郭文魁与三峡大坝的早期选址

耿元生

郭文魁与三峡大坝的早期选址

耿元生

    每当我看到从三峡大坝钻出的粗壮的花岗岩岩心的时候，就想到有关史料中记载的一段上个世纪40年代关于三峡大坝选址的历史。我国著名的矿床地质学家郭文魁先生当年也参与了长江三峡大坝早期的选址工作，并提出了三峡大坝最好寻觅非石灰岩坝址的建议，并在最后的实践中得以应用。关于这段历史，所知人很少，有必要加以介绍。

一

    开发利用长江的水利资源是中国人的长久梦想。

    1918年，第一次世界大战刚刚结束，一生为“登中国于富强之域”而奋斗不息的民主革命先行者孙中山，用英文撰写了一篇关于振兴中国实业的著名论著，提出要引进外资，利用西方战时的生产设备和技术，来开发长江三峡的水利资源。1921年在孙中山先生在《建国方略之二·实业计划》对这一计划进行了阐述，最后兴奋地说“其所以益人民者，何等巨大，而其鼓舞商业，何等有力耶!”，可见对这一计划充满了期待。

    1932年10月，由国民政府建设委员会发起，国防委员会主持，成立了一支长江上游水力发电勘测队，由机电、水力发电和水利方面的专家组成，经过勘查，一年后编写出《扬子江上游水力发电勘测报告》，选出黄陵庙、葛洲坝两处坝址。尽管这个报告内容粗疏、简陋、稚嫩，却是中国人提出的第一份试图把三峡工程由梦想变成现实的图纸。

    1944年4月，在国民政府战时生产局担任专家的美国经济学家帕斯克（G.. R. Paschal），从工程经济角度对修建三峡工程提出一份建议书。他在《利用美国贷款筹建中国水力发电厂与清偿贷款方法》的报告里提出建议：由美国贷款9亿美元，建设水电站，除用于发电外还生产化肥，化肥出口美国以偿贷款。

    帕斯克的建议引起了中美两国政府的重视，同时也引起了美国水电专家萨凡奇（John Lucian Savage）的兴趣。萨凡奇被称为美国河神,在美国垦务局任设计总工程师达27年之久, 是一位在国际上享有很高声望的大坝专家，曾设计建成60多座水坝，其中著名的有胡佛大坝、大古力水坝等，考察、设计、研究过世界上许多大河流域的水利工程。

    1945年5月应国民政府资源委员会的邀请，65岁的萨凡奇到中国访问，并坚持冒着战火到三峡进行考察。考察结束，回到全国水力发电工程总处所在地四川长寿后，萨凡奇立即埋头于勘探资料的整理分析之中。他率同二十几个技术人员，经过认真研究、设计和计算，完成了《扬子江三峡计划初步报告》（即著名的“萨凡奇计划”）。1944年10月9日，萨凡奇将这份初步报告递送给资源委员会主任委员翁文灏。并致信翁文灏说：“扬子江三峡计划初步报告，实为愚从事工程40年以来之一大快事。愚能研究此项计划至为欣幸。”

    萨凡奇设计的工程计划包括水库、拦河坝、溢水堰、泄水道、引水道、厂房、尾水道和船闸，工程建成后兼有防洪、航运、灌溉的功能，是一个兼顾发电、防洪、航运、农业灌溉的综合计划。并建议在宜昌上游5至15公里的南津关至石牌之间选定一坝址，他提出了6个拟选的坝址。但是这六处拟选坝址多位于石灰岩区，局部有砾岩或页岩，有的拟选坝址附近还有溶洞，如三游洞、石龙洞等。

    为了落实萨凡奇的计划，资源委员会一方面要求经济部中央地质调查所对萨凡奇提出的坝址进行地质论证，另一方面落实由美国垦务局及田纳西河流域管理局进行技术协助和训练中国技术人员的办法。

    中央地质调查所负责的三峡坝基地质调查评价工作由侯德封带队，参加的有姜达权、陈梦熊、刘东生，经过两个多月的艰苦调查，对于萨凡奇所拟的六个坝址，提出了论证有据的评价。只对其中一条基础岩石较好者给予了肯定，而其他5个建议坝址基本给以否定评价。工程地质学家有工程地质学家的视角，地质学家有地质学家的考量，工程地质学家更侧重于筑坝的繁易程度，地质学家考虑更多的坝基安全与库区渗漏问题。不论怎样说，面对世界著名的高坝权威，没有任何的媚骨，表现了可贵的科学探索精神和求实态度。

