三峡水库抗旱调度问题的探讨

陈 进

（长江水利委员会长江科学院，武汉 430010）

三峡水库抗旱调度问题的探讨

陈 进

（长江水利委员会长江科学院，武汉 430010）

基于三峡水库现有调度方案，分析了三峡水库防洪、抗旱、发电和航运等调度的运行条件和控制因素；根据长江经济社会发展需求和近年来出现的干旱缺水问题，分析长江中下游干旱情况及对三峡水库调度的需求；初步论述了三峡水库承担抗旱调度的能力和存在的问题，并对三峡水库抗旱调度和长江抗旱综合措施提出一些建议。研究表明：三峡水库增加抗旱调度是必要的，但需要设定适当的调度条件，建立调度效果评价体系。

三峡水库；长江干旱；水库调度；抗旱措施

1 概 述

三峡水利枢纽是世界上最大的水利工程，其主要功能是防洪、发电和航运等，工程于2003年开始蓄水发电，到2009年基本建成。自三峡工程蓄水发电以来，长江流域经济社会发展较快，对水资源的需求和安全保障程度要求日益提高，同时近10年来长江流域连续多年出现严重的干旱和河道低水位过程，特别是2006年长江不少断面出现百年一遇的低水位，重庆、鄱阳湖、洞庭湖等地区都出现历年罕见的干旱［1］。干旱不仅使长江航运受到影响，更重要是已经影响了受旱地区供水安全，甚至影响到人畜饮用水安全。这些问题的出现使长江中下游地区在大力寻找可用水源的情况下，提出需要以三峡水库为龙头的长江上游水库群能够承担起抗旱的任务，在中下游缺水时，希望通过水库调度向下游补水。日前，国务院已经批准三峡水库增加抗旱功能，与防汛处于同等地位，这样三峡水库在防洪、发电和航运等功能的基础上，新增加了抗旱功能。三峡水库新增抗旱功能，必然对原有水库调度方案带来较大的影响，需要对原有调度原则和方案进行调整。

干旱是一种自然现象，其出现具有随机性，而水库调度需要有预见性和计划性，干旱从出现到产生严重影响需要一个时间过程，所以，干旱出现的随机性、严重程度判断的主观性给水库调度方案的制定增加了难度。让三峡水库承担抗旱功能，不仅需要研究抗旱调度的条件，也需要对抗旱调度实施后的有效性进行评价，解决抗旱调度对水库其他功能影响的问题。本文从三峡水库现有调度方案出发，分析水库各功能的需求和调度的限制条件，讨论长江中下游对抗旱调度的需求，分析三峡水库抗旱调度的能力，讨论对水库其他功能的影响。通过初步研究，提出三峡水库抗旱调度的原则和实现的条件，为三峡水库多目标调度方案的制定提供参考。

2 三峡水库现有调度方案及控制条件

三峡水库总库容为393亿m3，其中防洪库容221．5亿m3，兴利调节库容165亿m3。三峡水库为不完全年调节水库，即季调节水库，水库现有调度按“蓄清排浑”方式运行：每年5月水库开始逐渐腾空库容，水位由正常蓄水位175 m逐渐降低至155 m，从6月1日到6月10日库水位进一步地降至防洪限制水位145 m，主汛期6月10日到9月30日，水库一般维持145 m运行，水库下泄流量等于入库流量。当入库流量较大时，根据下游防洪需要，水库拦洪蓄水，库水位抬高，洪峰过后，库水位仍降至145 m。汛期过后，水库从10月1日至10月31日蓄水至175 m，少数年份，这一蓄水过程将延续到11月份。12月至次年4月，水库按电网要求放水发电，当入库流量小于电站保证出力要求时，动用调节库容，出库流量大于入库流量，库水位逐渐下降，但4月末以前库水位不得低于155 m，以保证上游航道必要的水深。该调度方案的特点是防洪库容与兴利库容在时间上是分开的，汛期以防洪为控制调度，兼顾发电、航运和排沙，非汛期以发电为控制调度，兼顾航运。

2．1 防洪调度控制条件［2］

三峡水库防洪调度的基本原则为：①保证大坝安全度汛；②在长江上中游出现百年一遇洪水，或者千年一遇，或者1870年洪水时，在分洪工程配合下，保证荆江大堤及河道行洪安全；③在满足①和②条件下，尽量使城陵矶附近的分洪量减少。

