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王维洛:天下第一门给三峡工程带来天下第一问题

作者:王维洛 来源:中国报道周刊 本网发布日期:2010/3/3 0:46:00

  三峡船闸的闸门从其规模来看可称天下第一门。但是对于三峡大坝这个巨型大坝来说,这天下第一门的规模还是不够,它们给三峡水利枢纽工程留下了两个大孔,威胁到三峡工程目标的实现。为了弥补这个缺陷,三峡工程采取了补救措施,但为此付出了巨大的代价──三峡水利枢纽工程的安全。
  
  一、三峡工程的目标和主要技术数据
  
  三峡工程的主要目标是防洪、发电、航运、南水北调、区域发展、城市供水等等,而第一位,也是最重要的目标是防洪。
  
  三峡大坝坝顶高程海拔185米;
  
  三峡水库正常蓄水位海拔175米;三峡水库防洪限制水位海拔145米;三峡水库初期蓄水位海拔135米。
  
  三峡水库自2003年6月1日开始正式蓄水,10日蓄水至海拔135米,水库库容达123亿立方米。2009年水库将蓄水至海拔175米,水库总库容为393亿立方米。在防洪限制水位海拔145米与正常蓄水位海拔175米之间的221.5亿立方米为防洪库容。
  
  为了保证水库大坝的安全,任何水库大坝都要进行设计最大泄洪流量和水库校核最大泄洪流量的计算:三峡工程的设计洪水位为海拔175米(千年一遇洪水);三峡工程的校核洪水位为海拔180.4米(万年一遇洪水加10%),最大泄洪量为102,500立方米每秒。
  
  另外,为了保证三峡大坝在军事冲突中的安全,军事专家提出:在发现有“战争预兆”时,要采取放空水库的措施,在14天内将水库水位从海拔175米降到海拔135米。只有这样,即使敌方炸毁大坝,也不会对大坝下游地区造成灾难性的后果。有了这个结论,军事专家认为三峡大坝是安全的,三峡工程是可行的。
  
  以上数据和结论均摘自长江三峡工程可行性论证和工程设计。
  
  二、令三峡人自豪的“天下第一门”
  
  如果说三峡大坝和世界上一些著名的大坝有什么区别,就是巴西/巴拉圭的依泰普大坝、埃及的阿斯旺大坝没有船闸等通航构筑物。三峡水库为了在不同时期(汛期、枯水期)适应不同目标,水库水位在海拔135米到175米,甚至到180.4米之间变化,变化幅度大,而船闸等通航构筑物也必须适应这个大幅度的水位变化。
  
  2003年6月17日,三峡两线五级船闸试航,进行现场转播的中央电视台的节目主持人骄傲地向观众介绍了三峡船闸创造的多项世界记录,特别是号称天下第一门的闸门:闸门高38.5米,宽20.2米,厚3.0米,有两个篮球场那么大,重达800吨。虽然船闸闸门高38.5米,但是考虑到风浪,闸门的最大蓄水深为36.5米。
  
  三峡水库的蓄水位为海拔135米,五级船闸要通过轮船,轮船吃水加安全保险系数共5米,三峡五级船闸的一级船闸(即最高的一级船闸)的门坎高度为海拔130米(参见图一,摘自石衡:航运)。闸门高38.5米,闸门顶部的高程为168.5米。这比大坝坝顶整整低了16.5米!比校核洪水位低11.9米!比正常蓄水位低6.5米!受闸门36.5米最大蓄水深的限制,三峡水库蓄水最高只能到达海拔166.5米。将这海拔166.5米水位为船闸闸门最高限制蓄水位。
  
  三、木桶理论
  
  前几年中国流传一个“木桶理论”,就是说,一个木桶的容积,不是由木桶的最高的一块板所决定,而是由木桶中的最低的一块板所决定。这个原理也适用于三峡水库。三峡水库的蓄水能力不是由三峡大坝的坝顶高程或是校核洪水位或是正常蓄水位所决定,而是由三峡大坝枢纽工程中最低的部位所决定,也就是说由三峡五级船闸第一级船闸闸门的顶部高程海拔所决定,更具体的说是由船闸闸门最高限制蓄水位所决定。因此,三峡水库的实际最大蓄水高度只能到达海拔166.5米。由于“天下第一门”的限制,三峡水库不可能蓄水至正常蓄水位海拔175米,三峡的防洪库容不能达到221.5亿立方米,三峡工程的防洪效益当然也无法发挥,万吨船队从上海直达重庆仍然是一个梦。
  
