干旱和半干旱環(huán)境下的大型水利工程

[英國(guó)] T.斯騰伯格

干旱和半干旱環(huán)境下的大型水利工程

[英國(guó)] T.斯騰伯格

大型水利工程可重構(gòu)沙漠景觀，并發(fā)揮其作用。水資源有限、用水需求增加和人口增長(zhǎng)推動(dòng)了工程開(kāi)發(fā)，但供水、終端用戶和當(dāng)?shù)乩娴仍V求限制了其方案選擇和效果。以往的研究較少關(guān)注工程的決策過(guò)程、社會(huì)經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境影響。為此，以利比亞大人工河、美國(guó)中央亞利桑那工程和土耳其大安納托利亞工程為例，分析了沙漠及旱地大型水利工程的開(kāi)發(fā)目的及面臨的挑戰(zhàn)，并對(duì)干旱地區(qū)不同類型的水利工程項(xiàng)目進(jìn)行了評(píng)估。研究表明，工程的可行性和功效取決于其開(kāi)發(fā)目的和利益相關(guān)者對(duì)工程的認(rèn)識(shí)。

沙漠；大型工程；大人工河；大安納托利亞水利樞紐；土耳其

1 概 述

從古至今，水對(duì)沙漠地區(qū)一直起決定性作用。干旱地區(qū)的早期水資源開(kāi)發(fā)重點(diǎn)在于尋求并利用當(dāng)?shù)厮?。近年?lái)，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，遠(yuǎn)距離尋求水源及取水輸水的能力得到顯著提高。供水需求、施工技術(shù)和財(cái)政能力促使人們努力改造水環(huán)境和水資源分配格局。水資源開(kāi)發(fā)為城鎮(zhèn)化和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了動(dòng)力，促使其成為國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃的一部分。前不久，在尋求新的地下水資源計(jì)劃推動(dòng)下，有人提出了“戰(zhàn)勝自然”、“征服荒漠”和“西進(jìn)運(yùn)動(dòng)”的口號(hào)。這些口號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、保障供水安全和防沙治沙的行動(dòng)，以及統(tǒng)籌人口增長(zhǎng)因素從而進(jìn)行環(huán)境治理的理念。因此，如今在基本用水需求急劇擴(kuò)大的地區(qū)開(kāi)發(fā)了大型水利工程，該類工程的技術(shù)和投資目標(biāo)是給居民送水，而非居民依水而居。這一趨勢(shì)在全球沙漠和半沙漠地區(qū)表現(xiàn)得尤為明顯，這些地區(qū)占全球地表面積的40%，居住著20億人口。當(dāng)干旱地區(qū)工農(nóng)業(yè)和生活用水需求增加時(shí)，大型水利工程提供了短期解決辦法，滿足了當(dāng)前需求。然而，這種工程的可再生能力、可持續(xù)性和成本效益頻頻遭到質(zhì)疑。大型工程是國(guó)家實(shí)力和能力的象征，可促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長(zhǎng)。但同時(shí)，工程預(yù)期目標(biāo)可能失敗，或?qū)е逻吔鐩_突、資源枯竭和其他意想不到的后果。

關(guān)注沙漠環(huán)境包括研究當(dāng)今全球的水資源是如何被使用或?yàn)E用的。大型工程的開(kāi)發(fā)是解決干旱地區(qū)少雨和高蒸發(fā)率問(wèn)題的重要途徑。目前有3種水源開(kāi)發(fā)方式：

(1)開(kāi)采沙漠地下水，滿足異地居民用水需求；

(2)將相對(duì)濕潤(rùn)地區(qū)的水輸送到干旱地區(qū)中心；

(3)開(kāi)發(fā)干旱地區(qū)水資源供當(dāng)?shù)厥褂谩?/p>

大型水利工程有多種類型，如利比亞大人工河工程和美國(guó)的中央亞利桑那工程(CAP)。前者把撒哈拉沙漠深層地下水輸送到地中海沿岸人口密集區(qū)，后者從科羅拉多河調(diào)水至年降水量為102 mm的菲尼克斯地區(qū)，以滿足該地棉花生產(chǎn)的大量用水需求。

在以色列、烏茲別克斯坦、墨西哥北部、南非和澳大利亞，小型壩、河流改道工程和地下水開(kāi)采為干旱地區(qū)的城市和社區(qū)提供了賴以生存的重要水源。水動(dòng)力是可量化可測(cè)的，但在水源地和用水地，如何充分發(fā)揮沙漠地區(qū)水利工程的作用還有待進(jìn)一步探索。大型工程的規(guī)劃目標(biāo)和實(shí)際產(chǎn)出方面存在不少問(wèn)題。調(diào)水完成后，可以改變工程原來(lái)的目標(biāo)，服務(wù)于其他用途或地區(qū)等。水利工程受益者范圍很廣，包括偏僻鄉(xiāng)村的農(nóng)民、城市居民、行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者以及各級(jí)政府等。本文論述了大型水利工程對(duì)干旱地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響。

