長(cháng)江三峽西起重慶奉節白帝城,東到湖北宜昌的南津關(guān),從西向東依次是瞿塘峽、巫峽和西陵峽。瞿塘峽兩岸巖壁高聳如削,巫峽也是萬(wàn)峰磅礴嵯峨,西陵峽同樣是連綿的峻嶺懸崖,但這些堅硬山巖之下的河床地質(zhì)條件卻并不理想,大都是很不穩定和遍布斷層的變質(zhì)巖、砂巖、石灰巖地質(zhì),貿然在上面修建高達185米的混凝土大壩和高水位庫區,無(wú)疑會(huì )面臨重大的安全風(fēng)險。
1955年我國全面開(kāi)展長(cháng)江流域規劃和三峽工程的勘測研究時(shí),援助工程設計的蘇方專(zhuān)家提出的大壩選址地點(diǎn)避開(kāi)了整個(gè)長(cháng)江三峽江段,建議在三峽上游的貓兒峽攔江建壩,就是考慮到三峽的200公里江段中分布著(zhù)超過(guò)160公里的變質(zhì)巖、砂巖、石灰巖地質(zhì),這些巖體不僅力學(xué)強度差,而且巖體不完整、斷層多更是重大的不安全因素。
第一個(gè)被放棄的壩址方案
貓兒峽位于長(cháng)江上游重慶市江津境內的銅罐驛附近,其特點(diǎn)是江面狹窄便于攔江建壩,而且完全避開(kāi)了分布著(zhù)大量不穩定巖體地質(zhì)的三峽江段。蘇方專(zhuān)家德米特里也夫斯基、戈爾涅夫等人都認為在貓兒峽修建大壩,不僅工程本身的安全性高,也更能夠更大化地獲取電力資源。
但這個(gè)選址方案跟我們想要的三峽大壩相去甚遠,雖然貓兒峽方案安全可靠、建設成本小、發(fā)電效益高,但我國要在長(cháng)江上修建的并不單純是一座水電站,而是從最初設想時(shí)就對三峽工程顯露了很大的雄心和野心。
中國人想要建成的三峽大壩,不僅僅是為了發(fā)電,更首要的任務(wù)是要發(fā)揮治江防洪作用,擔當起輔助長(cháng)江中下游防洪的重任。除了防洪和發(fā)電之外,還要兼顧發(fā)展長(cháng)江上游航運以及灌溉、供水、調節長(cháng)江徑流等作用。
相比之下,貓兒峽的選址地處長(cháng)江上游,位置上距離長(cháng)江中下游地區過(guò)遠,會(huì )大大削弱大壩建成后的防洪作用。除此之外,貓兒峽方案所帶來(lái)的水庫淹沒(méi)面積太大,重慶市的一部分地區都將因此淹沒(méi)成為庫區,不僅不能充分發(fā)揮防洪和利用長(cháng)江水運條件的作用,還會(huì )導致更大量的庫區移民問(wèn)題。
因此,這個(gè)把攔江建壩位置推前到三峽上游的選址方案很快被放棄了,中國人不相信在長(cháng)達200公里的長(cháng)江三峽江段找不到合適修建三峽工程的壩址。
當時(shí)擺在面前的壩址方案主要有兩個(gè),第一個(gè)是美國專(zhuān)家薩凡奇在1944年提出的南津關(guān)建壩方案,第二個(gè)是中國專(zhuān)家林一山等人提出的三斗坪建壩方案,這兩個(gè)壩址都位于長(cháng)江三峽東面的西陵峽江段。
后來(lái)的事實(shí)證明,將大壩選址移向下游遠離重慶的西陵峽江段是正確的選擇。三峽大壩建成后使重慶港一躍成為內河大港,年貨運吞吐量從千萬(wàn)噸上升到兩億噸,助力重慶成為西部第一個(gè)人均GDP超過(guò)1萬(wàn)美元的省市。
在防洪方面,建成后的三峽大壩也很大程度地減輕了長(cháng)江中下游湖北、湖南、江西等省市的防洪壓力。2016年,三峽大壩將5萬(wàn)立方米每秒流量的1號洪峰,削弱為以3.11萬(wàn)立方米每秒勻速下泄。2018年,三峽大壩將5.3萬(wàn)立方米每秒流量的1號洪峰,削弱到以4萬(wàn)立方米每秒以?xún)鹊牧髁肯滦埂?/p>
