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北水南调工程:美国加州的兴盛与隐患

时间:2021-05-25 来源:中国水利报

作为世界三大著名调水工程之一,加利福尼亚州(下文简称“加州”)北水南调工程是美国西部水资源多目标开发利用的典型工程,也是美国最具代表性的远距离调水工程,它将加州北部丰富的水资源调往南部缺水地区,进而重新配置全州水资源,解决了供需矛盾,推动了经济社会发展,是世界各国在进行流域和区域水资源科学合理配置的成功典范。

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北水南调工程建设动因

加州东部毗邻落基山脉,地形相对西部沿海地区而言没有优势,因而主要城市(如旧金山、洛杉矶等)均分布于西部沿海平原。然而,相比于地理条件的东西差异,加州的南北差异同样巨大,主要体现在气候条件和水资源分布上。加州南北水资源分布严重不均。加州北部气候凉爽多雨,年降水量可达1250毫米,全州年径流量的四分之三在北部,穿行而过的萨克拉门托河水系水量充足,多年平均径流量可达约270亿立方米。与之相对的,加州南部光热条件好、气候干燥,适宜葡萄等农业经济作物种植,但年降水量不足200毫米,水资源严重匮乏,全州需水量的五分之四在南部。

加州的人口增长可追溯至19世纪的淘金热。20年间,加州的人口数量从700万人暴增至1600万人,其中超过三分之二的人口聚集在北部湾区、洛杉矶等沿海地区。人口的膨胀和工业的发展使水资源需求量迅速增长,对于加州南部而言,本来原有的水资源早已捉襟见肘,想要满足洛杉矶等大都市的供水需求,必须另辟蹊径,找到一条可靠的水资源供应之路。

加州为应对南部水资源不足问题,已经做了多种尝试。首先是加大地下水开采。开采地下水是缓解地表水资源不足的重要举措,然而,大量开采的地下水得不到充分补给,引发了严重地面沉降。在圣华金谷地,50年间地面下降了13米。

其次是洛杉矶水道调水工程。洛杉矶水道调水工程的第一条水道全长约359公里,于1913年竣工;第二条全长约220公里,于1970年竣工。这两条水道工程在很大程度上为加州南部的经济发展提供了可靠的水源。但问题在于,此工程不仅对生态造成了严重破坏,更重要的是基本耗尽了欧文斯河谷的潜力,同样无法满足水资源的长期需求。

最后一项是科罗拉多河水道工程。加州通过胡佛水坝拦蓄米德湖,使加州可以从科罗拉多河获取稳定的水资源供应。但由于科罗拉多河每年可以提供的水资源总量有限,因此,并不能完全解决加州南部的供水问题。

在诸多尝试都不能够完全解决加州水资源不足时,一项浩大的调水工程应运而生。

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不断扩建续建的浩大工程

加州调水工程是一项宏大的跨流域调水工程,由蓄水、配水水库、抽水泵站、抽水蓄能发电厂、水力发电厂和输水明渠及管道组成,输水渠道南北绵延1000余公里,输水能力各渠段略有不同,由北至南纵贯加州。

加州北水南调工程于1951年以全民投票的方式通过州议会立项,1957年动工,第一期设施1973年就开始使用,迄今仍在不断扩建和续建大大小小的调水工程。工程在萨克拉门托河的支流费瑟河上修建大型水库,即奥罗维尔湖,它把上游3个湖泊的水和一些山涧河流的水拦截储蓄于此,使奥罗维尔湖成为整个调水工程的最大蓄水库,库容43.64亿立方米。此后,水流沿着萨克拉门托河先后经过克里夫顿考特前池、三角洲泵站、圣路易斯水库和埃德蒙斯顿特大泵站,最终到达洛杉矶附近的佩里斯湖。在埃德蒙斯顿特泵站,河水可以提升587米,是当前世界第一的高度。

此外,北水南调工程还使用了管道、隧道、泵站等输水方式,管道部分占到总干道长度的10%,跨越山峰,穿过水域、沙漠等,每段铺设的长度不等,最长的可达48公里;隧道占总干道长度的5%,最长的隧道则可达8公里。

