以科學為杠桿，撬動三峽工程的潛力

曹廣晶

三峽電廠發電機組檢修現場 攝影/王廣浩

三峽工程是一座巨型的、多目標的且地位極其重要的水利樞紐工程，初步設計時確定的三峽工程的運行調度規則，都是基于當時的認識水平，經過反復爭論后妥協的結果，因此，不論從理論上還是從實踐上，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，中國三峽集團做了大量的探索性工作，大大豐富了人們對于三峽工程的認識。《以科學為杠桿，撬動三峽工程的潛力》一文，以翔實的資料和準確的數據，高屋建瓴地對近幾年來三峽集團的探索實踐進行了總結。

——編者

一、前言

水電站所用的資源是水，來水時空分布的不均勻性、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方面。對于單一目標的電站是如此，多目標的水利水電樞紐也是如此，當然對于梯級電站則更是如此。因此，在對規律的認識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規律的認識和把握，途徑是科學，即科學預測、科學調度、科學管理，還要解放思想，積極探索。

三峽這樣一個巨型的、多目標的且地位極其重要的水利樞紐工程，在初步設計論證時，基于當時的認識水平，以及對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，我們抓住工程進展順利和移民進展順利兩個有利因素所帶來的機遇，以水庫泥沙的觀測、分析和沖淤規律的把握為突破口，加強科學預報能力建設，深入開展防洪安全等方面研究，統籌考慮樞紐各個目標、上下游關系，以及近些年變化了的新情況，積極探索，科學調度，既保證了工程安全，又充分發揮了工程的潛力。

三峽大壩全景 攝影/魏啟揚

二、初步設計的調度規則及現狀分析

1.初步設計確定的水庫運行規則

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米運用，在發生較大洪水需要對下游防洪調度運用期間，水庫因攔蓄洪水庫水位允許超過145米，洪水過后須復降至145米水位；水庫采取“蓄清排渾”的調度原則，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4990兆瓦相應的發電流量，庫水位逐步上升至175米水位；枯水期為有利于發電和水庫通航，一般維持高水位運行，根據來水，按發電、航運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.現狀分析

和初步設計假設的各種邊界條件相比，現在發生了較大的變化。

（1）泥沙情況有了很大的變化

來沙量大大減少：與論證和初步設計成果相比，三峽工程蓄水運用以來，長江上游來沙量明顯減小，庫區泥沙淤積也大為減輕。自上世紀90年代以來，三峽上游產輸沙條件明顯改變，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，僅為初步設計值年來沙量5.3億噸的37%左右。三峽水庫總體淤積情況好于初步設計時的預測。2003年6月至2010年9月，三峽入庫懸移質泥沙15.682億噸，出庫（黃陵廟站）懸移質泥沙4.117億噸。不考慮三峽庫區區間來沙，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計預測值大體相當。年均淤積強度較初步設計預測的數值減少約60%。

來沙量大大減少的原因，主要有四個方面：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；四是這些年主產沙區暴雨強度偏低。以上四個原因，除第四個以外，都是可持續的。

重慶港區的泥沙規律也有變化：

重慶港區的泥沙淤積是重點關注的地區。試驗性蓄水以來，對重慶港區的泥沙沖淤情況作了詳細觀測，發現其沖淤規律跟過去的認識有所不同。綜合2008年、2009年和2010年三峽水庫試驗性蓄水的觀測資料分析，當三峽壩前水位低于160米時，寸灘以上庫段基本不受三峽水庫蓄水影響，9月中旬至10月中旬重慶主城區河段仍然保持較強的走沙能力；汛后當三峽壩前水位超過160米時，隨著壩前水位的逐漸抬高，河床也由天然情況下的沖刷轉為以淤積為主，但河床也隨著上游來水的漲落過程，而呈現出沖淤相間的現象；汛后的河道沖刷期相應后移至汛前庫水位的消落期，隨著壩前水位的逐漸消落，重慶主城區河段逐漸恢復天然狀況，河床逐步轉為以沖刷為主。

重慶港區沖淤規律的變化，為9月底抬高壩前水位提供了依據。

三峽工程五級船閘 攝影/魏啟揚

（2）9、10月份上游來水減少明顯

三峽工程初步設計階段，沒有考慮上游電站建設的情況。自上世紀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。這些電站的建設一方面起到了攔沙的作用，另一方面，它們的蓄水時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）蓄水期間下游對增加下泄流量的需求越來越大

