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河流的综合治理──以长江三峡工程为例

[日期:2004-06-07] 来源:中国水资讯网:人民教育出版社  作者: [字体: ]
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三峡工程的历史回顾

长江三峡河段,是世界上最大的水力资源宝库之一。最早提出三峡工程的,首推中国民主革命的先驱孙中山先生。早在1919年,他就提出在三峡建坝的设想,以改善川江航运、开发利用长江水力资源。

自那以后,无数的专家、学者对三峡工程倾注了极大的心血。值得提出的是,较早提出具体开发计划的是美国的经济学家潘绥(G.R. Passhal)先生。1944年,他建议在三峡建一总装机容量为1 050万千瓦的发电厂。同年5月,美国垦务局设计总工程师、世界著名坝工专家萨凡奇(J.L. Savage)先生徒步考察了三峡,编写了《扬子江三峡计划初步报告》,报告建议在宜昌上游建200米高坝,装机1 056万千瓦,同时有防洪、灌溉、航运之利。

新中国成立后,百废待兴,但三峡工程受到了中国政府的高度重视。从1954年开始论证,历时38年之久。为了研究该工程,不仅国内的科学界、工程技术界有几代人付出了大量的精力和心血,原苏联、美国、加拿大等国不少专家也曾参与了工程规划、设计研究与咨询工作。所投入力量之雄厚、工作量之浩瀚,在世界工程史上堪称罕见。

经过缜密研究、充分讨论、反复论证,1989年5月重新编制了《长江三峡水利枢纽可行性研究报告》。报告的主要结论是:三峡工程对我国的建设是必要的,在技术上是可行的,经济上是合理的,建比不建好、早建比晚建有利。

此后,国务院成立了三峡工程审查委员会,聘请了163位各方面的专家对可行性研究报告进行审查,并获国务院常务会议通过。1992年4月3日,第七届全国人民代表大会第五次会议通过了《关于兴建长江三峡工程决议》,1993年三峡工程进入了施工准备阶段。经过一年多的施工准备,1994年12月14日,三峡工程正式开工,开始进入大规模建设阶段。并以1997年11月大江截流成功为标志,进入了二期施工阶段。目前,枢纽工程建设、库区移民和输变电工程正在有计划、按进度地顺利展开。

三峡水利枢纽工程基本情况

三峡水利枢纽坝址位于西陵峡的三斗坪,上距葛洲坝工程38千米,是一座具有防洪、发电、航运、环保以及养殖、供水等巨大综合效益的特大型水利水电工程。

这项工程由拦江大坝、水电站和通航建筑物等部分组成,采用“一级开发,一次建成,分期蓄水,连续移民”的方针。即从三峡坝址到重庆之间的长江干流只修建三峡一级枢纽工程(在这一河段上曾比较研究过一级、二级开发方案);大坝按坝顶高程185米(吴淞基面以上,下同)的最终规模一次建成;水库分期蓄水,初期蓄水位156米,最终蓄水位175米;移民在统一规划的前提下按连续搬迁的原则进行安排。水库总库容量393亿立方米,其中防洪库容221.5亿立方米。电站装机26台,总容量1 820万千瓦,年发电量847亿千瓦时。通航建筑物包括双线5级船闸和一线垂直升船机各一座,年单向通航能力5 000万吨。

工程分三期施工。第一期先沿着江中一座小岛──中堡岛──修筑一道纵向围堰,与一期上下游围堰将河槽右部围成一期施工基坑,在基坑内开挖一条导流明渠,并修建一条混凝土纵向导墙;同时在左岸高地上修建永久船闸、升船机及临时通航船闸。

导流明渠及混凝土纵向导墙修好后,即开始第二期施工,首先进行主河槽截流,并形成二期基坑,在二期基坑内修建河床泄洪坝段和左岸厂房坝段及发电厂房,并继续修建永久船闸。这一期间,江水及来往船只由导流明渠通过,在洪水期,船只由临时船闸通过。当二期工程修到一定程度可以挡水、发电、通航时,再在导流明渠内修建三期围堰,形成三期基坑。第三期工程即在三期基坑内修建右岸厂房坝段及厂房,并继续二期未完成的工程直至全部工程竣工。

一期工程及施工准备工程共安排5年,从1993年至1997年,以大江截流为标志;二期工程安排6年,以2003年第一批机组发电完成为标志;三期工程安排6年,至2009年竣工。二期工程完成后即可开始通航发电。因此,从施工准备开始到第一批机组发电、多级船闸通航共需11年,全部工程总工期共17年。

三峡水利枢纽主体工程总工程量是土石方开挖约14 780万立方米,土石方填筑约9 280万立方米,混凝土浇筑约2 840万立方米,钢材28.08万吨,钢筋35.43万吨。与已建成的葛洲坝工程相比,土石方量约相当于葛洲坝工程的1.5倍,混凝土约为2.7倍。按1993年5月末的价格计算,枢纽工程的静态总投资为500.9亿元。

