摘要：始建于上世紀(jì)60年代的加州北水南調(diào)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(jì)社會發(fā)展做出了杰出貢獻(xiàn)，同時也是世界長距離調(diào)水工程的典范。本文從綜述的角度介紹加州調(diào)水工程中涉及到的基本問題，并基于綜述，提出幾點啟示，以期對我國正在進(jìn)行的舉世矚目的南水北調(diào)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（以下簡稱加州）位于美國西海岸，西濱太平洋，北與俄勒岡州、東與內(nèi)華達(dá)州及亞利桑納州接壤，南臨墨西哥，面積共411,013平方公里，總?cè)丝诩s為3,260萬人。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(nóng)業(yè)大州，盛產(chǎn)水果、小麥、家禽等農(nóng)畜產(chǎn)品；食品工業(yè)在美國居于首位，其次是飛機(jī)制造業(yè)，火箭工業(yè)等，世界上最大的飛機(jī)制造公司——波音公司就在加州。1999年，加州的國內(nèi)生產(chǎn)總值為988,339億美元，列全美第一位，此后加州的國內(nèi)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，使得這個季節(jié)的氣候多雨雪。加州的大部分水氣來源于太平洋，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(nóng)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：
1.1地區(qū)差異
加州70％多的降雨量集中在北部地區(qū)，其中40％集中在北部沿海岸地區(qū)，30％的降雨集中在中部偏北地區(qū)的薩加門多河流域。但加州的中大城市和農(nóng)業(yè)用地多集中分布在北部、中部和南部地區(qū)，這些地區(qū)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(qū)；最大的灌溉農(nóng)田分布在加州中部地區(qū)，那里是全世界上糧食產(chǎn)量最高的農(nóng)業(yè)區(qū)。這種資源的分布和需求的不協(xié)調(diào)使得整個加州的大多數(shù)流域都處于調(diào)水或引水的狀態(tài)。下圖加州水資源區(qū)域調(diào)配示意圖。
圖1加州水資源區(qū)域調(diào)配示意圖
1.2季節(jié)差異
加州全年75％的降水量分布在11月份到來年的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(guī)模集中降雨可以解決加州全年的用水需求，但可能會導(dǎo)致夏季出現(xiàn)嚴(yán)重的干旱情況，除非有額外的降水或者降雨期延長。而全州需水量最大的時期是分布是在夏季和冬末，客觀上使加州水資源供給和需求產(chǎn)生了時空上的矛盾。
1.3氣候差異
加州年降水量在分布上也是極不均衡，有著明顯的氣候性差異，近年來，加州洪水和干旱時有發(fā)生，如1986年的洪水過后連續(xù)6年的干旱；1997年1月份的大洪水過后，緊接著從2月至下年的6月又是連續(xù)嚴(yán)重干旱。
加州30％的農(nóng)業(yè)灌溉和城市用水來源于地下水，當(dāng)發(fā)生干旱的時候，過量的開采地下水，導(dǎo)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(xù)的良性循環(huán)。
為了保證加州穩(wěn)定的水量供應(yīng)，上世紀(jì)30年代開始，加州先后建設(shè)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。
隨著人類活動的增多，大氣中二氧化碳濃度的增高，全球的氣候有著變暖的趨勢，很多專家預(yù)言未來一個世紀(jì)內(nèi)溫度將會上升2-5攝氏度。對于加州來說，如果發(fā)生全球氣候變暖，可能導(dǎo)致冬季雨雪更多，而夏季則更少，季節(jié)性差異將更加明顯。
2.加利福尼亞水利工程的工程體系
無論是加州現(xiàn)在的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展還是未來長久的繁榮都離不開充足的水資源供給。從上個世紀(jì)三十年代開始，加州政府就十分重視水利工程的修建，以解決州內(nèi)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，這其中最著名也最為重要的是加利福尼亞水利工程（以下簡稱加州水利工程）。
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(nèi)，有沙漠和亞熱帶高山分布，水資源有著明顯的地域性差別。當(dāng)一些地區(qū)苦于51mm的年降雨量時，另一些地區(qū)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，人口卻越來越密集。更好的儲存和控制水資源，把水資源調(diào)送到最需要的地區(qū)是加州水利工程建設(shè)的基本思路。
二戰(zhàn)之后，加州人口數(shù)量的增長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(shè)想；并于50年代得到了充分的論證；1951年，聯(lián)邦政府議會批準(zhǔn)了加州水利工程并且為詳細(xì)的研究撥出專項資金。1959年立法機(jī)關(guān)通過了burns-porteract法案，批準(zhǔn)發(fā)行17.5億美元的債券進(jìn)行最初的工程建設(shè)，在60年代由全州人民投票通過該法案；以后在大約十幾年的時間，加利福尼亞水利工程完成了大部分工程建設(shè)內(nèi)容。
在加州有超過三分之二的公民或多或少的受益于該工程供應(yīng)的水。不僅如此，工程還供給數(shù)以萬計工廠和成千上萬畝的農(nóng)田灌溉。
2.2加利福尼亞水利工程的供水系統(tǒng)
