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水往高处流!南水北调如何创造这个奇迹?-水南水北重重柳

作者:云南励志网
日期:2020-02-02 16:56:14
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水往高处流!南水北调如何创造这个奇迹?

水往高处流!南水北调如何创造这个奇迹?

我国地势西高东低

水往低处流是天然特性

这决定了长江水不会通过自流从南向北

南水北调

跨越山川河流

经过城市乡村

将中国南部丰沛的长江水

源源不断输送到缺水的北方

2018年11月15日

是南水北调东线一期工程通水

五周年

这五年来

长河拾级而上

水往高处流

滋润北方沃野

南水北调如何创造这个奇迹?

水往高处流!南水北调如何创造这个奇迹?

南水北调东、中、西三线位置图

南水北调分为西三条输水线路

其中,东线工程自长江中下游取水

供水范围是苏北、皖东北、鲁西南

鲁北和山东半岛

与南水北调的其他工程不同的是

东线由低向高的输水路线

是工程建设的一大难点

水往高处流!南水北调如何创造这个奇迹?

Ⅰ一路向北

01

低水高流

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南水北调东线示意图

千里水路

如何往高处流?

从江苏省扬州附近的长江干流引水

利用京杭大运河以及与其平行的河道输水

连通高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖

作为调蓄水库

进入东平湖后,分水两路

一路向北穿黄河后向北自流

另一路向东经新辟的胶东地区输水干线

接引黄济青渠道,向胶东地区供水

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东线输水线路动图

(其中东线一期工程长度1467公里)

发端于春秋战国时期的京杭大运河

在中国古代一直是“漕运通道”和经济命脉

很多河段年久失修干涸退化严重

南水北调东线工程修缮其原有河段

开辟了全新的河段

恢复了断流区域通航

使千年古运河重新焕发青春

新增加的运力相当于新建一条水上“京沪铁路”

由于南水北调东线工程的修缮

大运河成为中国仅次于长江的第二条“黄金水道”

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京杭大运河航道

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京杭大运河

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高邮湖晨捕

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洪泽湖夕照

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南四湖

东线工程通过运河水利枢纽巧妙的结合

不仅可以输水和通航

还能起到排涝泄洪的作用

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有泵站和船闸的水利枢纽示意图

(中间的输水,平时被节制闸阻拦,排涝时打开向下游泄水。一支水路显示水经过泵站,另一只水路显示航船可以通过船闸双向通航。泵站、船闸、节制闸的相对位置,随着不同地形有所变化。)

02

长江穿黄河

东线工程中的“南水”在北上的前半段

可谓顺风顺水

和中线比起来

至少有京杭大运河可以借道

有江水北调工程打基础

遇上湖泊还能起到调蓄作用

而到了山东过了东平湖

来了一道难题

长江水与黄河狭路相逢

故此,东线工程中的穿黄工程

被称为“咽喉”工程

是南水北调东线的关键控制性项目

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东线穿黄工程示意图

(在东阿县位山村附近以埋涵的形式穿过位山引黄渠渠底,经出口闸与黄河以北输水干渠相接,工程全长7.87公里。)

东线穿黄工程处于黄河下游中段

爆破开挖直接影响着黄河大堤的稳定和防汛安全

从“咽喉要道”到“心腹之患”

就差俩字:涌水

施工过程中一旦出现大量涌水

后果将不堪设想

将直接影响下游聊城、德州的安全

从1973年开始

东线穿黄工程经历三大阶段

打通勘探试验洞

探洞维护除险加固

扩挖贯通成型

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施工中的南水北调东线穿黄工程

(穿黄隧洞位于黄河河床以下70米处,全长585.38米,隧洞直径7.5米。之所以选择在东阿县位山穿黄,是因为此处河床窄、基岩面较高、围岩成洞条件好。同时,在此施工不会改变黄河现状,不影响黄河泄洪、排凌。图为2009年5月13日,工人在南水北调东线穿黄工程工地上进行埋管施工。新华社发)