具体控制指标为：在千年一遇洪水，配合分洪工程运用，控制枝城流量80 000 m3／s，控制沙市水位45 m；在百年一遇洪水，控制枝城流量56 700 m3／s，相应沙市水位44．5 m。汛期6－9月坝前水位维持在防洪限制水位145 m，仅当坝下游枝城流量超过安全泄量56 700m3／s时，水库拦蓄洪水，削减洪峰，坝前水位抬高；洪峰过后，库水位降至145 m。

2．2 发电调度控制条件

发电调度原则是：①以电网、三峡和葛洲坝电站安全运行为前提；②发电调度服从防洪调度，并与航运调度相协调；③葛洲坝电站在三峡电站调峰时，要合理利用反调节库容进行反调节，适应航运的需要。由于三峡电站在国家电网中的重要性，其发电设计保证率为95%。

具体调度方式为：在枯期，电站按调峰方式运行，尽可能保持高水位，实现多发电和便利航运；在汛期，三峡水库发电服从防洪，汛期三峡只能进行日调节，基本按来水流量实施不同发电方式。当来水流量大于装机过水能力时，电站原则上应按装机预想出力满发方式运行，若电站弃水调峰时，则泄水设施要配合运用，泄水流量要维持日内来水与泄水基本平衡；当来水流量小于装机过水能力时，可适当承担一定的调峰任务。在近期［2］（到2015年，考虑上游三峡上游水库74亿m3调节库容），枯水期平均出力不小于保证出力499万kW，这样可以增加枯季流量1 660 m3／s；远期（考虑上游水库群189亿m3的调节库容），保证出力为530万kW，枯季增加流量2 390 m3／s。

2．3 航运调度要求

三峡水库航运调度原则：①服从防洪要求及安全度汛要求；②保障过坝船舶安全、便捷、有序通过；③统筹兼顾三峡至葛洲坝下游的航运要求，以利于长江干流上下游航运贯通。

控制条件有：①枯水期尽量保持高水位，使万吨船队通往重庆历时保证率达到50%；②增加水库下游枯水期下泄流量，使枯期航道水深提高。三峡航运控制水位，在上游，按照水库特征水位运行，即正常蓄水位175 m，防洪限制水位145 m，枯期消落低水位155 m；下游最高通航水位为73．8 m，最低通航水位为62．5 m。

2．4 调度的其他控制条件

除上述防洪、发电和航运条件外，三峡水库调度还需要考虑库岸边坡稳定、水库长期运行（排沙）、最小下泄流量和生态流量等要求。根据地质部门建议，为了保证库岸边坡稳定，水库水位日涨落率需要控制。建议指标为：水库水位涨水，不大于3 m／日；退水时，汛期不大于2 m／日，枯水期不大于0．6 m／日。为了保证水库长期运用，汛期，特别是大水大沙年，要考虑开启冲沙闸，水库严格按径流方式运行。另外，为了保证长江中下游四大家鱼产卵，产卵区每年5－6月份需要有洪水涨水过程，并对下泄水流的水温、下泄水流方式（防止气体过饱和）也有一定的要求，必要时需要水库下泄人造洪峰过程。

从水库原有调度设计控制条件来看，要使水库发挥更大的综合效益，各调度条件的协调问题十分复杂，新增加抗旱目标，必然会影响其他调度目标和控制条件。

3 长江中下游对三峡水库抗旱调度的需求

长江流域干旱特征：①从季节上看，上游地区春夏旱频繁，中下游地区夏秋旱居多；②从区域上看，上游地区干旱频率高于中下游；③从频率和严重程度上看，据500年统计［1］，一般干旱或者说较轻干旱2～3年一次；严重干旱大约78年一次；④从影响对象来看，过去主要受旱对象是农业生产。近10年来，由于我国经济发展迅速，生活、工业和交通对河流依赖程度越来越高，严重干旱导致河流流量减少、河湖水位和水体纳污能力下降，影响到人畜饮水、工业供水、航运和水力发电等，对经济社会影响很大，显著加大了干旱影响的领域、程度和持续的时间。

干旱本来是一种自然现象，特别是一般干旱出现的频率相当高，在三峡水库建成以前，长江中下游也频繁出现干旱，几千年来，人们已经掌握了大量抗旱的经验，除了特别严重的干旱，绝大多数干旱是可以通过采取各种措施，将损失降到可以接受的程度。现在有了三峡水库，社会就对其解决干旱问题产生期望，甚至寄予了很大的期望，使本来当地可以采取综合措施解决的问题，也将希望寄托在三峡水库上。

