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南水北调工程为啥不见庆功?

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 佚名

在中国集中力量办大事的模式中,有一项特大型的世纪工程,现在搞得只有虎头,连蛇尾也不见了。这就是空前浩大、举世瞩目的中国南水北调工程。东线工程早已经在2013年底宣告通水,中线工程也在2014年汛后通过水了。按官方说辞,功在当代,利在千秋。南水北调能大大缓解北方干渴之苦,理应全国会敲锣打鼓,大大庆贺一番才对。可是,二年都过去了,习惯于好大喜功、赞美声不断的官方媒体,却从来不对这么一项世界空前的伟大的建设工程,及时地跟踪报道,更无须谈及对该工程的决策者、指挥者、建设者表彰授功的新闻了。这实在出乎人们的意料之外、蹊跷得很。

这里面是否有什么难言之隐,还是因为正在测试验收阶段,或没有达到预期的设计效果,或者更可怕的是,这是一项失败而丢脸的大工程?因为东线和中线一期,至今已经耗资达约2500亿人民币,加上后续工程和维修养护运行管理费用,总共将耗资约5000亿人民币。南水北调工程很可能打水漂了。那么南水北调工程怎样才算成功或者失败呢?

任何工程都是以投入成本后,计算其所获得的社会经济效益,效益超过耗费,就算成功了;效益低于耗费,就算失败了。南水北调耗费约五千亿人民币巨款,其成功与否,要看能够调来多少水,值多少效益,和耗费相比合不合算。按照一般工程投资成本计算,全部投资额分摊到每年的成本耗费,大约应该乘以10%,也就是说一年消耗五百亿人民币。那么按照原工程设计指标,东线一年调水一百亿吨,中线也是一年一百亿吨。如果真的能达到设计的年输水量,每吨水的成本约不到3元人民币。那么不算环境破坏的代价,可以算是工程成功。反之,如果东线和中线调水远远达不到设计的指标,发挥不了效益,就算工程失败。

如果再退一步以75%标准来计算,设计调水能力每条线能达到七十五亿吨,也算该工程基本成功了。根据报道,东线从20131115日开始第一次正式通水,至1210日通水结束,历时25天,共调3400万立方米的水。算起来水流量仅每秒15.75立方,一年四季365天连续输水,每天86400秒,算起来也达不到每年五亿吨的输水量,仅有设计指标每年一百亿吨水不到5%。这只能算是一项失败的工程。

照理这样一个耗费天文数字建成的庞大工程,一旦建成,就应该昼夜二十四小时一秒钟也不停息地连续运行才对,以发挥其最大可能的经济效益,除非中间因为故障不得不停下来检修维护。可是我们看到的是,各种关于北调的南水价格太高,各地用不起,不愿用的报道。事实上1210日通水结束后,水渠就关闭了,再也没有运行了。因为东线需要用强大的水泵提升水位,把水从低处逐级抬高,才能往北方流动。驱动水泵要耗费巨大的电力,谁来支付电费呢?不但没人肯支付电费,况且调来的水又太浑浊,污染太重,再加上水价太高,没人愿意购买。而水费是按照分摊成本除以输水量算出来的,输的水越少,除法算出来的每吨水费越高,越是没有人要,这是一个恶性循环。因此,东线只能是建成之后随即搁置不用了。

但是东线工程已经建成,一直晒太阳不用也不是一件事啊。因此当局硬着头皮下达了东线2014年的年度调水任务。根据报道,该次调水从57日至526日止,共20天,总共调了4550万吨水入骆马湖,胜利完成本年度调水计划。这么一个浩大的工程,建成后一年只打算调0.455亿吨的水,就算完成了年度任务,仅仅不到年调水量一百亿吨的0.5%的利用率,而其他时间就晒太阳搁置不用了,这不就等于几千亿的投资就这样打水漂了吗?

