三峡水库的真正危险

三峡水库的真正危险

至8月下旬,长江已经发生了第5号洪水,重庆的江津、合川等地,还处在洪水泛滥之中。

洪水一波紧接一波,来势汹汹,影响范围之大,灾民数量之巨,实属罕见。

三峡大坝,遭遇了建坝以来最大的洪水,开启了建坝以来的第一次11孔泄洪。也因如此,三峡再次掀起争论:

一是环境问题,三峡对水域、生态、地质等方面所造成的直接影响;二是泄洪问题,三峡大坝蓄洪能力差,导致洪水往四周奔流」成为关注点;三是溃坝问题,人们担心,三峡大坝会承受不住洪水的压力,以致于「崩溃决堤造成水淹湖广

环境问题暂且不论,实际上,以大坝的建造质量而言,洪水冲垮大坝的可能性极低,换言之,三峡大坝的质量问题实在不必过于担心。

问题的关键所在,其实来自已故水利学家、清华大学教授黄万里教授所预警的:三峡水库对长江造床质(砾卵石)所造成的淤积上。

也就是说,三峡大坝不是没有潜在危险,但真正的危险不是来自溃坝,而来自淤堵。

1992年末,黄万里教授在向中央上书的一封信中,说了句听起来有些「危言耸听」的话:

「(三峡)修坝后(卵石)将一颗也排不出去,十年内就可堵塞重庆港,并向上游继续延伸,汛期淹没江津合川一带。」

——《长江三峡高坝永不可修的原由简释》,黄万里,1992年11月14日

也许很多人都不知道,长江水流下面是无尽的砾卵石。

砾卵石,就是碎石与卵石。构成长江河床的物质,不是普通的泥沙,而是大量的卵石。

这些卵石的流量有多大?

据黄万里教授估算,就宜昌一地的长江流段,每年卵石输移量高达1.21亿吨。

设想一下,如果有上亿吨卵石淤堵在宜昌一地,会怎样?

它会像一只巨手,扼住长江的咽喉。

三峡大坝建设在湖北宜昌,它可能会拦住这些卵石的去路,这也是黄万里教授当年竭力反对修建三峡工程的最重要原因。

今年,正是三峡大坝蓄水达到最高水位的第十年,卵石淤堵对长江流域的影响到底有多可怕?

黄万里预言」会成真吗?

我们先来看看长江到底是一条什么样的江。

?

三峡水库的真正危险

长江的形成

在2亿年前的三叠纪时代,那时候还没有长江,如今长江中上游的这片土地被茫茫古地中海所淹没。

三峡水库的真正危险

| 三叠纪早期的古地中海,又称为特提斯洋(Tethys Ocean)。

图片来源:大英百科全书

?

在三叠纪末期,出现了一次强烈的造山运动,横断山脉、秦岭、云贵高原等高地隆起,海水随之后退。在高地之间,出现了一系列水域、湖泊,由一条水系串联起来,这就是长江的雏形。

从地形来看,原始长江东高西低,河流从东向西流入古地中海。

到了1.4亿年前的侏罗纪时代,古长江区域进入了被称为「燕山运动」(因燕山山脉的形成为典型代表而命名)的地质构造期,长江中下游的大别山和巫山等山脉隆起,四川盆地形成,成为内陆湖盆,古地中海继续退缩。

再到距今3000万年左右,青藏地区在板块挤压中缓缓抬高,形成喜马拉雅山脉和高原,长江流域也整体上升,上升程度为上游剧烈,下游和缓,地形变成现在的西高东低,长江流域的水系汇聚,向东流入东海。

三峡水库的真正危险

| 印度板块在北移过程中发生逆时针旋转,大约5500万年前与亚欧板块碰撞。

图片来源:Pierre Dèzes

?

至此,长江可以算作正式形成。直到人类出现,文明开启进程以来,长江未曾改道,一直奔腾到今天,哺育着两岸生民。

这条江全长约6300公里,我们习惯将长江分为三段:

三峡水库的真正危险

宜昌作为长江上游和中游的重要分界点,是其成为三峡大坝坝址(宜昌三斗坪)的关键原因。

三峡水库的真正危险

长江的造床质是砾卵石,而非泥沙

长江是在亿万年来的地质运动中形成的。

那时,火山爆发喷涌而出的火成岩在河槽中滚落形成砾卵石。这些砾卵石形成了长江上游的河床,也就是说,长江上游的造床质是砾卵石,而不是像黄河那样为泥沙。

更可怕的是,长江的造床质是流动的,也就是说,砾卵石就像传送带一样,在长江水流下不断输移。

这种造床质的移动,还造成了黄万里教授两名同伴的不幸溺亡:

