拉斯维加斯比大小规则(沙漠城市拉斯维加斯的救命工程)

Posted 2023-05-27

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拉斯维加斯比大小规则(沙漠城市拉斯维加斯的救命工程)

延绵2250公里的科罗拉多河是美国西南部4000多万人的“母亲河”，2021年美国西南部干旱愈加严重，人们发现科罗拉多河的水不够用了。#世界水日# PS大众科学“水特辑”第十弹：《沙漠城市拉斯维加斯的救命工程》，详尽记录与回顾，如何开凿密德湖底向拉斯维加斯供水。这个规模浩大、成本高昂、争议不断的水工程也向人们预示着全球水资源危机已迫在眉睫。

随着密德湖水位的下降，围绕胡佛水坝后的水面线出现了白色的矿物质沉积带。

关于密德湖：密德湖由胡佛水坝形成，是美国最大水库。水位在溢洪闸处时，湖水库容为 357 亿立方米——这是科罗拉多河两年的总流量。

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密德湖的水间带在视野内绵延数千米远。在富含矿物质的湖水侵蚀下，高达 37 米的裸露岩石带呈现灰白色，像一条环带沿水岸线围绕着密德湖。过去 15 年间，密德湖水位下降了近 30 米，这无疑是肆虐美国西南部的严重干旱对人类的警告。美国境内各大饮用水水库正面临严峻危机，在这一阴影下，全美最雄心勃勃的水利工程之一应运而生。

故事要从几年前的工程建设时期说起。

在密德湖碧蓝色水面之下 183 米，一台定制的盾构机——长度超过两座橄榄球场，重量超过 4 架波音 747 客机——正缓慢地、一寸一寸地切割饱含水分、支离破碎的岩床。盾构机直径近 7.3 米，掘进面装有 44 只刀盘和 23 只切割刀。这条在建隧道最终将与固定于湖底的一根钢 - 混凝土混合结构立管连通。在工程场址以西 40 千米，已建成的两个取水口正将密德湖的湖水送往拉斯维加斯，而绰号为“第三根稻草”的第三取水隧道则位于湖面以下 61 米，足以保证直到湖水干涸都能持续取水。

“这实际上是现有取水口的抗旱措施，”项目经理Erika Moonin 说，她曾在南内华达州水务局任职 17 年之久。“如果旱情持续恶化，1 号取水口很可能将无水可取。未来几年的预测结果不容乐观。”当我在距密德湖几百米外的工地上见到 Moonin 时，她身着宝石绿色丝绸衬衫，脚蹬钢头安全靴，头戴安全帽。在她向我展示的工程图上，这条 4.8 千米长的引水隧道将通过一条 800 米长的连接隧道与一座现有的泵站连接。“如果不发生重大意外，我们可以在 1 号取水口干涸之前竣工。”

作为自 1906 年有记录以来科罗拉多河流域最为严重的干旱，旱情已持续十多年之久，密德湖的半数水量蒸发殆尽。还记得我造访密德湖的那天，湖面水位为海拔 338 米（“第三根稻草”将抵达海拔 262 米的湖床）。如果水位再下降 15 米，1 号取水口将暴露在空气中。这不仅会给 90% 的水来自该取水口的拉斯维加斯带来麻烦，还将给美国南部所有居民敲响警钟。距离建设工地不远的胡佛水坝为下游一系列小型水库和运河供水，而这些水库和运河是包括我居住的洛杉矶社区在内的美国西南部各居民区的水源。

我穿上橡胶防水靴和橘红色救生衣，戴上安全帽和防护眼镜，跟随 Moonin穿过石渣堆成的宽阔阶地和数千块整齐码垛的混凝土板。我们沿着一条泥泞小路来到了通往连接隧道的竖井，我爬进 “鸟笼”，这个鲜黄色金属轿箱“哗啦”一声关上，起重机开始将其缓缓吊入 137 米深的竖井。随着深度的增加，空气变得炎热而潮湿，水珠开始从墙上滴落。“这里已经在湖床水位以下了，我们花了很大力气对付渗水。”她说。

