长江三峡水利枢纽在国民经济和科学技术上的意义[1]
长江的水利资源异常丰富，年径流量为黄河的20倍以上；流域内水力蕴藏量达2.3亿kW，相当于美国水力蕴藏量的2.7倍，约占我国水力蕴藏量的40%。
长江总落差逾5000m，其中99%以上集中在宜昌以上占河流全长2/3的上游河段中。从自然条件看，上游河段多在高山峡谷区，干支流上能找出很多优良的坝址兴建水利枢纽，形成水库，以调节径流、利用水力发电、改善航运条件和发展灌溉事业。上游河段的最后一段的奉节宜昌之间著名的长江三峡，河岸高峻，河谷由坚硬的岩石组成，而且其上峡谷丘陵地带人烟稀少，可以在淹没损失很小的条件下修建高水头水利枢纽，形成长江上超巨型水库。为了尽量利用落差取得较大库容和充分改善峡谷河道的航运条件，并考虑施工的便利，三峡水利枢纽的位置以接近峡谷出口最为有利，水利枢纽的坝区坝段因此选在接近宜昌的西陵峡中。
三峡及其上游长江干支流的集水面积占全流域面积的55%。经过宜昌流往中下游的多年平均年径流量达4510亿m3，其中约一半水量集中在每年汛期的7月、8月和9月3个月。汛期最大记载流量7.08万m3/s（根据洪水痕迹推算1870年洪峰流量超过10万m3/s），枯水季流量则降至3000m3/s以下。
宜昌以下的中下游平原地势低窪，沿江农田肥沃，汛期全恃隄防围护，洪水流量大时往往溃隄成灾。以1931年为例，洪水淹没农田逾5000万亩[2]，受灾人口近3000万人。新中国成立以来，在党的领导下，中下游堤防经过培修扩建，1952年以后中下游干支流一系列蓄洪分洪工程又相继建成，加以沿江两岸广大人民在汛期中进行了英勇的防汛斗争，因此规模超过1931年的1954年洪水所造成的灾害远小于1931年，并且创造了不淹武汉市、不溃荆江大隄的防汛史上奇迹。尽管如此，洪水灾害仍然使国民经济受到一定的损失。
为了消除中下游地区的洪水灾害，首先必须控制来自宜昌以上的汛期径流，使洪水流量不致超过中下游河段的安全宣洩能力。为了这一目的，并为了充分开发长江水利资源，应该在上游干支流兴建一系列水库。由于三峡水库库容巨大又紧邻中下游，并且能控制三峡地区因形成暴雨中心而产生的强大径流，防洪效益极为显著。而在发电、航运效益等方面也都超过其他水库，成为长江干支流梯级开发中的主导环节。
如果在西陵峡中部的花岗岩地区修建水利枢纽，壅高水位至200.00m高程，水库总库容很大。考虑到上游干支流水库的配合，三峡水库建成后一般年份的宜昌汛期洪峰流量可由5.5万m3/s降至3万m3/s；而在发生比1954年更大的千年一遇洪水时，洪峰流量可由9.3万m3/s降至4.5万m3/s左右，仍能安全洩往中下游而不造成灾害。在上游干支流兴建更多水库之后，千年一遇的洪峰流量也可以降至3万m3/s，从而彻底解除长江中下游的洪水威胁。
三峡水利枢纽中的电站部分，按初期装机容量估计，平均年发电量将超过目前英国全国的年发电量。由于利用水力发电，每年可以为国家节约燃料煤3700万t以上。后期电站装机容量增多后效益还更增加。三峡超互型电站投入全国统一的电力系统参加运转后，将使全国电气化的速度大大加快。
在航运意义上，三峡水库将成为我国独有的地中海，可以完全消除水利枢纽以上至重庆间的流急滩多的航道险阻。目前三峡以下荆江河段平均每年有80天航深不足2.8m，在修建三峡水利枢纽以后，因枯水季调节流量增大至8000m3/s以上，整个中下游河段可以终年维持4m以上的航深。稍加疏浚之后，海口重庆间便可通行吃水深度8.5m的万吨海轮，货运成本可比目前降低数倍。
长江中下游，汛期堤外江湖水面高出堤内农田，使因涝的积水不能自流外洩，平均每年受灾农田达1000万亩，大水年则达3000万亩。三峡水库建成后，洪水受到控制，由长江经四口流入洞庭湖的水量将减至最小，目前受积水灾最严重的洞庭湖滨湖地区，将因湖水面降低而能及时排除积水免受灾害。其他地区的积水条件亦将显著改善。
为形成水库及综合利用水利资源而修建的三峡水利枢纽将由大坝及其附设的泄洪设备、电站、通航建筑物等组成。枢纽中的通航建筑物则应使船舶能经过150m左右总水级多级船闸出入升降于水库上下。
