摘要： 对南水北调东线和中线工程现行输水方案进行了简要分析 ，提出中线输水总干渠将形成一条“悬河”和两条输水总干渠均属于严重淤积渠道等两个重要疑虑。继而对管道和渠道两种输水方式的优缺点进行了全面系统的剖析；回答了人们最关心的四个相关问题 ；认为管道输水极有可能是这两项工程的一种最具竞争力的输水方式。
关键词： 南水北调 疑虑 输水方式 管道
1 引言
南水北调东线和中线工程近期将全面开工建设。根据目前 的规划方案，这两项工程的全部线路均采用明渠输水（运河也应视为明渠）。其中东线为土渠，中线为混凝土全断面衬砌渠道。据报道，东线工程江苏段以及济宁至徐州段，除主要承担调水功能外，还兼起水运航道和排洪涝的功能。这部分线段采用渠道输水应该说是合理选择或唯一选择。但对其余绝大部分线段，尤其是调水流量小的末级线路和支线，例如东线工程黄河以北段和向胶东半岛调水的支线，以及中线工程河北至北京段和向天津调水的支线等，应采用管道输水方案。
2 输水方式及其发展 趋势
迄今为止，大量水的远距离输送不外乎采用两种方式，即渠道输水和管道输水。渠道输水是一种古老的输水方式，并且至今仍在全世界广泛采用。相对而言，管道输水则是于近代才兴起的一种新型输水方式，承运的总输水量可能也远不及渠道多。但随着科学 技术的进步，尤其是上世纪中期以来塑料工业 的飞速发展，各种价廉物美的塑料管材相继出现，使管道输水的价格效益（Cost effectiveness ）不断提高，已呈现出逐步替代渠道输水的趋势。
全世界的城市生活和工业用水几乎全部采用管道输送；即使是农业灌溉，管道输水方式也正逐步被人们认可，使用量逐年大幅度高速增长。据报道，许多发达和准发达国家农业灌溉用水的输送都已基本上实现了管道化。在我国，除喷灌、滴灌、微喷灌和渗灌等现代 先进灌溉方式通常都采用管道输水外，低压管道输水－地表灌溉也作为一种节水灌溉方式，正在大面积推广应用 。
南水北调东线和中线工程主要是解决沿线城市生活和工业用水，因而采用管道输水的价格效益应该更高。
3 对现行规划输水方案的两个重要疑虑
3.1 中线输水总干渠将形成一条“悬河”
中线输水总干渠大体上布置在唐白河平原北部及华北平原西部的边缘，即所谓的高线。据称，最终选定高线主要是因为该线路位于绝大部分受水区的上方，可以扩大自流供水范围，并少占良田。这种考虑虽然有其有利的一面，但负面影响 可能更大。由于渠底高于沿线受水区地面，就使中线输水总干渠形成一条纵贯南北1 000 多km 的“悬河”。“悬河”的危害是大家都知道的。黄河千百年来给下游人民带来的灾难和心理上的压力自不待言，就是其中游最大支流渭河今秋给人们的教训也够深刻的了。
采用管道输水可避免“悬河”之忧。管道输水是压力输水，可以不走高线，如将管线布置在京广铁路东侧，西侧高处的城市及其它地区同样可以受水（不必再增压）。
3.2 中线和东线输水总干渠属于严重淤积的渠道
国内外教课书和文献 推荐，为了避免出现淤积，渠道纵向坡降不应小于1/5 000 。按照目前的规划方案，中线输水总干渠纵向坡降仅为推荐值的1/3 ～1/6 。东线输水总干渠黄河以南段拟改变京杭大运河原有流向（有违自然 规律 ？）。这段线路北高南低，反向高程差约40 m ，经13 个梯级泵站将水提升65 m 后，形成了15 m 的水位差，才使水由南向北流动，渠道纵向坡降更无从谈起。由此可见，中线输水总干渠全线和东线输水总干渠黄河以南段（黄河以北段资料不详，估计纵向坡降也不大）都属于严重淤积的渠道。如果渠内的沉积物不能及时清除，中线输水总干渠的“悬河”危害将进一步加剧，东线输水总干渠也将逐渐成为“悬河”。采用管道输水不存在上述问题。管道内的流速通常都设计成1.5 m/s 或更高，不受沿线高程差的影响，管内的泥砂等杂质可随水流冲走。
4 管道输水的其他主要优点
采用管道输水除了能解决“悬河”和淤积问题外，与渠道输水相比，还具有以下主要优点。
4.1 少占土地，并有利于环境保护
采用管道输水时，管道埋在地下管沟里，回填覆土的厚度不小于1 m （具体深度根据当地最大冻土层厚度和地面荷载确定）。除水泵站、调节阀门站等局部地段外，其余绝大部分地段仍可在覆土上种植作物，可大大减少占地面积，并有利于环境保护。
4.2 土建施工 难度小，工程量小
渠道输水是依靠重力自流，所有渠段都必须沿等高线布置，并保持合理的纵向坡降。管道输水则不受此限制，管道总是按最简捷（最短）的路线布置，可大大减少土建施工 工程量。另外，修建一条渠底纵向坡降均匀、渠壁耐冲蚀并且不泄漏的渠道，要比开挖一条基本规整的管沟的难度大得多。再者，当输水线路与河流、道路以及其他管线等交叉时，采用管道时的处理方式要比渠道简单得多。对中线工程，大部分管线可紧挨107 国道东侧布置，无需修建施工 道路。
4.3 不存在冬季和早春结冰问题，有利于保证长年正常供水
