CN101392509A - 长江余水北调改造黄河抗旱北方系统工程 - Google Patents

Abstract

长江余水北调改造黄河抗旱北方系统工程是我国南水北调工程的改进方案，是稳定长江水位，全面利用长江多余水量的最佳方式；是解决北方干旱难题的三大方案之一，其社会和生态效益明显。它利用在建的南水北调工程，将它们略加改造，再增加几条与它们大致平行的调水主渠。在所有主渠两侧根据地形排水侵蚀出大致为东西走向的分水渠，或建立加压引水管道。它增加人工湿地、为耕地和居民提供可靠水源，为地下水提供持久稳定的补给水源。这渠道管网与另两防旱系统互补，全面扭转北方干旱缺水现状，改善农业生态环境。它利用长江富裕水量和洁净水质，冲蚀黄河河床，达到清淤，通航增渔目的，使黄河成为我国的第二黄金水道，并营造入海口渔商军港。

Description

长江余水北调改造黄河抗旱北方系统工程

本发明为农业水利工程和生态环境工程。

我国长江以南地区雨量充沛，江河每年都有洪水；而长江以北降雨较少，黄河缺乏航运之利，北方几乎每年都有旱情，不少地区连人的饮用水都难保证，于是我国很早就提出南水北调计划，近年更加速实施。在东、中、西三线中，东线已有长江水送达京津地区。黄河为我国第二大河，但在历史上它是有名的害河，黄河百害(但独富河套)，近年还发生断流河段。实施中的南水北调，未考虑对黄河的改造利用。

本发明的目的是，将长江多余水量和水质用于北方抗旱和黄河的改造，使华北不再缺水干旱(在太阳能海水淡化西送工程和陆地降水全蓄工程的配合下)，使黄河成为我国有航运之利和富产农渔产品的又一黄金水道；在改造黄河过程，还要为我国黄海的开发利用创造合乎理想条件的渔港、商港和军港。

长江在平常的水量就很大，目前未能充分利用；在雨季，更多的水量白白流入东海；每隔几年还出现抗洪抢险情况，投入和灾害损失均很大。就航运来说，船只对水位(水深)有一定要求；就工、农、民用水来说，需水量是个常数，因此，可以通过对长江各江段测算得出可以确保航运安全的水位和确保沿江段需水量的水位，在这两种水位之中选高水位，作为该江段必需的水量；超过此水量的部分为余水量。显然，合乎航运和需水量的水位为常量，它易于控制和确保；而余水量则因沿江和各支流流域的降水量(迳流量)而波动，洪水期余水量与平常余水量之比可高达几倍乃至上百倍，对这么大的水量的充份利用，应是长江水利用必需达到的目标。为控制外调水量，可在各分水口设分水闸，水闸板的最低位置与确保必需水量的水位高度一致，其位置足以放出全部余水量；当余水量过大，超过分水主渠能力时，可适量提高水闸板，这时有部分水将白白在长江内下排(但这种情况很少，因各分水主渠南段的过水能力很大)。

分水主渠从江边分水闸向北通过黄河，再到尽可能的北端(视海水淡化西送所达到的范围)，余水可在主渠流经地区由分支渠(管道)为农田和居民供水，也可直接为黄河补水。黄河现有河道的过水能力极大，所以不存在余水用不了、在黄河成灾的问题。

长江与黄河的水质差别极大。华北广大地区主要分布的是巨厚的第四纪黄土，它的主要矿物成分为蒙脱石、伊利石和高岭土，正是它们与水相作用，形成水溶胶。这种胶体是黄土区黄土侵蚀、水土流失与搬运的主要方式。胶体遇到与它的电荷相反的电解质即胶凝而沉淀(积)。黄河三角洲每年向海扩伸几km的原因就是：黄水遇到了海水，其中的胶体因胶凝而沉积。因此，清彻的长江水与混浊的黄河水的差别是可以利用的。

利用的方式有：以长江水冲蚀黄河河床，使之形成黄水，它顺流而下直达入海口，达到清淤和搬运的目的；许多年以后，黄河河床将下切，悬河段的河床底会逐渐趋向当地的侵蚀基准面，黄河的灾害会彻底消除。若将长江水部分地排放在低洼、狭长的黄土坡上，多年以后，它会下切和溯源侵蚀，最终可能形成一条黄河的支流或直接入海的小黄河。还可在海洋渔业专家，海港专家和军港专家的指导下在黄何入海口建立人工干预下的理想的渔场、港口和军港。原理很简单，将流到入海口的黄河水用搪玻璃钢管输到需要胶体沉积的位置排放，让黄水中的粘土胶体在这“指定”位置胶凝沉积，当达到所需沉积面深度(高度)后，再加以适当改造加固即可。

