京杭大运河黄河以北段通航的必要性和穿黄工程方案研究

2019-06-19张梦瑶

中国科技纵横 2019年8期

张梦瑶

摘要：本文主要对京杭大运河黄河以北段通航的必要性做了分析，认为京杭大运河黄河以北段的通航对大运河文化带的建设、解决华北平原水资源短缺、保障雄安新区用水安全、保护大运河世界文化遗产、保护大运河生态环境、促进中国东部沿海地区全线崛起有着重要的战略意义。接着将京杭运河几条线路作为依据，对京杭运河黄河以北段通航的可行性进行了分析，通过已有的续航方案结合大运河和黄河的实际情况对通黄工程的方案以及京杭运河全线通航的效果做了分析。

关键词：京杭大运河;水资源;通航工程

中图分类号：U615 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）08-0147-03

0 引言

自古运河在我国就有着不可替代的位置，在巩固国家的统一、促进经济的发展、加强文化的交流、交通的便利以及生态用水等方面都有着至关重要的作用。[4]

京杭运河是世界上最长的古代运河。从南到北，从杭州到北京，流经天津、河北、河南、山东、江苏和浙江，沟通海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大水系，全长1797千米。

运河之所以叫做“运”河，是因为它可以通航，有运输的功能，通常与自然水道或其他运河相连。运河还有灌溉、分洪、排涝、给水等作用，更重要的是还具有强大的生态功能。大运河断航期间，华北平原，尤其是京津地区产生严重的生态危机，反映了大运河的生态作用。为使大运河能够顺利通航，最快速、也是最可行的方式就是“穿黄”。

1 京杭大运河黄河以北段通航的战略意义

1.1 京杭大运河黄河以北段通航是大运河文化带建设的必要条件

大运河文化带即对运河文化的保护、传承和利用，保护运河的相关遗存和附属设施，传承运河文化，合理利用运河的资源，将运河的文化产业和事业作为载体形成带状功能区域。

大运河不管是在历史还是现在，它都是沟通南北的重要通道，在文化带的建设过程中，它都占据了举足轻重的地位。[4]

运河具有流动性和开放性，可以使得人口流动速度加快，也会使得不同地区的不同文化、价值观念能够较快地渗入各个城市中人们的生活中，区域间文化的融合性极强;大运河具有区域、跨区域特性（图1），它连接南北，与其它纵横交错的河道及交通枢纽相互连结，更好地为经济和文化的传播构建捷径。[6]

1.2 京杭大运河黄河以北段通航是解决华北平原水资源短缺的重要路径

图2中显示中国每人每年平均有2355立方米的水资源，不算很低，但也没有达到世界的平均水平。由于贵州的人均用水量超过全国平均用水量，以至于掩盖了华北平原，人均水资源少于300m3，属于极度短缺水的地方（图3）这一事实，北京作为人口拥挤、经济飞速发展的地方，用水更是极度稀缺。

导致华北平原水资源短缺的因素有三个。自然资源性缺水占该平原总缺水量的15.1%～16.4%;管理性缺水占该平原总缺水量的22.1%～24.2%;政策性缺水占该平原总缺水量的59.3%～62.5%。在飞速发展的过程中，可持续利用的水资源已不足以满足华北平原的需求，于是将目光转向了不可持续利用的水资源。不可持续利用的水资源则包括地下水和生态环境所需的水。

地下水来源于降雨以及河流补给，然后慢慢渗入地下。而超采就是在一个地区长时间抽出来的水量大于补给的水量，结果就是地下水位以每年0.5到1m的速度在下降（图4）。

除了超采导致的用水过多使得华北平原水资源短缺以外，还有一个因素就是由于人为地控制黄河的河道导致泥沙携带量过大的黄河成为了“地上悬河”，黄河的水位要远远高于其它河的水位，使得大运河无法越过黄河到达华北平原，直接挡住了大运河通往华北平原的去路。

