彭文啟,劉曉波,黃 偉,吳雷祥
(中國水利水電科學(xué)研究院,100038,北京)
三峽工程是國之重器,是迄今為止世界上規(guī)模最大的水利樞紐工程,具有防洪、發(fā)電、航運等巨大的綜合效益。三峽工程建設(shè)運行對庫區(qū)、長江中下游及河口地區(qū)的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響。為持續(xù)跟蹤監(jiān)測三峽工程引發(fā)的生態(tài)環(huán)境變化,依據(jù)原國家環(huán)保局對《長江三峽水利樞紐環(huán)境影響報告書》的審批意見,1996年原國務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會辦公室組織相關(guān)技術(shù)單位建立了三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),對三峽工程及其影響范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境開展持續(xù)監(jiān)測。27年來,監(jiān)測系統(tǒng)在保障三峽工程安全運行和持續(xù)發(fā)揮綜合效益方面發(fā)揮了重要作用,取得了顯著成效。作為重大水利工程長時序綜合監(jiān)測系統(tǒng),其相關(guān)經(jīng)驗可為國內(nèi)外其他大型水利工程開展綜合監(jiān)測提供參考。
為掌握三峽建壩后長江生態(tài)系統(tǒng)的時空變化,三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)國家政策需要,監(jiān)測內(nèi)容不斷優(yōu)化,組織架構(gòu)持續(xù)升級,運管方式階段性調(diào)整。2019年按照新時期水利改革發(fā)展和三峽工程運行安全高質(zhì)量監(jiān)管的要求,結(jié)合運行管理實際,三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化為更全面的三峽工程運行安全綜合監(jiān)測系統(tǒng)。目前監(jiān)測任務(wù)主要由水利部、自然資源部、生態(tài)環(huán)境部、交通運輸部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、中國科學(xué)院、中國氣象局等部屬和地方有關(guān)技術(shù)單位承擔(dān)。
三峽工程運行安全綜合監(jiān)測系統(tǒng)歷經(jīng)了三峽工程從建成、蓄水到穩(wěn)定運行的過程,面臨的階段性目標(biāo)任務(wù)和監(jiān)測重點也不斷調(diào)整優(yōu)化。階段性目標(biāo)已由最初的蓄水前背景數(shù)據(jù)監(jiān)測轉(zhuǎn)變?yōu)檎_\行期服務(wù)高質(zhì)量發(fā)展需求,監(jiān)測內(nèi)容也從施工準(zhǔn)備期的背景資料收集和施工影響區(qū)生態(tài)環(huán)境因子現(xiàn)狀監(jiān)測調(diào)整為“重應(yīng)用,兼記錄”的管理型監(jiān)測。目前根據(jù)長江保護(hù)法等管理要求,結(jié)合監(jiān)測工作開展實際情況,重點優(yōu)化了水生生物多樣性監(jiān)測站、三峽水庫綜合管理監(jiān)測站等的監(jiān)測內(nèi)容,以滿足三峽工程長期安全運行、發(fā)揮更大效益的管理需要。
通過內(nèi)外部評估、內(nèi)容整改修編、組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化,監(jiān)測系統(tǒng)已由建成之初設(shè)立的1個監(jiān)測中心、12個監(jiān)測子系統(tǒng)(10 個重點站、5 個實驗站、58 個基層站)發(fā)展為由9個監(jiān)測子系統(tǒng)、28個監(jiān)測站構(gòu)成的跨地區(qū)、跨部門、跨學(xué)科的綜合監(jiān)測體系。監(jiān)測系統(tǒng)的學(xué)科結(jié)構(gòu)布局逐步科學(xué)、全面,內(nèi)容涵蓋三峽樞紐運行安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水土保持、庫區(qū)安全、庫區(qū)經(jīng)濟(jì)社會、對長江中下游影響、綜合管理等方面的多個要素和指標(biāo)(圖1),有助于應(yīng)對新形勢下大尺度、敏感性和突發(fā)性問題。
圖1 三峽工程運行安全綜合監(jiān)測系統(tǒng)組成
