三峡大坝选址28年:200公里江段中超过160公里江段不能安全建大坝

发布时间: 2020-07-16 13:57:16   来源:读历见闻  作者:

  长江三峡西起重庆奉节白帝城,东到湖北宜昌的南津关,从西向东依次是瞿塘峡、巫峡和西陵峡。瞿塘峡两岸岩壁高耸如削,巫峡也是万峰磅礴嵯峨,西陵峡同样是连绵的峻岭悬崖,但这些坚硬山岩之下的河床地质条件却并不理想,大都是很不稳定和遍布断层的变质岩、砂岩、石灰岩地质,贸然在上面修建高达185米的混凝土大坝和高水位库区,无疑会面临重大的安全风险。

  1955年我国全面开展长江流域规划和三峡工程的勘测研究时,援助工程设计的苏方专家提出的大坝选址地点避开了整个长江三峡江段,建议在三峡上游的猫儿峡拦江建坝,就是考虑到三峡的200公里江段中分布着超过160公里的变质岩、砂岩、石灰岩地质,这些岩体不仅力学强度差,而且岩体不完整、断层多更是重大的不安全因素。

  第一个被放弃的坝址方案

  猫儿峡位于长江上游重庆市江津境内的铜罐驿附近,其特点是江面狭窄便于拦江建坝,而且完全避开了分布着大量不稳定岩体地质的三峡江段。苏方专家德米特里也夫斯基、戈尔涅夫等人都认为在猫儿峡修建大坝,不仅工程本身的安全性高,也更能够更大化地获取电力资源。

  但这个选址方案跟我们想要的三峡大坝相去甚远,虽然猫儿峡方案安全可靠、建设成本小、发电效益高,但我国要在长江上修建的并不单纯是一座水电站,而是从最初设想时就对三峡工程显露了很大的雄心和野心。

  中国人想要建成的三峡大坝,不仅仅是为了发电,更首要的任务是要发挥治江防洪作用,担当起辅助长江中下游防洪的重任。除了防洪和发电之外,还要兼顾发展长江上游航运以及灌溉、供水、调节长江径流等作用。

  相比之下,猫儿峡的选址地处长江上游,位置上距离长江中下游地区过远,会大大削弱大坝建成后的防洪作用。除此之外,猫儿峡方案所带来的水库淹没面积太大,重庆市的一部分地区都将因此淹没成为库区,不仅不能充分发挥防洪和利用长江水运条件的作用,还会导致更大量的库区移民问题。

  因此,这个把拦江建坝位置推前到三峡上游的选址方案很快被放弃了,中国人不相信在长达200公里的长江三峡江段找不到合适修建三峡工程的坝址。

  当时摆在面前的坝址方案主要有两个,第一个是美国专家萨凡奇在1944年提出的南津关建坝方案,第二个是中国专家林一山等人提出的三斗坪建坝方案,这两个坝址都位于长江三峡东面的西陵峡江段。

  后来的事实证明,将大坝选址移向下游远离重庆的西陵峡江段是正确的选择。三峡大坝建成后使重庆港一跃成为内河大港,年货运吞吐量从千万吨上升到两亿吨,助力重庆成为西部第一个人均GDP超过1万美元的省市。

  在防洪方面,建成后的三峡大坝也很大程度地减轻了长江中下游湖北、湖南、江西等省市的防洪压力。2016年,三峡大坝将5万立方米每秒流量的1号洪峰,削弱为以3.11万立方米每秒匀速下泄。2018年,三峡大坝将5.3万立方米每秒流量的1号洪峰,削弱到以4万立方米每秒以内的流量下泄。

  今年6月以来三峡入库流量一度超过5万立方米每秒,三峡大坝自6月29日起控制下泄流量在日均3.5万立方米每秒,最大拦蓄了1.8万立方米每秒的洪水流量,有效缓解了长江中下游的防洪压力。如果没有三峡大坝对于洪水的拦蓄和下泄流量控制,下游的防汛形势会比现在更严峻。

  15个候选坝址的严谨取舍

  1959年5月,长办在武汉组织全国有关部门讨论三峡大坝选址方案,讨论对象就是南津关选址方案和三斗坪选址方案。

  由于南津关地区广泛分布石灰岩溶蚀,存在很难解决的岩溶而会使大坝面临很大的地基稳定性问题。三斗坪地区的基岩则是坚硬的火成岩,地质条件非常牢固可靠,而且当地地形开阔,场地条件好,便于进行大型混凝土高坝枢纽的施工修建。因此,讨论的结果是放弃南津关选址方案,推荐三斗坪选址方案。

实地勘测

  

研究讨论

  但是不久后提出要研究防范空炸的问题,于是在1961年至1963年期间又重新研究了在南津关江段石碑地区选取坝址的可行性,最后因为当地地质条件较为复杂,水工布置以及施工条件面临很大困难而再度放弃。

  在此前后,长办在西陵峡江段沿线组织勘测研究的坝址共计达到15个。其中,以南津关为代表的石灰岩坝区河段全长13公里,在这个河段前后研究过南津关坝址、石碑坝址等5个选址方案。以三斗坪为代表的火成岩坝区河段全长25公里,在这个河段前后研究过美人沱坝址、三斗坪坝址、太平溪坝址等10个选址方案。

