三峽蓄水:高峽出斜湖

2003-06-10 08:35 作者: 作者:金刀

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2003年6月1日,三峽水庫在舉世注目下徐徐降下閘門開始蓄水。各大報刊、網站紛紛載文慶賀這一壯舉,引用最多的一句便是毛澤東的詩句:高峽出平湖。

真要叫起真兒來,「高峽平湖」只是藝術想像,三峽湖面其實並不是水平的,科學的提法應該是「高峽出斜湖」。也許有人會說,這是小題大作,差這一點點有什麼關係?我們說,這可馬虎不得,它關係到:第一,水庫防洪庫容能否達到宣傳的221.5億立方米,也就是2009年水庫建成以後能蓄多少洪水?能否實現主要的工程目標--防洪?第二,水庫的淹沒損失和移民人數的增加, 本來以為不會淹的地區將被淹沒,本來以為不用遷移的居民必須搬遷,本來不大鼓的荷包又得掏錢;第三,本來以為不會淹到的重慶市老市區會部分被淹;第四,沿庫岸新建的移民城鎮、基礎設施如鐵路、公路、橋樑、廠礦會被淹沒。

三峽水庫的水面存在水利坡度或稱比降。「比降」就是上游水位減去下游水位的差,再除以兩點間的距離。比降越大,水位落差越大。中國水利界權威、清華大學的張光斗教授解釋說,長江上游的水源源不斷地流進庫區,上下游的水面始終存在一定坡度。並且這一坡度要受水庫水深的影響,水越深坡度越小,水越淺坡度越大。因此,三峽水庫的水面並不像人們想像的那樣是平的。他還說,即使三峽工程全部竣工後,壩前水位達到175米,庫區水面的坡度也依然存在,只是會比現在要小一些(在自然狀態下為萬分之二,即每一百公里降低20米)。

張光斗在這裡只提到水深一個參數,他說:「如果大壩無限高,這個坡度就會無限小,這才有可能出現真正的平湖」。筆者認為,洪峰流量、河道的寬窄變化和沿江岸壁對水的阻力也是影響水面坡度的因素。當大壩無限高時,有限的流量相對於「無限大的水庫總量」當然就可以忽略不計。我看,張院士用的是障眼法,用一個模糊的真理掩蓋了這樣的事實:三峽大壩壩頂只有185米高,蓄水蓄到175米,再加兩米風浪保險,就達到它的上限,張光斗先生還說過,大壩最多可以蓄水到184米高程。(水庫的技術數據中有一個是水庫最高蓄水位,三峽水庫一直沒有正式公布這個數據。184米應該是水庫最高蓄水位。國外在計算水庫移民的出發點是水庫最高蓄水位,而中國則是水庫正常蓄水位,這在三峽工程中相差9米)。而這個上限,與660公里以外的重慶市(200米高程)在同一個數量級。在這樣的條件下,洪峰流量、地形變化和沿江岸壁對水的阻力恐怕就不能忽略不計了。

**洪峰流量對比降的影響

1981年洪水量並不很大,只有985億立方米,但因流量大重慶水位升到191米。正如張院士所說,當沒有洪峰時,三峽水流也是存在坡度的。這個坡度有多少?三峽工程當局可以很容易知道,工程人員沿江設置了180個採樣點,計算機可以得到同一時間的各地數據並算出平均水利坡度及相鄰兩點的分段水利坡度。筆者不可能有這些數據,但可以粗估一下。

據長江水利委員會高級工程師廖志丹估計,這個水利坡度在千分之一點九至千分之三左右(見[附文]),就是說,三峽大壩蓄洪到175米時,重慶水位至少應為175(壩址水深) + 0.0019(坡度) x 660,000(重慶至大壩的距離/米) = 1429米(重慶水位)。而重慶那裡水深200米時就淹到朝天門碼頭了,重慶市最高點250米,1429米?這裡面是不是有人在開玩笑?筆者按萬分之零點一九到萬分之零點三再核對一遍:175 + 0.000019 x 660,000 = 187.5米~194.8米,看上去是差不多了。筆者自定的比降比三峽論證時泥沙組提出的萬分之零點七(每百公里降7米)小了一半還多,泥沙定是衝不出水庫的。

