三峽工程在長江防洪體系中的關鍵作用

江 文，江 燾

(長江水利委員會 網絡與信息中心《水利水電快報》編輯部，湖北 武漢 430010)

長江是我國第一大河，是中華民族的母親河，保護與治理開發好長江，既關系到流域人民的福祉，也關乎國家的長治久安。長江水利委員會在2018年工作會議上，提出了建設安瀾、綠色、和諧、美麗“四個長江”的總體目標。其中“安瀾長江”是治江工作中的重中之重，可以說“有了安全的長江，流域經濟社會可持續發展才有根基。”目前，長江流域已建成大中小型水庫5萬多座，總庫容達3 600多億m3。其中，三峽水庫作為長江上游干流梯級水庫的最末一級，控制流域面積達100萬km2，相當于長江上游水庫群的“總開關”[1]。三峽水庫建成后，長江下游防洪形勢得到顯著改善，但同時，質疑三峽工程的聲音也隨之而來。尤其在2020年長江發生流域性的大洪水后，總有這樣的疑問出現：“為什么修建三峽水庫后還會發生洪災？”“三峽水庫到底發揮了多大的作用？”。針對三峽工程，許多學者進行了相關研究，如李沛等[1]通過分析2020年三峽水庫的防洪調度具體介紹了三峽水庫的防洪作用；鄭守仁[2]分析了三峽工程在2016年長江洪水中的作用；蔡其華[3]結合2010年三峽工程的實際調度運行，分析了三峽工程的防洪調度方式及效果；但是，大多數研究只關注于三峽工程在某一次大洪水發揮的作用，較少有研究進行綜合分析。因此，本文通過檢索國內外相關文獻，分析了三峽工程的防洪任務、防洪調度、防洪功能以及三峽工程在長江防洪工程體系中的關鍵作用，并通過實例研究了三峽工程在區域性洪水與流域性洪水中的作用。本文旨在客觀、公正、科學地認識三峽工程的防洪作用，一方面，對穩定社會、人心具有重要現實意義；另一方面，可為構建人水和諧防洪體系保障長江安瀾，統籌推進“四個長江”建設提供理論依據。

1 三峽工程簡介

1.1 工程概況

三峽工程是當今世界技術難度最高，綜合規模最大的水利樞紐工程。它主要分為樞紐工程、移民工程與輸變電工程三大部分[4]。其中的樞紐工程，即“長江三峽樞紐工程”，又簡稱“三峽工程”，是長江中下游防洪的關鍵性工程。因此，本文中的三峽工程，特指長江三峽樞紐工程。三峽工程包括大壩、水電站廠房和通航建筑物。大壩為混凝重力壩，壩頂高程185 m，壩長(軸線長)2 309 m，壩頂總長3 035 m。水電站為典型的壩后式電站，設有左、右岸兩座廠房，共安裝32臺70萬kW水輪發電機組，其中左岸14臺，右岸12臺，地下6臺；另外還有2臺5萬kW的電源機組，總裝機容量2 250萬kW。通航建筑物布置在左岸，沿壩軸線方向從左到右依次為永久船閘、升船機、臨時船閘(2003年4月9日停止使用后改建為兩孔沖沙閘)。

1.2 建設歷程

1918年，孫中山先生就提出了修建三峽工程的設想。20世紀50年代，毛澤東主席明確提出，希望在三峽修建水庫，以畢其功于一役。1982年，鄧小平對于是否興建三峽工程，果斷拍板：看準了就下決心，不要動搖。1986-1989年，國務院組織412位專家，對三峽工程的建設展開了全面論證。1990年7月至1991年8月，國務院三峽工程審查委員對新編制的《長江三峽工程可行性研究報告》進行審查。1992年4月3日，第七屆全國人大五次會議上通過《關于興建長江三峽工程的決議》。1994年12月14日，三峽工程正式開工[4]。2020年11月，三峽工程完成整體竣工驗收全部程序，工程質量滿足規程規范和設計要求，開始全面發揮防洪、發電、航運、水資源利用等綜合效益。