我们再算算,花20天调水仅4550万吨,平均水流量仅有每秒26立方,如果一年连续运行,也只有每年八亿吨,离每年一百亿吨的设计输水量,差得远着呢。一年五百亿的成本,若是满打满算调八亿吨水,每吨的成本分摊是60多元人民币。可是现在下达的年度调水计划仅有0.455亿吨,摊到每吨水的成本高达1100元人民币,每升这样的污水摊到1.1元,这比瓶装饮用水还昂贵啊!

再来看看中线工程。2014年中线基本建成,等待汛后的9月或10月正式通水。可水源地丹江口水库现在的水位仅有140米,离渠首147.33米的渠底还差好几米呢,连一滴水也流不进取水渠里,如何调水。如果老天爷不肯配合,再不好好下几场豪雨,把丹江口水库灌满,今年的中线调水计划就要落空了。

更糟糕的是,长期看来也不妙。丹江口水库历年大约每年来水四百亿吨,若按照中线设计调走一百亿吨,就是25%的调水量,已经是勉为其难,捉襟见肘。可是根据水文资料,从2000年到2010年,十年间丹江口水库的每年来水减少80亿吨,现只有320亿吨了。这很可能是因为水土植被破坏造成的长期性变化,丹江口水库的水,将来只会更少,不会更多。这样的水源,不可能让水库蓄满,能够保持水库高水位,让水能够流得动,可以流进到水渠里。怎样保证一年流走一百亿吨的水,又要让汉江的下游有足够的水,这个问题无人能够解答。

中线一年调水一百亿的设计指标,是按照一年四季不间断地输水算出来的。如果不是一年四季水一直可以流动,在枯水季节水库水位够不着取水渠底部,无水可调,只有在丰水季节,水库水位足够高,才有水可调,一年有那么两个月可以调水,其他时间得晒太阳,那么每年的调水量就要大打折扣,远远达不到设计指标的一百亿吨。这个还是假设工程的输水速率可以达到设计要求来算的。如果输水速率再打一个大折扣,实际可以实现的年输水量,还要更低得多。

南水北调是个典型的先拍脑袋决策上马,再请专家论证其可行性的颠倒过来的决策过程,犯错误是必然的。任何重大工程,对中央和地方当权者来说,上马总是有利无弊,多多益善,上工程就有大笔的钱下来,无论对地方财政,各承包商,还是自己的腰包和加官进爵的门路,都是只有好处没有坏处,反之若不上工程,所有的好处统统没有,上下埋怨,不但腰包瘪瘪,自己的官运也不会长久。因此而言,永远只可能听到一面倒赞成的声音,绝不可能有人反对。一旦领导层决策,再来请专家们论证一番。专家们能说什么,能说不好吗,能够反对吗?反对也无济于事,该上的还是要上。反而会堵住自己的学术之路,院士评不上,科研资金得不到,一切靠边站。因此专家也只能一致赞同,反对声音鸦雀无声。上三峡工程的时候还有专家大声反对。上南水北调时候,再也没有人出面反对了。可是科学规律毕竟是科学规律,不会因为没人反对,科学就能屈服于威权了。违背科学规律的工程,受到惩罚是必然不可避免的。

再看南水北调工程的承包竞标模式,也是腐败无疑。重大工程要进行竞争竞标投资,这在西方是很正常的运行模式,这激励承包商们拿出最好的工程效率,以最低投资,达到最优的工程效益,通过竞争提高效率。可是这要有先决条件。先决条件是竞标必须透明公开,竞争要公平诚实,事后的施工建设必须有严格的监管核查。这些在南水北调中,因为牵涉到各方私利,均无法实现。承包商们使用各种不合法,不诚实的手段,先拿到竞标再说。一旦拿到工程,承包商要赚钱,他的工程造价就一步步加上去了。而在成本费用上就得拼命压缩,偷工减料,能不能达到设计的质量要求,就顾不上那么多了,监管也形同虚设。