2 開(kāi)發(fā)背景

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，全球極干旱地區(qū)的面積增加了一倍多。

沙漠(干旱區(qū)域)和半沙漠(半干旱地區(qū))通常統(tǒng)稱為旱地，該區(qū)域水資源的重要性通常取決于旱地范圍、物種多樣性和人口數(shù)量。人口最多的國(guó)家沙漠面積廣袤，如印度的旱地占69%、美國(guó)的占40%(除阿拉斯加州，其旱地占比則超過(guò)50%)。沙漠和半沙漠用干燥指數(shù)(AI)和梅格斯(Meigs)250/500 mm降水水平進(jìn)行劃分。AI為年均降水量與年均蒸散量比值(AI<0.2為干旱，AI<0.5為半干旱)。沙漠水資源開(kāi)發(fā)的歷史由來(lái)已久，從美索不達(dá)米亞、埃及、羅馬到今天世界各地和各種生態(tài)環(huán)境下都有開(kāi)發(fā)活動(dòng)。隨著20世紀(jì)各國(guó)意識(shí)到遠(yuǎn)距離調(diào)水對(duì)滿足現(xiàn)實(shí)或預(yù)期需求的重要性開(kāi)始，取水工程迅速增加。

由于人口不斷增長(zhǎng)，導(dǎo)致生產(chǎn)用地增加，因此各國(guó)都在拓寬政治管轄范圍和資源開(kāi)采區(qū)域。樂(lè)觀者認(rèn)為，政府的主要作用是給居民提供基本用水需求，然而實(shí)際上全球還有20億人口缺水，且并未在2015年前實(shí)現(xiàn)為全球40%無(wú)水用戶增加供水的千年發(fā)展目標(biāo)。悲觀者認(rèn)為，政府和私營(yíng)企業(yè)支持水利工程是為了滿足其各自的目的，如控制力、收益、權(quán)力或選舉需要。全球已達(dá)成“水是重要的公共資源”這一共識(shí)，南、北半球水資源開(kāi)發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施的本質(zhì)差異體現(xiàn)在開(kāi)發(fā)能力和方法上的不同，這主要是由于政府能力和籌資水平不同。水資源開(kāi)發(fā)的核心是水需求，其動(dòng)因包括干旱和半干旱地區(qū)不斷增長(zhǎng)的人口、土地流轉(zhuǎn)的增加、城鎮(zhèn)化發(fā)展、土地利用方式的改變和重要資源的開(kāi)采等。以上這些活動(dòng)都離不開(kāi)水。

美國(guó)洛杉磯尋求水資源的活動(dòng)在規(guī)模、范圍和工作量上堪稱一部史詩(shī)，因而被電影和書(shū)籍記載并重現(xiàn)。1 700萬(wàn)人口的大都市因水發(fā)展起來(lái)。開(kāi)發(fā)水資源的過(guò)程涉及大量獲取用水權(quán)，并為千方百計(jì)尋找水源的城市制定標(biāo)準(zhǔn)，盡管標(biāo)準(zhǔn)不一。洛杉磯只是眾多案例之一(見(jiàn)表1)。在墨西哥城和約翰內(nèi)斯堡，人們通過(guò)人工提升改變水流向；在印度和沙特阿拉伯，調(diào)水跨過(guò)了沙漠帶。前蘇聯(lián)運(yùn)用工程技術(shù)改變了中亞地區(qū)阿姆(Amu)河和錫爾(Syr Dayra)河的流向，也顯示出水利工程可能產(chǎn)生的效益和影響，比如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擴(kuò)大和咸海干涸等。

大型工程開(kāi)發(fā)目的受到供水潛力、供水人口和經(jīng)濟(jì)效益訴求的限制。方案以現(xiàn)在可感受到的供應(yīng)不足或未來(lái)發(fā)展規(guī)劃為出發(fā)點(diǎn)，很少以可選水源、用水需求、水資源利用和管理等方面為重點(diǎn)。支持者強(qiáng)調(diào)工程的公共利益，為工農(nóng)業(yè)、就業(yè)和進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造效益。與此同時(shí)，政治經(jīng)濟(jì)等在工程施工、路線規(guī)劃、融資和終端用戶方面都有其既得利益。美國(guó)洛杉磯最近開(kāi)發(fā)了CAP項(xiàng)目，因?yàn)楫?dāng)?shù)卣庾R(shí)到，增加供水可吸引產(chǎn)業(yè)和人才，從而帶來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)遇。利比亞大人工河是一項(xiàng)卡扎菲(Gaddafi)政府展示國(guó)力并滿足沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)用水的工程。工程規(guī)模、建設(shè)成本和涉及權(quán)利巨大。由此可見(jiàn)，參與決策制定過(guò)程的國(guó)家和利益相關(guān)者處于大型工程的核心位置。

表1 旱地大型城市的主要水源

發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家水資源開(kāi)發(fā)的緣由、需求和用途顯著不同，因此各國(guó)工程的規(guī)劃、運(yùn)行和影響也不同。從全球范圍來(lái)看，農(nóng)業(yè)用水占91%，工業(yè)用水占5%，生活用水僅占4%。然而，從干旱地區(qū)的用水結(jié)構(gòu)來(lái)看，以上數(shù)據(jù)忽略了各國(guó)差異。印度、烏茲別克斯坦、埃及和沙特阿拉伯的農(nóng)業(yè)用水大約占90%；澳大利亞、以色利和南非大約為55%；美國(guó)為40%；而在雨水充足的英國(guó)，僅有3%用于農(nóng)業(yè)。

