第４６卷第５期 ２ ０ １ ５年３月 人 民 长 江
Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ Ｖｏ１．４６．Ｎｏ．５
Ｍａｒ．． ２０１５
文章编号：１００１—４１７９（２０１５）０５—０００７—０６
三峡水库实施中小洪水调度风险分析及对策探讨
郑守仁 （水利部长江水利委员会，湖北武汉４３００１０） 摘要：为科学调度运用防洪库容，合理利用洪水资源，在三峡工程正常蓄水位１７５ ｍ试验性蓄水期间，实施了 中小洪水滞洪调度和提前至汛末蓄水方案。分析了方案存在的防洪风险、泥沙淤积风险以及对生态环境的不 利影响。采取设定中小洪水滞洪调度启用条件，使防洪风险可控，相机适时控泄流量检验下游堤防抗洪能力 以防止河道萎缩等对策，降低了防洪风险。在实施汛期沙峰（排沙）调度和汛前库尾减淤调度时，试验得到了 “蓄清排浑”运行新模式，减小了水库泥沙淤积风险。提出应加强试验研究和跟踪监测，探索减小生态环境不 利影响的措施，为全面发挥三峡工程综合效益，降低各种风险提供了技术支撑。 关键词：提前蓄水方案；防洪风险；泥沙淤积；三峡工程；中小洪水调度 中图法分类号：ＴＶ６９７ 文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．１６２３２／ｊ．ｅｎｋｉ．１００１—４１７９．２０１５．０５．００２
１ 概述 三峡工程是长江治理开发和利用及保护长江水资 源的关键性骨干工程，具有巨大的防洪、发电、航运及 水资源利用等综合效益。１９９３年７月，由长江水利委 员会（以下简称“长江委”）报审的《长江三峡水利枢纽 初步设计报告（枢纽工程）》（以下简称《初步设计》）， 获得国务院三峡工程建设委员会（以下简称“国务院 三峡建委”）批准，三峡工程采用“一级开发，一次建 成，分期蓄水，连续移民”的建设方案。“一级开发”系 指从三峡坝址到重庆之间的长江干流上只修建三峡工 程一级枢纽；“一次建成”指工程按合理工期一次连续 建成，不采用有些大型工程初期按较小规模建设以后 扩建的方式；“分期蓄水”指枢纽建设过程中及建成 后，分期抬高水库运行水位，以缓解水库移民的难度， 并验证泥沙试验研究成果；“连续移民”则指库区移民 分批不分期，连续搬迁。《初步设计》将分期蓄水划分 为３期：２００３年蓄水位１３５ ｍ，进入围堰挡水发电期； ２００７年蓄水位１５６ ｍ，进入初期运行期；２００９年工程 完建，具备蓄水至正常蓄水位１７５ ｍ的条件。初期蓄 水的历时，需根据库区移民安置情况，库尾泥沙淤积实 测成果以及重庆港泥沙淤积影响等情况相机确定，暂 定为６ ａ，即２０１３年蓄水至１７５ ｍ水位，水库进入正常 运行期。 三峡工程于１９９３年开始施工准备，１９９４年１２月 正式开工建设。在党中央、国务院的坚强领导下，在全 国人民的大力支持下，工程建设进展顺利，１９９７年１１ 月大江截流，２００３年６月蓄水至１３５ ｍ水位，左岸大 坝及三期碾压混凝土围堰挡水，左岸电站首批机组发 电，船闸通航；２００５年９月，左岸电站ｌ４台７００ＭＷ机 组全部投产；２００６年５月，右岸大坝混凝土施工至坝 顶高程１８５ ｍ，６月三期碾压混凝土围堰爆破拆除，拦 河大坝全线挡水，１０月蓄水至１５６ ｍ水位，较《初步设 计》提前１ ａ进入初期运行期；２００７年，右岸７台７００ ＭＷ机组和左岸电源电站２台５０ ＭＷ机组投产；２００８ 年６月，大坝、电站厂房和船闸全部完建，具备蓄水至 １７５ ｍ水位的条件；移民工程建设、县城和集镇搬迁、 水库清理、地质灾害防治、水污染防治、生态与环境保 护、文物保护等专项，主管部门于８月组织专项验收， 均满足１７５ ｍ水位蓄水要求。