新建岳阳城陵矶水利枢纽的必要性与可行性

新建岳阳城陵矶水利枢纽的必要性与可行性

严环杰

 湖南省华容县新河乡水利服务站 湖南 华容 414200

摘要:三峡工程对长江中下游来水规模和季节性分配的控制能力越来越强，未来长江中游流域内抗击高洪大水的工作会由过去的必然性渐变成未来的偶然性，近年来全球高温大旱的频率越来越大，全球气候变糟之快远远超出人们想象，整体性和阶段性缺水、少水乃至无水状况会经常出现，极端天气让人防不胜防，去年以来，全球遭遇了20年以来最强热浪的肆虐，人类命运面临着气候的严重挑战，蓄水保水和科学有效用水将成为水利乃至经济工作的重头戏。为改善洞庭湖流域的生存、生态环境，在岳阳城陵矶新建水利枢纽工程，有效调控和利用区域内稀缺的水源十分必要，且按常设水位35.0m、最高蓄洪调度水位35.95m予以控制。

关键词:全球高温大旱；城陵矶水利枢纽； 洞庭湖水位控制

一、新建洞庭湖岳阳城陵矶水利枢纽的必要性

去年以来，全球遭遇了20年以来最强热浪的肆虐，联合国世界气象组织称：气候变化不是偶然的，全球气候变糟之快远远超出人们想象，极端天气让人防不胜防：

2021年：

1、中国的高温时间超过历史平均时间35天【1】

2、美国6月的平均气温为127年以来最高；美国7月11日的加州东南部气温达54℃【2】

2022年的中国：

1、6、7、8月的气温比历史同期高出7℃【3】

2、北方的鲁、冀、豫多地区气温超过39℃【4】；

3、川、渝、鄂、湘、赣、苏、皖等地气温打破记录。

4、长江流域2009年9月20日以前的年累计降雨量比历史同期少34%【5】，地处江南水乡的洞庭湖周边县、市遭受了我国有完整气象观测记录以来的历史最长旱情和最强高温，以华容站为例，从7月5日到9月20日，全县连续75天无有效降雨，累计降水量为605mm，较历年同期均值的829mm少27%，夏秋连旱正在进行之中。

5、四川沙坪坝最低气温34.5℃打破当地夜温最高值；下午16时43.2℃刷新历史高温极值，北碚下午14时左右44.6℃打破重庆地区最高纪录，重庆的山林被晒燃。

7、洞庭湖、鄱阳湖大部分龟裂，8月6日开始城陵矶水位低于24.0m【6】,鄱阳湖星子站水位降至11.6，两者都为百年来同期最低，枯水季节提前了近100天，湖床成了无边大草原。

6、嘉陵江，岷江的部分支流干枯，长江干流多处断航，多条支流断流，四川人能看到乐山大佛全身，武汉长江码头不能行船，全国多处河、湖内因高温缺氧水位低，鱼类大量死亡。

2022年8月洞庭湖25.1高程面内部分湖面龟裂

2022年8月洞庭湖24.5高程面内部分湖面断流

2022年的国外

1、印度拉杰加尔最高气温达到49.8℃【7】，

2、美国的拉斯维加斯达到当地最高温度记录47℃【8】，

3、阿拉伯一些地区突破了70度【9】，

4、科威特万人空港，户外不能停车，红绿灯外壳被烤焦，

5、北极冰川融化量成倍增加，南极动物生存空间成倍减少，

人类不仅是地球的统治者，更应当好地球的管理者和维护者，要挽救和建设共同赖以生存的家园，气候变坏已是人类不争的事实，保护环境成了人的主流意识，多个与环境有关的国际组织和联合国气象环境部门已多次向世界发出警告，我国科学家明确指出：未来高温大旱的频率逐年加大，林地山火概率有飙升只可能，粮食安全面临着气候的严重挑战，今后整体性和季节性缺水、少水乃至无水状况会不定期的交替出现。

不利的大气候必然会牵动局部力求改变的应对，前年江西省政府及有关部门已经对在鄱阳湖湖口新建枢纽，确保省域内水资源能常年得到拥有和使用提出了项目建议书和可行性论证报告，以争取国家立项。可见，我们以类似的理由新建洞庭湖岳阳城陵矶水利枢纽工程不但必要，并迫在眉睫。不然的话，鱼米之乡的湖南也会很快跨入缺水省份的行列。

二、新建洞庭湖岳阳城陵矶水利枢纽工程的可行性

一）、洞庭湖基本概况

洞庭湖位于湘北的长江南岸，流域面积263300km2，占长江流域面积的14%，是长江两个大型通江湖泊之一，有耕地面积1100余万亩，人口700万，沿湖有岳阳、益阳、常德三市，是闻名全省乃至全国的粮、棉、油、菜、鱼盛产区。