东线和中线工程主要是解决京、津和华北的缺水问题。这些地区冬季和早春的气温低，处于结冰期。采用渠道输水方式，轻则减小输水流量，重则引起断流，并需要对调节闸门等各种活动结构 件采取防冻措施。似乎可以这么说，如果不很好解决这两个时节输水过程中的结冰问题，则东线和中线工程北部线段的功能将大打折扣。显而易见，如果采用管道输水，管道埋在冻土层以下，该问题将迎刃而解。
4.4 可避免输水过程中的渗漏和蒸发，输水损失小
水在输送过程中的损失形式主要有三种，即渗漏、蒸发和泄漏。就农田 灌溉工程而言，一般认为土渠的输水损失占输水量的10 ％～40 ％。损失所占比例的大小与输水距离和土质有关，输水距离越长，损失比例越大；土质越差（渗透能力越强），损失比例也越大。上述输水损失中包含了泄漏损失，约占输水量的5 ％。管道比渠道便于管理，泄漏损失也要小一些。由此可见，对于规划方案中采用土渠输水的东线工程部分线段，若改为管道输水，减少输水损失20 ％～30 ％是完全有可能的。对于中线工程，由于规划方案中采用衬砌渠道，渗漏损失很小（因渠底、渠壁可能会出现裂缝等原因，仍不能完全避免），但蒸发损失与土渠相同，预计采用管道可减少输水损失10 ％～15 ％。
4.5 避免水污染，省去治污费用
这一点对于地势较低、沿线已造成严重污染的东线工程尤其重要。据报道，按目前的规划方案，东线一期工程总投资120 多亿元，同期沿线投入的污染治理费为138.2 亿元；加上二期工程拟投入的治污费90.2 亿元，合计高达228.4 亿元。中线工程水源地——丹江口水库的水质极佳，如果在输送过程中受到污染，也同样需要投资进行二次处理。采用管道输水时，管道是封闭的，管内的压力高，水只能出不能进，这两项工程调用的水不与周围的水系接触，可避免受到污染。
4.6 输水保 证率高，并有利于分期施工 投运
对于渠道输水方式，当因自然灾害或人为因素造成渠堤溃破时，势必造成下游停水。采用管道输水时，管道数量一般都在4 条以上，使风险分散，保证率提高。另外，修复管道所需的时间一般也比恢复渠堤所需的时间短。如果设置1 ～2 条备用管道，不但保证率进一步提高，检修维护也非常方便。再者，采用管道非常有利于分期施工 建设。例如，目前正开工建设的北京应急水源工程就可以先铺设2 条管道，以后再根据需水情况，采取增加管道条数的方式续建和完建。
4.7 可在不停水或基本不停水的条件下对输水线路进行维修和更换
不管采用土渠、衬砌渠道或管道，当达到一定使用寿命后，都需要对它们进行修复或更换。如果采用渠道，尤其是中线工程的衬砌渠道，要想在达到寿命期后修复或更换衬砌层，则必须先停水才能进行作业。如采用管道输水，当需要修复或更换时，逐条管道进行，可保证正常供水或基本上正常供水。设想一下，如果50 年前将北京城的电力供应停掉一半，甚或是全部停掉，恐怕也不是一个大问题。但如果现在将北京城电力供应的四分之一停供两个月，那会是一个什么样的景况？相对于电力而言，人们的生活和生产更是一刻也离不开水。
4.8 维护费用低
据报道，铸铁管埋地时的有效期望寿命为20 ～30 年，塑料管（含玻璃钢管）为40 ～50 年，预应力钢筒混凝土管为55 年以上。在此期间，管道基本上不需要维护。而渠道（尤其是土渠）则不同，它很容易出现淤积、冲蚀、杂草滋生、泄漏等问题，可以说每时每刻都需要维护。可以预见，如果采用渠道输水，当这两项工程建成投入运行时，沿线将需要配备一支规模庞大的看管维护队伍，其费用可能也相当可观。
5 管道输水的主要缺点
与渠道输水相比，采用管道输水的运行费用较高。管道输水是压力输水，流速比渠道输水高，水与管壁之间的摩阻损失大，所需的水泵扬程高，运行费用也就高。如果采用管道输水，则东线工程各泵站的水泵扬程需适当提高，中线工程可能也需要在现有大约100 m高程差的基础上再增加若干座加压泵站。
6 人们最关心的几个相关
问题 6.1 工程所需大口径管道的生产情况
据报道，我国有关厂家已能生产口径达3 m的球墨铸铁管、4 m的预应力钢筒混凝土管（PCCP）和玻璃钢管，以及5 m的螺旋缠绕塑料管。这些管道基本上可以满足东线和中线工程部分线段使用。东线一期工程黄河以北段和向胶东半岛输水的支线流量均为50 m3/s，如果管内流速按1.5 m/s
计算 （这是管道输水的较低流速），需要3 m口径的管道5条或4 m口径的管道2.5条；如果二期工程流量增加到100 m3/s每秒，则需要4 m口径的管道5条。中线工程河北段流量按200立方米每秒，需要5 m口径的管道7条或4 m口径的管道10条。
大口径管道及其管件的设计和生产，不存在高、精、尖技术难题。即使某些规格尺寸的管道
目前 还不能完全满足需求，在我国国力大幅提升、制造业综合水平空前提高的今天，也完全有理由相信能开发研制，并成功生产出符合南水北调工程用的输水管道。
6.2 管道输水技术在国内外大型调水工程中的应 用情况
管道输水技术在国内外大型调水工程中已有许多成功
