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红旗河能改变大西北吗？

最近两年 ， 一项“史无前例”的大工程频频闯入人们的视野 ， 引起广泛关注与讨论 。
这就是“红旗河”工程：
从雅鲁藏布江引水 ， 沿着第一级阶梯的边缘 ， 从青藏高原东南绕到大西北 ， 修建一条约6000km的水渠 ， 每年向新疆等干旱区输水600亿m3 ， 形成20万k㎡的绿带和2亿亩耕地 。
某新闻网关于“红旗河”研讨会的报道
红旗河能改变大西北吗？
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这一工程的预期效果远胜于南水北调工程 。
因此 ， 每次网络上出现“红旗河”将要开工的消息 ， 都会引得“吃瓜群众”的一阵围观叫好 。 然而 ， 传了几年 ， 该工程也没有任何新的进展 。
所以这红旗河到底能不能改变大西北呢？
“红旗河”输水干线示意（线路走向仅供参考）|制图@王朝阳
红旗河能改变大西北吗？
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根据相关报道 ， 红旗河的关键数据如下：
长度：6188km（干线）
纵坡：0.203‰
调水量：600亿m3
总投资：4万亿元人民币
工期：10年
主要成果：2亿亩耕地、20万k㎡绿带及1000km航道
注意：本文内容并非严格的科研论文 ， 也无法实地考察研究 ， 相关数据和设计主要依据现有工程和研究 ， 不妥之处还请指正 。
01红旗河能调多少水
能调多少水 ， 这是首先需要考虑的问题 。
在之前的文章《北方究竟有多缺水？》里 ， 我们分析过中国的水资源分布情况 。 雅鲁藏布水系高达1850亿m3 ， 怒江、澜沧江、金沙江、岷江等等也都超过500亿m3 。 相比之下 ， 面积广大的西北诸河区水资源总量也不过1500亿m3 。
中国各水系分区水资源总量|制图@王朝阳
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从这些河流调水600亿m3似乎很容易 ， 但事实并非如此 。
受地形影响 ， 青藏高原降水主要集中在东南边缘区 ， 且海拔较低 。 如喜马拉雅山南麓年降水量最高可达4000mm以上 ， 而雅鲁藏布江中上游和怒江、澜沧江、金沙江的源头区往往不足800mm ， 部分地区低于300mm 。
红旗河沿线年降水量|制图@王朝阳
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这意味着这些河流中上游河段径流量远小于下游 。 而为了保证红旗河能够自流（降低成本）进入新疆 ， 取水口海拔不能太低 。
【红旗河能改变大西北吗？】因此 ， 纵使下游水量再大 ， 也无法作为红旗河的水源 。 那么 ， 究竟有多少水量可资调用呢？
水文数据显示 ， 只计算各条河流取水口以上可调水量 ， 雅鲁藏布江约630亿m3 ， 帕隆（迫龙）藏布与易贡藏布合计约320亿m3 。 加上怒江、澜沧江、金沙江、雅砻江、大渡河等 ， 总共约为2200亿m3 。
计划调水比例超过总量的27% 。 如此大的比例会显著改变这些河流的水文、生态环境 ， 并影响下游用水 ， 尤其是云南和四川相关区域 。
水资源量与调水量示意|制图@王朝阳
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同时 ， 雅鲁藏布江、怒江、澜沧江等属于国际河流 ， 因此需要与下游国家协商解决水资源分配问题 。
再一个 ， 目前南水北调西线工程已进入具体方案论证阶段 ， 其计划从通天河、雅砻江及大渡河等调水170亿m3 ， 这会大幅占用红旗河可调水量 。
当然 ， 还有一个至关重要的问题 ， 即径流量的年际变化大且变化频繁 。 也就是说 ， 水源区并不能保证每年都有2200亿m3 。
据水文资料 ， 水源区主要河流丰水年与枯水年径流量相差可达2倍左右 。 且这些河流不同年份径流量变化趋势基本一致 。
金沙江向家坝站径流量变化|制图@王朝阳
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这意味着它们会同时处于枯水年 ， 径流量显著减小 ， 要满足调水需求 ， 则调水比例会大幅增大 。
而受水区的用水需求通常比较稳定 ， 如农林灌溉、工业生产、生态等等 。 受水区如果主要依赖于红旗河 ， 水量不足的后果将是灾难性的 。
