葛洲坝和三峡大坝水库大坝开放系统,进入水与放出水量相等水位不变。国家基因库耗散结构内癌基因产生与输出开放相等

原标题:葛洲坝和三峡大坝大坝為何不提前把水放空原因太不可思议

葛洲坝和三峡大坝大坝提前把水放空,航运、发电功能就废弃了水库功能也就丧失了。

的确葛洲坝和三峡大坝的总库容才400亿立方米,而坝址处年平均径流量是4000亿库容系数才400/左右,葛洲坝和三峡大坝在长江干流上这么小的库容相当於你家身边的小水库它的防洪能力确确实实不该是葛洲坝和三峡大坝水库表现出的能力,但没办法啊库容多少是老天给的,我们不能咗右的

这些都是常数,各地研究上报根据各地情况,自定最佳经济水位,河湖要通航蓄水,养殖水位越高越好,在安全运行水位下无需防洪防汛投入人力防守。

汛前腾库容包括河网系统,短期内在最低经济水位运行不影响经济功能,特殊洪灾洪峰已在上遊出现,提前24小时腾库容不考虑经济水位,保证最低通航水位

长江的年径流量接近一万亿立方米,其中百分之七八十的水量集中在雨季而我们葛洲坝和三峡大坝水库的总库容只有392亿,可调度的防洪库容仅有221亿进入汛期后葛洲坝和三峡大坝水库的水位不得超过145米高程,这样在汛期到来之前或者在汛期中

一旦葛洲坝和三峡大坝水库不能在规定的时间内通过发电把水位降低到汛限水位的情况下,葛洲坝囷三峡大坝大坝就必须要泄洪今年长江下游的水灾泛滥,个人观点 一是自然因素多地连日暴雨,大量雨水汇入江河湖泊超出河湖系統承受能力;二是人类活动因素,填湖造陆、不及时清理河湖水底淤积都会影响河湖系统的排水、蓄水能力排得慢,又装不下只能溢絀了。

 美国国家科学院院士、国家科學奖获奖人加州大学伯克利分校退休地质学教授

  「当代中国研究」一九九八年第二期(总第61期)

  1.葛洲坝和三峡大坝水库选择的运荇方式在世界上缺少可行性经验

  根据葛洲坝和三峡大坝水库工程目前的设计该水库的修建和运行将以尚未经过各国实践检验过的依據为基础,特别是设计该大坝的一些依据也从未在规模如此之大的大坝上得到过检验葛洲坝和三峡大坝工程在水库内控制淤积的计划明顯面临着许多不确定因素。中国兴建的各种水库大约有83000座,其中大型水库有330座在这些大型水库中,有230座现在就有严重的淤积问题使這些水库的总库容减少了14%,其中有些水库的库容量甚至已经损失了一半以上[1]葛洲坝和三峡大坝水库的预定操作程序是,在洪水季节(5朤至9月)水库的水位将被控制在低水平,这个水位被称为“洪水控制水位(FCL )”在此期间的入库水量将用于发电;洪水季节过后,入庫水量减小水流所带的沉积物也较少,这时入库水量将被蓄积起来而水库的水位将上升到正常水位(NDL )。葛洲坝和三峡大坝水库的设計假定水流中的沉积物将先在水库内积淀下来、并在库底形成一个均匀的坡度,这一坡度会恰好让以后每年的沉积物自然地运移出水库据设计者的估计,依水库的洪水控制水位(FCL )的不同这一坡度将在大坝建成之后的70至150年之间形成。现在全世界大约只有17座水库是采用此类方式运行的其中7座在中国,1座在美国[2]这类水库绝大多数是小型水库,只有一座是大型水库即中国的三门峡水库(编者注:该水庫早已因严重淤积而基本报废),但它的库容量仅及葛洲坝和三峡大坝水库库容量的18%规模远远小于葛洲坝和三峡大坝水库。因此可以說世界各国很少有采用此类洪水调节方式来管理水库的经验。

  基于这样的不确定性可以得出以下结论,即支持葛洲坝和三峡大坝笁程的人对葛洲坝和三峡大坝工程预期经济收益所作的至关重要的经济预测可能是错误的,因而在这个项目上的投资也可能是不明智的其错误有几个来源,如低估疏浚成本及迁置库区移民的成本高估通过控制洪水而得到的效益等等。本文只讨论水库的淤积问题

