王冬 王宇航
摘要:近期,煙大隧道方案呼聲漸起??紤]到長123公里、投資2600余億元的海底隧道方案,覺得很有值得商榷的余地。綜合治理黃河泥沙以及考慮到北方缺水、渤海日漸淤積變淺和聯(lián)通山東大連等因素,不如延長黃河,用黃河來沙筑壩引水至黃海,將渤海一分為三:北部的渤海灣,南部的萊州灣湖,以及中間的黃河延長線。在大欽島填筑人工島,修建大欽島大連海底隧道,在延長線海域修建高速鐵路,連接山東大連。吹填大欽島港,為晉陜甘寧蒙豫等沒有港口的內(nèi)陸省份經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供便利。將萊州灣封閉成萊州灣湖,新建北海水源地。北海和萊州灣湖儲(chǔ)存黃河水,供應(yīng)京津冀魯豫皖等地的工農(nóng)業(yè)用水需求……
關(guān)鍵詞:黃河延長線;山東大連高鐵;萊州灣湖;北海;南水北調(diào)
對(duì)于《各界》2019年第二期發(fā)表的《黃河延長線及山東大連高鐵隧道聯(lián)合規(guī)劃方案》,探討后覺得美中不足,不如封閉萊州灣,并將黃河延長線南岸直接簡化成新萊州灣湖的北岸攔水壩,打造成近萬余平方千米的萊州灣湖以儲(chǔ)存黃河水。
一、施工說明
第一標(biāo)段:延長線北岸A-①處70千米,攔水壩1采用類似港珠澳大橋鋼筒施工,圓鋼筒直徑22米,高度40-50米不等,按照地質(zhì)情況確定鋼筒高度。安裝后高出海平面6米,每相鄰兩筒中心點(diǎn)間距27米。
相鄰兩筒間隙的處理。
采用鋼筒施工簡單,大壩成型快,經(jīng)濟(jì)效益顯著。這里要利用水的向外流動(dòng)帶來河道中心的泥沙,因此保留要沉積深度尺度上的縫隙,封堵相應(yīng)要淤塞深度以下的筒間縫隙。例如讓黃河來沙沉積在-12米至-18米的海底,要封堵-12米至-18米筒間的縫隙,而保留0米至-12米筒間的縫隙。
在圓筒迎水側(cè)、緊貼圓筒縫隙放置由三面實(shí)心水泥板構(gòu)成的空心三棱柱框架(三棱柱高度6米、三棱柱底面為邊長6米的等邊三角形)。
新黃河口的北移調(diào)向開挖同期進(jìn)行。
第二標(biāo)段:延長線南岸D-②處120千米,技術(shù)要求同第一標(biāo)段。
特別注意:延長線南岸攔水壩2中清水溢入口門處可采用20米-25米的矮沉筒(或者直接跳過),沉筒安裝后筒頂位于海平面-6米處,以保證清水能夠溢流入萊州灣湖。清水溢入口門距現(xiàn)黃河入海口30千米左右,寬度10-15千米。
第二標(biāo)段開工后,即可設(shè)計(jì)專用的5-10米低挖深的內(nèi)河挖泥船在汛期進(jìn)入黃河下游山東段防汛險(xiǎn)情高危地段攪動(dòng)以增加泥沙下泄,增加新黃河延長線來沙量,降低原黃河地上河段險(xiǎn)情。并積累經(jīng)驗(yàn),為中游地上河段處理提供依據(jù)。
第三標(biāo)段:延長線北岸①-③處80千米,技術(shù)要求第一標(biāo)段。
在第三標(biāo)段③處,建設(shè)單線三級(jí)船閘。該船閘要求盡量利用渤海的18米深度,其中間第二閘室要求設(shè)置在疏港公鐵路下方。因上方有公鐵線通過,有凈空要求,在加高公鐵橋梁不經(jīng)濟(jì)的情況下,盡量降低船閘通航水位。因此規(guī)定:在渤海低潮時(shí)允許挖泥船、石油勘探船、采油船進(jìn)出北岸水源地。因需求量不大,采用單線船閘。
第四標(biāo)段:建設(shè)蓬長攔水壩6、攔水壩4、攔水壩5,合計(jì)35千米。攔水壩6因設(shè)置大量閘門而必須使用混凝土壩體,攔海壩4和攔水壩5亦可采用鋼筒施工,技術(shù)要求同上。
