摘要：始建于上世紀60年代的加州北水南調水利工程，為解決美國加利福尼州水資源分配的不均衡起到了至關(guān)重要的作用，也為加州的經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展做出了杰出貢獻，同時(shí)也是世界長(cháng)距離調水工程的典范。本文從綜述的角度介紹加州調水工程中涉及到的基本問(wèn)題，并基于綜述，提出幾點(diǎn)啟示，以期對我國正在進(jìn)行的舉世矚目的南水北調工程提供一定的參考。
1.加利福尼亞州概況
美國加利福尼亞州（以下簡(jiǎn)稱(chēng)加州）位于美國西海岸，西濱太平洋，北與俄勒岡州、東與內華達州及亞利桑納州接壤，南臨墨西哥，面積共411,013平方公里，總人口約為3,260萬(wàn)人。加州的土地面積列全美第三位，人口列全美第一位。加州是美國第一農業(yè)大州，盛產(chǎn)水果、小麥、家禽等農畜產(chǎn)品；食品工業(yè)在美國居于首位，其次是飛機制造業(yè)，火箭工業(yè)等，世界上最大的飛機制造公司——波音公司就在加州。1999年，加州的國內生產(chǎn)總值為988,339億美元，列全美第一位，此后加州的國內生產(chǎn)總值一直在美國名列前幾名。
加州氣候呈冬季濕涼，夏季溫暖干燥。橫穿全州的大氣高壓帶使加州夏季以晴朗天氣為主，只有少許的降雨。冬季高壓帶南移，將全州控制在太平洋氣壓中，使得這個(gè)季節的氣候多雨雪。加州的大部分水氣來(lái)源于太平洋，年平均降水量大約為584mm，65％的降雨量在蒸發(fā)或者植被傳送過(guò)程中消耗掉，剩余的35％則形成地表徑流，不到50％的地表徑流用在了農業(yè)灌溉和城市的工業(yè)和人口需求中。
加州的水資源分布存在以下的特點(diǎn)：
1.1地區差異
加州70％多的降雨量集中在北部地區，其中40％集中在北部沿海岸地區，30％的降雨集中在中部偏北地區的薩加門(mén)多河流域。但加州的中大城市和農業(yè)用地多集中分布在北部、中部和南部地區，這些地區年用水量總和占加州全年用水量的75％，其中原因是全州一半的人口集中在南部地區；最大的灌溉農田分布在加州中部地區，那里是全世界上糧食產(chǎn)量最高的農業(yè)區。這種資源的分布和需求的不協(xié)調使得整個(gè)加州的大多數流域都處于調水或引水的狀態(tài)。下圖加州水資源區域調配示意圖。
圖1加州水資源區域調配示意圖
1.2季節差異
加州全年75％的降水量分布在11月份到來(lái)年的3月份之間，其中一半的降雨集中在12月到2月。冬季的大規模集中降雨可以解決加州全年的用水需求，但可能會(huì )導致夏季出現嚴重的干旱情況，除非有額外的降水或者降雨期延長(cháng)。而全州需水量最大的時(shí)期是分布是在夏季和冬末，客觀(guān)上使加州水資源供給和需求產(chǎn)生了時(shí)空上的矛盾。
1.3氣候差異
加州年降水量在分布上也是極不均衡，有著(zhù)明顯的氣候性差異，近年來(lái)，加州洪水和干旱時(shí)有發(fā)生，如1986年的洪水過(guò)后連續6年的干旱；1997年1月份的大洪水過(guò)后，緊接著(zhù)從2月至下年的6月又是連續嚴重干旱。
加州30％的農業(yè)灌溉和城市用水來(lái)源于地下水，當發(fā)生干旱的時(shí)候，過(guò)量的開(kāi)采地下水，導致了地下水水位的降低，在一定程度上破壞了地下水可持續的良性循環(huán)。
