以科学为杠杆，撬动三峡工程的潜力

曹广晶

三峡电厂发电机组检修现场 摄影/王广浩

三峡工程是一座巨型的、多目标的且地位极其重要的水利枢纽工程，初步设计时确定的三峡工程的运行调度规则，都是基于当时的认识水平，经过反复争论后妥协的结果，因此，不论从理论上还是从实践上，都留下了很多值得深入探索的余地。自2003年三峡工程初期蓄水以来，中国三峡集团做了大量的探索性工作，大大丰富了人们对于三峡工程的认识。《以科学为杠杆，撬动三峡工程的潜力》一文，以翔实的资料和准确的数据，高屋建瓴地对近几年来三峡集团的探索实践进行了总结。

——编者

一、前言

水电站所用的资源是水，来水时空分布的不均匀性、不确定性既涉及到防洪安全、泥沙淤积，又涉及到效益等各个方面。对于单一目标的电站是如此，多目标的水利水电枢纽也是如此，当然对于梯级电站则更是如此。因此，在对规律的认识和把握不充分的情况下，留有充分的余地是必然的选择。余地，也就意味着潜力。挖掘潜力的前提是对规律的认识和把握，途径是科学，即科学预测、科学调度、科学管理，还要解放思想，积极探索。

三峡这样一个巨型的、多目标的且地位极其重要的水利枢纽工程，在初步设计论证时，基于当时的认识水平，以及对三峡工程重要性的考虑，在某些方面留有较大的余地，甚至“保守”些，也是需要的。自从2003年开始蓄水以来，我们抓住工程进展顺利和移民进展顺利两个有利因素所带来的机遇，以水库泥沙的观测、分析和冲淤规律的把握为突破口，加强科学预报能力建设，深入开展防洪安全等方面研究，统筹考虑枢纽各个目标、上下游关系，以及近些年变化了的新情况，积极探索，科学调度，既保证了工程安全，又充分发挥了工程的潜力。

三峡大坝全景 摄影/魏启扬

二、初步设计的调度规则及现状分析

1.初步设计确定的水库运行规则

三峡水库水位组合如下：175—155—145，即正常蓄水位为175米（海拔高程，以下同），枯水期最低消落水位为155米，防洪限制水位为145米。每年汛期6月中旬至9月底水库按防洪限制水位145米运用，在发生较大洪水需要对下游防洪调度运用期间，水库因拦蓄洪水库水位允许超过145米，洪水过后须复降至145米水位；水库采取“蓄清排浑”的调度原则，为有利于库尾河道走沙，汛末10月初开始蓄水，考虑下游航运要求水库蓄水期间最小下泄流量不低于保证出力4990兆瓦相应的发电流量，库水位逐步上升至175米水位；枯水期为有利于发电和水库通航，一般维持高水位运行，根据来水，按发电、航运的需求库水位逐步降至155米；为防洪需要，汛前6月上旬末降至145米。

2.现状分析

和初步设计假设的各种边界条件相比，现在发生了较大的变化。

（1）泥沙情况有了很大的变化

来沙量大大减少：与论证和初步设计成果相比，三峡工程蓄水运用以来，长江上游来沙量明显减小，库区泥沙淤积也大为减轻。自上世纪90年代以来，三峡上游产输沙条件明显改变，在来水量变化不大的情况下，来沙量明显减少，其中以嘉陵江减沙最为显著，其沙量减小了75%。三峡水库蓄水后，2003至2009年，年均来沙量为1.96亿吨，仅为初步设计值年来沙量5.3亿吨的37%左右。三峡水库总体淤积情况好于初步设计时的预测。2003年6月至2010年9月，三峡入库悬移质泥沙15.682亿吨，出库（黄陵庙站）悬移质泥沙4.117亿吨。不考虑三峡库区区间来沙，则水库淤积泥沙11.565亿吨，水库排沙比为26.3%，水库排沙比同初步设计预测值大体相当。年均淤积强度较初步设计预测的数值减少约60%。

来沙量大大减少的原因，主要有四个方面：一是干支流兴建了大量的水利水电工程，起到了良好的拦沙作用；二是水土保持工程取得成效；三是大量的河道挖沙；四是这些年主产沙区暴雨强度偏低。以上四个原因，除第四个以外，都是可持续的。

