作者:黄万里;分类:百家争鸣;标签:水利 三峡 ;日期:2017-11-30
一、长江上游地貌的形成和演变
依据地貌演变分析,长江三峡决不可修高坝。按长江流域是这样形成的:在几万年地质纪元以前,冰川把崎岖的山区先冲成U 形河谷,退缩时在山头和河谷岩基上遗留有史前的卵石。在当前的年代里,页岩和沙岩的沉积层则有长期风化成的泥沙覆盖着地层。这些泥沙经降雨溅击和地面流冲刷,带动卵石落入河槽。
在山区可以看到,虽在冬季天气晴朗之时,一清到底的水流不断驱使着多层的卵石在河床里移动。这样切割河谷,使江底渐被刷深成V 形,坡度渐被削平。
只要当地不下雨,河中就不会添入泥沙。这些卵石滚到支流中段时,坡降渐平,河面开圹,流速减缓,有的暂时停留下来,形成缓流。其下接连浅滩急流,浅滩上只见有细卵石滚动着。象这样每十余公里组成一段。这些说明,川江上游虽有足够的坡降带动卵石下行,但在中段水小时坡降与流深不足,中段难免有时停留。
当河水高涨,河底卵石重新起动,一直逐出夔门。从无人能测知其连底输移的床沙量,但其量定可观,因为川江只会被刷深,不会被淤高。
川江支流一遇降雨,地面流将泥沙冲入河内,河水立刻见浑。这些泥沙除少数粗沙会沉落或再起浮外,大部分不沉河底,一直输出三峡,根本不参与河床的演变。它和卵石来源既不同,运动方式也不一样。它们就是人们能测到的悬沙,俗称悬移质。
这些是长江上游冲刷性河段减平坡降的情况。这是笔者1938 年任四川涪江航道勘测设计队队长、1939 年任岷江中段队长时所目击的。
出峡后卵石滑落下大陆架,沉到海底。泥沙悬浮一段后也沉落下来。这些沉积体上细下粗,前细后粗,逐渐堆高出水面后,成为河槽和自然堤,经左右淤决改道,形成下游的洪积平原。河道不断延伸,平原不断扩大,出口段平原成为三角洲。这就是长江下.游.淤.积.性.河.段.形成的过程。
这淤积段的上端同时也向上游延伸,连接上游冲刷段的末端。洪峰退水时卵石沉落下来,逐渐堆积成岩基上的覆盖层。这连接段河道较短,随着洪水的大小上下迁移不定,但在长期内终是上移的。或称中间平衡段,实可舍异不论。宜昌就属这段里。
二、长江上游平时泥沙和卵石的输移
如前所述,长江上游河槽里输移着两类不同来源的固体:泥沙和卵石;泥沙在河槽里又分为悬沙和底沙,卵石为床沙。兹分述如下:
1.悬沙 由细泥细沙组成,只在降雨时入槽,一入槽便随水不停地直出夔门,中途不落淤停留。在宜昌水文站测得多年平均悬沙输沙量为5.23 亿公吨,其中73%输于七八九月。它随水漂浮,虽加重了密度,跟着撞击河岸,但本身不参与河床演变。
2.底沙 落入河槽的泥沙中有少数粗颗粒的沉落河底,有的时起时落,称底沙、或推移质。它可以勉强测到,在长江无长期记录。专家报告中从黄河资料中底沙占悬沙1/10 的关系移植到长江上游来,即年底输量为0.5 亿公吨。并据此作动床模型试验,认为全部造床质里没有卵石运动着,仅是这些底沙推移着,再没有别的了。
3.卵石床沙 它是地质纪元前冰川退缩时遗留下来的火成岩或变质岩滚成的石子。在河槽里它坐落在河谷最低的岩基上,夹着些粗沙,组成为河床。在一级支流的源头高段,坡陡流急,没有降雨时清浅见底的水流里终年时时刻刻地推移着。正象1879 年杜布瓦Dubois, P.F.D. 所描述的那样,削低岩基,减平坡降,不仅是表面一层,而是多层甚至连底同时不停地推移着。它们才是组成河床的所谓造床质,也就是河床的主体。它的运移表现为河貌演变,也就是我们要考查的目标。它运动的力源是它本身受到的在陡坡上的重力和水流的冲击力与推动力。