“鸟笼”在六七名正在布设钢筋的建筑工人身旁停下，我从他们身边走过，开始观察连接隧道。隧道略微向上起坡，向右转弯，消失在无边的黑暗中。在北侧 30 米，它连接着“第三根稻草”的末端，再往北 2.4 千米，盾构机正夜以继日地挖掘着岩床。这台机器已经打通了从湖岸到隧道终点的一半距离。终点别号“柔眼”，位于湖床上竖井的侧面。在未来的两年内，如果一切顺利，湖水将会填满我所在的地方，并以每秒 1 米的速度涌向泵站。

工程规模的浩大让我不禁对其产生敬畏之情。但是别忘了，这只不过是绝望之举，是人们继续从科罗拉多河获得水源的最后一丝努力。在许多河段，从前奔涌不息的河水现在已经细若游丝。拉斯维加斯及其他西部城市的规模仍在不断扩大，迫使基础供水设施的建造速度必须超过用水需求的增长速度，否则水资源将很快耗竭。

下科罗拉多河流域调水工程概览

两条隧道都会穿过高含水量破碎岩层，因此防止发生透水事故成了一项长期挑战。

盾构机正在开凿直径6米，长1.8千米的3号取水隧道。盾构机可在17巴的压力下工作。

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2253 千米长的科罗拉多河发源于落基山脉，蜿蜒流经 5 个州，最后流入墨西哥境内，滋养着沿岸的 4000 多万人口，并为 223 万公顷耕地提供灌溉水源。1922 年签署的《科罗拉多河协定》首次确定了沿线各州的用水权分配框架，这一框架在建立之后的数十年内中几乎没有变化。在协定下，科罗拉多河流域 7 个州（包括怀俄明州、犹他州、科罗拉多州、新墨西哥州、内华达州、亚利桑那州和加利福尼亚州）每年分配 185 亿立方米的总水量指标。此外，墨西哥的用水权也得到认可，1944 年，墨西哥获得了每年 18.5 亿立方米的水量指标，使得总水量指标达到 203.5 亿立方米。多年以来，沿线各州很少全部提取所分配的水量，但是时至今日，河水已不敷使用。

现在，我们已经知道用水权分配框架建立在了错误判断的基础上。“科罗拉多河的分配水量远超供水能力，”加利福尼亚州奥克兰太平洋研究所的水资源专家Peter Gleick 说。“我们的用水量已经超过了大自然所能提供的水量。”每年 203.5 亿立方米用水量是依据科罗拉多河 20 年内的流量统计计算得出的，而从 1906 年到 2005 的一百年间，科罗拉多河流域的年均实际淡水补充量却仅有 185 亿立方米。水库的水位本应是上下波动的，他说，“但我们只能看到水位不断下降、下降、再下降。”据联邦垦务局数据，密德湖的水位早在 2016 年 1 月就下降到了 328 米，从而不得不减少沿岸各州的分配用水量。

更糟的是，科学家通过研究树木年轮发现，20 世纪是过去 1200 年间气候最为湿润的两个 100 年周期之一。在过去两千年间，美国西南部曾经遭遇过多次长期干旱，有些旱情持续了 30 年甚至更长。今天的水资源短缺可能并非异常现象，只不过是恢复了历史上的常态而已。

气候变化只会使水资源短缺问题更趋恶化。数学模型表明，科罗拉多河流域的降水量将在未来 50 年内减少 15%。“即便只减少 10%，后果也将十分严重，” 斯克里普斯海洋研究所的海洋物理学家 Tim Barnett 说。他在此前完成的一项研究中发现，如果气候变化因素使得该地区持续干旱，科罗拉多河的供水量将在本世纪中叶出现 10~40% 的缺口。更高的气温将加速地表水蒸发，并降低山峰积雪场的水资源储量，而积雪场正是地表融水的稳定来源，在夏季尤甚。科学家无法给出气候变化对当前干旱的影响程度的确切数据，但在某种程度上数字大小并不重要，重要的是：他们确切地知道气候变化正在发生，并且会让旱情更加严重。

许多地方尚未准备好应对即将到来的水资源短缺。在农业用水占总用水量 80% 的加利福尼亚州，旱情尤其严峻。正常年景下，该州 40% 的耕地定期被洪水淹没，从而给一些喜水作物（例如稻米）的生长提供了良好条件。许多居民的水费账单和实际用量没有挂钩，无法利用财务激励手段促进节水—这一状况持续到 2015 年一部新的州法生效后才有所改观。在美国西部大部分地区，自从 20 世纪 80 年代中期发生持续干旱以来，人们对旱灾还没有引起足够的担忧，但拉斯维加斯是个例外。