  2.葛洲坝和三峡大坝工程设计中的排淤方法不可靠

  目前,支持葛洲坝和三峡大坝工程的人是通过数学模型和物理模拟来预测大坝建成后嘚100年内不同时段的沉积状况而这些模型和模拟却建立在很多并不可靠的假设之上。由于预测和实际操作之间的任何偏差都将带来巨大嘚经济、环境以及人文方面的严重后果,因此有必要指出工程当局的预测中可能的最重要的错误

Valley等,都未采用葛洲坝和三峡大坝工程所選择的沉积冲刷或冲洗方案美国的经验可以直接为葛洲坝和三峡大坝工程将来的不确定性提供一些经验教训。或许可以说从直接经验Φ得出的最重要的教训就是,预测的沉积情形和建库后五十年内的实际情形往往相差甚远而建库一百年之后的沉积情况则是根本无法预測的。

  这首先是因为设计者未必真能预测水库中泥沙的沉积速率即使有可靠的沉积物流入水库的记录,这些沉积物在水库中的沉淀率也常常很难预测Murty 曾发现,印度的大部分多功能水库库容的“年淤积损失量是建设时期假设数字的145%至875%”[3].而加拿大扬子联合企业对葛洲坝和三峡大坝大坝淤积过程的估算是只有当流入水库的沉积物中有90%至95%被冲带出水库时,流入和冲出水库的沉积物才能达成平衡洏这大约需要100年的时间;至于想根据一百年以后大致情况的预测来确认大坝的经济收益,则基本上靠不住[4]在葛洲坝和三峡大坝大坝水库運行中最关键的问题是水库的实际管理。在每年5月1日至9月30日之间大量富含沉淀物的水流将从水库中放出,以便避免在水库中的沉积那麼这大量的水力便不能储存于水库内以备冬季之需;更重要的是,携有沉积物的大量流水正是洪水的成因之一大量沉积物的流入同时也意味着高水量的流入,所以葛洲坝和三峡大坝大坝水库设计中的洪水存贮和沉积物排放这两大功能是互相矛盾的在葛洲坝和三峡大坝上遊可能出现洪水的情况下,谨慎的措施应该是关闭大坝的全部或部分排水闸这样,具有潜在威胁的洪水将可以被存在水库中而得以遏圵下游的洪水泛滥;但如果这样做,这些水流带入水库的大量沉积物就都留在库内无法被冲刷出水库,这种在水库中沉积下来的沉淀物將淤积在河床上以后单靠流向水闸的水力是不可能排除的。

  这种年复一年的发电、控洪蓄水和放水清淤的双重要求需要一个准确洏复杂的逐日流入水量和沉积物含量的测度,以期利用这两者之间微小的时间差将沉积恰好在最大流水量之前或之后排除掉美国的水坝運作经验表明,很难实现这样精密的管理其棘手之处在于,沉积物的沉积速率曲线并不显示最大流水量和最大沉积量之间的时间差在姩水文分布上,最大沉积量一般出现于早期或上升期但在葛洲坝和三峡大坝这一速率曲线并不成弧形[5],因此依赖于时间差而实现洪水控制和沉积冲刷的双重意图是难以实现的。

  另一个麻烦是对于将来90至100年间水库里沉淀物的沉积坡度预测如果坡度大于预测值,在水庫前部河床上的沉积物坡度将远比预测坡度陡这将导致不可预料的水灾。葛洲坝和三峡大坝大坝工程的设计者只是通过计算和模型分析叻这一重要问题并没有仔细分析世界上其他水库的经验。在加拿大扬子联合企业的报告中仅以一页篇幅提及了一个例子——中国的三门峽水电站但没有描述沉积坡度,这是很难令人信服的;因为三门峡水库建成两年之后即1960-1962年,沉积量之大导致水库管理当局不得不完铨改变原定的运行方式“开了新的隧道……一些导水管被改装成了泄洪道。”[6]由于建库时明显低估了泥沙沉积率结果仅在建库两年后僦不得不采取补救措施。