即使没有悬沙存在,它也自已移动。只在坡平水浅地段暂时停留,水涨重新移动。
这类造床卵石年输移量,因在洪流中连底移动,深水下难以测知。至今人们常把它和底沙混淆起来,未列专项,最佳者只测到表层一层移动的卵石。宜昌水文站所测得的底沙年移量为6,000,000 公吨,比今报告估计的0.5 亿公吨还小,所测得的小于10mm 直径的卵石年移量则为758,000 公吨,当然只是象底沙那样表面一层。方宗岱根据许多表层卵石资料估计此数为11,700,000 公吨。专业报告只计底沙,即定造床卵石移动量为0,亦即假定卵石河床在洪水下也固定不动。根据一级支流源头卵石床时时刻刻地移动的现实,对比悬沙只在降雨时出现而且年输沙量还有5.23 亿公吨之多,则估计卵石年移量不少于1 亿公吨允为合理。况且人们可看到所有二级支流出口都产生卵石淤积的急滩,洪水时可被全部冲走,退水时又重新淤积成滩。又暴洪下可以观察到全体卵石急速下移。总之,造床卵石是河床演变的主体,其量可观,不可忽视。这1 亿公吨多年平均输移量甚至在一次洪峰下淤积,亦不足为奇。
三、三峡水库运行后沙石输移和成灾估计
三峡高坝建成后水库壅水末端将达重庆以上。江流直下到这里时,水深增加,流速减慢,所挟带的沙石将沉落河底。其中细泥可能漂游出坝,细沙走前远些,粗沙沉积在重庆上下,而全部卵石则先沉落在粗沙后面,夹杂些底沙在石缝里。
这是简单明了、不可避免的现象,毋须试验证实。
这些沉落的卵石夹沙,抬高了水位,使续来的洪水再沉落沙石在后面,这样陆续向上游漫延,直到其淤积平衡坡降和天然河道的坡降相交而止。这样,这段下游冲刷基面的控制提高了,河槽淤高了,沿途重新起造床运动:也就是洪水泛滥,淤高两岸平原。这现象先出现于江津、合川,然后漫延到泸州、遂宁、南充、渠县,影响所及,四川四分之一流域的坝田城市沦为泽园。当然,巴蜀多才士,不待淤积近江津合川,甚至重庆出现堵塞港口,早就跳起来呼吁赶快制止这淤积漫延。实际上,水库蓄水后只要来一次十年一遇的洪水,重庆上下就会淤起卵石,群众就会恐慌;不会象今专家报告中的乐观姿态:百年无恙,一字不提卵石淤塞的问题,而明明全部川江干支流的造床质是卵石夹粗沙,是会运移的!
比我们理智些的子孙们定会聚起来讨论怎样挽救。从水中淘起卵石来,是量大费贵,太不现实可行。但看灌县都江堰内江淘起之量每年可观,淤在重庆的将十倍也不止。这不象黄河三门峡可以打开全部底洞尽量排水,以减少淤积,长江水大坝高,能放低水位有限,沙石总是在库内,川江还须通航。唯一办法只有炸去三峡新修的大坝,宝物反成灾害。但是移走机电设备,搬掉石碴,由于两边千多米高壁,必须船运出峡,这也须耗资几亿元。我们的子孙将怎样看待我们今日的科学化和民主化?也许有更多张表方(讳澜)出现,川汉铁路事件和辛亥革命是前车之鉴。这将是修建三峡高坝的收场。
专家报告中提出所谓蓄清排浑的妙策。必须指出,这妙策在黄河三门峡调度水库也是不成立的。搬来长江三峡水库更是错误:第一,筑坝修库原是为了蓄洪削峰,错过下游洪峰,以免同时出现。现在为了排浑,反其道而行之,汛期尽量排洪。加以长江洪水量巨峰平,水库对下游减洪作用原本很小,照此运行则水库几无作用了。第二、秋季长江未必年年大水足以回蓄发电。第三、这样调洪只能多排些细泥,卵石粗沙仍落库内,不过位置前移些。
所以长江三峡高坝是根本不该修的,不是早修晚修的问题。主观上是兴国利民,客观上是祸国殃民。何则?科技不讲而唯上成习异也!