3 案例研究

大型水利工程為大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，為了提供大量的水和相關(guān)效益，其涉及的建設(shè)成本、施工技術(shù)和工程量巨大。在生活和工農(nóng)業(yè)用水需求、政治議程、發(fā)展目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)的背景下，高額投資的大型工程對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境產(chǎn)生影響，從規(guī)劃到建成的周期也很長(zhǎng)。本文列舉了3個(gè)地區(qū)的工程實(shí)例(見(jiàn)表2)。

表2 幾座大型水利工程基本情況

3.1 大人工河工程

1984年啟動(dòng)的利比亞大人工河工程是從沙漠抽取地下水的代表性工程之一。在這個(gè)人口稀少的國(guó)家，起初人們難以理解從撒哈拉沙漠抽取地下水調(diào)至地中海沿岸的想法。在認(rèn)識(shí)到非洲北部地下含水層為世界最大，且利比亞地下水儲(chǔ)量在非洲居于首位后，工程才顯得合理起來(lái)。工程投資250億美元，鋪設(shè)了長(zhǎng)4 000 km的輸水管道，將地下水從人煙稀少的利比亞南部調(diào)至沿海地區(qū)，旨在為人口密集的北部地區(qū)提供農(nóng)業(yè)和發(fā)展用水。由于過(guò)度開(kāi)采，沿海地下水層出現(xiàn)了海水入侵及水質(zhì)惡化的問(wèn)題。最初估計(jì)可輸送超過(guò)600萬(wàn)m3/d的水量，其中70%用于農(nóng)業(yè)。該國(guó)前領(lǐng)導(dǎo)人卡扎菲聲稱，該工程可持續(xù)供水4 625 a，但科學(xué)研究表明，其使用年限不足100 a。

利比亞僅有5%的地區(qū)年降水量大于100 mm，且蒸發(fā)率較高，年蒸發(fā)量在1 700～6 000 mm之間。地下水占總供水量的96%(約5億m3/a)，無(wú)法滿足不斷增加的用水量(47億m3/a)。利比亞地下水儲(chǔ)量最大估計(jì)值為9950萬(wàn)m3，潛在儲(chǔ)量可達(dá) 2.34億m3，可滿足境內(nèi)600萬(wàn)人口目前的用水需求。工程的主要難點(diǎn)在于重新分配內(nèi)陸流域，如庫(kù)夫拉(Kufra)、古達(dá)米斯(Ghadames)和蘇爾特(Sirt)的水資源，因此需要1 300口水井、水庫(kù)及大量的基礎(chǔ)設(shè)施和能源，以開(kāi)發(fā)該多級(jí)項(xiàng)目。

重新分配該國(guó)水資源，投資成本高，項(xiàng)目引人關(guān)注。項(xiàng)目存在的主要問(wèn)題包括水庫(kù)蒸散發(fā)、地下水資源枯竭、地層下陷和飲用水缺乏等。起初分析認(rèn)為每立方米供水成本低于海水淡化成本，但自從1996年所采地下水首次調(diào)至該國(guó)首都的黎波里(Tripoli)，項(xiàng)目的有效性便受到質(zhì)疑。調(diào)水原計(jì)劃用于沙漠區(qū)1 300 km2出口作物的灌溉，事實(shí)上大部分調(diào)水用于居民生活和工業(yè)用水。與此同時(shí)，鄰國(guó)埃及和乍得的地下水位出現(xiàn)下降。調(diào)查表明，海水淡化仍然是班加西(Benghazi)平原飲用水的主要來(lái)源。

沿海地區(qū)供水增加成為移民來(lái)此就業(yè)和獲得更多收入的動(dòng)力。城市供水和灌溉水量損失超過(guò)20%，沙漠中大量綠地圈需要中心支軸式噴灌機(jī)，加工蒸散量高、領(lǐng)導(dǎo)人更替等使得大人工河工程的收入及成本效益并不確定。預(yù)計(jì)到2025年水資源可利用量(65億m3/a)僅能滿足一半需求。2011年內(nèi)戰(zhàn)(包括北約轟炸)對(duì)工程的破壞至今仍未修復(fù)。

3.2 中央亞利桑那工程

CAP項(xiàng)目1992年完工，建設(shè)成本50億美元。該工程被視作維持美國(guó)西南部亞利桑那州沙漠地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的唯一方法。項(xiàng)目從啟動(dòng)到運(yùn)行期間，工程動(dòng)態(tài)記錄比較完整。記錄結(jié)果證明，調(diào)水項(xiàng)目在社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面面臨的挑戰(zhàn)不亞于自然環(huán)境。該項(xiàng)目由政治意向和群體思維推動(dòng)，其經(jīng)濟(jì)合理性基于錯(cuò)誤的需求和成本預(yù)估，但終端用戶有選擇其他供水方式的能力。結(jié)果導(dǎo)致項(xiàng)目成本高、效率低，建設(shè)周期遠(yuǎn)長(zhǎng)于預(yù)期，導(dǎo)致用水成本和建設(shè)成本大大增加。