    另一方面，国民政府先后派遣了54名工程技术人员去美国，在萨凡奇博士指导下开展设计工作。他们中的大部分是l943年以后资委会派到美国的实习人员，少部分分别来自水利委员会、扬子江水利委员会、中央水利实验处、中央地质调查所，以及在美国康奈尔大学、麻省理工学院等大学学习的中国留学生。其中以工程技术人员为主，地质人员包括郭文魁、叶连俊等三人。中国设计人员的领队是原中央水利实验处职工、时为全国水力发电工程总处工程师的徐怀云。

二

    1945年，郭文魁先生受资源委员会矿产测勘处的委派到美国联邦地质调查所、明尼苏达大学、普林斯顿大学进修学习，重点学习了金属矿的地质普查找矿工作方法。在学习即将期满，他接到矿产测勘处的任务，到丹佛继续进修坝基工程地质，于是加入到赴美三峡工程设计队的队伍，从事长江三峡筑坝问题的研究。

    对于郭文魁来说，水利大坝基础地质勘查是一个全新的领域。所以他一到丹佛，就一头扎进图书馆、扎进资料室查阅文献和资料；不停地奔波于美国一些著名的水坝工地，谦虚地向美国同行和专家权威求教；在实验室里开展水泥在筑坝后变化的试验和研究。通过资料、实践、试验获取有关知识，不断充实自己。经过几个月的努力，他从地质角度对于三峡大坝的选址有了自己的想法。

    1947年春，他在中国工程学会丹佛支会的学术会议上发表了一篇题为《石灰岩与水坝基》的讲演。听郭文魁演讲的，既有赴美参加三峡大坝设计的中国水利工程师和地质学家，也有美国水利专家和地质学家，还有三峡大坝萨凡奇计划的提出者、美国河神—萨凡奇。

    在演讲的引言部分他就开宗明义地指出：“石灰岩在工业上之用途甚广，如于建筑、雕刻、水泥、石灰、筑路、冶金、化工、及印刷等，均为必需而良好之材料。但若用于水坝基石，则一般工程地质学家均相信不太适宜”。之后，他详细分析了石灰岩的特点，指出：“石灰岩及白云岩并不甚硬，性脆，常显示良好之层面及节理面，溶解作用往往由此等部分开始，逐渐进行，以致造成裂缝、隧道及洞穴等”。

    在演讲的第三部分他论述了由溶解作用导致石灰岩地区发生“落水洞”的过程和危害，在第四部分，他以其在金沙江北岸的亲身经历说明石灰岩沿层面导致的山崩以及希腊中头岛地下溶洞的巨大，说明“地下洞穴容量之大，绝非常比，一旦其顶落下，当可造成地陷，而危害于一切建筑工程”。

    为了说服美国同行，郭文魁引用了美国几个大坝因在石灰岩区导致事故的实例来说明水库大坝不应选择在石灰岩地区。他列举的第一个实例是美国宾夕法尼亚州的昂特劳尼（Ontelaunee）坝，这是1935年修筑的土坝，坝基为石灰岩，尽管施工前做了大量钻探了解地层的变化，但是建筑时仍遇到未能预测的情况。原设计的石方为450立方码，施工时增加为4719立方码；设计合同钻探3300英尺，实际钻了10450英尺；设计灌浆用水泥4200袋，实际用了61368袋，超过设计工程量的15倍。全部工程预算为82992美元，实际支出209018美元。验收放水后，坝墙之下又发生透水现象，经钻孔灌浆又花费20000美元。表明，石灰岩地下之情形，虽经钻探，亦未可预测。他列举的第二个实例是美国田纳西河上的海尔氏坝    （Hales Bar Dam）,该坝筑于纯净可溶石灰岩之上，挖掘坝基时遇到许多溶洞，为堵漏水溶洞，数十万桶水泥灌注于地下溶洞中，使经费增加无数。建成10年后，发现石灰岩河床漏水严重，以水泥灌浆已无法堵塞，只能用热沥青灌堵。郭文魁在列举了这个实例后说：“今该坝虽仍侥存，但为防止渗漏，曾耗资千万美元，费时十年，不可谓不骇人听闻”。如果说，这两个建于石灰岩区的大坝经过千方百计侥存下来，那么德克萨斯州的科罗拉多坝就没那么幸运了。该坝筑于1891~1892年，坝基为白垩纪的石灰岩、页岩及粘土组成。石灰岩层近水平，多处被溶解形成岩洞。1900年4月7日，洪水泛滥后突然坍塌。在讲这些实例的时候会场一片寂静，美国的河神萨凡奇也沉默不语，不知是科罗拉多坝溃坝造成的洪水冲击着他们的心灵，还是田纳西河上的海尔氏坝历时十年的堵漏场景让他们黯然失色。