这就是为什么工程完工以后,肯定远远达不到设计指标。他承包商不可能达到指标,想达到指标,他的工程耗费就要比竞标价高好几倍,他就要亏得倾家荡产。可是如果当初竞标的时候老老实实地实算,他的要价就比别人高几倍,拿不到工程。所有必须先靠投机取巧拿到工程,再通过偷工减料拿到盈利,就是这么回事。全工程几千个承包商都这么干。

偷工减料偷在哪里呢?具体点讲就要讲到曼宁公式和曼宁系数了。下面先简介一下有关输水渠道流量计算的曼宁公式和曼宁系数的基本原理。

南水北调中线从丹江口水库约150米高程取水,经1300公里输水渠道送到约50米海拔的终点北京,纯靠一百多米的水落差驱动。水流坡降不到万分之一。这个坡降大约相当于三峡大坝之后的水位一直到长江入海口的平均坡降。水在渠道中靠天然坡降流动的水流速度,可以用曼宁公式计算。具体来说,水速正比于坡降的平方,水力半径的2/3次方,反比于渠道表面的曼宁糙率。渠道越光滑,摩擦力越小,水流得越快。反之,渠道越粗糙,摩擦力越大,水流越慢。和曼宁系数成反比关系。

问题就出在用什么曼宁糙率数据来计算才合理。普通清洁的天然河道的曼宁系数约0.04,如果渠道中长上水草,糙率会更高,视河床状况而定。干净的打磨平滑光洁的混凝土表面,其曼宁系数是0.013。南水北调东线和中线所有设计施工,看来都采用0.013的曼宁系数,这对吗?

问题就出在这里,理想条件下清洁而光滑的混凝土表面,曼宁系数才会低到0.013。可是,施工会有缺陷,打磨不会完美。工程建成通水的第一天,曼宁系数就已显著高于0.013的设计要求。一旦连续投入应用,渠底表面会有泥沙的沉淀积累,过一段时间后,与天然河道的泥泞底部就再无区别,因此曼宁系数会很快达到0.04,底部有泥土,便会长出水草,会使得曼宁系数更高。而水流速度反比于曼宁糙率,糙率增加到三倍,水速降低到只有三分之一,而流量就相应只有三分之一,原来设计一年一百亿的输水量,便成了只有33亿。再加上泥沙沉淀的问题,那就更少。

南水北调的设计施工者一切都按照最优条件计算,违背了工程设计里一切都考虑到最坏情况的基本设计原则。这是在欺骗自然规律和工程规律。最坏的情况,如果有可能发生,就必然会发生。最优的条件,如果未必能达到,就必然达不到。这是基本规律。南水北调的设计者假设一年365天都能按照最高效率输水,不管枯水季节还是洪水季节,他们还假设渠道永远保持清洁光滑,曼宁系数不会超过0.013。他们还假设水头分布的理论计算完全正确,输水渠道各段的水位,水速,完全和理论计算吻合。在所有一切保持完美无缺的,并且长期保持完美无缺的情况下,他们认为可以达到一年输水一百亿吨的目标。

四次通水累计输水16.1亿吨。第四次通水是从20121121日到201445日,共有500天,输水4.82亿吨。平均流量为每秒11.2立方(一立方水=1吨),按此流量每年输水量为3.5亿立方,远远低于每年输水一百亿立方设计标准,入京五十亿立方的原定工程目标。而输水渠道的截面面积有60平方米,按照流量每秒11.2立方算,水流速度仅有每秒0.19米,极其缓慢。再把数据和第一次输水对照,第一次输水,按照杨开林,汪易森的论文中实测数据,流量为每秒19立方,水速约每秒0.32米。相比之下,第四次输水的水速,流量和第一次比都要低很多,仅仅几年,工程效益已经几近报废。

天然的水流,即使没有任何污染,也并不是纯净的,其中携带有大量泥沙。这些泥沙会在输水渠道中积累,使水流缓慢,甚至完全停滞下来。泥沙沉淀是个非常严重的问题。但是在南水北调的论证和实施中,根本没有泥沙组的专家参与,因为他们知道泥沙的问题根本就无法解决,泥沙会毁掉南水北调工程。

