[转贴]：美国两项跨流域调水工程和技术特点

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陈椿庭

《南水北调与水利科技》2003年第5期   
图1 调水工程布置图 科罗拉多河——大汤姆逊河调水工程 (美国内政部肯务局)
摘要：文中扼要介绍了美国科罗拉多－大汤姆逊河调水工程及萨克拉门托河－圣华金河调水工程的工程情况及主要技术特点，供我国南水北调中线工程参考借鉴。

关键词：跨流域调水；反调节；多目标综合利用

1　引言

1980年10月参加“长江三峡水利枢纽项目”技术考察组，赴美国考察河流开发与大型水利水电建设[1]。考察的两项跨流域调水工程，条件不同，规模悬殊，而所用的设计原则和重大技术措施是相仿的。这篇短文参考资料10份，其中6份是工程技术小册子[2，4－8]，3份是最近在电脑网检索的[3，9，10]。

2　科罗拉多（Colorado）河—大汤姆逊（Big Thompson）河调水工程[1，2，3]

2.1 经过概况

美国科罗拉多州东部干旱少水，年雨量200～500 mm，平均330 mm；而落基（Rocky）山以西科罗拉多河水量丰沛，为高峻的分水岭所阻而不能东流。早在1870年，东部大汤姆逊河、圣弗仑（St.Vrain）溪等处即进行开发，规模较小。1935年，垦务局提出了打通落基山进行跨流域调水的可行性报告；1937年对用水及分摊费用的偿还签订了合同；1938年开工；1959年竣工。设计调水规模为每年3.8亿m3；调出地区比调入地区高800多m，同时还利用落差发电。

2.2 水源建设

调出地区在科罗拉多河上修建了格兰比（Granby）水库和影山（Shadow Mt.）水库，在两条支流上修建了青山（Green Mt.）水库、柳溪（Willow Cr.）水库。并修建了两座泵站——格兰比泵站，将流量17 m3/s扬高55.7 m，功率1.34万kW；柳溪泵站，功率0.75万kW，将流量11.3 m3/s扬高53.4 m；青山水库安装2.16万kW可逆机组，水头62 m，年发电78×106 kW·h。4座水源水库联结成群，总库容8.92亿m3，为年调出水量的2.35倍。还用12台低扬程泵对科罗拉多河进行整治，功率为5.6～14.9 kW，保障调出地区的利益。

2.3 穿山隧洞

穿过落基山的亚当斯（Alra B.Adams）明流隧洞，直径2.97 m，长21.1km，流量15.6 m3/s，进水口与影山水库明流衔接。洞顶悬装69 kV电缆的充氮管道，联接落基山东、西两侧的电力系统。这是调水工程的关键。

2.4 输水渠系

水流出亚当斯隧洞后，经白杨溪（Aspen Cr.）虹吸及拉姆斯红（Ramshorn）隧洞进入马利湖（Marys L.），再经展望山（Prospect Mt.）压力管道及隧洞进入埃斯蒂斯（ Estes）湖，此湖由奥林匹司（Olympus）坝截断大汤姆逊河而成。调水工程布置见图1[2]。

渠道又经竿山（Pole Hill）隧洞进入竿山电厂；尾水经响尾蛇（Rattle snake）隧洞、松树(Pine wood湖的压力隧洞，由压力钢管引入熨斗（Flatiron）电厂。往南熨斗抽蓄能泵站将水扬高70多m，进入卡特湖（Carter L.），由此送水到小汤姆逊河、圣弗仑溪、巨石溪（Boulder Cr.）及南普拉特（South Platte）河等处。由熨斗水库往北，水送到马牙（Horse tooth）水库。

2.5 反调节水库

东部调入地区共修建了6座反调节水库—马利湖110万m3，埃斯蒂斯湖380万m3，松树湖270万m3，熨斗电厂90万m3，卡特湖1.38亿m3，马牙湖1.87亿m3；合计反调节总库容3.34亿m3，约等于全年的调水量。