三峡水利枢纽工程规模为世界工程史中所仅见。整个枢纽的混凝土和钢筋混凝土工程量估计达2600万m3，石方开挖量近7500万m3，都超过古今中外任何一项工程。然而以工程规模与效益相比，整个工程指标至为经济。即使只考虑发电一项效益，平均每kW装机容量也只需1.2m3混凝土和3.5m3石方开挖，比世界上最有利的一些大型水力发电站的经济指标更为优越。经过估算，三峡水力发电站单位装机kW的投资与现代化的巨型火力发电站的单位kW投资相近，说明三峡水利枢纽工程在经济上极其有利。如果考虑到三峡水利枢纽的防洪、航运等效益，则其优越性以及对发展我国国民经济的重要意义更为显著。
三峡水库和水利枢纽的兴建引起了国民经济计划方面、工程技术方面以及与之有关的各项专门科学上的一系列问题。诸如牵涉到整个水库区域及更大范围的水文气象、经济规划等问题；水利枢纽的地基、建筑材料、各部建筑物结构、电站设备与管理和施工等问题，以及与三峡电站用电户有关的电气、冶金、化工等各方面科学技术新成就的创造、推广运用等。
根据党中央指示的方针，三峡水利枢纽的勘测设计工作正在积极进行。与此同时，一系列的科学技术问题已被提出，正待经过分析研究加以解决和阐明。这些问题涉及科学技术领域的各个方面和国民经济的各个部门，从下述的例子，可以见其概略。
在经济规划方面，既要研究三峡水库的调度方式、水库区自然资源的开发利用和清理、水库区工农业和居民点的迁建、水库消落区土地的利用、水库建成后的航运近景远景规划以及库区渔业水产发展规划等；也要阐明三峡水力发电站在全国统一电力系统中的任务和三峡电站建成后扩大用电户的合理布置等。
在水文气象方面，必须研究三峡水库对区域气候的影响、水库上下游人民经济活动对径流的影响、水库上下游中长期气象预报的方法、水库淤积以及下游河道变形的过程等等。
在工程地质和岩基力学等方面对整个水库区来说，要研究库区周围的浸没和岸坡再造过程等等，而对修建水利枢纽的地段来说，不仅要结合地质勘测工作阐明岩石地基的特性，而且要研究地下建筑物地区岩石的各种物理力学特性。针对工程地质条件必须研究各种增大岩石强度，减小其透水性的技术措施，以减少坝基部分地表岩石的清除厚度，降低地基渗流对混凝土坝的浮托力，使坝身断面减小，使地下建筑物开挖时的排水困难减轻，从而缩减石方开挖和混凝土工程数量并使施工进度加快。地下厂房及其尾水隧洞四周山岩压力在不同运转条件下的分布规律是选择地下建筑物衬砌厚度的重要依据。探明这些规律不仅可以合理地减少衬砌工程量，而且可望缩短地下建筑物的施工期限。
三峡水利枢纽的混凝土工程所需砂料约1000万m3，由于坝区附近缺乏天然采砂场，必须由远道运入三峡。而另一方面，坝区内有深厚的花岗岩风化层，根据试验室初步分析，可以加工制成粗砂。因此必须进一步研究风化岩层的矿物组成，将风化岩加工成粗砂后用作混凝土填料的合宜性，以及大规模加工制作粗砂的施工方法。“风化砂”问题的顺利解决不仅可以降低混凝土造价，而且可以显著地缓和施工运输的紧张程度。三峡水利枢纽各部建筑物对混凝土的强度、防渗性、防蚀性以及抵抗高速水流磨损等性能有不同的要求，因此研究各种特殊水泥与适合于三峡工程具体条件的不同水泥掺和料的化学组成和制作混凝土的配合比以及研究混凝土的徐变性能等都是建筑材料方面的重要研究课题。
三峡水利枢纽坝体混凝土工程量经估算达1000万m3。坝身断面的减缩可以使坝体工程量进一步减小。为了减缩坝身断面，必须根据基岩和筑坝材料的容许强度和力学特性，通过稳定计算和应力分析以及相应的试验，找出能充分利用结构强度的既安全又经济的坝型和断面尺寸。目前通用的稳定计算和应力分析方法都还以一定的简单条件的假定为前提，与实际复杂情况有所出入，因此必须进行模型试验验证这些计算方法，并且有必要通过模型试验和已建成的建筑物的观测，评价现行的坝工设计中的各种计算方法。
三峡水利枢纽有数目众多、尺寸巨大的溢流坝泄洪设备、电站引水尾水建筑物、船闸充水放水系统等等。这些建筑物的进出口、渐变段及过水部分的水力学条件，以及高速水流掺气、气蚀、脈动、振动的规律，都直接影响建筑物的过水能力和运转安全。必须通过工程水力学的试验研究，改进这些建筑物的轮廓形式，使过水能力增加而水流平稳顺畅。其他如寻求溢流坝下游部和电站尾水出口处的水流最优消能方式、校验枢纽整体布置中各部水流的相互影响和干扰等等也都是工程水力学范围的重要研究课题。