一条800米长的连接隧道将引水隧道与密德湖当前水利设施连接起来。

工程人员在密德湖上的一艘驳船上修建了一根立管，并将其固定在湖面以下91米深处。

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在任何一个方面，拉斯维加斯比其他任何美国城市都要更极端。比如人口，1989 年，拉斯维加斯市区人口为 70 万人，而现在已经激增至 200 余万人。再如年降水量，洛杉矶 381 毫米，菲尼克斯 203 毫米，阿尔伯克基 241 毫米，而拉斯维加斯却仅有 102 毫米。在夏季，拉斯维加斯平均最高气温达 39.4 摄氏度。拉斯维加斯没有农业，工业也不发达，主要依靠旅游业：每年有 4000 万游客乘坐飞机抵达莫哈维沙漠中这惟一的一片绿洲——吸引他们的是百乐宫酒店门前的舞蹈喷泉、模仿水城威尼斯的人工河道、海盗船、泳池、以及高尔夫球场。

这里的吸引力有点过头，用水也有点奢侈。在赌城大道，你很难找到一个听不见水声、看不到水景的地方。在拉斯维加斯，新落成的拥有 4000 个房间的阿丽亚酒店门前的大喷泉也只是一般货色，尽管水柱经过精心设计，还有彩色光束进行点缀。我走进高耸轩敞的酒店大堂，找到了 Chris Magee。他和拉斯维加斯的渊源也在于水——获得过大学游泳奖学金，随后在一个度假村的游泳池担任救生员。现在，他担任美高梅国际酒店集团可持续设施部门执行董事一职，在拉斯维加斯，该集团拥有阿丽亚酒店、曼德勒海湾酒店以及其他地标性建筑。

“我们把水分成两个类别：消耗性水和非消耗性水。”他说，绿化用水属于消耗性水，在灌溉绿植后水分蒸发或渗入地下。“非消耗性水指我们能够重新利用的水，在拉斯维加斯，几乎每一滴进入排水道的水最终都会回到密德湖。”我们穿过赌场，坐电梯上行十几层后抵达一间豪华套房，他向我展示了他们的节水水具和电器。在这里，以及拉斯维加斯的所有酒店房间和住宅，每个淋浴器、每台洗衣机以及抽水马桶收集的污水被泵入一座处理厂进行净化，随后返回密德湖。湖水由取水口重新收集，处理后送往遍布这座城市的自来水龙头。拉斯维加斯消耗的水中，有半数会返回密德湖。

他带着我穿过多刺的仙人掌和貌似苏斯博士笔下的漫画人物一般的肉质植物。“二十年前，没人会想到在大型酒店和赌场周围种沙漠植物。”他说，住宅业主在室外园艺上耗用了他们 70% 的用水量，现在有法律强制他们种植只需少量水就能生长的沙漠植物。Robert Kern是一名巡查各社区，追查违法用水行为的水务警察（官方名称是“调查官”）。当我陪同他一起巡查时就感觉他的执法不会遭遇什么阻力，他那和善的脸庞不时浮起微笑，看起来像是一名态度和蔼的邮递员。

“每年这个季节，每周只允许居民们浇一次水，”他一边说一边把皮卡开进一个由独立住宅组成的老社区。居民们常常主动举报邻居，他说，人们了解法律规定，对用水都很自觉。“法律条文哪里都能看到：水费单上、网络上、电视上。社区居民都自己充当警察的角色。”他说，这个社区最初建成时，每座住宅都有前后院草坪，现在都没了。“每平方米草坪每年要耗水 2.7 立方米，而每平方米沙漠植物只需 0.4~0.5 立方米。”

2002 年，科罗拉多河流域遭遇有记录以来最严重的干旱，从该年起，拉斯维加斯开始对耗水大户开出罚单。鼓励居民用沙漠植物替代草坪，并给予每平方米16 美元的补助，同时，只允许在新建住宅后院的一半面积种植草坪，而前院不允许种植。新建商业楼盘则不允许种植装饰性草坪，赌城大道中央分隔带上的草坪实际上是人造的。