２００８年９月，国务院三 峡建委批准实施１７５ ｍ水位试验性蓄水，１０月右岸电 站１２台７００ ＭＷ机组全部投产。２００８年和２００９年水 库蓄水位分别为１７２．８０ ｍ和１７１．４３ Ｉｎ。２０１０～２０１３ 年连续４ ａ试验性蓄水至正常蓄水位１７５ ｍ。枢纽工
收稿日期：２０１５—０１—１０ 作者简介：郑守仁，男，总工程师，中国工程院院士，主要从事水利水电工程设计与施工技术研究。 ８ 人 民 长 江 程和库区移民工程经受了设计水位的检验，枢纽建筑 物和水轮发电机组及其设备运行安全。２０１１年，右岸 地下电站６台７００ＭＷ机组中的３台投产，２０１２年５ 月，６台机组全部投产，均运行正常。升船机缓建项目 船厢室段及下闸首土建施工已完成，进入调试阶段，计 划于２０１５年试运行。 《初步设计》坝址径流成果采用宜昌站１８７８～ １９９０年实测资料，多年平均径流量４ ５１０亿１ＴＩ 。《初 步设计》获批以来，坝址上游径流量呈减小趋势，泥沙 明显减少。三峡工程２００３年投入运行，至２０１３年实 测最大年径流量４ ５９２亿ｍ （２００５年）、最小年径流量 ２ ８４８亿ｍ （２００６年），最大最小比值为１．６１，年均径 流量３ ９６１亿ｍ ，较《初步设计》采用值减小１２．２％， 年均径流量减少５４９亿ｍ ，接近于黄河全年的径流 量，严重影响三峡工程发挥效益。因此，需进行科学调 度，合理利用洪水资源，充分发挥工程的综合效益。长 江上游径流的季节变化与降雨季节变化相一致，径流 年内分配规律同降水相似，年内分配极不均匀，汛期６ ～１０月干流水量占年径流量的７０％～７５％，支流水量 占年径流５５％一８０％。近２０ ａ来，宜昌站年内各月径 流分配与《初步设计》采用值相比，汛期及１０，１１月较 初步设计减小，ｌ２月至次年５月增加。宜昌站２００３～ ２０１３年９月份实测平均流量为２２ ７７０ ｍ ／ｓ，与《初步 设计》采用多年平均值２６ ６００ ｍ ／ｓ相比，减小 １４．４％，１０月份实测平均流量为１４ ２５０ ｍ ／ｓ，与《初 步设计》采用多年平均值１９ ５００ ｍ ／ｓ相比，减小 ２６．９％。长江上游９月份来水出现丰水年水量不丰而 枯水年水量特枯的现象；１０月份出现较枯水频次明显 增多，９，１０月份来水量减少，对三峡水库蓄水造成不 利影响。《初步设计》中泥沙成果采用宜昌站１９５０～ １９９０年实测资料，多年平均输沙量为５．２１亿ｔ。三峡 入库泥沙采用上游干流朱沱站与嘉陵江北碚站及乌江 武隆站１９９０年前实测输沙量之和，多年平均输沙量为 ４．８０亿ｔ。水库投运至２０１３年，入库泥沙实测年均输 沙量１．９６亿ｔ，较《初步设计》采用值减少５９．２％，有 利于水库的长期使用，为水库优化调度和提前蓄水创 造了条件。经主管部门批准，在三峡水库１７５ ｍ水位 试验性蓄水期间，通过试验性探索，实施了中小洪水调 度和提前至汛末蓄水方案。 ２三峡水库运行调度方案 ２．１ 《初步设计》中的运行调度方案 《初步设计》中，三峡水库运行调度方案为：按照 满足防洪、发电、航运和排沙的综合要求，进行水库调 度。