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关于长江三峡修建高坝的可行性问题

作者:黄万里 来源: 本网发布日期:2010/7/9 0:39:00

                            一、概说

    作者曾在修建长江三峡高坝前后,六次上书中央建议勿修此坝。此坝建成蓄

水后将使金沙江与四川盆地下来的河槽中的砾卵石和部分悬沙在重庆沉积下来,

形成一水下堆石坝,堵塞重庆港,其壅水将淹没合川、江津等城镇、殃成数十万

人民淹毙的惨剧。此坝永不可修。

    本问题有关学术方面的解释曾载于水利水电学报1993 年、1994 年及1995 年

各一期:《关于长江三峡砾卵石输移量的讨论》。

    此坝修建的可行性不能成立,首先由于对生态环境影响将起祸害的作用,其

次才是对于坝工本身可行性也认为不成立。文中依据治河规划与流域地貌的原理

作了简要的分析,指出高坝蓄水后成灾的必然性。

   最后提出停修或改建低坝的建议。

                 二、工程本身建设的可行性问题

    所谓工程本身(Infrastructure)这里包括大坝的全部工程,其上游库区及下

游泄流对河槽保护的必要工程。此外,上游和下游环境所必需的保护工程不属之。

三峡大坝目的是长江防洪、航运改善、水力发电、附带灌溉供水,又不可免

地包括治河工程。它又属于四类治河方法之一;蓄(拦河蓄水)、塞(筑堤防洪)、

浚(浚深河槽)、及疏(溢洪疏流)。所以三峡大坝的设计规划必须同时考虑到各

种综合利用的工程和四种方法的分配效果和工程规模,据以达到以最小工费产生

最大的效果的目的。

    在上述诸目标之下,必先考虑工程本身下列四种可行性的分析,这是起码的

条件。这四种可行性都是相互独立的,也就是每种可行性都须各自成立,然后才

能进而研究最小工费最大效果的方案。

    这四种可行性是:科技可行性、经济可行性、社会影响可行性和国防可行性。

许多人提出意见反对修建三峡高坝都是准对这四种可行性的。

    综合起来,这四方面的可行性是否成立在於,首先科技方面。长江选择在三

峡修坝,原是因为各峡谷只有500 至1000 米宽,修了高坝上游河宽约2000 米,

可用较短的坝长产生容积极大的水库。加以长江水流又丰富,对于发电通航都很

合算。不但政治家看了眼红,连筑坝工程专家萨凡奇也赞同。但高坝必须有强固

的河床基础,只有坝下游就近三斗坪才找得到火成岩基础,而这里坝长须达1980

米,反而比峡谷的宽度长一倍,失掉了原来理想的狭谷出大库的优点。这样,混

凝土量需要很多,施工时期需要17 年之久,核算起来,按复利计算七年本利和将

成倍,结果极不经济。于是按计委规定,竟用静态不计利息来核算,这就无法自

圆其说了。至於淹没田地百万亩,迁民百万多,真是一个难题。我国可耕地只占

全球的7%,而人口达22%,耕地原是多么宝贵。至于军事方面防空问题,以前

张爱萍将军曾作出分析向周前总理报告,请暂缓考虑筑坝。於是工程本身的这四

种可行性皆不成立。

                  三、工程的上游生态环境影响问题

   前述工程本身的可行性问题是众所周知的,提出不同意见者很多。而笔者个

人提出的问题——生态环境影响( Ecological Environmental Impact)的考虑却是

另外一个大家生疏的最根本的问题。其中生态问题早已在法国对我们缺席裁判造

坝,曾予援助的加拿大则已承认错误。这生态问题倒不是绝对地得出结论决不可

筑坝,而笔者提出的三峡高坝永不可修乃是环境影响的问题:在坝成蓄水以后,

在重庆水平流缓,从上游金沙江和四川巴蜀盆地的各江中的砾卵石河床料(bed