2018年機(jī)構(gòu)改革后,水利部三峽工程管理司負(fù)責(zé)指導(dǎo)監(jiān)督三峽工程運行安全工作。自2021年起,中國水利水電科學(xué)研究院(以下簡稱水科院)負(fù)責(zé)監(jiān)測系統(tǒng)綜合管理工作,按照“水利部統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo),水科院負(fù)總責(zé),子系統(tǒng)抓落實,監(jiān)測站做工作”的原則,監(jiān)測系統(tǒng)實行外部分級管理,明確各層級單位責(zé)任,規(guī)范各監(jiān)測單位日常工作,確保監(jiān)測系統(tǒng)有序運行;內(nèi)部建立“子系統(tǒng)對接人—子系統(tǒng)對接負(fù)責(zé)辦公室—綜合管理辦公室—項目負(fù)責(zé)人”的4級管理工作模式,明確職責(zé)分工,指定專人跟蹤,定期檢查,強(qiáng)化過程管理,提升監(jiān)測成果質(zhì)量。
圍繞三峽工程及其影響范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境等問題,持續(xù)開展監(jiān)測工作,在三峽工程運行安全、水文泥沙、庫區(qū)安全、水環(huán)境、生態(tài)安全、庫區(qū)經(jīng)濟(jì)、對長江中下游影響等方面取得系列監(jiān)測成果。
防洪、發(fā)電、航運、水資源利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等綜合效益顯著。截至2022年,累計攔洪51次,汛期攔洪總量2005.16億m3;電站累計發(fā)電15 816億kWh,相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4.85億t,減少二氧化碳排放12.65億t,節(jié)能減排效益顯著;枯水期累計為下游補(bǔ)水2563天,補(bǔ)水量達(dá)3333億m3,為沿江生產(chǎn)、生活、生態(tài)用水提供重要保障,有效改善了長江中下游通航條件。
三峽工程蓄水后,2003—2022 年三峽年均來水量4028 億m3,較初設(shè)報告多年均值(1877—1990 年)的4510億m3偏少10.7%。入庫輸沙量大幅度減小,較1956—1990 年均值和1991—2002 年均值分別偏少71%和60%。受入庫輸沙量大幅度減小、河道采砂和水庫調(diào)度等影響,水庫變動回水區(qū)總體表現(xiàn)為沖刷,泥沙淤積主要集中在涪陵以下的常年回水區(qū)。三峽水庫累積淤積量20.593億t,占水庫防洪庫容的0.74%。
水庫蓄水誘發(fā)的庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)為由2008 年的高發(fā)期向近幾年低風(fēng)險水平的平穩(wěn)期過渡。2008年9月1日—12月31日首次水位升降過程造成老滑坡復(fù)活和新生滑坡333處,占175 m試驗性蓄水期間總數(shù)量的79%。隨后老滑坡復(fù)活和新生滑坡的發(fā)生數(shù)量大幅度下降,2011年以后蓄水期間發(fā)生的滑坡明顯下降至每年十余處,實現(xiàn)了蓄水誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害由蓄水初期頻發(fā)逐漸向近幾年低風(fēng)險水平的平穩(wěn)期過渡。
三峽庫區(qū)蓄水175 m 以來,干流水質(zhì)持續(xù)保持為Ⅱ~Ⅲ類,污染物總量減排約束性指標(biāo)高錳酸鹽指數(shù)和氨氮年均濃度呈逐漸降低的變化趨勢。庫區(qū)支流存在總磷超標(biāo)問題,受蓄水后庫區(qū)水流速度減緩的疊加影響,支流回水區(qū)和庫灣容易出現(xiàn)藻類增殖,部分區(qū)段時有水華發(fā)生。庫區(qū)發(fā)生水華的支流比例總體從蓄水初期的50%~70%逐步下降至30%~50%,但個別支流在極端氣象條件下有惡化趨勢,如小江2022年4—8月發(fā)生水華,總長度超過10 km。
2022年考察估算長江江豚數(shù)量約1249頭,較上一次(2017年)科考結(jié)果的1012頭增加23.42%,水生生物群落結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化,水生態(tài)系統(tǒng)格局更加穩(wěn)定。消落區(qū)實施岸線環(huán)境綜合整治574 km,保留保護(hù)面積163 km2,濕地多樣性保護(hù)面積28 km2,保土保水和攔污治污功能增強(qiáng)。2022年三峽庫區(qū)水土流失面積18 260 km2,較2019年減少724.91 km2。
三峽庫區(qū)經(jīng)濟(jì)總量呈跨越式增長趨勢,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步升級優(yōu)化,城鎮(zhèn)化水平持續(xù)提升。2021年三峽庫區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到12 103.26億元,是2010年的3.53倍,年均增長12.16%。自2011年起,第三產(chǎn)業(yè)占比逐年增加,第一產(chǎn)業(yè)比重逐年下降,庫區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)由工業(yè)為主逐漸向服務(wù)業(yè)為主轉(zhuǎn)變,“三二一”的產(chǎn)業(yè)格局進(jìn)一步鞏固。2021年年末三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)化率為64.02%,較2010年年末提高了16.27%。