所以，是京杭运河断航造成了华北缺水，依靠南水北调东线提调长江水根本不可能恢复北运河航运。

1.3 京杭大运河黄河以北段通航是保障雄安新区用水安全的必要路径

水安全是指“人类生存发展所需要的有量与质的保障的水资源，能够维系流域可持续、维系人与生态环境健康、确保人民生命财产免受洪水、滑坡、干旱等水灾害损失的能力”。

雄安新区承担着疏解北京非首都功能的作用，同时，它也要打造优美的生态环境，然而目前境内水问题极为突出，水资源短缺、水环境污染严峻、地下水超采和洪涝风险是该区域实施可持续发展面临的主要水问题。白洋淀由一开始“东湖鱼蟹不下船，保定鱼市不开张”和“西淀鲤鱼甲天下”的水环境，到后来生物种类越来越少，水环境污染越来越严重。另外，新区地处九河下梢的低洼平原，防洪能力偏低，雄安新区建设也面临地处九河下梢，洪涝高的水旱灾害风险问题。

1.4 京杭大运河黄河以北段通航是大运河世界文化遗产保护的有效手段

2014年6月22日，中国大运河在第38届世界遗产大会上获准列入世界遗产名录，成为我国第46个世界遗产项目，大运河文化带共包括8省27段遗产河道、58个遗产点，其中，上中下游均有9段遗产河道，以及10、14和34个遗产点，运河水工遗存、运河附属遗存、运河相关遗产共计58处遗产点，见表1，河道总长度1011公里。

大运河沿线遗产保护体系尚不健全，其历史文化价值未得到充分发挥。根据联合国教科文组织世界遗产委员会的划分，中国运河文化遗产划分為正在从事航运的“活态遗产”、河道尚存的“历史运河”、已在地面上消失的“遗产运河”三项。目前活态遗产保护最好、历史运河次之、遗产运河保护最弱，尚有一些重要遗址点被遗漏，部分年久失修。在58个遗产点中，有的需要防护加固、有的需要现状整修、有的需要重点修复，其中重点修复的遗产主要集中在文化带下游地区。目前沿线各城市对行政区内大运河规划了不同的景观和功能区段，但是地方政府出于旅游开发、城市建设或单一美化目的，对大运河遗产造成了建设性破坏。

1.5 京杭大运河黄河以北段通航是大运河生态环境保护的必要条件

目前，由于华北平原，尤其是京津冀地区正处于飞速发展的阶段，过量排放以及对生态环境保护的忽略，让我们赖以生存的生态环境遭到严重破坏。加上京杭大运河的断航更是导致水资源严重匮乏，地区的城市化也导致农田、绿地、湿地的面积不断缩减，使沿岸生态系统的恢复力以及环境承载力都在逐渐下降。而京杭大运河的全线开通，可以保护、恢复、改善大运河生态系统，是大运河生态环境保护的必要条件。

1.6 京杭大运河黄河以北段通航是中国东部沿海地区全线崛起的重要引擎

大运河的通航能够显著改善地缘文化经济，使南北的文化交流更加便利、频繁。它是连接长三角城市群、山东半岛城市群、京津冀城市群的重要纽带，也是区域文化经济发展的重要纽带。

目前，京津冀城市群、山东半岛城市群和长三角城市群已迅速发展起来，但仍有许多还未发展起来的三四线小城市，而京杭大运河的开通可以将沿岸城市群串联起来，依靠经济发达的大城市带动沿岸小城市，充分发挥运河对经济社会发展的带动和引领作用。

2 京杭大运河全程通航的可行性及北延段航道的线路选择

京杭大运河的全线通航开通了南北水运的通道，有利于加强地区间经济和文化的交流，可以充分发挥内运河低排放的运输优势。京杭运河黄河以北须通航处可分两段：黄河至临清段、临清至南运河（吴桥）段。

2.1 黄河至临清段：输水线路有位山三干渠、小运河和新开位临运河 3 个方案

2.1.1 位山三干渠

位山三干渠是引黄的重要渠道，但是由于输水时间、输水水位、泥沙淤积、用水管理方面矛盾很多，不适宜长期大规模地作为引水渠道，因此暂不考虑将它作为通航线路。

2.1.2 小运河

小运河全长109.16km，由于河道蜿蜒曲折，需要改航道航线，由于跨河桥梁众多还需要改建桥梁、由于居住人口多而且要改河道导致拆迁和移民量都很大，并且由改线产生的防渗工程量也很大。与此同时，小运河还与赵王河、徒骇河和马颊河立交，无法与运河联系，对此，也可暂时不考虑将此线路作为航运的长远发展的方案。

