科学公正，勇于创新，慎作结论

   ——中国科学技术咨询服务中心关于黑山峡河段开发方案的咨询服务 
   提要：中国科学技术咨询服务中心在论证黑山峡河段开发方案中，引进了新的理论、方法和技术，并在实践中创新，提出了有权威的、科学与公正的建议，使有争议各方取得共识，为国家节约了大量资金，使工程开发更加合理、取得更大的经济效益和社会效益。
    一.一个争论了三十多年的水利工程项目
    两个方案。黑山峡是黄河从上游青藏高原进入中游陕甘宁盆地间的峡谷河段，它是黄河上游最后一个能建高坝大库的峡谷河段。黑山峡河段的开发方案主要有两个，即大柳树高坝一级方案和小观音高坝加大柳树低坝两级方案。大柳树坝址位于宁夏中卫县，小观音坝址位于甘肃省景泰县境内，两坝址相距48公里。这是一项投资约127 亿元（动态投资）的大型水电枢纽工程。
    争论不休。1955年国家水电部选择推荐第一届全国人大二次会议审议通过了小观音两级方案，1974年水电部审查批准了该方案的初步设计。当年计划投资2000万元，进行施工准备。然而，关于两个方案的争论并没有因此而结束。以甘肃省和当时的水电业务主管部门代表的一方坚持小观音两级方案；以宁夏、陕西、山西和内蒙四省区为代表的一方却主张大柳树高坝一级方案。其争论的主要技术问题有：两坝址的工程地质条件、两方案的投资比较和黑山峡河段拟建大型水利枢纽在黄河上应承担的主要任务，等等。
    1980年前，甘肃方面提出大柳树坝址的河床下有顺河大断层，不能建坝。为判明此事，国家曾拿出数十万元资金在黄河河床下35米处打了一个直径3米、长308米的隧洞横穿整个黄河，否定有顺河断层的说法。这个问题有了结论，又提出大柳树坝址区的地震烈度应由原来的8度升为9度。但经地震局组织的烈度复核结果仍为8度。为此，前后经费支出约50多万元，时间耗费一年多。在此之后，甘肃方面又相继提出大柳树坝址岩体有大范围松动，存在大滑坡、大倾倒体等一系列问题。可谓一波未平，一波又起。这些争论，双方多次报请中央和国务院裁决。国家计委、水电部、水电部西北勘察设计院和规划设计总院以及甘肃、宁夏的地震、地质部门也曾多次组织专家和工程技术人员进行勘察论证，历经30多年始终没有使争论双方取得共识。
    领导指示。1982年国务院领导视察宁夏等西北地区，在谈到这埸争论时，一语道破地指出：黑山峡河段开发方案争论多年，到底选择哪一方案，应请一个超脱单位进行研究论证。就在这种情况下，宁夏自治区政府委托中国科学技术咨询服务中心（以下简称“中心”）进行论证。
    二.反复斟酌，接受委托
    为什么国务院领导同志要提出请一个超脱的单位进行论证呢？正因为在以往多年有争议的论证是带有主观因素的，是不客观的。
    黄河黑山峡河段开发方案争议时间之长，人力物力耗费之大，矛盾尖锐复杂程度和涉及面之广，在我国水电工程中是罕见的。
    技术问题。“中心”面对的技术性问题是：
    1.两坝址工程地质条件究竟如何？
    2.一级开发和两级开发的投资到底是多少？
    3.黑山峡河段拟建的大型水利枢纽在黄河上承担的主要任务是什么？
    非技术问题。黑山峡河段的开发方案所以争论三十多年，除上述技术经济问题未能统一认识外，还一些更棘手的问题，那就是在技术之争背后的利益之争。
    1.黑山峡地处甘肃、宁夏两省区交界处，建库后的主要淹没区在甘肃，由于甘肃境内的山地峡谷所限，无论采取哪种方案，施工地都需要设在宁夏境内，建设所需当地材料供应和施工队伍等也都离不开宁夏。但按当时国家水电政策规定，库区的淹没损失和移民安置由国家负责，而电站建在哪个省区，电站每年的税收除上缴国家外，每年还要向当地财政上缴。此外，电站所在省区在用电、用水和就业方面都受益更大，电站的建设对当地的交通和工农业生产也会起到巨大的促进作用。因此，怎样使省、区的损失和贡献与水电枢纽建成后的利益分配联系起来，是大型水电枢纽工程建设中普遍存在的一个重大政策问题。
