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二十年后,水利专家如何看三峡

刘夙改编 中国工程院院刊 2021-06-17


本文由中国科学院植物研究所刘夙老师改编自郑守仁院士的《三峡工程运行以来的几个问题思考》。


三峡水利枢纽是中国知名度最高、也是争论最多的现代水利工程。它的整个建设过程历时16年。1994年,三峡水利枢纽开始正式施工。2009年,整个三峡水利枢纽工程全部竣工。如今,三峡工程正在等待最终的工程验收。


如果我们把1997年的长江主航道截流视为改变长江水文环境的关键节点,那么,今年就是达到这个节点的二十周年。二十年来,三峡工程一直遭受着社会各界人士的种种质疑,其中也包括部分水利专家。郑守仁院士是三峡工程设计的总负责人,他在《三峡工程运行以来的几个问题思考》一文中以实际数据回应了这些质疑。


长江流域综合利用规划图


移民


三峡工程造成了大量的移民,还有许多名胜古迹所处的位置被淹没水下。郑院士指出,这些是大坝建设不可避免要面临的问题,有些损失也确实不可弥补。对此,国家有关部门尽量做了妥善处理,比如对考古遗址做了抢救性发掘,可以移动的文物(包括一些古建筑)都做了迁移等。总的来说,二十年来库区社会是和谐稳定的。


地质灾害


三峡地区蓄水之后,多次出现崩塌、滑坡等地质灾害。这一方面是因为当地地质条件本来就不好,另一方面也是因为蓄水改变了两岸土石的受力情况,会激活潜在的崩塌体和滑坡体。然而,从长期来看,水库地区的地质灾害在最初出现一个高峰之后,很快就会下降,最后反而比建坝之前还安全。


一方面,被激活的崩塌体和滑坡体在活动之后就会把能量释放掉而趋于稳定;另一方面,水库建设要做很多护坡和监测的工作,可以通过人为方式保证山体稳定;更重要的是,水库改变了河流原本奔腾咆哮、强烈下切的习性,而如果因为河流下切造成的险峻斜坡不再发育,理论上来说,地质灾害也就不会再发育。


地震


有人提出三峡水库可能有诱发地震的风险。然而对三峡地区地质构造的调查表明,这里的地块比较稳定,仅有的断层离大坝较远,即使发生最大震级(6级)的地震,造成的最大烈度(VI度)也仍然低于三峡大坝的设防烈度(VII度)。


河道淤积


有人质疑三峡大坝会导致严重的河道淤积,甚至会影响到远在上游600千米开外的重庆港。不过,事实表明三峡水库的入库泥沙量远小于之前的预计值,比如坝前的泥沙量竟然不到预计值的十分之一,这是导致2008年和2009年以175米水位为目标的试验性蓄水最终都差几米没有成功的原因之一。如此低的泥沙量,对水库的长期运行自然非常有利。


造成入库泥沙量减少的因素很多,其中有不少因素是人为的、可控的。如长江上游和各支流的大坝建设可以有效拦截泥沙,对长江上游流域进行封山育林、石漠化防治等措施也有助于减轻水土流失。更不用说,还有很多人在河道内采石挖沙。


此外,通过在高水位期间泄洪,还可以让重庆一带长江河道中的泥沙被冲刷到更接近大坝的地方,避免在库尾长期淤积。这些冲到坝前的泥沙又可以在汛期泄洪期间排出水库、进入下游。


长江三峡泄洪夜景



防洪的标准


有人挑选了历年来媒体的报道标题,质疑三峡工程的防洪标准从“万年一遇”降到“千年一遇”,再降到“百年一遇”,最后又要人们不要把防洪的希望“全寄托在大坝上”。然而,质疑者并不了解三峡防洪的不同衡量标准,误以为它们说的是同一个指标。