目前长江中下游希望三峡水库通过调度解决的主要干旱或者低水位问题有以下几个区域：

（1）在洞庭湖区，希望三口入河总水量不减少；在三峡蓄水期，控制城陵矶水位下降幅度和持续时间，使洞庭湖水位保持不明显影响湖区供水安全；当洞庭湖及湘江等支流出现严重低水位，希望三峡加大泄量，维持城陵矶水位，减少入江水量。

（2）在鄱阳湖区，在三峡蓄水期，避免湖口水位明显下降，使鄱阳湖及赣江等支流水位不显著影响供水安全；当鄱阳湖出现严重低水位时，希望三峡加大泄量，维持湖口水位，减少入江水量。

（3）在长江口及上海市，当大通水文站流量小于10 000 m3／s时［4］，长江口开始出现海水倒灌现象，可能影响河口沿岸地区供水安全，特别是上海市的供水安全，希望三峡水库加大泄量缓解海水倒灌问题。

（4）当长江中下游河道出现影响重要城市供水安全，或者影响航运安全的低水位时，希望三峡加大泄量。

4 三峡水库供水调度能力分析

三峡水库由于位于长江上游段的末端，从解决干旱问题的最大区域看，为长江流域中下游地区。虽然中下游地区总面积约80万km2，但可以直接解决的区域在66 m高程（葛洲坝正常运行水位）以下地区，使直接可供水范围大为减小，主要集中在中下游干支流沿岸地区。从时段上来说，由于三峡水库是季调节水库，汛期（6－9月）在汛限水位运行，基本没有调节库容，9－10月份是蓄水期，所以，解决干旱和缺水问题的有效时段为11月到第二年的5月。

从现有三峡水库调度方案来看，在枯期，电站按调峰方式运行，尽可能保持高水位（175 m）运行，实现多发电和保证航运。如果不改变发电保证率为95%和多年平均发电量847亿度（不考虑右岸地下电站发电）的发电量和航运水位的控制要求，枯季没有弃水，165亿m3的兴利库容仅够基本满足原有调度目标。水库抗旱调度能力主要依靠枯季增加的下泄流量，即在近期（考虑上游三峡上游水库74亿m3调节库容），枯水期平均出力不小于保证出力499万kW，枯季中下游平均可以增加流量1 660 m3／s；远期（考虑上游水库群189亿m3的调节库容，保证出力为530万kW），枯季平均增加流量2 390 m3／s。这些增加的流量由于受上游水库运行及三峡水库枯季运行水位和电网运行调度的限制，并不能保证在短时间内增加更大的下泄流量。目前三峡水库1－4月份泄流量平均增加1 660 m3／s，最大增泄流量仅4 000 m3／s，仅5－6月份预泄期可以增泄流量达到2 000～6 000 m3／s的水平。

在现有水库特征条件下，三峡水库解决中下游干旱缺水问题的潜力就在于165亿m3的兴利库容在6－7个月内如何分配。如果均衡下泄，可以增加1 660～2 390 m3／s；如果在某时段多增加泄量，可以明显改善中下游水流条件，但需要改变正常的发电计划，可能影响水库发电和航运的保证率。

三峡水库距离中下游主要需水控制点从几百公里到上千公里，即使三峡向下游加大泄量，水流传递也需要一定时间。水流传递时间与河段比降、距离、江湖关系、泄水时河道水流状况、沿江引调水量和潮流等诸多因数有关，准确计算十分困难。为了估算水流传递时间，根据2006到2008年实测的三峡水库蓄水期水流波谷值传波时间（见表1），可以粗略估算水流传递时间，从而确定三峡水库下泄水流发挥补水作用的滞后时间。

