主题：长江的卵石问题 -- 温雅颂
这个问题在meokey所开的主题《黄万里先生与三峡》中有很热烈的讨论。我习惯于使用西西河的“树展”方式阅读，以便明白帖子之间的回复关系。可惜，由于讨论太热烈了，以至于“树展”过于枝繁叶茂，早已超过了西西河“树展”的能力。“大树”变成“草坪”，回复关系很难再看出来了。
我认真看了meokey、njyd、老老狐狸关于葛洲坝处35米厚卵石层的讨论，感觉他们没有看清问题的实质。为了便于进一步讨论，特此另开一题。
以下进入正题：
从地貌学角度讲，河流根据发育程度可以分成三个阶段：下切阶段、平衡阶段、和堆积阶段。河流下切还是堆积，取决于河床的坡度。坡度越大，下切越烈。坡度越小，堆积越重。坡度在某个中间值时，河床既不下切也不堆积，呈平衡状态。
从河流形态上看，下切河段河道一般狭窄平直，堆积河段河道一般宽阔弯曲。当然，如果在河道形成之后地壳发生变化，弯曲的堆积河段就会加大下切力度，形成弯曲的深切河曲。单从形态上分析，美国大峡谷似乎就应该是这么形成的，当然这需要实地调查验证。
一条大河，一般上游坡度大，河流下切，下游坡度缓，河流堆积。中间如果坡度发生变化，则也会导致下切或堆积的变化。
从这幅中国地势图上可以看出，长江从青藏高原发源，进入四川盆地。这是一段河流强烈下切的地段，产生了巨大的高山峡谷，其中以虎跳峡最为著名。进入四川盆地后河流坡度平缓，河流应该以堆积为主。经过三峡时坡度加大，河流下切力度再次加大，堆积情况缓解。但因为坡度不够，河流呈现微淤状态，这是长委经过多年观测得出的结果。出了三峡之后坡度非常平缓，河流堆积严重。
前面说一堆这个是为什么呢？因为它关系到后面卵石的分析。
首先，卵石是河流沿岸岩石风化崩塌，破碎的岩石落入河里，在水流和石块之间互相摩擦的作用下，棱角被磨圆而形成的。这是地学界公认的结论。黄万里设想的卵石形成机理是完全错误的，而且错得离谱。他在这个问题上能错成这样，说明了他地质地貌学的知识非常有限。他在水利水文方面是专家，但在地质地貌方面，不过是学了点皮毛，连半路出家都谈不上。
根据卵石形成的机理，长江卵石只能在下切河段生成，经流水的搬运和自身的磨损，在堆积河段沉积或磨碎后变成泥沙流入大海。这也是为什么大河都是上游水清、下游水浑的道理。上游河底以卵石为主，下游河底以泥沙为主。认为上游的卵石会原封不动地全部向下游输移，没有中间的沉积，也没有磨损变成泥沙，这是黄万里另外一个明显的错误。他错误地假设了卵石的形成机理，也因此错误地假设了卵石的生命周期。
在下切的河段，河底卵石不论快慢，都会全部向下游输移。输移过程中卵石对河底基岩的摩擦，是河床进一步下切的重要原因。因此，我们可以从河床下切的现象得出卵石全部下移的结论。
但在堆积河段，因为河床处于堆积状态，河床底部将不是裸露的基岩，而是堆积的物质，可以是泥沙，也可以是卵石。既然是堆积河段，这里的泥沙卵石将不可能全部下移。能下移的只是表层的泥沙卵石，水大时冲走一部分，水小时又重新沉积下来。从总的数量看，堆积的必然大于冲走的。
因此，长江主支流中产生的卵石，在经过四川盆地时，势必有大量卵石沉积在河道里，进入三峡后因为水流加快，沉积量会减少，大部分继续下移，直到进入平原地带，才会大量沉积下来。这时连泥沙都会发生沉积，所以这时的卵石沉积，将基本是永久性沉积。
葛洲坝的卵石层有35米之厚，这毫不奇怪，因为它们是长江河道形成以来亿万年永久性沉积下来的卵石，不是输移中的卵石。表层卵石在汛期会被冲走，但这个表层的厚度将非常有限。
移动卵石层的厚度受什么影响？一个是水流速度，一个是河床坡度。当河床坡度很大的情况下，卵石会因自身重力的影响而向下移动。但在河床坡度很小的情况下，卵石自身重力已不起作用，全靠水流的推动。单纯的卵石堆积层，水的推动力可以深入到卵石之间的缝隙里，作用于较深层的卵石，使深层卵石产生移动，因此使用采样器会有较大误差。但如果卵石之间的缝隙被泥沙塞满，水的推动力将无法深入，能推动的将只是表层的卵石。由此可见，在河水中用采样器量测卵石量，在泥沙少坡度大的河段，误差将会很大。但在泥沙多坡度小的河段，误差就会小得多。葛洲坝所在之处，长江已经出了三峡进入平原，河流堆积严重，河底卵石之间必然塞满泥沙。在这样的条件下用采样器量测，其结果应该是可信的。