今年6月以來(lái)三峽入庫流量一度超過(guò)5萬(wàn)立方米每秒,三峽大壩自6月29日起控制下泄流量在日均3.5萬(wàn)立方米每秒,最大攔蓄了1.8萬(wàn)立方米每秒的洪水流量,有效緩解了長(cháng)江中下游的防洪壓力。如果沒(méi)有三峽大壩對于洪水的攔蓄和下泄流量控制,下游的防汛形勢會(huì )比現在更嚴峻。
15個(gè)候選壩址的嚴謹取舍
1959年5月,長(cháng)辦在武漢組織全國有關(guān)部門(mén)討論三峽大壩選址方案,討論對象就是南津關(guān)選址方案和三斗坪選址方案。
由于南津關(guān)地區廣泛分布石灰巖溶蝕,存在很難解決的巖溶而會(huì )使大壩面臨很大的地基穩定性問(wèn)題。三斗坪地區的基巖則是堅硬的火成巖,地質(zhì)條件非常牢固可靠,而且當地地形開(kāi)闊,場(chǎng)地條件好,便于進(jìn)行大型混凝土高壩樞紐的施工修建。因此,討論的結果是放棄南津關(guān)選址方案,推薦三斗坪選址方案。
但是不久后提出要研究防范空炸的問(wèn)題,于是在1961年至1963年期間又重新研究了在南津關(guān)江段石碑地區選取壩址的可行性,最后因為當地地質(zhì)條件較為復雜,水工布置以及施工條件面臨很大困難而再度放棄。
在此前后,長(cháng)辦在西陵峽江段沿線(xiàn)組織勘測研究的壩址共計達到15個(gè)。其中,以南津關(guān)為代表的石灰巖壩區河段全長(cháng)13公里,在這個(gè)河段前后研究過(guò)南津關(guān)壩址、石碑壩址等5個(gè)選址方案。以三斗坪為代表的火成巖壩區河段全長(cháng)25公里,在這個(gè)河段前后研究過(guò)美人沱壩址、三斗坪壩址、太平溪壩址等10個(gè)選址方案。
最后,石灰巖壩區河段的5個(gè)選址方案都被否決了,火成巖壩區河段的10個(gè)選址方案中也被否決了8個(gè)。剩下的兩個(gè)選址方案中,一個(gè)是在一開(kāi)始就被提出來(lái)的三斗坪壩址,另一個(gè)是太平溪壩址。太平溪屬于中等寬度河谷壩址,它和三斗坪壩址一樣具有很好的火成巖基礎,都非常適合修筑巨大的混凝土高壩。
太平溪壩址的優(yōu)勢在分期開(kāi)發(fā)和防護條件上有利,如果需要加強大壩防護,太平溪比三斗坪條件更為優(yōu)越。在其后數年中,太平溪一直作為三峽工程重要的比較壩址進(jìn)行勘測設計和比較研究。
但是直到1970年12月葛洲壩水利工程開(kāi)工興建,對太平溪和三斗坪兩個(gè)壩址的取舍仍未形成定論。在1979年5月召開(kāi)的三峽工程選址會(huì )議上,針對太平溪方案和三斗坪方案的討論也仍舊沒(méi)有形成統一意見(jiàn),贊成太平溪方案的意見(jiàn)主要是認為它有利于工程防護,贊成三斗坪方案的意見(jiàn)主要是認為它的施工導流及施工場(chǎng)地等條件更好。
“上帝送給中國人的一個(gè)好壩址”
1979年5月12日至24日,200余名專(zhuān)家代表在武昌召開(kāi)了“三峽水利樞紐選壩會(huì )議”,參會(huì )人員分成六大組對太平溪和三斗坪兩個(gè)選址方案進(jìn)行討論,十多天里共發(fā)出了多達59期會(huì )議簡(jiǎn)報。林一山在會(huì )議閉幕時(shí)發(fā)言說(shuō):“這次會(huì )議有爭論,而且爭論又沒(méi)有完全一致,這是好事,不是壞事?!?/p>