防洪调度对荆江河段进行防洪补偿，汛期６～９ 月，水库一般在汛限水位１４５ ｍ运行。超过电站过流 能力的水量，通过泄洪坝段下泄。仅当入库流量大于 ５５ ０００ ｎｌ ／ｓ，超出下游荆江河道安全泄量（１００ ａ一遇 以下洪水，控制枝城站泄量不超过５６ ７００ ＩＴＩ ／ｓ，１００ ａ 一遇以上至１ ０００ ａ一遇洪水，控制枝城站流量不超过 ８０ ０００ ｍ ／ｓ）时，水库拦洪蓄水，库水位抬高。洪峰过 后，库水位仍降至１４５ ｍ运行。水库采用“蓄清排浑” 运行方式，汛后１０月初开始蓄水，下泄流量不低于电 站机组保证出力相应的流量（５ ５００ ｍ ／ｓ）左右，并需 满足坝下游航运要求，库水位逐步升高至正常蓄水位 １７５ｍ运行。枯水期水库尽量维持在较高水位，水电站 按电网调峰要求运行。当入库流量低于电站保证出力 对流量的要求时，动用调节库容，库水位开始下降，但 ４月末以前库水位不低于１５５ｍ运行，６月初降至１４５
ｍ［１ｌ。
２．２试验性蓄水期的运行调度方案
２．２．１《三峡水库优化调度方案》 水利部于２００９年１０月颁发经国务院批准的《三 峡水库优化调度方案》（以下简称《优化调度方案》）中 明确，其适用范围为三峡水库试验性蓄水期（即２００９ 年汛末开始至三峡水库转入１７５ ｍ正常运行时止）。 《优化调度方案》规定，三峡水库防洪调度方式为对荆 江河段进行防洪补偿，兼顾对城陵矶河段防洪补偿。 对荆江河段实施补偿调度时，当三峡水库水位低于 １７１ Ｉｎ时，控制枝城站流量不超过５６ ７００ ｎｌ ／ｓ，沙市水 位不高于４４．５ ｉｎ；当水位在１７１～１７５ ｍ之间时，控制 枝城站最大流量不超过８０ ０００ ｍ ／ｓ，配合分洪措施控 制沙市水位不超过４５ｍ。水库水位达１７５ ＩＴＩ后转为保 大坝安全调度。在长江上游来水不大，三峡水库尚不 需为荆江河段防洪大量蓄水，而城陵矶防洪形势严峻， 且三峡水库水位不高于１５５ １ＴＩ时，按控制城陵矶（莲 花塘站，下同）水位３４．４ １１１进行补偿调度。当三峡水 库水位达到１５５ ｍ时，转为对荆江河段进行补偿调度。 汛期（６月１０日一９月３０日）防洪限制水位１４５ Ｉｎ，汛 前库水位应根据长江中下游来水情况均匀消落，至６ 月１０日消落至汛限水位。汛期，水库在不需要因防洪 要求拦蓄洪水时，原则上应按汛限水位１４５ ｍ控制运 行，适时调度时，库水位可在１４４．９～１４６．５ ｎｌ之间变 动。当预报三峡水库上游或者长江中游河段将发生洪 水时，应按规定及时采取预泄措施，保证水库拦蓄洪水 时的起调水位不高于１４５ ｍ。洪水过后，要在不增加 下游防洪压力情况下，尽快降至汛限水位 。 《优化调度方案》中明确指出，水库开始兴利蓄水 第５期 郑守仁：三峡水库实施中小洪水调度风险分析及对策探讨 ９ 的时间应不早于９月１５日。对于具体开始蓄水时间， 由水库运行管理部门根据每年水文、气象预报编制提 前蓄水实施计划，明确实施条件 控制水位及下泄流 量，并经国家防汛抗旱总指挥部（以下简称“国家防 总”）批准后执行。当沙市站、城陵矶站水位低于警戒 水位（分别为４３．０ ｍ和３２．５ ｍ），且预报短期内不会 超过警戒水位的情况下，方可实施提前蓄水方案。蓄 水期间，库水位按分段控制的原则，在保证防洪安全的 前提下，均匀上升。１０月底可蓄至汛后最高蓄水位。 ２．２．２ 试验性蓄水期运行调度方案修改完善 《优化调度方案》明确提出：“根据调度运用实践 总结和各项观测资料的积累以及运行条件的变化，三 峡水库的优化调度方案还需逐步修改完善。”