作為美國(guó)歷史上規(guī)模最大、成本最高的調(diào)水工程，CAP可為菲尼克斯、圖森及年降水量102 mm、平均溫度25℃的周邊地區(qū)提供灌溉用水。該項(xiàng)目構(gòu)思始于20世紀(jì)20年代，工程規(guī)劃于第二次世界大戰(zhàn)之后啟動(dòng)，計(jì)劃從科羅拉多河調(diào)水。與加利福尼亞州關(guān)于水權(quán)的法律糾紛直到1963年才被解決，1973年開(kāi)工建設(shè)，1992年竣工。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)來(lái)自于經(jīng)濟(jì)和政治兩方面目的，農(nóng)場(chǎng)主等迫切希望獲取除現(xiàn)存地下水以外的水源。然而，項(xiàng)目關(guān)注的是沙漠供水的象征意義，而非實(shí)際需求和成本。美國(guó)墾務(wù)局、農(nóng)場(chǎng)主團(tuán)體和政治經(jīng)濟(jì)既得利益集團(tuán)等項(xiàng)目推進(jìn)者，只關(guān)注農(nóng)民的支付能力而非其支付意愿，因?yàn)榈叵滤匀皇且环N更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。初期外部評(píng)估顯示，CAP的供水成本遠(yuǎn)高于地下水，這一估計(jì)當(dāng)時(shí)被忽視，但后來(lái)卻成為現(xiàn)實(shí)。

棉花產(chǎn)量下降、對(duì)農(nóng)場(chǎng)主的銀行貸款利率增加、經(jīng)濟(jì)衰退等因素導(dǎo)致1989～1991年耕種面積顯著下降，用水量減半。其結(jié)果是CAP的利用率低，為了與地下水競(jìng)爭(zhēng)，不得不降低水價(jià)，卻導(dǎo)致城市水價(jià)上漲。在漫長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中暴露出以下問(wèn)題：

(1) 過(guò)分關(guān)注供應(yīng)而非需求；

(2) 預(yù)測(cè)過(guò)分樂(lè)觀；

(3) 未意識(shí)到農(nóng)民的個(gè)人決策能力取決于經(jīng)濟(jì)收益而非供水方式；

(4) 忽視了農(nóng)業(yè)市場(chǎng)；

(5) 假設(shè)錯(cuò)誤。

CAP在工程方面是成功的，但在經(jīng)濟(jì)和融資上卻很失敗。灌溉收費(fèi)不能收回工程投資，幾個(gè)農(nóng)業(yè)供水區(qū)倒閉，將償還債務(wù)的責(zé)任留給城市和納稅人，而不是農(nóng)業(yè)部門。預(yù)計(jì)2046年才能還清債務(wù)。CAP項(xiàng)目的高建設(shè)成本導(dǎo)致用水需求低，單位用水成本增加，從而形成惡性循環(huán)。農(nóng)民想要的和實(shí)際得到的CAP供水是作為地下水的補(bǔ)充供應(yīng)，因而更具彈性，這與向無(wú)其他供水方式可選的地區(qū)調(diào)水截然不同。亞利桑那州的問(wèn)題更多的是人為造成的，如水權(quán)、水資源管理和轉(zhuǎn)讓，而非供水不足等問(wèn)題。

3.3 大安納托利亞規(guī)劃

大安納托利亞規(guī)劃是土耳其水和能源開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，總投資320億美元，其目標(biāo)是改善經(jīng)濟(jì)條件，提高生活質(zhì)量，增加投資和基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)電，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)及提高當(dāng)?shù)厣钏?。在底格里斯河和幼發(fā)拉底河上建設(shè)系列大壩和水庫(kù)，使土耳其灌溉面積翻番，水電產(chǎn)能增加1/3。 該項(xiàng)目對(duì)動(dòng)蕩的庫(kù)爾德地區(qū)居民的生產(chǎn)生活具有重大作用，對(duì)土耳其東南部半干旱地區(qū)具有經(jīng)濟(jì)和政治意義。

該規(guī)劃是跨流域、跨國(guó)界水利工程的典型代表。底格里斯河和幼發(fā)拉底河也是敘利亞和伊拉克的主要水源，兩國(guó)國(guó)土面積共占兩河流域的66%，灌溉耕地占40%。土耳其在三國(guó)中國(guó)土面積最大、國(guó)家實(shí)力最強(qiáng)，在河流上游修建大壩，將水資源占為己有，與下游敘利亞和伊拉克間存在爭(zhēng)議，產(chǎn)生了政治和經(jīng)濟(jì)沖突。爭(zhēng)議內(nèi)容主要涉及水資源短缺和開(kāi)發(fā)利用：土耳其人均水資源量為1 481 m3/a，敘利亞為2 362 m3/a，伊拉克為5 192 m3/a。自從1936年項(xiàng)目啟動(dòng)之后，地區(qū)形勢(shì)發(fā)生了顯著的變化。項(xiàng)目于1960年開(kāi)始施工，而人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)壓力、區(qū)域戰(zhàn)爭(zhēng)和戰(zhàn)后沖突突顯了其重要性。

該項(xiàng)目中的最大工程阿塔圖爾克(Ataturk)大壩在1992年竣工，但整個(gè)項(xiàng)目2040年才能完成，這也說(shuō)明大型水利工程面臨著成本高、施工量大的挑戰(zhàn)。其環(huán)境影響包括土壤鹽漬化、水土流失、土地質(zhì)量和產(chǎn)量下降、毀林、工業(yè)化和當(dāng)?shù)貧夂蜃兓?。社?huì)影響包括城市開(kāi)發(fā)、污染和衛(wèi)生問(wèn)題、移民和3%的人口增長(zhǎng)率。政府預(yù)計(jì)國(guó)民生產(chǎn)總值將增長(zhǎng)445%，新增350萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位，人均收入增長(zhǎng)200%。以上這些目標(biāo)均沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上，過(guò)去15a的國(guó)民生產(chǎn)總值僅增加了2%。