加利福尼亞水利工程是長距離調(diào)水工程，工程的供水系統(tǒng)由32個蓄水庫、18個泵站、四個抽水蓄能電廠，五個水力發(fā)電廠，1065公里長的水渠和管道組成，其中包括著名的奧羅維爾大壩，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，沿著雁翎河的支流，水自流到巴特縣境內(nèi)的奧羅維爾湖，它們組成工程系統(tǒng)中最主要的蓄水湖庫。在春冬季節(jié)，奧羅維爾湖把來源于雁翎河上游的水儲存起來，年平均蓄水庫容達(dá)3.7╳109m3，經(jīng)凱悅、鐵馬利托等三個抽水蓄能電廠流入雁翎河的天然主河道，之后水蜿蜒流入薩克拉門托河和三角洲地區(qū)。
2.2.2中部輸水工程
在三角洲地區(qū)，工程分為兩個部分——北部灣水渠和南部灣水渠。
水通過巴克爾河泵站和考德利亞泵站后，沿著北部灣水渠流入納帕縣和索拉諾縣，以滿足這兩個地區(qū)的用水需求。水向南流，通過沙洲、南灣和迪瓦雷泵站到三角洲南部的比薩尼水庫，再從這個小水庫把一部分水通過南海灣抽水蓄能電廠輸送到南海灣水渠，以滿足阿拉米達(dá)縣和圣塔克來拉縣的用水需求。
在三角州地區(qū)，根據(jù)水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，有一部分棄水流到太平洋中，余下的大部分水繼續(xù)送往北加州、舊金山灣地區(qū)，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，西渠終點是洛杉磯北部的家斯達(dá)克湖，東渠終點是臨河縣的佩利斯湖。
當(dāng)水流到加利福尼亞水渠中部，途徑中部灣的南圣霍金谷時，水渠又向西分出支渠，延長了164公里至中部沿海地帶的圣達(dá)巴巴拉縣，為圣達(dá)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(shè)計流量在三角洲處是292m3/s，在穿越德哈查比山脈到達(dá)南部海岸地區(qū)時是127m3/s。途徑多個提水泵站，如友誼泵站，美景泵站，梯嶺泵站和科利斯曼泵站到達(dá)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，水位在不到14公里的距離內(nèi)提升587m。艾蒙斯頓泵站是世界上單位距離內(nèi)水位提升最大的泵站。從泵站出來水流入了羚羊谷。
在羚羊谷水流流向兩個支渠——西渠和東渠。在東渠支線上修建了梨花泵站、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(dá)魔峽發(fā)電站，最后流到佩利斯湖。水流在西渠支線通過奧索泵站和平安谷管道到達(dá)華爾那發(fā)電站，穿過華爾那發(fā)電站水就流入了洛杉磯境內(nèi)的金字塔湖，從金字塔湖出來流經(jīng)天使運河和加斯達(dá)克抽水蓄能電站來到西渠的終點——加斯達(dá)克湖。
下圖是加州水利工程設(shè)施地理位置圖。
圖2加州水利工程設(shè)施地理位置圖
3.加利福尼亞水利工程的社會經(jīng)濟(jì)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(diào)節(jié)不同地區(qū)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，提高魚和野生動物的生物棲息環(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1046km內(nèi)，共修建18個提水泵站，比如從三角洲至圣霍金谷段，從海拔120m提升1034m，在距離73km內(nèi)水提升了914m，是目前世界上單位距離內(nèi)提升水位最高的工程，水位提升后水可以向南自流，到達(dá)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。整個工程系統(tǒng)中擁有18個提水泵站，一年的耗電量高達(dá)13.7億千瓦時，在流量達(dá)到設(shè)計流量時，僅艾蒙斯頓泵站一家一年就將耗電5.8億千瓦時。而電力能源主要來源于煤電，水電等等。
3.2水力發(fā)電
加州水利工程系統(tǒng)中修建了9個水力發(fā)電站，其中包括5個徑流式電站和4個抽水蓄能電站，每年提供的電量大約有6億千瓦時（相當(dāng)于舊金山城市一年的用電量），其中3/4用來維持整個加州水利工程的運轉(zhuǎn)，即加州水利工程有32％的用電可以自行解決，降低近1/3的運營成本。
如奧羅維爾湖上的凱悅抽水蓄能電站是工程系統(tǒng)中最大的發(fā)電站，年發(fā)電量2.2億千瓦時。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。這兩個發(fā)電站的水庫都是多年調(diào)節(jié)水庫，可以根據(jù)實際的用電需要來決定發(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(dá)到0.18億千瓦時。當(dāng)水自流到西渠和東渠支線時，途徑魔峽發(fā)電站，加斯達(dá)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(dá)到3.4億千瓦時。這些系統(tǒng)內(nèi)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(dāng)時發(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托河的防洪提供了堅實的保障。
在圣霍金谷農(nóng)場多次發(fā)生洪水的時候，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候沒有帶來巨大的災(zāi)難。整個工程系統(tǒng)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
加州水利工程系統(tǒng)為整個加州提供了諸多休閑娛樂的場所，改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和人類的生活環(huán)境。
流入雁翎河留域的水不僅為該地區(qū)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場所和設(shè)施，可以釣魚、劃船、野餐、露營、騎自行車和參觀游玩等等。
在北加州，人們可以在水庫、湖泊中享受各種水上運動，甚至還可以打獵；在南加州，加斯達(dá)克湖和金字塔湖也提供了劃船、郊游和劃水的娛樂項目；在佩利斯湖人們更可以遠(yuǎn)足、爬山和潛水等等；而在整個加利福尼亞水渠隨處都可以釣魚，娛樂等。
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