原苏联是以计划经济为主的国家,调水工程的规划与兴建必然与国民经济发展计划相适应。根据原苏联土壤改良和水利部的统计资料,到20世纪90年代初即苏联解体前,原苏联已建成的各类大大小小调水工程近百项,调水线路总长6000多km。表4-2[4,15~17]列出了原苏联已建成的主要调水工程的资料。从原苏联已建和已设计的大型调水工程来看,几乎所有大型工程都设置了足够的调节容量,即利用有利地形形成大容量水库。......
2023-06-30
原苏联水利部、能源部和科学院所完成的技术经济计算表明[1,33],到1990年,原苏联南部的当地水资源实际上已被完全利用,此后,居民和工业供水以及农业灌溉的进一步发展只能靠从其他流域调水,这个结论是1976年所组成的一个专业委员会得出的。
为了保证南部地区工农业经济的进一步发展,以及维持内陆水域最佳的水文状况和保持水产品的产量,只有实现北部和西伯利亚河流的调水工程和多瑙河的调水工程,才能根本解决南部地区的用水。多年的科学研究表明,可以从多瑙河调水进入第聂伯河和德涅斯特河流域;从原苏联欧洲部分的北方河流调水进入伏尔加河、顿河和库班河流域;从西伯利亚河流调水进入外乌拉尔、西西伯利亚、哈萨克斯坦和中亚地区。
从地理位置来说,俄罗斯欧洲部分的北方河流和南方河流的上游靠得非常近,将它们分割的分水岭高度不超过160m。在西西伯利亚,北冰洋流域和咸海流域被一个结构性盆地连接着,它的最大高度只有120m。这些优良的自然地理条件对跨流域调水工程特别有利,它简化了工程方案,使工程造价较为便宜,从而使跨流域调水更经济。
从历史的角度来看,早在1871年就有人提出从俄罗斯的北方河流向南方河流调水。从20世纪30年代开始,苏联水利界的专家、学者和工程技术人员开始研制详细的调水方案,于50年代末60年代初认真研究了从北方河流向里海调水400亿m3/a的建议。随着当时苏联经济的全面发展和对用水量日渐增大的需求,各地专家和学者提出了各种各样的调水方案。在这样的形势下,苏联苏共中央和部长会议[34]1978年12月21日通过了“关于把北方和西伯利亚河流的部分径流调往苏联南部地区问题的科学研究和设计工作”的决议。该决议责成苏联水利部、能源部在其他有关部门以及各加盟共和国部长会议的参与下,1979年研制从北方河流调出部分径流到伏尔加河流域的第一期工程项目和建筑物的技术经济论证,1980年研制从西伯利亚河流调出部分径流到中亚和哈萨克斯坦的第一期工程的技术经济论证。决议还规定在1979~1980年,苏联科学院和一系列部门的研究单位要综合研究与调水有关的工程项目和分期实施的科学依据,同时有必要关注取水区、输水区、受水区自然气候和生态条件变化的有科学依据的预测、调水后果的社会经济评价等,研制出有依据的综合措施,以最大限度地防止调水后可能出现的负面后果。根据上述决议,20世纪70年代末~80年代中期,苏联国家科学技术委员会制定了解决水资源区域再分配科学技术问题的内容广泛的工作计划,并吸收了170多个科研和设计机构以及高等院校来共同完成这一任务,从而开展了更大规模的跨流域调水工程的科学研究和设计规划工作,并规划出一系列大型调水项目[15,24,33,35](见图4-6)。此外对诸如伏尔加-顿河运河[1]、罗斯托夫-克拉斯诺达尔运河[2]以及多瑙-第聂伯运河[36,37]等大型调水工程编制出初步设计方案。
图4-6 原苏联已设计的调水工程示意图
1—原苏联所设计的额尔齐斯-中亚运河;2—所设计的配水渠道;3—沿河床调配径流;4—已进行过施工准备的调水工程的走向;5—远景方案
综合现已收集到的资料,截至1985年,苏联规划并已完成了大量的跨流域调水工程的科研和设计工作(见表4-4)。下面将这些规划设计方案分为4种类型向读者介绍:
表4-4 原苏联所规划的跨流域调水工程[1,15,24,33,35]