首先建設(shè)攔水壩6和閘門1,攔水壩4和攔水壩5壩址作為導(dǎo)流明渠使用。當(dāng)攔水壩6和閘門1完工,開始攔水壩4和攔水壩5的建設(shè),閘門1就發(fā)揮導(dǎo)流作用了。封閉萊州灣,并在低潮時(shí)開啟閘門1逐漸以淡水置換海水。攔水壩4靠近黑山島左側(cè)建設(shè)雙線一級(jí)船閘,以保證萊州灣原有港口正常使用。黃海滿潮時(shí)船只使用船閘進(jìn)萊州灣湖最經(jīng)濟(jì),但考慮到滿潮時(shí)單級(jí)船閘可能導(dǎo)致海水混入萊州灣湖淡水中。又因落差小,萊州灣湖船閘兩級(jí)為好。并且規(guī)定:利用船閘進(jìn)萊州灣湖的船只僅可以黃海低潮時(shí)放行。
第五標(biāo)段:延長線南岸攔沙壩3-②-⑤處,計(jì)40千米,技術(shù)要求同上。
特別注意:此處離心溢流水門處可采用28米-32米的矮鋼筒,鋼筒安裝后筒頂位于海平面1米-2米處,保證漲潮期間涌浪可以因彎曲的攔水壩4離心沖過攔沙壩3壩頂,而不沖擊長島港內(nèi)停泊的船只。
第六標(biāo)段:大欽島港北岸③-⑥間攔水壩,計(jì)60千米。
延長線內(nèi)泥沙必因水面寬闊而逐漸淤積,可利用挖泥船將泥沙送往南北岸沉筒附近,并隨著海底泥沙淤積情況加高空心三棱柱層數(shù),將南北岸攔水壩加高至水面上5米、加寬至1000米或者更寬。
根據(jù)現(xiàn)在黃河每年的來沙量估計(jì)為7.7284立方千米,延長線北岸攔水壩1成一千米寬、5米高、150千米壩體,理想計(jì)算,消耗沙量折算黃河年來沙量用時(shí)0.446年(以下敘述理想計(jì)算消耗沙量折算黃河年來沙量用時(shí)均簡稱:理想用沙時(shí));萊州灣湖北攔水壩2成一千米寬、5米高、120千米壩體,理想用沙時(shí)0.357年;攔沙壩3成一千米寬、5米高、40千米壩體,理想用沙時(shí)0.119年。因此,為保證后期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地,可以考慮將上述三壩的壩體以圓筒軸線為基線兩側(cè)各吹填,總寬度放寬到3千米。圓筒部分留作以后的公路鐵路基礎(chǔ)或者輸水輸油管道基礎(chǔ)。
這些壩體土地形成初期可大量種植黃河三角洲固沙植物檉柳。
黃河延長線規(guī)劃后,即可提前開展大欽島大連海底隧道的設(shè)計(jì)工作,選址建設(shè)大欽島至大連海底隧道出口人工島,并建設(shè)大欽島至山東利國高鐵海中高鐵線路。
第七標(biāo)段:當(dāng)?shù)谝粯?biāo)段、第三標(biāo)段、第六標(biāo)段已完工,圖中③-⑦作為修建大大隧道的盾構(gòu)泥渣傾倒區(qū),以及黃河來沙逐漸淤積并可以阻擋渤海海水時(shí),可考慮建設(shè)延長線北岸內(nèi)攔水壩7(E-F段),E-F間的溢流水門同標(biāo)段2技術(shù)要求。攔水壩7總體根據(jù)大欽島利國高鐵的走向確定(亦可類似攔水壩2成弧形),利用高鐵線路大橋的橋墩對(duì)江水的阻攔作用堆沙筑壩,保證延長線高鐵橋墩處于堆沙區(qū)或者淡水區(qū)域,以減輕海水對(duì)橋墩的腐蝕。
第八標(biāo)段:大欽島港區(qū)的吹填。為節(jié)省大欽島港南岸⑥-⑦間圓筒費(fèi)用,可將包括砣磯島在內(nèi)⑥⑦⑧⑨區(qū)域一同吹填,以增加更多的港區(qū)土地。