「1938年11月作者(黄万里)率队测量培江(长江支流嘉陵江之支流)时,一组横断面队员在平武城下游25km处船破将沉,全体人员下船涉水扶船靠岸,惟测量员卢伯辉等两人自恃水性高强,离船而行,竟倾倒在河中被水流冲走一两公里,撞破头骨而淹毙,作者(黄万里)赶到勘查,发现水深不及没膝,水清见底,河床质卵石仅30mm左右,竟能在这枯水下随急流运移。试伸一足入河底,乃知是多层卵石在同时输移着,整个河床坡陡达1/100,是移动着的。两人既无法立足,又因水浅流急,无法泅划乃头被冲石上而毙。」

——《关于长江三峡砾卵石输移量的讨论(续)》,黄万里,1995年

据黄万里教授的讲述,在这两名同伴遇难之前,就已经因为卵石发生了一次悲剧。

那是1938年夏季汛期,当时从美国归来的一位硕士生,督工修建寸滩堤坝时遇难,事故原因推测下来,不在于汛期水流量大冲击堤坝崩溃,而在于施工修筑堤坝时,没有用土壤稳固河床的卵石,而当河床的卵石随急流移动时,导致堤坝崩溃,这位督工因此遭遇不幸。

三峡水库的真正危险

| 涪江是嘉陵江的支流,嘉陵江在重庆汇入长江。

图片来源:维基百科

?

那么,这么庞大的河床移动,万一在某处被卡住了,结果会怎样呢?

不敢想象。

这也正是人们所忽视的问题。因为一般来说,河流中的输移物主要是悬沙,也即河流周围沙质页岩和泥质沙岩风化后随降水流入河流中的悬浮物。

这些悬沙颗粒极小,在水流湍急的河段,会容易地随着水冲走;即便河流有座大坝拦着,也不会被完全阻拦而大面积淤积在水库末端。

另一类常见的输移物是颗粒较大一些的泥沙,会沉落在河底,也被称为底沙,它们在水流急促的时候会被冲走,水流较为平缓的时候则会沉落。

普通的河流是悬沙随水流推移,流量大时,大不了连底沙一起推移,一般不会涉及到河床的演变。

但长江上游不一样,它的奇特之处就在于,它的造床质是不同于黄河造床质的砾卵石,而且这些卵石不只有一层,而是多层分布,并且还会随着西高东低的河流陡坡重力,以及水流的冲击力,整个床底一起移动。

即便是在没有降雨的时候,那些直径约在1.5厘的小型砾卵石也会随着水流缓慢移动。

长江这种特殊的河床构造方式,就是我们能在长江及其支流看见砾卵石浅滩、在南京能看到雨花石的原因。

雨花石很美,但水流中的砾卵石很危险。

所以黄万里教授在一系列讨论三峡修坝问题的文章中,最为关注的就是砾卵石,这也是理解长江修坝最为关键的问题。

?

三峡水库的真正危险

扼住长江的咽喉

我们看看这些年的媒体报道,更能直观地看出长江上游的河床是到底长什么样。

2010年3月26日,新华社报道,重庆段长江达到特枯水位,砾卵石出露;

三峡水库的真正危险

| 2010年3月26日,长江重庆段一处大面积裸露的河滩

图片来源:新华社

?

2013年2月17日,中新网报道,重庆嘉陵江河床砾卵石出露;

2020年1月底,金沙江白鹤滩水文站出现历史最低水位,金沙江部分河床出露水面。

三峡水库的真正危险

| 白鹤滩水文站华弹站断面图

图片来源:长江水文网

?

从这些照片都能看到布满河床的砾卵石,黄万里教授所称的长江河床造床质是砾卵石而非泥沙的理论确凿无误。

黄万里教授所记录的同伴悲剧告诉我们,即使是枯水期,涪江河床上也会有砾卵石流动,证明了砾卵石流终年存在、汛期流量更大,且黄万里教授用实地测量数据表明,涪江的年砾卵石输移量为50万吨。

涪江只是长江支流的支流,可想而知,长江上游干流的砾卵石输移量会更巨大。

只不过,因为长江汛期水深达到40米以上,根本无法测量砾卵石输移的准确值。

该怎么测呢?