这还是大坝仅对自然环境的作用而言,此外,经济可行性等问题也不合理,不赘。
四、建立长江三峡水库有关河床演变的基本原理
1.方宗岱等统计重庆寸滩等处的冲淤资料结论,寸滩断面是微淤的。又三斗坪坝址覆盖层达35 米之多。故重庆以上大致属于长江上游冲刷减坡的河段。凡在这种河段里,长期内河槽总是被刷深的,坡降总是渐渐减平的,河槽内的造床质陆续被输往下游。因此多年平均输沙量和年流量一样,总是下游大于上游的,长期内中途不会淤积的。
2.宜昌以下是长江淤积的河段。这淤积段也是慢慢向上延伸的,所以三斗坪有35 米那么厚的覆盖。重庆宜昌间长期内原是在渐渐淤积着,当然某年可能是冲深些,但大多年份是淤积的,所以寸滩表现出微淤的记录。凡在淤积段里筑坝抬高水位,就抬高了坝址的冲刷基面,Evosion datum,或抬高了其水位和流率(H~Q)的关系线,使得其上游河段没有筑坝时本是微淤积的,变为更多更快的淤积了。这是一个普遍性的原理:凡淤积段不可筑坝抬水,不管坝有多大排水能力,不管用什么“蓄清排浑”的妙策,坝上游淤积将加甚。所以三斗坪根本不可修坝。若把重庆—宜昌段看作冲淤平衡(in regime)的河段,则筑坝后库内仍将淤积,除非准备掏挖以维护航道。
3.考虑河床演变的对象应是造床质固体,它的移动表现为河床演变;而决不是悬移质泥沙,它悬浮在水流里,并不参与河床演变。只在拦河造坝后会有部分泥沙落淤在水库末端一带,夹杂在卵砾石的缝里。长江三峡以上造床质是砾卵石,坐落在岩基上;悬移质是泥沙。不象黄河下游,造床质和悬移质都是泥沙。
4.整个四川盆地的基岩上全面铺盖着这地质史前火成岩或变质岩碎裂后所滚成的砾卵石。盆地岩基则为页岩和沙岩以及少数灰岩分层组成,冰川后退前括成川江干支流的U 形河谷。砾卵石在槽内的堆积最多,两河槽间的丘陵地较少。
山区源头河槽坡降陡达1/100 以上,当不降雨时,一年四季多层卵石粒径0.015米左右的不停地在浅水下慢慢移动着,清晰可见。滚到中游支流坡降减平段暂时停留。再待大水时随着大卵石一起滚出夔门。显然,三斗坪坝址卵石35 米厚全是上游移下来的,决非土生土长的。这些说明,卵石流是很强烈的,支流沿程可以看到连续的急流浅滩。
5.丘陵地表层基岩风化成为沙和泥,降雨时被地面流冲入支流河槽。这些水沙流带同卵石造床质把河槽刷成V 形。大水退时泥沙落淤两岸,造成两边各十公里宽的冲积平原。平原土层不厚,象岷江流域号称沃野千里的都江堰平原,其土层也只厚一米左右。这里史前原属湖相,故较宽大。在这四川盆地上生活着一亿人口,还有余粮出口。一遇降雨,河流立刻高涨变浑,由于坡陡流急,泥沙始终悬浮,直奔夔门,并不参与造床运动。
6.人们可以测到悬沙,也可在中小水时测到一些表层推移质底沙。但是移动着的河床砾卵石是很难测到的,大水时更不可能。而大部卵石输移却正发生在汛期。由于卵石铺满在全面盆地上,并非限于盆地四周高谷之内,所以年输沙量是随着年流量沿流程增加的,坝址通过的年输沙量乃是盆地上卵石全面运动的综合,并非只是许多山谷里出来的沙石量综合。其量可自盆地单位面积卵石输移量推算,如附表。
现在就手头有的三个小流域卵石床沙年输移量试行分析。三个单位面积年输沙量分别为87.0,90.7,54.9 吨/方公里。这些资料当然都是粗略的,只是在数量级上大致是有意义的。这些数据一定还是偏小,它们都是当中小水时的估量,大水时无法量测或估计。又金沙江坡陡流丰,出来的砾石既巨又多,其单位面积年输移量要比这三组数据大得多。据此,估计全流域单位面积卵石、砾石夹粗沙年输移量为100 吨/方公里,允为合宜。坝址以上面积100 万方公里,则卵砾石年输移量平均为1 亿吨,相当悬移质泥沙年5 亿多吨的1/5。这和都江堰测估的年输移量卵石推移质200 万吨对比泥沙悬移质1,068 万吨也是1/5 一样。