应用 的先例。20世纪60～70年代建成的以色列北水南调工程和美国加州北水南调工程，以及今年我国刚建成的引黄入晋工程和东深供水改造工程，都采用了管道输水技术。这些工程采用管道输水的原因不尽相同，主要是为了防止水污染、减少渗漏损失和提高保证率等。
6.3 管道输水方式的初期投资
这是人们最关心的问题之一，可能也是管道输水方式受冷落的主要原因。在没有制定出具体实施方案以前，实际上无法讨论投资问题，这里仅做简要
分析 。首先，管道输水技术的广泛应用，依赖并得益于塑料
工业 的
发展 。在规格尺寸和性能要求相同的条件下，塑料管在所有管道中的价格最低。东线和中线工程地形都很平坦，非常适宜采用低压塑料管道。大口径螺旋缠绕塑料管不但造价低，还可按需要在现场缠绕，可大大降低施工过程中的运输和安装费用。其次，渠道输水的工程直接投资可能较低，但需要投资治理水污染。东线工程同期投入的污染治理费就比直接投资还高。再者，某些方面的效益也不能简单地用初期投资高低来评价。如前所述，按目前的规划方案，中线输水总干渠将形成一条“悬河”，一旦发生洪灾时的损失几何？渭河仅今年一次洪灾的直接
经济 损失就高达82.9亿元。人员伤亡情况怎么样？人的生命更无法用金钱来衡量。
6.4 管道输水的运行费用
在运行时间一定的条件下，运行费用主要取决于提水加压泵站的总装机功率。这里采用类推法，粗略估算总装机功率的大致情况。按目前的规划方案，东线工程提水泵站三期合计总装机功率为52.9万kW。如果将现行规划扬程65 m加倍，即增加到130 m，装机功率约为105万kW。中线输水总流量与东线相当，假定在现有100 m高程差的基础上再提升（加压）130 m，装机功率大约也是105万kW。两项工程合计总装机功率约为210万kW，只相当于一个大型火电厂的装机功率，约占三峡电站装机功率的1/9，全国电力总装机功率的0.6％。由此可见，所谓的管道输水运行费用高，相对于南水北调这样的超大型工程，其绝对值并不是一个大数字。另外，与渠道输水方案配套的许多污染治理和水处理项目，也必然伴随着长期运行费用。如果将其加在一起，很可能足以抵消采用管道输水所增加的运行费用。
7 结语
综上所述，南水北调东线和中线工程部分线段采用管道输水极有可能是一种最具竞争力（价格效益最高）的方案。限于水平和掌握的资料有限，本文暂无法进行更进一层的讨论。建议有关部门组织力量，深入调查
研究 ，对管道输水方案和明渠输水方案进行全面技术经济对比。对比的
内容 不但应包括初期投资和长期运行维护费用，也应考虑配套设施、污染治理、环境保护、移民搬迁安置以及若干年后的技术发展趋势等因素。另外，对比分析一定要建立在大量可靠数据的基础上，用数据说话，例如，不宜简单地用“管道投资高”一句话，就将管道输水方案搁置。加上它的诸多优点后是否仍具有相对高的经济效益、输水保证率、可靠性和安全性等，才是真正重要的。希望通过这样的方式，为南水北调东线和中线工程部分线段选择适宜的输水方式，将其真正建成同期“世界一流工程”。
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Pipeline for Water: Better Way in Parts of Sections of
the South North Water Transfer Project
Abstract: After analyzing current water carrying schemes in the middle and eastern lines for south north water transfer, we infer the trunk canal of the middle line might form "a hanging river" and the two main canals of both lines would belong to heavy sedimentary channels. By comparison of advantages and disadvantages of pipeline and canal, we have given four concerned solutions and considered pipelines are the better way for water transfer in some sections on the two line projects.
Keywords: south north water transfer; concerned solutions; water carrying schemes; pipeline
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