论长江三峡修建高坝的可行性

论长江三峡修建高坝的可行性 黄万里 北京清华大学水利系资深专家 1. 三峡大坝工程自身的可行性问题2. 三峡工程对上游河床环境的也许影响3. 有关修改三峡高坝设计的建议 在有关方面作出修建长江三峡高坝的决策前，笔者曾三次上书中央，建议勿修此坝；筑坝开始后，又曾三次上书，建议停工。近年来也曾多次祈求，但愿中央责成工程当局公开讨论三峡工程的可行性，可惜始终未被接纳。因此，只能在学报上展开技术性争论。美国总统曾来函征询此事，我在致答时阐明了此坝永不可修之理由，承其回函表达批准并道谢。各国有四个通讯社先后对我作了录象采访，除国内外已在世界各国的电视节目中播出。 长江三峡大坝不可修，一方面是由于建坝工程自身的可行性研究成果不成立；另一方面是由于三峡大坝对生态环境有严重损害，一旦建坝蓄水后，将使金沙江和四川境内长江上游河槽中的砾卵石和部份悬沙在长江重庆段沉积下来，形成水下堆石坝，堵塞重庆港，其壅水将沉没合川、江津等城乡。 指引拦河坝工程的基本学科是土木工程中的建筑构造和水力学，水利工程规划波及治河原理，其基本学科则是水文学。水文学始于1930年，是适应研究水资源运用和洪水定量的规定而发展起来的，其基本是水文地理学(涉及水文气象学、水文地貌学和水文地质学)和水文计算学。中国管理水利工程的决策者中，诸多人习惯于从单纯土木工程的观点来看待洪水控制和治河措施，她们不懂水文学却轻视或排斥水文研究的结论，显然有很大的片面性。笔者虽毕生治水文之学，至年愈古稀，犹恐才疏学浅，唯虑尚在门外，居常孜孜学习，亦曾将对三峡工程后果的学术研究结论写成“有关长江三峡砾卵石输移量的讨论”一文，刊载于1993年、1994年及1995年的水利水电学报上，求教于世之学者。现再择其要简述之。 1. 三峡大坝工程自身的可行性问题所谓的工程自身(Infrastructure)涉及大坝的所有工程，以及对上游库区及下游泄流河槽进行保护的必要工程，而不涉及保护上游和下游环境所必须的工程。修建三峡大坝的目的是防洪、水力发电、改善航运、附带供水灌溉，还不可避免地涉及治河工程。治河有四大基本措施，即蓄(拦河蓄水)、塞(筑堤防洪)、浚(浚深河槽)、疏(溢洪疏流)，修建三峡大坝属第一种措施。 既然三峡工程是一种多目的治河工程，其设计规划就必须同步考虑到多种目的的综合效果，还应比较上述四大治河措施的效果，然后据以估计工程规模，以便以最小成本产生最大效果。讨论大型水利工程的设计规划，要根据工程的诸多目的，分别分析科技、经济、社会影响和国防这四种可行性。这四种可行性是互相独立的，只有当每种可行性都成立时，才干进而研究如何按最小成本达到最大效果的方案。没有起码的可行性研究，是不应当动工建设的。 那么，三峡工程的这四种可行性究竟如何呢? 在科技的可行性方面，三峡地段之因此会被选为建坝地点，重要是考虑到这里的峡谷只有500至1,000米宽，在此修建高坝，可用较短的坝长形成容积极大的水库，再加上长江水流丰富，发电、通航的效益颇大，连建筑工程专家萨凡奇也表达赞同。但是，选择坝址时除了要考虑峡谷宽度外，还必须考虑坝基条件，由于修建高坝必须要有结实的河床基本。在整个三峡河段中，只有在三斗坪附近(即目前的建坝位置)才找得到适合建坝的火成岩河床基本；可三斗坪河段河道宽度大，在此建坝则坝宽达到1,980米，比在三峡峡谷地段建坝的也许宽度长一倍多，失去了抱负的峡谷出大库的长处。 由于受坝基条件的限制，只能在三斗坪建坝，这样工程的经济可行性就很差。由于在三斗坪河段的坝体宽度大，不仅大大增长了混凝土需要量，并且把施工周期拖长到之久。据此按复利核算成本的成果是，每七年投资的本利合计就会翻一番，显然这是极不经济的。