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在实践中认识三峡工程 2007-6-6 来源：网易水利 简介： 通过三峡工程10年建设的实践，加深了对长江、对三峡工程的认识，提高了人类认识自然、改造自然的能力。自然界生态平衡是相对的，不平衡是绝对的。人类社会活动就是要使自然界达到相对的生态平衡，实现人类社会可持续发展。 关键字：三峡工程；建设；实践；自然规律 中图分类号：TV-1 文献标识码：A 人类在自己生存发展的实践中认识了自然，不断实践、不断提高对自然的认识，适应自然规律，改造自然条件以获得自身的可持续发展。 长江三峡工程经过几代中国人的实践和认识，作出了自己的抉择，终于在20世纪的90年代付诸实施。长江三峡工程不仅是一项规模宏大工程，而且是一项复杂的系统工程。人们对长江和三峡工程的认识也不可能一步到位，只有在不断的实践中加深对它的理解，才能指导我们更完美地实施这一计划。 本文仅在三峡工程的实践中阐述对长江三峡工程的理解。 1 长江及长江流域 11 长江 横贯中国大陆的长江，它发源于世界屋脊的青藏高原唐古拉山主峰格拉丹东（海拔6 621m）雪山群的西南侧，源头海拔高程约5 400 m。长江源远流长，自西蜿蜒东流，泻自高原，穿越深山峡谷、山地丘陵和广袤的平原，流入太平洋，全长近6 300 km，是中国的第一大河流，也是全球第三大河流（长度仅次于尼罗河、亚马逊河，水量仅次于亚马逊河、刚果河）。 长江共有3 600余条支流，众多湖泊分布南北，流域面积180万km2，占中国国土面积约1/5。流域位处北纬30左右，受东亚季风影响，具有显著的季风气候特征，冬冷夏热、四季分明、湿润多雨，与其北部相邻干旱寒冷的黄河流域形成鲜明的对照。长江年平均降水量约1 100 mm，年入海水量达9 500亿m3。 12 长江流域 长江流域人口约4.0亿人，耕地2 300万hm2。流域横贯中国的西南、华中、华东三大经济区，沿江有重庆、武汉、南京、上海等中国重要的大城市，更有众多的中小城镇,长江流域历来是中国经济、文化繁荣发达的地区，是中国重要的经济、文化区。 长江如同自然界一切事物一样，它遵循自然演变的普遍规律，生态环境在不断演变之中。它对人类影响具有两面性，既有哺育中华民族繁衍生息的一面，也有频繁洪水给沿江城镇、农田和居民带来深重灾害的一面,其灾害的一面已成为制约中国经济持续发展的因素，一直是中华民族的心腹之患。 由于受东亚季风的影响，全流域降雨在时空分布上极不均匀，暴雨洪水分布很广，长江每年510月为汛期，其中暴雨洪水主要集中在7至9月。长江上游100万km2集水面积上产生的洪水出三峡后，直泻中下游平原；而中下游平原地区主要由于上游排泄的泥沙淤积，以及平原地区人为活动，导致行洪能力不足，洪水位普遍高出两岸地面高程数米，受到洪灾的威胁最为频繁而严重。在已经过去年代中，从有明显水文记载的公元1153年以来，在宜昌的洪峰流量超过80 000 m3/s的有8次，其中超过90 000 m3/s的有5次，而在1860年和1870年宜昌洪峰曾达到92 500 m3/s和105 000 m3/s。在刚过去的一个世纪中,1931、1935、1949和1954以及近期的1998年都发生了严重的全流域性或区域性的大洪水，古老的长江大堤抵挡不住超限的洪水，淹没了大片平原耕地和众多的城镇，造成惨重的人员伤亡和经济损失。仅以1998年为例，在7月、8月两个月内出现了8次达60 000 m3/s的洪峰，60天的洪水水量达2545亿m3，是中游河段全年（平均）水量的56%。在中国政府组织全国军民奋力抗洪救灾的情况下，仍造成了32万hm2耕地被淹，1 562人伤亡，直接经济损失约2 000亿元人民币。因此，治理长江，防洪减灾已是中国政府刻不容缓的大事。 长江有巨大的落差和极其充沛的水量，蕴藏着极其丰富的水力资源，经几十年的查勘，可开发的水力资源约为1.7亿kW，约占全国总量的50%。进行有效的开发利用，获得清洁而廉价的电力是中国能源的一大财富。水力发电既不消耗一立方水，也不污染一立方水；既不排放一立方有害气体更无排放任何固体废物，是获得清洁能源改善生态环境的有效措施。 