2 三峽工程的防洪作用

長江流域歷來是中國受洪水威脅最嚴重的地區，相關資料表明：自西漢(前206年)至清末(1911年)的2117年間，長江共發生水災214次，平均約10a一次[4]。隨著經濟社會的發展，長江水災頻次愈升高發且災情也愈發嚴重。歷史上，1870、1954、1981年和1998年長江上游都發生特大洪水，但當時上游控制性水庫還未興建，洪水給中下游造成了巨大損失。

2.1 防洪任務

(1)保障下游防洪安全。①對上游型大洪水進行調節，減輕荊江河段和洞庭湖區的防洪壓力[5]，盡量減少啟用荊江地區蓄滯洪區的機率，將荊江河段防洪標準提升至100 a一遇。換句話說，遭遇不大于百年一遇(洪峰流量超過83 700萬m3/s)的洪水時，通過三峽工程可使得枝城站最大流量控制在56 700 m3/s以內，分洪工程不啟用，荊江河段可實現安全行洪。②遭遇千年一遇洪水時，經三峽水庫調蓄后，枝城流量不超過80 000 m3/s，同時啟用荊江地區的蓄滯洪措施，避免荊江河段可能發生的毀滅性災難。

(2)保障三峽工程自身安全。①三峽工程的設計標準為可防御1 000 a一遇洪水(峰值流量為98 800 m3/s)，也就是說，遭遇千年一遇的洪水時，三峽工程可以正常運行，各項工程與設施不受影響。②三峽工程的校核標準為可防御萬年一遇洪水再加10%(峰值流量為110 000 m3/s)，在該情況下，三峽大壩仍可擋水，大壩主體建筑物不會遭到破壞。

2.2 防洪調度

三峽大壩設計防洪限制水位145 m，設計正常運行水位175 m，防洪庫容221.5億m3。2009年，國務院批復的《長江防御洪水方案》中明確提出了三峽水庫對城陵磯防洪補償調度。三峽水庫①145～155 m水位之間的56.5億m3庫容，對城陵磯地區進行防洪補償；②155～171 m水位之間的125.8億m3庫容，重點考慮對荊江地區的防洪補償；③171～175 m水位之間的39.2億m3庫容，用來防御上游的特大洪水[6]。

2.3 防洪方式

攔洪、削峰、錯峰是三峽大壩的3種防洪方式。①攔洪。為確保汛期行洪安全，三峽水庫利用221.5億m3的防洪庫容攔蓄超過下游安全泄量的洪水。②削峰。當長江下游防汛形勢緊張時，三峽水庫通過蓄洪削減來自上游的較大洪峰，控制出庫流量并使其均勻下泄。③錯峰。當中下游發生較大洪水時，科學調度三峽水庫庫容，使上游洪峰與中下游洪峰錯開，減輕中下游防洪壓力。

2.4 在長江防洪工程體系中的作用

三峽工程地理位置得天獨厚，位于長江上游與中下游交界處，就好比是控制進入荊江洪水的總開關，能夠恰好扼住上游洪水的“咽喉”，可控制荊江河段95%的洪水來量。三峽工程對長江上游洪水起到了關鍵的控制作用，是上游干支流其他水庫無法替代的，為長江防洪體系中的關鍵骨干工程。