1931、1935、1954、1998年长江的洪水灾害情况

1931年7月,长江中下游连续降雨近一个月,雨量超过常年同期雨量的两倍以上,江湖洪水满盈。7月下旬长江中下游梅雨结束后,雨区转向长江上游,金沙江、岷江、嘉陵江发生大水,其中以岷江洪水最大。川水东下与长江中下游洪水相遇,造成荆江大堤下段漫溃,沿江两岸一片汪洋,54个县市受灾,受淹农田339.3万公顷,受灾人口2 855万人,损毁房屋180万间,因灾死亡14.52万人,灾情惨重。武汉三镇,平地水深丈余,陆地行舟,商业停顿,百业俱废,物价飞涨,瘟疫流行,受淹时间长达133天。

1935年7月3日至7日的5 天内,三峡区间南部以五峰为中心,北部以兴山为中心,发生了紧相衔接的两次特大暴雨。五日暴雨量实测值以五峰1 281.8毫米为最大,是我国著名的“357”暴雨(即1935年7月暴雨)的最大暴雨中心。兴山暴雨中心的五日暴雨量也达1 084毫米。由于暴雨急骤,致使三峡地区、清江、澧水、汉江洪水陡涨,来势凶猛,荆江大堤沙市以上得胜寺、横店子,沙市以下麻布拐相继溃口,荆州、沙市、监利、沔阳、枝江、松滋、石首均成泽国。“纵横千里,一片汪洋,田禾牲畜,荡然无存,十室十空,骨肉离散,为状之惨,目不忍睹”。江汉平原53个县市受灾,受灾农田151万公顷,受灾人口1 003万人,因灾死亡14.2万人,损毁房屋40.6万间。由于这次洪水的洪峰流量大而洪水总量较小,故长江中下游干流两岸灾情比1931年为小。

1954年6月中旬,长江中下游发生三次较大暴雨,历时9天,雨季提前且雨带长期徘徊于长江流域,直至7月底流域内每天均有暴雨出现,且暴雨强度大、面积广、持续时间长,在长江中下游南北两岸形成拉锯局面。8月上半月,暴雨移至长江上游及汉江上中游。由于在上游洪水未到之前,中下游湖泊洼地均已满盈,以致上游洪水东下时,宣泄受阻,形成了20世纪的最大洪水。在党和各级政府领导下,在全国大力支持下,经百万军民奋战百天,并相机运用了荆江分洪区和一大批平原分蓄洪区,才保住了武汉、黄石等重点城市免遭水淹,保住了荆江大堤安然未溃决。但洪灾造成的损失仍然十分严重。受灾农田317万公顷,受灾人口1 888万人,因灾死亡3.3万人,损毁房屋427.6万间。武昌、汉口被洪水围困百日之久,京广铁路一百天不能正常通车。

1998年夏季,由于太平洋副热带高压势力较弱,北方冷空气南下频繁,长江流域降水时间早、强度大,形成全流域洪涝灾害。从1998年6月下旬开始出现洪水征兆,7月2日第一次洪峰过宜昌,至8月31日第8次洪峰过宜昌,洪水期长达两个多月。除江汉平原外,上至四川、重庆,下至江西九江、安徽安庆等地都受到洪水的威胁。仅上游四川省就有150多个县受灾,包括133万公顷农作物、63处水利设施、100余座水电站、22座水库和40多万间房屋,直接经济损失近100亿元人民币。

三峡水库的防洪作用

三峡工程钢筋混凝土大坝坝顶高度185米,水库总库容393亿立方米,与世界各国已经建成的大坝、水库相比,完全可以称得上是“高坝大库”了。但与水量充沛、浩荡东去的长江的年径流量相比,它的库容就算不上是大水库了。宜昌水文站多年平均年径流量为4 510亿立方米,三峡水库总库容仅是年径流量的8.7%,也即三峡水库的库容系数为8.7%,只能对长江来水按季度进行调节,无法做到年调节或多年调节,也就无法像北京密云水库、埃及阿斯旺水库那样拦蓄一次洪水的全部水量。那么,三峡水库的防洪库容仅有221.5亿立方米,究竟是怎样起到防洪作用的呢?