2.6 水电厂和泵站

落基山以西青山水库装设可逆机组，东部熨斗电厂装设常规组6.3万kW，及可逆机组8 500 kW，具有扬水和发电的双重功能。另有水电厂4座—马利湖，水头62.5 m，装机8 100 kW；埃斯蒂斯，水头147 m，装机4.5万kW；竿山，水头249 m，装机3.325万kW；大汤姆逊，水头54.9 m，装机4 500 kW。以上水电厂的装机总容量为18.4万kW（包括可逆机组3.01万kW），年发电量7.59亿kW·h.在调出地区的格兰比泵站和柳溪泵站，以及东部的熨斗抽水蓄能站，每年扬水用电0.7亿kW·h。

2.7 技术特点

科罗拉多河—大汤姆逊河跨流域调水工程运行多年来，多目标综合利用效益显著，其主要技术特点：1) 规划设计中尽可能压低调水流量，注意充分利用当地径流。灌溉面积28万hm2，设计年调水量为3.8亿m3，实际平均年调水量为2.84亿m3，包括城市及工业用水7 700万m3。渠道采用混凝土衬砌，并较多修建隧洞及虹吸。2) 兼顾调出、调入地区的利益。在调出地区修建水源水库4座，总库容8.92亿m3，为设计年调水量的2.35倍。并对科罗拉多河进行了整治。3）在调入地区修建一系列反调节水库。六座反调节水库的总容量超过了实际年调水量。4）利用调出地区较东部有884 m落差，多建电厂发电。装机总容量18.4万kW，年发电7.59亿kW·h；并在两处装设可逆机组，兼顾发电及扬水的需要；并修建了扬水泵站2座。5）在水电厂、泵站和渠系管理中，采用遥讯、遥控新技术。6）多目标综合利用的项目包括：灌溉、防洪、城市及工业用水、水力发电、旅游等；有的渠岸设了自行车道。

3 萨克拉门托（Scramento）河—金（San Jaoquin）河调水工程[1，4－10]

3.1 经过概况

美国加利福尼亚（California）州的中央河谷盆地（Central valley Basin），从西北斜向东南的轴线长约800 km，横向宽约190 km，占加州面积的1/3以上。河谷北部主要为由北向南流的萨克拉门托河流域，南部主要为由南向北流的圣华金河流域；盆地四周环山，仅旧金山为两河汇合后注入太平洋的缺口。平坦的冲积川地约为640 km×72.5 km，占河谷盆地面积的1/3弱。

区域内年雨量分布北多南少，例如：北部红崖（Red Bluff）平均年雨量559 mm，而东南角贝克斯菲尔德（Bakersfield）仅有152 mm。东部高山区雨量丰沛，其北端年雨量达2 030 mm，向南递减为880 mm。萨克拉门托河的年径流量约占中央河谷的70％，而圣华金河流域的需水量则占中央河谷的80％。径流量集中在冬春二季，而农业需水量主要在夏秋。人口及大城市工业密集在沿海，也远离丰水地区，跨流域调水有迫切需要。

萨克拉门托河—圣华金河调水工程包括两大项：垦务局的中央河谷工程（Central Valley Project，简作CVP）；加州政府负责进行的加州调水工程（Calfornia State Water Project，简作CSWP）。1928年起加州连续几年大旱，1933年通过了加州中央河谷法案，但因经济衰退，加州政府无力进行此项规模巨大的工程建设，乃由联邦政府机构垦务局先进行中央河谷工程的建设，于1940年开始，中央河谷的肥沃可耕地412万hm2中，于1954年已有200万hm2有水灌溉。加州政府于1960年发行公债17.5亿美元后正式开工，1962年开始局部供水，1973年建成第一期工程，包括：水库18座、泵站15座、水电厂5座、渠道870 km。此两项大工程密切结合。

3.2 中央河谷工程[1，4，9]

3.2.1 水源建设 萨克拉门托河上游修建了高183.5 m的混凝土重力坝，形成库容55.6亿m3的沙斯塔（Shasta）水库，作为骨干水源工程。同时在另一条特立尼特（Trinity）河上，修建了高164 m的土石坝，形成库容10.6亿m3的克拉恩格尔（Clair Angle）湖，被跨流域调入了萨克拉门托河[4]。