    2.按照当时水电部的业务分工，这个水电工程应由当时设在兰州的某设计院负责勘测、论证及设计施工。因某院所处地理位置，在方案的论证与选择上很难做到超脱和客观，有时甚至会站在行业和部门的立场上，竭力维护本系统的意见。为此，当时有的省区公开向中央及水电部反映了对某设计院的不信任。
    由此可见，“中心”这次论证是受地方政府委托向以前由国务院业务主管部门授权的某设计院的论证挑战。
     当然，委托人并不要求“中心”解决这些问题，“中心”也不可能解决这些问题，但是，这些问题会时时在技术问题的背后起作用。“中心”有责任对政策性问题向国家主管部门提出建议。
    中国科学技术咨询服务中心于1982年底正式接受宁夏回族自治区政府委托。
    超脱与公正。为做到超脱、客观、科学和公正，“中心”采取了以下措施：
    1.组织一个较为超脱的专家技术队伍，尽量聘请以前没有介入争论的专家参加。从1983年至1992年，先后组织了不同领域30多个专业，近40个单位的百余位专家参加论证。
    2.“中心”领导多次赴甘肃协调，积极争取分歧双方共同委托。为了在论证中多听不同意见，还专门聘请当时主张小观音方案的几位专家参加工作。在论证过程中，不仅将研究成果提交宁夏自治区政府，而且亲自送交持不同意见的水电部、甘肃省政府和西北设计院等单位，诚恳地听取各方面的宝贵意见。
    三.明确指导思想，抓住问题关键
    开始工作以后，研究人员首先从论证的指导思想、需解决的关键技术问题及采用的技术方法和技术途径三个方面进行了研究，取得了共识。
    1.水是第一位问题。我国北方，尤其是广大西北地区，年平均降水量仅150—300毫米，年平均蒸发量却高达1800—2400毫米。土地沙化，沙漠不断侵蚀良田，严重破坏了生态环境。更为突出的是，还有不少地区群众在饮用高氟水和苦水，致使疾病缠身，甚至丧失劳动能力。
    据此，参与论证的的专家和技术人员认为，解决缺水问题是第一位的。因为：
    (1).黑山峡河段的开发目标是建立一个大型水电枢纽，在水与电之间，水是第一位的。西北地区煤炭蕴藏丰富，缺电的问题可以用火电解决，缺水的问题，却没有替代的解决办法。
    (2).黄河中下游的华北地区也缺水，是引黄入晋济京的重要水源。
    (3).宁蒙陕能源、重化工基地的建设和未来西线南水北调工程的实施，都需要在这里有一个蓄水并具有较强调节能力的大水库。
    (4).黑山峡河段是黄河上游最后一个能建高坝大库的峡谷河段，在黄河上正处于承上启下的重要地理位置。因此，拟选方案应能保证使各梯级电站的发电和出力等综合效益最大，且有尽量高的蓄水、供水和反调节能力。
    以上四点就是论证中比较、选择方案的指导思想。
    2.关键性技术问题。关键技术问题是坝址的工程地质条件问题。如果工程地质条件不允许建坝,那么其它问题就无从谈起。
    专家们认识到，黑山峡一带工程地质条件复杂，是我国东部与西部大地构造的转折部位，呈现出多个构造体系和构造带交汇、复合和围限。这个地区古生界地层褶皱强烈、断裂发育、岩石风化破碎，晚近时期以来的构造和地震活动均较强烈。大柳树坝址能否建高坝，前提是坝址的工程地质条件。
    正因如此，查清这个区域的地壳稳定性、坝址岩体质量、边坡和斜坡的稳定性是直接影响建高坝的关键问题。
    四.充分掌握信息资料，引进先进的理论