三峡水库是采用“削峰滞蓄”的方式起到巨大的防洪作用的,削减洪峰流量超过中下游河道安全泄量的部分,将这部分水量暂时滞蓄在水库内,待一次洪峰过后,再陆续放走,使库内水位仍维持在汛期限制水位145米,也就是腾空防洪库容,以迎接下一次洪峰的到来。例如,遇到百年一遇洪水,经三峡水库调蓄,可将枝城洪峰流量87 100立方米/秒,削减为荆江河段可安全宜泄56 700立方米/秒;百年一遇洪水宜昌30天洪水总量虽然有1 393亿立方米,但三峡水库只需拦蓄洪水143亿~172亿立方米(随调度方式而异),库内最高水位166.7~169.9米,全部洪水可以安全下泄,不必启用荆江分洪区。又如,如遇1870年洪水,枝城洪峰流量达11万立方米/秒,30天洪水总量约1 750亿立方米,三峡水库拦蓄洪水193亿~220亿立方米,库内最高水位172.1~175.0米,即可将11万立方米/秒的洪峰流量削减为71 500~77 000立方米/秒,配合荆江分洪区及其他分洪区的运用,可使荆江两岸避免发生毁灭性灾害。

三峡工程的防洪效益

三峡工程正常蓄水位175米时,有防洪库容221.5亿立方米,防洪效益十分显著,对长江中下游地区的主要防洪作用有以下几个方面。

1.如遇千年一遇或类似1870年特大洪水,枝城洪峰流量达11万立方米/秒时,经三峡水库调蓄后,枝城流量可不超过71 700~77 000立方米/秒,配合运用荆江分洪工程和其他分蓄洪区,可控制沙市水位不超过45.0米,可使荆江南北两岸、洞庭湖区和江汉平原避免发生毁灭性灾害。

2.可使荆江河段防洪标准从十年一遇提高到百年一遇,即遇到不大于百年一遇洪水时,经三峡水库调蓄后,可控制枝城流量不超过56 700立方米/秒,沙市水位不超过44.5米,可不启用荆江分洪区和其他分蓄洪区。

3. 提高了对城陵矶以上洪水的控制能力,配合丹江口水库和武汉附近分蓄洪区的运用,可避免武汉市汛期水位失去控制,不但提高了武汉市防洪高度的灵活性,还对武汉市防洪起到保障作用。

4.减轻了洪水对洞庭湖区的威胁,还可延缓洞庭湖泥沙淤积速度,延长洞庭湖寿命;可对澧水洪水进行错峰调节,减轻其下游的洪水灾害;并为松滋口等4口建闸控制和洞庭湖的治理创造了条件。

5.增加了长江中下游防洪高度的可靠性和灵活性,便于更好地应付各种情况。例如:若遇特大洪水需要运用分洪区时,因有三峡水库拦蓄洪水,即可为分蓄洪区人员转移、避免人员伤亡赢得时间。

据1991年调查资料综合分析,按1992年价格水平计算,三峡工程防洪多年平均直接经济效益为每年22.0亿~25.2亿元。另据计算,若遇1870年特大洪水时,直接经济效益为:可减少农村淹没损失510亿元,可减少中小城市和城镇淹没损失240亿元,减少江汉油田淹没损失19亿元,以上三项合计为769亿元。除直接经济效益外,还可避免因大堤、垸堤溃决而造成的大量人员伤亡;避免洪水对武汉市的威胁,避免京广、汉丹等铁路干线中断或不能正常运行;避免灾区的生态与环境恶化,疾病流行,传染病蔓延;避免洪灾带来的饥荒、救灾、灾民安置等一系列社会问题,这些效益是很难用经济指标来表示的。

长江中下游防洪综合治理措施

要解决好长江中下游的防洪问题,必需采取综合治理措施。主要措施有以下几项。

1.在干支流广大地区进一步搞好水土保持,加强长江中上游防护林体系建设,防止水土流失。1988年,国务院已成立长江中上游水土保持委员会,全面推进上中游的水土保持工作,并将葛洲坝库区、金沙江下游及毕节地区、陇南地区、嘉陵江中下游地区、三峡库区列为全国水土保持重点治理地区,国家每年拨出专项资金6 000万元进行治理。1989年国家批准了长江中上游防护林体系建设工程,作为涵养水源、保持水土的重点工程,现正由林业部负责,加紧实施。

2.对主要支流开展治理,在支流上兴建水库。新中国成立以来,长江流域已建成水库4万座,其中大型水库111座,除葛洲坝工程外,全部兴建在支流上。其中,有一大批大型水库有较大的防洪作用,如丹江口、东江、风滩、柘溪、乌江渡、碧口、陈村、万安、隔河岩等。正在建设的有五强溪、东风、宝珠寺等,将要建设的有紫平坪铺、瀑布沟、亭子口、合川、构皮滩、彭水、江垭、皂市等。

3.在干流上兴建三峡工程。在长江各主要支流及干支流上游兴建水库,仍无法控制这些水库至宜昌区间30万平方千米面积上产生的暴雨洪水,也就对荆江河段洪峰流量的削减作用不大。兴建三峡工程,可以解决最为迫切的荆江河段的防洪安全问题。

4.加强中下游堤防建设。堤防永远是长江中下游防洪的基础设施,必需继续加强。长江中下游堤防总长3万余千米,其中干流堤防长3 600千米。新中国成立以来,长江堤防已经历过三次大的整修,累计完成土石方40.5亿立方米。目前的防御水位是按照1980年防洪方案确定的,沙市45.00米,城陵矶34.40米,汉口29.73米,湖口22.50米。“千里大堤,溃之蚁穴”,堤防的维护是一项长期的繁重任务,不能有丝毫的松懈和麻痹。