从表1可见，水位与流量传递并不一致，说明长江中游江湖关系的复杂性。在不同年份，由于泄水量和时机的不同，传递时间也有差别。以观测值为依据，估算出三峡水流传递时间见表2，表2中大通站和徐六泾站时间值仅考虑了河道距离的因素，如果考虑比降减少、潮流和沿江引调水量，水流传递时间可能还要延长，所以，表2值可以看着水流传递的下限值。从表2可见，三峡下泄水流到城陵矶估计需要2～5 d，到湖口需要5～11 d，到徐六泾最快也需要9～15 d。这些数据虽然有待进一步精确计算和实际观测验证，但对于三峡承担向下游补水的时候，给予我们以下提示：①三峡下泄水流到达目标地需要一定的时间，不是马上就可以发挥干旱作用，这对旱情的预警和预报时间提出了更高的要求，否则消耗过多的水而发挥作用有限。②要使抗旱达到一定的目标，加大泄量需要持续一段时间才会有效果，如要三峡承担长江口压咸任务，至少需要连续增泄很长时间才能看出效果；③抗旱调度需要的水量比较大，可能对三峡发电影响较大，而向下游补水抗旱的效果评估难度大。因此，三峡的抗旱调度需要设立起调条件，并不是什么样的干旱都需要启动。

5 三峡水库抗旱调度对其他目标的影响

由于长江的水量巨大，三峡水库的防洪库容和兴利库容有限，三峡水库季调节的基本特性不可能改变，所以，三峡水库抗旱调度对于防洪和走沙影响不大，因为汛期三峡基本上按防洪调度，基本没有调节库容，除了洪峰到来，一般按来水下泄。对于航运，如果在枯季短时间内动用兴利库容加大发电下泄流量，对于下游航运一般是有利的，但对于三峡库区和重庆港，可能存在不利影响，因为到枯季末期，如果水位降到155以下，可能影响航运保证率。

抗旱调度对于电网稳定运行和发电影响比较明显，因为目前的兴利库容的设计并没有直接考虑向中下游增加泄量及抗旱调度运行方式。影响有以下几方面：①影响最大的是电网发电和用电计划需要根据干旱的发展不断变化。枯期三峡水库的水是非常宝贵的资源，不可能采用弃水的方式向下游泄水，而是通过增加发电机组向下游泄水，加大泄量，必须调整发电计划。如果频繁改变发电计划，容易影响电网稳定安全运行。②由于枯季来水量少，而且来水的随机性，三峡电站在整个枯期，特别是枯期后期（3－4月）十分依赖165亿m3的兴利库容，前期库容使用多了，必然影响后期发电能力和发电保证率，可能使三峡发电达不到设计发电计划，损失发电效益。

表1 三峡水库蓄水期实测水流波传递时间Table 1 Themeasured flow wave transm it time during the impoundment period of the Three Gorges Reservoir

表2 三峡水流对中下游主要控制断面影响时间估算Table 2 The estimated tim e of flow im pacting main river sections ofm idd le and lower Yangtze River from the Three Gorges Reservoir

6 三峡抗旱调度的建议

虽然三峡水库增加抗旱调度会对原有调度运行方案产生一些影响，但只要精心规划和制定好预案，仍然可以使三峡水库发挥出更大的综合效益。为了解决水库多目标之间可能产生的冲突和矛盾，使三峡枯季抗旱调度真正起到作用，需要对抗旱调度设定一些原则或者起调条件，使各种利益能够尽量协调，具体建议如下：

（1）三峡水库目前的防洪调度方式应该确保，防洪不仅是三峡水库的最主要功能，而且有巨大的社会和经济效益，汛期应以防洪调度为主，兼顾发电、航运和排沙等功能。需要研究和调整的是根据中长期水文预测、短期水文预报、水库来沙和排沙的情况，可以适当调整汛限水位，使发电和航运效益提高；汛末可以适当提前蓄水，建议设立起蓄期，而不是蓄水日（如10月1日），起蓄期可以选在9月1日至9月31日之间，这样不仅可以保证汛后水库蓄满、减轻水库蓄水期对中下游河道和两湖地区的影响，增强这些地区抗旱能力，而且为枯季抗旱作好充足水源的筹备条件。

（2）为了减缓三峡水库蓄水期对中下游的影响，根据上游和两湖地区来水情况，采用比较灵活的和动态的蓄水方案，如适当延长蓄水时间，控制蓄水期减泄流量，例如：如果从9月1日开始蓄水，最小下泄流量可以不小于10 000 m3／s；如果从9月15日开始蓄水，最小下泄流量可以不小于8 000 m3／s；如果从9月20日开始蓄水，最小下泄流量可以不小于6 500 m3／s；建立起长江整体控制性水库蓄水方案，平衡上游蓄水与下游减泄的矛盾，这样可以减轻蓄水期发生的一般性干旱带来的影响。