2 长江三峡工程的历史背景 1919年，伟大的中国革命先驱孙中山先生在他的实业计划中就提出了要在三峡河段“以水闸堰其水，使舟得以逆流以行，而又可资其水力，”并曾设想要装3000万匹马力的发电机。可以说这是三峡工程计划的最早设想。当然，在当时的历史条件下，也只能是一个伟大的设想。 1932年，当时的国民政府也曾组织人员进行规划设计，曾提出一份扬子江上游水力发电测勘报告，当时正处在第二次世界大战和抗日战争的前夕，这一报告只能束之高阁。 1944年，抗日战争胜利的前夕，当时的国民政府曾设想效仿美国的高坝建设的经验，提出了一份利用美国贷款筹建中国水力发电厂与清偿贷款方法的报告。并在1944年5月邀请了美国垦务局高坝专家萨凡奇（JLSavage）来华进行了10天的现场察勘，提出了一份扬子江三峡计划初步报告，这份报告拟订了工程的组成和规模及实施计划。尽管这还是很粗糙和肤浅的报告，但毕竟可称得上是三峡工程的最早的开发计划。当时的中国正值抗日战争结束，尚未摆脱半殖民地半封建的社会，民不聊生，兴建三峡工程根本提不到议事日程上来，1947年8月就中止了中美合约。 1949年至1992年，新中国成立，1949年长江发生了一次仅次于1931年的大洪水，随即于1954年又发生了一次全流域的大洪水。共和国的领袖们很快注意到了长江洪水灾害防治问题的迫切性。虽然新中国成立之初，百废待兴，尚不具备三峡工程的兴建条件，但从此三峡工程计划才进入了实质性的阶段。1950年成立了长江流域规划办公室，从组织上保证了三峡工程计划的研究和制定，其后又经历了长达近40年的大规模的水文地质勘探、流域规划的基础工作，聚集了全国上千名各门类的科学工作者，数十所科研院所、高等院校参与了三峡工程的科研攻关，并深入开展了规划、设计工作，积累了详实的资料及科研成果。20世纪80年代，进行了最后一轮的可行性研究，于1990年完成了长江三峡水利枢纽可行性研究报告，并经国务院审查，于1991年8月批准并报全国人大审议，于1992年4月全国人大七届五次大会审议通过了兴建三峡工程的决议。 3 长江三峡工程的论证和决策 31 长江三峡工程的论证 根据长江流域的整体规划，三峡工程是治理开发长江的关键、首选工程。三峡工程开发的目标：调蓄长江的洪水防洪减灾，水力发电以获得巨大的清洁能源，改善长江的航运条件。但是，由于三峡工程规模巨大，技术复杂，影响深远，为了权衡利弊，探讨兴建三峡工程的必要性和可行性，1986年6月到1989 年国务院责成水利电力部负责组织专家，进行了大规模的论证工程。 三峡工程的论证是一个复杂的系统工程，为了发扬民主、全面地科学地组织论证和决策，成立了14个专题组，即地质与地震、水文、防洪、泥沙、航运、电力系统、移民、生态与环境、枢纽建筑物、施工、机电设备制造、投资估算、综合规划与水位、综合经济评价。集中了全国412位专家，经过历时3年多的充分论证，在此基础上重新编制提出了长江三峡水利枢纽工程可行性研究报告，主要结论是： 兴建三峡工程是必要的，其防洪减灾的功能是不可替代的； 兴建三峡工程技术上是可行的，没有不可克服的困难； 水库移民虽然量大，但安置条件是具备的； 生态环境有利的效果大于不利的一面，不利的因素在兴建过程可以克服或减少； 兴建三峡工程在经济上是合理的。 1990年，国务院三峡工程审查委员会又一次组织高层次的专家对论证后提出的长江三峡水利枢纽可行性研究报告进行了审议，该报告于1991年8月审议通过。国务院正式提请全国人民代表大会审议关于兴建三峡工程的议案。在1992年4月3日七届全国人民代表大会第五次会议上，以三分之二以上赞成票表决通过了关于兴建三峡工程的决议。兴建长江三峡工程的决策程序到此已经完成，此后三峡工程进入了实施阶段。 3.2 三峡工程关键技术问题的决策 坝址的选择 经过近半个世纪的选择和20余年大规模的地质勘探研究，结合枢纽布置的要求、综合利用效益的可靠发挥等要求，在多方案的比选后，选择三斗坪作为坝址。该坝址位于西陵峡下段，也处于长江三峡峡谷的末段，离下游已建葛洲坝枢纽和宜昌市40 km。坝基为前震旦纪闪云斜长花岗岩体，构造简单，结构相对完整，作为坝基的岩体抗压强度在100 MPa以上，坝址处地形相对开阔，有利于枢纽建筑物的布置和施工，是难得的良好坝址，被中外坝工专家誉为全世界都难得找到的好坝址。 