重庆港区的泥沙规律也有变化：

重庆港区的泥沙淤积是重点关注的地区。试验性蓄水以来，对重庆港区的泥沙冲淤情况作了详细观测，发现其冲淤规律跟过去的认识有所不同。综合2008年、2009年和2010年三峡水库试验性蓄水的观测资料分析，当三峡坝前水位低于160米时，寸滩以上库段基本不受三峡水库蓄水影响，9月中旬至10月中旬重庆主城区河段仍然保持较强的走沙能力；汛后当三峡坝前水位超过160米时，随着坝前水位的逐渐抬高，河床也由天然情况下的冲刷转为以淤积为主，但河床也随着上游来水的涨落过程，而呈现出冲淤相间的现象；汛后的河道冲刷期相应后移至汛前库水位的消落期，随着坝前水位的逐渐消落，重庆主城区河段逐渐恢复天然状况，河床逐步转为以冲刷为主。

重庆港区冲淤规律的变化，为9月底抬高坝前水位提供了依据。

三峡工程五级船闸 摄影/魏启扬

（2）9、10月份上游来水减少明显

三峡工程初步设计阶段，没有考虑上游电站建设的情况。自上世纪90年代以来，上游先后修建了二滩、宝珠寺、彭水、瀑布沟、紫坪铺等若干大型电站，中小型电站更多。这些电站的建设一方面起到了拦沙的作用，另一方面，它们的蓄水时间基本上都在汛末或汛后，即9、10月份。所以9、10月份的来水情况跟多年平均情况相比减少了很多，尤以10月份更为明显。

（3）蓄水期间下游对增加下泄流量的需求越来越大

初步设计时规定，三峡水库蓄水期间最小下泄流量不低于保证出力4990兆瓦相应的发电流量，相应三峡水库最小下泄流量为5000立方米/秒左右。由于三峡水库汛后蓄水库容将达221.5亿立方米，蓄水量大，蓄水任务重，蓄水期间下泄流量会比来水量减少较多，再加上汛后天然来水量本身也在逐步减小，因此水库蓄水与下游各方面用水要求之间将出现较大的矛盾。中下游各用水部门及航运、发电希望蓄水前后三峡水库下泄流量变化尽量平稳，并要求提高三峡水库蓄水期间的最小下泄流量，随着社会经济的发展，各方面对长江水资源的需求越来越大。

鉴于以上情况，如仍按初步设计的蓄水方式运行，对航运、电网调度等都会产生不利影响，而且三峡水库蓄不满的概率大大增加。蓄不满水，效益也就无从谈起。必须与时俱进，对水库的调度规则作相应的优化，初步设计确定10月初开始蓄水，主要是出于减少泥沙淤积的考虑，而不是防洪安全问题。提前蓄水是必然的选择。

尽管如此，仍要对防洪安全作出充分的论证。

三峡大坝泄洪 摄影/王广浩

三、防洪安全分析

1.整个汛期用一个固定的汛限水位不尽合理

长江6至9月份为汛期，初步设计规定，整个汛期都必须保持汛限水位145米，显然这也是不尽合理的。

通过对长江流域暴雨洪水成因分析，综合考虑长江上游干支流控制站汛期洪水量级、副高脊线位置、水汽输送条件以及8月下旬至9月份暴雨洪水特性等因素，认为：长江上游汛期洪水可分为汛初、主汛期、汛末三个阶段，汛初为6月中旬以前，主汛期为6月下旬至8月下旬，汛末为8月下旬以后。进入9月，副高脊线开始南撤，9月15日左右，副高脊线位置迅速南撤，金沙江干流以及各支流在9月中旬以后洪水量级明显减小，也就是说，鉴于气象上有比较明显的界限，因此可以将9月份的水文资料单独拿出来作为样本进行分析。通过频率分析，9月份千年一遇洪水只约相当于全年的百年一遇洪水。鉴于长江上游汛期洪水存在分期性，防洪调度应根据这一洪水特性进行调整，采用固定的汛限水位不合理，宜在汛期不同的时期采用不同的汛限水位，汛初期和汛末期汛限水位可适当提高。