(1)从北方河流调出部分径流进入伏尔加河流域[1,33]。1979年,苏联水利部在能源部、科学院、国家水文气象委员会的参与下,完成了从北方河流调出部分径流进入伏尔加河流域的第一期工程的技术经济论证工作。论证研究了里海和亚速海流域国民经济的发展,认为在这个区域内已有灌溉土地650万hm2,而需要灌溉的面积约2500万hm2,根据全苏水利勘测设计院的研究,到2000年该地区的灌溉面积应增加一倍。原苏联国家计委评审委员会审查了这个技术经济论证,确认了调水的必要性和紧迫性,同意从拉恰湖、库别纳湖和上苏霍纳河调水58亿m3/a和从伯朝拉河调水130亿m3/a的建议;并确认调水250亿~350亿m3不会造成自然生态环境的破坏。技术经济论证确认从拉恰湖、沃热湖、库别纳湖和上苏霍纳河调水的走向(调水第一期工程的第一阶段)并开始编制技术设计图纸,从1983年开始施工的前期准备,即建设住宅新村、道路、输电线路、施工场地设施等。
调水第一阶段的主要建筑物包括:过水流量分别为150和800m3/s的沃热-库别纳渠道和库别纳-舍克斯纳渠道,两渠总长83km;7座水利枢纽(卡尔戈波尔、思维季、基里洛夫斯科耶、乌赫托米茨、波罗佐维茨、卡姆丘戈、上苏霍纳);两座总容量为96MW的电站。第一阶段项目的总工程量为:土方量为1.26亿m3,混凝土和钢筋混凝土工程量为60万m3,设备和金属结构安装量为1.1万t。调水一期工程项目实现后可以保证扩大里海和亚速海流域的灌溉面积400万hm2,可获得农产品产值53亿卢布;停止里海水位的进一步降低;在调水年耗电14亿kW·h的情况下,增加现有的伏尔加-卡马河梯级水电站的年发电量35亿kW·h;在保持现有水平的供水量的情况下不会造成水运业和下伏尔加河养渔业的损失。
(2)调出伏尔加河的部分径流进入南方缺水地区[2,35,38,39]。原苏联在研制从北方河流调水进入伏尔加河流域的同时,还研制了从伏尔加河调水进入顿河、捷列克河和库班河流域等南方缺水地区的方案。第一期工程总的调水量约为250亿m3。第一期工程的技术经济论证是全苏国家水利勘测设计院研制的,全苏水工设计院和全苏水利建设设计院等也参与了工作,1981年苏联国家计委评审委员会进行了评审。根据大量调水方案的审查结果,评审通过了沿叶尔佐夫卡山谷的调水方案。该方案计划用一座功率40万kW的水泵站把水提高70m,通过护面渠道,然后再经过长4.4km的隧洞(三线、直径均为5m),在顿河段水进入两座水利枢纽,其水电站装机75MW。该方案共需完成土方工程量8000万m3,罗斯托夫-克拉斯诺达尔运河浇筑混凝土和钢筋混凝土60万m3,开凿隧洞13.2km。1981年开始了该渠道的设计,1983年开始进行施工的前期准备工作。
伏尔加-顿河调水工程的实现可新开发100万hm2灌溉土地。但从调水渠道、从顿河或从其支流直接取水灌溉的只有40万hm2的土地。为了灌溉罗斯托夫州南部和克拉斯诺达尔州北部等地区的土地,必须兴建北高加索最大的运河——罗斯托夫-克拉斯诺达尔运河。根据所推荐的方案,运河从所设计的顿河上的巴加耶夫水利枢纽上游开始,渠首段长45km,流量为420m3/s,提水高度7m,进入韦肖洛夫斯科耶水库,运河在这里分汊。建筑北斯塔夫罗波尔干渠,它的第一座建筑物是一座4.0m水头的水泵站,抽水进入无产者水库,再从该水库取水进入主运河。
罗斯托夫-克拉斯诺达尔运河在韦肖洛夫斯科耶水库之后设计提高85m,进入亚速海沿岸高地。运河这一段的渠首流量为230m3/s,到库班河的分水岭段长230km。罗斯托夫-克拉斯诺达尔运河的工程量为:土方量为1.8亿m3,混凝土工程量为60万m3。一期工程的灌溉系统计划分成4条支渠供水,总长249km,施工中要完成土方量1.3亿m3,混凝土工程量为100万m3。
从伏尔加河向顿河调水和从顿河用罗斯托夫-克拉斯诺达尔运河取水可以扩大灌溉面积100多万hm2,调水基建投资的费用可在10年内偿还。
旨在保证俄罗斯欧洲部分南方用水的措施应该看做是统一的密不可分的整体。它的组成部分是:从北方河流调出部分径流进入伏尔加河,经伏尔加-顿河运河,罗斯托夫-克拉斯诺达尔运河进入俄罗斯南方地区。