蓄水初期崩岸較多,隨著后續(xù)三峽岸坡綜合治理工程的逐步實施,崩岸強(qiáng)度有所減輕、頻次有所降低,總體河勢基本穩(wěn)定,但局部河勢處于不斷調(diào)整變化中。近年來中下游表現(xiàn)為長時間、長距離的沖刷。2003—2022年,長江中下游干流河道共發(fā)生崩岸1047處,累計崩岸長度748.1 km。蓄水造成的水沙變化加速了江湖關(guān)系演變,兩湖9—11月份水位消落明顯加快,提前30~40天進(jìn)入枯水期。
綜合監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過連續(xù)長期運行,積累了大量的第一手、長時間序列、不可重現(xiàn)的監(jiān)測數(shù)據(jù),時間跨度從三峽工程蓄水運行前到正式運行后的各個階段,長期服務(wù)于國家安全保障、行業(yè)及地方管理需求,在工程驗收、規(guī)劃實施、政策管理、科普宣傳等方面都發(fā)揮了重要效用。
三峽工程是治理和開發(fā)長江的關(guān)鍵性骨干工程,其運行狀況關(guān)系庫區(qū)及中下游地區(qū)群眾的安全。在監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測的保駕護(hù)航下,三峽船閘實現(xiàn)連續(xù)19年安全、高效運行,通航貨運量連創(chuàng)新高。三峽電站連續(xù)安全生產(chǎn)5981 天,創(chuàng)國內(nèi)700 MW 水輪發(fā)電機(jī)組電站連續(xù)安全運行最長天數(shù)的新紀(jì)錄。大壩安全運行有效保障了三峽工程在發(fā)電、航運和水資源利用等方面綜合效益的顯著發(fā)揮。同時,積累了大量珍貴的數(shù)據(jù),為充分發(fā)揮三峽工程在防洪、抗旱、壓咸、供水、生態(tài)補(bǔ)水等方面的作用提供了重要支撐,保障了下游人民群眾生活安穩(wěn),對推進(jìn)長江大保護(hù)行動,維持長江流域社會穩(wěn)定和促進(jìn)長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展起到了重要作用。
三峽工程的竣工驗收和后續(xù)工作規(guī)劃的組織實施及效果評估是三峽工程建成后的關(guān)鍵任務(wù)。監(jiān)測系統(tǒng)長時間序列的監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)測成果,有效回答了三峽工程建成后對生態(tài)環(huán)境的影響及相應(yīng)措施的落實效果。同時,監(jiān)測系統(tǒng)成果為分析三峽移民生產(chǎn)生活需求、水質(zhì)重點防控區(qū)域及污染來源、生態(tài)修復(fù)需求等提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐,在三峽后續(xù)工作規(guī)劃的編制過程中發(fā)揮了重要作用,也為分析規(guī)劃工作實施成效、制定《三峽后續(xù)工作規(guī)劃優(yōu)化完善意見》及《三峽后續(xù)工作規(guī)劃“十四五”實施方案》等提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。此外,圍繞黨和國家關(guān)注的重大問題,編制形成了三峽水庫水華問題及對策建議、三峽水庫消落區(qū)問題及對策建議專報、三峽庫區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r專題報告等專項報告并上報至相關(guān)部門,為促進(jìn)三峽庫區(qū)水質(zhì)安全、生態(tài)安全和移民安穩(wěn)致富等提供政策建議。
監(jiān)測數(shù)據(jù)成果及其形成的報告建議為地方性法規(guī)、政策制定及應(yīng)急管理等提供了重要的技術(shù)支撐。在法規(guī)方面,支撐了《重慶市水污染防治條例》《重慶市三峽水庫消落區(qū)管理辦法》《三峽水庫調(diào)度和庫區(qū)水資源與河道管理辦法》等的編制,為庫區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供法律保障;在技術(shù)方面,支撐了地方水利、林業(yè)、自然資源、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等部門的管理工作。例如,地下水小港站以監(jiān)測數(shù)據(jù)為支撐材料,參與編制了湖北省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳2021年4號文《關(guān)于加強(qiáng)今冬明春江漢平原農(nóng)田漬害預(yù)警和防治技術(shù)指導(dǎo)意見》,為指導(dǎo)江漢平原農(nóng)業(yè)工作和防治農(nóng)業(yè)災(zāi)害提供了技術(shù)支撐。