为此 ， 需要加大工程的调水和储水能力 ， 在丰水年多调水以备用 。 但这又会增加工程投资 。
02工程量与难度有多大
这一工程若实施 ， 必然是“史无前例”的 。
①调水量与设计需求
调水量设定为600亿m3 ， 约相当于一条人造湘江或赣江 ， 平均输水流量高达1900m3/s 。 但实际工程并不能按此设计 ， 因为水源区水资源年内、年际变化极大 。
中国月降水量分布变化|制图@王朝阳
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水源区为显著的季风气候 ， 夏半年降水远多于冬半年；且冬季降水以雪为主 ， 夏季则冰雪融化形成径流 。 因此当地河流丰水期（6~10月）径流量往往占全年的80%左右 。
同时 ， 整个输水线路因为海拔高或位于北方 ， 冬季（12-次年2月）气温往往低于0°C ， 存在冰冻期；冬季西北地区低温 ， 农业活动少 ， 无需大量调水 。
径流量季节变化大一定程度上可以通过修建水库进行调节（如中线的丹江口水库） ， 但水库调节能力往往有限 ， 且会显著增大工程量、淹没土地 。 冬季低温和用水需求变化则难以解决 。
所以 ， 实际可输水时间最长为3~11月 ， 且春秋两季可调水量极少 。
雅鲁藏布江奴下站月流量变化|制图@王朝阳
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可供参考的是南水北调中线一期工程（以下称中线） ， 设计年调水量为95亿m3 ， 对应渠首设计流量和加大流量分别为350和420m3/s 。 该工程仅北段受冰冻影响 ， 且影响小 。 另外 ， 丹江口水库库容高达290.5亿m3 ， 远超调水量 ， 调节能力强 。
参照中线的标准 ， 要实现600亿m3的调水量 ， 那么红旗河输水干线至少应按照3550m3/s（1900÷3/4×1.4）的加大流量设计渠道和其他设施 。
（3/4即实际调水时间为一年的3/4 ， 1.4为最高输水流量系数 ， 是最高输水流量与平均流量的比值 ， 仅供参考）
而考虑到枯水年无法满足调水需求 ， 为保证稳定供水 ， 需要加大丰水年调水规模 ， 并运用水库蓄水调节 。
此外 ， 项目在新疆还设计有1000km的航道 ， 这只有明渠才可行 。 而西北十分干旱 ， 大量水资源将被蒸发 。 再加上沿途其他地方的蒸发和渗漏 ， 要想保证受水区获得600亿m3来水 ， 则必然要进一步加大调水量 。
根据相关报道 ， 中线工程因蒸发、渗漏等产生的水量损耗约为5% 。 红旗河损耗应高于此 ， 在此按7%算 。
因此 ， 要满足需求 ， 输水线至少应按照约4580m3/s（3550×1.2÷0.93）的加大流量设计 ， 并需配套建设水库调蓄水量 。 上述流量是中线工程的11倍 。
（1.2为年际变化系数 ， 是丰水年流量与平水年流量的比值 ， 0.93即去掉蒸发、渗漏损耗水量后的实际水量比例 ， 仅供参考）
②设计标准
输水渠道主要分为明渠、渡槽和隧洞 ， 其中隧洞和渡槽的建造难度、成本更高 。
考虑到输水隧洞和渡槽技术难度大、成本高 ， 可适当加大纵坡 ， 以增大水流速度、提高输水效率 ， 从而减少工程量 。
红旗河干线纵坡0.203‰；作为参照 ， 中线工程纵坡0.077‰ 。 经测算和合理分配 ， 水源区段（雅鲁藏布江-天水）长约2600km ， 纵坡0.301‰；受水区段（天水-喀什）长约3600km ， 纵坡0.133‰ 。
在保证高流速的情况下 ， 各类型渠道的截面尺寸与南水北调中线工程对比如下 。
红旗河渠道尺寸示意（数据仅供参考）|制图@王朝阳
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③工程量与面临的问题
需要注意的是600亿m3水量是一个沿程逐步补给或分水的过程 。 因此 ， 实际工程会比上述设计标准小一些 ， 当然这并不会显著提高工程可行性 。
明渠
红旗河总体以明渠为主 ， 长近5000km ， 标准尺寸为150/110/12m（水面宽/渠底宽/水深 ， 仅供参考） 。 这样的尺寸满足千吨级轮船的通航绰绰有余 ， 即使是万吨轮也不在话下 。
问题：
规模庞大 ， 在横断山区修建难度极大；山区山体破碎 ， 易发生山体塌方、滑坡、泥石流等 。
这样 ， 主体工程之外 ， 还需要很多附加工程来保护渠道和防止堵塞 。