到2010年正式贯通

工程前后耗时37年

数代中国水利人付出了自己的青春和汗水

梦想终于得以实现

03

“兵分两路” 各润一边

长江水经东平湖后已达一期工程制高点

从这“兵分两路”分别向黄河以北胶东地区供水

向黄河北供水线路

经穿黄隧洞自流进入小运河至临清经七一河、六五河

进入大屯水库

② 向胶东地区供水线路

由东平湖渠首闸引水 经胶东输水干渠输水

向济南市及其以东的胶东地区供水

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东线一期工程山东段路线图

(山东境内以东平湖为节点,分为南北、东西2大输水干线,形成“T”字形输水大动脉。)

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梁济运河和柳长河输水航道工程

(该工程是南水北调东线工程的重要组成部分,是连接胶东、鲁北输水干线并进而向天津和河北送水的纽带。一期工程的实施可实现南四湖向东平湖调水100立方米每秒,满足山东半岛、鲁北地区用水、向河北天津应急供水和沿运河经济带经济发展对水运的要求,同时可打通“两湖段”京杭运河水运通道,实现3级航道通航至东平湖的目标。图为柳长河河道)

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小运河和七一 六五河输水工程

(小运河输水渠总长98.289km,其中利用小运河、赵王河、周公河等现状河道58.156km,新开挖河道40.133km。七一 六五河设计输水流量50立方米每秒,全长77km,清淤治理河道64.174km。图为小运河。)

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济平干渠工程

(济平干渠工程是南水北调一期工程的重要部分 ,也是向胶东输水的首段工程。全长90.055km。2010年10月通过国家验收,是全国南水北调工程第一个建成并发挥效益,第一个通过国家验收的单项工程。)

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大屯水库工程

(大屯水库位于山东省德州市武城县恩县洼东侧,距德州市德城区25km,距武城县13km。大屯水库设计最高蓄水位29.8米,相应库容5209万立方米,设计死水位21.00m,死库容745万立方米,水库调节库容4464万立方米。向德州市德城区年供水量10919万立方米,武城县城区年供水量1583万立方米。水库围坝坝轴线总长8913.99m。)

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Ⅱ 拾级而上

长江是东线工程的主要水源

年均水量达到9000亿立方米

即使在特枯年也有6000亿立方米

江苏扬州附近的长江水质平均为Ⅱ类

为东线提供了优质的水源条件

20世纪60年代初

为解决“控扼江淮,治淮排涝”

开始建设“江水北调”工程

以前淮河水没有出路

大雨之后就发生洪涝灾害

为淮河水找出路

成了千百年来历朝历代治淮的主要任务

01

13级泵站助力江水北上

1969年9月23日,江都水利枢纽工程建成

当时只有第一抽水机站,功率为64立方米/秒

现在,江都水利枢纽的功率是400立方米/秒

足以说明我国水利设施的进步和技术的飞跃

东线一期工程充分改造现有的江水北调工程

并在此基础上扩大规模、向北延伸

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扬州江都水利枢纽

(1961年12月开始动工兴建,历时16年完成,这个拥有4座电力抽水站、12座水闸的庞大水利工程,能以每秒400多立方米的提水速度向北方抽引长江水。这里被确定为南水北调东线工程的源头。)

问:想要让水从长江中下游提到东平湖

40米的净高程

加上需要跨越多个水系

怎么完成?

答:用泵站抽水而上!

问:1400多公里的输水线路得多少泵站?

答:建世界上最大的泵站群

东线工程将整个提水段分拆成13个梯级

每个梯级有1-5座泵站

组成一个连续的提水系统

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第一梯级站

包括江都站、宝应站。图为宝应站,其位于江苏省扬州市境内,是南水北调第一个开工、第一个完工、第一个发挥工程效益的项目。其主要作用是与江都站共同组成第一梯级站,以满足抽江水北送500立方米每秒的要求,并可结合里下河地区排涝。图为宝应站工程。

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第二梯级站

包括淮安站和金湖站。淮安水利枢纽位于淮安市楚州区,是东线工程输水干线的节点,又是淮河东流入海的控制点,主体工程立交地涵是实现京杭大运河与入海水道交汇、亚洲最大的“水上立交”工程。上部是渡槽承京杭运河航运之需,是南水北调东线的调水通道;下部涵洞自西向东,沟通淮河入海水道,可防百年一遇的特大洪水。图为淮安水利枢纽。

第三梯级站

包括淮阴站和洪泽站。淮阴三站与现有淮阴一站并列布置,和淮阴一、二站及洪泽站共同组成南水北调东线第三梯级,具有向北调水、提高灌溉保证率、改善水环境、提高航运保证率等功能。图为淮阴三站。