為了保證加州穩定的水量供應，上世紀30年代開(kāi)始，加州先后建設了一批水利工程，這些水利工程大大緩解了加州的用水需求矛盾。
隨著(zhù)人類(lèi)活動(dòng)的增多，大氣中二氧化碳濃度的增高，全球的氣候有著(zhù)變暖的趨勢，很多專(zhuān)家預言未來(lái)一個(gè)世紀內溫度將會(huì )上升2-5攝氏度。對于加州來(lái)說(shuō)，如果發(fā)生全球氣候變暖，可能導致冬季雨雪更多，而夏季則更少，季節性差異將更加明顯。
2.加利福尼亞水利工程的工程體系
無(wú)論是加州現在的社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展還是未來(lái)長(cháng)久的繁榮都離不開(kāi)充足的水資源供給。從上個(gè)世紀三十年代開(kāi)始，加州政府就十分重視水利工程的修建，以解決州內水資源供求上的矛盾。先后修建了中央峽谷水利工程，加利福尼亞水利工程，科羅拉多河水利工程和洛杉磯水渠等等，這其中最著(zhù)名也最為重要的是加利福尼亞水利工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)加州水利工程）。
2.1加利福尼亞水利工程的背景
在加州411,013平方公里的使用范圍內，有沙漠和亞熱帶高山分布，水資源有著(zhù)明顯的地域性差別。當一些地區苦于51mm的年降雨量時(shí)，另一些地區卻為2540mm的年降雨量而煩惱。而且在許多水資源供給不足的地方，人口卻越來(lái)越密集。更好的儲存和控制水資源，把水資源調送到最需要的地區是加州水利工程建設的基本思路。
二戰之后，加州人口數量的增長(cháng)與水資源供給之間的矛盾日益突出，于是在40年代末提出了修建加利福尼亞水利工程的設想；并于50年代得到了充分的論證；1951年，聯(lián)邦政府議會(huì )批準了加州水利工程并且為詳細的研究撥出專(zhuān)項資金。1959年立法機關(guān)通過(guò)了burns-porteract法案，批準發(fā)行17.5億美元的債券進(jìn)行最初的工程建設，在60年代由全州人民投票通過(guò)該法案；以后在大約十幾年的時(shí)間，加利福尼亞水利工程完成了大部分工程建設內容。
在加州有超過(guò)三分之二的公民或多或少的受益于該工程供應的水。不僅如此，工程還供給數以萬(wàn)計工廠(chǎng)和成千上萬(wàn)畝的農田灌溉。
2.2加利福尼亞水利工程的供水系統
加利福尼亞水利工程是長(cháng)距離調水工程，工程的供水系統由32個(gè)蓄水庫、18個(gè)泵站、四個(gè)抽水蓄能電廠(chǎng)，五個(gè)水力發(fā)電廠(chǎng)，1065公里長(cháng)的水渠和管道組成，其中包括著(zhù)名的奧羅維爾大壩，雁翎河水庫，加州水渠，南灣水渠，北灣水渠和圣路易斯水庫等等。
工程主要由以下幾個(gè)部分組成：
2.2.1渠首工程
渠首工程即為加州水利工程的水源工程。
加州水利工程起始于雁翎河支流上的戴維斯湖、法蘭西人湖和安提羅普湖，沿著(zhù)雁翎河的支流，水自流到巴特縣境內的奧羅維爾湖，它們組成工程系統中最主要的蓄水湖庫。在春冬季節，奧羅維爾湖把來(lái)源于雁翎河上游的水儲存起來(lái)，年平均蓄水庫容達3.7╳109m3，經(jīng)凱悅、鐵馬利托等三個(gè)抽水蓄能電廠(chǎng)流入雁翎河的天然主河道，之后水蜿蜒流入薩克拉門(mén)托河和三角洲地區。