特立尼特水库有刘易斯顿（Lewiston）反调节水库（土坝高27.7 m，库容1 800万m3），沙斯塔水库有凯齐克（Keswick）反调节水库（坝高48.5 m），萨克拉门托河的支流清溪（Clear Cr.）上，又修建了威士基顿（Whiskeytown）水库（土坝高86 m，库容2.97亿m3 ），刘易斯顿水库的水被跨流域调入了威士基顿水库，作为水源一部分。

3.2.2 输水工程—渠道、泵站、水库 横贯三角州（Delta Cross）渠道始于胡桃沟（Walnut Grove），进入斯诺特格拉司（Snodgrass），经80 km而引入特拉西（Tracy）泵站，流量100～130 m3/s，1951年起由6台1.68万kW大泵扬高60 m，进入三角洲—门杜太（Delta—Mendota）渠道，流向东南，经188 km而于弗雷斯诺（Fresno）以西48 km处注入门杜太塘，由此调水到圣华金河，流量减为91m3/s。

康脱拉柯司太（Contra Costa）渠在奥克莱（Oakley）附近截萨克拉门托河及圣华金河之水，流量100 m3/s，由四座泵站共扬高39 m，向西分水纵深72.5 km，灌溉高地农田，并向海湾工业区供水，止于马丁内斯（ Martinez）坝形成的水库。

此外，萨克拉门托河谷西部的科宁（ Corning）渠由红崖引水，流量14 m3/s，用泵站提水16.8 m，向南34 km。而达蒂黑马（Tehama）县，河东有奇科（Chico）渠，在维纳（Vina）附近扬水灌溉奇科县农田，经32 km而注入比尤特（Butte）溪。调水工程布置见图2[4]。

除了水源工程的两座大水库和反调节水库以及上述渠系反调节水库外，还修建了两座大水库——萨克拉门托河的大支流亚美利加（A merican）河上的福尔松（Folsom）水库、圣华金河上的弗林脱（ Friant）水库（坝高97.3 m）。这两座水库与水源骨干水库比较如次：沙斯塔水库，流域面积17 260 km2，平均年径流量62.3亿m3，占四库的47.7％；特立尼特水库，流域面积1 885 km2，平均年径流量14.1亿m3占四库的10.8％；福尔松水库坝高104 m，流域面积4 865 km2，平均年径流量33.2亿m3，占四库的25.4％；弗林脱水库流域面积4 233 km2，平均年径流量21亿m3，占四库的16.1％。

3.2.3 水力发电 结合水库建设修建了许多水电站，并有一座引水式电站，1969年装机总容量为132.2万kW。所发电能约有1/3用于泵站扬水，其余并入电网销售。以1958年为例，沙斯塔、凯齐克、福尔松、宁勃司（ Nimbus）四座水电站的年发电量为38.25亿kW·h。水电收入为偿还工程投资的重要来源。

3.3 加州调水工程[1,4－10]

3.3.1 水源建设 萨克拉门托河的支流费瑟（Feather）河上原有三座小水库—台维斯（ Davis）、法兰西门（Frenchman）、羚羊（Antelole）水库，1967年修建了大型骨干水源水库奥罗维尔（Oroville），土石坝高235 m，是美国最高的，库容43.6亿m3，作为加州调水工程的起点[5]。

3.3.2 输水工程—渠道、泵站、水库 在贝隆（Byron）附近由三角州（Delta）泵站扬水入贝萨尼(Bethany)水库，再经加利福尼亚水道( California Aqueduct)用抽水蓄能泵站进入圣路易斯（San Luis）水库，土坝高117 m，库容25.1亿m3，是加州政府与垦务局联合运用的大型调节水库。

由圣路易斯水库起，主流继续向东南，经4级泵站扬高325 m而达蒂黑恰比（Tehachapi）山麓，又为特大泵站埃德蒙斯顿（A·D·Edmonston）扬高587 m而进入南加州。水库下泄的另一股水流向圣路易斯·奥皮斯普（San Luis Obispo）。