forming materials)将冲下来自动造成一个水下堆石坝,此外,更多的水中漂游着

的悬沙也部分沉积下来,堵塞住重庆港,断绝航道。洪水时抬高水位,壅及上游

合川江津一带,淹没较两县更低洼之地,那里人口数十万,可能发生十倍於1983

年7 月底安康汉水之灾,惨绝人伦。这就是长江干流永不可修高坝的理由。若重

来一个81 年7 月当地的洪水,则只要一次大峰便可成灾。

                 四、治河规划与流域地貌

    拦河筑坝是治河规划中的一种措施,凡坝工设计施工以前,坝本身的规划必

须符合流域治河的全面规划。拦河坝调节水流改变了自然的河床演变,使河中水

流率(俗称流量)和沙石的输移率G 在各断面x 随时间t 不断改变:Q(x,t),G

(x,t)。后者又分为漂流水中的悬沙输移率Gs 和在河槽里移动的床沙输移率Gb

269(bed load):G=Gs+Gb。这里床沙包括砾卵石、粗沙等,泥沙是流动的固体的总

称。床沙输移表现为河床演变,悬沙输移不直接影响河床演变。

    流域内治河的规划受到流域地质地貌条件的制约。长江上游大片地层的岩基

是由页岩和沙岩组成的。前者风化后成为泥,后者风化后成为沙。它们在暴雨后

被地面迳流冲刷到江中成为悬沙。大片岩基两亿年前就被全面复盖了砾卵石,连

同山头大小溪沟都铺满。雨水陆续把它们冲入江,成为床沙,也就是河床料,河

床演变的主体。

    河床料作为河床演变的主体,是治河的对象。在大江里床沙厚达30 至40 米,

其输移率是无法实测的,而悬沙则可能测到。

    在一二级支流里床沙只一米厚,同时移动时,其输移率也不易测到;只有在

岩基横穿河槽的情形下,船工所谓“石龙过江”者,在浅层砾卵石同时移动中可

能测到,例如岷江上游都江堰断面上人们用铁丝网多次兜住卵石而测到。

拦河坝工程的基础学术是土木工程中的建筑结构和水力学,工程规划的基础

则是水文学,涉及治河学原理。水文学始於1930 年,由于工程要求水资源利用和

洪水定量而发展起来的。

    水文学的基础学科是水文地理学和水文计算学术。前者的内容是水文气象学,

水文地貌学和水文地质学,其中地貌学成立最迟——1954 年。水文计算的基础是

水力学和概率论统计法。

    不通水文学而论治河,就限于由土木工程观点所控制的治河方法,这是不全

面的,对于水利工程可说尚未入门。笔者才疏学浅,惟恐尚在门外,居常孜孜学

习,并求教于世之学者。

            五、对于三峡高坝建设可行性的不同认识

    前述作者提出的环境影响使三峡高坝永不可修的问题,长江水文局等不少专

家提出了不同看法,问题的内容和详细的解释见中国水利水电学报各期,兹简述

如次:

    (1)若有大量砾卵石河床料沉积重庆港就会造成灾害,这点是大家同意的。

不同的意见是,人们认为,根本长江的河床料可能极少。根据本处“世界最精确

的推移质输沙量”测验,长江重庆通过的只有27.7 万吨/年,宜昌只有75.8 万吨/

年,认为都可以忽略不计,可只考虑悬沙的问题。但是远在上游都江堰,岷江集

水面积仅23000 平方公里(相对宜昌长江流域面积1000000 平方公里),实测的砾

卵石年输移量就有200 万吨之多。如所众知,整个四川盆地是冲刷性的,减坡性

270的。泥沙、卵石年输移统计量是向下游沿程递增的,怎可能上游的200 万吨/年反

而大于下游的27.7 和75.8 万吨/年呢?

    (2)人们就这样解释:卵石在长途推移过程中会磨成细小的沙粒,从河床里

悬起成为泥沙,并有各家的实验证实。但是作者曾在当地长期测量的经验里,目睹上

游的卵石反而小得象拳头那样,约10 厘米直径;而下游合川广大滩地上卵石大得象

两手掌合起来那样,50×100×30 厘米3,这怎样解释呢?