2.2.2中部輸水工程
在三角洲地區，工程分為兩個(gè)部分——北部灣水渠和南部灣水渠。
水通過(guò)巴克爾河泵站和考德利亞泵站后，沿著(zhù)北部灣水渠流入納帕縣和索拉諾縣，以滿(mǎn)足這兩個(gè)地區的用水需求。水向南流，通過(guò)沙洲、南灣和迪瓦雷泵站到三角洲南部的比薩尼水庫，再從這個(gè)小水庫把一部分水通過(guò)南海灣抽水蓄能電廠(chǎng)輸送到南海灣水渠，以滿(mǎn)足阿拉米達縣和圣塔克來(lái)拉縣的用水需求。
在三角州地區，根據水質(zhì)的標準，有一部分棄水流到太平洋中，余下的大部分水繼續送往北加州、舊金山灣地區，以及中部沿海地帶的圣霍金谷和南加州。
2.2.3北部輸水工程
北部工程是整個(gè)加州水利工程中義最為重要的部分，其中加利福尼亞水渠是主體工程。
從比薩尼水庫流出的大部分水進(jìn)入加利福尼亞水渠。加利福尼亞水渠主渠長(cháng)715公里，起源于南三角洲的三角洲泵站，水渠引水南下，穿越圣霍金谷，越過(guò)德哈查比山脈，最后在南加州的羚羊谷分為兩條水渠——西渠和東渠，西渠終點(diǎn)是洛杉磯北部的家斯達克湖，東渠終點(diǎn)是臨河縣的佩利斯湖。
當水流到加利福尼亞水渠中部，途徑中部灣的南圣霍金谷時(shí)，水渠又向西分出支渠，延長(cháng)了164公里至中部沿海地帶的圣達巴巴拉縣，為圣達巴巴拉縣和圣路易斯歐畢斯珀縣提供水源。
加利福尼亞水渠的最大設計流量在三角洲處是292m3/s，在穿越德哈查比山脈到達南部海岸地區時(shí)是127m3/s。途徑多個(gè)提水泵站，如友誼泵站，美景泵站，梯嶺泵站和科利斯曼泵站到達德哈查比山脈。其中，在穿越德哈查比山脈途徑艾蒙斯頓泵站時(shí)，水位在不到14公里的距離內提升587m。艾蒙斯頓泵站是世界上單位距離內水位提升最大的泵站。從泵站出來(lái)水流入了羚羊谷。
在羚羊谷水流流向兩個(gè)支渠——西渠和東渠。在東渠支線(xiàn)上修建了梨花泵站、阿拉漠發(fā)電站和馬哈維虹吸發(fā)電站，流過(guò)這些電站水注入了銀木湖，再流入圣伯爾納迪諾運河，水位降落432m到達魔峽發(fā)電站，最后流到佩利斯湖。水流在西渠支線(xiàn)通過(guò)奧索泵站和平安谷管道到達華爾那發(fā)電站，穿過(guò)華爾那發(fā)電站水就流入了洛杉磯境內的金字塔湖，從金字塔湖出來(lái)流經(jīng)天使運河和加斯達克抽水蓄能電站來(lái)到西渠的終點(diǎn)——加斯達克湖。
下圖是加州水利工程設施地理位置圖。
圖2加州水利工程設施地理位置圖
3.加利福尼亞水利工程的社會(huì )經(jīng)濟效益
加州水利工程是美國最大的水利項目，它的首要目的是調節不同地區間的水資源供求不平衡。此外它還有防洪、發(fā)電、改善水質(zhì)、休閑娛樂(lè )，提高魚(yú)和野生動(dòng)物的生物棲息環(huán)境等功能。
3.1提水泵站
由于地理位置的原因，加州水利工程全長(cháng)1046km內，共修建18個(gè)提水泵站，比如從三角洲至圣霍金谷段，從海拔120m提升1034m，在距離73km內水提升了914m，是目前世界上單位距離內提升水位最高的工程，水位提升后水可以向南自流，到達南加州水庫。由于提水泵站的能源主要是電力，因此加州水利工程是加州最大的用電戶(hù)。整個(gè)工程系統中擁有18個(gè)提水泵站，一年的耗電量高達13.7億千瓦時(shí)，在流量達到設計流量時(shí)，僅艾蒙斯頓泵站一家一年就將耗電5.8億千瓦時(shí)。而電力能源主要來(lái)源于煤電，水電等等。
