案例分析大型水库建设.doc

案例分析大型水库建设
带来的不良效应
——以三门峡大坝和阿斯旺大坝为例

学院：理学院
专业：地理科学
姓名：杨礼花
学号：0701034101

一、大型水库的环境效应
      人类早就会修筑水坝，远在公元以前古人就在幼发拉底江和尼罗河修筑过土石坝。在埃及阿斯旺附近的萨德·埃利有一个修筑于公元前2950至2750年的水坝，高12米，长115米。我国安徽省寿县城南30公里，有一处陂塘蓄水工程，称为安丰塘，古名芍陂，是我国最早的大型水利工程，始建于春秋时代，距今已有2500年，当时可灌溉农田万顷。然而，修筑容量以亿立方米计的大型水库则是本世纪的壮举，迄今全球的稳定径流量已有13％置于水库的控制之下，总库容达2000km3，使全球的稳定径流量从12000km3增加到14000km3，有效淡水量相应地从7000km3增加到99000km3。
　　大型水库一般是多功能的，具有防洪、灌溉、给水、发电、养殖和旅游娱乐等多方面的作用。然而，事物总有其二重性，与中小型水库相比，大型水库往往存在一些不可避免的问题。
　　  首先，大型水库造价高昂。据一般经验，在干流上修筑一个蓄水能力1亿立方米的大水库所需的经费相当于在其支流上修10个总库容与之相等的中小型水库的3倍，而且库容愈大，费用增加愈多，超大型水库所需的费用为总库容相同的中小型水库总经费的10倍以上，大型水库的运营费用也较中小型水库为高。
       其次，大型水库的淹没区很大，淹没良田乃至城镇居民点的比例常远高于中小型水库，而且移民问题也更为棘手。世界上13000个大坝高度15米以上的水库已造成几百万移民。我国长江三峡水库按正常蓄水位175米方案统计，总淹没面积达632km3，涉及湖北和四川二省的19个县市，淹没区人口达70多万人。因此，安置淹没区的移民是该水库建设中的重大问题。
   再次，水库还会触发地震。这种现象首次于1931年在希腊的马拉松水库引起世人的注意，该水库于1929年开始蓄水，1931年达到最高水位并观察到地震，1938年发生了2次伤害性地震，震级达里氏5级以上。水库蓄水触发地震的机制尚有争论，目前认为水库诱发地震的主要原因，是因为水库蓄水对于库区岩层新增的外在压力以及库水沿断层向下渗透，打破了原有的地应力平衡状态，并降低了断层面的摩擦系数和岩石的抗剪（抗剪系数与抗震性的强弱成正比，抗剪系数越大，建筑的抗震性就越好）强度。
       有人对世界11000个高度大于10米的水坝进行调查，其中只有0.3％的水库引起较大的地震。调查还表明，水库愈深，触发地震的机率愈高：深度90米以上者有10％（126个水库中的13个）引起过较大的地震；其中深度达140米以上者有21％（19个水库中的4个）引起过大的地震。水库蓄水触发地震一般不造成伤害，但也有的造成生命财产的损失。
      最后，水库也会产生一些不良的生态学效应，例如为了防汛的目的常在汛期前大量放水，如果适逢鱼类排卵期，浅水的产卵区被排干，影响孵化；水库下游入海水量减少，河口湾地区海水入侵，并渗入地下淡水含水层，使其盐度升高，妨碍陆生植被与农作物生长；入海淡水量减少还可能增加河口湾地区海水的盐度，一些有经济价值的鱼类和介类可能不适应这种变化，北美洲西北部原先盛产的鲑鱼因许多河流筑坝后影响了其回游与产卵而减少了90％；水库拦蓄泥沙，使入海泥沙量减少，破坏了河口地区的沉积与侵蚀平衡，往往引起海岸的侵蚀，岸线后退，使一些沿海村镇遭受损失。
二、案例研究——三门峡大坝和阿斯旺大坝
　　这两座大坝都是五六十年代苏联专家援建的，分别出现不同的问题，但有一个共同之处，就是对当地环境研究不够，兹分述如下。
1.三门峡大坝