黄万里拿永久性沉积的卵石计算卵石输移量，这错犯的太邪乎了。我感觉他是受自己头脑中固有成见的影响，为了找论据而昏了头。
黄万里不顾葛洲坝地形与上游水库的差异，彻底否定河水采样的可信性，虽然理论上成立，但不免犯了刻舟求剑式的错误。而他独创的静水采样的统计方式，方法原理上有太多的漏洞，在meokey所开题里已有丰富的论证，这里就不一一重复了。
至于卵石在输移过程的磨损，不妨想像一下：用一台混凝土搅拌车，装上卵石和水，开出几百公里后，卵石是否还能保持原状。
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这从卫星照片上就很容易看出，江心有沙洲的就基本上是微淤段。
葛洲坝在建坝前江心有两个沙洲，是微淤段，三斗坪也是
1. 关于卵石形成机理
【千里追风】说“首先，卵石是河流沿岸岩石风化崩塌，破碎的岩石落入河里，在水流和石块之间互相摩擦的作用下，棱角被磨圆而形成的。这是地学界公认的结论”。
黄老说的是“卵石是从水成岩断层裂缝中喷出的溶浆凝结成后经长期滚动而成形的。它们可从流域各处喷出，经地质历史上地形的升降与来回滚动，趋向于较均匀地分布在流域里”
黄老的意思看起来是“喷出的溶浆凝结”成火成岩后，“经长期滚动而成形的”——这可以理解成黄老认为卵石是水成岩（沉积岩）吗？卵石属于水成岩应该没有问题
关于卵石的形成，我觉得黄老与水利局的分歧不是在于卵石是如何形成的，而是在哪里形成的。
长委水文局认为：“长江三峡卵石来源区大多分布在宜昌以上1000km之外， 经计算，经1000km的输移后，对于直径为100mm的最难磨损的石英岩，其直径将减小为9mm，重量仅为原重的1%”，而黄老认为“它们（我认为这儿指代的是形成卵石的火成岩）可从流域各处喷出，经地质历史上地形的升降与来回滚动，趋向于较均匀地分布在流域里”。
从而他们的区别就在于：水文局认为经过1000km的移动，卵石当然就会变成泥沙了，而黄老认为，很可能卵石的来源地就在三峡附近的上游，这么短的距离根本来不及变成泥沙。
2. 关于卵石移动
【千里追风】说“为上游的卵石会原封不动地全部向下游输移，没有中间的沉积，也没有磨损变成泥沙，这是黄万里另外一个明显的错误。”
水文局也是这么认为的“长江三峡卵石来源区大都分布在宜昌以上1000km 之外，……，重量仅为原重的1‰，……，成为可以浮游前进的悬沙，不再属于卵石推移质”
但是如果考虑到上面的第一条，这就不再成为责难的理由了。黄老没有认为卵石经过长途搬运不会磨损，他认为这些卵石的来源就在附近，压根还没有来得及磨损：
“这点很容易实地辩明是非：在合川嘉陵江、涪江和渠江交汇处低水时的河滩上可以看到铺着几十厘米的大卵石，。。，这里距重庆只有100km，似难经此就会变成悬沙。而且实地观察，便知卵石上游的反而较小。”
同时，黄老还指出水文局的一个自相矛盾之处。大家应该还记得水文局认为“长江三峡卵石来源区大都分布在宜昌以上1000km 之外”。但他们又在同一篇文章中认为“而卵石推移质，则是主要来源于溪、河沿岸的局部重力侵蚀（如崩塌、滑坡、滑溜等）”。
正如【千里追风】所说，“经过三峡时坡度加大，河流下切力度再次加大”，“根据卵石形成的机理，长江卵石只能在下切河段生成”。水文局所谓的重力侵蚀说则不可避免要承认局部的重力侵蚀也可能发生在“经过三峡时”的宜昌1000km以内。
3. 【千里追风】说“在下切的河段，。。。，我们可以从河床下切的现象得出卵石全部下移的结论”，“但在堆积河段，。。。，从总的数量看，堆积的必然大于冲走的”。这与水利局的说法类似。