該項(xiàng)目在取水、灌溉、發(fā)電、基礎(chǔ)設(shè)施和區(qū)域開(kāi)發(fā)方面取得了顯著的效益。農(nóng)業(yè)方面的成果喜憂參半，雖然產(chǎn)量增加、生產(chǎn)方式現(xiàn)代化，但土地出現(xiàn)了退化。鄉(xiāng)村福利事業(yè)和供水得到改善，婦女工作量顯著減少。由于灌溉系統(tǒng)共享，利益惠及更多民眾，部落關(guān)系和等級(jí)制度朝著更加平等的方向發(fā)展。該國(guó)還強(qiáng)調(diào)，增加水力發(fā)電可減少全球溫室氣體的排放量。

4 代表性項(xiàng)目評(píng)估

大人工河、CAP和大安納托利亞規(guī)劃屬于干旱和半干旱環(huán)境下的大型水利工程。此外，還將介紹其他幾座規(guī)模較大的調(diào)水和大壩等工程。由于這些項(xiàng)目規(guī)模、方法、內(nèi)容和效果不同，無(wú)法直接進(jìn)行對(duì)比分析。與傳統(tǒng)水資源開(kāi)發(fā)工程不同，因海水淡化成本和能耗高，且是重要的潛在水源，因此仍將其納入水利工程范疇。盡管這些項(xiàng)目的規(guī)模、目的、成本和效益存在較大差異，但都體現(xiàn)了水利工程開(kāi)發(fā)的動(dòng)力。

4.1 洛杉磯市調(diào)水工程

對(duì)于在沙漠地區(qū)利用或?yàn)E用水資源的活動(dòng)，洛杉磯市可以提供最完全的記錄。歷史悠久的大型工程包括洛杉磯引水渠、科羅拉多河引水渠和加利福尼亞州調(diào)水工程。對(duì)水資源和基礎(chǔ)設(shè)施所有權(quán)的爭(zhēng)奪導(dǎo)致該市與其他市區(qū)、地區(qū)和州之間爆發(fā)了重大沖突和法律糾紛。

自從20世紀(jì)第一次調(diào)水以來(lái)，該市的影響力已經(jīng)發(fā)生了巨大變化，主要體現(xiàn)在氣候、監(jiān)管和政治方面，但其水資源獨(dú)立仍面臨著重大的財(cái)政和制度上的壁壘。大規(guī)模調(diào)水使這座沙漠城市的人口膨脹至1 700萬(wàn)，而城市的活力、財(cái)富和重要性均依賴于調(diào)水工程的持續(xù)供水，這為研究水利工程提供了正反兩方面的案例。1990年以來(lái)，洛杉磯市逐步轉(zhuǎn)變了水資源管理模式，盡管人口新增500萬(wàn)，但仍減少了20%的用水量。對(duì)于經(jīng)歷了2013～2014年極端干旱的加州而言，這種轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。

4.2 墨西哥谷都會(huì)區(qū)調(diào)水工程

作為世界上最大和海拔最高(海拔2 240 m)的中心城市之一，墨西哥谷都會(huì)區(qū)(包括墨西哥城)的供水依賴于地下水和調(diào)水，調(diào)水管道長(zhǎng)度超過(guò)150 km，垂直落差超過(guò)1 200 m。都會(huì)區(qū)位于山谷之中，從20世紀(jì)40年代以來(lái)一直在引進(jìn)外來(lái)水源，也不斷努力提高用水效率、減少用水需求并改善水循環(huán)。然而，陳舊的供水管網(wǎng)系統(tǒng)跟不上1990年以來(lái)人口成倍增長(zhǎng)的用水負(fù)荷，部分區(qū)域人口密度超13 500人/km2。結(jié)果導(dǎo)致正規(guī)和非正規(guī)供水市場(chǎng)的水價(jià)昂貴，基礎(chǔ)設(shè)施故障使水量損失達(dá)40%以及非法售水。都會(huì)區(qū)被高5 000 m的山峰包圍，供水管網(wǎng)需穿越山體，因此長(zhǎng)期存在供水問(wèn)題。

由于社會(huì)環(huán)境變化、周期性地震、颶風(fēng)、洪水、干旱和當(dāng)前的氣候變化，情況進(jìn)一步惡化。該供水系統(tǒng)是20世紀(jì)80年代世界銀行推出的水資源私有化改革的代表案例，當(dāng)時(shí)供水市場(chǎng)有利可圖、管道漏水、領(lǐng)導(dǎo)能力缺乏、改變現(xiàn)狀動(dòng)力缺失等因素都威脅到城市供水安全。對(duì)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)、移民、環(huán)境和衛(wèi)生進(jìn)行長(zhǎng)期綜合管理對(duì)城市未來(lái)的生存至關(guān)重要。

4.3 咸海引水工程

發(fā)源于中亞帕米爾山脈的錫爾河和阿姆河是咸海的主要水源。1960年咸海為世界第四大湖泊。前蘇聯(lián)時(shí)期，通過(guò)烏茲別克斯坦和土庫(kù)曼斯坦境內(nèi)的河流，將該湖的水資源大量調(diào)往農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)，主要用于棉花產(chǎn)地。