  还有一个可能出现的问题是关于河床载荷的假设即早晚会在水库前部淤积起来的粗砾和沙石的预计量。加拿大扬子联合企业的报告认为沉积中的砾石含量非常小,以至于可以“不计入水库沉积量计算中”[7].可是这些砾石在水库前部淤积的后果事关重大。该报告提到如果选择了目前葛洲坝和三峡大坝工程预定的洪水控制水位,“为了长江重庆段的通航每年需要疏浚约200,000立方米在河床上沉淀下来的砾石”沉积物中的泥沙部分是在水库中大量沉淀下来,而砾石和卵石之类的物体则将先脱离水流、在水库前部哋带沉淀下来砾石沉积可能延伸至上游多远,在多大程度上将令洪水侵犯上游一带的重庆市并危害航道和航运设施,这将由砾石沉积嘚坡度决定很明显,目前葛洲坝和三峡大坝工程的计划是理想的河床条件要100年后才能形成,在此之前必须通过疏浚把流入的砾石挖赱,年复一年直至长久的将来。如果低估了砾石流入量那么巨大的疏浚成本就成为严重的经济负担,而原来的效益-成本分析就完全站不住脚了

  3.葛洲坝和三峡大坝工程设计中忽视了水库对下游河网系统的损害

  加拿大扬子联合企业的报告也未重视水库中积存的沉积物对下游河道的影响。报告以为在经过100年时间、形成河流沉积物的动态均衡之前,可以把沉积物含量低的水流排放掉那样“在葛洲坝之下和扬子江中下游的冲积河段水位将较低”[8].但该报告又说,“水位降低一些或许是有益的”美国有关大坝下游清水水位降低的经驗教训很难支持这种乐观的看法。在Hoover大坝下游的科罗拉多河上水位降低了大约35英尺。Fort Peck 大坝之下的密苏里河段就出现了严重的堤岸剥蚀。在一百年中持续地排放沉积物含量低的江水对下游河道肯定有重大影响。如果水位下降很大分流系统可能会被破坏;如果堤岸剥蚀嚴重,对控制下游河段洪水至关重要的长江两岸四处遍布的河堤将岌岌可危

  在葛洲坝和三峡大坝下游的冲积平原上,数百万人口都依赖于分流系统提供灌溉用水也指望大规模修筑的河堤系统约束洪水。这个冲积平原上河道的形态和稳定取决于千百年来河流中泥沙沉积量和流水量的组合。如果在连续的几十年里从葛洲坝和三峡大坝注入这些河道的水流每年都有部分时间是清水,那么河道必定会有所反应[9]很多国家的经验表明,这样的反应就是河床和河道的剥蚀葛洲坝和三峡大坝以下的长江水流量减少,还会使分流系统和引水渠高于长江河面从而需要修建新的水利设施以解决灌溉问题。由于堤岸剥蚀将削弱防洪堤的功能因此也需要加强河堤的修复工作。

  加拿大扬子联合企业的报告还认为沉积物对坝中排水管道的作用甚微,只提到沉积物会与导水管和涡轮发生摩擦但美国的经验表明,夶量的水流通过隧道、管道及导水渠排放出去会导致严重的气穴现象,由于局部低气压岩块和混凝土会从排水管道壁上脱落,这在排沝管道的入口处尤为严重这就造成了维修上的难题,同时还必须作出决策减少长期的大量高速水流的排放。这一潜在问题应当引起葛洲坝和三峡大坝工程当局更多的注意

  「编者注」本文是作者1996年呈交给美国进出口银行的关于葛洲坝和三峡大坝工程报告的一部分,當时美国进出口银行正考虑是否为那些竞价签约为葛洲坝和三峡大坝工程提供设备或参与援建的美国企业提供资助和贷款保证。该文的Φ文译校中如有不当之处由本刊编辑部负责。


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打开一道门再一道门,还有一噵门……穿过长长的通道一直到打开8道门以后,才能看到里面的一些玄机

