引江补汉工程总体布局论证概述

王 磊，蔺秋生，赵 健

（1.长江勘测规划设计研究有限责任公司，430010，武汉；2.长江水利委员会规划计划局，430010，武汉）

南水北调中线工程前期工作始于20世纪50年代初，数十家规划设计单位、科研院所历经半个多世纪广泛深入的勘察规划设计研究工作，完成了工程设计方案，并于2014年建成通水。南水北调中线前期工作中，水源方案更是历经长期研究、反复比选，最终确定了近期从汉江丹江口水库取水，远期根据黄淮海平原的需水要求从长江三峡库区调水到汉江的方案。21世纪以来，在中线工程水源方案研究成果的基础上，水利部组织长江水利委员会（以下简称长江委）持续开展了长江三峡库区调水到汉江（引江补汉工程）的前期工作。中线工程通水以后，为提高中线一期工程水源保证率，改善枯水年汉江流域用水矛盾，2017年水利部组织开展了引江补汉工程规划，并于2019年年底同步开展了引江补汉工程可行性研究工作。

一、研究基础

2002年国务院批复的《南水北调中线工程规划报告（2001年修订）》专题报告之一《水源工程建设方案比选》，研究了大宁河调水入汉江、香溪河引江济汉、龙潭溪引江等向汉江补水的方案，同时复核了三峡建设委员会提出的小江引水方案。

大宁河调水入汉江方案从重庆市巫山县大昌湖白沙坡提水至汉江支流堵河潘口水库（正常水位355 m），输水隧洞长82 km，泵站扬程245 m。香溪河引江济汉方案在兴山县城下游6 km的泗湘溪村李家湾，用长隧洞穿越江汉分水岭荆山山脉引水至喻家湾入汉江，线路长144 km，全为隧洞。龙潭溪引江方案输水干渠起于三峡坝址上游龙潭溪附近，向东穿过鄂西山地东部边缘，经当阳、荆门、南漳、谷城、丹江口过汉江至南阳市淅川县与中线总干渠连接，线路长326 km，其中明渠长142 km、隧洞长131 km、渡槽长53 km。小江提水方案从三峡库区重庆市开州区小江左岸白家溪附近引水，经泵站提水至城口县岔溪口进入堵河支流任河，泵站提水扬程380 m，引水线路长120 km。

上述方案中大宁河提水方案线路短、扬程相对较低、经济性好，小江提水方案的线路长度、提水扬程等指标不如大宁河提水方案；香溪河和龙潭溪引水方案因受当时深埋长隧洞施工技术水平制约，未开展深入研究。中线工程规划修订时认为这些方案的工作深度均不够，许多问题待勘察、分析和研究，建议作为中线工程后续水源的比选方案，待条件成熟后再进行深入研究。

二、工程总体布局论证概述

1.工程规划阶段

规划阶段在以往工作的基础上，根据新形势新要求，以及近些年相关水利工程规划和调水工程建设情况，引江补汉工程布局综合比选了提水至汉江丹江口水库坝上的方案（以下简称坝上方案）、引水自流至丹江口水库坝下的方案（以下简称坝下方案）以及坝下自流引水和坝上提水相结合的双线引水方案（以下简称坝上坝下结合方案）三类方案。

（1）坝上方案

坝上方案研究了小江、大宁河、神农溪、归州4个提水方案。其中小江提水方案和神农溪提水方案，提水扬程、输水线路长度、地质和施工条件均与大宁河提水方案相当，但上述2个方案水源和线路均涉及环境敏感区核心区和缓冲区，存在重大环境制约。因此，坝上方案重点比选了大宁河提水方案和归州提水方案。

①大宁河提水方案

规划暂以大宁河两站两库方案为代表方案，在长江三峡库区大宁河大昌湖建设关门岩泵站提水至红岩河水库（新建）后，经隧洞自流输水至巫溪县大宁河上的观音阁水库（新建），再在观音阁水库库尾建设荆竹坝泵站提水入汉江支流堵河潘口水库，经堵河流入丹江口水库；关门岩和荆竹坝泵站提水扬程分别为176 m和64 m，输水线路全长105 km，其中隧洞长84 km，利用天然河道21 km。

②归州提水方案

丹江口水库正常蓄水位170 m，死水位150 m，极限消落水位145 m。三峡水库正常蓄水位175 m，防洪限制水位145 m。从三峡水库提水至丹江口水库净扬程0～25 m。因此，研究了从归州提水入丹江口水库方案。提水泵站位于归州取水口后侧山体内，归州泵站提水至高位水池，再向北经湖北省秭归县、兴山县、保康县、谷城县、丹江口市，自流至丹江口水库南岸谭卡子杨柳河入丹江口水库，总提水扬程约91 m，输水线路长约194 km。