7.早年只有杜布瓦曾分析过床沙推移的现象,至今床沙和底沙归并为一类,并认为它们是分层揿起运移的。这在下游河道坡降平缓,象黄河下游悬沙、底沙和床沙为同一种的泥沙,可能如此。在长江上游山区支流上坡陡流急,卵石床沙虽在枯水清流下也是多层同时运移的;只是当暴雨时地面流挟带泥潲泻入河槽,才见泥沙悬移。床沙和悬沙运动机理迥异,其流速垂线分布也不连续。卵石床沙运动的机制尚末为人们掌握,量测河流的床沙运移也迄无办法,也未测知卵石颗粒粒径及其大小分布。更不可能藉模型试验推论出河流的卵石床沙输移率。所有这些输移的卵石床沙在筑坝后将沉积在水库末端,没有一颗可能排出坝下。我们还没有方法通过测量或试验推知其沉积量,只能按上节间接从小流域单位面积的年输移量推断年平均1 亿吨沉积,这还未包括卵石夹缝以外的泥沙沉积量。
这每年1 亿吨砾卵石夹沙是年输移量或年沉积量的统计平均值。它并非在年内或汛期内均匀地出现的;它可能通过一次或历次洪峰短期内沉落。十年内或廿年内可能由一次洪峰带来十年或廿年一遇的几倍于这年平均的沉积量,堵塞港口或航道,无法及时清除。当然也可能在一二十年内汛期洪水较小,年输移量不及这平均值一亿吨,而航道安全畅通。
8.结论:长江三峡段受宜昌下游河段淤积延伸的影响,是属于缓慢淤积的河段。四川盆地漫铺着砾卵石,它是上游干支流的造床质,其输移量可观。当其输移不动而沉积使三峡建坝永不可能。
五、关于三峡工程报告和三峡办公室对42 号委员答复中一些违背上述河床演变原理的论点
1.凡考虑河床演变,其目标对象应是造床质。这在长江上游是砾卵石,不是泥沙。泥沙在长江上游是悬移质,并不参与河床演变,只有筑坝改变了水流的自然情况后一些粗沙夹在卵石缝里,部分粗沙沉落在水库末端。今所有模型试验和推算中的原始资料不论悬沙、底沙和床沙一概用同一种泥沙,在量测不到实际运移的底沙和卵石床沙情形下这样做,是不符合原体运移情况的,所得结果和推论是无意义的。
2.洪水时这些卵石造床质在四川盆地上和金沙江流域内全面地运移,并非只有四周山谷里输出卵石。这从四川817 洪水各地的图片上可以看到,人们凡亲历川江各大支流发洪水时,也都可看到卵石运移、河床演变的真实情况。
长江上游干支流自重庆以上都是冲刷性河型,年输沙量下游的必大于上游的,否则盆地内将出现长期内堆积的沙石,而这现象从来没有。
如今岷江都江堰鱼嘴实测的年平均输移卵石量达200 万吨,而下游寸滩的倒只有27.7 万吨,宜昌有75.8 万吨。前者流域面积只有23037 方公里,宜昌则达1000000 方公里。宜昌年输移卵石量理应较都江堰大50 倍左右,今反而小到1/3,殊难解释。都江堰鱼嘴处水浅,卵石输移可以观测清楚,虽有误差,总不至于达到数量级的错误。而寸滩宜昌长江断面水深30 米,量测卵石床沙的运移,难以得出可靠数据。特别是当洪水时实际上无法量测。在测不到的情形下,不能说床沙是静止的,或其量甚微,容易处理。况且长办自己掌握的黄柏河卵石运移量测,区区二千方公里内竟输出沙卵石十余万吨。凡床沙运移量测总是偏少的,所以相形之下一百万方公里内只输移年75.8 万吨,显然是完全不可靠的。如前所分析,三峡砾卵石床沙出口年平均一亿吨,较为合理。
3.现在还未有挖河机械设备能在几十米水深下快速地掏起大量的大卵石来。
蚌爪式挖泥机只能抓些泥沙和小卵石,而且动作很慢。上述估计的年输移卵石平均一亿吨可以在一两次洪水几天内运移下来而沉积在重庆上下。欲挖掏机船的能力与之适应,现淤现掏,以保证通航,实难做到,所谓“入库卵石下移很慢,数量有限,……可以采取对策”,不知何所据而云然?继续下来的卵石将向上游延伸,洪水淹没江津合川的田地,贻害无穷。
