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長江中游千年一遇洪水不分洪治理方

(治峰治量、導向沖積理念的發展)

 

前言

我在《長江口擋潮閘》一書中,提出長江下游及其相鄰區域的防洪對策,是基於能量守恆原則。花二百多億元代價建擋潮閘,就是為了給長江下游和中游尾部消除潮水頂托影響,增加全程落差,即河道勢能,在江陰增加2.29m,大通1.19m,湖口約1.0m,從而增加河道洩量。這和建三峽大壩,把水頭集中起來進行發電的道理是一樣的。

長江中下游猶如中國的內海,其規模和洩水能力在全球僅次於亞瑪遜河,建擋潮閘,增加900km下游河段落差1.29m,即可在主汛期30天內,多洩洪300億m3

比降是河流發生,發展的動力。也是河流的生命。沒有比降,就一潭死水;比降越大,河流洩流 就越多;而長江這樣大河, 即使增加少些比降,其作用也就大得驚人。

中游防洪方略,也就是在這一基本觀點基礎上,通過發展和深入提出來的,對中游進行治峰治量,導洪導沙。

 

壹. 長江中游防洪方略的思考原則

一. 歷史唯物原則

    中國古代政治名言:「以史為鏡,可以知興衰」,同樣可以用之於對河流發展史的研究。本方略的提出,首先是從研究荊江發展史得到啟發。荊江發展至今,在很大程度上受人類的影響。自然的規律是不以人們意志為轉移的,但人為的影響,可以通過總結改進,予以糾正。甚麼是人類對荊江的影響呢?就是傳統的水漲堤高,與洪水位賽跑。這種數千年的傳統做法,在長江使荊堤高達15~16m,在北方使黃河下游成為全線懸河。現在是適當恢復河流原來面貌的時候了。

二. 能量守恒原則

   自數百萬年前長江出峽以來,至少是近一萬年以來,三峽出口的宜昌站的長江勢能是基本恒定的,也就是海拔50~55m的洪水位。從宜昌到河口有48~53m落差,亦即長江中下游總勢能。如何調整總勢能的分配,使各河段均能安全渡汛,大有文章。從長江中下游形成以來,依靠這幾十米總勢能,可以把長江洪水安全入海,已經歷了數百萬年。長江有 大問題出現,僅僅是近200年的事情。按照能量守恆,適當利用長江每一米勢能,是治河的重要原則。

三. 循環經濟原則

    循環經濟的根本出發點是變廢為寶,變生產中產生的破壞力為原動力。循環經濟是對自然資源的最有效利用,同時也最有效的減少了生產帶來的負面影響。國家和人民花了1,600億元資金建設三峽水庫大壩,綜合效益 雖然十分巨大 ,但副作用也多,其造成的負影響之一,是清水下洩沖刷中游河床,造成對河道的破壞,因此今後的重要任務之一,就是穩定河道。如果變破壞力為原動力,實施導向沖刷,加大河道洩水能力,有利於江防洪,相當於三峽工程又多了一項功能,而減少了一項負影響。

 

貳. 中游防洪方略的基本構思

一. 中游防洪最突出的三大要害問題是:

1.  荊江水位太高,使荊江長期處於洪水的威脅之下,是長江的心腹之患,甚至也是中國的幾大災患之一。

2.  荊江洩量太小,被迫分流令大量水沙入湖,連累到洞庭湖區連年受災,江湖長期不安。

3.  洞庭湖淤積,不斷加重了兩湖洪患。長江的泥沙出路應以入海為安。中下游已沒有任何地方可以落淤了。

二. 有鑒於此,中游防洪方略的基本目標是:

1.   降低荊江水位;
2.   加大荊江洩量;
3.   洞庭湖控制分流;導沙入江;
4.   維持及加大天然湖泊效用。

三. 相應的對策方向是:

1.   浚深荊江和長江城陵磯至漢口段河道。
2.   裁灣以獲取更多剩餘落差用以加大洩量。
3.   對洞庭湖實施洪道與湖泊分隔,有效利用洪道與湖泊洩洪,排沙和蓄水。

 

參. 荊江的形成和江湖關係:

早在距今一萬年前,雲夢澤形成時,長江出峽進入雲夢澤,再從漢口出澤,那時沒有荊江。經數千年長江和漢江的沖積,雲夢澤逐漸淤淺縮小,至公元四世紀,雲夢澤已基本湮滅,成為支離的中小湖群和汊道水系。從四世紀 人類開始修築萬城堤起,經一千二百年不斷修築加長,至公元十六世紀明代中葉,才形成完整的荊江大堤。而荊江自枝城以下,經松滋、沙市、石首、監利而達城陵磯湖口,形成「」狀的基本河勢,是受江南的墨山隆起為中心的地質構造所控制,萬變不離其宗。

據地質調查和文物考古,荊江在公元四世紀形成之初,荊州(沙市)洪水位在34m左右。那時的洞庭湖和雲夢澤是江南江北的两個水系,互不干擾,江南洞庭湖以北丘陵水系大都入荊江。洞庭湖僅納湖南境內諸河之水,而於城陵磯入江。江北雲夢澤群納長江、漢江之水沙,不斷淤積抬高 。至公元十六世紀,荊江大堤全部形成之時,荊江洪水位已抬升至40m,使南岸的水倒流入洞庭湖,并開始長江水沙南侵入湖。從十六世紀中至十九世紀中,由於江水位還不很高,且荊江仍有較大洩量,江湖維持了相對穩定的三百年,江湖水沙交流的量不大,洞庭湖水面長期維持在5,500~6,000km2。長江演變的短周期是30~40年,長周期為數百年。

十六世紀中至十九世紀中葉的荊江是距今最近的一個理想河勢。十九世紀中葉,長江連遭两次特大洪水,两次沖決南岸,大量的(約佔長江洪水35%)洪季水沙入洞庭湖,開始了長江河勢的一個新的長週期,至今已逾150年。

這個周期是江湖全面受損的一個周期,其最突出的表現為:

一. 荊江洩流能力大減,水位抬高,河流彎曲。

二. 洞庭湖大量淤積消亡,湖面和湖容損失均超過50%。

本周期將以三峽水庫建成和清水下洩五十年後的演變為終結。這最後五十年將是治江防洪的良好時機,如不抓緊,也可能失去大勢,追悔莫及。

 

肆. 荊江防洪的目標

荊江要實現長治久安,形成人水和諧的局面,絕不是只要求45.00m沙市水位大堤不出險,千年洪水通過分蓄洪,安全下洩的這樣一種目標所能相應。本文以為荊江防洪的目標初期需達到:

一. 配合三峽,水庫蓄洪,進行荊江改造,降低沙市千年洪水位,使大堤險狀緩解, 第一期目標降低沙市千年水位至43.00m;

二. 除個別低洼地區和原有湖區蓄洪外,其餘人口較密集(>200人/km2)平原,不再分蓄洪水,以求社會穩定,人水和諧;

三. 洞庭湖實現良性運用,保持現有湖容;

四. 在荊江和洞庭湖區每年泥沙淤積,減少至500萬m3以內。

  


伍. 實現荊江防洪目標的可能性:

   從歷史狀況分析,荊江水位於十九世紀中葉前,均在43.00m以下。根據歷史洪水調查,從1153年以來,曾在13世紀、15世紀和16世紀均發生過近千年一遇的洪水,且荊江都能自然下洩。現在的治理問題有一個基本立場,即「人類永遠承認荊江現狀,還是人類有條件的改造荊江。」其實,在20世紀六十年代的下荊江裁彎工程已經走出了人類改造荊江的第一步,只是以後囿於種種不同意見,而停止不前了。本文認為:

一. 利用三峽清水下洩的沖刷能力,通過以疏浚相配合,切深荊江,降低水位,在近二、三十年內是天賜良機,機不可失。

二. 荊江自枝城至城陵磯在洪水時有16.5m落差,即使按現狀長度337km,平均比降也達到0.5%oo,為中游其他河段比降的两倍,為下游幹流比降的三倍,通過合理裁彎,調整河線,比降還要加大,何愁洪水壅阻。

三. 洞庭湖四口控制方案已議論數十年,意見已趨统一,關鍵是荊江洩量有多大。江漢平原擔心四口控制後,增加荊江的防洪壓力。現在三峽水庫已成,清水下洩已成定局,洞庭湖在今後的三、五十年內,不必再擔心大量淤積,在荊江刷深擴大,水位下降之後,江湖關係趨向緩和,可以從互敗變成雙羸,四口控制,改造湖區河湖格局,事在必趨。