根據《長江流域綜合規劃(2012-2030年)》及《長江流域防洪規劃》的總體布局，長江流域中下游已逐步形成以堤防為基礎、三峽水庫核心，其他干支流控制性水庫、蓄滯洪區、河道(洲灘民垸)、排澇泵站及防洪非工程措施相配套的綜合防洪體系[1]。2009年汛期三峽工程開始全面發揮防洪等綜合效益。此后，金沙江上的向家壩、溪洛渡、錦屏、亭子口等水庫也陸續開始發揮防洪作用，為調節洪水提供了重要手段。為提升長江中下游河段的防洪能力，通過對長江中下游河道、堤防進行加高加固，使中下游干堤建設基本達標。對蓄滯洪區的圍堤進行了加高加固，開展了平垸行洪、退田還湖、移民建鎮等工程的建設，為運用蓄滯洪區創造了良好條件。防洪非工程措施方面，通過水文監測、預報、預警，使水文預報的預見期延長，為防洪救災部署爭取了寶貴時間。2020年批復的《長江流域水工程聯合調度運用計劃》中，納入聯合調度范圍的水工程有101座，包括長江三峽、金沙江烏東德、溪洛渡等水庫以及荊江分洪區等蓄滯洪區，新灘口泵站等重要排澇泵站，南水北調中線等大型引調水工程[7]。胡向陽等[8]研究了長江上游25座控制性水庫，構建了面向多區域防洪的長江上游水庫群協同調度模型，并利用該模型研究了在1954年典型洪水情況下，上游水庫群配合三峽水庫對長江中下游的防洪調度。結果表明：遭遇1954年洪水時，三峽水庫最高調洪水位160.70 m，累計攔蓄洪量95.86億m3，防洪庫容剩余125.64億m3，較大地抵抗住了荊江洪水。

3 三峽工程在歷年大洪水中的作用

3.1 區域性洪水與流域性洪水

根據《長江流域綜合規劃(2012-2030年)》，將長江流域中下游平原地區成災大洪水劃分為區域性洪水與流域性洪水。

(1)將區域性洪水定義為：由于長江子流域產生較大范圍暴雨，導致長江干流某些江段或支流發生的洪水。歷史上，長江流域發生過較為典型的區域性洪水有：①長江上游1981年特大洪水；②長江上中游1999年大洪水；③長江中下游1996年與2016年較大洪水。

(2)將流域性洪水定義為：由于多場連續大面積暴雨導致長江上、中、下游地區均發生的洪水。發生流域性洪水時，干流和支流洪水、上游和中下游洪水相互遭遇，在長江中下游干流形成的洪水具有峰高量大、高水位歷時長的特點[9]。長江流域較為典型的流域性洪水有：1931、1954、1998及2020年洪水。

考慮到三峽工程于2007年首次發揮防洪功能，因此，本文選擇2016年長江中下游較大洪水作為區域性洪水代表，2020年洪水作為流域性洪水代表，分析三峽工程在遭遇兩種大洪水時發揮的防洪作用。

3.2 區域性洪水實例分析：2016年長江中下游較大洪水

3.2.1雨水情特點

2016年6-7月，長江流域暴雨頻發，降雨時間集中且強度大，長江流域發生區域性大洪水，部分支流發生了特大洪水。2016年7月上旬長江流域洪水水位與流量均超過1998年同期洪水。2016年長江流域6-7月降雨過程主要有以下特點：①梅雨期長、雨量大；②降雨集中、雨帶穩定；③暴雨強度大、極值多[9]。異常的降雨致使長江中下游地區發生了嚴重的洪澇災害，長江干流監利以下江段和洞庭湖、鄱陽湖水位全面上漲，全線超過警戒水位。2016年長江流域洪水具有以下特點：①中下游干流水位高且持續時間長；②站點超警戒水位數量多，持續時間長；③城市內澇積水嚴重。