    多听不同意见。为充分掌握有关信息资料，参加论证的专家先后到水电部、西北勘测设计院、甘肃省和宁夏自治区政府听取意见、了解情况、搜集资料，并四次去黑山峡河段所在宁夏、甘肃、内蒙、陕西四省区进行全面深入地勘察。专家们还深入到那些年缺雨、少水、无法耕种的贫困地区，走访饮用高氟水和苦水的群众，亲眼目睹那些被大关节等多种疾病折磨的劳动者。这一切都加深了他们对水是第一位问题的认识，更深刻地理解了这一段黄河承上启下的作用。
    采用先进的理论与方法。“中心”面对的技术问题也是水电工程中的难题。要解决坝址这样关键性技术问题，除使用国内外许多常规方法和理论以外，还必须大胆的采用国际、国内先进的理论、技术和方法，使论证数据、论证结论更具权威性，对有争论的各方有说服力。这些理论与方法有：
    1.安全岛理论。安全岛理论是我国地质学家李四光提出的。在国内外均属先进理论。安全岛是一个相对概念，指在强震区出现低震区异常的地区，这个地区称为安全岛。安全岛理论对解决复杂工程地质问题有更直接、更现实的意义。广东大亚湾核电站选址和黑山峡河段开发方案论证是最早使用“安全岛”理论解决复杂工程地质问题的。
    2.智能专家系统。为了确定大柳树坝址的地壳稳定性还采用了放射性综合辐射测试法、电联合表面探测法和智能专家系统。通过计算机和模糊数学方法模拟专家分析、推理的能力解决复杂的工程地质问题。这种方法可以避免少数专家的局限性，更全面、客观，因而更具权威性。
    3.岩体结构控制论。在双方争论中一方还提出大柳树坝址岩石风化破碎、大范围松动，不能建坝。岩体控制论就是从工程地质力学角度研究岩体结构和内在规律的。它将地壳的构造作用与岩体结构、岩体质量的内在联系和本质看作一个大系统，建立起更符合实际的数学 模型，从而使许多复杂、看似杂乱无章的工程地质现象和岩体力学问题得以顺利解决，并运用于工程设计和施工。这种理论和方法，在国际上也是先进的。
    4.优势面方法。为了弄清大柳树坝址是否有大滑坡、大倾倒体存在，确定其稳定性，在论证中又采用了优势面法。通过优势面方法将过去地质学家凭感性认识和力学家从统计角度单独研究岩体的变形和破坏模式有机地结合起来，它是将系统分析、定值论和概率论相互关联起来的一种新的分析方法。该方法考虑了内外动力的综合作用，而且在实际应用中提出了系统的指标和判据。从而可以更好地建立数学模型及解决处理实际工程问题。
    5.CT层析成像技术。“中心”首次引进医学上 CT层析成像技术的理论和方法评价硐间岩体和孔间岩体的质量。利用爆破源发出模拟地震波(射线)穿透岩体，在岩体的不同层面上布设探头，从大量探头测获得射线传播的信号，然后，经换算绘出所测岩体剖面内的成像速度分布等值线图。这项技术在地震波场反演、用地震波方法判断岩体环境和岩体质量方面具有最高的分辨率，因而最具权威性。目前，这种研究方法，也是国内外地球物理界的前沿课题。
    6.包裹体测定法。包裹体测定法是近年来国外探矿使用的一种新方法。为了确定坝址区的构造应力场的性质和岩石变形深度，本论证首次将它用于解决工程地质问题。矿物形成时成矿熔液充填于矿物的晶格缺陷、空穴等处，矿物继续生成将其封闭并形成包裹体。包裹体的形态及组合规律严格受控于应力作用所形成的微裂隙和晶格缺陷，而包裹体的均一温度又与裂隙和断层发生的年代、断层深度等有关。因而，通过对坝址区构造岩裂隙充填物石英中流体包裹体类型、形态、组合规律、均一温度及水溶液盐度的测定和分析，为该地区构造应力场的性质和岩石变形深度提供了直观可靠的数据。