3.2水力發(fā)電
加州水利工程系統中修建了9個(gè)水力發(fā)電站，其中包括5個(gè)徑流式電站和4個(gè)抽水蓄能電站，每年提供的電量大約有6億千瓦時(shí)（相當于舊金山城市一年的用電量），其中3/4用來(lái)維持整個(gè)加州水利工程的運轉，即加州水利工程有32％的用電可以自行解決，降低近1/3的運營(yíng)成本。
如奧羅維爾湖上的凱悅抽水蓄能電站是工程系統中最大的發(fā)電站，年發(fā)電量2.2億千瓦時(shí)。在它西邊的鐵馬利托抽水蓄能電站年發(fā)電量0.32億千瓦時(shí)。這兩個(gè)發(fā)電站的水庫都是多年調節水庫，可以根據實(shí)際的用電需要來(lái)決定發(fā)電量。水向南流到圣路易斯水庫，作為吉亞尼利抽水蓄能電站的下池，吉亞尼利抽水蓄能電站的年發(fā)電量可以達到0.18億千瓦時(shí)。當水自流到西渠和東渠支線(xiàn)時(shí)，途徑魔峽發(fā)電站，加斯達克抽水蓄能電站，華爾那發(fā)電站，阿拉漠發(fā)電站和馬哈維虹吸發(fā)電站等，每年總發(fā)電可達到3.4億千瓦時(shí)。這些系統內的發(fā)電站發(fā)電量大大緩解了加州水利工程運行需要的電能緊張局面，同時(shí)也可以將一部分多余的電供于民用。
3.3防洪
加州水利工程在防洪方面發(fā)揮了重要的作用，如在1964年，剛剛修建一部分的奧羅維爾大壩就在抵抗當時(shí)發(fā)生在雁翎河上的洪水發(fā)揮了重要的作用，完工之后的奧羅維爾大壩更是為雁翎河和薩拉門(mén)托河的防洪提供了堅實(shí)的保障。
在圣霍金谷農場(chǎng)多次發(fā)生洪水的時(shí)候，也是加州水利工程的大壩減緩了洪水的流量和流速，使得洪水在進(jìn)入加利福尼亞水渠的時(shí)候沒(méi)有帶來(lái)巨大的災難。整個(gè)工程系統不僅控制了洪水，而且為發(fā)電站發(fā)電積蓄了能量。
3.4休閑娛樂(lè )
加州水利工程系統為整個(gè)加州提供了諸多休閑娛樂(lè )的場(chǎng)所，改善了當地的生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)的生活環(huán)境。
流入雁翎河留域的水不僅為該地區漁業(yè)和旅游業(yè)的發(fā)展提供了保障，還提高了流域的生態(tài)環(huán)境；而在薩克拉門(mén)托市至圣霍金三角州一帶的供水品質(zhì)也因工程的修建得到了很大改善。
從德哈查比山脈到南加州，水庫、湖泊和水渠都為人們提供了很多很好的娛樂(lè )場(chǎng)所和設施，可以釣魚(yú)、劃船、野餐、露營(yíng)、騎自行車(chē)和參觀(guān)游玩等等。
在北加州，人們可以在水庫、湖泊中享受各種水上運動(dòng)，甚至還可以打獵；在南加州，加斯達克湖和金字塔湖也提供了劃船、郊游和劃水的娛樂(lè )項目；在佩利斯湖人們更可以遠足、爬山和潛水等等；而在整個(gè)加利福尼亞水渠隨處都可以釣魚(yú)，娛樂(lè )等。
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