该大坝位于河南省三门峡市以东，所形成的三门峡水库位于黄河中游下段，陕西、山西和河南三省交界处，控制的面积达688.4×103km2，占黄河流域面积的92％，控制了下游水量的89％和沙量的98％，其功能以防洪为主，兼有发电、灌溉、防凌和航运等多种效益。大坝于1957年4月动工，1958年截流，1960年9月落成。
　　（1）三门峡大坝和水库的基本数据如下：
　　主坝长：713.2m
　　坝高：106m
　　库容：35.4×109m3（350m坝高）
　　水库全长：371km（大坝至潼关114km，潼关至龙门133km，潼关至临潼124km）
　　发电：装机8台，总容量1100×103kW，年发电量6×109kWh
　　移民：31.9万人
　　淹没耕地：640km2（96万亩）
　　该水库是一河道型水库，库区包括龙门以下的黄河干流及支流，还包括渭河和北洛河的下游。
　　（2）水坝的效益：主要有以下几方面。
　　第一是防洪。郑州花园口以下堤防的设防标准为花园口流量22000m3/s，建坝前洪峰常超过该标准，建坝以后洪峰流量得到控制，即使大坝的闸门全部开启，最大泄洪量仅为15000m3/s。在入库洪峰流量为40000m3/s千年一遇洪水的情况下，经水坝的调节后，花园口的洪水流量也将低于设防标准。
　　第二是防凌。历史上黄河不时出现凌汛，严重威胁中下游堤坝的安全，建坝以后通过调节流量的方法有效地减弱了凌汛。1967、1969和1970年的凌汛均比建坝前的1951和1955年为严重，但由于水库的调节作用都顺利地得到控制，而不象50年代那样要用炮弹和炸弹的轰击来解决。
　　第三是灌溉与城市给水。1973—1983年豫鲁两省通过水库的调节，引黄灌溉抗旱的面积累计达1420万公顷（21300万亩），并经常或短期地给郑州、开封、天津、青岛和胜利油田等城市与工矿企业供水。
　　第四是发电。截至1986年5月累计发电10.57×109kW·h，正常年份的发电量为10亿度，其中2/5供当地使用，其余3/5并入电网输向外地。
　　（3）遇到的问题，也可以概括为四方面：
　　第一是泥沙淤积问题。该水库于1961年2月达到最高水位332.58m（标高），三年以后的1964年，汛期后发现335m以下的库容已损失43％，年平均损失库容1×109m3，为原设计的2.7倍（原设计年损失库容3.7×108m3），回水淤积的范围北达郃阳附近，距大坝187km，西达渭河的交口以西，距大坝238km。大量的淤积使干流和支流的河床大幅度抬高，1969年汛期以后，潼关附近河床比建坝前抬高5m，由此向北黄河干流的潼关—郃阳段河床随之抬高3—4m至1—2m不等，向西的渭河和北洛河下游也同样发生淤积，据1974年测量结果，渭河华县以下滩面抬高3.7m，渭南以下抬高2m，临潼以下抬高1m。渭南以下的防洪堤内外形成了2—3m的临背差，成为一段悬河。同时渭南至潼关之间从秦岭北坡流下的10条支流河床也被抬高，有些桥梁被河水淹没，如华县辛庄乡的遇仙桥不得不于1969和1973年两次加高，共加高5.4m，形成桥上架桥的奇观。北洛河下游的滩面也淤高了1—2m。
　　水库与河道的淤塞造成了严重的后果，由于入库泥沙量的加大，加重了库区的泥沙淤积，不仅减少了蓄水库容，在水库回水末端更易产生泥沙淤积，十分容易引起河床抬高，影响航运。为了挽救水库的生命，60年代初在大坝北侧加凿了两个排沙洞以减少淤积，与此同时也降低了蓄水量与发电能力。但是排沙洞并未能解决河床抬高的问题，库区河段水灾频率增加，汛期河水倒灌，淹没几千至几万公顷的耕地，并造成村舍、道路、机井与桥涵的坍塌。此外，河水与库水的高含沙量还造成水轮机的严重磨损，不得不定期停机修理，影响正常发电，增加运营成本。