周恩来故总理曾警告过:三峡修坝决不能影响长江交通大动脉,一有这种情况出现,就只能炸掉大坝。
炸坝后由于两岸直壁高近千米,不能就近出碴,只能用船运出峡到下游空圹的地方抛弃,其费不赀。即使在清除大坝石碴,江流畅通之后,重庆一带所沉积的砾卵石也不可能藉自然流水冲刷出峡,因为这些洪流下来时另又挟带着已充其能带量的砾卵石,没有余力再增加负荷可以挟带或冲动原先沉积的砾卵石,所以所有沉积的沙石一律须掏挖起来用船运出峡,其费更属不赀,且长江须断航几年。
乃今人说,卵石淤积很慢,来量不多,大坝可以维持发电航运长达一百年的寿命。就照这说法,百年后仍须炸坝运走石碴,并且须挖起过去一百年间所沉积在江里的砾卵石,才能通航并免除淹没江津合川田地。把这笔帐算入投资和善后运行费里,仍会得出此坝决不可修的结论。
4.现在我们必须认识清楚的是,砾卵石年输移量实际上大致是平均一亿吨左右,决非75.8 万吨。不管此是彼非,大家至少都承认不论来石多少,总之一颗也出不了大坝,沉积是肯定的。至于悬沙5 亿多吨年平均量造坝后,将有部分随着砾卵石淤积在重庆之下,将是次要的问题了。主要是认识清楚砾卵石的年平均输移量究竟大概是多少,但不管多少,它们必将全部沉积在重庆,根本毋须作什么模型试验。况且当代模型试验对于动床的模比无论在原理上或方法上皆未成立,其根本性错误有下列诸方面:
(1)水道在不定流下其中任何横断面上的水力条件既取决于上游来水来沙的变化,同时也决定于下游控制面以上所有断面的水力和槽形变化情况。所以,凡作试验所取河段必须从已知入流情况的断面起始,直到下游控制断面为止,不得仅仅截取其中一段,遗弃其下游直到控制的一长段,因为这一长段的河床演变情况决定着所取段最下断面上的水流和河床演变情况,缺了它所作试验便无意义。
这最下断面的各种水沙流变化情况又取决于其下游直到控制的一长段演变情况,这情况也必须藉试验定出来,不可能代之以计算。(例如今韩其为所作的假定恒定流的计算)。若然可能代以计算结果,那何妨全部都作计算,又何必作局部不可靠的试验。所以说,若靠试验作水力分析,必须取已知入流断面直到控制的全河段,这就太长了,实际难办到。详见黄万里:“试验研究明槽非恒流的旨趣与途径”。
(2)模型试验所用的佛路德模型律数只是两种速度——流速和波速的比例,只能反映运动学的相似律,对于定床清水流是合用的。其中未含质量为参数,未能反映流体和泥沙固体的不同作用,因此不是动力相似,不能用于两相流的分析。
试验中单靠起动相似,不能反映含沙浓度和卵石夹沙颗粒大小不同所起的不同作用。试验不可能反映原体河床演变在模型中的相似性。我们还须建立一个新的动力相似的模比定律。
(3)在水沙流模型理论中,沙流的连续方程普通地采用了拉波拉斯方程是错误的。
总之,动床模型试验的理论与方法当今还未成立,各家试验结果,也大相迳庭。好在三峡的沙石在水库内的沉积问题根本毋需试验,卵石不管多少,将颗颗沉在重庆。
六、论三峡高坝工程经济核算中的错误
1.经济核算方法的错误所在
据1990 年7 月三峡工程论证领导小组办公室所颁发的《长江三峡水利枢纽论证情况》:“三峡坝工程的静态投资按1986 年末价格计算为361.1 亿元”(第26页),“投资分解到用于发电的近300 亿元”(27 页)。“移民不间断地进行,20 年移完。”“枢纽工程总工期18 年,其中准备3 年”(9 页)。按这300 亿元发电投资是在20 年内陆续投资的,若每年平均地投入,则合每年投资15 亿元,其中前几年投资少于平均数。兹设加快施工准备,改按15 年全部竣工开始发电核算,每年投资平均20 亿元,静态投资300 亿元不变。其动态投资算到第15 年底全部竣工后开始收益时的现值C=C15 及其年回收F 可“按国家有关规定及电力生产的资金利润率按10%核算,上网电价每千瓦小时9.3 分”(28 页)。