  在水库大坝设计,水库设计最大泄洪流量Maximumdesignflooddischargeofreservoir和水库校核最大泄洪流量Maximumcheckflooddischargeofreservoir是大坝安全的最重要指标。三峡工程是重要的大坝,在计算水库设计最大泄洪流量时采用千年一遇洪水流量,设计洪水位海拔175米;在计算水库校核最大泄洪流量时采用万年一遇洪水加10%的流量,校核洪水位海拔180.4米。从计算指标的选定上,应该说三峡大坝所选用的指标是适合的。
  
  但是由于“天下第一门”的高度不够,保证大坝泄洪安全的海拔180.4米不能达到,三峡大坝的泄洪安全没有保障。
  
  世界上不乏水库大坝失败的例子,有规划的失误,有设计的错误,有技术上的缺陷,有施工质量的问题……1982年奥地利工程师福格尔分析了世界上部份水库大坝失效和失灵案例的原因,其中水库溢顶或溢洪道被冲坏(原因是大坝泄洪能力太小)占35.92%,是水库大坝失事的最主要原因。1975年8月8日河南驻马店地区板桥、石漫滩等水库溃坝,是世界上最大的水库大坝事故,原因之一,也是设计的泄洪能力过小。
  
  四、为了挽救“天下第一门”所带来的问题
  
  三峡船闸的闸门38.5米,重达800吨,天下第一。但对于三峡大坝这个巨型大坝来说,这个高度还是太小,它们给三峡水利枢纽工程留下了两个宽34米,高16.5米的缺口,威胁到三峡工程目标的实现,威胁到三峡大坝的泄洪安全。
  
  解决这个问题的办法,就是增高闸门的高度,建造超天下第一门,把闸门高度提高到55米,就能使闸门顶与三峡大坝坝顶一般高,就能堵住了这两个大缺口。说起来容易,做起来难,三峡工程又何尚不想建这么高的闸门。但是在目前的条件下,这个措施技术上不可行。参预船闸设计和建造的王守运工程师说:“47.5米高(指能够适应水位从海拔135米至海拔175米变化)的闸门已经超过中国的制造能力。”德国专家认为一级船闸的最大水位差为30米。加上5米吃水深,船闸闸门的最大蓄水深35米。而三峡船闸已经超过了德国最大标准1.5米。这也是为什么三峡船闸从2002年7月完工,调试了11个月才试航,试航后还要再调试12个月的原因。如果闸门再做大,不但目前技术上做不到,今后在运行中也会碰到许多意想不到的困难,而妨碍长江航运。
  
  现在三峡工程所采取的补救措施是,到2009年将三峡船闸第一级船闸两道闸门的门坎从海拔130米提高到海拔140米,这样,船闸闸门的顶高为海拔178.5米,蓄水位能提高到海拔176.5米,以满足三峡水库正常蓄水位海拔175米的要求。虽然改建船闸会使长江航运再次出现长时间的严重碍航,但是这个问题并不会阻止决策者一意走到底的决心。
  
  虽然经过这样的改建工程,三峡大坝中的缺口从高16.5米降低为高6.5米,但是这个缺口依然存在,保证三峡大坝泄洪能力的海拔180.4米依然不能达到。
  
  是否能够将三峡船闸的门坎从海拔140米再提高6.5米,这样这个缺口就不再存在了。从技术上来说,这个建议是可行的。但是具体来说,如果三峡水库在汛期把水位降到海拔145米,倒空221.5亿立方米库容为防洪作准备,这时长江航运就中断了。因为水库的水位海拔145米,船闸的门坎为海拔146.5米,轮船无法从库区进入船闸。□
  
  三峡工程现在决定,在防洪期间,将在船闸闸门上加放挡水钢横梁,使最上面一根横梁的高度与三峡大坝坝顶一般高,采取这个措施使蓄水至海拔180.4米成为可能。
  
  在这里请读者思考两个问题:第一,三峡工程的这项措施,对大坝本身的安全有什么影响?第二,三峡水库蓄水至海拔180.4米,对三峡水库的淹没和移民有什么影响?
  
