加利福尼亚调水工程对我国调水工程的启示

1、加利福尼亚调水工程对我国调水工程的启示1 加利福尼亚州概况美国加利福尼亚州 （ 以下简称加州 ） 位于美国西海岸， 西滨太 平洋，北与俄勒冈州、东与内华达州及亚利桑纳州接壤，南临墨 西哥，面积共411013km2总人口约为3260万人。加州的土地 面积列全美第三位， 人口列全美第一位。 加州是美国第一农业大 州，盛产水果、小麦、家禽等农畜产品；食品工业在美国居于首 位，其次是飞机制造业，火箭工业等，世界上最大的飞机制造公 司波音公司就在加州。 1999年，加州的国内生产总值为 988339 亿美元，列全美第一位，此后加州的国内生产总值一直 在美国名列前几名。加州气候呈冬季湿凉， 夏季温暖干燥。

2、 横穿全州的大气高压 带使加州夏季以晴朗天气为主， 只有少许的降雨。 冬季高压带南 移，将全州控制在太平洋气压中，使得这个季节的气候多雨雪。 加州的大部分水气来源于太平洋，年平均降水量大约为584mm，65的降雨量在蒸发或者植被传送过程中消耗掉，剩余的35则形成地表径流，不到 50的地表径流用在了农业灌溉和城市 的工业和人口需求中。加州的水资源分布存在以下的特点：1.1 地区差异加州 70多的降雨量集中在北部地区，其中 40集中在北部沿海岸地区， 30的降雨集中在中部偏北地区的萨加门多河流域。但加州的中大城市和农业用地多集中分布在北部、 中部和南 部地区，这些地区年用水量总和占加州全年用水量的

3、75，其中原因是全州一半的人口集中在南部地区； 最大的灌溉农田分布 在加州中部地区， 那里是全世界上粮食产量最高的农业区。 这种 资源的分布和需求的不协调使得整个加州的大多数流域都处于 调水或引水的状态。加州水资源区域调配示意图见图1。1.2 季节差异加州全年 75的降水量分布在 11 月份到来年的 3月份之间， 其中一半的降雨集中在 12月到 2 月。冬季的大规模集中降雨可 以解决加州全年的用水需求， 但可能会导致夏季出现严重的干旱 情况，除非有额外的降水或者降雨期延长。 而全州需水量最大的 时期是分布是在夏季和冬末， 客观上使加州水资源供给和需求产 生了时空上的矛盾。1.3 气候差异加州年

4、降水量在分布上也是极不均衡， 有着明显的气候性差 异，近年来，加州洪水和干旱时有发生，如 1986 年的洪水过后 连续 6年的干旱； 1997年 1月份的大洪水过后，紧接着从 2月 至下年的 6 月又是连续严重干旱。加州 30的农业灌溉和城市用水来源于地下水，当发生干 旱的时候，过量的开采地下水，导致了地下水水位的降低，在一 定程度上破坏了地下水可持续的良性循环。2 加利福尼亚水利给工程的工程体系无论是加州现在的社会经济发展还是未来长久的繁荣都离： 不开充足的水资源供给。从 20 世纪三十年代开始，加州政府就 十分重视水利工程的修建， 以解决州内水资源供求上的矛盾。 先 后修建了中央峡谷水利工

5、程， 加利福尼亚水利工程， 科罗拉多河 水利工程和洛杉矶水渠等等， 这其中最著名也最为重要的是加利 福尼亚水利工程 （以下简称加州水利工程 ） 。2.1 加利福尼亚水利工程的背景在加州411013km2的使用范围内，有沙漠和亚热带高山分 布，水资源有着明显的地域性差别。当一些地区苦于51mm勺年降雨量时，另一些地区却为 2540mm勺年降雨量而烦恼。而且在 许多水资源供给不足的地方， 人口却越来越密集。 更好的储存和 控制水资源， 把水资源调送到最需要的地区是加州水利工程建设 的基本思路。二战之后，加州人口数量的增长与水资源供给之间的矛盾日 益突出，于是在 20 世纪 40 年代末提出了修建加

