論三門峽與都江堰成敗原因及利弊.doc

論文論三門峽與都江堰-其成敗原因及利弊（長(zhǎng)沙理工大學(xué) 土木與建筑學(xué)院 隧道與地下工程1002班 吳輝 學(xué)號(hào)201008020210）摘要：通過(guò)三門峽和都江堰的比較，我們能更清楚的看到三門峽和都江堰的利弊，看到其本質(zhì)，反思水利工程建設(shè)的重要性，積累經(jīng)驗(yàn)，揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短，造福子孫后代關(guān)鍵字：三門峽；都江堰；原理；原因；利弊引言 黃河常被譽(yù)為“中華民族的搖籃”,又被稱為“黃金河流”。然而黃河又是一條水旱災(zāi)害嚴(yán)重的河流,從公元前602 年至1949 年的2500 多年間,黃河決溢了1590 余次,改道26 次,素有“三年兩決口,百年一改道”之說(shuō)。 中華人民共和國(guó)成立后,新中國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人對(duì)治黃非常重視,興建三門峽水利樞紐工程是治黃的重大措施。本文回顧了三門峽和都江堰水利工程興建的歷史及建設(shè)過(guò)程中運(yùn)用的科學(xué)原理，并反思其經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。三門峽水庫(kù)，黃河上第一個(gè)大型水利樞紐工程，一座曾經(jīng)引起成千上萬(wàn)人迷狂歡呼的水庫(kù)。44年間，它讓黃河兩岸三地幾百萬(wàn)老百姓魂?duì)繅?mèng)繞。關(guān)于它“利弊”問(wèn)題的爭(zhēng)論，一直沒(méi)有停息過(guò)。上個(gè)世紀(jì)50年代初，新中國(guó)剛剛建立不久，領(lǐng)導(dǎo)層意氣風(fēng)發(fā)，要干一番驚天動(dòng)地的大事兒。“圣人出，黃河清”，就是那時(shí)要干的一件大事兒。 1953年是我國(guó)由經(jīng)濟(jì)恢復(fù)階段走向第一個(gè)五年計(jì)劃建設(shè)的第一年。在水利部長(zhǎng)和黃河水利委員會(huì)的要求下，在周恩來(lái)具體負(fù)責(zé)下，經(jīng)過(guò)與蘇聯(lián)政府商談，決定將根治黃河列入蘇聯(lián)援助的156個(gè)工程項(xiàng)目。1954年4月，國(guó)家計(jì)委決定，成立黃河規(guī)劃委員會(huì)，在蘇聯(lián)專家組的指導(dǎo)下，編制黃河流域規(guī)劃；中央決定將三門峽樞紐大壩和水電站委托蘇聯(lián)設(shè)計(jì)。年底，規(guī)劃報(bào)告出臺(tái)，僅用了8個(gè)月的時(shí)間。 1957年4月13日，工程開(kāi)工興建； 1958年12月截流成功； 1960年9月基本建成； 大壩一下子就建成了，但它的作用就真的達(dá)到了它預(yù)期的設(shè)計(jì)和功效嗎？能夠?qū)ⅫS河下游洪水威脅將全部解除，將經(jīng)水壩泄出的黃河水變成清水，清水沖刷下游河床，最終將黃河這條地上河變成地下河”嗎？事實(shí)證明了這一切，大壩基本建成后，于1960年9月至1962年3月為蓄水?dāng)r沙運(yùn)用期，最高蓄水位達(dá)332.58m，水位高于330m的時(shí)間有200天。在這自蓄水以來(lái)一年半的時(shí)間里，十五億噸泥沙全部鋪在了從三門峽到潼關(guān)的河道里，把潼關(guān)河床抬高了45米，渭河下游兩岸農(nóng)田也受到淹沒(méi)和浸沒(méi)，嚴(yán)重危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，若繼續(xù)發(fā)展，將會(huì)嚴(yán)重威脅關(guān)中平原和西安市的安全。