三峡大坝15个选址方案

  最后,石灰岩坝区河段的5个选址方案都被否决了,火成岩坝区河段的10个选址方案中也被否决了8个。剩下的两个选址方案中,一个是在一开始就被提出来的三斗坪坝址,另一个是太平溪坝址。太平溪属于中等宽度河谷坝址,它和三斗坪坝址一样具有很好的火成岩基础,都非常适合修筑巨大的混凝土高坝。

  太平溪坝址的优势在分期开发和防护条件上有利,如果需要加强大坝防护,太平溪比三斗坪条件更为优越。在其后数年中,太平溪一直作为三峡工程重要的比较坝址进行勘测设计和比较研究。

  但是直到1970年12月葛洲坝水利工程开工兴建,对太平溪和三斗坪两个坝址的取舍仍未形成定论。在1979年5月召开的三峡工程选址会议上,针对太平溪方案和三斗坪方案的讨论也仍旧没有形成统一意见,赞成太平溪方案的意见主要是认为它有利于工程防护,赞成三斗坪方案的意见主要是认为它的施工导流及施工场地等条件更好。

陆地和水下地质勘探

  “上帝送给中国人的一个好坝址”

  1979年5月12日至24日,200余名专家代表在武昌召开了“三峡水利枢纽选坝会议”,参会人员分成六大组对太平溪和三斗坪两个选址方案进行讨论,十多天里共发出了多达59期会议简报。林一山在会议闭幕时发言说:“这次会议有争论,而且争论又没有完全一致,这是好事,不是坏事。”

  同年5月和9月,水利部先后组织了两次选坝会议,得到的各方面意见是“地质部门认为两个坝址的地质条件是一比一,交通部赞成三斗坪,工程兵四所赞成太平溪。绝大多数同志认为常规方案三斗坪坝址较优,防护条件太平溪坝址较优。但是对三峡大坝是否应当为了防护加大断面,多数同志引证国内外经验,不同意这样做,认为最有效的措施是预降水位,减少蓄水,在设计过程中还可考虑其他有效措施。”

三峡溃坝放水实验模型

  从大坝安全方面的战争攻击角度来看,三峡大坝作为一座坚固的混凝土重力坝,完全可以经受住常规武器的攻击,真正需要考虑的战争安全问题是核攻击。从现实角度来讲,核攻击的情况并没有太大的考虑必要,因为战争发展到核攻击就已经到了不再考虑后果的地步。但从科学研究的角度来讲,还是应当考虑遭到核攻击后溃坝所带来的安全问题。

  长办曾对此组织过长达数年的研究,得出了两个重要的规律性认识。

  一是如果在三斗坪修建三峡大坝,其下游长约20公里的陡峻峡谷能够约束溃坝水流,限制溃泄流量和延缓下泄时间,从而为下游防护赢得时间。二是溃坝水流总量只是三峡水库内的蓄存水量,与天然洪峰的破坏力相比是很有限的,不会持续对下游造成严重水灾威胁。而且现代战争都是有预兆的,战争危险来临时的最安全做法是预先降低三峡水库水位,而根据测算将水位从175米降低到相对安全的145米只需要7天时间。

  所以,太平溪坝址相比于三斗坪坝址的安全防护优势并没有想象中的那么大。最终在1983年5月召开的“长江三峡水利枢纽工程可行性研究报告审查会议上”,经历28年锤炼的三斗坪坝址方案得到正式确认。

  

1994年第一期土石围堰开工典礼

  

施工建设

  

截流

  三斗坪坝址到底有多幸运、多难得?

  在长江三峡全长200公里的江段中,乃至是从南津关到重庆658公里的更长江段中,只有庙河至莲沱之间的31公里江段是完整的火成岩地质。火成岩是岩浆从地壳深处喷发出来形成的一种花岗岩,这种具有极高力学强度的基岩足以承载庞大的三峡大坝和巨量的库区水量。虽然太平溪和三斗坪同处于这31公里的火成岩江段,但三斗坪位于太平溪下游7公里处,大坝建成后的库区能够更多地落在可靠的火成岩江段范围之内。

  除此之外,三斗坪坝址所处地区有史以来没有发生过大地震,其周边320公里范围内在近2000年内的地震活动强度小、频度低,属于非常典型的弱震环境。而且三斗坪坝址上下游15公里范围内都没有区域性和活动性断裂通过,坝区地壳的稳定性非常可靠,是一个十足的刚性地块。可以说,三峡大坝选定的三斗坪坝址,几乎集中了国内外所有高坝坝址的全部优点,其优越的建坝条件在世界范围内都是非常少见的。

  正因为如此,凡是到三斗坪查勘过的国内外工程地质专家,都无不称赞那里是一个难得的好坝址。1986年5月,国际著名的奥地利岩石力学、工程地质学权威专家缪勒教授来华,他在查勘了三斗坪坝址后由衷赞叹地说:“这真是一个好坝址,是上帝送给中国人的一个好坝址!”

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