6、利福尼亚水利工 程的设想；并于 50年代得到了充分的论证； 1951 年，联邦政府 议会批准了加州水利工程并且为详细的研究拨出专项资金。 1959 年立法机关通过了 Burns-Porter Act 法案，批准发行 17.5 亿美 元的债券进行最初的工程建设，在 60年代由全州人民投票通过 该法案； 以后在大约十几年的时间， 加利福尼亚水利工程完成了 大部分工程建设内容。在加州有超过三分之二的公民或多或少的受益于该工程供 应的水。不仅如此， 工程还供给数以万计工厂和成千上万亩的农 田灌溉。2. 2 加利福尼亚水利工程的供水系统 加利福尼亚水利工程是长距离调水工程， 工程的供水系统由 32个蓄水

7、库、 18个泵站、四个抽水蓄能电厂，五个水力发电厂， 1065km长的水渠和管道组成，其中包括著名的奥罗维尔大坝， 雁翎河水库，加州水渠，南湾水渠，北湾水渠和圣路易斯水库等 等。工程主要由 3 部分组成。2.2.1 渠首工程渠首工程即为加州水利工程的水源工程。 加州水利工程起始于雁翎河支流上的戴维斯湖、 法兰西人湖和安 提罗普湖， 沿着雁翎河的支流， 水自流到巴特县境内的奥罗维尔 湖，它们组成工程系统中最主要的蓄水湖库。在春冬季节，奥罗 维尔湖把来源于雁翎河上游的水储存起来，年平均蓄水库容达37亿m3,经凯悦、铁马利托等三个抽水蓄能电厂流入雁翎河的 天然主河道，之后水蜿蜒流入萨克拉门托河和三角

8、洲地区。2.2.2 中部输水工程在三角洲地区，工程分为两个部分 一北部湾水渠和南部湾水渠。在三角州地区， 根据水质的标准， 有一部分弃水流到太平洋 中，余下的大部分水继续送往北加州、旧金山湾地区，以及中部 沿海地带的圣霍金谷和南加州。2.2.3 北部输水工程北部工程是整个加州水利工程中义意 最为重要的部分， 其中加利福尼亚水渠是主体工程。 从比萨尼水 库流出的大部分水进入加利福尼亚水渠。 加利福尼亚水渠主渠长 715km起源于南三角洲的三角洲泵站，水渠引水南下，穿越圣 霍金谷， 越过德哈查比山脉， 最后在南加州的羚羊谷分为两条水 渠西渠和东渠， 西渠终点是洛杉矶北部的家斯达克湖， 东渠 终点是

9、临河县的佩利斯湖。当水流到加利福尼亚水渠中部，途径中部湾的南圣霍金谷时，水渠又向西分出支渠，延长了 164km至中部沿海地带的圣达 巴巴拉县，为圣达巴巴拉县和圣路易斯欧毕斯珀县提供水源。加利福尼亚水渠的最大设计流量在三角洲处是292m3/s，在穿越德哈查比山脉到达南部海岸地区时是 127m3/s。途径多个提 水泵站，如友谊泵站、美景泵站、梯岭泵站和科利斯曼泵站到达德哈查比山脉。 其中，在穿越德哈查比山脉途径艾蒙斯顿泵 站时，水位在不到14km的距离内提升587m艾蒙斯顿泵站是世 界上单位距离内水位提升最大的泵站。 从泵站出来水流入了羚羊 谷。在羚羊谷水流流向两个支渠西渠和东渠。 在东渠支线上

10、修建了梨花泵站、 阿拉漠发电站和马哈维虹吸发电站， 流过这些 电站水注入了银木湖， 再流入圣伯尔纳迪诺运河， 水位降落 432m 到达魔峡发电站， 最后流到佩利斯湖。 水流在西渠支线通过奥索 泵站和平安谷管道到达华尔那发电站， 穿过华尔那发电站水就流 入了洛杉矶境内的金字塔湖， 从金字塔湖出来流经天使运河和加斯达克抽水蓄能电站来到西渠的终点加斯达克湖。 加州水利工程设施地理位置见图 2。3 加利福尼亚水利工程的社会经济效益 加州水利工程是美国最大的水利项目， 它的首要目的是调节 不同地区间的水资源供求不平衡。此外它还有防洪、发电、改善 水质、休闲娱乐，提高鱼和野生动物的生物栖息环境等功能。3.