    原来地质历史上两亿年前长江是由东向西流的,大江出口向地中海。直到青

藏高原抬高起来后,才反过来成为今日西向东出海。这在长江专刊上有详尽的叙

述。

    (3)人们又妙计出笼,可以在各大支流的源头筑坝拦住卵石出谷,这样重庆

不会堆成水下堆石坝了。庶不知金沙江和四川盆地是全面堆满着砾卵石的,只要

有暴雨,它们就会在河槽里被冲成为砾卵石河床料。另外页岩沙岩化成的悬沙也

会在重庆港沉积下来,相助堆石坝之堆高。悬移的泥沙长江水利委员会估计输移

量平均年达7 亿吨,而床沙卵石1 亿吨,作者统计所估,为人们所拒绝承认的。

当然,从每平方公里的卵石量累积起来约估,只是粗略的,但其误差若竟大了十

倍,只有一千万吨卵石堆在重庆,这个多年平均量恐怕也难在汛期挖净,于是上

游泛滥成灾,仍在所难免。这是由于人们不理解大江里无法实测出多层同时移动

着的卵石输移率Gb(x,t),而又不承认统计法的合理性,这样造成的。详见水力

发电学报1995 年第1 期92 页第五节。

              六、三峡高坝蓄水成灾的必然性

     黄万里分析流域整体运筹(误译为系统工程System engineering)与江河治理

的原理中得出结论:凡是江河干流其上游汇水流域属于冲刷区具有大量耕地者,

其各支流造床料为砾卵石者,一律不可在干流拦河筑坝。换言之,若干支流源头

没有大片耕地,造床料不是卵石而是泥沙,则可以;而长江干流则不可。若卵石

输移率和量皆小而可以及时设法处理者则可以考虑拦河筑坝。今四川盆地和金沙

江广袤百万方公里,人口一亿,全域铺满卵石,其上冲积土壤厚不及一米,断然

不可修高坝拦江。这是应用水文地貌学的知识,这是定论。

    但是人们忘了四川1981 年7 月的洪水多么可怕,冲入干流约有二亿吨卵石,

幻想三峡高坝蓄水后也许不致於造成堆石坝,不至於酿成灾害,那么,长江的大

支流汉水1983 年7 月安康的洪灾便是一个足以警告的先例。

    汉水南岸安康县虽地势低洼,但城内房屋总不至於修在洪水位之下。安康下

游沿汉水约200 公里为丹江口水库,1969 年完工。安康以下河槽内卵石早已淤高。

且其下游石梯一带为狭谷直壁,宽仅150 至200 米。河床既高,峡谷又窄,洪水

到来,水位自然抬高,原来测定的水位H~流率Q 关系不复适用,即:H~Q 线已

被抬高。洪水退时,石梯峡口沉积的卵石将陆续冲向峡口以下,慢慢地降低洪水

位。

    安康“837”洪水实际并非极大。据实测资料83 年7 月27 日至成灾日31 日

安康以上流域平均降雨量如下表:

    

    汉水水位涨势很猛。加以其上游石泉水库原已蓄高达406 至407 米。28 日曾

开闸放水,31 日仍回升到407 米。

    8月1日时安康最高洪痕259.44 米,水位很快上涨了19.4 米,高出安康城堤

约1.5 米,高出安康大桥南端桥面约2 米。7 月31 日18 时洪水开始破城进水,

20 时就很快淹没了全城。一楼住的人未淹毙者奔向二楼,而三楼,最高爬上四楼

顶的人还是淹死。如此快地涨水高达19.4 米,显然是由于下游河槽被卵石淤高,

否则洪水再大也可在宽深的河槽里排泄出去。经查询当地人民或谓淹死数千人,

或谓数万人,惨绝人伦。

    按安康以上汉水流域面积仅38700 方公里,已修有四个大坝,理该已拦住大

部卵石和泥沙。但仍因下游丹江口大坝与石梯峡谷之阻使卵石沉积河槽而抬高洪

水成灾。对比长江重庆,为害将数十倍于安康!

                七、改建三峡高坝设计的建议

    笔者曾在筑坝前三上书中央勿修此坝,筑坝开始后曾三上书建议停工。请求

公开讨论。在学报上又曾展开技术争辩。又曾答复美国总统来函咨询,说明此坝

永不可修之理由,承其回信同意并致谢。全世界有四个通讯社前来我家录音拍影,

除我国外已在全球各国电视广播。如今木已初成舟形,仍望公开争辩,改变设计

使四川盆地不受灾害,而已成工程尽量发挥其最大可能的作用。

    建议将坝高降低,以不淹没万县为度。建议另加隧洞或排水道,使砾卵石,

泥沙能畅通出库,并恢复郝穴等出口,将沙石也输往江北洼地,抬高两岸田地,

并确保汉口。这须用尽心计。

    停止各处模型试验。以前所作是全本错误:第一,床沙即河床料无法测到,

根本没有实在的原体资料,何所凭而作模型?第二,笔者前已证明圣维南两公式

不足以解答完备的水沙流力学分析,所需的控制断面必须辅以黄万里建立的能量

消散率最大的公式。模型试验中任意在下游设置一个不合实际的测流堰,是不可

能反映流变和河槽演变的。第三,在前述两点下缩小模型,其模比原则无法成立。

这些并不意味着作者认为模型试验不可能另有新的合理的方法。



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