從秦嶺下來(lái)的黃河最大支流渭河本來(lái)流得好好的，此時(shí)已變成“來(lái)水宣瀉不暢”，弄得從無(wú)水患的渭河兩岸也不得不修起了防洪堤。而早在公元前256年的秦國(guó)蜀郡（現(xiàn)今四川省都江堰市）就建起了一座迄今為止，年代最久、唯一留存、以無(wú)壩引水為特征的宏大水利工程，那就是由當(dāng)時(shí)的蜀郡太守李冰及其父子主持修建的，都江堰，自古至今發(fā)揮了排洪、灌溉的巨大作用，灌溉面積現(xiàn)已達(dá)一千萬(wàn)畝。 不得不說(shuō)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)這么高，為什么修出來(lái)的大壩怎么還比不上幾千年前修的水利工程呢？我們先來(lái)了解一下它們各自的修建過(guò)程，規(guī)模及維護(hù)。首先來(lái)看三門峽，三門峽壩址地形地質(zhì)條件優(yōu)越。黃河在潼關(guān)以下為峽谷河段，潼關(guān)以上地形開(kāi)闊。壩址基巖為花崗巖和中生代閃長(zhǎng)玢巖，巖性堅(jiān)硬，一般厚90430m，無(wú)大規(guī)模構(gòu)造斷裂。地震基本烈度為8度，設(shè)計(jì)烈度為9度。壩址以上流域面積68.84萬(wàn)km2，多年平均年徑流量419.43億m3，多年平均年輸沙量15.9億t，平均含沙量33.3kg/m3，實(shí)測(cè)最大含沙量911kg/m3。改建后，最高防洪運(yùn)用水位335m，非汛期運(yùn)用水位310m，防凌最高蓄水位326m。千年一遇設(shè)計(jì)洪水流量40000m3/s，萬(wàn)年一遇校核洪水流量52300m3/s。三門峽水利樞紐委托前蘇聯(lián)電站部水力發(fā)電設(shè)計(jì)院列寧格勒分院設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中選定正常高水位360m，總庫(kù)容647億m3，死水位335m，淹沒(méi)面積3500km2。 三門峽水利樞紐主要由大壩、泄流建筑物和電站組成。攔河大壩的主壩為混凝土重力壩，全長(zhǎng)713.2m(不含右側(cè)副壩)。由左至右依次為左岸非溢流壩段長(zhǎng)111.2m，溢流壩段長(zhǎng)124m，隔墩壩段長(zhǎng)23m，電站壩段長(zhǎng)232m，右岸非溢流壩段長(zhǎng)223m。右側(cè)副壩為雙鉸心斜墻丁壩，長(zhǎng)144m。壩頂高程353m。原設(shè)有12個(gè)深孔和2個(gè)表面溢流孔，深孔孔底壩高程為300m，每孔斷面尺寸為(寬高)3m8m，庫(kù)水位315m時(shí)單孔過(guò)流能力為257m3/s。表面溢流孔底高程為338m，每孔斷面尺寸為(寬高)9m14m，改建后已廢棄。原設(shè)計(jì)電站裝機(jī)8臺(tái)，裝機(jī)容量116萬(wàn)kW，1962年2月曾有1臺(tái)機(jī)組投入試運(yùn)行。原工程施工時(shí)，初期導(dǎo)流利用河中2島將河道分成3條汊道的有利地形，先在鬼門和神門上各建1泄水道和泄水閘，在黃河主流截堵后再下閘門封堵這2個(gè)泄水閘(神門泄水閘中墩被水沖毀未被利用)。主河道截流時(shí)，實(shí)際流量2030m3/s，立堵龍口寬56m，最大落差2.97m，最大流速6.86m/s，最大拋投體為10t四面體，最大拋投強(qiáng)度7000m3/d，歷時(shí)133h。