为了掩盖这一成果，计委等有关部门竟规定，使用静态的不计利息的措施来核算成本，使设计方案中的成本明显减小了。这样做就谈不上可靠的经济可行性分析了。 至于社会影响的可行性分析方面，由于三峡工程要沉没田地百万亩，移民百万之多，对这个大难题，其实有关部门并未找到可行的解决措施。在国防可行性方面，有个明显的防空问题无法解决，此前张爱萍将军曾专门作过份析，向周前总理报告过，祈求暂缓考虑筑坝。由此可见，三峡工程的四种可行性分析结论都但是关，因此，国内有许多人提出意见，反对修建三峡高坝。 2. 三峡工程对上游河床环境的也许影响如果说工程自身的可行性问题是众所周知的，诸多人都批评工程的可行性不佳，那么三峡工程对上游生态环境的影响，则是一种人们比较生疏、而又至关重要的问题。 如果建成三峡高坝并蓄水后，长江重庆段水位将变得十分平缓，从上游金沙江和四川巴蜀盆地各江中运移进长江的砾卵石河床料(bed forming materials)将形成水下堆石坝，同步水中悬沙也会更多地沉积下来，成果不仅将堵塞重庆港、断绝航道，并且会在洪水到来时抬高水位，壅及上游合川、江津一带，沉没低洼地区，危及数十万人口的安全，其后果也许十倍于1983年7月底陕西安康汉水泛滥导致的惨绝人寰之灾情。 拦河筑坝是治河规划中的一种措施，坝自身的设计规划必须符合流域治理的全面规划。拦河坝会调节水流、变化自然的河床演变特徵，使河中水流率(俗称流量)和沙石的输移率不断变化。河道中运移的沙石又分为漂流水中的悬沙和在河槽里移动的床沙(bed load)，床沙涉及砾卵石、粗沙等。悬沙输移不直接影响河床的演变，而床沙的输移则会变化河床。 流域内的治河规划必然受到流域地质地貌条件的制约。长江上游大面积地层的岩基由页岩和沙岩构成，前者风化后成泥、后者风化后成沙，它们在暴雨后被地面迳流冲刷到江中成为悬沙。两亿年前，大片岩基又被砾卵石全面覆盖，砾卵石铺满了山头和大小溪沟。此后，雨水年复一年地陆续把砾卵石冲入江中，成为床沙，即河床料。河床料作为河床演变的主体，是治河的对象。 在大江里，悬沙的输移尚可观测到，而床沙厚达30至40米，其输移率是无法实测的；在一二级支流里，床沙仅一两米厚，但当床沙整体同步移动时，其输移率也不易观测；只有在岩基横穿河槽的情形下(即船工所称的“石龙过江”)，才也许观测到浅层砾卵石的移动。例如，在岷江上游的都江堰断面上，人们用铁丝网多次兜住卵石而测到砾卵石的输移率。 笔者通过份析流域整体运筹与江河治理的原理，得出了如下结论:若干干流及支流的源头没有大片耕地，造床料又不是卵石而是泥沙，可以在干流上拦河筑坝；但凡江河干流的上游汇水流域属于有大范畴耕地的冲刷区，而其支流的造床料为砾卵石者，则不适宜在干流上拦河筑坝，长江干流正好属于这种状况。 四川盆地和金沙江流域广袤达百万平方公里，人口约一亿，全流域铺满卵石，卵石上的冲积土壤厚不及一米，卵石输移率和输移量都很大，而又难以挖除。1981年7月四川洪水一次冲入长江干流的卵石即达二亿吨。因此，按照水文地貌学的常识判断，即可懂得在长江中游断然不可修高坝拦江，此乃定论。 面对这一问题，支持修建三峡工程的人们抱着一种幻想，即三峡高坝蓄水后或许不至于导致堆石坝而酿成灾害。我们可以看一下1983年7月长江的大支流汉水在陕西安康导致的洪灾，这是一种足可警示世人的先例。 汉水南岸的安康县地势低洼，其下游约200公里为丹江口水库。1969年丹江口水库竣工后，安康如下的河槽就被卵石逐渐淤高。安康下游石梯一带有一峡谷直壁，宽仅150至200米，峡谷既窄，河床又已淤高，则洪水到来时，水位自然会抬高。 1983年7月，汉水安康段的洪水量并未达历史最高水平，但汉水的水位涨势却异常凶猛。恰在此时，上游的石泉水库蓄水过量，不得不开闸放水，进一步抬高了汉水安康段的水位。