由于短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模過(guò)度取水，咸海的面積迅速萎縮至原來(lái)的1/10，被認(rèn)定為“世界上最嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)難之一”。環(huán)境影響包括極高鹽度(增加20倍)、化學(xué)污染、寬300 km的沙塵暴帶、氣候變干、湖泊面積和蓄水量減少(分別減少60%和80%)。該地區(qū)面臨多重挑戰(zhàn)，包括湖泊干涸、健康問(wèn)題(癌癥和肺結(jié)核)、貧窮、飲用水缺乏和漁業(yè)崩潰。

開(kāi)發(fā)咸海引水工程的動(dòng)力包括上游引水、其作為流域盆地所起的作用、前蘇聯(lián)時(shí)代的政策和計(jì)劃、前蘇聯(lián)解體后的影響、正在進(jìn)行的規(guī)劃和實(shí)踐。目前的研究表明，由于多方利益相關(guān)者仍繼續(xù)大量用水，咸海幾乎沒(méi)有恢復(fù)的可能性。

4.4 肯尼亞圖爾卡納湖區(qū)地下水開(kāi)發(fā)

最近，在肯尼亞北部圖爾卡納(Turkana)地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量的深層地下水。該地區(qū)旱災(zāi)頻發(fā)，人口持續(xù)增長(zhǎng)，新水源引起了廣泛關(guān)注。新水源是國(guó)際合作的成果，包括聯(lián)合國(guó)、肯尼亞和日本政府，以及私營(yíng)企業(yè)。新發(fā)現(xiàn)突顯了衛(wèi)星成像技術(shù)在地下水資源探索中的潛力，由于無(wú)植被阻擋雷達(dá)滲透，該技術(shù)可充分利用沙漠景觀這一特征。采用鉆探試驗(yàn)井，可驗(yàn)證衛(wèi)星數(shù)據(jù)的正確性。據(jù)報(bào)道，目前發(fā)現(xiàn)的地下水儲(chǔ)量相當(dāng)可觀，每年可采水量約為 3.45萬(wàn)億m3。為了更好地了解儲(chǔ)備水量和水質(zhì)，需要進(jìn)一步調(diào)查。與此同時(shí)，還在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了新的油田。

4.5 紅海至死海調(diào)水工程

約旦河流域正面臨嚴(yán)重的缺水問(wèn)題，跨境水資源管理受到以色列、約旦和巴勒斯坦三國(guó)政治動(dòng)蕩的影響。死海干涸、過(guò)度取水和降水量劇烈變化，導(dǎo)致該地不得不依賴調(diào)水和地下水開(kāi)采。目前的計(jì)劃是從紅海調(diào)水至死海，通過(guò)海水淡化提供區(qū)域用水，利用水位落差發(fā)電，并鼓勵(lì)中東國(guó)家開(kāi)展合作。此外，計(jì)劃投資10億美元，從安曼到狄斯(Disi)地下含水層鋪設(shè)長(zhǎng)325 km的輸水管道。

約旦河流域封閉，且過(guò)度開(kāi)發(fā)，未來(lái)將面臨用水緊缺的問(wèn)題。流域覆蓋多個(gè)國(guó)家，水資源由多國(guó)共享，農(nóng)業(yè)用水量高，50%～80%的用水依賴“虛擬水量”(virtual water)，而政治、種族和宗教動(dòng)蕩使跨國(guó)流域水資源管理變得錯(cuò)綜復(fù)雜。未來(lái)的水資源開(kāi)發(fā)將面臨成本高達(dá)100億美元、長(zhǎng)177 km的輸水管道融資，水量分配和決策制定等方面的挑戰(zhàn)。

4.6 阿斯旺大壩

1970年完工的阿斯旺大壩已成為世界上最具爭(zhēng)議的水利基礎(chǔ)設(shè)施。該壩的主要功能包括調(diào)節(jié)尼羅河流量、發(fā)電、擴(kuò)大灌溉面積，以及保護(hù)尼羅河三角洲免受洪災(zāi)和干旱。關(guān)于大壩對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境造成雙面影響的爭(zhēng)論從未停止過(guò)。工程新增農(nóng)田灌溉面積190萬(wàn)m2，蓄水量達(dá)1 620億m3，發(fā)電100億kW·h，大大促進(jìn)了埃及的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。大壩使尼羅河含沙量減少了超過(guò)98%，引起庫(kù)周沉陷、土壤板結(jié)和海岸侵蝕，因此尼羅河三角洲被政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)認(rèn)定為3個(gè)最易受氣候變化影響的地區(qū)之一。對(duì)阿斯旺大壩的評(píng)價(jià)毀譽(yù)參半，這也反映出準(zhǔn)確評(píng)估大型水利工程的復(fù)雜性和困難性。

