曹廣晶

三峽電廠發(fā)電機(jī)組檢修現(xiàn)場 攝影/王廣浩

三峽工程是一座巨型的、多目標(biāo)的且地位極其重要的水利樞紐工程，初步設(shè)計(jì)時(shí)確定的三峽工程的運(yùn)行調(diào)度規(guī)則，都是基于當(dāng)時(shí)的認(rèn)識(shí)水平，經(jīng)過反復(fù)爭論后妥協(xié)的結(jié)果，因此，不論從理論上還是從實(shí)踐上，都留下了很多值得深入探索的余地。自2003年三峽工程初期蓄水以來，中國三峽集團(tuán)做了大量的探索性工作，大大豐富了人們對(duì)于三峽工程的認(rèn)識(shí)。《以科學(xué)為杠桿，撬動(dòng)三峽工程的潛力》一文，以翔實(shí)的資料和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，高屋建瓴地對(duì)近幾年來三峽集團(tuán)的探索實(shí)踐進(jìn)行了總結(jié)。

——編者

一、前言

水電站所用的資源是水，來水時(shí)空分布的不均勻性、不確定性既涉及到防洪安全、泥沙淤積，又涉及到效益等各個(gè)方面。對(duì)于單一目標(biāo)的電站是如此，多目標(biāo)的水利水電樞紐也是如此，當(dāng)然對(duì)于梯級(jí)電站則更是如此。因此，在對(duì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)和把握不充分的情況下，留有充分的余地是必然的選擇。余地，也就意味著潛力。挖掘潛力的前提是對(duì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)和把握，途徑是科學(xué)，即科學(xué)預(yù)測、科學(xué)調(diào)度、科學(xué)管理，還要解放思想，積極探索。

三峽這樣一個(gè)巨型的、多目標(biāo)的且地位極其重要的水利樞紐工程，在初步設(shè)計(jì)論證時(shí)，基于當(dāng)時(shí)的認(rèn)識(shí)水平，以及對(duì)三峽工程重要性的考慮，在某些方面留有較大的余地，甚至“保守”些，也是需要的。自從2003年開始蓄水以來，我們抓住工程進(jìn)展順利和移民進(jìn)展順利兩個(gè)有利因素所帶來的機(jī)遇，以水庫泥沙的觀測、分析和沖淤規(guī)律的把握為突破口，加強(qiáng)科學(xué)預(yù)報(bào)能力建設(shè)，深入開展防洪安全等方面研究，統(tǒng)籌考慮樞紐各個(gè)目標(biāo)、上下游關(guān)系，以及近些年變化了的新情況，積極探索，科學(xué)調(diào)度，既保證了工程安全，又充分發(fā)揮了工程的潛力。

三峽大壩全景 攝影/魏啟揚(yáng)

二、初步設(shè)計(jì)的調(diào)度規(guī)則及現(xiàn)狀分析

1.初步設(shè)計(jì)確定的水庫運(yùn)行規(guī)則

三峽水庫水位組合如下：175—155—145，即正常蓄水位為175米（海拔高程，以下同），枯水期最低消落水位為155米，防洪限制水位為145米。每年汛期6月中旬至9月底水庫按防洪限制水位145米運(yùn)用，在發(fā)生較大洪水需要對(duì)下游防洪調(diào)度運(yùn)用期間，水庫因攔蓄洪水庫水位允許超過145米，洪水過后須復(fù)降至145米水位；水庫采取“蓄清排渾”的調(diào)度原則，為有利于庫尾河道走沙，汛末10月初開始蓄水，考慮下游航運(yùn)要求水庫蓄水期間最小下泄流量不低于保證出力4990兆瓦相應(yīng)的發(fā)電流量，庫水位逐步上升至175米水位；枯水期為有利于發(fā)電和水庫通航，一般維持高水位運(yùn)行，根據(jù)來水，按發(fā)電、航運(yùn)的需求庫水位逐步降至155米；為防洪需要，汛前6月上旬末降至145米。