缩短三峡水利枢纽的施工期限，使之提前拦洪、发电、通航，在发展国民经济方面的意义很大。而具有控制意义的主要工程项目，在三峡水利枢纽为石方开挖和混凝土浇筑。目前所研究的方案中，曾考虑使石方开挖工程的最大月平均施工强度达310万m3，而混凝土最大月平均浇筑强度达90万m3以上，都远超过目前的世界纪录。这一方案的实现可以使三峡水利枢纽在工程开始后的第七年中拦洪发电。这样高的施工强度无疑地必须倚靠最先进的施工技术，倚靠科学的施工方法和组织措施，倚靠高效率的巨型施工机械设备。这些机械设备的设计制造本身又牵涉一系列待研究解决的科学技术问题，混凝土工程中大量采用预制构件是施工方法上的一个重要的新的方向。苏联一般水力发电站厂房建筑物的装配化程度已经达到95%以上。诸如坝面、坝墩使用钢筋混凝土预制壳板代替临时性的模板和近来国内外有些工地已经试用的无钢筋混凝土块装配施工加快坝体上升速度等都是施工中的新技术，也必须依靠新型的施工机械设备和高度机械化自动化的混凝土备料、拌和系统。而大规模石方开挖工程中的钻岩、爆破、石碴移运、岩面清理平整等工作也莫不需要大量的新型运输起重设备和专门的机械。这些施工设备和施工机械如何按最先进的水平设计和制作运行是机械工业及其科学研究部门面临的重要研究课题。
目前的施工方案中，采用分期围堰导流方式修建枢纽。围椻最大高度达80m，而所承受的最大水头逾70m。围堰本身的施工、截流的安排和基坑排水的合理布置等等也都是缺乏先例的技术问题。模型试验以及国内正在施工的一些工程的经验总结，能够为这一问题的顺利解决提出有价值的参考。
三峡水利枢纽电站部分的投资占工程总投资的50%以上。电站投资中机电设备投资又占2/3左右。虽然目前设计中考虑的30万kW、45万kW、60万kW乃至容量更大的机组，目前在世界上尚无制造成功的先例。但从缩减厂房总长度以节省土建工程量以及便利电站运转管理等方面考虑，采用大容量机组是有利的，因此45万～60万kW乃至更大的巨型水轮机和发电机的设计和制作，以及与此相伴的冶金、电气、金属结构等方面技术问题的深入研究都有重大的现实意义。电站全部设备的遥控和自动化，以及500～650kV以上超高压远距离送电等技术问题也待研究解决。
三峡电站、泄洪设备、船闸等各建筑物中有待安装的钢材（闸门、钢管、拦污栅，机电设备等）及相应的起吊设备总重量达50万t（如果通航建筑物采用船舶升降机则钢材总重量更大），各项构件的尺寸和强度要求都达到或超出现有的世界水平。如果能采用特种高强度的结构材料，不仅可以减轻构件重量，便利运转并降低造价，而且由于对起重设备的要求降低，施工安装，也更便捷，从而加快建设进度。
三峡电站建成后将为周围广大地区提供充足的廉价电力，耗电多的各项工业（如电冶金的炼铝，化学工业中的制造磷肥氮肥，塑料及其他合成化学产品等）将要得到空前的发展；而三峡周围广大地区公社化后的农村也将迅速实现农业电气化和机械化。针对这一趋势，必须在国民经济各部门的统一规划安排下进行相应的各项科学研究工作。
从上面列举的许多问题可以看出，一方面，三峡水利枢纽工程提出了大量的科学技术问题，要求研究解决，以使整个工程尽快尽省地完成，使之早日发挥效益；另一方面，这一举世无双的工程也将促使我国科学技术的各个方面更迅速地达到世界上的最先进的水平。
长江三峡水利枢纽的兴建将揭开世界水利史上新的一页，也将根本改变我国最大河流长江的现有面貌。三峡水利枢纽工程本身是我国社会主义建设时期国民经济和科学技术高度发展的标志，在这一工程的设计和科学研究工作中目前还存在许多未解决的问题和待克服的困难；但是可以肯定，在中国共产党的领导下，我国科学技术界鼓足干劲、互相促进，一定能按照多、快、好、省的总路线的精神准备好充分和必要的条件，使建成长江三峡水利枢纽这一中国人民的伟大理想早日实现。
[1]本文为1958年12月作者在水利电力部北京中苏、朝蒙水利水电国际会议两项报告内容之一，与另一报告《引洮工程》同载于《科学通报》1959年第3期，收录于本书时略有修改。
[2]1亩≈666.67m2。