报告中核算资金未计入国家拨款的投资利息,只算进贷款和还款的资金,是不合理的,因为这款项若投入他处,自可获得应有的利益,以帮助经济廿年翻两番。不算入国家拨款的利息,就延缓了国家经济发展。这样核算,便无意义。
又报告中计算的投入现值是“按10%折现率折算到开工年”,用来和产出对比,于是得出“产出高于投入的净现值为131.2 亿元”。(27 页)按开工年尚未开始有产出的收入,怎可按这时期的现值对比?象这样把15 年的工程费推回到开工年以核算投入成本,则工期越长成本越小,显然是错误的。
竣工前只有支出,虽可使部分装机提前发电,移民须20 年陆续完成,水未蓄高,只能有少数电费收入,怎可能“贷款偿还期及投资回收期都是20.6 年,即竣工后的次年即可还清贷款,收回投资。这是其他大水电站做不到的”。(28 页)确实如此,全世界也找不到这样一个电站,工期绵绵20 年,而第21 年内就连本都回收了。即使“第一批机组发电的工期为9 年”,而连续移民须待20 年,工程准备需3 年,9 年起能在水库蓄满水后发多少电?显然其错误在未计利息,又把工程现值返算到开工年,故其“产出高于投入的净现值131.2 亿元。”
本节引用的各段皆录自三峡工程论证领导小组:《长江三峡水利枢纽论证情况》,1990 年7 月,括号中页数概指这小册子中的页数。
2.必须提醒:一个工程方案即使其经济可行性成立,并不意味着就该实施。
应该作出许多比较方案,择其符合要求而效益最大,即产出对比投入(F:Pr)最大的那个方案先行。国家对于电能的要求是逐年增加的,并不会经过15 年20 年提出一突然的要求。今三峡电站须通过一二十年才提供一突然大量的电力,供需在时程上极不配合。此其一。国家对于电能的要求是分散在各处用户的位置上的。
早先规划输电网的经济半径是小于约500 公里,再远输电损失太多,不合算。今迫切需增电力的是华东,三峡及葛洲坝大量电能在华中用不了,千余公里外输华东太不经济。不如首先开发赣江各大支流上游的电力几百万千瓦,就近供给华东;同时在华中开发湘澧各江,在西南云贵川各省则电力有余。就近联网,相互接济。
50 万至150 万千瓦的电站修二十几个,分布长江上中游,施工五年即可完成这样一个电站,在供需位置上可以大大减少输电损失,足以替代三峡水电站。许多人建议改修许多大中型电站分散各地,以适应用电地点,是为了减少网路输电损失,中小型电站成本也低;并非限于四川盆地四周山区,也不是为了防洪,以替代三峡一个大坝。此其二。论工程经济效益,特大型水电站如葛洲坝站反而不如百万千瓦以下的大中型电站。据汪胡桢统计,工程造价按1983 年以前的平均数:葛洲坝电站每千瓦2000 元,工期12 年;各省分散的大中型电站每千瓦880 元,工期4 至5 年,工程经济效益相差很大。此其三,所以,三峡大坝经济可行性即使成立,也应首先兴修赣江、湘澧等大中型电站。
规划电站布置要合时、适地、按效益大小为程序依次修建,乃是社会主义扩大再生产尽快地发展经济的原则。不修880 元每千瓦的电站而去修2000 元每千瓦的,等于1930 年美国胡佛总统当众表演把大量粮食沉在海里,抬高粮价。社会主义计划经济制度并没有错误,它理应根据市场要求作规划,理应总是优于市场经济;理应帮助贫穷地区经济开发,以扩大全国市场;错误都是发生在以往错误的具体经济计划上。
3.电站太大反而不经济,三峡工程便是明显的例子。专业于水工建筑等每不熟悉工程环境作用的原理,但对于工程经济的常识都能毋须通过计算而一目了然:
(1)中国科学院1984 年起水利组刊物误认为我国水资源不是最多,南多北少,夏多冬少,不合农业要求。至今张光斗发表论文,误认为我国水资源全球排行第六,荣获中国科协特等奖励。实则我国水资源在全球为最丰富的,时空分布也最合适,所以世称我国以全球7%的耕地养活全球22%的人口。张光斗等的错误是把河中的水流,包括抽水马桶出来的弃水,作为农业、工业和他们日常的饮用水资源,于是苏联加拿大等大量弃水流入北冰洋的国家便成为全球水资源最丰富的国家,而把降落在农田上的有效雨量排斥在水资源之外。必须认清我国所缺少的是有水处的耕地而非水量。懂得此理,对三峡高坝淹没田地五十万亩,迁移人口一百多万,以换取水能每年840 亿度电,而须耗资666 亿元(86 年物价),这样一个方案就会踌躇是否值得做了。
三峡工程静态投资中据报告1/3 花在迁移人口上,其他2/3 用在工程上。这就是说,对比一个山区中小电站工程没有淹没损失的,本工程就要多耗费一半的投资。这说明本工程的代价是极其昂贵的,并且引起的社会问题是否可行,还须斟酌。
(2)三峡电站工期15 年,对比同每千瓦造价的中小工程或大工程工期较短者就显得不利。兹举例说明如次。设静态投资每年20 亿元如前不变,而15 年内分为三批大中型工程,每五年完成一批,每千瓦造价如前不变,每批发电1/3×840= 280 亿度电每年。15 年终产了仍共发电840 亿度每年,每度仍按9.3 分计不变。
这分三批完工的总投资成本现值751.45 亿元,比三峡工程序设计年完工的相应现值666.45 亿元较大,是由于分批工程提前运行的费用现值有85 亿元。
每批工程每年回收的电费是1/3×840×0.093 = 26.02 亿元/年。
由此可见,分三批完工的短工期大中电站比三峡特大电站经济效益大两三倍之多,理应先修短期电站。
(3)电站修在大江大河上,那里坡降比较平缓,受下游淤积段延伸的作用,岩基上面大多有较厚的复盖层。长江三斗坪坝址卵石积盖平均厚35 米之多,修重力坝时必先挖掉,使坝身坐落在岩基上。对比一个坝设150 米高,直接落在岩基上,可得发电落差约100 米,如今三峡大坝只能得平均落差65 米,发电功率打了一个65 折。通常山区坝址在冲刷河段上复盖层较薄,没有这般大的折扣。这是大江上修特大型电站的自然亏损。
(4)大江大河流大而猛,所用溢洪道须特别长。长江三峡普通宽仅100 至500 米,故称峡谷。而为了汛期排洪,更为了实行妙不可言的“蓄清排浑”水库运行法,最大泄洪能力需要73440 秒立米之巨。其时电站最多排泄19050 秒立米外,尚须泄洪54390 秒立米。按设计由深孔排泄47890 秒立米,仍须由溢流堰溢流6500 秒立米。于是设计了400 米左右长的溢洪道,使坝身总长达1800 米。虽有着较窄的500 米峡谷反而无法利用,不得不另找宽阔的河段筑坝,工费成倍增加。况且溢流坝的断面较非溢流的坝段要大,单宽造价较贵,大江在平面上坝也不能取拱形以分散应力向两侧岩壁。总之,大江虽流大而集中,电站单位千瓦的造价反而较高。其中部分原因是汛期排沙抑低水位,减小了落差,秋冬则流少而减功率。约估因这因素坝工造价要增加25%。
总合起来,三峡高坝对比山区大中型电站造价成本在四方面要昂贵:(1)由于淹没损失移民用费高达150%;(2)由于工期太长要高达276%;(3)由于卵石复盖层35 米厚于岩基上要高出达154%;及(4)由于溢洪道特长要高达125%;总合起来,共计提高造价797%,即增为8 倍,或加价7 倍。这是相对于没有淹没损失、工期只有五年、没有卵石复盖层及溢洪道特长等四种最有利的大中型电站而言,其造价当然较小。一般来说,三峡大坝较普通大中型电站高出三倍是肯定的。这里还未考虑卵石沉积的问题。所有这些,毋须通过应力分析,一般专长于水工建筑的工程师都能粗略估计,从而定策,根本毋庸作出工程设计,连工程技术的可行性研究也毋须进行,而得出论断:根本不可修建。