（3）三峡抗旱调度，需要设置一定的门槛，常见的和一般性的干旱主要应当通过当地水库、用水需求管理、限制中下游引调水量等综合措施解决，不应该使受旱地区过分依赖三峡水库。因为频繁起用三峡水库的抗旱调度，不仅不利于国家电网的稳定运行、影响发电效益，而且抗旱的成本或者造成的损失可能远高于效益。当长江中下游地区发生较大面积的严重干旱时，三峡应该承担起抗旱的作用，即使损失一些发电效益，也是应该的和必要的。因为大面积、严重的干旱不仅会给国家和受旱地区带来严重的经济损失，也会引起社会的不稳定和生态环境的损失。

（4）为了三峡水库抗旱调度有效地发挥作用，必须加强干旱预警预报工作，使枯季有限而宝贵的水流比较准时地流到中下游控制断面，同时需要控制沿江引用水量。

7 结 论

当长江中下游地区发生严重干旱时，三峡工程作为长江中下游控制性水库承担起抗旱的作用是必要的；但三峡承担抗旱功能只是综合抗旱措施中的一种补助手段，因为长江发生大面积严重干旱时，流域内各地区不仅引用水量很大，而且各水库蓄水情况一般也不好，采用节水等需求管理仍然是抗旱的首要方法。其次是充分发挥当地水利工程抗旱的作用，不能舍近求远，应该先挖掘当地水域的抗旱潜力，再求助于三峡水库。三峡承担抗旱功能以后，必然需要对原有发电、航运等兴利功能产生一定的影响，需要重新优化水库调度方案。应该开展科学研究，逐步定量计算三峡水库枯季下泄水流对中下游各控制断面水位提高的作用，建立起抗旱调度起用控制标准、抗旱效果的评价方法和体系，为制定科学的抗旱调度方案提供依据。

［1］ 陈吉余，何 青．2006年长江特枯水情对上海淡水资源安全的影响［M］．北京：海洋出版社，2009．（CHEN Ji yu，HE Qing．Impaction on Shanghai’s Fresh Water from the Special Low flow of Yangtze River in 2006［M］，Beijing：Ocean Press，2009．（in Chinese））

［2］ 长江水利委员会长江勘测规划设计院．三峡工程设计论文集［M］．北京：中国水利水电出版社，2003．（Yan gtze River Surveying，Planning and Design Institute．The Three Gorges Project Design Symposium［M］．Beijing：ChinaWater Conservancy and Hydropower Press，2003．（in Chinese））

［3］ 余文畴，卢金友．长江河道演变与治理［M］．北京：中国水利水电出版社，2005．（YU Wen Chou，LU Jin You．The Evolution and Governance of the Yangtze River［M］．Beijing：China Water Conservancy and Hydropow er Press，2005．（in Chinese））

［4］ 黄 薇，陈 进．长江干流河口地区枯水季水量分配研究［J］．水利水电技术，2006，（10）：3－6．（HUANG Wei，CHEN Jin．Thewater allocation in the Yangtze Riv er estuary during dry season［J］．Water Conservancy and Hydropower Technology，2006，（10）：3－6．（in Chi nese））

（编辑：周晓雁）

Approach on Drought Defying Operation of Three Gorges Reservoir

CHEN Jin
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

On the basis of existing operation plan of the Three Gorges reservoir，the operation condition and control ling factors of flood control，power generation，and navigation of the reservoir running were analyzed．According to the economic and social development needs in Yangtze River basin and recently continual emergence of droughtand water shortage problems，the drought situation in middle and low Yangtze River area and the demand to the Three Gorges Reservoir operation were discussed．The capacity of the Three Gorges Reservoir to solve drought defying and possibly existing problemswere analyzed．Finally，some suggestions for the drought defying operation of the reser voir and the comprehensivemeasures to resist drought were put forward．It has been shown that the Three Gorges Reservoir to increase drought function is necessary，but operation conditionmust be studied and the benefit evalua tion system for drought defying needs to be set up．

Three Gorges Reservoir；the Yangtze River drought；reservoir operation；drought defyingmeasure

TV697．11

A

1001－5485（2010）05－0019－05

2010 03 05

国家自然科学基金项目长江上游大型梯级水电站联合调度系统发展战略研究（U0970151）

陈 进（1959 ），男，湖北武汉人，教授级高工，博士，主要从事流域水资源研究，（电话）027 82829755（电子信箱）chenjin＠mail．crsri．cn。