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第四梯级站

包括泗阳站和泗洪站。主要功能是与泗阳二站一起,通过中运河经刘老涧站、皂河站向骆马湖输水,并向沿线供水、灌溉、改善航运。设计洪水标准为100年一遇,校核洪水标准为300年一遇,建筑物抗震烈度按7度设计。图为泗阳站。

第五梯级站

包括刘老涧二站和睢宁一、二站。通过联合调度运行,向骆马湖供水,并向沿线供水、灌溉、改善航运条件。图为刘老涧二站工程。

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第六梯级站

包括皂河站和邳州站。主要任务是满足骆马湖的输水量,其中皂河一、二站向骆马湖供水175立方米每秒,邳州站供水275立方米每秒。图为邳州站。

第七梯级站

包括江苏的刘山站和山东的台儿庄站。其中台儿庄泵站是山东境内第一级泵站,主要任务是从骆马湖和中运河抽水通过韩庄运河向北输水,实现梯级调水目标,同时可结合解决台儿庄区面积25.9平方千米的排涝问题。图为台儿庄泵站。

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第八梯级站

包括江苏的解台站和山东的万年闸站。其中解台站位于不牢河线,主要功能是实现从骆马湖向南四湖调水的目标,向山东省供城市生活、工业用水,改善徐州市的用水和不牢河的航运条件。万年闸泵站位于山东省枣庄市,是南水北调东线一期衔接骆马湖和南四湖韩庄运河段输水干线的要害把持性工程,工程统筹韩庄运河段防洪跟度汛,辅以改良水上航运条件。图为万年闸站。

第九梯级站

包括蔺家坝站和韩庄泵站。其中,蔺家坝站位于徐州市铜山县,是江苏省送水出省的最后一级泵站。主要任务是通过不牢河线从骆马湖向南四湖实现调水目标,改善湖西排涝条件。图为蔺家坝站。

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第十梯级站

二级坝泵站位于南四湖中部,山东省微山县欢城镇。主要任务是从南四湖下级湖提水至上级湖,实现南水北调东线工程的梯级调水目标。

第十一梯级站

长沟泵站位于济宁市长沟镇,一期工程设计输水流量100立方米每秒,净扬程3.89米,设计选用4台液压全调节式立式轴流泵,3用一备,单机流量33.5 立方米每秒,泵站总装机容量8960千瓦。

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第十二梯级站

邓楼泵站位于梁山线,设计输水流量100立方米每秒。主要任务是实现南水北调东线工程梯级调水目标。

第十三梯级站

八里湾泵站位于东平县东平湖新湖滞洪区,是黄河以南输水干线最后一级泵站。设计调水流量100立方米每秒,安装4台立式轴流泵,3用一备,总装机容11200千瓦。

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在南水北调东线工程中

泵站的作用就相当于心脏

长江水借助全程34座泵站的洪荒之力拾级而上

水泵总装机有160台

总装机流量每秒4429.2立方米

这些泵站的特点是:扬程低(一般在3~8米之间)

流量大(泵站设计规模一般在100立方米每秒以上)

运行时间长(年运行时间约为5000小时)

对机组可靠性、运行效率要求高

根据地形和扬水高度要求不同

泵站设计各有不同

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东线一期工程金湖站内的卧式贯流泵

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东线一期工程江都四站内的立式轴流泵

轴流泵和贯流泵

立着的称为“立式轴流泵”

卧着的称为“卧式轴流泵”,也称“贯流泵”

除了“姿势”不同

在作用上也有所不同

轴流泵的叶轮装有2-7个叶片

在圆管形泵壳内旋转

靠旋转叶轮叶片的推力使液体沿泵轴方向流动

由于轴流泵叶片与轴流泵轴线之间有一定的螺旋角

在电动机带动轴流泵泵轴旋转后将对液体产生推力

也就是大家口中常说的升力,会将液体推出

然后沿着排出管排出

之后原来位置就会形成局部真空

在大气压的作用下

外面的液体沿进口管被吸入到叶轮中

轴流泵就会随着叶轮的旋转而不断地吸入排出液体

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立式轴流泵泵站示意图

(轴流泵专门用来抽水,利用回转叶片与水的相互作用来传递能量。东线泵站设计扬程最低为2.4米,最高为9.2米。)