3.2.2三峽工程的防洪效果

三峽工程通過攔峰削峰對2016年長江中下游較大洪水進行了有效調度。李健等[10]對2016年長江1號洪水時空演變過程進行了分析，結果表明：2016年7月1日三峽水庫攔截洪峰流量為19 000 m3/s，而當日三峽水庫最大流量為48 500 m3/s，三峽水庫控制出庫流量為29 500 m3/s，由此計算出三峽水庫的削峰率為(19 000÷48 500)≈39%，極大緩解了長江中下游的防洪壓力；三峽水庫將漢口站水位削減了約1.35 m，對荊江河段起到了顯著的防洪作用。鄭守仁[2]分析了三峽水庫在2016年6-7月洪水調度過程中的5個階段，結果表明：三峽水庫在2016年長江洪水期間，調洪最高水位158.18 m，共攔蓄洪量達72億m3。三峽工程通過與長江上游與中游30余座水庫的聯合調度，總計攔蓄227億m3洪量；有效降低了武漢以下河段(0.2～0.4 m)、城陵磯附近區域(0.7～1.3 m)與荊江河段(0.8～1.7 m)的洪水水位；避免了錢糧湖和大通湖東兩個蓄滯洪區的使用，使3.5萬hm2耕地和38萬人免于洪災[11-12]。

3.3 流域性洪水實例分析：2020年長江大洪水

3.3.1雨水情特點

2020年長江流域性大洪水量級僅次于新中國成立后的1954年與1998年大洪水。陳敏[13]對2020年長江暴雨洪水進行了分析，結果表明：2020年主汛期，長江流域暴雨過程具有雨量大、強度高、極端性強以及強雨區高度重疊的特點。洪水具有以下特點：①洪水發生范圍廣。長江流域內超過90%的主要支流均發生了較大的洪水。②干流區間洪水突出。③中下游干流水位漲勢迅猛，洪水峰高量大且持續時間長。

3.3.2三峽工程的防洪效果

三峽工程對2020年長江洪水起到了舉足輕重的關鍵作用。李沛[1]等對三峽水庫在2020年長江洪水調度過程中的防洪作用進行了具體分析，結果表明：①2020年7月2-26日形成了3次編號洪水。在第1號洪水7月2-12日期間，三峽水庫削峰率為34%，25億m3的洪水被成功攔截，分別使蓮花塘站、漢口站、湖口站水位降低0.8、0.5、0.2 m。第2、3號洪水分別于7月17和26日形成，三峽水庫削峰率分別為46%、37%，攔蓄洪量分別約為88億m3、33億m3。整體來看，通過三峽水庫，2020年長江3次編號洪水均得到了有效調度，洪峰削減率為34%～46%，攔蓄洪量為25億～88億m3。黃艷[14]研究了2020年長江4、5號洪水期間三峽水庫的調度過程，結果表明：三峽水庫調蓄最高洪水位為167.65 m，攔蓄了約108億m3的洪水。2020年7月洪水期間，三峽水庫作為核心骨干工程，聯合上中游控制性水庫群攔蓄洪量約300億m3。在防御2020年長江洪水中，三峽工程的有效運用極大減輕了長江中下游的防洪壓力，使荊江地區60萬人，3.287萬hm2耕地免遭洪災的威脅。

3.4 結論

本文闡述了三峽工程的防洪任務、防洪調度、防洪功能以及三峽工程在長江防洪工程體系中的作用，并選取了典型區域性洪水與流域性洪水——2016年長江中下游較大洪水與2020年長江洪水進行了實例分析，得到結論如下。

(1)三峽工程的防洪任務為保障下游防洪安全與自身安全。三峽工程221.5億m3的防洪庫容分為三大部分，分別用于對城陵磯、荊江的防洪補償以及上游特大洪水的防御。三峽工程主要通過攔洪、削峰、錯峰方式發揮防洪作用。三峽工程在長江防洪工程體系中發揮了核心骨干作用。

(2)通過三峽工程的攔峰、削峰作用，對區域性與流域性洪水進行了有效調度。2016年區域性洪水中，三峽工程共攔蓄洪量達72億m3，配合長江上游與中游30余座水庫的聯合調度，總計攔蓄227億m3洪量；2020年流域性洪水中，三峽工程攔蓄洪量超100億m3，聯合上中游控制性水庫群攔蓄洪量約300億m3。三峽工程的有效運用極大減輕了長江中下游的防洪壓力，保障了長江中下游人民生命財產安全。