　　第二是蓄水后引起地下水位上升。1960年至1961年水库处于高水位，坝址附近地下水位上升8—25.5m，三门峡市王官村出现最高值，达36.2m，库周的上游与渭河两岸地下水位一般上升2—4m，随库水位的涨落而变化，其影响范围一般达1—2km，有的地段达3—5km。由于水库位于黄土地区，地下水位上升的结果造成地面湿陷，并产生裂缝、滑坡、塌房、塌井，引起地下水质恶化，土壤含水量增加，导致温度降低，土壤的含硫量增加，发生沼泽化和盐渍化等现象，使各种植物难以正常生长。同时容易造成土地、岩石基础不稳，引起地面沉降，有些地区降幅达0.7—0.8m。
　　第三是塌岸。由于水库地处黄土高原峡谷区，蓄水以后经常发生崩塌，经实地测量，潼关以东发生塌岸的长度占水库岸线长度的41％，每次塌落的宽度一般3—5m，最大者可达60m。蓄水初期，崩塌的累计宽度一般为50—100m，宽者达几百米，灵宝某地累计塌宽达1500m以上。从1960年9月至1961年12月，塌落的土方总量达1.77亿立方米，合2.5亿吨，占同期水库淤积量（15.3亿吨）的16.3％，侵占有效库容的1.8％。同时，水库塌岸还直接破坏最肥沃的农田以及村庄和道路，造成不良的社会和经济影响。
     第四是移民后遗症。由于排沙的需要经常排水，水库长期处于低水位运行状况，原来的淹没区又重新出露，对难离故土的移民有强烈的吸引力，不少人又自行迁回库区，造成严重的社会问题。
　　总之，三门峡水库虽然部分地达到了原来设计的目标，但总体来看是不成功的。究其原因，主要是对我国的国情与黄土地区的情况了解不够，而当时的苏联专家又不能充分听取中国专家的意见。水库淤积本属常识性问题，一般的水库只有几十年至几百年的寿命，黄土高原水土流失的严重也是众所周知的，但是他们认为黄土高原可于10年内绿化，控制住水土流失，按原设计总库容只损失1/10。但是事与愿违，水库蓄水3年以后即损失了库容的43％，若非及时采取开凿排沙洞的补救措施，该水库将于7年内淤平，从而创下大型水库寿命最短的世界记录。须知水土保持是流域综合治理的组成部分，不是单纯的科学技术问题，而是一项复杂的社会-经济系统工程，黄士高原的治理与整个区域的开发分不开，只有随着社会经济的发展，水土流失问题才能解决，这要通过几代人的艰苦努力方能做到。
2.阿斯旺高坝
阿斯旺高坝原是埃及政府委托西方国家设计，并希望获得西方国家和世界银行投资的一项水利工程。由于西方国家提出了政治条件，被纳赛尔政府所拒绝，并收回苏伊士运河，拟以运河的收入作为建坝资金。随之发生了苏伊士战争，埃及转与苏联合作，由苏联援建，1960年动工，1968年大坝建成，拦蓄全部尼罗河水，1970年12台发电机组全部安装完毕，工程总费用4.02亿埃镑（合10亿美元）。工程由新成立的灌溉部主持，发电则归电力能源部管理。该水坝与水库的基本数据如下：
　　坝高：111m
　　坝长：3200m
　　坝体体积：43×106m3
　　总库容：1620×108m3（其中死库容310×108m3，有效库容1310×108m3）
　　水库总长度：500km，其中埃及境内300km，称为纳赛尔湖苏丹境内200km，称为努比亚湖）
　　平均宽度：11.8km
　　最高水位时水面面积：6540km2
　　电站装机容量：210万千瓦
　　年发电量：100亿度
　　移民：10万人
　　水坝建成后，20多年来取得了巨大的效益
　　（1）免除了旱涝灾害：1964年大坝开始部分拦洪，当年的洪峰流量达历史最高纪录，1975年又遇特大洪水，径流量高达1000亿立方米每秒，二次均未成灾；1972年为特大旱年，1979年开始非洲连续7年大旱，埃及的邻国埃塞俄比亚和苏丹均灾情严重，饿殍遍野，埃及因水库的作用而幸免。一位美国专家认为仅就1972年的大旱，高坝的经济效益即达6亿美元。