普通水泵的电动机

电能转化为机械能的效率只有75%

剩余25%的能量变为热量散失了

灯泡贯流泵的电机为永磁电机

能量转换率可达到惊人的81%

它将泵和电机集成为一体化的筒体结构

电动机和传动周位于灯泡形状的密封体内

水泵叶片伸出灯泡体外,电机定子热套在密封壳体中

贯流泵运行时,水泵叶片驱动水体,使之获得能量

当水体流过灯泡密封体时趁电机

一不注意就完成了冷却

真正将能量利用到极致

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灯泡贯流泵

(南水北调工程中使用的水泵有1/3是灯泡贯流泵)

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Ⅲ 人水和谐

华北地区

降水量不均

地下水超采

东线工程供水区地处黄、淮、海诸河下游

跨北亚热带和南暖温带

多年平均降雨量从南向北为1000~500mm

由南向北逐步递减

受季风气候影响,降水量年内、年际不均

丰枯悬殊,连续丰水年与枯水年交替出现

黄河以北供水区处于海河流域下游

可利用的地表水日益减少

由于长期超采深层地下水

引发了水质恶化、地面沉降等多种地质灾害

仅仅依靠当地水资源难以解决缺水问题

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地下水超采危害

(南水北调通水后,按照国家规定,受水区的供水顺序需要是南水北调水—当地地表水—当地地下水。这样一来,地下水资源得以作为战略储备逐步涵养以应对不时之需,山东省地下水长期过量开采引发的地面沉降、塌陷和裂缝等地质灾害以及海水入侵等生态灾害得到加速解决。图为资料图。)

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济南趵突泉

(济南是泉城,但过去每年春天,保泉都是必须要面对的一道坎。为保障济南市保泉补源,2015年2月至2016年6月,利用南水北调工程引江、引黄保泉补源5800万立方米。自从东线一期工程续建“五库连通”工程,在2017年开始投入使用后,济南的泉眼就再也不用“看天吃饭”了。)

那么问题来了!

东邻渤海的山东为什么要舍近求远来“解渴”呢?

利用海水淡化是否可以就近补水呢?

答:不可以。

① 因为目前淡化的成本较高

制水成本在每吨5-7元

还有修建管道和提水泵站的建设成本

加上运行成本,价格还将成倍增加;

因为将产生巨量的剩余浓盐水、废弃物

为生态环境带来沉重负担

③ 因为能耗大

目前最先进的技术生产一立方水也需耗电4.5-5千瓦时

如果南水北调东、中线一期工程

年183亿立方米的调水量

全部用海水淡化的方式生产

耗电量将高达828亿千瓦时

相当于三峡工程一年的发电量

南水北调东线一期工程已顺利通水5年

目前正处于运行维护期

自2013年11月15日正式通水以来

累计向山东调水30.6亿立方米

惠及4000万当地百姓

除了解决人的缺水需求

东线工程还发挥生态保护的作用

具有自流引江、抽排涝水、分泄洪水、

余水发电、改善生态等综合功能

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潍坊遭遇连续严重干旱

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2015年潍坊遭遇连续严重干旱,国家又要求引黄济青改扩建工程必须开工建设,潍坊市面临用水无着的严峻局面。南水北调双王城水库蓄水向潍坊城区及寿光市应急供水2271万立方米,既保证了潍坊市用水需求,又为引黄济青改扩建抢工建设赢得了施工时间。

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东平湖

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2014、2015年,南水北调东线一期工程先后引江、引黃向南四湖补水9536万立方米。去冬今春旱情持续,又引江向南四湖、东平湖补水、存水2亿立方米,极大地改善了南四湖、东平湖的生产、生活、生态环境。

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洪泽湖湿地公园

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平稳通水第一个五周年后

东线一期工程由建设期转变为运行维护期

这项工程是否可以一劳永逸?

从现实情况看 这还远远不够

我国水资源短缺、水生态损害、水环境污染日趋严峻

治水的前提是节水

通水的前提是治污

用水的前提是环保

对于南水北调建设者来说

往高处流的不仅是水

还有对调水事业的追求

这种至高境界

不是改变自然、征服自然

而是调整人的行为、纠正人的错误行为

达到人水和谐统一的至高境界

来源 | 信语南水北调

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