开发方案及水库蓄水位的选择 水位的选择也是综合论证的结论。在考虑了14个专业课题的因素，兼顾各方面效益，以最合理的发挥防洪效益，合理的发电容量及良好通航的要求为前提，在对150 m、160 m、170 m、180 m、190 m、200 m不同水位方案的比选后，最终决定175 m水位方案。 在重庆到葛洲坝水库660 km的河段，是一级开发还是多级开发，也进行了众多方案的比较，得出的结论是“一级开发、一次建成、分期蓄水、连续移民”能较好地满足了各项开发目标。 水库的水位特性: 正常库水位175 m，相应总库容393亿m3。 防洪限制水位145 m，相应的防洪库容221亿m3。 枯水期消落水位155 m。 百年一遇洪水=83 700 m3/s，经调蓄后下泄流量=56 700 m3/s（中下游安全泄量），相应水库水位166.9 m； 千年一遇洪水=98 800 m3/s，是大坝的设计洪水，水位175 m； 万年一遇洪水加10%=124 000 m3/s，是大坝的校核洪水，水位180.4 m,水库面积1 084 km2。； 水库延伸至重庆市朝天门码头，离坝址距离为650 km，改善了航道。枯水季平均调节下泄流量5 860 m3/s。 4 三峡工程建设中的挑战性问题 三峡工程并不是具有高深理论的前沿科学，它是一项传统的现实的和理性的工程，然而它毕竟是当前世界的顶级工程，又是一项综合性的多功能工程，它的建设必然会遇到前所未遇的工程难点和各类挑战性问题，只有在工程建设的实践中，充分应用当前最新科学技术成果、采用先进的施工技术，用创新的思维予以突破，才能取得工程的圆满成功。下面列举一些主要问题： （1）水轮机的特性。单机出力70万kW的水轮机转轮国外虽已有成功运行的产品，但三峡水库汛期为防洪需降低水位，因此，水库在一年内水位变幅达30 m，此外，水库初期低水位运行变幅达40 m，要求水轮机的运行水头变幅在61113 m范围内都要保证安全稳定和高效运行，这对于混流式水轮机来说，从理论上就是一个难题。国外对这一问题也没有完全解决。为此，虽然引进国外先进的技术，也需通过大量的流体力学物理模型和三维数学模型试验和计算，创制具有三峡特色的水轮机转轮。目前三峡机组正在制造安装过程中，2003年将有2台机组完成总装，2003年8月首批机组将投产发电，三峡巨型机组将面临一个严峻的检验过程。 （2）导流及围堰工程。长江来水量大，汛期洪水频繁，坝址最大水深达60 m，又是一条全年通航的河流，修建拦河大坝必须经过复杂的导流过程，还要在施工期保证通航，这本身就是一个工程难点。二期截流要在设计流量14 00019 400 m3/s和水深60m的主河道内完成。通过大量的水工模型试验和多方案的比较，采用了平堵立堵相结合，戗堤双向进占的方案，实施中使用大容量机械设备，加之科学的组织，于1997年11月8日顺利实现了大江截流。二期围堰的防渗墙是围堰挡水的重要屏障，要承受80 m的水头，防渗墙最大深度达70 m，要穿过堰体水下抛填料和复杂的河床地层，这也是前所未有的难点。经过大量的科学试验，配制塑性混凝土墙体材料，采用优质泥浆固壁、冲击、反循环、高压施喷和铣切多种造孔的方案，在不到10个月的时间内，在长江主河道内完成了最高达80 m的上下游两道围堰的施工，成功地建成了10万m2的防渗墙工程，并经历了1998年的数次大洪水的考验，测得总渗水量不到70 L/s，远低于设计值600 L/s，这不愧为水利工程史上的一大奇迹。 （3）大坝混凝土快速施工。三峡工程主体工程的混凝土总量达2 800万m3，其中大坝混凝土近2 000万m3，三峡工程能否按照总进度的要求达到计划目标，大坝混凝土施工是关键。按照控制进度要求，年浇筑强度达到500万m3，最高月浇筑强度要锏?0万m3，日最高浇筑量应达到2.0万m3以上。经过施工手段的多方案比较，认为用常规的汽车水平运输、起重机垂直吊运的办法浇筑大坝混凝土，不论从施工安全上还是施工速度上都难以满足进度要求。在充分论证的基础上，打破常规，决定选用以塔式皮带机连续输送浇筑为主，辅以大型门塔机和缆机的综合施工方案。