成果，在极短时间内汉水安康段的水位就上涨了19.4米，高出安康城堤约1.5米，从7月31日18时开始，洪水破城而入，2个小时内就沉没全城，许多住在一楼的人爬上三楼、四楼，但仍被没顶淹死。据灾后向本地查询，谓本次洪灾使民众淹死达数千人。 安康以上的汉水流域面积仅38,700平方公里，已修有四个大坝，似乎可以拦住大部卵石和泥沙，唯因下游丹江口大坝和石梯峡谷之阻，使卵石沉积河槽，从而抬高洪水水位酿成灾害。可以想象得到，长江三峡建坝后，重庆段也许遭到的洪灾将数十倍于安康之灾。 笔者提出上述问题之后，长江流域规划办公室(即“长办”)水文局等不少单位的专家对此表达了不同见解，对其中重要的见解有必要加以回答。 一方面，有关重庆港淤塞问题，人们都批准，若有大量砾卵石河床料沉积在重庆港，就会导致灾害。争论之处在于，究竟有无这种也许。主张建设三峡工程的“长办”的人们觉得，根据她们的推移质输沙量测验，长江重庆段通过的砾卵石只有每年27.7万吨，宜昌段为每年75.8万吨，数量很少，可以忽视不计，只考虑悬沙的问题就可以了。 但是，这一测验成果似乎不可靠。由于，仅以长江的支流岷江为例，其集水面积仅23，000平方公里，在都江堰地段实测的砾卵石年输移量就有200万吨之多。众所周知，整个四川盆地都是冲刷性、减坡型地形，泥沙和卵石的年输移记录量是从上游向下游沿程递增的，并且宜昌的长江流域面积达一百万平方公里，是岷江流域的40多倍。在上游的一种支流就测到每年200万吨的砾卵石输移量，怎么也许到了干流的下游河段，整个干流的砾卵石年输移量反而减少到几十万吨呢？ 也有人通过实验证明，卵石在长途推移过程中会磨成细小的沙粒、在河床里悬浮而成为泥沙，因此局限性为虑。但笔者在长江沿岸长期实地测量时却发现，在四川盆地的长江上游段，河中运移的卵石如拳头大小，直径约40厘米，而在其下游的合川滩地上，卵石却大得象两只手掌合起来那样(50x100x30立方厘米)，为什么下游的卵石反而比上游大呢？其因素在于地质变化，本来，两亿年前长江是由东向西流向地中海的，直到青藏高原被抬高后，长江才反过来成为今日的由西向东出海。这在长江专刊上有详尽的论述。因此，在重庆至三峡段的河道中，卵石的体积也许比在上游河道还要大诸多，其危害也会相称严重。 当卵石运移的也许危害越来越明显时，有人又提出了妙计，觉得可以在各大支流的源头筑坝拦住卵石，不让卵石出谷，这样，重庆段就不会浮现水下堆石坝了。孰不知，整个金沙江流域和四川盆地的地表全面地铺满了砾卵石，只要有暴雨，它们就会在河槽里被冲成砾卵石河床料，只在河流的源头筑坝挡石是无效的。此外，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。 “长办”估计的悬移泥沙输移量年平均达7亿吨，床沙卵石输移量为1亿吨；而笔者运用记录措施所估算的成果，却因人们不承认应用数理记录措施的合理性，而被回绝接纳。许多人其实不理解，在大江里是无法实测出多层同步移动着的卵石的输移率的，她们采用从每平方公里的卵石量累积起来约略措施，其误差是非常大的。但是，虽然长江中的卵石输移量只及“长办”估计的十分之一，那么每年也会有1，000万吨卵石堆在重庆段，如此庞大的卵石堆积量，恐怕很难在枯水期挖净，因此，因卵石不断堆积而导致上游洪水泛滥成灾，就仍然在所难免。 3. 有关修改三峡高坝设计的建议如今三峡工程木已成舟，我之因此仍然公开争辩，是但愿能变化设计、减少坝高，使四川盆地免遭水灾，而又令已成工程尽量发挥其最大也许的作用。我建议将坝高减少到以不沉没万县甚至奉节为度，同步建议在大坝上另加隧洞或排水道，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，并保证汉口。