5.加强分蓄洪区建设。现在遍布长江中下游的分蓄洪区(总蓄洪容量492亿立方米)都是已开垦利用的农业发达地区,人口相当稠密,随着经济的发展和人口的增长,运用一次分蓄洪区的损失也会越来越大。因此,对于分洪失控后可能造成较大灾害的分蓄洪区,应修建分洪和退水建筑物,还应当因地制宜建设安全楼(台)、撤退道路、临时救生设施和通讯预警设施。并应尽早完善分蓄洪区的管理,制定相应的对策和条例。

6.中下游河道整治与洞庭湖治理。河道整治工程是长江中下游防洪工程的重要组成部分,必须统一规划,通盘安排,逐步实施。河道整治的任务有:重点河段的护岸和河势控制;裁弯取直扩大泄量;清除河道内行洪障碍;扩大或疏浚排洪河道等。

洞庭湖的治理,应当继续加强重点堤防建设,加快分蓄洪圩垸的安全建设,加快澧水洪道与南洞庭洪道的整治,加强湖区排涝设备的更新改造与电网建设。

7.加强防洪管理和非工程防洪措施。主要内容有:①制定并严格执行长江中下游防洪的有关政策、法规与法令,建立防洪基金,实行防洪保险等;②继续加强防汛预警、预报通讯系统的现代化建设,应用高新技术手段研究、提高预报准确性和延长预见期;③加强分蓄洪区管理,使区内的生产与生活适应防洪要求,在需要分洪时群众能安全转移;④继续强化由各级行政首长负责的防汛指挥和抢险系统。

三峡水电站发电机制

水利水电枢纽的大坝建成、水库蓄水后,大坝上游水库内的水位与大坝下游的水位,就形成了一定的水位差,专业术语称其为“水头”。具有一定水头和水量的水流,通过压力钢管冲动水轮机,和水轮机连在一根主轴上的发电机也就跟着转动起来,即发出了强大的电力。也就是说,水库内水的位能转变成水轮机的动能,水轮机的动能转变成发电机发出的电能。

三峡水库正常蓄水位175米时,大坝下游的最低水位为62米,则三峡水电站的最大水头为113米;汛期限制水位为145米时,大坝下游的最高水位为74米,则三峡水电站的最小水头为71米,一年内的加权平均水头为90.1米。三峡工程第11年第一批机组发电时的上游水位为135米,汛期大坝下游的最高水位为74米,则三峡水电站初期运行时的最小水头为61米。单机容量为70万千瓦的水轮发电机组,额定工况下每秒钟需要通过的水量为950立方米。具有上述水头和水量的水流,从底部高程为110米的水电站进水口,流入内径为12.3米的压力钢管,通过压力钢管再流入坝后式电站厂房的蜗壳,水流的巨大冲击力使水轮机以每分钟75转的速度转动起来,发电机也以同样的速度转动起来发电。

三峡水库是一个季节性水库,为了充分发挥工程的综合效益,必须兼顾防洪、发电、航运及排沙的要求。汛期以防洪和排沙为主,发电服从防洪和排沙,枯水期发电与航运应统筹兼顾。根据这一调度原则,每年汛期6~9月,水库水位一般维持在防洪限制水位145米(初期135米),水电站水头较低但来水量较大,发出的电力承担电力系统的基荷和腰荷;每年枯水期11月~次年4月底,水库水位一般维持在较高水位,水电站水头较高但来水量较少,由水库进行调节后,发出的电力主要承担电力系统的峰荷和腰荷,为满足葛洲坝工程下游航运的需要,还要承担140万千瓦的基荷。

三峡水电站

三峡水电站建成后,无论从装机总容量来看,还是从多年平均年发电量来看,在一定时期内,都将是世界上第一大水电站。

三峡水电站左岸厂房安装14台水轮发电机组,右岸厂房安装12台,总共装机26台;单机容量70万千瓦,装机总容量为1 820万千瓦。多年平均年发电量为846.8亿千瓦时,相当于我国1992年全年发电量的近七分之一。

目前世界上最大的水电站是位于南美洲巴拉那河上的由巴西、巴拉圭两国合建的伊泰普水电站,总共装机18台,单机容量70万千瓦,装机总容量为1 260万千瓦;多年平均年发电量为710万千瓦时。

据水利水电科技信息部门调查,目前世界各国正在进行可行性研究的大水电站,其装机总容量和多年平均年发电量还没有超过三峡水电站的。因此可以说,三峡水电站建成后,在一定时期内,将是世界上最大的水电站。

目前已经建成的、位于世界第三位至第八位的大水电站见下表。

 

国家

水电站名称

河流

装机总容量

(万千瓦)

年发电量

(亿千瓦时)

美国

大古力

哥伦比亚河

1083

203(初期)

委内瑞拉

古里

卡罗尼河

1030

510

巴西

图库鲁伊

托次廷斯河

800

324(初期)