(3)从多瑙河调出部分径流进入第聂伯河[36,37]。在综合利用原苏联境内多瑙河水资源的规划中,就有从多瑙河调出部分径流进入第聂伯河的主要技术方案及其技术经济指标。20世纪80年代初完成了多瑙河-顿河运河第一期工程的技术经济论证。多瑙河的平均径流量为2000亿m3/a(第聂伯河为530亿m3/a),95%保证率的为1360亿m3/a。计划通过多瑙河-第聂伯河运河调水总量为160亿m3/a,从多瑙河支汊(基利亚河)的萨瑟克湖取水。第一期工程运河的流量计划为550m3/s,运河沿着黑海沿岸,经过德涅斯特漓漫,用堤坝切断海湾,用隧洞、倒虹吸管和抽水泵站克服一系列障碍物,把水引到第聂伯布格漓漫,水泵站的总功率为180万kW,总提水高度为161m。160亿m3/a的多瑙河水计划灌溉40万hm2摩尔达维亚的土地和乌克兰南方255万hm2的土地。
1985年开始多瑙河-第聂伯河运河的施工准备,1983年已在多瑙河-萨瑟克运河渠首区域开始施工,因为其渠首段是调水工程和多瑙河-德涅斯特河灌溉系统的共用系统,目的是要解决复杂的工程问题——萨瑟克湖咸水淡化问题。
(4)从西伯利亚河流调出部分径流进入中亚和哈萨克斯坦[1,24]。为了保证中亚各共和国和哈萨克斯坦以及乌拉尔地区的工农业生产、大型工矿企业和大城市的连续不断的供水,原苏联曾制定了发展大纲,计划用30~40年分期实现从西伯利亚河流调出部分径流进入中亚和哈萨克斯坦的目标。为此原苏联规划并研制了额尔齐斯-中亚运河的各种方案(据报道,总共研制了7条线路约30个详细程度不同的方案)。
按照设计方案,运河干线起自额尔齐斯河上的托博尔斯克城,经过托博尔河和额尔齐斯河之间的沼泽化河间地区,沿托博尔河河谷右岸前进,越过图尔盖分水岭,经图尔盖河流域和咸海以北的滨海地区到达锡尔河,再继续向前抵达阿姆河,到阿姆河位置,运河调水线路总长2300~2500km(因线路方案不同,距离不一样)。运河总的工程量为:土方工程量为140亿m3,混凝土和钢筋混凝土为500万m3。
作为第一期工程计划从额尔齐斯河上的托博尔斯克水库引水,径流不足部分由别洛戈尔斯克引鄂毕河河水补充。计划调水250亿~270亿m3/a(约占该河年均径流量的6%)。第二期工程从鄂毕河的别洛戈尔斯克引水到托博尔斯克水库,从托博尔斯克水库调水600亿m3/a,并由鄂毕河上的新西伯利亚水库向额尔齐斯河调水350亿m3/a,用以补给托博尔斯克水库。为了实现这个目的,设计方案预定在鄂毕河上建筑拦河大坝,并在额尔齐斯河口到托博尔斯克的河段上建设三座配备抽水站的低水头水利枢纽。要想从新西伯利亚水库引水350亿m3/a给额尔齐斯河,同时还要保持其下游的航运水深,这只有在水库本身及鄂毕河上游建立总量约80亿m3的调节库容,同时从托木河流域向新西伯利亚水库调配200亿m3/a的补充水量才能做到。用鄂毕河的水供给额尔齐斯河流域,计划开凿从新西伯利亚水库到巴浦洛达尔的运河来实现。
按照规划,额尔齐斯-中亚运河的北段和南段在水利设施作用和径流情势方面是不同的。从额尔齐斯河到田吉兹水库全长1400km的北段将主要起鄂毕河和额尔齐斯河的输水干线的作用,南段则起配水作用。由供水状态到用水状态的转变,计划通过3个配水水库(田吉兹水库、锡尔河上的察尔达林水库和阿姆河上的秋亚木云水库)来实现。
按照设计,运河为土质河床,运河的外廓和水力特性将随着沿线土质特性和径流情势而变化。
由上述可见,在1976~1985年间,苏联无论是对其欧洲河流还是对西伯利亚河流都规划、研制和设计了大量的调水方案。其主要设计单位(全苏国家水利勘测设计院——全苏北方和西伯利亚河流水量调配研究所)和生态环境评价主导单位(苏联科学院水问题研究所)宣布,这些工程从生态的角度来看不会造成不可接受的损失。这个论点主要是根据120多个单位在1976~1985年间所完成的研究成果[40~48]所做出的,且主要设计方案在80年代初都经过了国家委员会的评审并进行了大量的修改。到1984年年底,苏联欧洲部分的调水一期工程中已有几个项目(合计调水量为58亿m3/a)获得政府的赞同并开始了建立基础设施的工作(见表4-5[40]),已进入技术设计和前期施工准备或施工准备阶段。而西伯利亚的调水工程中也已有几个项目(合计调水量为272亿m3/a)进行了技术设计,原以为几年后就会实现。
表4-5 原苏联北方和西伯利亚河流调水特性及其简况
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