三峡大坝有“设计洪水位”和“校核洪水位”两个不同的水文指标。设计洪水位是发生“千年一遇”的洪水(更准确地说,是每年平均有0.1%的概率会遇到的大洪水)时坝前的水位高度,为175米,与最终蓄水位相同。此时,不仅大坝稳如泰山,水利枢纽的各项功能也都运转正常。校核洪水位是发生洪峰流量比“万年一遇”的洪水还大10%的特大洪水时坝前的水位高度,为180.4米。此时,虽然水利枢纽的部分功能无法正常运转,但大坝本身仍然安好。因此,“万年一遇”和“千年一遇”都是衡量大坝本身安全性的指标


至于“百年一遇”,则是指三峡大坝要通过蓄水发挥调洪作用,使下游的荆江(枝城至城陵矶段的长江)达到能防御“百年一遇”洪水的标准,而这个标准可以通过荆江河段起始的湖北枝城水文站最大洪峰流量、沙市水文站水位高度等水文指标来衡量。因此,“百年一遇”是衡量荆江安全性的指标。


不仅如此,因为荆江地质条件差,10年中平均会有3次超过警戒水位,此时长江干堤会频繁出现各种险情。特别是湖南岳阳城陵矶地区,位于荆江河段最末端,洞庭湖水系在此注入长江,即使荆江上游水文指标安全,当地也仍然面临巨大的抗洪压力。为此,三峡水库还特意拿出了一部分库容,用来拦截会给荆江干堤和城陵矶地区造成威胁的洪水。


然而,三峡终归只是整个长江水利中的一环。如果没有其他水利设施(包括蓄洪区)的配合,长江流域很多地方仍然有发生洪灾的风险,这正是水利专家警告“勿把希望全寄托在(三峡)大坝上”的原因。




防蓄的两难


事实上,三峡作为一个综合性的水利枢纽,对上游来的中小洪水是否应该拦蓄,存在两难抉择。如果拦蓄洪水,会使水位在汛期长期高于保证安全的“汛限水位”(145米),既威胁了水库边的城乡居民安全,又加快了泥沙淤积;而一旦更大洪水到来,大量泄洪又会威胁到荆江的安全。


然而,水位高又可以让更多发电机组运转,提高发电量;长期不泄洪还可以让更多水面成为安全航道,让长江能通行更多船舶。为了兼顾两方面的需求,三峡制定了详细的汛期中小洪水滞洪调度方案,既保证了上下游的安全,又尽量提高了经济效益。




厚德载物


近年来,对三峡工程更多的批评,一是严重影响了长江生态环境,造成多种珍稀鱼类数量下降,水库水质因为水流减缓和富营养化而恶化,甚至爆发水华;二是造成了长江中下游的枯水问题,特别是使洞庭湖、鄱阳湖低水位时间延长(江西省因此打算在鄱阳湖口建造极具争议的拦湖大坝),而长江口也出现了海水入侵、咸潮上溯的问题。


为此,三峡近年来曾多次在非汛期放水,为下游河道补充流量,实现水资源调度和生态调度。至于水质恶化问题,成因并非仅有水库蓄水这一个因素,更本质的问题在于上游的污染(既有生活污染,又有农业污染),因此根本的解决之道应该是污染物减排。即使如此,注入三峡库区的长江干流和几条支流的水质也仍然基本维持在II-III类的水平,可以做为饮用水水源地。


作为人类历史上少有的大型工程,三峡水利枢纽的很多问题需要在运行中不断发现和解决。工程界欢迎有根有据的质疑,也愿意为发挥工程的最大效益、减少工程的负面影响竭尽全力。



本文原载于《Engineering》中国工程院院刊科学网博客,原文链接:http://blog.sciencenet.cn/blog-3295637-1032803.html。


原文信息:

三峡工程运行以来的几个问题思考

郑守仁院士

中国武汉,水利部长江水利委员会

Engineering,2016,2(4):389-397

点击左下角“阅读原文”可获得英文全文。


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