黄老对于这种说法在原理上是同意的。但是，他认为“这是对于一批石子、在一次降雨流水下，在一定不长的河段、一定不长的时间内按力学分析的结果。这叫做个体分析，大家认识得很清楚，运用的是力学分析方法”。
但是，“假使对于一大批石子，在整个流域很长的河段里、很长的时间，譬如一年里，经过多次的降雨集流，。。。，虽然理论上应该可先援用力学按微分dx、dt 分析，再综合积分起来，但因不定流理论复杂，也没有完全的观测资料可以采用，这和汛期降雨集流一样，力学分析是做不出来的。这里只能用统计法对实测资料分析；实测资料不足或不可靠，就进一步用相关法（即二元统计法）对有关资料全面分析。这就是整体运营的方法”
对于【千里追风】说的“长江主支流中产生的卵石，在经过四川盆地时，势必有大量卵石沉积在河道里，。。。，将基本是永久性沉积”以及水文局的说法“卵石输出峡谷进入四川盆地后大量沉积，形成了广阔的成都平原”，两者看起来很象。黄老认为“这确是事实。但这事是发生在人类史前亿万年”。有研究地质史的TX不妨说说这对不对。
4. 【千里追风】说：“葛洲坝（应该是黄老原文“三峡上下”之笔误）的卵石层有35米之厚，。。。，表层卵石在汛期会被冲走，但这个表层的厚度将非常有限”。
这个说法似乎与他自己之前说的有所矛盾。他之前是这么说的
“经过三峡时坡度加大，河流下切力度再次加大”
“在下切的河段，。。。，我们可以从河床下切的现象得出卵石全部下移的结论”
这似乎说明定性分析到底有多少卵石会被冲走是没法做到的。
至于定量测量，黄老认为也是不准确的：
“卵石在三峡岩基上堆积成厚35m 左右的覆盖层，它们是从上游下来的输石率和同时同断面向下游滚出的输石率差异所长期累积成的，而决非当地土生土长的。输移时未必总是一层一层分别掀起来推动的，而是多层同时以各层不同速度运移的，甚至不排除发生过连底层全体运移，。。。，但在汛期几米厚的卵石多层同时输移时，尽管先在河床上挖出一坑，也难使采样器伏贴河床，采集到各层卵石同时以不同速度运移的样品，盖其时采样器底下还有移动着的卵石”。
关于多层同时移动的结论是黄老“1938 年曾亲历并复查过，不仅在寸滩汛期，而且在平武涪江枯水期”。
而实测不准的结论三峡泥沙组组长也表示同意：
黄万里生前曾对这一测验结果表示异议，说卵石是测不准的，“把一个采集卵石的采样器放到河里，卵石有的滚进去，有的滚不进去，所以测到的往往只是很小一部分。”
张仁（清华大学水利系教授，三峡工程泥沙专家组组长）认为，“这一点黄先生是对的，但每年入库卵砾石量远远不会到一亿吨。”
我同意黄老“就是因为大江卵石输移率难以测好，所以不得不改用从小块流域测得的年输移量间接推算”的做法。至于这个统计方法的是非，不在这个地质的话题内，我就不展开讨论了。如果有人有兴趣，请移步我的主题贴去讨论。
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黄老说的是“卵石是从水成岩断层裂缝中喷出的溶浆凝结成后经长期滚动而成形的。它们可从流域各处喷出，经地质历史上地形的升降与来回滚动，趋向于较均匀地分布在流域里”
黄老的意思看起来是“喷出的溶浆凝结”成火成岩后，“经长期滚动而成形的”——这可以理解成黄老认为卵石是水成岩（沉积岩）吗？卵石属于水成岩应该没有问题
所谓的“水成岩”，指的都是沉积岩。沉积岩是泥沙在大海里沉积后形成，随着地壳上升而露出海面的岩石。沉积岩最大的特点就是有“层次”。
火成岩又叫岩浆岩，是岩浆直接冷却生成的岩石，因此火成岩都是没有层次的。下面抄一段岩浆岩的形成过程：
玄武岩是典型的喷出岩，看起来是这个样子的：
黄万里说卵石是岩浆喷出形成的，请问你见过这样的卵石吗？
长委水文局认为：“长江三峡卵石来源区大多分布在宜昌以上1000km之外， 经计算，经1000km的输移后，对于直径为100mm的最难磨损的石英岩，其直径将减小为9mm，重量仅为原重的1%”，而黄老认为“它们（我认为这儿指代的是形成卵石的火成岩）可从流域各处喷出，经地质历史上地形的升降与来回滚动，趋向于较均匀地分布在流域里”。