  五、自相矛盾的三峡工程
  
  虽然在二十世纪50年代毛澤東写下了“更立西江石壁,截断巫山云雨,高峡出平湖,神女应无恙,当今世界殊”的诗句,表述了他对三峡建坝的向往,但是60年代,毛澤東则是坚决反对建设三峡大坝,当湖北省革命委员会主任张体学向毛澤東汇报水电部和湖北省关于建设三峡大坝的建议时,毛澤東反问道,头顶200亿水,您能睡得着觉?一句话就否定了这项建议。
  
  头顶200亿水,当然无法睡好觉。
  
  在三峡工程论证中,军事专家认为三峡工程必然是敌方首先攻击的对象。但是他们提出了“战争有预兆”的理论,只要三峡工程采取放空水库的措施,在14天内将水库水位从海拔175米降到海拔135米。这样,即使敌方炸毁大坝,也不会对大坝下游地区造成灾难性的后果。在这个结论基础上,军事专家得出了三峡工程是可行的结论,从而为三峡工程可行性论证画上一个圆满的句号。把星期天早上是闪电战最好的偷袭时机忘得一干二净。
  
  三峡水库在蓄水至海拔135米时,拥有的库容为123亿立方米。随着泥沙在水库中的沉积,这部份库容的大部份将被泥沙淤死,所剩库水不多。“即使敌方炸毁大坝,作用也不大。”
  
  但是当三峡船闸的门坎提高到海拔140米后,若把三峡水库在蓄水降至海拔135米时,长江航运就中断了!长江水利委员会原主任林一山说过,长江航运相当于50条铁路(其实这是言过其实),现在的媒介也多引用林一山的讲话,说明长江航运的重要。要是敌方发出一个预兆,就迫使三峡水库放水至海拔135米,造成长江航运中断,其实际效果超过真正炸毁大坝。
  
  要使长江航运不中断,就必须把水位提高到海拔145米时。而当水库蓄水在海拔145米时,敌方炸毁大坝,对大坝下游地区是什么后果,军事专家并没有给予回答,三峡工程是否可行,军事专家也没有给予回答。
  
  六、万一三峡大坝出事,谁来承担责任?
  
  不管三峡大坝今天是否已经出事,重要的是,万一将来三峡大坝出事,谁来承担责任?按照工程规划设计规定,规划设计部门和工程技术人员对规划设计中的错误所引起的损失负有全额赔偿的责任。只有这种责任机制,才能使工程技术人员在规划设计计算时有“如履薄冰”的态度。
  
  关于三峡工程在军事冲突中的论证在前,船闸实际建造在后。军事专家认为将库水降至海拔135米是保证三峡大坝的主要措施,他们并不知道今后船闸闸门的门坎将高达140米,要保证通航,蓄水只能到达海拔145米,不能降到海拔135米。所以他们对事后改变的条件而使论证结论出错,不承担任何责任。同样负责审查三峡大坝规划设计的人员也无须为此承担责任。
  
  那么是否由负责船闸设计的工程技术人员来承担这个责任呢?回答又是否定的,因为他们和大坝在军事冲突中的安全没有直接关系,他们的任务只是怎样使长江航运不中断。
  
  没有人对这个错误负责!那么这样的大坝设计建设就有大问题了!
  
  七、为什么三峡工程会出现这样的错误
  
  按理说,三峡工程经过400多位专家论证,100多位专家审查,大坝和船闸建成后都经过国务院的工程质量检查和验收,不应该出现这样的错误。但是从三峡工程的论证、设计、建设的整个程序来看,出现这样的错误又是必然的。
  
  首先,三峡工程论证分十四个专业组獨立进行,防洪的一组,搞航运的一组,你搞你的,我搞我的,没有协调,没有进行综合考虑。同样,审查也是一样,分十个专业组进行,只有专业检查,没有综合检查。虽然各组都通过专业审查,但是却给大坝留下了致命的缺陷。
  