神門泄水道也用立堵截?cái)?。然后?duì)鬼門2孔寬25m的泄水閘用4節(jié)高8.87m閘門封堵，封堵時(shí)落差7.08m，流速3.83m/s，流量70m3/s。二期導(dǎo)流時(shí)利用123m8m底孔和壩面梳齒孔過(guò)流，20年一遇導(dǎo)流流量16500m3/s，百年一遇校核流量22500m3/s。三門峽水利樞紐委托前蘇聯(lián)電站部水力發(fā)電設(shè)計(jì)院列寧格勒分院設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中選定正常高水位360m，總庫(kù)容647億m3，死水位335m，淹沒(méi)面積3500km2(其中耕地21.6萬(wàn)hm2)，遷移人口87萬(wàn)人。為了確保西安市和減少近期淹沒(méi)損失，決定初期正常高水位350m，運(yùn)用水位不超過(guò)340m，相應(yīng)壩頂高程353m，庫(kù)容354億m3，先按335m高程移民，移民40萬(wàn)人，淹沒(méi)耕地6.4萬(wàn)hm2。而都江堰呢？都江堰東部正是現(xiàn)在的成都平原，這個(gè)平原形似一把張開(kāi)的紙扇向東南傾斜，而都江堰市城西一帶恰好處在扇形平原的頂端，海拔700多米(成都附近海拔400m左右)，居高臨下。這種自然傾斜地形，是修建水利工程最有利的地形，它可以不打壩，只修堤，開(kāi)渠引水灌溉。都江堰水利工程充分利用當(dāng)?shù)匚鞅备?、東南低的地理?xiàng)l件，根據(jù)江河出山口處特殊的地形、水脈、水勢(shì)，乘勢(shì)利導(dǎo)，無(wú)壩引水，自流灌溉，使堤防、分水、泄洪、排沙、控流相互依存，共為體系，保證了防洪、灌溉、水運(yùn)和社會(huì)用水綜合效益的充分發(fā)揮。所以李冰合理利用了這個(gè)有利地形，確定在此修建都江堰。都江堰建成后，成都平原沃野千里，“水旱從人，不知饑饉，時(shí)無(wú)荒年，謂之天府”。 都江堰工程由魚嘴(分水堤)、飛沙堰(溢洪道)、寶瓶口(引水口)三大工程構(gòu)成。它們有機(jī)的組合，聯(lián)合發(fā)揮了引水灌溉、排洪、排沙和減災(zāi)的巨大作用。三門峽和都江堰的修建過(guò)程知道了，現(xiàn)在再看一下它的力學(xué)原理的分析。為什么修建完成的三門峽比預(yù)想的差那么多呢？主要是它違背了一些力學(xué)原理：1、水庫(kù)的規(guī)劃違背了水流必然趨向挾帶一定泥沙的自然原理。即使上游水土保持良好，清水在各級(jí)支流里仍將沖刷河床而變成渾水，最后仍將泥沙淤積在水庫(kù)的上游邊緣。在壩下游，出庫(kù)的清水又會(huì)加大沖刷河岸的力度，使下游的防護(hù)發(fā)生困難。因此，黃河的水不可能變清，也沒(méi)有必要變清；2、筑壩的有利方面是調(diào)節(jié)水流，有害方面是破壞河沙的自然運(yùn)行。在庫(kù)上游邊緣附近，由于泥沙淤淀下來(lái)而不前進(jìn)，那里的洪水位將提高?？梢韵胍?jiàn)，毋須等到水庫(kù)淤滿，今日下游的洪水他年必將在上游出現(xiàn)；3、河流坡面上的水土應(yīng)設(shè)法盡量保持在原地，但對(duì)已經(jīng)流入河槽里的泥沙卻相反地應(yīng)該要督促他們繼續(xù)順?biāo)飨氯?。這才是人們了解了自然規(guī)律而去限制利用它，卻不是改變它的正確措施。認(rèn)識(shí)了必須讓河槽內(nèi)泥沙向下運(yùn)行的自然規(guī)律，如果修了水庫(kù)，設(shè)法刷沙出庫(kù)就必然成為河沙問(wèn)題的研究方向。