    在发表这篇演讲的时候，郭文魁先生尚不满32岁，是一位年轻的地质工程师。可能他觉得在一批工程地质大家面前他的话语不够分量，所以在其演讲的最后引用著名工程地质学家莱格特（Leggett）的话作为结论；“如能觅得其他合适之位置，筑坝以不在石灰岩之地区为佳。”地矿史专家张以诚认为这是“中国地质学家在三峡坝址选择上以最为明白无误的语言，对萨凡奇拟议中的坝址提出异议”。

三

    共和国成立后加快了长江的规划管理和开发利用，1950年2月成立了长江水利委员会。1955年长江水利委员会更名了长江流域规划委员会，长江流域规划全面展开，三峡工程的勘查设计也同时开展。1956年毛泽东主席在水调歌头游泳一词中写道“更立西江石壁，截断巫山云雨，高峡出平湖。神女应无恙，当惊世界殊。”用诗的语言向人们抒发了修建三峡大坝的愿望和情怀。之后，由盛莘夫为队长的长江三峡地质队成立，迅速开展了三峡地区的地质勘查工作。当时，有两个坝址建议区，一为南沱至美人沱间的黄陵背斜核部花岗岩分布区，一为黄陵背斜东翼南津关至石牌间的石灰岩分布区。经过长期艰苦的工作和反复严谨的论证，最终把三峡大坝坝址选在了花岗岩出露区的三斗坪。

    从1994年开工到1997年11月8日实施大江截流，中国水电工人付出了艰苦的劳动。在大江截流时，工程的领导者和组织者没有忘记最早提出不要在石灰岩地区建造三峡大坝的学者—郭文魁，特地邀请他参加“三峡截流”观礼。从郭先生在美国丹佛发表“石灰岩与水坝基”的演讲，提出“筑坝以不在石灰岩之地区为佳”的观点到三峡截流整整过去了40年，接到邀请郭先生感到欣慰，自己的观点终于被实践所证实。40年过去，郭先生也已82岁。最终，郭先生因身体欠安未能成行，留下了未能见证历史时刻的遗憾。

主要参考文献

郭文魁. 1948. 石灰岩与水坝基. 矿测近讯, 85期34~36.

侯德封, 姜达权, 陈梦熊, 刘东生, 刘秉俊, 边效增, 张兴仁. 1948. 扬子江三峡水利发电工程地质问题之检讨. 地质论评, 13(Z1): 159~160.

张以诚，邓建永，康平，陈宏光. 1992. 三峡: 选择上帝赐给的坝址. 见: 中国地质拓荒录第二十一章. 北京: 中国工人出版社. 528~570.

张以诚. 2001. 建国以前关于三峡坝址的工作和争论. 刊于:张以诚地矿史文集,北京:华龄出版社, 109~120.

心远. 2010. 永远的萨凡奇. 中国三峡,2010年02期.

萨凡奇一行在三峡的考察（从左到右为李鸿斌、吴奇伟、黄育贤、萨凡奇）

萨凡奇的“扬子江计划的初步报告”

1946年秋三峡筑坝规划同仁与美国垦务局有关人员合影（前排坐左二为徐怀仁，后排站者右4为郭文魁，左4为叶连俊）

刊登郭文魁“石灰岩与水坝基”的《矿测近讯》85期封面

郭文魁“石灰岩与水坝基”论文首页

三峡大坝钻出的三斗坪花岗岩岩心（三峡坝址基石）