但是,按上文所說,6月15日三峽工程二期蓄水結束後,大壩前水面的海拔高度是135米,而在上游的巫山約為143米,萬州約為150米。假如大壩前水面不是135而是175米,以此比降往上游推算,到離大壩494公里的李渡鎮應為209米,那麼重慶市水位在那裡?難怪連張光斗這樣的水利界泰斗都不得不含糊其詞,用「會比現在要小一些」來搪塞了。這組數據與汪小蓮工程師發表的三峽遇20年一遇洪水的數據吻合,顯然比降與洪水流量有關。對重慶市這樣的大城市,怎麼也得按百年一遇洪水來計算吧?

**河道地形對比降的影響

當洪水下來,在三峽入口夔門,江面由1000多米收窄為百多米寬,後面的三峽十幾個峽口,就跟一串「糖葫蘆」差不多。洪峰要想過夔門或其他狹窄地段,必然要壅高水位形成較大水位差才能迅速下泄,別無出路。三峽工程蓄水開始,當江水到達雲陽段時,水位線首次出現「馬鞍形」現象。據當時最新水位數據表明,雲陽的水位是101米,而它的下游奉節水位是107米、上游萬州水位是110米,奉節和萬州水位分別高出雲陽6米和9米,這就意味著出現水位兩頭高中間低的「馬鞍形」。據航道部門工作人員介紹,這種現像在川江上還是首次出現。張光斗院士對記者也是這麼說的:三峽蓄水是大壩下閘後,水流速度減緩,上游或支流的水因「流不動」而自動抬升水位,並非大壩擋水之後,長江水倒流而抬升水位。這同筆者的看法一致,奉節距大壩有162公里之遙,回水不會那麼遠。

順便提一句,通常情況下,入庫的泥沙會沉積在庫尾回水區,導致這一河段航道變淺,甚至影響船舶的正常航行;較大洪水下來時,由洪水帶下的粗沙卵石會往前一些,大部分會沉澱在諸如瞿塘峽峽口夔門這樣一些狹窄處的前部,不會帶出三峽水庫。這些卵石抬高了進門的台階,使洪水下泄更加困難,以至很容易發水災,清理起來代價非常高。建議有關當局鼓勵發展深水清淤產業,清出的沙石是寳貴的建築材料,這樣國家可以省去為清淤而清淤的花費。清華大學已故教授黃萬里認為礫卵石在三峽水庫狹窄處形成水下堆石壩而壅高水位。這些礫卵石和粗沙在沒蓄水前是靠每秒2.66米流動的江水帶出的。三峽蓄水後流速大減,九曲十八灣的三峽是阻止沙石通過的天然屏障。三峽蓄水135米,夔門水色由黃變清,說明泥沙一點不糟蹋地沉澱在庫底。長江每年的泥沙量有5億噸左右,如果是不均勻地分布在庫尾和峽口,其沉積速度會是很可觀的。過去洪水期間的大量泥沙卵石是靠自然河道的坡度衝出去的,三峽蓄水後這樣的條件不復存在。

學物理時我們作過這樣的習題,推一個放在地上的箱子,開始很費力,一旦箱子動起來後,便會較為省力,這涉及到靜摩擦係數與動靜摩擦係數,它們差別很大。同理,沙石一旦在峽口停下便不易再啟動,除非有一個大的干擾力沖它一下。洪水是否能夠提供這個干擾力很值得懷疑,理由是水深了,干擾力下探不到水底,就像海面巨浪滔天海底風平浪靜一樣。洪水流過河床時,流速在各個層面的分布是不同的,水底和兩岸流速最低,200公里長的三峽便是沙石最好的避風港。三峽水庫擬採用「蓄清排混」的運行方式,到底「排混」能否實現,還有待觀察。