Kern 边开车边观察路边的排水沟，一旦发现沟中有水，就立刻去查找水的来源。我们沿着一条水流追查到一座粉红色灰泥外墙的单层住宅，前院里种着一棵椰枣树，树下满是绿色草坪。今天不允许浇水，但这里的喷灌器却在开足马力喷水，由于喷嘴设置不当，很多水撒到了人行道上。他跳下车，手里拿着纸夹和摄像机开始录像。他说，房主将被警告两次，第一次罚款 80 美元，第二次罚款数额翻倍，而第五次违规的罚款将高达 1280 美元。罚款会列在水费账单上，“他们可以抗辩，但每次我们都保留了录像证据。”

20 年来，拉斯维加斯的用水量已经削减了 1/3，人均日用水量从 1.43 立方米降至 0.97 立方米。进一步削减用水量的潜力还很大：水价非常低，一级水价仅为每立方米 25 美分，近乎白送。而在同样依赖科罗拉多河的洛杉矶，水价却是拉斯维加斯的 3 倍。拉斯维加斯位于沙漠中部，处于干旱的核心地带，迁居到此退休养老的人不断增加，他们都想把自己在东海岸的私家花园搬到莫哈维沙漠里。随着水资源的进一步短缺，拉斯维加斯的日子也许并不会更难过，“第三根稻草”就是水资源保障工程的重要一环。

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开凿“第三根稻草”

开凿“第三根稻草”就像修地铁隧道，不同的是一项额外挑战：“这是截至目前全世界开挖的水压最大的隧。”Moonin 说。湖底之下的岩床为多孔构造，地下水会从隧道两侧渗入，湖水则可能从顶部灌入。在连接隧道内，从作业面开始，在地上堆起了沙袋，形成一条 0.46 米深的水渠。每分钟，水泵都会把 6600 立方米的水泵上地面。主取水隧道的渗水问题比连接隧道严重得多，开挖工程刚一开始，工人就得穿上全套雨衣和雨靴。

自从破土动工以来，这一预算 8.17 亿美元的工程一直受到工期延误和成本超支的困扰。2010 年，工人不慎打通一个断层造成了透水事故，迫使工程师们不得不另开一条隧道，工程造价因此大幅度增加。2012 年，隧道洞壁混凝土松动，引发高压砂浆喷出事故，导致一名 44 岁的建筑工人死亡，另有一人受伤。工程进展也十分迟缓，自 2012 年 3 号取水隧道掘进工程开工以来，盾构机在常压模式下的日平均进尺为 10.7 米，而在加压模式下，日进尺却缩短为 1.5 米。

与此同时，南内华达州水务局在当时还研究了一个更为大胆的 B 计划：修建一条402 千米长的地上输水管道，从内华达州农业发达的东部峡谷地区输送至拉斯维加斯。事实上这项工程早在 30 年前就已提出，却深陷法律诉讼的泥沼之中。

在这之前，拉斯维加斯规模浩大的公共工程好像还是个反常现象：一个极端化城市的极端化工程。然而现在，它们已经遍地开花，不啻为对即将到来的水资源危机的预示。加州卡尔斯巴德建设了一座造价 10 亿美元的海水淡化厂（2020 年建成），通过附属的 16 千米长的输水管道满足圣迭戈 7% 的用水需求。再往北，人们正在为是否在萨克拉门托 - 圣华金三角洲挖掘两条总造价高达 150 亿美元的地下隧道而争论不休，这项工程计划把源自内华达山脉积雪场的河水送往南部的农业区和城市。

此前内华达山脉年度降雪量创下历史新低，但就在我造访拉斯维加斯的那一周，我看到 Facebook 好友张贴的得意自拍照，他正在科罗拉多滑雪场半米厚的新雪上滑行。近年来，科罗拉多河流域地区交了好运：该地区积雪场的积雪量达到了正常水平的 115%。然而，有多少融水能最终流入密德湖还取决于融化时间和融化速度的复合影响。

有一点是毋庸置疑的：这肯定不够。正如太平洋研究所的 Gleick 所说，“20 世纪修建的水利设施将无法满足我们在 21 世纪的需求，我们必须换个方式。”同时，我们将为此付出高昂的成本。随着城市规模的日趋庞大和气候的不断变化，水资源将变得更加稀缺，我们将在水上花费更多的资金，最终，水费也将上涨。毕竟，一旦到了无水可取的境地，无论多少根救命稻草都将是百无一用。

本文以及图片由PS大众科学首发，是对全美最雄心勃勃的水利工程之一的详尽记录与回顾。2022年3月更新