隨著時(shí)間的推移,黃河來沙也將淤塞新延長線的河道。為保證河道暢通,新延長線內(nèi)將常年配置內(nèi)河低挖深挖泥船不間斷疏通河道,輸送泥沙至黃?!?/p>
二、投資分析
先說萊州灣北攔水壩2,因?yàn)槿R州灣湖可能是黃河延長線工程中最先受益的子工程。
萊州灣北攔水壩2大概距離120千米,每千米鋼筒37個(gè),每個(gè)造價(jià)500萬,預(yù)估鋼筒費(fèi)用為500萬×37×120,共約222億元,加上施工費(fèi)用,250億元估計(jì)足夠。
攔水壩6采用混凝土壩,攔水壩4、攔水壩5采用沉筒施工工藝,三者總長度35千米,預(yù)估費(fèi)用65億元,加上疏港鐵路100千米,按每千米造價(jià)1億元計(jì)算,100億元,再加上閘門、船閘的費(fèi)用,200億元足夠了。
可以說450億元換來了一個(gè)有7000平方千米水面的萊州灣湖,萊州灣湖由此一躍超過鄱陽湖成為中國第一大淡水湖。
萊州灣湖淡水儲(chǔ)存量建成初期理想估計(jì)約1200億立方米,黃河每年入海流量為600億立方米,理想情況下,不足六年時(shí)間就會(huì)置換完成。閘門1的完工意味著開始蓄水和置換海水。保守估計(jì)自第四標(biāo)段起步六年后就可以使周邊用上真正的黃河水。
后期在萊州灣濰坊市建設(shè)水塔,建設(shè)地下管線,就近送至魯豫皖,為黃河以南區(qū)域補(bǔ)水,或并入南水北調(diào)東線某節(jié)點(diǎn)利用南水北調(diào)線路雙向補(bǔ)水。
萊州灣湖將形成一個(gè)類似鄱陽湖的一個(gè)過水性、吞吐型、季節(jié)性湖泊,將成為黃河的一片肺葉。汛期時(shí)大量的黃河水涌入萊州灣湖,旱季時(shí)儲(chǔ)存的黃河水再流出,補(bǔ)充當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)用水。
萊州灣湖的形成也許將損失一個(gè)萊州灣鹽場……
要大發(fā)展就要有大氣魄的改革。改革就是利益的再分配,要有大局觀,不要計(jì)較一城一地的得失……
水——是寶貴的!
再說大欽島大連隧道及大欽島利國高鐵工程。這將是黃河延長線工程從時(shí)間上第二個(gè)受益的子工程。
大欽島大連隧道51.8千米,比照煙大隧道價(jià)格,該隧道工程造價(jià)1095億元。
大欽島利國海中高鐵線路162千米,陸上部分76.5千米,按照現(xiàn)在的物價(jià)標(biāo)準(zhǔn):海上部分平均每公里造價(jià)3.5億元,陸上每公里造價(jià)1億元,費(fèi)用總計(jì)643.5億元。
山東大連隧道高鐵總計(jì)1738.5億元。按照基建狂魔的進(jìn)度,工期應(yīng)該不足十年,關(guān)鍵工程在于大欽島大連隧道能否按期貫通。
依次說下延長線北岸水源地,按照建設(shè)進(jìn)度,這將是黃河延長線工程從時(shí)間上第三個(gè)受益的子工程。
延長線北岸壩體1到第三標(biāo)段結(jié)束,長度約150千米,按照前述標(biāo)準(zhǔn)估計(jì)沉筒費(fèi)用約278億元,加上船閘、溢流閘門費(fèi)用記為300億元。由延長線南北岸圍成的海域面積亦在10000平方千米以上(圖中A、①、③、
⑥、⑤、②、D,共七點(diǎn)圍成的海域)。