先来看看一些数量级数据。丹江口水库每年入库水量为400亿立方,现在大概已减少到320亿,而入库的泥沙量有一亿吨。按百分比计算,泥沙含量0.25%,相当惊人。专家算因水库内水流相对缓慢,大部分泥沙留在库内,长久将淤塞库容,变成一个死水库。再看看长江,每年入海流量约一万亿立方,携带入海的泥沙有五亿吨。这是约0.05.%的泥沙含量。长江下游的水速约每秒2.5米。在这样水速条件下,能够携带0.05%的泥沙。

水流携带泥沙,和水速关系很大。发洪水时,不但水极度浑浊,并且大块的石头都被水流推着走。可是枯水时节,即使很小的泥土颗粒都会沉淀江底,成为泥浆。这个水速和泥沙颗粒大小的相关关系很敏感。物理计算表明,这个相关关系是六次方关系,假如水速增加到两倍,二的六次方就是64倍,可以把64倍重的泥土颗粒从河床卷起来带走。反过来,水速慢到一半,就可以让六十四分之一的泥土颗粒在水底沉淀。

丹江口入库水流速度每秒3.5米,就能携带0.5% 的泥沙。长江下游水速每秒2.5米,是丹江口的72%。而72%水速的六次方是14%,携带0.5%泥沙就减少到携带0.07%,多余的泥沙便沉淀到江底了。因此,只要水流略缓,泥沙的沉淀是惊人的。

有专家计算过,98%的泥沙留在丹江口水库库底,那么还有2%的泥沙,也就是0.01%的泥沙留在水里,这已经假设水非常清洁。但是每年一百亿吨的水,携带0.01%的泥沙,就是一百万吨,分布到1300公里的输水渠,每米长度的渠道可以分配到770公斤的泥沙。那么这部分泥沙会不会沉淀下来呢?

假如每秒流速2.5米的长江水可以携带0.05%的泥沙,那么0.01%是五分之一的泥沙量,按照六次方根算,水流速度每秒2米的流速,可以把泥沙冲刷走。但是水流若只有每秒一米或者更低,那么这部分泥沙的98%都要沉淀下来。每米的渠道每年要沉淀750公斤的泥沙,这是非常惊人的沉淀速度。因此,输水渠道水速无论如何都不能低于每秒2米。否则泥沙问题很严重,无法解决。

可是实际数据已经告诉我们,京石段第一次输水时,水流速度仅有每秒0.32米,现在更是慢到每秒0.20米。显然,曼宁糙率增加了,水流得更慢,缓慢水流更加速泥沙沉淀,进一步增加曼宁糙率,使得水流更慢。这是一个恶性循环,直到变成一潭死水,流不动。

最新的报道,石家庄段开始充水试验。数据很不妙,文中叙述石家庄段全长123公里,设计入境流量为每秒220立方,出境流量每秒170立方。可根据报道,这段123公里渠道,水流从入境到出境总共花了整六天,平均水流速度仅每小时0.85公里,或每秒0.24米。按照这样的流速,流量不到每秒14立方,比设计的入境流量每秒220立方,出境流量每秒170立方,低了不止一个数量级。并且这样缓慢的水流,泥沙沉淀无可避免,工程因此被摧毁报废,是几年内无可避免的结果。

在看似西高东低的地形下,搞南水北调工程,设想是可行的,动机也是好的。但是由于路线过长,地貎条件复杂,需要缜密的设计和严密的施工,这样才能使动机和效果统一。无论现在是否过早地下结论去评估这项工程的经济效益,但是从技术层面上分析的一些纰漏,可以预示到,中国南水北调工程是一个理想主义者缺失的决策,更是一个官僚主义者滥权的决策,它的沉痛教训都将由后人去评估。

原载《华夏文摘》1/19/2018

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