2.对三峡工程防洪风险的认识

说起汛限水位的调整，往往以三峡的重要性为由，不愿意进行调整。三峡工程的重要性固然无与伦比，但是不能以此来拒绝优化。其实从预报误差导致的风险来进行科学分析，三峡工程的风险度相对其它工程而言是比较低的。因为，一是三峡水库库容大，回旋余地大；二是上游有100万平方公里，预报的准确度肯定比小流域要高；三是上游水库多，这些水库会或多或少起到滞洪作用。

若发生大洪水，那必然是上游长时期、大范围强降雨才有可能。三峡调度的把控能力比一般的小水库更可靠。三峡水库的洪水主要来自上游上千公里以上的嘉陵江、金沙江、岷沱江等上游地区，洪水传播时间较长，洪水预报的预见期也较长，这为三峡水库的预报预泄提供了得天独厚的条件；三峡水库集水面积达100万平方公里，大洪水和特大洪水的形成通常有稳定的天气系统和大气环流背景，需由几天以上的大范围、高强度的暴雨形成，随着天气监测手段和预报预测技术的发展，提前3至5天预判形成大洪水和特大洪水的天气系统是较为可靠的；长江中上游地区已经兴建了大量的水库等水利工程，形成了一定的防洪库容，客观上使得三峡水库现有防洪能力得到进一步扩充。

所以，早启动蓄水是必然选择，提高起始蓄水位及9月底的水位可以保证防洪安全。

3.关于中小洪水调度

三峡的防洪调度是要立足于防大洪水的，根据初步设计原则，当流量超过56700立方米/秒时，才开始滞洪。但是对于流量小于56700立方米/秒，下游防汛形势也很紧张，三峡水库是否仍须坚守汛限水位呢？似乎也不尽合理。现在预报技术与二十年前已不可同日而语，在确有把握的情况下，即使在发生小于56700立方米/秒中小洪水时，也应该发挥滞洪作用。

三峡电厂发电机组检修 摄影/王广浩

四、2010年洪水调度及蓄水的情况

1.洪水调度情况概述

2010年汛期（6月10日至9月9日），根据长江防汛抗旱总指挥部的调度指令，三峡水库根据实时水雨情先后进行了7次防洪运用，三峡坝前最高蓄洪水位161.02米，累计拦蓄洪水264.3亿立方米。其中，三峡最大入库洪峰为70000立方米/秒，出现在7月20日8时。防洪方面，有效地减轻了长江中下游的防洪压力，最大削峰30000立方米/秒，最大降低荆江河段沙市站水位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矶（莲花塘站）水位1米左右，为下游防洪节省了大量的人力和物力。

三峡水库2010年中小洪水时，防洪调度做了一些探索性的工作，总得说来，与初步设计规定的三峡水库的防洪原则是一致的。初步设计中规定三峡水库在主要考虑对荆江进行防洪补偿调节的同时，也对城陵矶河段进行适当的补偿调度，即三峡工程根据三峡至城陵矶区间(含洞庭湖水系)来水情况泄水，控制城陵矶水位不超过规定的数值，在保证遇特大洪水时荆江河段防洪安全的前提下，尽可能提高三峡工程对一般洪水的防洪作用，这样对减少城陵矶附近区域的分洪量、提高防洪经济效益有很大益处。2010年的防洪调度主要是利用科学的预报，三峡水库水文气象预报3天的可靠预见期，采取预报预泄措施，根据制定的洪水预报调度控制指标，提高水库的库容利用率，减少中下游的防洪频次和防洪天数，同时也有利于改善两坝间的航运条件，增加中小船舶的通航时间，提高抗旱、供水、生态用水的保证率，在适度承担风险的条件下，较好地发挥了水库的综合效益。

2.2010年蓄水总结

10月26日，三峡水库试验性蓄水成功达到175米的目标，这是在总结前两年试验性蓄水经验教训的基础上，经过反复沟通，有关各方达成共识的结果。概括起来，今年的蓄水有以下几个特点：