4.7 海水淡化

海水淡化的水利基礎(chǔ)設(shè)施投資規(guī)模大，可提供重要水源。全球現(xiàn)有的淡化廠超過(guò)14 000家，處理能力達(dá)到 5.99億m3/d，海水淡化已成為沿海干旱地區(qū)越來(lái)越普遍的處理咸水、提供水源的一種方法。技術(shù)進(jìn)步和成本下降(低于 0.50美元/m3)使海水淡化成為眾多沙漠地區(qū)切實(shí)可行的水源選擇，這些地區(qū)包括波斯灣沿岸國(guó)家、中東、北非、美國(guó)和澳大利亞等。海水淡化可以被認(rèn)為是一種潛在的低成本水源。其缺點(diǎn)是能耗高，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)排放溫室氣體，還要處理因此產(chǎn)生的鹽水和有毒化學(xué)物質(zhì)，這給海水淡化帶來(lái)了挑戰(zhàn)并增加了成本。沙特阿拉伯是最大的淡化水生產(chǎn)國(guó)，其希奧艾巴(Shoaiba)3工廠每天可處理海水88萬(wàn)m3。該國(guó)計(jì)劃在未來(lái)20 a投資2 000億美元用于海水淡化，每年增加10.2億m3產(chǎn)能。海水處理效率的提高，輸水方式的改進(jìn)和潛在的可再生能源，使海水淡化同遠(yuǎn)距離調(diào)水投資相比越來(lái)越具有競(jìng)爭(zhēng)性。

5 大型工程面臨的問(wèn)題

大型工程規(guī)模宏大，因其可滿足當(dāng)前和未來(lái)目標(biāo)及迫切需要而被推崇。其重點(diǎn)往往著眼于用工程方案解決缺水問(wèn)題，而不是解決水挑戰(zhàn)、水需求或減輕系統(tǒng)浪費(fèi)和損失。問(wèn)題可能不是水本身，而是水對(duì)國(guó)家發(fā)展、政治目標(biāo)或國(guó)家權(quán)力的影響力。水常常被作為一種基本的社會(huì)福利，是高度復(fù)雜的系統(tǒng)的組成部分。大型水利工程反復(fù)出現(xiàn)的問(wèn)題主要源于自然和人為因素(見(jiàn)表3)。各種氣候條件下的水資源開(kāi)發(fā)都存在這些問(wèn)題，但在潛在水資源選擇受限的沙漠和干旱地區(qū)，這些問(wèn)題尤為突出。

人類活動(dòng)對(duì)水資源及其開(kāi)發(fā)和利用方式有很大的影響，包括就近取水，遷徙到多水地區(qū)，修建大壩改變水量和流向以及調(diào)控水資源。以上因素演變成政策與管理、水權(quán)、水利工程決策及投資、水資源分配和下游水資源調(diào)控以及潛在沖突等?？缇乘Y源問(wèn)題關(guān)注流域、河流及地下水源的自然邊界而非政治邊界，因此需要使水體景觀與國(guó)界相協(xié)調(diào)。人口膨脹驅(qū)動(dòng)用水需求、糧食生產(chǎn)和土地爭(zhēng)奪，使水資源治理面臨更多困難。旱地居民主要分布于非洲和亞洲的部分國(guó)家，由于人口增長(zhǎng)和生活水平低下，他們面臨更大的氣候、經(jīng)濟(jì)和健康風(fēng)險(xiǎn)。隨著國(guó)家發(fā)展水平的提高，水的用途由種植業(yè)向工業(yè)和家庭用水轉(zhuǎn)變，從而賦予了水巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。大型水利工程建設(shè)成本和控制由政府負(fù)責(zé)，而小型工程則可以由個(gè)人承擔(dān)責(zé)任。大型工程由于規(guī)模和成本巨大以及取水權(quán)問(wèn)題，往往是為了滿足某些政治動(dòng)機(jī)。

表3 大型水利工程的潛在影響

干旱地區(qū)環(huán)境脆弱，降雨、氣溫和季節(jié)性的小幅變化與自然災(zāi)害疊加，都會(huì)帶來(lái)無(wú)法預(yù)測(cè)的氣候變化。對(duì)于地表水源，氣候波動(dòng)對(duì)水分有效性和蒸散量有很大影響，從而影響了作物和人類的水資源消耗量。旱災(zāi)是沙漠地區(qū)供水所面臨的挑戰(zhàn)之一，因?yàn)槠溥M(jìn)程緩慢、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間不確定，使識(shí)別并響應(yīng)由干旱誘發(fā)的缺水問(wèn)題變得困難。在干旱環(huán)境下，緩解旱情的措施有限，可能產(chǎn)生潛在的重大影響。全球變暖導(dǎo)致的積雪和冰川融化直接影響旱地的河流流量和洪水水情。鹽漬化、水土流失、土壤退化和土地用途的改變進(jìn)一步加大了干旱地區(qū)的供水壓力。

水資源規(guī)劃以短期供水和用水需求為重點(diǎn)。大型工程除了效益顯著之外，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境存在長(zhǎng)期的多重影響。從項(xiàng)目構(gòu)思到建成，時(shí)間跨度長(zhǎng)(如CAP到2030年竣工，大安納托利亞規(guī)劃2040年才竣工)，因此難以預(yù)測(cè)未來(lái)的情況。通過(guò)重構(gòu)景觀、含沙水流、沉降和生物多樣性，工程可能改變自然環(huán)境，使其更易受到氣候變化的影響。巨額投資費(fèi)用要消耗資源，需從其他潛在用途轉(zhuǎn)移出資金，例如，增加水資源的新項(xiàng)目開(kāi)發(fā)占沙特阿拉伯財(cái)政預(yù)算的4%。融資模型可能存在問(wèn)題或不夠精確，水價(jià)很難提高，需求可能發(fā)生波動(dòng)。水從農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移到城市高附加值的經(jīng)濟(jì)用途，反映出水利用方式、城市化和政治權(quán)力的變化，也將帶來(lái)水資源分配壓力。水的社會(huì)價(jià)值可能隨著其成本、可用性和用水公平性的變化而發(fā)生改變。由于不同團(tuán)體，從城市到企業(yè)再到居民用戶，爭(zhēng)奪有限的供水，因此水需求和發(fā)展趨勢(shì)仍將無(wú)法預(yù)測(cè)。