  其次,三峡工程论证、审查、设计、建设,是由同一批人进行的。考生自己批考卷,他能发现什么错误吗?三峡工程开发总公司总经理陆佑楣,是三峡工程论证领导小组副组长,又是三峡工程论证审查委员会办公室主任,最后负责三峡大坝的建设。张光斗,三峡工程论证时的特邀专家,三峡工程论证审查的成员,三峡工程初步设计审查总负责人,又是国务院三峡工程质量检查组组长之一。钱正英,三峡工程论证领导小组组长,又以国家领导人身分参与三峡工程论证审查、三峡工程初步设计审查,也是国务院三峡工程质量检查组组长之一。
  
  第三,担任三峡工程的设计单位本身的设计理念和技术水平问题。1998年洪水中溃堤的豆腐渣工程──九江大堤的设计单位以及工程监理单位,就担任着三峡工程的设计和工程监理工作。
  
  第四,在1992年全国人民代表大会批准三峡工程上马后,曾多次发现三峡工程论证设计中的严重问题,但都没有将工程停下来,重新对可行性论证的结论进行检查。比如1993年,三峡工程的造价从批准时的500多亿人民币猛涨到900多亿;又比如1998年发现三峡论证中“移民可以本地安置”的结论是错误的;又比如2001年发布的三峡水库蓄水海拔135米的库区各地的水位,纠正了1989年三峡工程论证移民组的“三峡水库蓄水至175米时没有水力坡度”的错误结论,但又不公布蓄水至175米时水库各地的具体水位,以及由此要增加的移民人数。现查明的三峡库区的滑坡地段,是工程可行性论证时的10多倍;现在关于三峡蓄水对长江水质影响的结论,否定了工程可行性论证时的结论……
  
  八、结束语
  
  作者的“三峡大坝的自身安全保障特性”中对三峡船闸对大坝安全的影响提出了不同的看法。对其中几个问题做出下面的解答:
  
  三峡船闸是不是三峡大坝的一部份,是不是三峡水利枢纽的一部份,这只是一个定义问题。虽然三峡船闸和大坝中间还隔着坛子岭,但是三峡船闸的闸门和三峡大坝一起控制着三峡水库中的几百亿立方米的水。对下游人民生命安全造成威胁的不是几千万吨钢筋水泥组成的大坝,而是坝后的几百亿立方米水。请看一下图一,就可以知道,虽然船闸有六道闸门,但是只要破坏了第一和第二道闸门,三峡水库的水就会失控。如果第一闸门关闭、第二闸门打开(第一闸门内外的水位差为30米),轮船正从第二闸室进入第一闸室或是从第一闸室进入第二闸室时,此时只要摧毁第一道闸门,三峡水库的水就失去控制。下面的几道闸门由于位置底,无法阻挡夺门而出的库水。再说闸室中的万吨船队在洪水的冲击也足以冲垮几道钢门。
  
  置于升船机,最后是由德国专家帮助设计的,它的安全性更差。三峡升船机不是采用丹江口大坝升船机的形式,不是翻坝而过,而是穿越大坝而过。在给全国人大代表观看的模型中也当作是翻坝而过,没有体现穿越大坝的航道,代表无法了解升船机对大坝整体性和安全的影响。这个模型为决策提供了一个错误信息,也使许多人发生误解。
  
  三峡坝顶高海拔185米,蓄水超过180米也是很可能的,180.4米是三峡水库的防洪高水位。“每上升一米可容纳的水体就越多”,这个道理也是对的。国外移民按防洪高水位出发,三峡工程移民按正常蓄水位175米(水平线)计算,将来蓄水却要超过180米,这就不合理了。每上升一米要动迁的移民也要增加许多,这个帐也要算。本文中解释了三峡船闸的门最高只到178.5米,没有挡水横梁,三峡水库蓄水无法超过180米;加了挡水横梁,轮船又无法通过三峡船闸。这也证明了,三峡船闸和三峡大坝不可以分割开来考虑,虽然中间有道岭。
  
  公开、平等地讨论问题,关键不是让读者接受我的观点,而是让读者去思考,去形成自己的观点,用自己的眼睛去观察,用自己的脑袋去评判三峡工程。
  
  作者为工程师,旅居德国。
  
  


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