渡槽
红旗河沿线山谷众多 ， 仅长度超过500m的渡槽就有约240个 ， 且多位于横断山区 。 这要求渡槽单跨要够大 ， 否则必须建设大量高槽墩 ， 难度大、成本高 。 因此 ， 渡槽一般应采用拱式渡槽、斜拉渡槽 。
问题：
自重大 ， 水荷载更大 ， 承重要求远超同类桥梁 。
参考中线工程和引江济淮工程淠河总干渠渡槽 ， 500m长的红旗河渡槽 ， 自重和水荷载分别可达约10万t及26万t 。 同时 ， 还需要考虑抗震、抗风等冗余 。
作为参考 ， 沪通长江大桥是世界上最大跨径的公铁两用斜拉桥 ， 其主跨1092m ， 重约8万t 。 即使加上大桥的荷载、抗风、抗震需求 ， 也远低于红旗河渡槽的水荷载 。
因此 ， 红旗河渡槽大概需要五个沪通大桥的拉索才能承载 。 怎么解决？
一是减少或缩短渡槽长度 ， 但会显著增加水渠的绕行距离 ， 工程量大、纵坡减小 。 二是将单一渡槽分成多线并行 ， 并用多塔承重 ， 工程量同样巨大 。
隧洞
红旗河约有1000km的隧洞 ， 其中超过10km的隧洞就有23条 ， 其最大埋深往往超过2000m甚至3000m 。 最长的隧洞（大渡河-岷江）长95km 。
问题：
多硬岩隧洞 ， 隧洞埋深大；隧洞长度长；隧洞直径大；山崖陡峭 ， 施工条件恶劣 。
号称“隧道施工综合难度世界第一”的引汉济渭秦岭隧洞 ， 单段最长81.8km ， 直径6.92m ， 最大埋深2000m ， 同时布设施工支洞10条 。 但与红旗河的诸多隧洞相比 ， 实在是小菜一碟 。
据报道 ， 2018年中铁装备集团已经正式完成了超大直径15米级岩石隧道掘进机（TBM）研发 。 但即使是这一最先进的机器 ， 离开凿红旗河隧洞还有不小距离 。
那么整个工程总投资是多少呢？根据前述论证 ， 实际工程量比该课题组的估计要大不少 ， 难度也更高 。
考虑到渠首及渠尾附近通水量小 ， 工程量可以缩减 ， 这会降低一定成本 。 但4万亿投资远远达不到目标 ， 这还不包括大量配套设施（水库等）的投资 。
03600亿m3能干啥
新疆近年年均水资源量913亿m3 ， 2018年用水量为550亿m3 ， 其中农业用水量490亿m3 。 新疆耕地面积约6000万亩 ， 农田实灌亩均用水量高达608m3（2016年） ， 而全国平均水平为365m3（2018年） 。
按照 ， 新疆农田实灌亩均用水量 ， 600亿m3仅够开发1亿亩农田 。 根据新疆地方标准《农业灌溉用水定额》（DB65/3611-2014） ， 即使全部使用最节水的微灌技术 ， 在最理想的条件下 ， 也只能勉强支撑约1.5亿亩农田 。
不同条件下农田用水量|制图@王朝阳
红旗河能改变大西北吗？
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2015年新疆第一产业就业人口达526.82万人（包括林牧业等） ， 占总就业人口的44.08% 。 如果新疆增加1.5亿亩耕地 ， 农业加上相关产业就业人口及其家属 ， 至少会增加2000万人口 。 而这些人口及相关产业同样需要大量的水资源 ， 更不用说纾解内地人口了 。
规划的20万k㎡绿带呢？20万k㎡就是3亿亩 ， 大大超过了计划灌溉的2亿亩耕地 。 林地比耕地耗水少吗？并不会 ， 如果只是种植耐旱的灌草 ， 那可能勉强够用 ， 但耕地还要吗？
然而为了保证新疆、甘肃境内的明渠不被砂砾填满 ， 防护林带却是必须的 ， 所以真正能用于耕地的水量还需要打个折扣 。
至少数万亿的投资 ， 带来的是不到600亿m3/年的水资源 ， 相对于南水北调 ， 用水成本畸高 。
而这点水资源能产生多少经济效益呢？不言自明！
04伟大工程还是黑洞
以上仅仅分析了工程难度和工程量 ， 不可忽视的是对水源区及附近区域生态环境的破坏和地质灾害的威胁 。
目前网上关于红旗河要开工的消息统统都是没谱的 ， 并未有官方开展研究的报道 。 所以 ， 红旗河究竟是利国利民的伟大工程还是经济黑洞呢？
-End-
主要参考文献：
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[6]赵希涛,魏乐军.“五江一河”的洪水特征及其对跨流域调水量的制约——三评“红旗河工程”构想[J].地球学报,2020,41(01):91-105.
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