初步設計時規定，三峽水庫蓄水期間最小下泄流量不低于保證出力4990兆瓦相應的發電流量，相應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221.5億立方米，蓄水量大，蓄水任務重，蓄水期間下泄流量會比來水量減少較多，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較大的矛盾。中下游各用水部門及航運、發電希望蓄水前后三峽水庫下泄流量變化盡量平穩，并要求提高三峽水庫蓄水期間的最小下泄流量，隨著社會經濟的發展，各方面對長江水資源的需求越來越大。

鑒于以上情況，如仍按初步設計的蓄水方式運行，對航運、電網調度等都會產生不利影響，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。必須與時俱進，對水庫的調度規則作相應的優化，初步設計確定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.整個汛期用一個固定的汛限水位不盡合理

長江6至9月份為汛期，初步設計規定，整個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、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，認為：長江上游汛期洪水可分為汛初、主汛期、汛末三個階段，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拿出來作為樣本進行分析。通過頻率分析，9月份千年一遇洪水只約相當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，防洪調度應根據這一洪水特性進行調整，采用固定的汛限水位不合理，宜在汛期不同的時期采用不同的汛限水位，汛初期和汛末期汛限水位可適當提高。

2.對三峽工程防洪風險的認識

說起汛限水位的調整，往往以三峽的重要性為由，不愿意進行調整。三峽工程的重要性固然無與倫比，但是不能以此來拒絕優化。其實從預報誤差導致的風險來進行科學分析，三峽工程的風險度相對其它工程而言是比較低的。因為，一是三峽水庫庫容大，回旋余地大；二是上游有100萬平方公里，預報的準確度肯定比小流域要高；三是上游水庫多，這些水庫會或多或少起到滯洪作用。

若發生大洪水，那必然是上游長時期、大范圍強降雨才有可能。三峽調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，洪水傳播時間較長，洪水預報的預見期也較長，這為三峽水庫的預報預泄提供了得天獨厚的條件；三峽水庫集水面積達100萬平方公里，大洪水和特大洪水的形成通常有穩定的天氣系統和大氣環流背景，需由幾天以上的大范圍、高強度的暴雨形成，隨著天氣監測手段和預報預測技術的發展，提前3至5天預判形成大洪水和特大洪水的天氣系統是較為可靠的；長江中上游地區已經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有防洪能力得到進一步擴充。

所以，早啟動蓄水是必然選擇，提高起始蓄水位及9月底的水位可以保證防洪安全。

3.關于中小洪水調度

三峽的防洪調度是要立足于防大洪水的，根據初步設計原則，當流量超過56700立方米/秒時，才開始滯洪。但是對于流量小于56700立方米/秒，下游防汛形勢也很緊張，三峽水庫是否仍須堅守汛限水位呢？似乎也不盡合理。現在預報技術與二十年前已不可同日而語，在確有把握的情況下，即使在發生小于56700立方米/秒中小洪水時，也應該發揮滯洪作用。

三峽電廠發電機組檢修 攝影/王廣浩

四、2010年洪水調度及蓄水的情況

1.洪水調度情況概述

2010年汛期（6月10日至9月9日），根據長江防汛抗旱總指揮部的調度指令，三峽水庫根據實時水雨情先后進行了7次防洪運用，三峽壩前最高蓄洪水位161.02米，累計攔蓄洪水264.3億立方米。其中，三峽最大入庫洪峰為70000立方米/秒，出現在7月20日8時。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，為下游防洪節省了大量的人力和物力。

三峽水庫2010年中小洪水時，防洪調度做了一些探索性的工作，總得說來，與初步設計規定的三峽水庫的防洪原則是一致的。初步設計中規定三峽水庫在主要考慮對荊江進行防洪補償調節的同時，也對城陵磯河段進行適當的補償調度，即三峽工程根據三峽至城陵磯區間(含洞庭湖水系)來水情況泄水，控制城陵磯水位不超過規定的數值，在保證遇特大洪水時荊江河段防洪安全的前提下，盡可能提高三峽工程對一般洪水的防洪作用，這樣對減少城陵磯附近區域的分洪量、提高防洪經濟效益有很大益處。2010年的防洪調度主要是利用科學的預報，三峽水庫水文氣象預報3天的可靠預見期，采取預報預泄措施，根據制定的洪水預報調度控制指標，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，同時也有利于改善兩壩間的航運條件，增加中小船舶的通航時間，提高抗旱、供水、生態用水的保證率，在適度承擔風險的條件下，較好地發揮了水庫的綜合效益。