从混凝土拌合工厂生产出的混凝土直接用皮带机，经由可自升高度的皮带机栈桥、供给塔式皮带机（Rotec塔带机）直接浇筑到大坝各施工块体，进行连续的混凝土浇筑施工，既避免了施工过程地面和空中的施工作业干扰，保证了安全，又大大超过了常规的施工速度。经过施工实践，于2000年创造了年浇筑542.8万m3、月浇筑58.5万m3的世界纪录，从而保证了工程的总进度。与大坝快速施工相配套的优化的混凝土配合比、高效的制冷温控工艺、仓面的振捣工艺以及计算机信息控制系统，都达到了一个新的水平。 （4）通航设施的工程难点。双线五级船闸是当今世界规模最大的船闸工程，船闸主体段长1 607 m，是在左岸山体内深切开挖形成，最大开挖槽深175 m，槽内有60 m高的直立（90）边坡，其中出现高边坡的范围长达460 m。开挖形成的深槽释放了原有的地应力，两侧山体高边坡及保留岩体的中隔墙的稳定问题，是三峡工程的一大难题，也是学术界特别关注的问题。经过大量的岩石力学分析计算，设计采用了多项结构措施：高边坡用了3600束锚索，深入岩体3060 m、每束施加1 0003 000 kN的预应力，对岩体进行深层锚固；用10万余根深入岩体815m的高强灌浆锚杆进行浇层岩体的加固；在高边坡分层设置了山体排水廊道，形成岩坡内的排水帷幕，以降低两侧山体的地下水位；岩坡表面设置表面排水系统和全面进行喷混凝土护面进行保护，这一系列的工程措施保证了两侧的岩体的稳定。实际监测到高边坡顶部最大的位移为58.92 mm，在设计预测之内。随着时间的延伸，变位进一步趋向稳定，这表明在实践中克服了高边坡设计和施工这一难题。 通航设施中的升船机工程，提升高度为113 m，提升重量为11 800 t，也是世界上最大的升船机工程。其关键在于绝对的安全和稳定运行要求，是一项复杂的技术问题，目前正在进行方案比选，将在2009年建成使用。 以上仅列举了一部份问题，实际在整个工程建设中尚有更多具有挑战性的问题。随着工程建设和枢纽逐步投产运行，还有可能出现各类技术难题。所有这些难题，只有在实践中逐个予以解决。 5 三峡工程的环境评价 三峡工程规模巨大，对生态环境影响范围广，涉及的因素多。历来是三峡工程兴建与否的重要议题。为了科学地、系统地分析三峡工程对生态环境的影响，得出正确评价，有100多个有资格的机构、1000多名科研人员进行了历时40余年的研究，形成了数十本专著、几千万字的研究报告。在整体评价中分自然环境和社会环境两个子系统，选取了24类70多个环境因子进行逐个预测评价。 三峡工程环境评价的结论: 三峡工程的兴建对生态环境的影响，有利的一面与不利的一面同时存在。 5.1 三峡工程对环境有利的一面 (1)可有效地控制长江洪水，提高中下游河段两岸平原的防洪能力，有效地减免洪灾对生产、生活环境的破坏，有效地减缓洞庭湖的萎缩，对改善长江生态环境的效益显著。 (2)三峡工程利用水能资源发电，年发电量847亿kWh，可替代年燃烧5 000万t原煤的能量，这意味着每年可少向大气层排放造成全球温室效应的二氧化碳1亿t，造成酸雨的二氧化硫100200万t，一氧化碳1万t，氮氧化合物37万t以及大量的固体废渣，由此可见三峡工程不论对全球性的大环境还是区域性的环境都是有利的。 (3)三峡水库将有效地调节长江不同季节不均衡的流量分布状况，可提高枯水季节的下游水量，改善枯水期的水质。 (4)水库将改善库区气候，有利于拓展农业、扩大和改善鱼类和水生物生栖环境。宏伟的三峡工程和秀丽的三峡风光将形成新的景观。 5.2 三峡工程对环境不利的一面 (1)长江三峡工程虽然保护了中下游的平原耕地150万hm2，却淹没了库区耕地1.72万hm2，三峡水库移民工程规模庞大且复杂，尤其是移民安置受环境容量限制，易出现库区的人地矛盾，如处理不当将加剧库区植被的破坏、水土流失,恶化生态环境。 (2)库区目前的沿江城镇每年向长江排放的工业和生活污水超过10亿t，如不加以处理，建坝后水体流速减慢，污水的自然净化降解的能力下降，有可能加速水体的污染。 (3)三峡水库形成后，长江泥沙运动规律发生变化，如不优化调度水库，库区河段将发生淤积，尤其是水库的上游末端、下游河段可能发生冲刷，改变河床形态，造成不利的影响。 (4)水库的形成将改变