而無(wú)論采取什么措施刷沙出庫(kù)，均要求在壩底留有容量相當(dāng)大的泄水洞，以免它年覺(jué)悟到需要刷沙時(shí)重新在壩底開(kāi)洞。 這就是三門峽失敗的主要原因，雖然有人提出過(guò)這樣的漏洞，但這樣的提議都被否定了，后來(lái)建議在三門峽底部留出六道排於孔，但由于后來(lái)是由當(dāng)年的老大哥“蘇聯(lián)”施工的，底洞還是用混凝土封起來(lái)了，這又導(dǎo)致了幾年后壩中泥沙淤積無(wú)法排除時(shí)又耗費(fèi)大量人力物力把那六道孔炸開(kāi)，才緩解了這泥沙的淤積。但都江堰卻比這好得多，而且比他早幾千年，他用運(yùn)了許多原理和技術(shù)：1、河流的彎道環(huán)流的科學(xué)原理。從分水堤與金剛堤位于河床中心位置分析，這個(gè)堤的建造，主要是李冰利用了河流的彎道環(huán)流的科學(xué)原理形成的。如現(xiàn)在的分水堤?hào)|側(cè)是岷江凹岸，也正是內(nèi)江流經(jīng)的部位，西側(cè)是岷江的凸岸，也正是外江流經(jīng)的部位。這里的彎道環(huán)流的表流流入凹岸，把凹岸被侵蝕的和過(guò)境的大量泥沙，由環(huán)流的底流再搬運(yùn)到凸岸堆積成遇回扇，其中一部分泥沙在江心堆積形成規(guī)模宏大的江心洲(金剛堤)，泥沙在洲頭不斷堆積、延伸，加之人工不斷對(duì)它們修筑、加固和保護(hù)，形成今日之天然人工金剛堤和魚嘴。金剛堤和魚嘴的存在，使岷江主流在此成為分汊型河床。尤其魚嘴的存在意義，在于發(fā)揮分汊河流的分水分沙作用，如冬、春枯水季節(jié)，岷江水位較低，河流主流線多靠近河谷凹岸流去，分水堤將約十分之六的江水流入內(nèi)江，十分之四的江水流入外江，保證了灌區(qū)的用水量，簡(jiǎn)稱“四六分水”；夏、秋洪水季節(jié)，岷江水位相對(duì)升高，河流主流線相對(duì)變直，大部分江水流向凸岸，故分水堤又將十分之六的江水排入外江，十分之四的江水注入內(nèi)江。顯然，這是李冰掌握了分汊口即江心洲(金剛堤)和洲頭(魚嘴)的分水分沙特點(diǎn)，又利用了內(nèi)江具有平面彎道環(huán)流泄水特性，創(chuàng)造的科學(xué)分水方法。2、河流動(dòng)力均衡原理。飛沙堰和寶瓶口的工程建設(shè)，就科學(xué)地利用了河流動(dòng)力均衡原理。飛沙堰位于金剛堤南端成一低矮的人工沙堤(實(shí)為一潛壩)，為什么飛沙堰要修在金剛堤南端?這是因?yàn)閮?nèi)江流水遇到虎頭巖的撞擊后自然形成渦流，這股渦流徑直向西南方向(現(xiàn)在的飛沙堰位置)流去，多余洪流和泥沙也隨之泄入外江，可見(jiàn)這位置正是保證內(nèi)江洪流和泥沙排泄的最佳方向和位置，因此，決定在金剛堤南端修建飛沙堰。內(nèi)江引水的咽喉工程-寶瓶口，它與飛沙堰二者有機(jī)的組合，共同承擔(dān)了排洪減災(zāi)，保障灌區(qū)用水功能，其原理也是科學(xué)地利用了河流動(dòng)力的均衡原理。如寶瓶口西邊凸出而高大的離堆山崖起到了阻擋內(nèi)江洪流的作用，寶瓶口起到增加泄水的作用。如洪峰期間，一部分洪流遵照寶瓶口明文規(guī)定的“水則”，規(guī)規(guī)矩矩地從寶瓶口流出，保證成都平原灌溉用水，其余的洪流被迫通過(guò)飛沙堰，人字堤流向外江，起到了排洪減災(zāi)作用。由此可見(jiàn)，飛沙堰和寶瓶口排洪、輸水功能，完全是李冰科學(xué)地利用了河流動(dòng)力均衡原理而巧妙設(shè)計(jì)的水利工程。3、 河床平衡剖面理論?！