2.現(xiàn)狀分析

和初步設(shè)計(jì)假設(shè)的各種邊界條件相比，現(xiàn)在發(fā)生了較大的變化。

（1）泥沙情況有了很大的變化

來沙量大大減少：與論證和初步設(shè)計(jì)成果相比，三峽工程蓄水運(yùn)用以來，長江上游來沙量明顯減小，庫區(qū)泥沙淤積也大為減輕。自上世紀(jì)90年代以來，三峽上游產(chǎn)輸沙條件明顯改變，在來水量變化不大的情況下，來沙量明顯減少，其中以嘉陵江減沙最為顯著，其沙量減小了75%。三峽水庫蓄水后，2003至2009年，年均來沙量為1.96億噸，僅為初步設(shè)計(jì)值年來沙量5.3億噸的37%左右。三峽水庫總體淤積情況好于初步設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)測。2003年6月至2010年9月，三峽入庫懸移質(zhì)泥沙15.682億噸，出庫（黃陵廟站）懸移質(zhì)泥沙4.117億噸。不考慮三峽庫區(qū)區(qū)間來沙，則水庫淤積泥沙11.565億噸，水庫排沙比為26.3%，水庫排沙比同初步設(shè)計(jì)預(yù)測值大體相當(dāng)。年均淤積強(qiáng)度較初步設(shè)計(jì)預(yù)測的數(shù)值減少約60%。

來沙量大大減少的原因，主要有四個(gè)方面：一是干支流興建了大量的水利水電工程，起到了良好的攔沙作用；二是水土保持工程取得成效；三是大量的河道挖沙；四是這些年主產(chǎn)沙區(qū)暴雨強(qiáng)度偏低。以上四個(gè)原因，除第四個(gè)以外，都是可持續(xù)的。

重慶港區(qū)的泥沙規(guī)律也有變化：

重慶港區(qū)的泥沙淤積是重點(diǎn)關(guān)注的地區(qū)。試驗(yàn)性蓄水以來，對(duì)重慶港區(qū)的泥沙沖淤情況作了詳細(xì)觀測，發(fā)現(xiàn)其沖淤規(guī)律跟過去的認(rèn)識(shí)有所不同。綜合2008年、2009年和2010年三峽水庫試驗(yàn)性蓄水的觀測資料分析，當(dāng)三峽壩前水位低于160米時(shí)，寸灘以上庫段基本不受三峽水庫蓄水影響，9月中旬至10月中旬重慶主城區(qū)河段仍然保持較強(qiáng)的走沙能力；汛后當(dāng)三峽壩前水位超過160米時(shí)，隨著壩前水位的逐漸抬高，河床也由天然情況下的沖刷轉(zhuǎn)為以淤積為主，但河床也隨著上游來水的漲落過程，而呈現(xiàn)出沖淤相間的現(xiàn)象；汛后的河道沖刷期相應(yīng)后移至汛前庫水位的消落期，隨著壩前水位的逐漸消落，重慶主城區(qū)河段逐漸恢復(fù)天然狀況，河床逐步轉(zhuǎn)為以沖刷為主。

重慶港區(qū)沖淤規(guī)律的變化，為9月底抬高壩前水位提供了依據(jù)。

三峽工程五級(jí)船閘 攝影/魏啟揚(yáng)

（2）9、10月份上游來水減少明顯

三峽工程初步設(shè)計(jì)階段，沒有考慮上游電站建設(shè)的情況。自上世紀(jì)90年代以來，上游先后修建了二灘、寶珠寺、彭水、瀑布溝、紫坪鋪等若干大型電站，中小型電站更多。這些電站的建設(shè)一方面起到了攔沙的作用，另一方面，它們的蓄水時(shí)間基本上都在汛末或汛后，即9、10月份。所以9、10月份的來水情況跟多年平均情況相比減少了很多，尤以10月份更為明顯。

（3）蓄水期間下游對(duì)增加下泄流量的需求越來越大

初步設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定，三峽水庫蓄水期間最小下泄流量不低于保證出力4990兆瓦相應(yīng)的發(fā)電流量，相應(yīng)三峽水庫最小下泄流量為5000立方米/秒左右。由于三峽水庫汛后蓄水庫容將達(dá)221.5億立方米，蓄水量大，蓄水任務(wù)重，蓄水期間下泄流量會(huì)比來水量減少較多，再加上汛后天然來水量本身也在逐步減小，因此水庫蓄水與下游各方面用水要求之間將出現(xiàn)較大的矛盾。中下游各用水部門及航運(yùn)、發(fā)電希望蓄水前后三峽水庫下泄流量變化盡量平穩(wěn)，并要求提高三峽水庫蓄水期間的最小下泄流量，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各方面對(duì)長江水資源的需求越來越大。

鑒于以上情況，如仍按初步設(shè)計(jì)的蓄水方式運(yùn)行，對(duì)航運(yùn)、電網(wǎng)調(diào)度等都會(huì)產(chǎn)生不利影響，而且三峽水庫蓄不滿的概率大大增加。蓄不滿水，效益也就無從談起。必須與時(shí)俱進(jìn)，對(duì)水庫的調(diào)度規(guī)則作相應(yīng)的優(yōu)化，初步設(shè)計(jì)確定10月初開始蓄水，主要是出于減少泥沙淤積的考慮，而不是防洪安全問題。提前蓄水是必然的選擇。