很多人大概不会想象到,近些年葛洲坝和三峡大坝库区很多沝库诱发地震的有关监测数据正是来自于这个幽深的隧洞

幽深隧洞里几乎都能听到自己的心跳

这个幽深的隧洞就位于湖北省宜昌市郊夷陵区森林公园里,地处长江葛洲坝和三峡大坝、葛洲坝、清江三大水利枢纽工程交汇处这里也是宜昌中心地震台(以下简称宜昌地震台)所在地,在其主楼背后一栋小二层楼内打开一道沉重的船舱门以后,就可以进入这个深达200多米的隧洞

宜昌地震台1982年开始筹建,宜昌哋震台老台长、现副台长张传忠是宜昌地震台建设最早的参与者之一

据张传忠回忆,上个世纪80年代初这个隧洞就已经建造好它是宜昌哋震台最为重要的地震监测基地,包括举世瞩目的葛洲坝和三峡大坝工程、葛洲坝、清江三大水利枢纽工程及整个湖北鄂西广大的区域都昰它的重要监测范围而葛洲坝和三峡大坝水库则是其中的重中之重。

这是一个经过特殊处理的隧洞最外面的船舱门可以起到很好的隔熱、隔音和隔潮作用。为了进一步减轻外界环境的干扰隧洞的洞壁也经过了特殊的双层隔热隔潮处理,这样其内部环境就始终处于温度忣湿度都十分恒定的状态

为了最大限度避免外界的干扰,距洞口最近的地震监测仪器也得走过8道隧洞的门及1道监测室门而最里面纵横楿交、长达近30米的重要监测仪器水管倾斜仪,则要经过11道隧洞的门外加1道监测室门才能抵达

由于洞顶还覆盖着平均29米厚的土层,加上对隧洞科学的设计和防护处理这里面的洞温基本常年都在18.02℃,并且年变化小于0.2℃能够满足多种监测仪器对观测环境的要求。

隧洞里是一個特殊的、与外界完全隔绝的世界静得几乎都能听到自己的心跳或者是一枚针落到地上的声音。

最开始在这里工作的时候宜昌地震台副台长袁曲十分害怕自己一个人晚上到隧洞中去检查仪器。那时袁曲是宜昌地震台最年轻的一个,虽然是女孩子但也要值夜班。

有一佽洞中的设备出了问题有时一个晚上要进去五六次。夜晚第一次进洞时对袁曲而言的确是个很大的心理挑战。“那时我感觉洞里面十汾阴森进洞时,只能听见自己的脚步身”

人是一种非常奇怪的动物,只要在一个陌生的环境中呆上较长的时间马上就能够适应下来。对袁曲而言既然成了地震监测人员中的一员,这就是她必须要接受的工作环境因此不久以后,袁曲就习以为常了

葛洲坝和三峡大壩水库被安上了一只只无线“侦听”耳朵

隧洞的安静也是地震监测所必须的。也就是在这样几乎绝对安静的环境中数十台精密地震仪器30餘年来每时每刻都在监听大地的脉搏。

这里的水管倾斜仪是用来监测地面发生的倾斜的水管倾斜仪里边是蒸馏水,玻璃管的两端连着信息接受器如果发生了地壳运动,玻璃水管就会发生倾斜从而产生一个落差,这样通过水管倾斜仪就可以接收一定范围内地震发生的信息

除了水管倾斜仪,山洞里水泥台基上还有监测地壳应变、重力的模拟地震仪和数字地震仪等设备之所以要把这些设备放在山洞里,還设置多重门的拦阻宜昌地震台台长黄仲说,这主要是为了使监测环境和外界隔绝、不受外界干扰从而保持监测结果的真实可靠。

就茬这些设备工作的同时室外地震监测室的电脑系统也在随时接受各种地震监测仪器所发出的各种数据,而与之联网的中国地震台网也能够在第一时间或者最快的时间内得到他们这里所得到的地震监测数据以及其它各种检测信息。

按照现在的规定平时他们所得到的不能實时上传的信息每半个小时就要向国家地震台网汇报一次。如果遇到地震等突发情况时间间隔还要缩短。

宜昌地震台就像给葛洲坝和三峽大坝水库安装上了一只只能够无线侦听的耳朵葛洲坝和三峡大坝水库任何一个细小的震动,都不能逃脱它们的耳朵凭借它们,国家哋震局及其他国家高层也能够及时掌握葛洲坝和三峡大坝水库的动态活动并对可能存在的一些风险提前进行判断,并进行一些必要的防范

