来源:水利水电
问:都江堰水利工程的防洪灌溉用了两千多年还好好的,并且没有泥沙,这是你现代水利专家弄不出来的。
答:现代水利工程的防洪、灌溉、泥沙都是经过计算和论证的。古代水利工程一般都是试着来,成了就千古流芳,不成的你已经看不到了。古时所谓“束水冲砂”、“蓄清排沙”其实已经吸收进现代流体力学、岩土力学理论当中了。川大水利系新生生第一学期就要去参观都江堰工程,如果你也去参观过,你应该注意到现在鱼嘴和飞沙堰处各修了一座混凝土水闸,以便更好地控制引水流量。问:都江堰鱼嘴和飞沙堰处修的闸,怎么看都是多搞点水而已!你们学了什么呢?不学疏,不学引,只弄堵。答:(1)闸的作用的确是往内江、往宝瓶口多搞点水。原因在于,河流分枯水年、平水年和丰水年,就是说不仅每年之中流量不同,年与年的流量也不同——有时差别还比较大,而成都平原居民的用水量每年是基本相等的(或稳步增长的),所以供水量需要按年调节。古人解决这一问题的思路是,在鱼嘴和外江预留了交通通道,在枯水年人员可以下去抛填竹笼减小外江水量,将外江水引入内江以满足居民用水需要,。而现在修了闸,这一过程就可以用机械闸门控制了——这是典型的古今科技水平不同,所以解决手段不同的例子。
(2)成功的古代水利工程的特点,历代中国水利人都在学习、在吸收,到了我们这一辈也并没有断。明代潘季驯“大逆不道”地使用束水冲砂的方式解决黄河泛滥问题,取得成功之前也被人批得一无是处——就好像牛顿说他的成功是“站在巨人的肩膀上”一样,水利人也是在学习既有理论体系的同时,不断地突破固有思路——从土坝到砼坝,从坝底涵管到坝身泄洪孔,从高坝挡水到穿山引水。每一次创新,大都伴随着新的资源投入,但往往也提高了效率、创造了效益。
(3)我这一届水利系,大一时给我们上概论、带我们参观都江堰的老师是个愤青,花几节课的时间给我们讲了黄万里、张光斗的故事。我们这些学生在上大学之前,也大都对三门峡、三峡工程的利弊不甚了解,都是从茫然无知开始。但随着理论、实践经历的不断深入,我们逐步了解到水利工程的复杂和系统性,学习到一个水利工程从规划、勘察, 到设计、建设,再到竣工验收的每一个谨小慎微的环节,掌握了大坝修筑、泄洪布置、引水发电、灾害治理、风险评价的个中道理,才敢站在蓝图前把上亿的投资变成实体。问:都江堰的建设思路,在古代的灵渠、它山堰、渔梁坝、戴村坝等历史性工程都得到了利用,现代水利工程又从中吸取了什么?答:都江堰的分水和排沙的确是后世多个工程的典范,它虽是利用经验来设计,但其中原理也被现代的科学理论所证实,国内现代水利工程自然也沿袭了这一套理论。如果大家有兴趣看,我就简单说一下。
广西的“灵渠”建于秦代,其中都江堰的“印记”在于铧嘴设计。它利用了都江堰的分水思路,把河道一分为二。水小时两条人工渠都有水,满足航运要求;水大时漫过铧嘴,仍从原河道过水,保障了人工渠沿线的安全。
浙江的“它山堰”建于唐代,其中都江堰的“印记”在于堰体设计。它灵活利用了都江堰的分水思路,不是左右分水,而是上下分水。堰体将河道完全截断,水小时漫不过堰,就从引水渠引入县城;水大时水漫过堰去,仍从原河道过水。
安徽的“渔梁坝”初建于唐代,当时的思路与“它山堰”相似——水小时拦蓄上游来水,水大时漫坝而过。宋、元、明三代不断毁损、大修甚至重建十余次,清代毁损、大修6次。清代重建时在坝身开了闸孔,灵活蓄放以调节上游水位——这已颇似现代水闸的建设思路了。解放后也曾大修。