地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測站組織召開了2022 年度三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害趨勢會商會議,研討庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)展趨勢,監(jiān)測數(shù)據(jù)成果支撐了庫區(qū)各級主管部門的防災(zāi)減災(zāi)工作,全年庫區(qū)轉(zhuǎn)移避險20戶49人,無因地質(zhì)災(zāi)害造成的人員傷亡,避免直接經(jīng)濟(jì)損失2400余萬元。
為讓社會各界更好地了解三峽,自1997 年起,在各監(jiān)測站提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)及成果的基礎(chǔ)上,編制形成《長江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測公報》,并于每年國際環(huán)境日(6月5日)由原國家環(huán)境保護(hù)總局向國內(nèi)外發(fā)布,公報內(nèi)容主要包括三峽樞紐情況、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展情況、自然生態(tài)環(huán)境狀況、污染源排污狀況、水環(huán)境質(zhì)量狀況、人群健康狀況和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測研究成果等。機(jī)構(gòu)改革后,2019年起公報更名為《三峽工程公報》,由水利部對外發(fā)布,內(nèi)容包含三峽工程運行及效益、水文水資源狀況、水土保持狀況、庫區(qū)安全狀況、長江中下游河道狀況等。公報持續(xù)發(fā)布27年,為公眾提供了一個可靠的信息窗口,讓關(guān)心三峽的社會各界人士可以持續(xù)了解、追蹤三峽工程動態(tài)及其生態(tài)環(huán)境等變化情況。
智慧水利建設(shè)是新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的六條實施路徑之一,數(shù)字孿生三峽作為水利部重大水利工程數(shù)字孿生工程的建設(shè)任務(wù)之一和水利部本級組織落實的先行先試對象之一,對實現(xiàn)長江流域“四預(yù)”(預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案)具有重要意義。其中,監(jiān)測系統(tǒng)的持續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)是構(gòu)建數(shù)字孿生三峽L3 級數(shù)據(jù)底板的關(guān)鍵,為三峽水庫運行安全管理、三峽綜合決策支持提供關(guān)鍵的算據(jù)基礎(chǔ)。
在新階段水利高質(zhì)量發(fā)展背景下,綜合監(jiān)測系統(tǒng)仍然面臨著持續(xù)運行、監(jiān)測能力提升、多部門間高效協(xié)同的挑戰(zhàn)。圍繞三峽工程安全運行和庫區(qū)高質(zhì)量發(fā)展面臨的新形勢、新問題和新任務(wù),以及綜合監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題,提出以下對策建議。
持續(xù)運行監(jiān)測系統(tǒng)是三峽工程長效運行所需、國家重大戰(zhàn)略所需、科學(xué)探索所需、行業(yè)管理所需。綜合監(jiān)測系統(tǒng)的持續(xù)運行將繼續(xù)為三峽工程的安全運行保駕護(hù)航,為三峽工程充分發(fā)揮防洪、抗旱、壓咸、供水、生態(tài)補(bǔ)水等作用提供重要支撐。在國家重大戰(zhàn)略方面,綜合監(jiān)測系統(tǒng)的長效運行,將持續(xù)推進(jìn)三峽庫區(qū)和影響范圍的生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù),推動長江大保護(hù)行動,助力實現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”的目標(biāo),促進(jìn)長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展。在科學(xué)研究方面,大型水利工程對生態(tài)系統(tǒng)的影響是一個長期、復(fù)雜的過程,長時間序列連續(xù)數(shù)據(jù)是一筆寶貴財富。這些數(shù)據(jù)是回答大型水利工程對生態(tài)系統(tǒng)影響的關(guān)鍵途徑。在行業(yè)管理方面,長時間序列的監(jiān)測數(shù)據(jù)和成果對三峽工程的竣工驗收和后續(xù)工作規(guī)劃的組織實施起到了重要作用。綜合監(jiān)測系統(tǒng)仍需持久運行,為后續(xù)工作規(guī)劃的效果評估和數(shù)字孿生三峽建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐、算據(jù)支撐。