按照現(xiàn)在黃河每年入海泥沙量,理想情況,黃河來沙7.7284立方千米。每年可平攤在此海域面積的泥沙可使海底平均上漲0.77284米。按照渤?,F(xiàn)有深度18米,假若第七年開始第七標(biāo)段,此時(shí)北岸水源地已平均於填4.637米,剩余深度為13.363米。攔水壩7(E-F間)長度110千米,仍然使用沉筒工藝施工。鋼筒費(fèi)用約204億元。此時(shí)大欽島利國高鐵橋墩已經(jīng)成型。因此可借助大欽島利國高鐵橋墩和攔水壩7本身的阻水作用,不用刻意吹填而稍加修整與補(bǔ)充泥沙等待自然成形。攔水壩7(E-F段)成三千米寬,高5米壩體理想用沙時(shí)0.784年,隨后修建攔水壩7(F-⑦段),20千米,理想用沙時(shí)0.143年。
北岸水源地命名為:北海。
北海面積將有5000余平方千米,建成初期13.363米深度,理想儲(chǔ)水量在600億立方米,建成當(dāng)年估計(jì)淡水已經(jīng)將海水置換完畢。
北海也因此超過鄱陽湖成為中國第二大淡水湖。北海也將和先期形成的萊州灣湖一樣是一個(gè)過水性、吞吐型、季節(jié)性湖泊。將是新黃河延長線的另一片肺葉。
在北海攔水壩7未建成以前,黃河來沙將就近沉降堆積成丘,在不影響大局的情況下,除去必須使用就近的沉積泥沙吹填東營填海機(jī)場、北岸攔水壩1、萊州湖攔水壩2,以及北岸攔水壩7,沒有必要將已經(jīng)堆積成丘的大面積沉積區(qū)泥沙吹填到他處。因?yàn)楹笃谠诒焙_€將有吹填石油鉆井平臺(tái)的可能。
這里有個(gè)問題:北海單級(jí)船閘貌似在⑦處更合理。其實(shí)恰好相反。原因是⑦處仍在不斷地接收黃河來沙,壩體寬度與河道深度不加管理是難以控制的,船閘有隨時(shí)被廢棄的可能。
立即建設(shè)圖中所示水塔及相關(guān)提水設(shè)備、輸水管線等,將北海淡水送往京津冀,甚至內(nèi)蒙古…
輸水塔臺(tái)高60米,內(nèi)儲(chǔ)水罐體積100米×360米×高度56米。
可將水塔外形放大至300米×1000米航母形狀。除去儲(chǔ)水塔占用空間,其余空間可分置共計(jì)9層結(jié)構(gòu),每層高6.6米??砂绰糜钨徫镆?guī)劃建設(shè)雙層聯(lián)排門市房。
第一二三層為旅游、購物、飲食、住宿等生活服務(wù)區(qū);
第四層為學(xué)校教育區(qū)域。設(shè)置從幼兒園、小學(xué)到初中一系列設(shè)施。為大欽島及附近沿線工作人員子女就近入學(xué)提供方便;
第五六層為渤海海軍大學(xué);
第七八九層均為空軍使用。
頂層蓋板設(shè)置軍用飛機(jī)場,供空軍使用。
山東海陽核電廠將為萊州灣湖提水項(xiàng)目、北海提水項(xiàng)目提供電力支持。
萊州灣湖和北?!袊碌牡谝坏诙蟮拿?,還將為我國的補(bǔ)給艦序列增加兩個(gè)嶄新的候選項(xiàng)。
北海水上游樂場利用每日水塔排沙機(jī)會(huì),制造人工海浪??山ㄔO(shè)國家沖浪訓(xùn)練基地,國家皮劃艇訓(xùn)練基地。
隨著南北兩塊水源地的完工,黃河上游來沙會(huì)隨著補(bǔ)充萊州灣湖和北海的水流進(jìn)入其中,在兩進(jìn)口處形成扇形泥沙沉積區(qū),這都是不用擔(dān)心的,畢竟相對(duì)于中國第一大湖、第二大湖的庫容,沉降的泥沙微乎其微,并且在有限的歲月里,不用擔(dān)心淘沙的問題。而剩余的泥沙一部分沉降在河道里,此時(shí)延長線內(nèi)黃河深度13.363米,大概面積4000平方千米。如果泥沙繼續(xù)淤積平攤到河道里,保持平均5米深度,理想用沙時(shí)4.328年。大部分泥沙順河而下,到黃河口造新地。