　　（2扩大耕地、增加稳定灌溉面积和复种指数，保证了农业生产：埃及地处干旱区，全国土地的96％为荒漠，农田集中在尼罗河两岸和三角洲，自古以来依赖8—10月的洪水灌溉，一年一熟。建坝以后，埃及每年可获550亿立方米水量，常年灌溉，改为一年两熟或三熟，单产增加。灌溉能力的提高又使扩大耕地面积成为可能，截至1985年新扩大耕地63.5万公顷。使全国耕地面积增加1/4（1961年全国耕地面积为250.7万公项）。以上的增产效益实际上相当于全国耕地翻了一番。但是，灌溉与开垦新耕地也产生了一些不良影响，后文将要述及。
　　（3）发电：根据设计、年发电量为100亿度，尽管最终未能达到设计指标，但已产生巨大效益。70年代的年发电量从34万度增加到近80万度，占全国发电量的50％左右，1982年发电量达到最高峰，为86.3万度，此后由于干旱，年发电量又降至60多万度。70年代后期以来，由于火力发电逐渐发展，加上旱情造成水力发电下降，阿斯旺大坝发电量也由1977年的占全国发电量的53％下降至1983年的31％和1985年的21％。尽管如此，阿斯旺的水电依然在埃及的能源结构中占有重要地位。
　　（4）渔业：纳赛尔湖的淡水养殖业从1966年开始发展，鱼产量从那时的750吨逐年增加，到1984年已达3.45万吨，计划最终将成为年产7万吨的渔业基地。
　　（5）旅游业：大坝建成后，阿斯旺城成为现代化的旅游中心人口从3万发展到近20万。坝址附近和水库上游的古迹吸引来自世界各地的游客，大坝还改善了尼罗河的通航条件，下游航道船只吃水深度由1.2—1.5m增加到1.8m，而且常年通航。大坝和水库每年接待外国游客数十万，产值十余亿美元，成为埃及的四大外汇收入之一。
　　总之，阿斯旺高坝给埃及带来了多方面的效益，但是水坝在很大程度上改变了尼罗河的自然状况，产生了许多预计到的和未预计到的副作用，主要有下述几方面：
　　（1）水库的渗漏和蒸发问题：按原设计应于1970年充满水，但至1975年水库“满蓄”时也仅及设计库容的一半，多数专家认为今后水量不会有更大的增加，原因是大量的渗漏和蒸发。高坝的坝址上于1902年曾修筑过另一个阿斯旺小坝，蓄水后库水就曾通过多孔的砂岩地层大量渗漏，这种情况本应在意料之中。又由于水库位处干旱地区，自由水面的蒸发量很大，原估计每年的蒸发量为100亿立方米（10km3），建成后实际蒸发量大于此数。这两个因素使水库的蓄水量低于设计指标。
　　（2）发电量达不到设计要求：由于水量不足，而且水库的管理权归灌溉部而不归电力能源部，水库主要按灌溉的需要放水发电，因此总装机容量为2100兆瓦的12台大水轮机只有7—8台经常运转，冬季不需灌溉时发电量只有900兆瓦，远未达到原设计的要求。
　　（3）对土壤的影响。一方面，土壤养分损失：原先尼罗河泛滥时每年接纳来自埃塞俄比亚高原富含养分的沉积物总量达1.3亿吨，当地农民譬喻为“银行储蓄。”建坝后在控制泛滥的同时也切断了这项养分来源，为了补充土壤养分必须大量增施化肥。据埃及有关部门公布的资料，仅以氮肥为例，建坝前的1960—1964年每年施用量为135万吨，到1982年增加到464万吨，增加了近2.5倍，磷肥和钾肥也相应地分别增加2.7倍和约10倍。当然，化肥用量的大量增加并非完全是由于土壤肥力的下降，也是由于埃及政府改革传统农业而采用增施化肥作为增产的手段。
       另一方面，土壤次生盐渍化和涝渍：土壤盐渍化是干旱区较常见的问题，原先尼罗河泛滥起着自然洗盐的作用。水库灌区改为常年引水灌溉后，大部分水浇地发生盐渍化和涝渍，几年以后产量下降3/4，造成很大经济损失。埃及政府从70年代起重视这个问题，采用合理灌溉、充分排水（特别是暗管排水）等措施后情况有所好转，但有关专家估计要建立完善的地下排水系统和与之配套的电站，可能要投入10亿美元。和大坝的投资相等。