黄万里教授以长江上游小流域的实测资料得出的沙石比,间接推测出中游宜昌地区的砾卵石输移量。见下表:

三峡水库的真正危险

?

如果按照沙石比例来算,宜昌地区的砾卵石输移量大致为1.21亿吨/年;如果按照砾卵石单位面积输移量来算,则约为0.87亿吨/年。

两者取中间值,可以推算出宜昌地区的砾卵石输移量在1亿吨/年左右。

在修建三峡大坝之前,这么多的砾卵石可能在洪水退落时堆在一起形成浅滩,但最终会在冲刷中奔向下游。黄万里教授在文章中说:
「所有滚动过的卵石 , 在支流中游时停时行 , 最终必将逐出夔门(三峡西端入口) , 到长江中游流缓处沉落在大陆架上的深层 , 替换原沉泥沙的位置而泥沙则被浮起逐流而下 , 部分淤积河底 , 抬高河床。这是造床的卵石和悬浮的泥沙在河道纵断面上不同的运移现象。」
但是黄教授所估算的这1亿吨/年的砾卵石,会由于大坝的落成而堆积在库尾,他说的是「一粒也排不出」。
也即是说,其实是三峡大坝堵住了长江的砾卵石,原因就在于蓄水后水库水位升高,流速降低,砾卵石无法从大坝里排出去,只能沉积。
那有没有可能清理库区的砾卵石呢?
理论上可以,但代价极大:必须先断航。
这对重庆的影响可想而知。而且库区两岸十分狭窄,机械设备进出不易,即便挖掉一部分砾卵石,也得想办法运送出去,工程难度和工程量巨大,难以想象;再加上壅水因素,全部砾卵石只能沉积在库尾的重庆港口,阻碍航道。
即使用最极端的方法炸掉大坝,已堆积的砾卵石也很难清理,因为宜昌之后水流平缓,没法彻底冲走底下已经堆积成河床的砾卵石。
更加难测的是,年均1亿吨砾卵石的输移量,不是均匀地、缓慢地流向库区,好等着人工分批给它挖走,而是可能在十年或二十年难得一遇的降水袭击之后,短时间内一步到位将卵石输送到库区和上游,根本来不及应对。
不仅如此,砾卵石从上游地势高处流到库区沉积之后,会逐渐填平地势陡峭处(坡降大的区域),后面推移而来的砾卵石因此反而会向上游堆积。这是因为坡降不够,再加之水流平缓,不能形成足够的重力使卵石往下游移动,反而使得砾卵石的堆积逐渐向上游延伸,先是重庆,然后是北碚、泸州,再是长江各支流沿岸,最后殃及整个四川盆地。
当然,这一切的一切,代价都是抬高洪水位、淹没两岸的耕地与城镇,生灵涂炭。
为了减少长江砾卵石在三峡涌积,如今看来代价最小的办法是在上游进行拦截。
三峡大坝建成后,三峡集团便在长江上游连续修建了乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝等多个水电站,以拦截上游卵石。可是,用小隐患来掩饰大隐患,这真的是代价最小的办法吗?以后会不会积重难返?
与其说这是解决问题的对策,不如说是三峡大坝的一块「遮羞布」。
如果我们回到3000年前,会发现如今的上海市区还淹没在海里。正是长江上游携带的沙石沉积,为入海口右岸填造了滩涂,补充了许多土地和耕地。
如今,越来越多的水坝在上游横截长江,遭殃的不仅是重庆和四川盆地,曾经受惠于长江沙石的上海,在大坝修建后,极易受海流冲击,海岸线可能退缩。
从2010年蓄水完成至今,已过十年了,「黄万里预言」是否会成真?
感性告诉我们,希望不会。
但自然与科学,从来不管感性。
参考资料
黄万里. 关于长江三峡砾卵石输移量的讨论. 水力发电学报,1993.
张仁.关于长江卵石输移量的讨论. 人民长江,1994.
黄万里. 关于长江三峡砾卵石输移量的讨论(续). 水力发电学报,1995.
戴晴. 黄万里教授抱憾辞世 中国再无人反对三峡工程. 2001.
王维洛. 我死后哪管洪水滔天—— 重庆港有没有出现黄万里教授所预言的淤塞、航道阻断现象?. 2020.

原文始发于微信公众号(明白知识):三峡水库的真正危险

(浏览 2,008 次, 今日访问 1人 )

发表回复