2.1.3 新开位临运河

位临运河位于位山三干渠的西侧，全长90.67km，由于线路较短，有利于提高航运效益。地形条件较好，能满足土壤防盐碱化要求，防渗工程量少。主要问题是存在一定的拆迁和移民量，切断了三干渠以西灌区，且需新建大量跨河桥梁。[3]

2.2 临清至南运河（吴桥）段。输水线路研究了卫运河、七一·六五河、临吴线3个方案

2.2.1 卫运河

卫运河长119km，过流能力大，河道宽阔、顺直，现状可基本满足Ⅴ级航道通航与调水要求，现河上建有300吨级的祝官屯船闸和1000吨级的四女寺船闸。大型跨河桥梁基本能满足Ⅲ级航道通航标准。但污染严重，可通过治理予以解决。

2.2.2 七一·六五河

七一·六五河总长91.2km，现有京九铁路跨河而过，作为输水方案，水利部门已经开展南水北调东线一期鲁北段七一·六五河输水工程的建设，如作为航运线路，需进行深入的研究工作。

2.2.3 临吴线

临吴线线路总长147.5km，跨河桥梁通航净空不足，特别是京九铁路桥、石德铁路桥改造难度大。需新建一批航运枢纽，投资较大。

3 京杭大运河穿黄工程方案遴选

穿黄工程是实现京杭大运河全线通航，实现南北贯通的关键和难点。穿黄方式一般有平交和立交两种情况。[5]

3.1 平交方案

若采用平交方案，要考虑黄河的枯水期和洪水期、含沙量和输沙量等因素对过船建筑和引航道的影响。由于黄河的河宽，天然水深只有1.0m，在枯水期时，只有下游还有可能可以通航，而上游由于水浅不能通过较大船只;黄河含沙量高达37kg/m3，而淮河、长江和珠江的含沙量分别只有0.91kg/m3、1.21kg/m3和0.285kg/m3，經过一个洪水期引航道就会淤平。黄河的年输沙量高达16亿吨，当运河船闸充水时，黄河大量的含沙水将进入船闸，闸室和下游的引航道都会淤积，维护工作量会大大增加。

3.2 立交方案

关于立交方案，有隧洞、渡槽（图5）、宽轨+活动承船厢方案等。[1]

对于隧洞方案，我国还没有比较正规的案例，但是在法国、英国等国家已经出现了许多通航隧洞，由于双向通航隧道工程量大，过船危险系数偏大，所以大部分的通航隧洞都是单向的。由于工程难度较大，为确保不渗水以及出于安全考虑，一般不能建在含水层和易产生不均匀沉降的软基上。对于进出口的要求也较高，要求具有良好的地形条件，既要与原运河平顺连接，保证隧洞直线布置，又要有足够开阔的场地布置引航道和锚泊地等。

对于渡槽方案，该方案的关键技术是钢结构阴极防腐问题，它的建造技术成熟、操作工艺简单、维修管理方便，较为可行。

对于宽轨+活动承船厢方案，该方案的基础就是渡槽方案，但是是用轨道+活动船箱代替了长渡槽。

3.3 方案比选（表2）

综上，立交的3种方案都是可行的，应进一步进行技术、经济比较，确定合理可行的方案。

4 京杭运河全线通航的效果分析

4.1 文化带

京杭大运河的全线开通可以有效且更好地保护运河的相关遗存和附属设施，传承运河文化，充分且合理利用运河的资源。

4.2 经济

京杭大运河的全线开通可以连接长三角、山东半岛、京津冀三大城市群，也是三大最活跃的经济圈，扩大这三大城市群的影响范围，使货物的流通规模更更大，流动速度更快，范围更广，带动其他地区的经济发展，降低了社会物流的总成本。同时，大运河的开通还可开展旅游资源的开发，推动沿岸一些小城市旅游业的发展。[2]

4.3 环境

京杭大运河的全线开通也可以让京杭大运河沿岸生态系统的恢复力提高，环境承载力变大，使这个生态系统内的物种更加丰富。

4.4 水资源