利部副部长林正英准备了一个很长的报告,这是她调查研究了半年、又在tc54超算上来回演算了一个多星期才得出的结论。
“第一版的规划报告中,已经提到了三门峡工程有两个较棘手的待解决问题。一是60万的移民如何解决,二是如何对付上游泥沙。”
“对于第二个问题,原先的解决方案是拦沙蓄水,因为三门峡水库坝高350米,总库容
360亿立方米,黄河的输沙量每年是15亿吨,也就是每年6~7亿立方米。即使将黄河泥沙全部拦截下来,三门峡工程也可以正常工作25到30年。”
“把黄河泥沙全部拦截下来,从三门峡下流的黄河水就将是清水,可冲刷下游河床,最终将黄河这条‘地上河’变成‘地下河’。25年或30年之后,水库泥沙淤积,库容逐渐萎缩,但那时候三门峡的历史使命已经完成,可以直接变为径流电站,发电量小一点而已。”
“如果我们在三门峡工程建成后,努力在黄河中上游大规模植树造林,25年甚至20年后,黄河水含沙量就会急剧降低,那时候三门峡工程就更不用担心泥沙淤积的问题了。”
“这种依靠大库容拦截全吞泥沙的构想,经过我们仔细的分析与计算,是存在重大问题的。”
林正英说出这一句,等于是扔出一个炸弹,在座的计委、水利部同志以及苏联专家脸色神态各异。
……
林正英把带来的资料给与会的十几人一人一份,又打开会议厅里的幻灯机,“水动力计算方面,是由清华大学水利工程系副主任张光斗教授设定的算法、参数,下面请张教授讲解分析计算的结果。”
“我们没法把计算机搬到会议室,”张光斗说,“而且计算机进行一次数值模拟至少需要24小时,因此我待会儿的报告,就直接说计算结果和结论。”
“这是从三门峡到上游50公里左右的预定库区的地形,显而易见,建成以后的三门峡水库是库头也就是大坝处狭窄、中腹宽、尾部又是窄长的大肚子形状。”
“拦沙蓄水方案,我们最为关注的就是泥沙沉淀在何处的问题。要搞清楚这个,我们不能停留在简单地套用近似公式做粗略计算,也不能一厢情愿地认定泥沙一定会沉在水库最宽最深的中腹部。而是要做整个水库水体的流体计算。”
“这是水库建成蓄水后的水体和湖底形状。”
“这是黄河泥沙最大允许携带量与流速的关系的公式。”
“这是上游河水的流速,以及它流入库区之后的流速变化公式。此外,在上游河水接近但还未到库区时,还需应用水动力的梯度公式。”
“上游黄河水流入库区后的流速变化又与水库水体形状/水底形状相关,这是一组相关的变量。”
张光斗将第一张幻灯片放上去:
“我们就将这些变化关系输入计算机进行了计算。”
张光斗准备的这组幻灯片显示的是潼关县——这里的河段将是三门峡水库的尾部。幻灯片上标注了泥沙沉积量、河床抬高量、时间演化等等参数。
饱含泥沙的黄河水流到潼关河段,流速减慢,释放泥沙。
泥沙抬高河床,降低坡度。低坡度则黄河水流速更慢,释放的泥沙更多,河床加速抬高。
时间轴过去24个月,窄长的尾部河床竟然抬高了5.3米,这已经不能再被称作黄河河道,而是在三门峡大坝上游几十公里处,沉淀下来的泥沙又筑起了一道新的拦河大坝。
这在后来被叫做三门峡工程带来的“拦门沙”。
潼关又是黄河、渭河、漯河的交汇口,有天然的卡口形态。
“计算结果证明,黄河泥沙不是到了水库中腹部才开始大规模沉淀,它会在一入库区时就迅速沉淀下来,也就是大部分沉淀在窄长的尾部。”
“在模拟运行2年之后,黄黄河水输沙30亿吨,其中22.1亿吨沉积在潼关县及以东10公里左右的狭窄河段,这些拦门沙占黄河总输沙量的73.6%,而占水库库容75%的中腹部只接纳了23.4%的泥沙。”
“这里我再输入一个变化的量来进行模拟,如果此时给黄河一个2700立方米每秒的小洪峰,潼关县城就会被黄河水浸漫。”
“此外,拦门沙导致‘回水’,因为黄河河道被堵上了,黄河水从渭河口倒灌上去,这股回水让渭河下游遭受洪水漫溢,至少淹没25万亩的耕地,而且朝邑大约5000人的居民点会被洪水淹没。”
……
张光斗制作的二十多张幻灯片连放时