因为位于葛洲坝和三峡大坝工程、葛洲坝水利工程和隔河岩水利工程三大水利工程的聚集处,与全国其他一些地震台相比宜昌地震囼就显得更为重要。

就全国范围而言湖北并不是地震的危险区域,历史上也少有大型地震的发生葛洲坝和三峡大坝大坝所选择的位置吔是十分稳定的地壳板块,但是监测葛洲坝和三峡大坝大坝周围的地质活动依旧是十分重要的任务

库区任何小的地震活动都能及时捕捉

茬湖北省4个较大的地震断裂带中,葛洲坝和三峡大坝大坝所处的鄂西就有高桥断裂带、仙女山-九畹溪断裂带和远安断裂带3个黄仲他们需偠对这3个地震断裂带密切观测。

以全国断裂带的标准而言尽管这些断裂带十分短小,一般只有数十公里最长的仙女山-九畹溪断裂带也呮在160-180公里,但是因为葛洲坝和三峡大坝大坝位于附近这让它们依旧成为重要的观测对象。

尤其是仙女山-九畹溪断裂带自上个世纪70年代葛洲坝工程筹建以来已经被全国地震地质多个领域专家的脚印所踏满。如今它也是宜昌地震台和长江水利委员会的重要监测对象。

葛洲壩和三峡大坝大坝建成以后当地水库诱发的中小型地震趋于频繁,对仙女山-九畹溪断裂带等地震监测重点区域进行监测并将有关监测信息迅速传递到国家层面也成了这个宜昌震台十分重要的任务。

为了监测蓄水以后出现的水库诱发中小型地震1997年,葛洲坝和三峡大坝工程专门建设了葛洲坝和三峡大坝地震监测台网截止2014年底已经有20多个监测点。

黄仲说他们的监测数据和葛洲坝和三峡大坝地震监测台网嘚监测数据在湖北省地震局汇总,就能够为库区震情的监测提供比较可靠的依据

“葛洲坝和三峡大坝库区任何小的地震活动,都能够被峩们通过仪器及时捕捉到”宜昌地震台台长黄仲表示。通过这种监测黄仲他们也洞察到水库诱发地震的一些规律。比如葛洲坝和三峡夶坝蓄水早期的时候对岩溶的塌陷和废弃煤矿坑的塌陷,产生了0到2.0级之间的地震但从严格意义上讲,这些只能称为由岩溶区溶洞的顶板塌陷和废弃煤矿坑塌陷引起的震动并不能算作真正意义上的地震。

黄仲他们监测发现葛洲坝和三峡大坝水库涨水时有小的地震,在退水的过程中也有一些中小型地震而低水位运行期地震发生频率则要少得多。2003年葛洲坝和三峡大坝蓄水至2014年底葛洲坝和三峡大坝库区囲发生过4次4.0级以上地震,即2008年4.1级2013年5.1级,2014年上半年的4.2和4.5级这几次较大的地震,都是从最高水位向低水位运行过程中发生

另外,宜昌地震台会同葛洲坝和三峡大坝地震监测台网的监测显示无论是葛洲坝和三峡大坝水库蓄水期还是放水期,其中小型诱发地震都有一定的滞後性即在蓄水或者放水到峰值或者最低值数天以后才诱发小型地震。

近年来葛洲坝和三峡大坝库区诱发的地震引起了很多人对葛洲坝囷三峡大坝工程诱发大型地震的担忧,黄仲说虽然近年来的众多中小型地震的确和葛洲坝和三峡大坝蓄水密切相关但就总体而言,所有嘚地震都没有超过历史水平这表明葛洲坝和三峡大坝工程并没有对当地的地质环境的稳定性造成不可逆转的破坏。

中国工程院院士、中國工程院葛洲坝和三峡大坝工程阶段性评估专家组组长沈国舫认为2008年以前葛洲坝和三峡大坝水库就已经开始大量蓄水,5年间水面上升了109米水压对岩层的调整已经完成,而从156米至175米再增加的19米水头变化不会引起库岸地震地质条件的重大改变。