6 結(jié) 語(yǔ)

《卡迪拉克沙漠》記錄了洛杉磯市的水資源開(kāi)發(fā)歷史，反映了水資源是大型工程的關(guān)鍵動(dòng)力。書(shū)中詳細(xì)描述了水利工程的規(guī)劃、數(shù)量和所有權(quán)，但關(guān)于工程后期影響的評(píng)估卻篇幅有限。政府公開(kāi)水利工程的調(diào)水量、供水居民范圍和發(fā)電量，但不愿討論成本(經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和機(jī)會(huì)成本)、非工程措施(用水量變化、系統(tǒng)效率和作物種植)和社會(huì)影響(就業(yè)、收入、發(fā)展、政治議題和移民)。通過(guò)更廣泛的評(píng)估，可審視大型工程既定的調(diào)水目標(biāo)、水質(zhì)等級(jí)和可以預(yù)見(jiàn)及未預(yù)料到的后果。開(kāi)放性社會(huì)通過(guò)努力可獲得工程相關(guān)信息；在相對(duì)低效或?qū)Ｖ频捏w制下，往往無(wú)法核實(shí)官方公開(kāi)的數(shù)據(jù)。

調(diào)水的最終用途和影響很難預(yù)測(cè)。在美國(guó)、埃及和印度，農(nóng)業(yè)用水減少意味著什么？這是否意味著小農(nóng)生活的改善或說(shuō)明引水種植出口作物可能給相關(guān)精英階層帶來(lái)經(jīng)濟(jì)利益？調(diào)水工程的成本、債務(wù)償還、調(diào)水量和效率與其他水源(如海水淡化)的對(duì)比數(shù)據(jù)也不夠明確。大型工程施工、水量分配和運(yùn)行帶來(lái)的收益可能不清楚，收益可能歸于當(dāng)?shù)赜脩?、政治選民或經(jīng)濟(jì)利益團(tuán)體。由此產(chǎn)生了對(duì)供水目的更大的疑問(wèn)，是免費(fèi)的或有補(bǔ)貼性質(zhì)的公益事業(yè)，還是按計(jì)劃分配的資源或私營(yíng)產(chǎn)業(yè)？社會(huì)、政府和全球機(jī)構(gòu)有大量的水利工程評(píng)估資料。從不同渠道收集的資料來(lái)看，對(duì)水利工程的可行性和持久影響的看法不一，相互矛盾。調(diào)水方案面臨以下挑戰(zhàn)：供水量和水質(zhì)、需求(如大人工河)、水權(quán)法律糾紛(如洛杉磯市調(diào)水工程)、政治影響(如CAP和紅海-死海調(diào)水)、成本、最終效果以及大型項(xiàng)目無(wú)法實(shí)施的影響。這些問(wèn)題是全球的水利工程共有的，但需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況來(lái)解決。

水利工程有獲益者和損失者。獲益者包括得到供水、取得經(jīng)濟(jì)收益和改善生活質(zhì)量的居民和地區(qū)；損失者包括從大型工程中獲利極小、為社會(huì)福利付出經(jīng)濟(jì)代價(jià)以及因工程占地而喪失土地和生計(jì)的群體。相對(duì)更有影響力的少數(shù)富有用戶，小農(nóng)場(chǎng)主、牧民或家畜養(yǎng)殖者這樣的邊緣群體和城市貧困人口所獲得的人均供水量少之又少。盡管以上問(wèn)題明顯，但供水和用水不均問(wèn)題并未納入大型工程的考慮范疇。

由于旱地大型工程的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)成本不確定，其必要性、效果和效益也值得討論。大型工程往往強(qiáng)調(diào)調(diào)水量、供水人口和農(nóng)田灌溉面積，而不是替代方案。替代措施包括減少用水需求，將調(diào)水系統(tǒng)水量損失降至最低以及審視工程解決方案的功效，以解決人為而非自然環(huán)境造成的水資源短缺問(wèn)題。城市人口、工農(nóng)業(yè)及政治利益集團(tuán)的勢(shì)力、水權(quán)獲取能力和項(xiàng)目集資是選擇調(diào)水方案的主要驅(qū)動(dòng)因素，因此方案往往會(huì)向省會(huì)城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)傾斜。人類用水方式和水資源經(jīng)濟(jì)價(jià)值的改變都會(huì)影響水利工程的傳統(tǒng)方法。值得研究的問(wèn)題包括：

(1)供水對(duì)象；

(2)調(diào)水利潤(rùn)；

(3)總成本(包括經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境成本)；

(4)替代措施，尤其是在干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中降低用水需求、減少系統(tǒng)水量損失和合理用水。

科學(xué)研究和實(shí)踐提供了豐富的水資源方面的知識(shí)，未來(lái)還需要了解水的動(dòng)態(tài)發(fā)展，并根據(jù)干旱地區(qū)的實(shí)際情況和政治背景果斷決策。

邱訓(xùn)平 吳 建 周 波 譯

(編輯： 陳紫薇)

2016-10-25

1006-0081(2017)02-0006-07

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