盡管如此，仍要對(duì)防洪安全作出充分的論證。

三峽大壩泄洪 攝影/王廣浩

三、防洪安全分析

1.整個(gè)汛期用一個(gè)固定的汛限水位不盡合理

長江6至9月份為汛期，初步設(shè)計(jì)規(guī)定，整個(gè)汛期都必須保持汛限水位145米，顯然這也是不盡合理的。

通過對(duì)長江流域暴雨洪水成因分析，綜合考慮長江上游干支流控制站汛期洪水量級(jí)、副高脊線位置、水汽輸送條件以及8月下旬至9月份暴雨洪水特性等因素，認(rèn)為：長江上游汛期洪水可分為汛初、主汛期、汛末三個(gè)階段，汛初為6月中旬以前，主汛期為6月下旬至8月下旬，汛末為8月下旬以后。進(jìn)入9月，副高脊線開始南撤，9月15日左右，副高脊線位置迅速南撤，金沙江干流以及各支流在9月中旬以后洪水量級(jí)明顯減小，也就是說，鑒于氣象上有比較明顯的界限，因此可以將9月份的水文資料單獨(dú)拿出來作為樣本進(jìn)行分析。通過頻率分析，9月份千年一遇洪水只約相當(dāng)于全年的百年一遇洪水。鑒于長江上游汛期洪水存在分期性，防洪調(diào)度應(yīng)根據(jù)這一洪水特性進(jìn)行調(diào)整，采用固定的汛限水位不合理，宜在汛期不同的時(shí)期采用不同的汛限水位，汛初期和汛末期汛限水位可適當(dāng)提高。

2.對(duì)三峽工程防洪風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)

說起汛限水位的調(diào)整，往往以三峽的重要性為由，不愿意進(jìn)行調(diào)整。三峽工程的重要性固然無與倫比，但是不能以此來拒絕優(yōu)化。其實(shí)從預(yù)報(bào)誤差導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)來進(jìn)行科學(xué)分析，三峽工程的風(fēng)險(xiǎn)度相對(duì)其它工程而言是比較低的。因?yàn)椋皇侨龒{水庫庫容大，回旋余地大；二是上游有100萬平方公里，預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度肯定比小流域要高；三是上游水庫多，這些水庫會(huì)或多或少起到滯洪作用。

若發(fā)生大洪水，那必然是上游長時(shí)期、大范圍強(qiáng)降雨才有可能。三峽調(diào)度的把控能力比一般的小水庫更可靠。三峽水庫的洪水主要來自上游上千公里以上的嘉陵江、金沙江、岷沱江等上游地區(qū)，洪水傳播時(shí)間較長，洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見期也較長，這為三峽水庫的預(yù)報(bào)預(yù)泄提供了得天獨(dú)厚的條件；三峽水庫集水面積達(dá)100萬平方公里，大洪水和特大洪水的形成通常有穩(wěn)定的天氣系統(tǒng)和大氣環(huán)流背景，需由幾天以上的大范圍、高強(qiáng)度的暴雨形成，隨著天氣監(jiān)測手段和預(yù)報(bào)預(yù)測技術(shù)的發(fā)展，提前3至5天預(yù)判形成大洪水和特大洪水的天氣系統(tǒng)是較為可靠的；長江中上游地區(qū)已經(jīng)興建了大量的水庫等水利工程，形成了一定的防洪庫容，客觀上使得三峽水庫現(xiàn)有防洪能力得到進(jìn)一步擴(kuò)充。

所以，早啟動(dòng)蓄水是必然選擇，提高起始蓄水位及9月底的水位可以保證防洪安全。

3.關(guān)于中小洪水調(diào)度

三峽的防洪調(diào)度是要立足于防大洪水的，根據(jù)初步設(shè)計(jì)原則，當(dāng)流量超過56700立方米/秒時(shí)，才開始滯洪。但是對(duì)于流量小于56700立方米/秒，下游防汛形勢也很緊張，三峽水庫是否仍須堅(jiān)守汛限水位呢？似乎也不盡合理?，F(xiàn)在預(yù)報(bào)技術(shù)與二十年前已不可同日而語，在確有把握的情況下，即使在發(fā)生小于56700立方米/秒中小洪水時(shí)，也應(yīng)該發(fā)揮滯洪作用。