加拿大

拉格兰德二级

拉格兰德河

732.6

358

俄罗斯

萨扬舒申斯克

叶尼塞河

640

237

俄罗斯

克拉斯诺维尔斯克

叶尼塞河

600

204

 

三峡水电站的发电效益

三峡水电站规模巨大、地理位置适中,使之成为我国迄今为止发电效益最大的水电站。归纳起来,三峡水电站巨大的发电效益体现在以下五个方面。

1.三峡水电站装机总容量达1 820万千瓦,平均年发电量达847亿千瓦时。这就相当于建设一座年产5 000万吨原煤的特大型煤矿或年产2 500万吨的特大型油田,10座装机容量为200万千瓦的大型火力发电厂以及相应的运煤或运油的铁路,发电效益十分可观。三峡工程在开始施工准备后的第11年,也就是2003年,第一批机组就可发电,以后连续6年,每年可投入280万千瓦(4×70万千瓦),相当于每年投入一个葛洲坝水电站的装机总容量。因此,兴建三峡工程对解决21世纪初期一段时间内华中、华东地区用电增长的需要,对促进这两个地区和四川东部地区经济发展将起重要作用。

2.三峡水电站地处我国中部,它所供电的华中、华东和川东地区,供电距离都在400~1 000千米的经济输电范围以内。三峡水电站全部投入后,可以把华中、华东、西南电网联成跨区的大电力系统,可取得地区之间的错峰效益、水电站群的补偿调节效益和水火电厂容量交换效益。仅华中、华东两大电网联网,就可取得300万~400万千瓦的错峰效益。同时,还具备了北联华北、西北,南联华南,组成全国联合电力系统的条件。

3.三峡水电站经济效益好,是三峡工程还清贷款本息的主要收益来源。三峡水电站每年售电收入达156亿~181亿元(每千瓦时电价暂按0.18~0.21元计算),除可在几年时间内还清贷款本息外,还可成为向国家缴纳利税的大户。

4.三峡水电站对国家贡献大。按华中、华东地区每千瓦时电量创造工农业产值6元计算,三峡水电站每年可为增加工农业产值5 040亿元提供电力保证。

5.三峡水电站还具有巨大的环境效益。与燃煤发电相比,每年可少排放1亿吨二氧化碳,100万~200万吨二氧化硫,1万吨一氧化碳,37万吨氮氧化合物,以及大量灰尘、废碴,将减轻环境污染和因有害气体的排放而引起的酸雨等危害。

长江是一条真正的“黄金水道”吗

长江干流横贯我国东西,水量充沛,终年不冻,水运条件十分优越,干流通航里程达2 800多千米,历来就是沟通我国东南沿海和西南腹地的交通运输大动脉,也是联结我国东、西部的重要经济纽带,在国民经济发展中占有十分重要的地位。新中国成立以来,长江的航运事业有了很大的发展。长江航道港口及船舶经过多年建设和改进,目前已形成一个较为完整的内河航运体系,年货运量从20世纪50年代初期的3 600万吨上升到目前的近3亿吨。因此,长江干流素有“黄金水道”之称。

长江干流从南京至长江口,可以航行万吨级海轮;汉口至南京,可以通航5 000吨级海轮和30 000吨级船队(由驳船和顶推轮编队组成)。汉口至长江口1 143千米是名副其实的黄金水道。

汉口至宜昌航道长626千米,而两地之间的直线距离只有280千米,河道蜿蜒于江汉平原和洞庭湖平原之间,平均比降0.004%。武汉至城陵矶,航道较为顺直,可通航3 000吨级船队。但自20世纪80年代中期以来,枯水季节局部水道经常出浅,浅滩最小航深只有2.3米,达不到标准航深2.9米的要求,影响了正常航行。城陵矶至枝城间的“九曲回肠”的荆江河段,浅滩变化复杂,每年枯水季节约有20~88天,不能保证标准航深2.9米。

宜昌至重庆航道长约660千米,地处丘陵和高山峡谷区,地势陡峻,水流湍急,滩险密布,航道条件极为复杂,长江的“海损”事故多发生在此段。自古以来“蜀道难,难于上青天”之说,也包括此段水路行船的艰难。现可通行1 500吨级船队。据统计,宜昌至重庆航道,共有滩险139处,其中急流滩77处、险滩39处、浅滩23处。流速大于4米/秒、比降超过0.3%的急流滩,均设有绞滩站,船舶依靠站上卷扬机的拉力,再加上船舶自己的动力才能驶过急流滩,现共有绞滩站25处。还有单向航行的河段46处,靠航道上下口的航标站进行控制,其中风箱峡、巴阳峡、竹坝3处单行航道长度均在10千米左右。还有27处不能夜航或只能单向夜航的河段,因此,上行客轮夜间一般要停靠在万县等港口。