如果不弄清楚卵石的形成过程，就不可能正确估计卵石“在哪里”形成。
长委水文局对卵石形成的原理理解正确，所以认为“卵石来源区大多分布在宜昌以上1000km之外”。这是因为宜昌以上1000km之外才是河流下切河段，才有产生卵石的可能。而黄万里错误地理解卵石产生的机理，因此错误地认为卵石是“均匀地分布在流域里”。
即使不考虑他对喷出岩的错误理解，岩浆活动也不是“均匀分布在”任何区域的。岩浆活动只在火山活动地区存在，而火山活动地区又受地壳板块活动影响成带状分布，怎么可能到处都有岩浆活动，而且均匀分布呢？
这又不对了。如果他认为“卵石的来源地就在三峡附近的上游”，那就应该附近上游的集水面积计算卵石量，为何又用三峡以上整个长江流域面积计算卵石量呢？
三峡附近没有大的支流，长江干流上游就是四川盆地，而盆地根本不是卵石生成区域，而是堆积区域。
玄武岩卵石很常见啊
正如【千里追风】所说，“经过三峡时坡度加大，河流下切力度再次加大”，“根据卵石形成的机理，长江卵石只能在下切河段生成”。水文局所谓的重力侵蚀说则不可避免要承认局部的重力侵蚀也可能发生在“经过三峡时”的宜昌1000km以内。
水文局明确说了“大都”在上游，并没说“全部”在上游。
三峡本身也有河岸崩塌，也因此可以产生卵石。但数量有限，对三峡大坝不产生决定性影响。
他又错了。成都平原虽然是史前亿万年形成的，但并不说明堆积现在就没有了。长江中下游平原也是史前亿万年形成的，现在依然在堆积，否则就没有洪水泛滥的问题了。
这个说法似乎与他自己之前说的有所矛盾。他之前是这么说的
“经过三峡时坡度加大，河流下切力度再次加大”
“在下切的河段，。。。，我们可以从河床下切的现象得出卵石全部下移的结论”
请不要断章取义！这是我的原话：
经过三峡时坡度加大，河流下切力度再次加大，堆积情况缓解。但因为坡度不够，河流呈现微淤状态，这是长委经过多年观测得出的结果。
在下切的河段，河底卵石不论快慢，都会全部向下游输移。输移过程中卵石对河底基岩的摩擦，是河床进一步下切的重要原因。因此，我们可以从河床下切的现象得出卵石全部下移的结论。
我只说了三峡因为坡度“加大”，下切力度也“加大”。但我并没说三峡属于“下切河段”，而明确说了“河流呈现微淤状态”。你是真看不懂呢还是故意找茬？看你以前和别人讨论时一直都能就事论事，我这才参与进来的。但你现在越来越按捺不住了，昨天开始对我进行个人攻击，今天又在这里断章取义，这显示了很多品质上的问题！
我问的是：你见过这样的卵石吗？指的是那种典型的玄武岩。我可没否认玄武岩卵石的存在，因为我从卵石形成的原理中知道卵石里各种岩石都可能存在，起码这点比黄万里强。
生成机理的问题我们在【先回复卵石生成这段】回复下讨论。
这儿讨论你说的“即使不考虑他对喷出岩的错误理解，岩浆活动也不是“均匀分布在”任何区域的。岩浆活动只在火山活动地区存在”
黄老似乎是认为是很久以前的地质活动形成的卵石，而不是火山
既然是整个流域地形的变化，能够解释卵石“趋向于较均匀地分布在流域里”吗？
还有，黄老是认为卵石“趋向于较均匀地分布在流域里”。“很可能卵石的来源地就在三峡附近的上游”是我说的，用来强调短距离不可能把卵石磨成泥沙的。如果你觉得我这样说不合适，可以无视。
先自我纠错一下：我前面说的岩浆活动和火山活动相关不够准确。火山是大规模岩浆活动，而小规模岩浆活动也存在。小规模岩浆活动顺断层裂缝上升，然后再裂缝中冷却，这就是侵入岩。
黄万里这里所说的“喷出岩浆凝成火成岩”是不对的。喷出岩浆凝成的只是火成岩中的一种（喷出岩），不能代表火成岩的全部。
如果按照黄万里的说法，卵石也只能沿着断层线分布，而断层线是有规则的，不可能均匀分布。
我们再看看侵入岩的形状和大小：
岩墙是这个样子的：
这形态跟卵石差的也太远了点吧？