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图为南水北调中线陶岔渠首工程。 2020年12月12日，是南水北调东中线一期工程全面通水六周年。 作为世界上最大规模的跨流域调水工程，南水北调工程总体规划东、中、西三线，总长4350公里。它通过东、中、西三条调水路线，与长江、黄河、淮河和海河四大江河的相互连通，构成了“四横三纵、南北调配、东西互济”的中国大水网格局。 南水北调东线、中线一期工程已先后于2013年11月和2014年12月建成通水，截至目前，已累计向北方地区调水超394亿立方米，1.2亿多群众直接受益，有效改善了中国水资源配置格局，为国家社会经济可持续发展发挥了重大作用。 在这项国家战略性工程中，工程人员通过自主创新，共取得80多项科研成果，23项重大技术成果，丰富和完善了具有中国特色的调水工程技术体系，有力保障了南水北调工程建设与运行安全可靠。 汩汩南水千里北上，如何解决上天、入地、穿城等难题 位于长江下游扬州的江都水利枢纽，是南水北调东线一期工程的源头。从这里引长江水北送，利用京杭大运河及与其平行河道，并连接起调蓄作用的洪泽湖、骆马湖、南四湖和东平湖，分两路输水：一路向北，在位山附近经隧洞穿过黄河，输水到达鲁北；一路向东，通过胶东输水干线到达青岛、烟台和威海。 在东线干线上，作为取水口的江都水利枢纽，与海拔最高点的山东东平湖相比，足足低了40米，这就意味着北去的江水需要在600多公里的输水线上“倒流”。 “泵站，是实现‘水往高处流’的心脏，而提高泵站效率是解决问题的关键。”记者了解到，由于传统泵站设计理念存在问题，南水北调东线一期工程师专门组织开展了泵站装置内外特性研究，以三维湍流理论为基础，完善复杂工况下泵站装置优化设计，建立了泵站水力设计准则，使泵站装置效率提高了5%-10%。同时，针对泵站机组在运行时推力轴承及导轴承会产生大量的热量，南水北调东线工程建设管理单位专门研发了一种先进高效、安全可靠的轴承油冷却技术，和当前比较先进的循环冷却水系统相比，成本减少了1/3，并且设备占用的空间更小了，维护更简单了，冷却效果也更好了。 设计新建泵站21座，改造原有泵站4座，13个梯级抽水站，总扬程65米……东线一期工程组成了世界上最大的泵站群，正是这些泵站群，造就了千里长河水往高处流的奇观。 与东线工程的逐级提水北送不同，中线工程1400多公里的输水线是一路自流向北。为了满足中线工程全程自流的调水条件，位于中线工程源头的丹江口水库，坝体高度需要从原来的157米增至170米以上。 坝体加高了，所承受的水压力也随之增加，这就需要通过在老坝体下游坝坡贴坡加厚和顶部加高的方式来解决，南水北调中线建管局工作人员生动地称之为“穿衣戴帽”。方案确定后，难题出现了，如何在水库正常运行条件下加高坝体，实现新坝体与老坝体联合受力和安全挡水？中线建设工程师通过现场原位试验、大型仿真计算等对大坝加高的结构设计理论进行研究，提出了“后帮有限结合”重力坝加高结构新理论及设计标准体系。同时，还通过研发的新老坝体结合成套技术，控制结合面的结合比例和开度，控制好混凝土浇筑温度，给混凝土“吃冰棍”，加冰降低混凝土入仓温度，实现联合传力。工程运行多年来，监测指标与数值仿真模拟分析成果吻合良好，坝体经受住了高水位运行的考验。 中线输水渠一路“上天、入地、穿城”，而难度最大的还是穿越有着“地上悬河”之称的黄河下游河道。穿黄工程是南水北调中线总干渠与黄河的交叉建筑物，也是总干渠上建设规模最大、技术最复杂的工程。 工程隧洞需要穿越黄河下游游荡性河段，该河段所处围土为饱和砂土地层，地质条件复杂，内水压达0.51MPa。