吧钐詾本陀眠\(yùn)了這個(gè)原理，李冰深淘灘的目的就是要保持內(nèi)江來(lái)沙輸沙處于年內(nèi)平衡狀態(tài)，即一年內(nèi)河床沖淤平衡，這就要求河床縱剖面必須達(dá)到平衡剖面狀態(tài)，深淘灘的最終目標(biāo)就是內(nèi)江河床相對(duì)處于平衡剖面狀態(tài)，河床不淤積，為了使河床達(dá)到此狀態(tài)，必須借助人為的疏浚淘沙措施，方能實(shí)現(xiàn)，所以每年歲修淘沙，必須淘挖到石馬埋深處(河床平衡剖面位置)。假若淘挖深度淺于石馬埋藏深度，河床仍繼續(xù)淤積抬高，對(duì)排沙不利，而且影響外江和內(nèi)江的流量分配；若淘挖超過(guò)此深度，等于人為的相對(duì)降低了河床臨時(shí)侵蝕基準(zhǔn)面，河流的活力復(fù)活，侵蝕作用反而加強(qiáng)，泥沙增多，加重了排沙的負(fù)擔(dān)，會(huì)使輸沙、來(lái)沙失去平衡。 在如此多好的水利原理的應(yīng)用下，都江堰成功地運(yùn)行了幾千年也沒(méi)有出現(xiàn)像三門峽一樣的弊端。不得不反思一下，三門峽是弊大于利還是弊大于利？首先是利，修建一個(gè)工程，肯定有它一定的益處，第一個(gè)好處是有一定的防汛作用，第二是灌溉作用，第三是發(fā)電，但現(xiàn)在主要是用它防洪，基本不發(fā)電，而它的比呢？現(xiàn)在來(lái)算一下它的帳：高壩工程低壩運(yùn)用，這意味著，僅工程本身，就浪費(fèi)了大量人力、物力、財(cái)力；兩次改建，包括至今還在修補(bǔ)那些磨損的洞和水輪機(jī)的費(fèi)用；淹沒(méi)的耕地和毀壞的耕地；當(dāng)時(shí)多遷移的30多萬(wàn)人和后來(lái)返遷的15萬(wàn)人；水庫(kù)運(yùn)用以來(lái)，由于河流自然狀況的改變，庫(kù)區(qū)包括渭河下游的河道整治、兩岸的防洪設(shè)施、鹽堿地治理，因塌岸、滑坡而必須修建的防護(hù)工程；抬高水位引起的良田鹽堿化而導(dǎo)致的減產(chǎn)；在“蓄水?dāng)r沙”時(shí)期，因下放清水而沖刷了的下游生產(chǎn)堤內(nèi)的良田；由于水庫(kù)周圍地下水位提高造成耕地鹽堿化50多萬(wàn)畝；由于水庫(kù)蓄水導(dǎo)致塌岸而損失的耕地；毀掉文化發(fā)祥地的珍貴文化古跡；這樣算起來(lái)應(yīng)該一百多億已經(jīng)足有了吧 ，所以，從這些數(shù)據(jù)來(lái)看，三門峽是弊大于利??！再來(lái)看看都江堰，一個(gè)比它早幾千年的一個(gè)水利工程，至今還在發(fā)揮著它應(yīng)有的功效，防洪，灌溉，使成都平原沃原千里，從此水旱從人，不知饑饉。都江堰的創(chuàng)建，以不破壞自然資源，充分利用自然資源為人類服務(wù)為前提，變害為利，使人、地、水三者高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一。 結(jié)論這也給了我們一個(gè)深刻的教訓(xùn)，興修水利這樣的大事應(yīng)該經(jīng)過(guò)精密的計(jì)算和決策，更不能草草了事，因?yàn)檫@是關(guān)系到幾十萬(wàn)之幾百萬(wàn)人的生命安全及生產(chǎn)生活問(wèn)題的大事，甚至關(guān)系到國(guó)家的穩(wěn)定。一著走錯(cuò)就可能釀成大禍，像三門峽一樣的水電站，雖然它有一定的好處，但還是弊大于利，應(yīng)該杜絕這樣的水電站的修建，這樣的水電站不僅浪費(fèi)人力物力財(cái)力，而且還對(duì)環(huán)境有破壞，影響人民的生產(chǎn)生活。我們應(yīng)該多修一些像都江堰一樣的水利工程，這樣的工程不僅經(jīng)濟(jì)，而且有很好的生態(tài)效益，也可以造福我們的