陸. 中游防洪方略的布局

中游地理分界,從宜昌至湖口,長942km。從河流運動的特點,中游的關鍵是從枝城至漢口,可以稱為宜頭漢尾,長620km,又分為上荊江、下荊江、城漢段三段。

本案的總布局是以三峽和丹江口這两座中國最大水庫為依托,來化演從枝城至漢口的長江千年洪水安全下洩。以枝城千年洪 水80,000m3/s為基礎,漢江和洞庭湖配以相應洪水(例如1958年洪水)為遭遇,進行洪水洩洪安排。具體的布局是:

一. 利用三峽清水下洩沖刷力,輔以治導和機械浚深,在不增加河寬前堤下,將枝城至城陵磯河段浚深8~5m,并進行两處裁彎和全面護固,裁直下荊江調關灣和八仙洲灣,保証在沙市水位43.00m時安全渲洩68,000m3/s洪水,城陵磯水位為34.20m。

二. 利用松滋、太平两口分流12,000m3/s,將松滋河、虎渡河在分流時辟為專用洪道,在洩洪時與澧水隔開,直達東洞庭湖。將東洞庭湖和南洞庭湖以圍堤控制,平時維持較低水位,洪水時分蓄四水和荊江洪水,提高蓄洪能力。藕池河兩頭建閘,只作為超千年洪水時分流用。西洞庭湖(目平湖)併入沅澧水尾閭,作為沅澧蓄水用。

三. 城漢段控制洩量78,000m3/s,裁直簰洲灣,加大比降至0.26%oo,局部河段進行疏浚,漢口水位29.50m。

四. 按沙市控制水位43.00m,枝城沙市段尚餘5m落差,在枝城下游5km處的關洲建水電站,裝機104萬kW,年發電50億度,回水不影响宜昌市區。

五. 漢口以下,考慮長江口建擋潮閘後,湖口水位降低1m,可以加大比降,增加洩洪量,局部卡口可以通過疏浚開卡解决。

 

柒. 工程規模、工程量、投資、經濟效益。

一、本方略的工程體系有:

甲. 荊江工程

1. 進行調關彎道和八仙洲彎道裁彎;

2.枝城、關洲至城陵磯長300km河道,其中上荊江總疏浚量12.27億m3可利用的沖刷方為4.11億m3,佔33.5%,需疏浚8.35億m3,下荊江總疏浚方7.19億m3,全部可利用沖刷方。

3. 進行全線護坡。

乙. 洞庭湖工程

1. 進行松滋西支進口改道;

2. 建松滋西支、松滋東支、太平口水閘和船閘;

3. 建藕池河北閘及南閘,并建船閘;

4. 建南咀、小河咀、磊石山、君山四處進洪閘和和澧水節制閘;

5. 拓浚松滋河、虎渡河、安鄉河,并實行松澧分流,并全線護坡。

6. 開辟南咀至磊石山分洪未道,并全線護坡。

7. 建南洞庭、湘資尾閭隔堤及護坡。

丙. 城漢段工程

1. 簰洲灣裁直;

2. 局部河段疏浚及護坡。

丁. 枝城關洲水電站

1. 水電站裝機104萬瓩;

2. 洩洪閘;

3. 左岸雙線船閘;

4. 土壩。

二. 工程量及投資估算:
    本案估算投資用擴大指標方法,使能控制總投資,

1. 其綜合單價及費率如下:
 
    RMB  
  挖土方         

15

 /m3
   混凝土          

500

 /m3
   石方護砌         

100

 /m3
   隔堤填土方       

15

 /m3
   水閘           (單位流量)

60,000

/m3/s
   水電站          

10,000

/kW
   總預備費         

15%

 

2. 工程總量及投資

8-10 治理荊江與洞庭湖千年洪水工程總表

工程位置

項目

單位

數量

框估單價

合計造價()

(一)       荊江

1. 两個裁彎土方

m3

1,000

15/m3

1.50

2. 河道疏浚土方

m3

83,500

15/m3

125.25

3. 護砌混凝土

m3

135

500/m3

6.75

4. 護砌石方

m3

1,759

100/m3

17.59

5. 枝城水利框紐發電能力

m3

104

1.0萬元/kW

104.00

小計:

255.09

(二)       城漢段

1. 裁彎工程土方

m3

1,900

15/m3

2.85

2. 河道疏浚土方

m3

10,000

15/m3

15.00

3. 護砌混凝土

m3

100

500/m3

5.00

小計:

22.85

(三)
洞庭湖

1. 松滋河改道土方

m3

1,900

15/m3

2.85

2. 松虎两河疏浚土方

m3

7,800

15/m3

11.70

3. 安鄉至南咀分洪道土方

m3

2,800

15/m3

4.20

4. 南咀至磊石分洪道土方

m3

18,700

15/m3

28.05

5. 磊石至城陵磯洪道土方

m3

14,300

15/m3

21.45

6. 南洞庭隔堤

m3

1,920

15/m3

2.88

7. 分洪道護砌石方

m3

599

100/m3

5.99

8. 南洞庭隔堤混凝土護砌

m3

82

500/m3

4.10

9. 水閘九座,洩水流量

m3/s

82,000

6萬元/m3/m

49.20

小計:

130.42

 

(一)至(三)合計

408.36

不可預計15%

61.25

總計

469.61

 

            

8-11  投資分析

 

 投資額

比例

分效益投資

防洪

350.0

74.53%

發電

119.6

25.47%

投資

比例

荊江

173.7

37.0%

城漢段河道

26.3

5.6%

洞庭湖

150.0

31.9%

電站

119.6

25.5%

投資總額:

469.6

100.0%

 

三. 工程效益

本案可以防禦千年一過洪水,以頻率法、替代法和類比法進行分析,年防洪效益 約為60億元,間接防洪效益可達300多億元,以直接防洪效益計算,防洪投資七年可以收回。

枝城電站年效益20億元,亦是七年可以收回。如採用以電養洪, 則電站投資15年收回,則每年可以為防洪提供8億元無償資金,是防洪投資的1/8(防洪建設期15年)。

捌. 本案的戰略意義

長江中游洪水峰高量大,大洪峰不可能成為水資源,本文稱為致災洪水。一般年份致災洪水,僅佔年水量的1.4%(88億m3)。50~100年一遇洪水,致災洪水約有660億m3(佔年水量的12%);千年一遇洪水,致災洪水可達1,400~1,500億m3。年年防汛也就是防禦致災洪水。這 裏稱致災洪水,并非實際致災,防禦得好,真正成災水量會大大減少,但這部份水量,肯定不可能考慮作為水資源,而是要千方百計,盡快送入東海。中游的致災洪水,能洩就洩,洩不了就分洪,蓄起來,等有機會再下洩,反正不會留下來。

對於中游致災洪水,歷來有「蓄洩兼籌,以洩為主」的方針。這一方針的貫徹,長期以來,「以洩為主」是以河道現狀洩洪能力為前提,能洩多少,算多少。半世紀以來的中游防洪方案多達20多個。其中只有一個方案是真正「以洩為主」,即下荊江裁彎方案。這一方案增加上荊江洩量5.000m3/s,增加下荊江洩量10.000m3/s,以30天主洪期為例,裁彎工程可使下荊江多洩250億m3。如果用分洪解決,需要一個6,000km2的分洪區,分洪損失會有多大 ?

洩是「動」的,每時每刻都在把洪水送走,而「蓄」是靜的。一個分洪區在30天洪峰過程只能蓄一到二次。因此本案提出「蓄峰洩量」的概念,即要求防洪方案有蓄洪區(天然湖泊)以滿足削減洪峰峰尖為,而絕大部份洪量通過河道下洩,充份發揮長江洩洪能力。在1860年前,長江也曾發生過多次特大洪水,絕大部份都是通過河道下洩的。目前荊江洩量嚴重不足,而比降又很大,違背了長江的河道規律,因此本案採取两大基本策略。

其一「以浚導沖」刷深河道,增大長江洩量,渲洩洪水,把三峽清水下洩的破壞力,轉變為治河動力。

其二,加強洞庭湖的蓄洩能力,採取專道方式,將洪水和泥沙導向下游,同時控湖調節洪峰,恢復洞庭湖的良性狀況。

本案經粗略計算,可以達到千年洪水不分洪,只需洞庭湖蓄水130億m3,即可安全渡汛,同時荊江沙市千年水位可以下降約3.5m,(從46.5m降為43.00m),實現中游長治久安。