过蒂黑恰比隧洞后水流又分为两股：一股向东经羚羊河谷进入锡尔弗伍德（Silverwood）水库，再经圣波拉定诺（San Berardino）隧洞进入台维尔（Devil）水电站，发电水头为432 m，然后经管道注入佩里斯（Perris）水库。这个调水工程终点到起始点的距离达715 km。另一股在洛杉矶县进入金字塔（Pyramid）水库[6]，流量44.3 m3/s；水流跌落198 m，再经直径8 m、长11.6 km的隧洞进入卡斯太克（Castaic）水电站[7]，发电水头305 m，这是另一个调水工程终点。

3.3.3 水力发电 加州调水工程有6座大水库，其中4座建电站发电：奥罗维尔水库，电站装常规机组67.88万kW，可逆机组11.96万kW，年发电28.58亿kW·h；圣路易斯水库装机42.4万kW；金字塔水库坝高122 m，库容2.1亿m3，装机7.5万kW；卡斯太克水库坝高130 m，库容4亿m3，装机容量达125万kW。又台维尔水电站的装机情况不详。发电虽多，但泵站扬水用电甚至超过了所发电能[5]。

3.4 技术特点

包括中央河谷工程和加州调水工程的萨克拉门托河—圣华金河调水工程，具有如下主要技术特点。

(1)规划设计中尽可能考虑合理调水水量。中央河谷工程在特拉西泵站的流量为100～130 m3/s，由门杜太塘调水入圣华金河的流量为91 m3/s。加州调水工程进入金字塔水库的流量为44.3 m3/s;预计2010年后的最终规模为年调水52.2亿m3。

(2)在调出地区进行水源工程建设。中央河谷工程的水源有沙斯塔、特立尼特两座大水库。加州调水工程的水源是奥罗维尔水库，高235 m的奥罗维尔土石坝是美国最高的。

(3)修建了较多的反调节水库。中央河谷工程的两座水源大水库，都建有反调节水库，圣路易斯水库库容25.1亿m3，是中央河谷工程与加州调水工程联合运用的大调节水库。加州调水工程的反调节水库还有金字塔、卡斯太克、佩里斯等水库。

(4)修建较多泵站，采用该扬则扬的技术。中央河谷工程的特拉西泵站，将流量100～130 m3/s扬高60 m；康脱拉柯司太渠，流量100 m3/s，为4级泵站扬高共39 m。加州调水工程由圣路易斯水库起，主流为4级泵扬高325 m而达蒂黑恰比；埃德蒙斯顿大泵的扬程高达587 m。水流扬高后在下落时可利用落差水头发电，并较多采用可逆机组，兼有扬水、发电功能。

(5)许多水库修建电厂进行水力发电。中央河谷工程在水源地区即修建了水电厂，包括装机14.14万kW的引水式电厂；1969年，装机总容量为132.2万kW，年发电量约为泵站扬水用电的3倍。加州调水工程的水源奥罗维尔水库修建了2级水电厂，分别装机67.88万kW及11.96万kW，年发电28.58亿kW·h。又圣路易斯、金字塔、卡斯太克水电厂的装机容量共为174.9万kW 。发电虽多，但泵站扬水用电甚至超过了所发电能[5]。

(6)在大的跨流域调水工程中，又套入了局部跨流域调水措施。中央河谷工程在水源建设中，将特立尼特河的水跨流域调入了萨克拉门托河。加州调水工程有一股水通过蒂黑恰比隧洞由圣华金河跨流域调到羚羊河谷及南加州。

(7)发挥多目标综合利用功能。跨流调水工程的综合利用效益显著，主要项目包括：灌溉、城市及工业用水、防洪、水力发电、防盐水入侵、旅游、渔业等。中央河谷工程被誉为农垦皇冠上的宝石。同时，在1950—1991年间的防洪效益超过50亿美元。加州调水工程除防洪及旅游事业由政府负担外，投资由用水受益人负责偿还[5]。

（8）调水工程已装备了遥讯和集中控制系统，有些渠系的控制工程已做到无人管理。

4 结语

跨流域调水工程是影响工农业布局和发展的重大工程项目，多目标的综合效益显著。我国目前正进行宏伟的南水北调工程建设，这篇短文供南水北调中线工程建设参考借鉴。

                               
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