    智能专家评价系统。针对工程地质研究中许多难以进行定量分析的复杂问题，并考虑到研究人员认识问题的局限性，论证中采用了“智能专家评价系统”， 即利用工程地质领域中的专门知识和专家多年在工程地质工作中积累的大量实践经验，应用计算机和现代模糊数学方法评价区域地壳稳定性和边坡稳定性，这个方法具有全面性、客观性的特点，因而也是有权威性的。
    除上述方法外，还首次在水电工程中采用了多指标字典序及四方和动态规划法。
    四.十年辛苦，终有定论
    用不同方法对比。为了确保数据的准确、可靠、具有代表性，在论证中，对某些重要技术数据还用不同方法做了相互对比印证，像对断层发生的年代和断层活动性、岩体性状和岩体质量等的分析中，都使用了3种以上不同的测试分析方法。
    整个系统最优化。上述理论和方法在咨询服务过程中的应用，使论证走出了孤立地考虑电站本身效益的误区，从而把黄河上游已建和待建的各梯级电站的效益、把黄河水资源的充分利用、西北国土开发及生态环境的改善作为一个大系统、一个整体，使整个系统的综合效益最优化。
     关于黑山峡河段开发方案的论证，研究人员共编写了3120万宇（12本）论证报告，其主要结论是：
    大柳树地质条件适宜。两坝址的基本烈度为8度，首次提出大柳树坝址处于相对稳定的地块上的论点和中卫— — 同心、 F1、 F3、 F7、和 F201断裂带的正确归属，该断裂对坝址不构成抗断威胁，大柳树坝址所处夜明山地块也不存在发生中强度地震的地质背景。确定大柳树坝址岩体不存在大范围深层次松动现象，天然斜坡整体稳定性好，不存在大滑坡和大倾倒体。其工程地质条件适宜修建当地材料高坝，大坝建成后不存在坝体的断裂问题。
    两方案工程投资和建成年限基本相同。
    大柳树优于小观音。从黄河水利资源的开发利用及其综合经济效益看，采用大柳树高坝一级方案明显优于小观音两级方案：
    库容大。一级方案在不增加库区淹没损失和人口搬迁的情况下，比小观音两级方案多增加蓄水库容40亿立方米，每年5—7月份可向下游增供水量32. 3亿立方米，近期可发展陕、甘、宁、蒙地区灌溉面积600万亩，远期可发展到2000万亩。对解决西北地区干旱、国土开发和宁蒙陕能源重化工基地的用水将发挥巨大作用。
    可自流灌溉。灌溉工程效益：采用大柳树一级开发方案，大部分待开发灌区可以自流灌溉，而小观音两级方案只能分散扬水。当中期发展灌溉到600万亩时，两方案相比，一级方案灌区工程可节省投资约8亿元，年节省用电15.62亿度，年运行费减少1.26亿元。
    发电200万千瓦。发电装机200万千瓦，年发电量78亿千瓦小时，通过其反调节作用，可改善上游梯级电站的电能指标。
    除此之外，大柳树一级方案在防洪、防凌、防淤和生态环境改善等方面均具有显著的效益。
    这些论证结论已得到国家水利部的支持和肯定。
    写进纲要。在1993年8月20日国务院第七次常务会审议通过的《九十年代中国农业发展纲要》中，已明确指出90年代要“开工建设黄河大柳树工程”，从而使这场争论达30多年的大型水电枢纽工程最终有了明确的结论。1995年国家计委农经2248号文，正式通知宁夏自治区政府，国务院已正式批准同意“宁夏扶贫扬黄灌溉一期工程”，即大柳树一级开发方案的第一期工程，并于1996年5月正式奠基动工。1997年水利部黄河水利委员会在修订《黄河治理开发规划纲要》中，明确指出在柳树高坝一级开发方案远优于小观音两级开发方案，并再次向国家计委推荐这全方案。
    获成果奖。由多位著名科学院院士和教授组成的专家评审委员会，认为本论证使用的理论、方法和技术手段均达到国际先进水平，是工程规划论证工作中采用跨行业、多学科、集中多种先进方法进行综合评价的一个成功范例，为我国在强震区修建大型水电工程提供了非常宝贵的经验。该成果已获宁夏自治区科技进步成果一等奖。