汉口至重庆航道,特别是其中的宜昌至重庆航道仍然处于航行条件极为复杂的天然状态,严重阻碍着长江中、上游航运事业的进一步发展,因此,只能称其为是一段有待改造的“黄金水道”。

三峡工程的航运效益

三峡工程恰位于长江上游与中游的交界处(三峡出口南津关是长江上游与中游的分界点,三峡工程位于南津关上游38千米处),地理位置得天独厚,对上可以渠化三斗坪至重庆河段,对下可以增加葛洲坝工程以下长江中游航道枯水季节流量,能够较为充分地改善重庆至汉口间通航条件,满足长江上中游航运事业远期发展的需要。三峡工程与葛洲坝工程联合运行,对长江上中游显著的航运效益体现在以下几个方面。

1.万吨级船队可以从重庆直达汉口,年保证率为50%以上。重庆至宜昌660千米范围内,原有急流滩、险滩、浅滩共139处(滩险分布在135米水位以下的占77%,155米水位以下的占95%),绞滩站25处,单行控制段46处。葛洲坝水库虽淹没了30余处滩险,仅根本改善了滩多流急的三峡河段约110千米的航道,尚有约550千米航道处于天然状态,目前只能行驶1 500吨级船队,严重阻碍了长江上游航运事业的发展。三峡工程建成后,可以淹没上述所有滩险,一年中有半年以上时间库区航道为深水库调节,每年枯水季节平均下泄流量为5 860立方米/秒,比建库前天然情况下增加2 000~3 000立方米/秒,使中游航道水深平均约增加0.5米,保证了万吨级船队的通行。

2.扩大了重庆至汉口间航道通过能力,可满足长江上中游航运事业远景发展的需要。受航道条件限制,目前重庆至汉口间航道年单向下水道通过能力仅为1 000万吨。三峡工程建成后,年单向下水通过能力可达1亿吨,过坝下水货运量可达5 000万吨,对促进西南地区国民经济快速发展有着重要意义。

3.大幅度降低运输成本,可充分发挥水运优势。三峡工程建成后,由于长江上中游航道和水域条件的改善,将促进船型、船队向标准化、大型化方向发展;每马力拖载量可由目前的0.7~0.9吨增加到2~7吨;船舶运输耗油量可从目前的26千克/千吨千米,降低到7.66千克/千吨千米;运输成本可比目前降低35%~37%,十分有利于充分发挥川江水运的优势,可扭转目前不少货主弃水路走铁路的倾向。

4.有利于库区港口、航道建设和航标管理。天然情况下,重庆至宜昌间航道在一年内洪、枯水位最大变幅达60米以上(巫山断面),给港口、航道建设和航标管理带来很大困难。三峡工程建成后,年内水位变幅在30米以内,水深增加、水域扩大,可撤销所有绞滩站,滩险的整治、疏浚、维护费用大大减少,并为系统地进行库区港口、航道建设和航标管理创造了有利条件。

5.三峡工程可与重庆以上长江干流的小南海工程、乌江最大一级的大溪口工程、嘉陵江井口工程等相衔接,可使长江干流及几大支流的航运事业进一步发展。还可使大宁河、香溪等中小支流的通航里程增加约500千米。

此外,干流两岸遇有大型崩塌、滑坡时,不会再阻断干流航道。

以上只是三峡工程航运中的直接效益。如果不建长江三峡工程,目前航道经过相当长时间的大力整治,最大年下水通过能力为2 000万吨,与三峡工程建成后年下水通过能力5 000万吨相比,尚差3 000万吨,如果修建双线铁路承运这部分货物,其投资、占地、移民、能源消耗都是相当大的。

三峡水库“蓄清排浑”解决泥沙淤积问题

“蓄清排浑”是水库的一种运用方式。三峡水库上游来水量和来沙量在年内分配是很不均匀的,以寸滩水文站为例,每年主汛期7~9月的来水量和来沙量分别占全年的52.3%和 78.2%。根据这一来水来沙特点,每年汛期水库水位保持在防洪限制水位145米运行,使含沙量较大的洪水(俗称为浑水)能够顺畅地排至下游;汛后水中的含沙量小了,变清了,10月份水库开始蓄水,11月末蓄到正常水位175米,以充分发挥发电与航运效益。三峡水库汛期排出“浑水”(实际上是排沙),汛后蓄满“清水”,这种运行方式就叫做“蓄清排浑”。