1、洞庭湖据1999年测算有面积2740km2，是中国第二大淡水湖；加上湘水、资水、沅水、澧水、汨罗江、新墙河以及“长江四口”1878km2，共有水面4618km2。

2、洞庭湖水网

1）、六条来水河流

湘水，全长856km，总汇水面积94660km2，发源于⼴西临桂，是洞庭湖的最大支流，也是湘域内第一⼤河流，流经桂、湘两省，沿途有潇⽔、舂陵⽔、⽾⽔、洣⽔、渌⽔、浏阳河和捞⼑河等一级⽀流，在湘阴县濠河⼝镇流⼊洞庭湖。

资水，全长653km，总汇水面积28142km2，发源于湖南城步县北青山和广西资源县越城岭，流经邵阳、娄底、益阳市，沿途有志溪河、沂溪、洢水、渠江、油溪、大洋江、石马江、邵水、夫夷水、辰水 、平溪、蓼水等一级支流，在资阳区甘溪港镇流入洞庭湖。

沅水，全长1033km，总汇水面积89163km

2，发源于贵州境内的都匀市谷江乡，流经贵、湘两省，是湘域内第二大河流，沿途有渠水、巫水、溆水、舞水、辰水、武水、酉水等一级支流，在武陵区德山镇流入洞庭湖。

澧水，全长407km，总汇水面积18496km2，发源于湖南桑植县，流经湘、鄂两省，沿途有渫水、道水、溇水、等主要一级支流，在澧县小渡囗注入洞庭湖。

汨罗江，全长255km，总汇水面积5543km2，发源于江西修水，沿途有昌江河、纸马河、车对河、钟洞河、木瓜河、黄金洞等主要一级支流，在汨罗市白塘镇注入洞庭湖。

新墙河，全长108km，流域总汇水面积 2370km2，发源于江西省罗霄山脉，沿途有沙港河、游港河两条一级支流，在岳阳县荣家湾镇流入洞庭湖。

2）、四条长江水流注入口：由于地质年代的原因，长江干流有松滋、太平、藕池、调弦四条流入洞庭湖的水口。

3、洞庭湖湖盆，周长803.2km，与鄱阳湖一道并称被称为长江之肾。

4、以上来水都从洞庭湖流入长江。

长江水系简图

二）城陵矶各种控制水位的设置

1、根据上海水利设计院采用模拟洪水演进的水文模型，假定蓄水与泄水呈线性关系,可参照按以下方程组计算相关设防水位:

S=f(Q,I,Z) (1)

I1+I2-Q1+2S1/Δt= Q2+2S2/Δt(2)

其中：

S为湖泊容量、Q为过水流量（m3s-1） I为入流量、

Z为下游水文站站水位;

Δt为时段长。

2、目前对洞庭湖设防水位采取的“保守疗法”不利于水资源的高效利用。

城陵矶控制水位由汉口安全度汛、江汉平原抗洪及洞庭湖湖区水域的综合利用等因素确定，兼顾干、支流的不利组合因素,长江中游堤防水位以沙市（45.0m）、城陵矶（34.4m）、汉口（29.73m）和湖口（22.50）四大水文站为主要控制点，1949年以来，国家对洞庭湖水系的堤防进行了大规模的加修，1996年华容县摧枯拉朽式地溃垸后，地方政府加修力度超常，尤其是1998年城陵矶洪水位达35.94m、1999年城陵矶水位达35.93m后，国务院花巨大财力加高培厚了整治大江大河的堤防，并倾斜性、全方位地加固了长江干流和洞庭湖水系堤防，随着三峡工程日渐完善，江湖关系不断演变,2001年尊敬的朱镕基总理在一次新闻发布会上说：“我们再也不惧怕98型的高洪大水了”

3、1998年、1999年高洪大水时,城陵矶最高水位比1954年实际最高水位（33.95m）高1.99m,比现设防洪控制水位（34.4m）高1.54m,但汉口水位仍低于控制水位0.3m,沙市高于控制水位0.22m,洞庭湖区实际最高水位比防洪或分蓄洪水位高出1.28m，洪水调度过程中蓄洪垸未启用,说明城陵矶防洪控制水位与常设水位可适当提高。

根据长江和洞庭水系现有江湖关系的水位特征 ,以三峡调节和洞庭湖防洪体系既定的布局为基础 ,根据实际水情堤情,可以将洞庭湖城陵矶常设水位与蓄洪调度水位分开设置,常设水位采用35.0m、最高蓄洪调度水位采用35.95m为宜。

三）、城陵矶水利枢纽工程结构的初步设想

1、水利枢纽

修城陵矶建水利枢纽的目的是控制和利用水资源，最大限度地满足调蓄、航运、湿地生态、灌溉、防洪、改善河道基流，建成后的最大总库容为280亿m3，闸顶高程40m，工程等别为I等，属特大型工程，主要由下列水工建筑物组成：