2.2010年蓄水總結

10月26日，三峽水庫試驗性蓄水成功達到175米的目標，這是在總結前兩年試驗性蓄水經驗教訓的基礎上，經過反復溝通，有關各方達成共識的結果。概括起來，今年的蓄水有以下幾個特點：

起步早：2010年三峽水庫試驗性蓄水從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。

起點高：起蓄水位正好承接前期防洪調度的實際庫水位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。

調度靈活：根據8月份和9月份的來水情況，將三峽水庫8月份的防洪運用和9月初的汛末蓄水相結合，同時，及時對9月底的蓄水位進行調整，9月底實際蓄水位為162.84米，比蓄水方案提出的162米略高。根據10月份的預報來水情況，適時調整三峽下泄流量，在保證三峽水庫完成試驗性蓄水目標的同時，極大地減輕了蓄水對下游抗旱、航運、生態、供水的影響。三峽的蓄水應該采用實時調度方法，盡可能抓住洪水尾巴，根據來水情況，靈活調整。

溝通順暢：水庫蓄水有其自身的規律，世界上已經建成了那么多的水庫，水庫容量比三峽大的也有近20座，它們的規律都值得借鑒。在對前兩年的經驗教訓進行總結的基礎上，對于蓄水過程中可能會發生滑坡、地震等規律進行了廣泛的宣傳和解釋，事前進行了充分溝通，蓄水方案及信息及時發布，凝聚各方共識。2010年汛末蓄水是三峽工程試驗性蓄水的第三年，為實現175米蓄水目標，充分發揮三峽工程綜合效益，三峽建委辦公室、水利部、交通部、國土資源部等相關部門，湖北省、重慶市等相關省市政府，國家電網公司、長江水利委員會及三峽工程質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（準備充分）：在總結2008年和2009年試驗性蓄水經驗的基礎上，7月份就編制了《三峽工程2010年175米試驗性蓄水方案》，同時，針對蓄水期間的監測試驗工作，編制了《三峽工程2010年175米試驗性蓄水試驗方案匯編》，做好了各項監測和事故應對預案。8月底，根據9、10月水雨情預報，編制了《三峽工程2010年175米試驗性蓄水實施計劃》，對蓄水的各種情況進行分析，提出比較合理的蓄水計劃，經國家防汛抗旱總指揮部和長江防汛總指揮部批準后，作為短期蓄水計劃的參考。

升船機施工工地 攝影/王廣浩

五、展望及探索

依靠科學，三峽水庫2010年成功蓄水到175米，實現了安全度汛，比較好的發揮了防洪、抗旱、發電、航運等綜合效益。

汛期（6月10日至9月9日），長江防總下達防洪調度指令28次，三峽水庫進行了7次防洪運用，累計蓄洪量為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，也實現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，為下游防洪節省了大量的人力和物力。據長江委發布的數據，三峽工程今年直接的防洪效益為266億元。

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

發電方面，“7.20”洪水防洪運用期間，由于三峽水庫抬高水位運行，三峽電站實現了1820萬千瓦滿負荷連續運行168小時試驗。

三峽水庫的潛力巨大，今后還要進一步挖掘和探索：

1. 隨著上游更多的電站投入運行，流域水資源統籌調度越來越重要

隨著上游干支流水庫蓄水運用增加，各水庫蓄水之間的矛盾會越來越突出，三峽水庫處于長江干流具有調節能力的梯級水庫最下游，水庫蓄滿難度將增加。為協調梯級水庫的蓄水矛盾，實現綜合效益最大化，應統籌流域的水資源調度，上游干支流水庫應進行聯合調度，共同達到互利互贏的蓄水目標。流域梯級水庫水資源的聯合調度是將來水庫優化調度研究和發展的方向。

2. 防洪、泥沙等情況會進一步好轉，三峽的蓄水還要繼續優化

隨著三峽水庫上游干支流大型水庫的建設，三峽水庫的來沙將進一步減少，水庫泥沙淤積亦將進一步減輕。采取梯級水庫聯合調度，且隨著水文氣象預報技術的發展，預報能力的提高，三峽水庫的防洪壓力和防洪形勢也將大大好轉，三峽水庫將具有更大的優化潛力，蓄水時間需要更加提前，以更加充分地利用洪水資源，充分發揮三峽工程的綜合效益。

隨著調度的不斷優化，三峽樞紐效益肯定還會進一步發揮，可以預見三峽水利樞紐不僅是世界上裝機容量最大的工程，也一定會成為世界上綜合效益最大的工程。