本发明是这样实施的：附图为东部东线调水区示意图。因中1为长江(下游江段)。2为黄河(下游河段)。3为南水北调的东线(运河，设它沿10m等高线)4为泄水形成的沟渠。他们的箭头示河水流向。横写的12、11、10、9、8、7、6……线为地形等高线高程。5为主水渠的分水闸，其固定水闸板的最低位置与航运必需的水位一致，余水全部排入分水主渠。而活动闸板的上提可减少分水量，余水量将有部分留在江内。6为主渠上的分水闸，其位置选在地形较低一方(东侧)的沟内(等高线向西弯成弧形)，如这沟一直向东延伸，则此沟可形成一条向东的小河流(如双虚线4所示)：若此河流经区为厚层的黄土，则此河将下切和溯源，成为一条流向东海的小黄河。7为位于主渠西岸的加压提水站，它以太阳能风能为动力。8为搪玻璃钢管输水管可在加压下向西输水。9为位于不长的沟的上端的分水闸。所在沟(双虚线4所示)若在黄土层上，则分水闸排出的水将形成黄水向东流。此沟不长，在高程为7处已消失，在高程为6的等高线呈向东凸的弧形。在等高线7与6之间为一平缓、开阔的斜坡，这样的地形可建平地水库：用推土机推出一个高程为6m的平地(如波纹线所示的区域10)。11为平地水库的堤，堤高1～2m。筑堤所需土方，由平整库低(高程6m)推来的土方和沿堤挖水沟(深2m±)所得土方。12为堤的泄水口(泄水高度可调控)，其高程为6(即与库低等高)。它可将库水由明渠或水管自流供给耕地或村庄13。14为另一泄水口，其位置选在张性断层15(或其它导地下水的含水层)通过的位置。在当地地下水亏缺地区，通过这导水断层可将库水补给含水层。实际上所有明渠流经的位置都有或多或少向地下的渗漏水，有地下水的补给作用。所有明渠和管路均可在需要用水的地方分流分支，为耕地灌溉和为居民供水(限清水)。16至16′为黄河河床侵蚀河段，它高于主渠，主渠水需提升水位后，才能冲蚀此河段的淤泥。17为由风能和太阳能驱动的或加以网电驱动的提水水泵，它可提高主渠排出水的水位，以冲蚀高于主渠高程的黄河河床的黄土。18为河口胶凝为主的泥沙沉积区(细点区)，它可在人工干预中沉积成渔港、商港和军港所需的形状和厚度。19为计划建设的风力太阳能海水淡化工程的选址带，此工程将与调水工程和陆地蓄水工程互补，形成完整的北方抗旱系统工程。

附图为高度简化的示意图。实际工作中应在1:5万的地形图上选择大致南北走向的等高线若干条，作为主渠的位置(不限于目前已定的西线、中线和东线3条)，它应当尽量少与交通干线相交，少直接穿过城镇，应适当保持主渠的坡度。所有主渠和支渠均应根据经过的地形，有适宜的分支。整个调水系统要水尽其用：其所有终端都是耕地、居民(限清水)、平原水库(耕地和居民用水的暂贮“水塔”)以及地下含水层；只有引入黄河的水才起另外的作用。它冲蚀黄河，携带泥沙到入海口沉淀，主要作用在清淤和人造海港。黄河、所有主支明渠、平地水库等人工湿地，均对当地地下水起补给作用，它们使干旱的华北，已经严重亏缺的地下水得到最广泛、持续的补给。它们使各地的地下水降落漏斗消失，地下水水位较前接近地表，更多地提供毛细水，使土壤相对更潮湿，这有利于植物生长。在这样遍布各地的人工湿地、接近地表的地下水和相对潮湿的土壤之上，空气的相对湿度亦将有所增加，这有抑制沙尘、净化空气的作用，有利于人类健康。

附图是根据东线工程示意画出的，其余主渠原理相同。

所有动力，均以风电和光电为主，只在它们供应不足的地区或时间，才用网电。全部管路及水泵均用防腐性能良好之搪玻璃层防护。

Claims (10)

1、长江余水北调改造黄河、抗旱北方系统工程，其特征在于：

a、确保航运水位和工农民用水量的前提下，将多余水量全部北调；

b、利用南水北调的东、中、西线工程，再根据等高线选建平行它们的几条主渠；

c、由各主渠根据地形再引出分渠或分管道；

d、所有渠、管的终端均为：耕地、民宅、平地水库或地下含水层，或黄河河床；

e、充分利用长江的多余水量和水质；

f、改造黄河、利用黄河泥沙营造入海口的理想渔、商、军港。

2、根据权利要求1所述特征，在长江各分水口、主渠各分水口均设可限量分水的闸板门。

3、根据权利要求1所述特征，根据地形和地表土质，选定分渠位置，以冲蚀为主，再加人工改造的方法建各级分水渠。

4、根据权利要求1所述特征，在分水渠下游端的平缓开阔地建平地水库。

5、根据权利要求1所述特征，平地水库居高处，向低处的耕地、村庄和断层带等自流供水。

6、根据权利要求1所述特征，向高程大于主渠的地方以搪玻璃钢管加压输水。

7、根据权利要求1所述特征，在黄河边设加压提水站，以此水冲蚀黄河河床，以清淤和加深河床。

8、根据权利要求1所述特征，在黄河水入海口，用搪玻璃钢管将胶体水引到指定位置胶凝沉淀。

9、根据权利要求1所述特征，所有动力均采用风能和太阳能，或风电、光电与网电互补。

10、全部管道和水泵，均以搪玻璃层防腐。

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