1）、挡水工程。包括水闸、船闸、冲砂闸。

泄洪闸：枢纽主体，共18孔，位于河床中部，闸口尺寸为12m*12m；

过船闸：双线一级，全长3—5km，包括船闸主体、引航道，本工程船闸水位落差不大，很多时间可以开启闸门自由通过，初步估算，船闸客、货年通过量超过5000万吨。

冲沙闸：紧靠进水闸一侧，底槛高程比进水闸底槛高程低2m设计，采用开敞式，定期冲沙，将沉积在闸前的泥沙排至长江，洪水期利用冲沙闸兼泄部分洪水。

2）、泄洪工程。主要是闸室排水，冲沙闸、过船闸兼泄部分洪水。

3）、变电站工程。含杆线、开关站、变电站等。

4）、鱼道工程。与拦湖闸相结合的，是闸体工程的组成部分。

5）、交通工程。含上坝、对外等场内外永久公路、桥涵、航道、船闸交通工程。

6）、房建工程。含仓库、办公室、住房、图书室、车库等建筑。

7）、其他工程。含自动化、弱电、降温取温暖、动力照明线路，供气供水等设施。

2、枢纽布置

用招投标方式选取有资质的勘测单位，对原岳阳汽渡码头到城陵矶外贸码头共14km段进行全面勘测，根据勘测结果，配合政府有关部门和设计部门，结合地形、地质选定枢纽轴心线，确定枢纽中各水工建筑物的位置后开始初步设计，并遵循以下原则：

1）.尽可能选地质基础好的轴线。

2）.尽可能整合枢纽中各种建筑物，减少连接，腾出面积和空间，增加绿化率与活动空间。

3）.在满足建筑物强度和稳定条件下，让总造价和年运转费用最低，并保证各建筑物在任何条件下能正常工作；

4）.各种建筑物的整体和局部外观应尽可能协调美观。

四）、城陵矶枢纽工程无技术和操作障碍

洞庭湖的气象、水文、地质地貌、洲滩、工情堤情、湖道岸线等相关资料，经过多年来的收集整编、分析对比，已经非常的系统和完整，可为城陵矶枢纽工程设计所使用，

1、城陵矶枢纽工程设计和施工：本工程的施工技术问题比较单一，设计可在省内完成，周边地域开阔，畅通的水运和公路交通为施工和运输提供了极大方便，除自动化控制以外，主要机电设备、施工机械都无需进口。

2、防震和主体结构的稳定：长江中下游地区为非地震带，枢纽建成后可能诱发地震，估计最高震级不超过3.5级，烈度不影响主体工程的安全。

3、淹没与移民安置问题：枢纽工程不牵涉移民安置，不淹没耕地占，现有的200余万亩林地、芦苇将被淹没，堤坡草场会成倍减少。

五)、枢纽建成后的相关问题

1、泥沙淤积问题

建国以来，因淤积和盲目围挽，洞庭湖面积缩小了，湖底增高了！

洞庭湖目前处于自流式调蓄，完全靠长江水位挡流，220亿立方米的有效容量无法正常发挥，城陵矶枢纽建成后，洞庭湖的最大有效容达280（不含四水四口的河道库容），但是也会加大堤防常规性防守的工作量，为此有必要进行清淤。

洞庭湖泥沙主要来源于长江“四口”、洞庭“六水”，三峡建成前，洞庭湖每年流入的泥沙总量是174000000T，其中四口140000000T，占79.5%。四水33000000T，占18.9%，汨罗江和新墙河每年入湖泥沙不超过500000T。

多年来因湖南“四水”修建了一些水电站，来水量减少，流速降低，但芦苇一望无际，90年代由于大片栽种喜水林木，大量泥沙沉积湖中，致使湖床每年平均抬高35mm。

三峡蓄水后，“四口”+“四水”的泥沙入湖量-城陵矶的出湖泥沙量=2300万吨，比三峡建成前减少了7倍多，总体来说，淤积的绝对数也不小。

枢纽建成后，清淤阔容是库区的常规工作之一，目前有以下几个比较可行的方案：

1）、有序开放采砂，开采出来的淤泥必须用于加筑堤防，或灌填垸内废塘废渠废沟。

2）、引进大型专业绞吸船，吹填平整周边农村地势低的地带，加高培厚挡水堤防。

3）、发挥枢纽工程冲砂闸的作用，利用天然水能冲刷至长江。

2、人防问题，枢纽的主体结构孔多高程低、下游河道安全泄量大，内外水位落差不到10米，临战前可迅速降低水位，即使溃坝也不会有毁灭性灾害。

3、水体保护问题

洞庭湖周边包括岳阳、常德、益阳，受长沙、武汉的经济辐射和触角深入，粮食、棉花、油料、淡水鱼产量分别占全国的1.4%、2.5%、6.0%、4.5%、7.9%，近年来，大量投饵养殖给湖泊造成了积累性污染，工业和生活污水难以控制，直接威胁区域供水和生态安全。为改善水质，必须提高水体自净能力。