“蓄清排浑”是我国泥沙专家和工程技术人员从建设实践中总结出来的、行之有效的多沙河流上的水库运用方式。采用这种运用方式,可使多沙河流上水库的大部或全部兴利库容得以长期保留,它已在三门峡、闹德海、黑松林等多座水库运用,均取得良好的、预期的效果。现以三门峡水库为例稍微展开说几句。黄河上的三门峡水库是一座高坝大库,由原苏联列宁格勒水电设计院按蓄水拦沙(基本上不排沙)运用方式设计,1960年9月建成后水库经常保持在高水位,造成泥沙大量淤积在水库内,淤积末端向上游延伸,影响了陕西关中平原的农业生产和人民生活。到1964年10月,三门峡水库330米水位以下的库容已由58.9亿立方米减少到22.1亿立方米,损失库容62%。这时,周恩来总理亲自主持会议研究决定对三门峡进行改建,主要工程是将大坝内低高程的、已封堵的导流底孔打开,改建成泄洪底孔。至1972年二期改建工程完成后,不仅使库水位315米时的泄洪能力从4 000立方米/秒增加到10 000立方米/秒,还使入库泥沙可以完全排出库外,并冲刷了以前的泥沙淤积,水库水位330米以下库容也由22.1亿立方米,恢复到31亿立方米,并且一直保持到现在。从1972年到现在,水库虽然经过多次滞洪运用,水库库容没再受到影响。三门峡的运用实践有力地证明,“蓄清排浑”是迄今惟一可行的长期保留多沙河流水库兴利库容的运用方式。

三峡水库的特点使其具备了应用“蓄清排浑”运用方式的更优越的条件。一则三峡水库是一座典型的峡谷型水库,主要是槽库容,滩库容所占比例很小,更有利于“蓄清排浑”方式的运用。二则长江的年径流量和洪峰流量都要比黄河大得多,而含沙量又比黄河小得多,既便于汛期大流量“排浑”,也有足够的水量能满足汛后“蓄清”。

根据悬移质平衡输沙数学模型计算成果,库水位175-145-155米方案运行100年后,防洪库容能保留86%,兴利调节库容能保留92%。据专家分析预测,三峡水库的平均水库宽度,在不受两岸限制的条件下,将在1 300米左右。

三峡水库上游在2030年以前还要建设一批大型水库,考虑上游建库拦沙方案后,三峡水库运行100年的泥沙淤积量,仅相当于上游不拦沙方案40年的淤积量,这说明上游建库拦沙作用是十分显著的。

三峡工程对珍稀水生动物的影响及其对策

(一)中华鲟属鲟形目鲟科,国家一级保护动物,是一种大型洄游鱼类,是1亿4千万年前和恐龙同时代的生物,素有“活化石”之称。中华鲟性成熟晚,但体重和身长增长迅速,雄性成熟为9龄,雌性成熟为14龄;一般身长2米左右,最长达4米;一般体重200千克左右,最大达500千克以上。成鱼在海区摄食底栖鱼类,也食虾、蟹等底栖生物。性腺发育到Ⅲ期的中华鲟从东海进入长江口后一般不再摄食,一直上溯到金沙江下游,性腺也已发育到Ⅳ期,则交尾繁殖。葛洲坝建坝前,金沙江每年捕捞中华鲟400~600尾,共约6~9万千克。葛洲坝工程1981年1月大江截流后,阻断了中华鲟的洄游路线。国家为了保护中华鲟物种,除明令禁止商业性捕捞外,还在宜昌建立了中华鲟人工繁殖研究所,1983年人工繁殖成功,并将幼鲟放流入长江中。1985年又研究成功采用人工合成激素代替雄鲟脑垂体给雌鲟催产。1984~1987年,共放流入长江的幼鲟达77万尾。

自1982年秋末始,每年都观察到中华鲟在葛洲坝工程下游15千米江段范围内自然繁殖。长江口崇明岛地区的中华鲟幼鱼资源,1986年已经接近或达到葛洲坝建坝前水平。

三峡工程位于葛洲坝上游,不再存在阻隔中华鲟洄游路线问题。但三峡工程在每年10月份开始蓄水,将使下泄流量比天然流量有所减少,这就有可能干扰中华鲟在葛洲坝工程下游的栖息和产卵活动。对此,应加强监测。还应更好地解决大批量培养幼鲟并提高其放流入长江后的成活率问题。中华鲟幼鲟一般在每年5~6月间到达长江口,停留觅食一段时间,然后游入大海。为了保护幼鲟资源,拟在长江口崇明岛东部裕安乡至陈家镇乡,约30千米滩涂水域建立中华鲟幼鲟自然保护区。

(二)白鲟属鲟形目白鲟科,国家一级保护动物。世界上现仅存两种白鲟,另一种是产在美国密西西比河中的匙吻鲟。因此白鲟在鱼类学和动物地理学上占有特殊地位,具有很高的学术价值。白鲟性猛,健泳,以鱼为食,也食虾蟹等;生长迅速,个体特大,一般体长2米左右,最大体长达7米,一般体重30~60千克。白鲟与中华鲟不同,采集到的标本表明,从幼鱼到性成熟的各个阶段在长江干流中都有分布,它可以在长江上游或中游完成其生活的各个环节。属江河定居的半洄游性鱼类。

三峡建坝后,白鲟在长江上游的产卵场未受影响,仍可自然繁殖,水库内经济鱼类数量增多,食物保障度提高。因此,长江上游的白鲟将保持相对稳定。而长江中下游的白鲟将呈现不稳定状态,主要因为阻断了上游鱼苗、幼鱼来源,生活于葛洲坝枢纽下游的成熟个体数量较少,尚未达到足够的繁殖群体。