旅德學者王維洛先生預言排混只對大壩前很短距離有效,而水利權威黃萬里則斬釘截鐵地說一塊石頭也出不去!如果「排混」失敗,三峽建設者只能奢望沙石量不大了。即使他們滾動開發長江上游金沙江以延長三峽水庫的使用期限,也絕不意味著三峽是成功的工程,只是用上游的開發為三峽工程延年益壽──意為終將覆亡而已。

**岸壁對水的阻力

江水進入三峽後,陡峭粗糙的岩壁對水的阻力是不言而喻的。川江上行船,規則是下水走河心,上水靠兩邊。因為上水水流阻力大,靠邊水緩,既節省燃料也省力。此例說明瞭河床對水的阻力。有文章在論述三峽因戰爭因素潰壩後庫水不會一泄千里,就是由於岩壁對水的阻滯作用。廖志丹總工程師認為,長江三峽兩岸都是高山峽谷,這對江水有較大的控製作用,使這一段江水的比降比平原型水庫高得多。既然岸壁對水的阻力有防止潰壩後水淹下游六省一市的作用,也應有阻礙上游洪水下泄的作用,大自然不搞雙重標準。

水流的特性是有它的規律的,靠三峽大壩的調控能否完全制服它還難下定論,三峽大壩對上游洪水的控制恐怕是成事不足敗事有餘。這是因為它決定不了上游洪水的狀態卻擠佔了得以使洪水快速下泄的寳貴庫容(70米至135~145米之間的庫容)。這個庫容過去是備而不用,洪水來了才用;現在是平時使用,洪水來了卻沒得用!

三峽水庫的比降有待於進一步觀察,如果廖志丹的比降數據沒有錯,三峽水庫的防洪庫容現在就被槍斃了。如果按筆者「篡改」的數據算,也只能走著瞧,它畢竟是估計的。河道的渲泄能力強弱是與比降大小有關,所有這些都是不以人的意志為轉移的。三峽發生的改變之一就是把過去很大的自然比降人為地減小了,從而妨礙了洪水的快速通過,滯洪於上游。各位看官,您還認為三峽的斜湖是小事一樁嗎?

但願三峽只成斜湖不成邪湖!

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[附文]

權威專家:三峽水庫「高峽平湖」水面其實不平


2003年06月04日 19:41

  中新網6月4日電 權威水利專家說,三峽工程蓄水後將形成「高峽平湖」,但整個水庫的水面其實並不「平」。

  6月15日三峽工程二期蓄水結束後,大壩前水面的海拔高度是135米,而在上游的巫山約為143米,萬州約為150米。記者瞭解到,到6月3日,長江萬州段的水位已經比巫山培石的水位高出3米左右。按常理,無論長江河床的高低如何,一旦三峽成庫後,水面應該是平的。但三峽水庫上下游的水位何以會出現這麼大的落差呢?

  中國水利界泰斗、清華大學張光斗教授解釋說,長江上游的水源源不斷地流進庫區,上下游的水面始終存在一定坡度。並且這一坡度要受水庫水深的影響,水越深坡度越小,水越淺坡度越大。因此,三峽水庫的水面並不像人們想像的那樣是平的。他說,即使三峽工程全部竣工後,壩前水位達到175米,庫區水面的坡度也依然存在,只是會比現在要小一些。

「如果大壩無限高,這個坡度就會無限小,」張光斗說,「這才有可能出現真正的平湖。」

  長江水利委員會高級工程師廖志丹進一步解釋說,三峽水庫是典型的河道型水庫,其最大特點就是水的「比降」比較大。他解釋說,「比降」就是上游水位減去下游水位的差,再除以兩點間的距離。比降越大,水位落差越大。「長江三峽兩岸都是高山峽谷,這對江水有洗蟮目刂譜饔茫



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