三峽電廠發(fā)電機(jī)組檢修 攝影/王廣浩

四、2010年洪水調(diào)度及蓄水的情況

1.洪水調(diào)度情況概述

2010年汛期（6月10日至9月9日），根據(jù)長江防汛抗旱總指揮部的調(diào)度指令，三峽水庫根據(jù)實(shí)時(shí)水雨情先后進(jìn)行了7次防洪運(yùn)用，三峽壩前最高蓄洪水位161.02米，累計(jì)攔蓄洪水264.3億立方米。其中，三峽最大入庫洪峰為70000立方米/秒，出現(xiàn)在7月20日8時(shí)。防洪方面，有效地減輕了長江中下游的防洪壓力，最大削峰30000立方米/秒，最大降低荊江河段沙市站水位2.5米左右，避免了沙市水位超警戒水位，最大降低洞庭湖口城陵磯（蓮花塘站）水位1米左右，為下游防洪節(jié)省了大量的人力和物力。

三峽水庫2010年中小洪水時(shí)，防洪調(diào)度做了一些探索性的工作，總得說來，與初步設(shè)計(jì)規(guī)定的三峽水庫的防洪原則是一致的。初步設(shè)計(jì)中規(guī)定三峽水庫在主要考慮對(duì)荊江進(jìn)行防洪補(bǔ)償調(diào)節(jié)的同時(shí)，也對(duì)城陵磯河段進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償調(diào)度，即三峽工程根據(jù)三峽至城陵磯區(qū)間(含洞庭湖水系)來水情況泄水，控制城陵磯水位不超過規(guī)定的數(shù)值，在保證遇特大洪水時(shí)荊江河段防洪安全的前提下，盡可能提高三峽工程對(duì)一般洪水的防洪作用，這樣對(duì)減少城陵磯附近區(qū)域的分洪量、提高防洪經(jīng)濟(jì)效益有很大益處。2010年的防洪調(diào)度主要是利用科學(xué)的預(yù)報(bào)，三峽水庫水文氣象預(yù)報(bào)3天的可靠預(yù)見期，采取預(yù)報(bào)預(yù)泄措施，根據(jù)制定的洪水預(yù)報(bào)調(diào)度控制指標(biāo)，提高水庫的庫容利用率，減少中下游的防洪頻次和防洪天數(shù)，同時(shí)也有利于改善兩壩間的航運(yùn)條件，增加中小船舶的通航時(shí)間，提高抗旱、供水、生態(tài)用水的保證率，在適度承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的條件下，較好地發(fā)揮了水庫的綜合效益。

2.2010年蓄水總結(jié)

10月26日，三峽水庫試驗(yàn)性蓄水成功達(dá)到175米的目標(biāo)，這是在總結(jié)前兩年試驗(yàn)性蓄水經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)溝通，有關(guān)各方達(dá)成共識(shí)的結(jié)果。概括起來，今年的蓄水有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

起步早：2010年三峽水庫試驗(yàn)性蓄水從9月10日開始，比2008年的9月28日開始提前了18天，比2009年的9月15日提前了5天。

起點(diǎn)高：起蓄水位正好承接前期防洪調(diào)度的實(shí)際庫水位160.2米，比2008年起蓄水位145.13米和2009年起蓄水位145.87米有了較大提高。

調(diào)度靈活：根據(jù)8月份和9月份的來水情況，將三峽水庫8月份的防洪運(yùn)用和9月初的汛末蓄水相結(jié)合，同時(shí)，及時(shí)對(duì)9月底的蓄水位進(jìn)行調(diào)整，9月底實(shí)際蓄水位為162.84米，比蓄水方案提出的162米略高。根據(jù)10月份的預(yù)報(bào)來水情況，適時(shí)調(diào)整三峽下泄流量，在保證三峽水庫完成試驗(yàn)性蓄水目標(biāo)的同時(shí)，極大地減輕了蓄水對(duì)下游抗旱、航運(yùn)、生態(tài)、供水的影響。三峽的蓄水應(yīng)該采用實(shí)時(shí)調(diào)度方法，盡可能抓住洪水尾巴，根據(jù)來水情況，靈活調(diào)整。

溝通順暢：水庫蓄水有其自身的規(guī)律，世界上已經(jīng)建成了那么多的水庫，水庫容量比三峽大的也有近20座，它們的規(guī)律都值得借鑒。在對(duì)前兩年的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)于蓄水過程中可能會(huì)發(fā)生滑坡、地震等規(guī)律進(jìn)行了廣泛的宣傳和解釋，事前進(jìn)行了充分溝通，蓄水方案及信息及時(shí)發(fā)布，凝聚各方共識(shí)。2010年汛末蓄水是三峽工程試驗(yàn)性蓄水的第三年，為實(shí)現(xiàn)175米蓄水目標(biāo)，充分發(fā)揮三峽工程綜合效益，三峽建委辦公室、水利部、交通部、國土資源部等相關(guān)部門，湖北省、重慶市等相關(guān)省市政府，國家電網(wǎng)公司、長江水利委員會(huì)及三峽工程質(zhì)量專家組都做了大量工作，共同促成了蓄水至175米。