山东的“戴村坝”建于明代,思路更加先进。“戴村坝”为统称,实则由三个部分组成,高度、功能各不相同。三坝联合拦江使之改道,引水入运河以利航运(此处感谢 @SecretCrush 的勘误)。由于采用漫流泄洪,五百年间不断毁而又修,最甚者清朝大修了八次,民国大修一次,解放后亦大修三次——这里的修均是使用抛填或砌筑块石,难以做到一劳永逸。2001年又毁损,当地一怒之下用混凝土加固,至今运行良好。
我曾参与设计的四川省九龙河江边水电站的拦河闸坝,就利用了都江堰的排沙思路,在河流转弯处修闸,在凹岸取水、凸岸冲砂。甚至采用明代潘季驯“束水冲砂”的思路,在冲砂孔上游建了一堵扰砂墙,以提高流速加强冲砂效果。本工程建成于2011年。
综上所述,都江堰的设计原理在古代是水利从业者口传心授的必备理论,在现代则成为水利系教材中的一则则公式。自李冰起,历代水利工作者都在吸取前人经验教训的前提下,不断地开拓创新,解决当地的实际问题。都江堰结合当地水文和地质特点,有针对性地解决了成都平原的防洪和供水问题,世界上不可能再有一座完全相同的都江堰。但现代建成的水利工程,必然有一些会与都江堰、灵渠、它山堰、渔梁坝、戴村坝一样,被后人称颂。问:这些古老的水利设施,历经千年,经过多次的地质变化还能安好使用,说明了什么?你们搞水利的有好好研究过吗?说白了,现在的水利就是电,核心是搞钱。答:这些古老的水利设施,由于当时的工艺限制,大都不能历经千年。如果你能够再了解得深一层,哪怕仅仅Google一下,就能轻易地找到他们在历代被大修、重建的记录。但这些工程设计思路中闪耀的智慧的光芒,早已被吸收至现代水利工程建设中。我上文只列举了一个四川省九龙河江边水电站闸坝的例子,因为这是以前我亲自参与设计的。更不用说金沙江、长江上的巨型水电站——即使你只熟悉都江堰的分水、排砂原理,也能从现代水电站中找到这些闪光点。 其实说白了,人类的发展就是靠资源,核心就是石油、煤炭和电。问:怎么看中国与欧美发达国家的水电开发比重、水电占电力供应比例的差别?美国是否在陆续拆除大坝?雅鲁藏布江的开发怎样了?其他“清洁能源”能否尽快开发利用?答:从水力资源的开发比重看,中国与其他GDP排在前列的经济大国相比是非常低的,只有别人的一半多一点。从国内电力结构来看,中国的水电比重已经高过他们了。不过,各国的电力结构差异非常大,比如法国核电比重有七成,美国煤电比重有七成。所以从这一点上反对中国开发水电我觉得不太站得住脚——每个国家的资源结构本就不一致。拿我们了解比较多的美国来说,其环保组织的影响力巨大,加之水电在电力结构中的比重较低,故近几十年的确关停了许多水电站,但仍有一些经过评审的大中型水电站在建。中国水电开发的问题不在电力发展规划,我感觉在于水电开发的过程对环境的影响太大。一方面国内的环保组织影响有限、政府机构的监管深度有限;一方面是电力企业对环保的投入不足,这与上网电价有关。雅鲁藏布江中游已经有一些大中型水电站在建,下游墨脱大河湾可能要进行梯级开发。但其开发受输电和建设成本影响,目前看来并不十分经济,故前些年研究进度也很缓慢(对下游国家的政治考量也是一方面)。风电和太阳能的开发对于国内电价来说,成本过高,每一个此类电站的开发都要政府补贴很多钱进去。但如果国内电价提高的话,东南部的“世界工厂”优势就不复存在了,那就无法提供足够的就业岗位,就会造成社会动荡。核电我不太懂,就不谈了。人类科技的进步的确是在不断的破坏生态,但我们的确应该做得比现在更好。这是所有能源行业从业人员都应该不断反思和改善的事情。
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