（2）坝下方案

①三峡归州自流引水方案

三峡归州自流引水方案经综合比选，选择施工条件和地质条件相对较好的东线方案。取水口位于长江干流北岸归州镇上游2.5 km，线路出口位于丹江口坝下右岸潘家岩村安乐河口。输水线路从归州取水口取水后，向北经湖北秭归县、兴山县、保康县、谷城县、丹江口市自流至丹江口大坝下游潘家岩村安乐河口入汉江，线路长约194 km。

②龙潭溪自流引水方案

引江补汉工程规划阶段对长江委20世纪50年代提出的“明渠+隧洞”方案复核后，结合城镇发展、地形地质条件、环境敏感区、施工条件，经多方案比选后，推荐从三峡大坝上游7 km的龙潭溪取水，向北经宜昌夷陵区、远安县、南漳县、谷城县引江水至丹江口水库坝下安乐河口入汉江，线路全长211 km。

（3）坝上坝下结合方案

坝上坝下结合方案为双线引水方案，即分别从大宁河观音阁水库提水入丹江口水库上游堵河和从三峡水库自流引水至丹江口大坝下游入汉江。大宁河水质好，年均径流相对较大，调水无环境制约因素。因此，坝上规划从观音阁水库调大宁河水至堵河潘口水库，经堵河入丹江口水库，输水隧洞长63 km。坝下采用三峡归州自流引水方案，从三峡归州自流引江水至丹江口坝下安乐河口，线路长194 km。

（4）规划阶段比选结论

①坝上提水入丹江口水库的方案调度相对灵活，但提水运行成本较高，存在丹江口水库水质降类风险。其中，大宁河提水方案一次性投资较省，但无法兼顾沿线湖北受水区的用水需求;归州提水方案可兼顾沿线湖北受水区的用水需求，但工程一次性投资较高。

②坝下自流方案可兼顾沿线湖北受水区的用水需求，无丹江口水库水质降类风险，但遇枯水年时增加丹江口水库北调水量难度较大。其中，归州自流方案运行费用最低，但对汉江中下游水质影响较大;龙潭溪自流方案对汉江中下游水质影响相对较小，但工程线路长、投资较大。

③坝上坝下结合方案可调大宁河水入丹江口水库，增加枯水年水库的调配能力，还可兼顾湖北、重庆等多方利益，但工程双线施工，输水线路较长，也存在提水运行成本较高的问题。

④经初步分析，规划阶段暂按三峡归州自流引水至丹江口水库坝下方案进行设计。下阶段应对坝上坝下结合方案、坝下归州自流、坝下龙潭溪自流等方案进行同等深度研究，并综合考虑施工技术条件、供水配套工程投资等因素进行技术经济比较，合理论证工程总体布局方案。

2.引江补汉工程可研阶段

可行性研究阶段在以往成果的基础上，按照同等勘察设计深度比选了坝上、坝下和坝上坝下结合三类方案。

（1）坝上方案

经进一步分析比选，坝上方案以大宁河提水方案为代表方案，在长江三峡库区大昌湖北岸建设关门岩泵站提水后经关观隧洞（长约25 km）进入观音阁水库，再在库尾建设荆竹坝泵站提水经荆潘线（长65 km）输水入汉江支流堵河潘口水库，再经堵河流入丹江口水库。建设项目包括水源工程和输水工程，输水工程由关门岩泵站、观音阁水库和荆竹坝泵站组成。输水工程由关观隧洞和荆潘隧洞组成。

（2）坝下方案

根据地形地质、环境敏感区分布、施工条件和征地移民等因素，以补水效益一致为原则，对规划阶段的线路方案优化调整后，拟定了归安线、龙安1线、龙安2线和龙安3线四个线路方案。归安线为规划阶段归州自流引水方案局部优化方案。龙安1线、2线和3线均从三峡大坝上游7 km左岸龙潭溪取水，均在丹江口水库坝下安乐河口入汉江；其中，龙安1线结合归安线优点充分利用较好岩体布置，龙安2线为规划阶段龙潭溪自流引水方案局部优化线路，龙安3线位于江汉平原西侧岗地，向江汉平原补水的条件较好。