长江口是幼白鲟的主要摄食场,每年6月中旬,是长江口出现幼白鲟的高峰期,为了保护长江中下游的白鲟资源,计划在长江口建立幼白鲟自然保护区;并建议葛洲坝中华鲟人工繁殖研究所尽早开展白鲟人工繁殖试验,以增加人工放流的幼鲟数量。

(三)长江鲟属鲟形目鲟科,国家一级保护动物,淡水定居性鱼类。主要分布在长江上游及上游各大支流的下段,常栖息于沙底或卵石碛滩水域,为偏食的杂食性鱼类。生长较快,最大个体可达16千克,雄鱼4龄、雌鱼6龄开始性成熟,产卵期为每年3~4月份,主要产卵场分散在四川合江至屏山江段。现已严禁商业性捕捞。20世纪70年代以来,重庆市水产科学研究所进行了人工繁殖试验,并获得成功。

三峡建坝后,库区以上干支流栖息生态环境内,饵料生物的组成和丰度并未改变,但由于生物环境容量有一定限度,将使长江鲟的栖息生态环境面积有可能缩小。为此,已决定建立长江上游合江至屏山江段全长250千米的珍稀鱼类自然保护区。

(四)胭脂鱼属鲤形目亚口鱼科,国家二级保护动物,它是兰亚口鱼亚科在亚洲特有的物种。胭脂鱼生长迅速,最大个体可达40千克。栖息于江河底层,以底栖无脊椎动物为主食。雄鱼5龄,雌鱼7龄开始成熟,产卵期在3~4月份,产卵场原分布在金沙江、岷江及嘉陵江。葛洲坝枢纽兴建后,坝下江段形成新产卵场。20世纪70年代以来,四川省万县市水产研究所开展了人工繁殖试验,已取得成功,技术日渐完善,为人工放流创造了条件。

三峡建坝后,长江上游的胭脂鱼资源还将保持相对稳定,中下游资源将呈现不稳定状态。但葛洲坝下游河床受清水冲刷,将有更多的石质出露,产卵场条件将可能有所改善。为保护中下游胭脂鱼及其他珍稀鱼类资源,已决定将葛洲坝至枝江的80千米江段建成珍稀鱼类自然保护区。该江段有清江、渔洋河等支流汇入,下有松滋河与洞庭湖相通,江心有大小沙洲、浅滩分布,沿程有较多深潭和大回水区,是珍稀鱼类理想的栖息和繁殖场所。

桐树湾村开发性生态农业移民

郭家坝镇桐树湾村位于西陵峡南岸的童庄河畔。全村7个组、399户、1 296人,幅员面积2. 27平方千米,耕地面积143公顷,其中柑橘园60公顷。三峡工程将淹没该村6个组、382户、1 084人;淹没房屋33 950平方米,水田21.1公顷,橘园27公顷。近几年来,该村按照“搬得出、稳得住、逐步能致富”的移民原则,创造性走开发性生态农业移民之路,开垦“三保”(保水、保土、保肥)的反坡梯田63.3公顷,改造中低产田63公顷,有效地安置了本村移民。同时,该村下大力气狠抓移民安置生活区的庭院生态经济工程,以发展沼气为突破口,构筑猪、沼、果庭院生态模式。截止2000年底,全村已建沼气池308个。沼气的纽带作用,加速了农户庭院生态经济链的运转,产生了巨大的效益。

一是良好的生态效益。据调查,农户每天生活用柴为25千克,一年约8 000~9 000千克,相当于0.067公顷稠密的灌木薪炭林。即一户一口沼气池,相当于一户一年保护0.067公顷林木,若全村沼气化,则相当于绿化了26.8公顷山林,用所节省的2.8万个砍柴工绿化荒山,不到5年,全村山地可全面绿化,从而从根本上解决长期困扰该村的水土流失问题。

二是显著的经济效益。根据调查测算,一般3~4口之家,一年的生活用能费用800元,外加70个用工成本。建一个容量6立方米的沼气池,用砖、水泥,加上电子打火灶的成本,最多投资不过1 000元。由此可见,建一个沼气池只需一年多的时间即可收回成本,并可长期享用。同时沼液、沼渣可为柑橘提供优质肥料,平均每户可节省商品肥60千克,柑橘每公顷单产增长650千克,且柑橘品质变优,每千克售价增长0.2~0.5元,有着直接的经济效益。

三是广泛的社会效益。沼气在基本解决了农户生活燃料和照明的同时,还净化了农村卫生,杜绝了人畜粪便污染,有利于人体健康。而且因沼池建在地下,相应减少了厕所、猪栏用地。据测算,平均每户可节约用地3.33平方米,从另一个侧面缓解了移民安置区土地矛盾问题。

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