由于有三门峡水电站的前车之鉴,因此泥沙问题始终是三峡工程技术讨论的重中之重。据测算,长江上游江水每立方米含沙1.2千克左右,每年通过坝址的沙量在5亿吨以上。在三峡工程未建前,这些泥沙大量淤积在曲折的荆江河段,抬高了河床水位,并危胁到整个江汉平原和洞庭湖平原的安危。
当三峡水库形成后,受水势变缓和库尾地区回水影响,泥沙必然会在水库内尤其是大坝和库尾(回水的影响)淤积。不过乐观者认为,长江的含沙量有季节性差异,汛期江水中的含沙比例比枯水期来得大,因此三峡水电站可以采用“蓄清排浑”的方法来应对,即在汛期时加大排水量使浑水出库,在枯水季节大量蓄积清水,便可以减少泥沙在水库内的淤积,这种方式与目前水电站的一般运行方式基本一致,所以不用过于担心三峡的泥沙淤积问题。他们认为在三峡蓄水的初期,排沙比例只有30%至40%,将发生轻度淤积,但主要是填充死库容,影响不大,随着水库运行时间的增长,排沙比例会逐渐提高,在80至100年后,将基本达到平衡,不再出现新的淤积,旧有淤积也可以通过由临时船闸改建的泄沙通道和加强疏浚等方法清理。那时水库将依然保持90%左右的库容,不会对发电、航运以及沿岸城镇尤其是重庆造成大的不良影响,而且随着长江上游植树造林、水土保持工作的进展,江水的泥沙含量也将缓慢下降。
但是工程的反对者如黄万里等认为,长江上游河流所携裹的除了泥沙,还有颗粒较大的鹅卵石,在三峡大坝筑起后将极难排出,会造成堵塞,并向上游延伸,进而影响重庆。此后在2002年10月,国务院批准由三峡总公司承建长江上游干流金沙江上的乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝等四座巨型水电站,其建设目的之一就是为了分担三峡库区的泥沙淤积,减缓三峡库区的泥沙淤积速度,这也再度引起某些人们对三峡泥沙问题的担忧。
与泥沙淤积问题同样极具争议的,还有水位问题。在三峡蓄水至135米后,有人发现从大坝到库尾之间的水位落差多达34.7米,远远超过了工程论证报告认为的0.4米,因此担忧重庆可能会在三峡完全蓄水后被淹没。不过三峡验收组副组长潘家铮对此解释,论证报告中计算的是满蓄水后的情况,而现在的库尾水位其实是天然水位,它和大坝水位目前存在着巨大落差并不令人意外。
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