監(jiān)測系統(tǒng)前端的監(jiān)測設(shè)施是監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ),決定了監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量、有效性及可靠性。新階段三峽工程面臨諸如氣候水文條件變化、工程運行條件變化、庫區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等情勢變化,對綜合監(jiān)測系統(tǒng)提出更高要求。同時,監(jiān)測系統(tǒng)已運行27 年,每年的監(jiān)測資金僅用來開展日常監(jiān)測工作,難以滿足綜合監(jiān)測系統(tǒng)的升級完善。因此,需要繼續(xù)加大資金投入力度,持續(xù)完善綜合監(jiān)測系統(tǒng)。從監(jiān)測新技術(shù)應(yīng)用上,促進(jìn)高光譜無人機(jī)水華監(jiān)測、無侵入性的環(huán)境DNA/水聲學(xué)等新型魚類監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用研究。從監(jiān)測內(nèi)容上,隨著監(jiān)測數(shù)據(jù)的積累和公眾對工程影響的認(rèn)知不斷加深,工程帶來的影響已初步掌握,對于在工程建設(shè)前期論證階段認(rèn)為會帶來環(huán)境影響的部分內(nèi)容,通過多年數(shù)據(jù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)環(huán)境并未產(chǎn)生明顯變化或已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定階段,可以取消監(jiān)測或降低監(jiān)測頻次;對于監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的新問題,可增加監(jiān)測指標(biāo)或頻次。從設(shè)備更新上,持續(xù)投入資金。如高切坡監(jiān)測系統(tǒng)專業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集,目前主要采用全站儀(測量機(jī)器人)對專業(yè)監(jiān)測點進(jìn)行監(jiān)測,對監(jiān)測點的單次位移和累計位移進(jìn)行統(tǒng)計。而群測群防監(jiān)測由于點多面廣,還采用較為傳統(tǒng)的人工方式,監(jiān)測頻率為1次/月,監(jiān)測結(jié)果有一定滯后性,數(shù)據(jù)時效性有待加強(qiáng)。應(yīng)引入自動化監(jiān)測預(yù)警技術(shù),結(jié)合“5G”“北斗”等新技術(shù),選擇部分重點高切坡布置自動監(jiān)測預(yù)警裝置,以提高監(jiān)測實時性。
三峽工程運行安全綜合監(jiān)測區(qū)域廣,監(jiān)測要素復(fù)雜多樣,涉及龐大的監(jiān)測部門網(wǎng)絡(luò),在該復(fù)雜系統(tǒng)下開展綜合監(jiān)測系統(tǒng)管理,多部門間的協(xié)同共進(jìn)仍存在挑戰(zhàn)。為加強(qiáng)多部門協(xié)作,使監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)高效有序運行,水利部三峽工程管理司組織相關(guān)單位編制了監(jiān)測系統(tǒng)管理辦法,從組織架構(gòu)、過程管理、資金管理、質(zhì)量管理、合作共享管理和績效管理等方面,提出了對監(jiān)測系統(tǒng)的管理研究,目前處于討論及征求意見階段,后續(xù)將根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)特征及管理需求,進(jìn)一步完善管理辦法。該辦法實施后,將進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測系統(tǒng)成果質(zhì)量和時效性管理,促進(jìn)各部門間的合作交流,發(fā)揮多部門聯(lián)合監(jiān)測優(yōu)勢。探索采用政府購買服務(wù)等多種方式,提高資金使用效益。同時,積極響應(yīng)國務(wù)院促進(jìn)數(shù)據(jù)開放共享的要求,推動監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)代化治理。此外,積極探索適應(yīng)性管理模式,增加管理體系的彈性及能動性,推動監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定高效發(fā)展。