为此，中线工程建设者们研发了“盾构隧洞预应力复合衬砌”新型高压输水隧洞，提出了管片外衬与预应力内衬“结构联合、功能独立”的复合结构设计理论与分析方法，建立了相应的设计控制标准体系，最终攻克了多项复杂软土地层高压输水隧洞结构受力、高压内水外渗导致围土失稳破坏等难题。这是国内首例采用盾构法施工的软土地层大型高压输水隧洞，技术难度在当时大幅超出我国已有工程经验和规范适用范围。 南水一路向北，汩汩流入北京、天津。位于北京西四环的五棵松立交桥，常年车流如织，地铁1号线不时从地下呼啸穿过。地铁里面的乘客可能还不知道，在距地铁3.67米的地下管道里，南水也正穿城而过，这正是南水北调中线输水管道——北京西四环暗涵。五棵松地铁下面为卵石地层，施工对地层扰动将可能引起地铁结构变形，怎样在确保安全的前提下施工？建设者们先后采用深孔长管超前注浆、回填和补偿灌浆等多项技术措施，开挖过程中采用单洞开挖，当一条暗涵穿站初期支护完成，待沉降变形基本稳定时，进行二衬施工，单洞二衬完成后，同工法开挖另一条暗涵。在整个施工过程中，远程自动化监测地铁和立交桥结构变化，并在地表、洞内布设量测点，通过检测量测信息动态指导施工，始终保持沉降数值不超过3毫米，创造了国际地下空间施工新标准。 南水北调东中线一期工程只是一个开始，当前后续工程也正在稳步推进。东线北延应急供水工程建设进度加快，计划年底水下主体工程完工，东线二期工程总体可行性研究和穿黄工程初步设计正在复审。中线引江补汉工程可研报告编制完成并上报，中线调蓄库工程雄安调蓄库灌浆试验开工。西线工程规划方案比选论证也已通过复审。 远来的南水水质如何，冬季是否会半路结冰影响正常供水 北京10杯水中，有7.5杯水是南水。 天津14个区居民供水100%为南水。 河南河北沿线22个大中城市用上南水。 ……
图为南水北调东线宿迁刘老涧站。 南水北调东中线一期工程全面通水以来，南水成为沿线多个城市的主力水源，有效解决了京、津、冀、苏、鲁、豫等地近40个大中城市的供水问题。 南水引来了，水质到底怎么样？全面通水以来，南水北调中线源头丹江口水库水质95%达到Ⅰ类水，干线水质连续多年优于Ⅱ类标准，东线干线水质全部达到Ⅲ类。 位于河北省东南部的黑龙港流域，一直以来是海河平原旱涝灾害最频繁的地区，也是黄淮海平原盐渍危害最严重的地区之一。如何让当地群众喝上“放心水”，是一个关系民生的大问题。 南水来了以后，当地快速完成南水与本地水源的置换。“以前长期喝苦碱水，牙齿都会变黄，大家连笑都不敢；自从来了南水，现在大街上做牙齿美白生意的都少了。”南水真正甜到了当地群众的心里。如今，南水让500多万黑龙港流域的群众告别了苦碱水、高氟水，流域内的邯郸、邢台、石家庄、保定等地主城区南水供水量占75%以上。 冬季来了，不少人会有这样的疑问：“北方太冷了，水半路难道不会结冰？北方群众还能喝上南水吗？” 记者了解到，南水北调中线工程已安全实现了6个年度冰期输水。南水北调中线建管局每年都会提前做好调度准备，编制应急预案，确保冰期输水安全运行。 每年冰期前，南水北调中线漳河以北段工程所有节制闸、检修闸、退水闸的防冰冻设施均已完成调试，确保冰期输水时各闸门开启灵活，避免冰冻影响闸门操作。同时，为了防止浮冰阻塞水流通道，在渠道沿线倒虹吸、涵洞、渡槽等建筑物进口的适当位置设置了拦冰索，并在渠道沿线安排储备了一定数量的破冰、排冰机械设备，以备应急之需。在关键处还加设增氧机，通过扰动水面，产生水花和波纹，阻止拦污栅附近结冰，以保证清污机可随时清理水中杂物。 冬季，保障冰期输水调度运行正常同样重要。记者了解到，在进入冰期运行前，需将沿程水位由较低的目标水位抬升至冰期目标水位，以增加过水断面面积。冰期输水运行中，按照闸前常水位控制原则进行调度，保持目标水位基本不变。