1973年,加州北水南调工程第一期建设项目竣工,此后,完善和配套工程一直未停,1990年达到设计输水能力。随着水资源需求量的不断增加,北水南调工程仍在不断扩展分支渠道和设施。庞大的北水南调工程使加州中央河谷地区数百万亩农田得到了持续的灌溉。洛杉矶市也基本打破了水资源匮乏的桎梏,进一步发展为国际超级都市。

迄今为止,加州调水工程的年调水量已达52余亿立方米,灌溉面积达2000多万亩,受益人口达2300万人。可以说,加州南部的经济和社会快速发展,正是得益于北水南调工程跨流域调来的水资源。

非赢利的市场运作机制

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加州北水南调工程的资金及水源分配运作方式,可称之为“非赢利的市场运作”方式。

北水南调工程是联邦政府与加州政府的合建项目,其社会效益和环境效益明显,经济效益相对较低,为此,美国政府对这类工程在基建投资的安排上给予了很多优惠,如政府提供长期低息贷款、发行建设债券、建立调水工程建设基金等。发行建设债券是美国长距离调水工程的主要集资方式之一,债券由工程受益者全额偿还,而非纳税人,购买此类债券所得收入可以免交各种税费。调水工程初期,主干道建设所需的17.5亿美元资金,就是1960年由加州政府用发行长期债券筹募而得的。此后,还发行了一些特别债券,用于支付调水工程费用。总体上,调水工程建设费用的78%都是通过债券支付的。

调水工程的供水、发电等能够带来一些直接经济效益,特别是以工业和城市用水为主的北水南调工程,其建设方案中就对水资源分配及受益地区和企业支付水费的方式作了详细规定:加州水资源管理局根据各地用水的需求,与当时涉及到的29个地方水务部门签署了长期用水合同,再用这些地方水务部门计收的水费偿还发行的债券。同理,各地方水务部门可以把水卖给下一级用水单位。加州水资源管理局只是个服务机构,目的不在赢利,其计收的水费除了偿还债券,其余都用于调水工程的建设、维修及服务,即使赢利也不再上缴政府。

此外,管理过程中还有一种重要的经营管理组织——合同承包商,该承包商是水的承包经营者,具有双重身份:对政府来讲,他们是水的用户;对最终用户来讲,他们又是供水商。加州调水工程开始建设之前就与合同承包商签订长期供水合同,以经济合同的方式建立稳定的市场买卖关系。承包商按照合同分配的供水量及确定的水价,按时间要求预付工程建设款项和建成后的工程运行维护款项,从而最大限度地筹措工程的建设资金和保障运行维护费用,充分发挥了市场主体和市场经济的作用,既较好地募集到了工程建设资金,又给工程建成后的运营管理创造了很好的条件,实现了工程的良性运行和可持续发展。

不可避免的负面影响

北水南调工程极大地改善了加州全区水资源的时空分布,有效解决了加州南部的水资源匮乏问题,对美国经济宏观布局、生产要素和自然资源的合理配置都起到了重要作用。但同时远距离调水工程势必会对工程沿途地区产生一定负面影响。

由于调水工程截取并调走了萨克拉门托河较大的水量,使得萨克拉门托河南部三角洲河口处的淡水入流量大幅度降低,从而带来了河口地区的海水倒灌,导致了旧金山湾区水质恶化和生态环境退化,使海湾生物数量减少和土地盐碱化问题日益严重。同时,由于溯河产卵的鱼类难以返回海洋,导致渔业和水生栖息地受到了严重影响。随着2006年加州政府计划抬高沙斯塔大坝高程以扩大库容,大量的生态环境问题也随之产生,原先淹没区的栖息地鱼类及野生动物都受到了不同程度的影响。

除此之外,北水南调工程对南部三角洲水源地及沿线河道水质也带来了一定的负面影响。较为显著的是重金属及杀虫剂在鱼类中的累积、水生生物毒性、高盐分等问题。夏季低水位时,由于水温升高等综合影响,水库中的水质严重恶化。

在保证调水工程长期有效运行的前提下,加州政府还应深入研究工程建成及其运行可能带来的不利影响,重视和加强水生态保护与修复,科学规划和重新优化配置水资源,并辅以有效的立法和严格执法,才能在保护性开发利用的前提下,发挥水资源对人类经济社会发展的支撑和保障作用。


作者:李继清 责任编辑:叶星平
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