增加60%以上下游多年平均水位抬高0.15-0.30米

  加之闸站的改建扩建以及局部航道的整治长江中游的荆州和汉江中游的襄阳通航距离也将减少600千米(跨越长湖的引江济汉工程水道,摄影师@傅鼎)

  污染治理工程水源保护工程移民安置工程文物保护工程生态补偿工程……当涌入华北的滔滔江水为这片土地带来新的机遇却很少有人留意到在南水北上的幕后还有多少“看不见”的工程

  干支渠总长达5599千米混凝土浇筑量6300万立方米相当于三峡工程的2倍之多可谓是我国水利工程建设的又一大奇迹

  上万平方千米的农田可新增近20亿立方米的灌溉用水而曾经被城市挤占的农业用水以及污水净化处理后的再生水共计近60亿立方米的水资源将重新流入农田(河北邢台的农田灌溉,图片来源@VCG)

  在南水的补给下密云水库的蓄水量逐年刷新目前已突破26亿立方米是2003年的3倍之多(密云水库水面范围变化,制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所)

  可用水源的增加令北方地区的地下水每年可减采近50亿立方米甚至还有余量回补原先的亏空截至2018年底北京市地下水位比南水进京前回升了2.63米而随着地下水使用的削减北京自来水硬度下降近70%整个华北地区更有超过500多万人结束了长期饮用高氟水和苦咸水的历史(2000-2018年北京市地下水埋深变化,制图@陈睿婷/星球研究所)

  在繁华的天津中心城以及荷花荡漾的白洋淀由于得到充足的生态补水水体污染也得到明显改善(河北保定白洋淀,中线亿立方米,图片来源@VCG)

  此外东线一期工程建设后京杭大运河成为一条自黄河以南直至长江全线都可通航的“黄金水道”新增运力达到1350万吨相当于在水上架设了一条新“京沪铁路”(2018年7月2日,拍摄于京杭大运河山东段。图片来源@VCG)

  是的南水北调确实是一个奇迹是一个在重重难关中规划论证在重重限制中建设运营曾经面临种种争议却依然实现的奇迹也是一个由数十万移民群众数十万工程建设者数千名科技工作者以及那些永远沉睡在岗位上的人们共同创造的奇迹(2013年11月17日,河南许昌,正在施工的南水北调中线工地。图片来源@VCG)

  今天源源不断的南来之水为长年干渴的华北大地带来了片刻的喘息带来了发展的机遇而未来如何用好南水?如何节约用水?如何让翻山越岭而来的长江水不至于成为杯水车薪?对受益于南水北调工程的40多座大中城市、260多个县区近1.2亿人来说这些问题正等待着他们的答案这片土地上的下一个奇迹也等待着他们去创造

  [1] 北京市南水北调工程建设委员会办公室,北京市文物局. 《饮水思源——南水北调中线工程图录》[M]. 北京燕山出版社,2014