同年5月和9月,水利部先后組織了兩次選壩會(huì )議,得到的各方面意見(jiàn)是“地質(zhì)部門(mén)認為兩個(gè)壩址的地質(zhì)條件是一比一,交通部贊成三斗坪,工程兵四所贊成太平溪。絕大多數同志認為常規方案三斗坪壩址較優(yōu),防護條件太平溪壩址較優(yōu)。但是對三峽大壩是否應當為了防護加大斷面,多數同志引證國內外經(jīng)驗,不同意這樣做,認為最有效的措施是預降水位,減少蓄水,在設計過(guò)程中還可考慮其他有效措施?!?/p>
從大壩安全方面的戰爭攻擊角度來(lái)看,三峽大壩作為一座堅固的混凝土重力壩,完全可以經(jīng)受住常規武器的攻擊,真正需要考慮的戰爭安全問(wèn)題是核攻擊。從現實(shí)角度來(lái)講,核攻擊的情況并沒(méi)有太大的考慮必要,因為戰爭發(fā)展到核攻擊就已經(jīng)到了不再考慮后果的地步。但從科學(xué)研究的角度來(lái)講,還是應當考慮遭到核攻擊后潰壩所帶來(lái)的安全問(wèn)題。
長(cháng)辦曾對此組織過(guò)長(cháng)達數年的研究,得出了兩個(gè)重要的規律性認識。
一是如果在三斗坪修建三峽大壩,其下游長(cháng)約20公里的陡峻峽谷能夠約束潰壩水流,限制潰泄流量和延緩下泄時(shí)間,從而為下游防護贏(yíng)得時(shí)間。二是潰壩水流總量只是三峽水庫內的蓄存水量,與天然洪峰的破壞力相比是很有限的,不會(huì )持續對下游造成嚴重水災威脅。而且現代戰爭都是有預兆的,戰爭危險來(lái)臨時(shí)的最安全做法是預先降低三峽水庫水位,而根據測算將水位從175米降低到相對安全的145米只需要7天時(shí)間。
所以,太平溪壩址相比于三斗坪壩址的安全防護優(yōu)勢并沒(méi)有想象中的那么大。最終在1983年5月召開(kāi)的“長(cháng)江三峽水利樞紐工程可行性研究報告審查會(huì )議上”,經(jīng)歷28年錘煉的三斗坪壩址方案得到正式確認。
三斗坪壩址到底有多幸運、多難得?
在長(cháng)江三峽全長(cháng)200公里的江段中,乃至是從南津關(guān)到重慶658公里的更長(cháng)江段中,只有廟河至蓮沱之間的31公里江段是完整的火成巖地質(zhì)?;鸪蓭r是巖漿從地殼深處噴發(fā)出來(lái)形成的一種花崗巖,這種具有極高力學(xué)強度的基巖足以承載龐大的三峽大壩和巨量的庫區水量。雖然太平溪和三斗坪同處于這31公里的火成巖江段,但三斗坪位于太平溪下游7公里處,大壩建成后的庫區能夠更多地落在可靠的火成巖江段范圍之內。
除此之外,三斗坪壩址所處地區有史以來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)大地震,其周邊320公里范圍內在近2000年內的地震活動(dòng)強度小、頻度低,屬于非常典型的弱震環(huán)境。而且三斗坪壩址上下游15公里范圍內都沒(méi)有區域性和活動(dòng)性斷裂通過(guò),壩區地殼的穩定性非??煽?,是一個(gè)十足的剛性地塊??梢哉f(shuō),三峽大壩選定的三斗坪壩址,幾乎集中了國內外所有高壩壩址的全部?jì)?yōu)點(diǎn),其優(yōu)越的建壩條件在世界范圍內都是非常少見(jiàn)的。
正因為如此,凡是到三斗坪查勘過(guò)的國內外工程地質(zhì)專(zhuān)家,都無(wú)不稱(chēng)贊那里是一個(gè)難得的好壩址。1986年5月,國際著(zhù)名的奧地利巖石力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)權威專(zhuān)家繆勒教授來(lái)華,他在查勘了三斗坪壩址后由衷贊嘆地說(shuō):“這真是一個(gè)好壩址,是上帝送給中國人的一個(gè)好壩址!”