     最后，可能造成土地面积减少：一项研究指出，尼罗河三角洲是埃及的粮仓，但是，阿斯旺工程使三角洲失去了生态平衡。水库挡住了肥沃的沉积泥沙，使下游的冲积面积大大减少，因而损害了下游的经济，而现有的措施根本不足以挽回这种恶化趋势。
　　（4）河床下切与海岸侵蚀：建坝后下游含沙量剧减，河水变清，对河床的下切作用加强，同时入海水量与沙量大减，破坏河口地带原来的物质平衡关系，海岸线受侵蚀退缩，咸水入侵。据20年来的实测资料，从坝址至三角洲出海口总长618km的下游河段，河床下切深度平均为42至66cm不等，算术平均值为55cm，局部下切最深处可达2m。在河床下切的同时，还伴有两岸的塌陷，宽度1—30m不等，幸多出现在荒漠无人区，未引起经济损失。为了制止河道的进一步下切，政府拟定了一个建造拦水坝的计划，从大坝以下至河口之间，拟兴建10座拦水坝，总耗资2.5亿美元。海岸侵蚀现象比较严重，由于出海泥沙量从建坝前的每年几千万吨减少至建库后的每年二三百万吨，海浪的侵蚀作用使岸线每年后退150m左右，十年来已后退1km以上，有些地点退缩更多，如腊席德（Rashid，旧译罗塞塔）地区，海岸后退了3km，海滩消失，原有渡假中心只得关闭。为了防治海岸侵蚀，埃及政府已投资4500万埃镑（约合1.1亿美元）在侵蚀最严重的地段修筑长度20km的块石护堤，其他地区的保护计划也在考虑中。
　　（6）沙丁渔业凋零：1965年大坝部分拦洪时尼罗河口的沙丁鱼捕获量仍达1.8万吨，三年以后大坝建成，拦蓄了全部河水，渔获量剧减97％，降至500吨，其他水产一并锐减，包括虾、龙虾和鲭鱼等。生物学调查表明，原先尼罗河泛滥前三角洲以外海水中作为沙丁鱼主要饵料的藻类含量为每升3.5万个，泛滥时期达每升240万个，增加68倍。筑坝后藻类数量急剧下降，沙丁鱼无以为食。近海渔业的衰退使埃及损失了3万个工作岗位，每年经济损失达100万美元。近年来在改进捕捞技术后，捕捞量有所恢复，但每年仍需进口1/3的鱼类。
　　（7）文物古迹的淹没：库区有不少古埃及的建筑和文物，最著名的是5千年前修建的阿卜辛堡神庙（AbuSimbel，又译作阿布·辛拜勒）和费拉神庙等，均为人类古文明的瑰宝。为了保存阿卜辛堡神庙，埃及政府在联合国教科文组织和其他国家的赞助下，花费4100万美元，将该神庙迁往淹没区以上，使之得以保存。但是公元前1200年拉姆赛斯王朝时期完成的无价之宝崖边石刻无法迁移，只得任其淹没于水下。
此外，灌溉渠道经常有水，使某些以水为媒介的疾病蔓延，例如血吸虫病和疟疾。近年在国际组织的支持下，加强了卫生教育和水源管理，以及渠道除草灭螺等措施，血吸虫病的全国发病率已经降低至7％左右。灌溉区往往推广一种单一经济作物，有时造成妇女地位下降。又由于尼罗河不再泛滥，失去了淤泥这种传统的制砖材料，不少农民挖掘农田的粘土制砖，使耕地损失，因为制砖的收入大于农田耕种收入。现在埃及政府正在通过立法、采用替代材料（水泥砖、沙土砖、石块和预制件等）和经济手段等解决这个问题。
阿斯旺水坝的移民安置工作做得较好，水库区移民共约10万人，均为少数民族努比亚人，埃及、苏丹两国各占一半，均采用集中远迁的办法，埃及境内的5万余人迁往阿斯旺城以北45公里的柯孟巴村，在新灌区以种植甘蔗为生，保持原来村庄的建制，但也有一部分人在水库消落期迁回故里，造成一些社会问题。
　　 为了克服该水坝引起的问题，埃及专门成立了一个副作用研究局，进行调查研究、制定措施、全力补救，解决了不少问题。但是在建坝初期对副作用研究不足，许多配套工程又未能及时动工，如灌溉与排水、发电与用电等，使工程效益未能及时充分发挥，反而产生一些本来可以避免的副作用，这些都是应该引以为戒的。