及时调控闸门维持冰期输水期间渠道水位的稳定，严格控制渠道水位每天涨幅不得大于10厘米，降幅不得大于5厘米。 与此同时，南水北调工程管理部门还通过不断完善冰期输水运行管理责任体系，加强调度值班力量，制定冰期输水运行的冰情日报制度，并配备抢险队伍、人工捞冰设施和破冰机械设备，确保了冰期沿途水流通畅。 水下机器人、无人测量船，南水北调中的那些高科技运用 南水北调东中线工程全线近3000公里，运行六年来，经受住了特大暴雨、台风、寒潮等极端天气考验，未发生安全事故和断水事件，供水量持续增长，水质常年稳定达标，经济、社会、生态等效益不断扩大。这样的成绩得益于南水北调工程建成的多套高科技体系，不断加强运行管理规范化、标准化。 全长1432公里的中线工程，交叉建筑物2385座，全线节制闸、退水闸、分水口门众多，输水调度情况复杂。然而在位于北京市的南水北调中线建管局总调中心，工作人员只需要简单地通过计算机下达指令，即可通过闸控系统直接操控远在千里之外的闸门进行输水调度。目前像这样自动化的日常生产调度已经完全实现，同时正在积极探索和推进可视化调度，下一步还将利用大数据、云计算、物联网等现代化信息化手段，不断提高智能调度水平。 为了保障中线工程安全运行，多个工程监测管理系统正在全面发挥合力。工程巡查维护系统采用IT技术、移动技术、GIS技术、工作流引擎、机器学习等先进技术，贯穿问题的发现——上报——受理——处理——消缺整个过程，达到了“巡检有计划、过程有监督、事后有分析，处理可追踪”的目标。安全监测系统通过全线布设的安全监测点，实时监测渠道安全。水质监测系统依靠输水干渠布设的多个固定监测站、自动监测站和移动实验室，实时在线监测水质变化。物联网应用系统实时监测全线设备运行环境，实时监控渠道人员进出，以保证安全。“中线天气”应用系统分析汛期降雨和影响范围，提前判断，发出预警。防洪信息管理系统则使全线防汛物资、应急队伍、风险项目等信息尽在掌握，实现相互调配。 目前，卫星遥感探测技术、北斗自动化变形监测系统、水下机器人探测技术等项目也已经进入试点应用。其中水下机器人探测设备是中线建管局参与研发的目前国内最先进的水下检测设备，配备有高清水下摄像头和水下声呐，具备水下毫米级细部结构观测能力。2020年在中线工程大流量输水环境下，利用水下机器人对重点渠段和重要部位水下工程运行工况进行了检查，通过分断面扫描、水下观察、拍照、录像等技术手段，获得了翔实的数据影像资料，为准确判断工程运行状况提供了坚实可靠的保障。 在南水北调东线，通过渠道自动巡查平台，可实时进行巡查工作。完成自动化巡查工作的是无人测量船和无人机。 无人测量船是一套软硬件结合的水域测绘系统，以无人船为载体，搭载摄像头、多波束测深仪、GPS、罗盘仪等，让船体在水域按预定的路线行驶，采集所需要的渠道坡面、水下地形等数据，可实现对渠道坡面破损监测、河道淤积断面测量、危险行为甄别报警喊话等诸多功能。 利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的无人机，装配有高清数码摄像机、照相机、GPS定位系统等各类采集与传感设备，可沿渠道或者水库等进行定位自主巡航，实时传送影像及各类数据，利用数字图像处理技术，在获取实时监控信息的同时，对可能存在安全隐患的部位自动分析预警，提醒管理人员进行隐患预警复核，及时发现安全隐患，实现对工程全线巡查管控。 当前，南水北调工程已建成了包括以控制专网为核心的基础保障体系、以输水调度为核心的自动化调度体系、以办公信息化为核心的运行管理体系等多套高科技体系，为这条优化水资源配置、保障群众饮水安全、复苏河湖生态环境、畅通南北经济循环的调水线全方位护航。 （编辑：逍遥客） |