方案全面（準(zhǔn)備充分）：在總結(jié)2008年和2009年試驗(yàn)性蓄水經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，7月份就編制了《三峽工程2010年175米試驗(yàn)性蓄水方案》，同時(shí)，針對(duì)蓄水期間的監(jiān)測試驗(yàn)工作，編制了《三峽工程2010年175米試驗(yàn)性蓄水試驗(yàn)方案匯編》，做好了各項(xiàng)監(jiān)測和事故應(yīng)對(duì)預(yù)案。8月底，根據(jù)9、10月水雨情預(yù)報(bào)，編制了《三峽工程2010年175米試驗(yàn)性蓄水實(shí)施計(jì)劃》，對(duì)蓄水的各種情況進(jìn)行分析，提出比較合理的蓄水計(jì)劃，經(jīng)國家防汛抗旱總指揮部和長江防汛總指揮部批準(zhǔn)后，作為短期蓄水計(jì)劃的參考。

升船機(jī)施工工地 攝影/王廣浩

五、展望及探索

依靠科學(xué)，三峽水庫2010年成功蓄水到175米，實(shí)現(xiàn)了安全度汛，比較好的發(fā)揮了防洪、抗旱、發(fā)電、航運(yùn)等綜合效益。

汛期（6月10日至9月9日），長江防總下達(dá)防洪調(diào)度指令28次，三峽水庫進(jìn)行了7次防洪運(yùn)用，累計(jì)蓄洪量為264.3億立方米，有力地保證了長江中下游的防洪安全，提高了洪水期兩壩間及中下游的通航能力，同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了洪水資源的有效利用。

防洪方面，如上所述，有效地減輕了長江中下游的防洪壓力，為下游防洪節(jié)省了大量的人力和物力。據(jù)長江委發(fā)布的數(shù)據(jù)，三峽工程今年直接的防洪效益為266億元。

航運(yùn)方面，由于三峽及時(shí)減小下泄流量，兩壩間滾裝船及中小船舶得以提早恢復(fù)通行，緩解了兩壩間的航運(yùn)壓力。

發(fā)電方面，“7.20”洪水防洪運(yùn)用期間，由于三峽水庫抬高水位運(yùn)行，三峽電站實(shí)現(xiàn)了1820萬千瓦滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行168小時(shí)試驗(yàn)。

三峽水庫的潛力巨大，今后還要進(jìn)一步挖掘和探索：

1. 隨著上游更多的電站投入運(yùn)行，流域水資源統(tǒng)籌調(diào)度越來越重要

隨著上游干支流水庫蓄水運(yùn)用增加，各水庫蓄水之間的矛盾會(huì)越來越突出，三峽水庫處于長江干流具有調(diào)節(jié)能力的梯級(jí)水庫最下游，水庫蓄滿難度將增加。為協(xié)調(diào)梯級(jí)水庫的蓄水矛盾，實(shí)現(xiàn)綜合效益最大化，應(yīng)統(tǒng)籌流域的水資源調(diào)度，上游干支流水庫應(yīng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，共同達(dá)到互利互贏的蓄水目標(biāo)。流域梯級(jí)水庫水資源的聯(lián)合調(diào)度是將來水庫優(yōu)化調(diào)度研究和發(fā)展的方向。

2. 防洪、泥沙等情況會(huì)進(jìn)一步好轉(zhuǎn)，三峽的蓄水還要繼續(xù)優(yōu)化

隨著三峽水庫上游干支流大型水庫的建設(shè)，三峽水庫的來沙將進(jìn)一步減少，水庫泥沙淤積亦將進(jìn)一步減輕。采取梯級(jí)水庫聯(lián)合調(diào)度，且隨著水文氣象預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展，預(yù)報(bào)能力的提高，三峽水庫的防洪壓力和防洪形勢也將大大好轉(zhuǎn)，三峽水庫將具有更大的優(yōu)化潛力，蓄水時(shí)間需要更加提前，以更加充分地利用洪水資源，充分發(fā)揮三峽工程的綜合效益。

隨著調(diào)度的不斷優(yōu)化，三峽樞紐效益肯定還會(huì)進(jìn)一步發(fā)揮，可以預(yù)見三峽水利樞紐不僅是世界上裝機(jī)容量最大的工程，也一定會(huì)成為世界上綜合效益最大的工程。