起步早：2010年三峡水库试验性蓄水从9月10日开始，比2008年的9月28日开始提前了18天，比2009年的9月15日提前了5天。

起点高：起蓄水位正好承接前期防洪调度的实际库水位160.2米，比2008年起蓄水位145.13米和2009年起蓄水位145.87米有了较大提高。

调度灵活：根据8月份和9月份的来水情况，将三峡水库8月份的防洪运用和9月初的汛末蓄水相结合，同时，及时对9月底的蓄水位进行调整，9月底实际蓄水位为162.84米，比蓄水方案提出的162米略高。根据10月份的预报来水情况，适时调整三峡下泄流量，在保证三峡水库完成试验性蓄水目标的同时，极大地减轻了蓄水对下游抗旱、航运、生态、供水的影响。三峡的蓄水应该采用实时调度方法，尽可能抓住洪水尾巴，根据来水情况，灵活调整。

沟通顺畅：水库蓄水有其自身的规律，世界上已经建成了那么多的水库，水库容量比三峡大的也有近20座，它们的规律都值得借鉴。在对前两年的经验教训进行总结的基础上，对于蓄水过程中可能会发生滑坡、地震等规律进行了广泛的宣传和解释，事前进行了充分沟通，蓄水方案及信息及时发布，凝聚各方共识。2010年汛末蓄水是三峡工程试验性蓄水的第三年，为实现175米蓄水目标，充分发挥三峡工程综合效益，三峡建委办公室、水利部、交通部、国土资源部等相关部门，湖北省、重庆市等相关省市政府，国家电网公司、长江水利委员会及三峡工程质量专家组都做了大量工作，共同促成了蓄水至175米。

方案全面（准备充分）：在总结2008年和2009年试验性蓄水经验的基础上，7月份就编制了《三峡工程2010年175米试验性蓄水方案》，同时，针对蓄水期间的监测试验工作，编制了《三峡工程2010年175米试验性蓄水试验方案汇编》，做好了各项监测和事故应对预案。8月底，根据9、10月水雨情预报，编制了《三峡工程2010年175米试验性蓄水实施计划》，对蓄水的各种情况进行分析，提出比较合理的蓄水计划，经国家防汛抗旱总指挥部和长江防汛总指挥部批准后，作为短期蓄水计划的参考。

升船机施工工地 摄影/王广浩

五、展望及探索

依靠科学，三峡水库2010年成功蓄水到175米，实现了安全度汛，比较好的发挥了防洪、抗旱、发电、航运等综合效益。

汛期（6月10日至9月9日），长江防总下达防洪调度指令28次，三峡水库进行了7次防洪运用，累计蓄洪量为264.3亿立方米，有力地保证了长江中下游的防洪安全，提高了洪水期两坝间及中下游的通航能力，同时，也实现了洪水资源的有效利用。

防洪方面，如上所述，有效地减轻了长江中下游的防洪压力，为下游防洪节省了大量的人力和物力。据长江委发布的数据，三峡工程今年直接的防洪效益为266亿元。

航运方面，由于三峡及时减小下泄流量，两坝间滚装船及中小船舶得以提早恢复通行，缓解了两坝间的航运压力。

发电方面，“7.20”洪水防洪运用期间，由于三峡水库抬高水位运行，三峡电站实现了1820万千瓦满负荷连续运行168小时试验。

三峡水库的潜力巨大，今后还要进一步挖掘和探索：

1. 随着上游更多的电站投入运行，流域水资源统筹调度越来越重要

随着上游干支流水库蓄水运用增加，各水库蓄水之间的矛盾会越来越突出，三峡水库处于长江干流具有调节能力的梯级水库最下游，水库蓄满难度将增加。为协调梯级水库的蓄水矛盾，实现综合效益最大化，应统筹流域的水资源调度，上游干支流水库应进行联合调度，共同达到互利互赢的蓄水目标。流域梯级水库水资源的联合调度是将来水库优化调度研究和发展的方向。

2. 防洪、泥沙等情况会进一步好转，三峡的蓄水还要继续优化

随着三峡水库上游干支流大型水库的建设，三峡水库的来沙将进一步减少，水库泥沙淤积亦将进一步减轻。采取梯级水库联合调度，且随着水文气象预报技术的发展，预报能力的提高，三峡水库的防洪压力和防洪形势也将大大好转，三峡水库将具有更大的优化潜力，蓄水时间需要更加提前，以更加充分地利用洪水资源，充分发挥三峡工程的综合效益。

随着调度的不断优化，三峡枢纽效益肯定还会进一步发挥，可以预见三峡水利枢纽不仅是世界上装机容量最大的工程，也一定会成为世界上综合效益最大的工程。