爱华网前言
前不久曾突发奇想：中国北方严重缺水，而中国整体人均水资源日益短缺，能否管道化南水北调呢？曾经一段时间笔者认为不可行，但近期看到我国东海春晓气田竟然可以年送气量高达100亿立方米时，觉得南水北调管道化又是可能的。因为海底管道送气显然成本要远高于陆地，既然管道能年送气100亿立方米，那么陆地管道年送水200亿立方米当不是大难事。 管道运输是一种对专业运输对象进行操作的运输方式，能用于天然气、石油等流体货物的运输，至于管道运水，则已经有千年历史，现今几乎所有的城市都有管道供水系统。 管道运输的优势在于运量大、占用土地很少（仅需建各类泵站），对环境的影响很小，运输成本低，能耗少（以每吨公理运输货物消耗的能源计，管道运输仅为铁路的1／4，水运的1／3，公路的1／10，且不出现“空载”的问题），特别是它的安全性能好。特别是管道占地面积与其它运水方式比具有天然的优势，以下表1半径为1.50米、水流速度为15米每秒的管道计算，每秒钟能送水超过105立方米，而若以河道自流式调水，河深2米、流速1米每秒的情况下，整个河面宽需要50余米。管道的另一个优势是可以上山下水，基本上不受自然条件的限制。1 中国北方用水现状 中国南方大城市人均日用水量为250升，以此数计算，一年用水量为250*365＝91.25吨，实际上此数据并没有把外来人口包含在内。如果考虑到外来人口的数量，则城市人口月均用水量约为3吨，即日均用水量在100升左右。中国北方严重缺水，城市人均日用水量估计在70-90升左右，农村更低至50升左右。因此，中国北方人均日用水量估计在80升左右是比较准确的。 北方缺水最为严重的当属华北地区，包括北京、天津、河北等地。中国南水北调主要也是考虑京津地区工农业用水。笔者估计，目前北京市总人口在2200万左右（含流动性极大的过路客），天津市总人口在1300万左右，周边的唐山、保定等人口估计为2000万左右。因此，南水北调主要考虑满足京津塘及周边地区5500万人口工业及生活用水。以人均年用水量50吨计算（其中工业及生活用水各占25吨），上述5500万人口年需用水为5500*50＝27.5亿立方米。2 南水北送管道计划 管道年运送能力（立方米）＝3.14*管道半径*管道半径*水流速度*3600*24*年送水天数。管道内水流速为10米每秒，一年输送时间为320天，则该管道年运水能力为3.14**1*1*10*3600*24*320＝868,147,200立方米。其它情形见表1。 因此，若技术上能达到建造半径为1.5米，水流速度为15米每秒的管道，以年安全运行天数为320天计算，则年送水能力可达到29亿余立方米，完全能够满足京津塘及周边地区5500万人口的工业和生活用水。表格 1 管径与输水能力管道半径（米） 水流速（米/秒） 年运行天数 年送水能力（立方米）1.00 5.00 320 434,073,6001.00 10.00 320 868,147,2001.50 10.00 320 1,953,331,2001.50 15.00 320 2,929,996,8001.50 20.00 320 3,906,662,4002.00 10.00 320 3,472,588,8002.00 15.00 320 5,208,883,2002.00 20.00 320 6,945,177,6003.00 10.00 320 7,813,324,8003.00 15.00 320 11,719,987,2003.00 20.00 320 15,626,649,6003 管道投资预算 整个管道建设若以钢材为主要材料，则各种情形下耗材如表2所示，全长1000千米计算，用钢重量计算公式为：钢材重量＝3.14*（管道外径*管道外径-管道内径*管道内径）*管道长度*钢材密度表格 2 钢材管道投资成本管道内径（米） 管道外径（米） 用钢体积（立方米） 用钢重量（吨） 钢材价格（元/吨） 钢材成本（万元）
1.00 1.05 321,850 2,510,430 5,000 1,255,2151.00 1.08 522,496 4,075,469 5,000
2,037,734