尽管预计蓄水至175米高程后庫区地震的频度和强度会有所增长,但仍以微震为主不会超过葛洲坝和三峡大坝工程论证中所预计的最大震级。

据了解早在1958年,我国僦持续不断地对葛洲坝和三峡大坝地区的地震活动情况进行了全面监测为葛洲坝和三峡大坝工程坝址的选择提供了完备的数据与资料。長达几十年的科学论证和监测资料表明葛洲坝和三峡大坝蓄水可能诱发的极限地震为5.5级至6级,破坏性不会很大而且,可能发生这种极限地震的断裂带分别位于仙女山和九畹溪附近的深山老林对葛洲坝和三峡大坝工程和周边地区的影响较小。

近年来葛洲坝和三峡大坝庫区相关检测机构一直持续在对葛洲坝和三峡大坝库区的地震情况进行检测,目前的信息显示尽管葛洲坝和三峡大坝库区在蓄水以后地震发生的频率大大增加,但是基本上都是3-4级一下的小震并且绝大部分是发生在岩溶与矿洞分布地区、震级小于3级的浅层微震。2008年11月发生茬湖北秭归县境内的最大的一次地震震级也只有4.1级,远低于预期值

“50年连续不断的监测表明,葛洲坝和三峡大坝工程175米试验性蓄水不會诱发破坏性较大的地震”长江水利委员会葛洲坝和三峡大坝勘测研究院地震研究监测处主任、高级工程师曾新平表示。

水库诱发地震:已经有了参考样本

水库诱发地震并不是一个新鲜事物它是指因水库蓄水而诱使坝区、水库库盆或近岸范围内发生的地震,诱发成因主偠有两类:其一是溶岩坍塌型是指水库蓄水导致溶岩坍塌,此种类型最为常见多为弱震或中强震;其二是断层破裂型,是指水库蓄水慥成当地地质应力改变致使断层破裂,其发生概率较低但有可能诱发中强震或强震。

其实对于水库诱发地震,中国已经积累了一些寶贵的观测数据和资料其中最为典型的是针对广东新丰江水库诱发地震的长期观测。新丰江水库又名万绿湖是华南最大的人工湖,总媔积1600平方公里其中水域面积370平方公里,是杭州西湖的68倍大坝高124米,长440米它也是世界上第一座经受六级地震考验的超百米高混凝土大壩。

1959年月10月新丰江水库截流蓄水后不久,库坝区及附近就频繁发生有感地震并且地震监测显示小震活动频度很高。而后在地震监测囚员的建议下,水库的大坝被及时进行了抗震加固

1962年3月19日,新丰江大坝附近发生6.1级地震震中离大坝仅1.1 公里,震中烈度高达Ⅷ度这次哋震使刚按Ⅷ度加固的大坝出现了长达82米的水平贯穿性裂缝,发电机组和开关站均受损坏而停止运转

研究表明,新丰江水库诱发地震就屬于断层破裂型此后,新丰江水库中小地震接连发生频度很高。在此情况下我国政府又决定按Ⅹ度对大坝进行第2 次加固,付出了高嘚经济代价

但是与此同时,有关部门专门为新丰江水库建立了地震观测网也正是从此开始,我国水库诱发地震的监测开始被予以重视並得到了很大的发展其中一些重要监测和研究方法,为现在的葛洲坝和三峡大坝水库诱发地震监测提供了宝贵的资料

黄仲认为,在未來一些年内中小型地震依旧会随着葛洲坝和三峡大坝水库的蓄水和放水发生,但是未来随着葛洲坝和三峡大坝库区地质环境的趋于稳定这种水库诱发地震就会减少

。事实上新丰江水库诱发地震自1962年的6.1地震以后,水库的诱发地震的强度就开始逐年迅速减弱最近几年虽嘫发生了几次4级以上、5级以下的地震,但总体上水库诱发地震趋于平缓的趋势依旧没有变

当然,葛洲坝和三峡大坝水库诱发地震未来在趨势上会呈现出什么样的具体变化还有待黄仲他们和长江水利委员会的持续监测,这也是当前不能掉以轻心的事情

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