1）、水生植物生长期的保护和成熟期的清除，政府要让社会利益充分创造价值。

2）、正确理解禁鱼和捕鱼的辩证关系，不要盲目禁止10年。

3）、控制好工业和生活污水

流域垸内农村要做好水环境综合治理，包括沟、渠、塘清淤增蓄；畜禽规模养殖污染物的厌氧处理、垃圾必须整理分类，项目完成后，加固堤，疏河底、填洼地、全配套、准灌溉是枢纽工程长期的后续工作体系

六）、经济效益、社会效益、环境效益评价

1、改善流域内的水环境，城陵矶枢纽是座典型的湖泊平原型水库，较天然水面的增加量不大，对水域的天然径流调节大，水库各月下泄流量仅在丰水季节有变化，生态上利远远大于弊。

2、改善长江的整体防护体系，长江中游指宜昌到湖口（1015km）,众多的支流,集水面积接近1700000km2,洞庭湖水系异常复杂，对其实行控制还能保卫大武汉，在汉口和江汉平原受到高水威胁时，能适当控制洞庭湖的入江流量;

3、改善国家的整体用水结构，可源源不断地向汉江补水，以满足丹江水库最大限度的发电和南水北调需求。

4、还可利用水面做好发展水产文章，结合当地资源兴办二、三产业；有了水，洞庭湖的生态旅游将是一篇大文章好文章。

5、据有关方面测算，洞庭湖6、7、8月水运量占全年的86%，而每年10月—12月和次年的3月—4月又是水运需求高锋期，丰水期与航运需求量错位的矛盾十分突出，目前洞庭湖城陵矶的通过能力不到1000万吨。主要原因是季节性水位低，在湘、资、沅、澧及“四口”至长江的航道上，除上述3个月外，城陵矶水位低至30.0时，共有主要碍航洲滩49处，单行控制段11处；城陵矶水位低至29.0时，共有主要碍航洲滩57处，单行控制段18处；城陵矶枢纽修建后，常年水位一般不会在低于34.0m，航运瓶颈全部消失，20万吨级船队能直达长沙。

七）、项目的投资估算：按照工程造价的有关政策、规程、规范、定额和2021年末物价水平，城陵矶枢纽投资估算的静态总投资为146亿元，其中枢纽工程115投资亿元、部分薄弱堤段的加固费用22亿元、其他费用19亿元。

八）、综合经济评价：

1、国民经济评价：按影子价格和12%的社会折现率，对城陵矶枢纽工程的投入、产出进行动态经济分析，工程净现值计算如下：

PNPV＝∑It／（1＋R）－∑Ot／（1＋R）

式中：

PNPV－净现值；

It－第t年的现金流入量；

Ot－第t年的现金流出量；

R－折现率；

n－投资项目的寿命周期。

PNPV=258.5亿元，

财务内部收益率FIRR的计算：

（FIRR-i1）/（i2-i1）= NpVl/│NpV1│+│NpV2│

FIRR=12.3%

根据计算结果，PNPV大于零，FIRR大于10%，项目可行。

2、财务评价：城陵矶枢纽工程属于社会公益性项目，只能由国家投入专项资金，不存在获利与贷款清偿问题。

 3、国家承受能力分析： 中国现在是基建狂魔，完全有能力承担。

 　　三、主要结论

1、洞庭湖城陵矶枢纽工程技术上可行、经济发展上有利、财务上合理。

 2、洞庭湖城陵矶枢纽工程有巨大的调蓄、航运、灌溉、防洪、生态效益，从治理开发洞庭湖和国民经济的全局考虑，兴建该工程是必要的。

3、为应对全球气候恶化，洞庭湖城陵矶枢纽工程以早建为宜。

 4、建议尽快审批洞庭湖城陵矶枢纽工程可行性研究报告，并抓紧开展初步设计。

参考文献

[ 1 ] https://www.shangtlw.com/news/499077.html.

[ 2 ]https://baijiahao.baidu.com/s?id=1704872071279890722&wfr=spider&for=pc

[ 3 ]http://www.199it.com/archives/1460284.html

[ 4 ] 中国气象信息.

[ 5 ] 湖南省防汛抗旱指挥部降雨记录

[ 6 ] 长江委员会2022年8月6日的水文公报

[ 7 ] https://www.q578.com/s-11-2880828-0/

[ 8 ] https://www.thehour.cn/news/456807.html.

[ 9 ] https://baijiahao.baidu.com/s?id=1741694065887807261&wfr=spider&for=pc.