這就是最后要說到大欽島港港池吹填工程。圖中所示的大欽島一期吹填面積估計(jì)600平方千米,自然深度13.363米。按照黃河來沙量7.7284立方千米,理想用沙時(shí)1.426年,二期可吹填圖中⑥⑦⑧⑨所示區(qū)域,估計(jì)有900平方千米?;蛘呓ㄔO(shè)⑥-⑦-⑧-⑨三島湖水源地,通過維修隧道或新建隧道,直送大連,讓遼寧人也能吃上黃河水。
F-⑦-⑧區(qū)域采用黃河來沙自然淤積,估計(jì)F-⑦-⑧亦將產(chǎn)生200平方千米的土地。亦可在F-⑧間建設(shè)大欽島二號(hào)碼頭,余下土地耕種。屆時(shí),晉陜甘寧蒙豫等省市依托大欽島港進(jìn)出口將顯著降低貿(mào)易成本。
以上黃河每年來沙量7.7284立方千米基于導(dǎo)致渤海深度每年減少10厘米的估算。
三、展望
延長線開工建設(shè)后,在汛期出動(dòng)內(nèi)河挖泥船對(duì)黃河地上河段加以擾動(dòng),促使泥沙下泄,可能的泥沙下泄量數(shù)字會(huì)更加驚人。后期,黃河地上河段如處理得當(dāng),三門峽、小浪底庫區(qū)淤積的泥沙就各有100億噸,完全可以通過每年汛期的沖沙入下游,繼而進(jìn)入黃河延長線,進(jìn)入黃海。
考慮到以上黃河地上河清淤和三門峽、小浪底清淤,那么在以上計(jì)算的理想用沙時(shí)16.493年基礎(chǔ)上將大大縮短吹填及淤積時(shí)間。
不太遙遠(yuǎn)的將來,黃海中會(huì)因?yàn)辄S河延長線的建設(shè)而出現(xiàn)一連串的沖積島。這些新生的沖積島會(huì)像一個(gè)個(gè)忠實(shí)的哨兵保衛(wèi)祖國前哨的安寧,忠實(shí)的哨兵一個(gè)接著一個(gè)出現(xiàn)在原本空曠的海域,卻更令敵人膽寒。
黃河延長線的建成,7條攔水壩會(huì)增加可耕種土地1670余平方千米。按每畝大豆產(chǎn)量400斤計(jì)算,可年產(chǎn)大豆50萬噸。同時(shí),可利用當(dāng)?shù)丶械亩菇战ㄔO(shè)生物發(fā)電廠,滿足當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn),及電力提水需要。
新的三大淡水湖的成型,巨大的淡水儲(chǔ)存量將一舉打破北方因水資源匱乏而不能大力發(fā)展的桎梏,給京津冀魯豫皖甚至內(nèi)蒙古的經(jīng)濟(jì)與氣候都將帶來極大的改變,改變?nèi)A北的經(jīng)濟(jì)格局,甚至一舉改變東亞經(jīng)濟(jì)格局。
壩上、北海水面、高鐵線上可酌情建設(shè)風(fēng)能、太陽能發(fā)電、電解水制氫項(xiàng)目。
長島港,黃海側(cè)可如圖吹填海港用地。打造海島生態(tài)旅游區(qū)、中日韓(中歐)自貿(mào)區(qū)。
現(xiàn)在黃河中上游的水土保持措施不能因?yàn)檠娱L線需要大量的泥沙而停滯,反倒要切實(shí)提高植被覆蓋率,減少流域產(chǎn)沙量。
四、黃河延長線的治水思想
堵不如疏、因勢(shì)利導(dǎo)、順勢(shì)而為。
五、結(jié)語
開源與節(jié)流并舉,使黃河安瀾萬年,為中華民族造福!
黃河延長線北岸北海壩體土地歸國務(wù)院管轄,成立改革試驗(yàn)區(qū)。
萊州灣湖水源、北海水源、三島湖水源歸國務(wù)院南水北調(diào)指揮部統(tǒng)一管理調(diào)用。
長島港及萊州灣湖壩體土地歸山東省就近接壤地市政府管轄。
【參考文獻(xiàn)】
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