试验性 蓄水期间，长江防总、中国长江三峡集团公司（以下简 称“三峡集团公司”）和长江委针对三峡水库的特点， 考虑上下游各地政府和相关单位对水库调度提出的更 新更高要求，以及水沙变化情势和工程运用条件的变 化，开展了多目标需求的调度方案的研究，并对２００８ 年及２００９年试验性蓄水实践进行了总结，进一步完善 三峡水库综合利用调度方式，全面提高工程的综合利 用效益。 ２００９年８月６日，三峡水库出现了２００４年以来的 最大洪水过程，最大洪峰流量５５ ０００ ｍ ／ｓ。根据当时 的水雨情况及气象预报，应湖北省防汛抗旱总指挥部 的请求，长江防总决定，三峡水库实施中小洪水滞洪调 度试验，最大控泄流量４０ ０００ ｍ ／ｓ，洪水期间应长江 航务管理局请求，控制出库流量３０ ０００ ｍ ／ｓ和２５ ０００ ｍ ／ｓ，为滚装船通行创造条件，并集中疏散了滞留在三 峡和葛洲坝水域的中小型船舶。三峡坝前最高水位升 至１５２．８９ ｍ，历时１３ ｄ回落至汛限水位。此次中小洪 水滞洪调度的成功实践，有效地减轻了荆江河段尤其 是荆南四河的防洪压力，充分发挥了工程的发电和航 运效益。２０１０年５月，国家防总在《关于三峡一葛洲 坝水利枢纽２０１０年汛期调度运用方案的批复》中明确 指出：“当长江上游发生中小洪水，根据实时雨水情和 预测预报，在三峡水库尚不需要实施对荆江或城陵矶 河段进行防洪补偿调度，且有充分把握保障防洪安全 时，三峡水库可以相机进行调洪运用。” 三峡水库实 施中小洪水滞洪调度，在防洪风险可控前提下，利用防 洪库容拦蓄流量５６ ７００ ｍ ／ｓ以下洪水，实质是汛期酌 情启用的适时调度，称为中小洪水调度。 三峡水库为季调节水库，若每年汛后未蓄至设计 正常蓄水位１７５ ｍ，将严重影响工程综合效益的发挥。 三峡集团公司通过总结２００８，２００９年试验性蓄水未蓄 至１７５ ｍ水位的实践经验，并考虑上游来水来沙呈递 减变化的实际情况，提出了《三峡工程２０１０年１７５ ｍ 试验性蓄水实施计划》，经长江防总审查后报批，国家 防总在《关于三峡工程２０１０年１７５ｍ试验性蓄水实施 计划的批复》中明确指出：“为有效利用汛末洪水资 源，最大限度满足三峡水库蓄水期间各方面用水需求， 充分发挥三峡工程综合利用效益，根据国务院批准的 《三峡水库优化调度方案》和国务院三峡工程建设委 员会会议纪要（国阅［２０１０］８８号）精神，结合２００８年 以来试验性蓄水调度运用的实际，同意２０１０年三峡水 库蓄水的起蓄时间为９月１０日，蓄水过程中采取分阶 段控制水库蓄水位的调度方式。起蓄水位１＇５０ ｍ，９月 ３０日蓄水位１６２ ｍ，１０月底蓄至１７５ ｍ。各阶段水位 控制可根据上下游水情等作适当调整。今年水库可按 起蓄时前期防洪调度的实际库水位开始蓄水。”“三峡 水库调度运用高度重视下游用水需求。一般情况下９ 月１０日至９月底，三峡水库下泄流量不小于１０ ０００ ｍ ／ｓ，１０月下泄流量不小于８ ０００ ｍ ／ｓ，１１～１２月下 泄流量按葛洲坝下游水位不低于３９ ｍ控制。２０１１年 １～４月下泄流量不小于６ ０００ ｍ ／ｓ（同时要满足葛洲 坝下游水位不低于３９ ｍ），至５月２５日水库水位逐步 降至１５５ ｍ，６月１０日消落到防洪限制水位。当发生 洪水或遇特枯来水，因防洪、下游供水、航运等需要实 施应急调度时，不受上述水位、流量限制” 。