七、论三峡水库的防洪效果及长江中下游的治理
长江上中下游的防洪治理依靠水库蓄洪节流其效果是较小的,远不如堤工、河道疏浚等其他方法。主要原因是长江的洪流时程表现为量大而峰平,蓄洪能抑低峰顶很少。兹阐述如下。
1.三峡出口百年一遇30 天的洪量达1392 亿立米,而三峡高坝的设计防洪库量只有220 亿立米,所能减峰的作用有限。据长办资料,下游荆江大堤最高处只要加高0.8 米,就能通过这高峰而无恙。不论有无三峡水库,1954 年洪水来临,汉口的最高水位都是29.73 米,仍将淹地,仅仅可减少一些面积。这些说明三峡水库对于中下游防洪防涝无大作用,对于下游节流灌溉又原本无需要。
2.按长江流域面积大,长宽比大,坡降陡,故其洪流时程线(Q-t 线)量大而率并不高,形平坦;不若黄河洪水历时短、洪量小,而洪峰尖削,其蓄洪减峰作用最为显著;三峡蓄洪不能减低多少下游水位,而且按照“蓄清排浑”的运行法将使下游洪水历时加长,防护工作艰苦加甚。种种说明,长江防洪必须主要依靠堤防和疏浚,决不能依仗三峡大坝。
3.长江上游四川盆地本身的防洪策略主要也是在加大干支流的过洪能力,而不是在许多山头蓄洪,因为干支流源头坡降皆陡,建立蓄洪水库的工费太大,只能主要依靠堤防,和长江中下游一样。据此,盆地尽量排出的洪流将集蓄于三峡水库内,增加了水库防洪的负担。所以由于四川盆地本身也要求尽量泄流以适应防洪的需要,长江中下游防洪更不能依靠三峡水库之蓄洪能力。
4.三峡大坝既非长江中游防洪所可依靠,而长江中下游迫切需要防洪。何以救此燃眉之急,除了加强堤防之外,必须从速进行疏导和浚河两策。况且长江也和黄河一样,泥沙和卵石不断淤高着江槽,防洪要求不断增加,疏导之策笔者建议如此。
(1)在中游只要当江水位高于两岸水道时,尽量从多个穴口(泄流洞穿过堤身的)排泄水沙流分送两岸水道,佐以捣沙设备捣起江中积沙,加浓出流含沙,长期不断。这需要先在堤内开洞设闸,并整顿两岸水道,使能容纳出流,淤灌泥沙于两岸滩地。当其穿过湖泊洼地,可任其落淤。再由湖边居民用拖斗将湖中积泥拉上河岸淤灌田地。两岸洼地上小河小湖太多,要有规划地改为少数大河大湖,这样可容纳积沙很多。不禁止围小湖造地,但规定必须拖泥上田,既增湖泊容积,也于私田施肥有利。在大湖里由公众用挖泥船抽出淤泥淤灌田地。这样可替代挖泥船在大江中抽水挖深河槽。长期地泄出泥沙流,不断进行,以减轻诸分洪口排沙的要求。这样两岸洼地逐渐升高,江槽逐渐降低,大江过水能力增大,漫堤压力减轻,于是江治。
(2)在下游扬州打开一分流道直接导江出海。这径道长约200 公里,可缩短流出吴淞口的现道一半以上,加陡河坡一倍,以加速江流挟带江中积沙直接出便于排水入江,减免涝害。
(3)长江在扬州以下两边筑丁坝、顺坝束水攻沙,以浚江并挂淤造地,足以偿还扬州出海道所占土地。淮河要直接出海,限制入江洪流。
(4)右岸镇江以下要浚深运河及其支流与太湖,非汛期增加进入太湖流域的江流,不宜单靠加高堤身以防泛滥。挖出的河泥乃是肥料。为了防止江水上涨,同时天目山发洪水,应导洪出吴淞江与浏河,不宜泄洪入太浦河以免泛滥黄浦江。这样来保护并改善太湖区域。
(5)长江左岸扬州以下要整理乱流,增多江水清流,改善盐碱土壤,有系统地排盐水出海,使南通市等七县成为江南,并与之比美。
总之,治江之道要改为加强疏导和浚挖,不宜过多依靠坝蓄与堤塞。