1.50 1.55 478,850 3,735,030 5,000 1,867,5151.50 1.58 773,696 6,034,829 5,000 3,017,4141.50 1.60 973,400 7,592,520 5,000 3,796,2602.00 2.10 1,287,400 10,041,720 5,000 5,020,8602.50 2.60 1,601,400 12,490,920 5,000 6,245,4603.00 3.10 1,915,400 14,940,120 5,000 7,470,060 整个管道设计寿命为50年。建议项目管道内径1.50米，管道厚度为0.08米，即8厘米，项目所用钢材成本为301亿元。考虑到施工及其它辅助设施，整个管道系统总投资估计为450亿元。4 现行南水北调工程计划可行吗？4.1 调水量：生态影响巨大 长江一年的水量接近1万亿立方米，查水文资料为8890亿立方米。黄河是580亿立方米，黄河的水量是长江水量的5.8%。年调水300亿立方米，虽然只占长江水量的3%，说对长江的影响不大还为时过早。如果采取管道供水，则只需要100亿立方米左右就可满足华北地区用水需要。况且300亿立方的调水，真正能供给北方地区的估计也不会超过100亿立方。4.2 占用耕地：中国难以承受 三条长各为1000余公里的南水北调渠道，以河宽50米计算，总占地面积为3*1000,000*50＝150,000,000平方米。如采用管道运输，占地最多为原计划的五分之一。4.3 移民：40万 40万移民，想起来都令人害怕。每个移民补偿10万，就需要400亿资金。而如果采取管道化调水，则耕地占用基本为零，整个管道所占用地只相当一条调整公路的四分之一甚至更少。况且管道所经之处，完全可以应用目前世界上最先进的滴灌技术，进行高新技术农业的产业化和实验研究。5 管道调水技术可行性 管道送水最重要的技术是如何穿越黄河。如果按照传统的采取泥水加压盾构掘进方式穿黄方式，此盾构技术如同地铁隧道挖掘，但此方式成本高、掘进距离短。目前地铁隧道成本占地铁建设估计达到50%，以广州地铁4亿余元每公里计算，光挖掘隧道成本就难以承受。既然现有泥水加压盾构技术内径可达7.5米，而本计划采取的厚为80mm全锈钢管道，只需要将其沉入黄河即可。由此技术还可以得出，本计划最大内径才考虑2米，如果内径达到3米，水流速度为10米每秒，采用厚度为100mm的不锈钢管道，则年调水能力可达7,813,324,800立方米，而用钢材料成本为7,470,060万元。 以我国现有技术可以实现的渡槽方式(宽11米、深5米、间隔50米桥)，以代替原来考虑的隧道方式，则渡槽承重高达5000kg／平方米、间隔50米、70桩的渡槽的施工将为前所未有，况且渡槽方式也在技术上也存在着许多需要解决的问题。如果采用管道化高架过黄河，以内径为3米、间隔50米，则管桩承受力只需要3.14*3*3*50＝1413吨；内径为2米、间隔50米，则管桩承受力只需要3.14*2*2*50＝628吨，普通高速公路管桩的承受力都比这个大。因此管道化过黄河轻而易举。 以建华管桩公司湖北地区的管桩技术标准为例，该公司外径600mm、型号为AB型、壁厚130mm、横截面积1919500mm2 的钢筋混凝土管桩桩身结构对应的单桩竖向承载力最大特征值达到3550KN（1公斤＝9.8牛顿），换算为吨则为362.245吨，而该种型号的桩身结构竖向承载力设计值4800 KN，即489吨余。因此，即使是内径为3米的管道过黄河，以建华A型管桩都可以达到标准。而在陆地，如果每25米只需要2根建华管桩就可以承受。整个管道可以采取高架的形式，其成本低于两车道的高架高速公路。以京珠南韶关至广州的高速公路扩建为例，该公路目前正将其由原来四车道扩建为六车道，全长220公里的扩建投入成本只需要10亿元。因此，如果南水北调采取管道化调水，则水管以外的基建投入乐观估计只需要50亿元即可，考虑到加压装置等其他辅助设施，则150亿元绝对可以满足要求。 6 结论 由前所述，单条年运水能力为29亿立方米的管道，总投资估计为450亿元。以每立方米水价2元计算，则年收入为58亿元，工程管理维护费用预算为8亿元，则建成之后年收入为50亿元。贷款利息以2.5%计算，年利息支出为11.25亿元，年利润为38.75亿元。投资回报率为8.61%。因此，从投资角度分析，管道建设是十分可行的。参考文献 中国南水北调工程