11、1 提水泵站由于地理位置的原因，加州水利工程全长1046km内，共修建18个提水泵站，比如从三角洲至圣霍金谷段，从海拔120m提升1034m，在距离73km内水提升了 914m,是目前世界上单位距 离内提升水位最高的工程， 水位提升后水可以向南自流， 到达南 加州水库。由于提水泵站的能源主要是电力， 因此加州水利工程 是加州最大的用电户。整个工程系统中拥有 18个提水泵站，一 年的耗电量高达13.7kW?h，在流量达到设计流量时，仅艾蒙斯 顿泵站一家一年就将耗电 5.8kW?h时。而电力能源主要来源于煤 电，水电等等。3.2 水力发电加州水利工程系统中修建了 9个水力发电站， 其中包括 5个

12、径流式电站和 4个抽水蓄能电站，每年提供的电量大约有 6kW?h相当于旧金山城市一年的用电量），其中3/4用来维持整 个加州水利工程的运转，即加州水利工程有32的用电可以自行解决， 降低近 1/3 的运营成本。 如奥罗维尔湖上的凯悦抽水蓄能电站是工程系统中最大的发电站，年发电量2.2亿kW?h在它西边的铁马利托抽水蓄能电站年发电量0.32亿kW?h这两个发电站的水库都是多年调节水库， 可以根据实际的用电需要来决 定发电量。 水向南流到圣路易斯水库， 作为吉亚尼利抽水蓄能电 站的下池，吉亚尼利抽水蓄能电站的年发电量可以达到 0.18 亿 kW?h当水自流到西渠和东渠支线时，途径魔峡发电站，加斯达

13、 克抽水蓄能电站， 华尔那发电站， 阿拉漠发电站和马哈维虹吸发 电站等，每年总发电可达到 3.4亿kW?h这些系统内的发电站 发电量大大缓解了加州水利工程运行需要的电能紧张局面， 同时 也可以将一部分多余的电供于民用。3.3 防洪加州水利工程在防洪方面发挥了重要的作用， 如在 1964年， 刚刚修建一部分的奥罗维尔大坝就在抵抗当时发生在雁翎河上 的洪水发挥了重要的作用， 完工之后的奥罗维尔大坝更是为雁翎 河和萨拉门托河的防洪提供了坚实的保障。在圣霍金谷农场多次发生洪水的时候， 也是加州水利工程的 大坝减缓了洪水的流量和流速， 使得洪水在进入加利福尼亚水渠 的时候没有带来巨大的灾难。 整个工程系

14、统不仅控制了洪水， 而 且为发电站发电积蓄了能量。3.4 休闲娱乐 加州水利工程系统为整个加州提供了诸多休闲娱乐的场所，改善了当地的生态环境和人类的生活环境。流入雁翎河留域的水不仅为该地区渔业和旅游业的发展提 供了保障， 还提高了流域的生态环境； 而在萨克拉门托市至圣霍 金三角州一带的供水品质也因工程的修建得到了很大改善。从德哈查比山脉到南加州， 水库、 湖泊和水渠都为人们提供 了很多很好的娱乐场所和设施，可以钓鱼、划船、野餐、露营、 骑自行车和参观游玩等等。在北加州，人们可以在水库、湖 ?自中享受各种水上运动， 甚至还可以打猎； 在南加州， 加斯达克湖和金字塔湖也提供了划 船、郊游和划水的娱乐项目；在佩利斯湖人们更可以远足、爬山 和潜水等等；而在整个加利福尼亚水渠随处都可以钓鱼， 娱乐等。4 加利福尼亚水利工程给我们的启示(1) 加州水利工程是从 20 世纪 40 年代初开始论证、做前期 工作， 60年代实施建设的项目，项目建设持续至 80 年代；时至 今日仍在不断的补充与完善。 这项庞大的工程是在充分规划论证 的基础上， 逐步组织实施建设的， 它的供水规模是立足于保障社 会