归安线、龙安1线、龙安2线和龙安3线输水总干线均采用有压单洞自流输水，多年平均引江水量均为39亿m3，根据三峡水库水位不同，入汉江流量均为170～212 m3/s，线路长度分别为192km、195km、216km、233km，过水洞径分别为10.2m、10.2m、10.35m、10.5 m，最大埋深分别为1 656 m、1 182 m、1 285 m、1 037 m，与工程区“西高东低”地形特点一致，Ⅳ、Ⅴ类围岩长度分别为130.1 km、86.1 km、125.7 km、116.6 km，强可溶岩洞段长度 分 别 为10.0 km、5.4 km、42.5 km、60.6 km；湖北省宜昌市、荆门市和襄阳市沿线受水区位于输水总干线的东侧，因此各方案沿线补水工程线路长度分别为214.0 km、206.3 km、140.7 km、123.2 km，补水线路长度由西向东逐渐减少。

四个方案技术经济均可行，各有优缺点。综合来看，归安线线路最短，但隧洞埋深大，围岩以Ⅳ、Ⅴ类为主，强岩爆及围岩稳定问题突出，施工风险高，施工支洞布置条件差、工期长，投资较高。龙安2线和龙安3线总体埋深及连续深埋洞段长度较小，施工支洞布置条件相对较好，但输水线路长，且穿越青峰断裂带和裸露型强岩溶区洞段长，涌水突泥问题突出，施工风险高，投资大。龙安1线长度与归安线相当，但隧洞埋深显著降低，且围岩以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，围岩稳定性相对较好；相比龙安2线和龙安3线，虽然总体埋深较大，但线路基本避开了强岩溶区，穿越青峰断裂带的长度也短，施工风险相对较低，施工工期相对可控，总投资最省。经综合比较，龙安1线作为坝下方案的代表线路。

（3）坝上坝下结合方案

坝上坝下结合方案为双线引水方案，由坝上大宁河观音阁提水工程和坝下自流引水工程两部分组成。根据坝下方案比选，坝下自流引水工程输水线路同坝下代表方案龙安1线，从三峡库首龙潭溪自流引水至丹江口坝下安乐河口入汉江，多年平均调水量33.4亿m3。观音阁提水工程，从大宁河观音阁水库提水入堵河潘口水库，多年平均引水量6亿m3。

（4）可研阶段方案比选结论

坝上方案、坝下方案和坝上坝下结合方案主要技术经济指标见表1。

表1 总体布局比选方案技术经济主要指标统计表

①补水效益方面。坝上、坝下和坝上坝下结合方案，中线多年平均北调水量均为115亿m3，丹江口水库来水特枯年份中线调水量分别为92.7亿m3、89.0亿m3、90.2亿m3，无显著差异，三个方案补水效益相当。

②经济性方面。坝上方案工程投资最省，但需提水运行，供水成本最高；坝上坝下结合方案投资最大，也需提水；坝下方案投资居中，全程自流，经济性最好。

③水质影响方面。坝上方案提水入丹江口水库，存在使丹江口水库水质降类风险，近期不宜实施；坝下和坝上坝下结合方案均存在使汉江中下游总磷含量升高风险，但丹江口水库水质不降类。

三个方案技术上均有较大难度。坝上方案技术经济无优势；坝上坝下结合方案投资最高，经济性差；坝下方案技术风险相对可控，经济性最好，供水成本最低，因此推荐坝下方案。

引江补汉工程建成后，建议根据北方受水区需水情况，以及汉江中下游生态经济带建设进展，结合三峡水质改善情况，继续研究坝上大宁河调水等汉江补水方案。

三、结 语

引江补汉工程项目前期阶段，根据已有的研究基础对坝上、坝下、坝上坝下结合三类工程布局方案进行了深入比选，在论证期间也根据有关方面意见研究分析了坝上大宁河提水与抽水蓄能结合方案、坝下汉江河道分级提水结合坝下方案、坝上坝下调水规模基本相同的坝上坝下结合方案、引嘉入汉坝上方案等其他比选方案。

引江补汉工程是战略性基础设施，涉及范围大，各方面高度关注，工程布局论证始终坚持“生态优先、技术可行、经济合理、兼容并包”的原则，根据工程建设任务论证分析比选各种可能的方案，综合技术经济、环境影响、建设条件、移民占地等多方面因素选择布局方案。

从长期看，坝下方案自流引水，供水成本低，对丹江口水质无影响，移民搬迁人数少，工程技术不存在难以克服的技术难题。根据目前的地质勘察成果，与其他坝下线路相比，龙安1线虽经过青峰断裂带、聚龙山复式向斜强岩溶区等，但强岩溶段相对较少，且为埋藏型岩溶，岩爆相对较弱，软岩大变形相对不太集中，综合对比分析，引江补汉工程推荐坝下龙安1线方案是合理可行的。