三峡工程防洪调度中的问题探讨

1、三峡工程防洪调度中的问题探讨摘要： 三峡工程首要任务是防洪， 其次是发电、 航运、 供水、生态等。通过对宜昌站实测 130 年水文资料分析，并 考虑近十多年来坝址上游干支流已建及在建一批大中型水 库，上游水沙情况发生变化和各方面对三峡工程调度运行的 要求，探讨了防洪调度中汛期水位控制、水库蓄水时机、消 落水位时机、调度方式有利于改善生态与环境等问题，提出 对三峡水利枢纽工程初步设计的防洪调度方案应进一步深 入研究，在确保防洪安全的前提下，进行优化调整，并按程 序报批，使三峡工程更全面地发挥综合效益。关键词：防洪调度；方案优化；探讨；三峡工程 中图分类号： TV87 文献标识码： A1 概述三峡

2、工程是综合治理长江和开发利用长江水资源的关 键性骨干工程，具有巨大的防洪、发电、航运、供水、生态 等综合效益。三峡水库可有效调节长江上游洪水，减免中下 游遭受洪灾；三峡电站初步设计装机容量 1820 万 kW ，年发 电量847亿kW?h，最终装机容量 2240万kW，年发电量近900 亿 kW?h ，可向华东、华中、华南供电，促进全国跨区大 电网形成三峡工程与葛洲坝工程联合运行，可渠化重庆以下 的川江航道，淹没滩险，改善川江航道和荆江河段航道，提 高长江航道的通航能力，为万吨船队直达重庆创造了条件； 水电是清洁能源，代替燃煤发电，有利于减轻环境污染；为 沿江城镇和农村提供水源，促进经济社会发

3、展。三峡工程建设在党中央、国务院的正确领导下，在全国 人民大力支持下，中国长江三峡工程开发总公司精心组织广 大建设者奋勇拼搏，共同努力攻克了建设过程中的各种难 题，创造了大型水利水电工程建设的奇迹。工程建设进展顺 利，2003 年实现了蓄水 135m 水位，左岸电站首批机组发电、 双线五级船闸通航的建设目标； 2005 年 9 月，左岸电站 14 台机组全部投产； 2006 年 5 月大坝全线浇筑至设计高程 185m, 10月蓄水至初期运行水位 156m，由围堰挡水发电期 转入初期运行期； 2007年 5月，双线五级船闸一、二闸首完 建工程提前竣工，汛期防洪限制水位由 135m 抬升至 144

4、m， 2007年右岸电站 7台机组投产； 2008年右岸电站 12台机组 将全部投产，大坝、船闸及电站厂房三大建筑物提前一年完 建，为蓄水位抬高至正常运行水位175m创造了条件。三峡工程建成投运后，须根据工程运行情况，进一步研 究优化调度方案，在确保防洪安全的前提下，充分考虑有利 于改善坝上下游的生态与环境，全面地发挥三峡工程的综合效益，为我国经济社会发展作出更大贡献；要加强各建筑物 的安全监测，认真分析监测资料，以检验各建筑物设计，为 保障工程安全运行提供可靠的技术支撑；对各建筑物应加强 检查维修保护工作，防止混凝土面风化和碳化，延长工程使 用寿命，使三峡工程长期使用。三峡工程投运后，对三峡

5、水 库水环境保护、 库区地质灾害防治、 清水下泄致使下游河道； 中刷及河势演变引起对防洪及航运影响等问题要认真研究， 并采取治理措施以防患于未然，把三峡工程建成千秋万代造 福人民的工程。2 三峡工程防洪任务及调度方式2.1 防洪任务 根据长江中下游防洪总体规划要求，三峡工程的防洪任 务： (1)调节上游型大洪水，减轻荆江河段和洞庭湖的防洪负 担，提高荆江河段防洪标准，减少使用荆江分洪区的机会； (2)当上游发生千年一遇或类似 1870 年特大洪水时，要求通 过三峡水库调节，配合荆江分洪区或其他分蓄洪措施的运 用，防止荆江河段发生毁灭性灾害； (3)对全流域型和中游型 大洪水进行补偿调节，减少中

6、游平原湖区的分蓄洪量。2.2 防洪调度方式三峡工程的防洪库容以解决荆江地区的防洪问题为主， 也兼顾其他地区的防洪需要。初步设计防洪调度采取按洪水 大小分级控制沙市水位和枝城泄量进行补偿调度方案。研究 比较了两种分级补偿调度方式：调度方式1，遇 100 年以下洪水，沙市水位都按 44.5m 控制，遇超过 100 年至 1000 年 一遇洪水沙市水位按 45.0m控制；调度方式，遇20年一遇以下洪水沙市水位按 44.0m 控制，超过 20 年一遇至 1000 年一遇洪水沙市水位均按 45.0m 控制。这两种调度方式，遇 100年一遇以下洪水泄量都不超过 60600m3/ s,遇100年一 遇以上至

7、 1000 年一遇特大洪水， 枝城泄量都不超过 80000m3 /s。这两种调度方式都是可行的，但互有利弊。调度方式I,遇 20 年一遇至 100 年一遇洪水，沙市控制水位较低，堤防 更安全；遇 1000 年一遇或 1870 年特大洪水枝城控制下泄量 较小，采取分洪措施更有把握；但因 20 年一遇以下一般洪 水也控制按枝城较大的流量下泄，因此三峡水库对几个实际 洪水年的拦洪作用相对较小，水库库容利用得不够充分。调 度方式的情况则正相反。初步设计阶段采用调度方式I作为三峡水库对荆江河段进行补偿调度的设计调度方式，以策 安全并留有余地。初步设计对城陵矶补偿调度方式进行了研究，考虑到三 峡水库对城陵

8、矶补偿调度方式，虽能获得较大的多年平均防 洪效益，但也有不足之处，为稳妥可靠起见，初步设计阶段仍主要采用对荆江河段的补偿调度方式作为三峡水库的设 计防洪调度方式。三峡水库对城陵矶的补偿调度方式尚须进 一步研究。3 三峡工程防洪调度探讨的问题3.1 防洪限制水位控制问题 防洪限制水位选择主要与防洪、发电和航运效益，以及 泥沙淤积、水库淹没等因素有关。初步设计阶段，对防洪限 制水位 150m、145m、140m 三个方案进行了分析比较。 从防 洪方面看，防洪限制水位越低，防洪库容越大，对防洪越有 利，防洪限制水位150m每降低5m，约可增加25亿m3防 洪库容；从发电方面看，三峡工程为季调节水库，

9、汛期来水 充沛，三峡电站汛期发电量占全年的比重较大，防洪限制水 位每抬高5m，平均每年可多发电 30 - 38亿kW?h，每年可 节约火电燃煤160 - 200万t;在水库泥沙淤积方面，防洪限 制水位尽可能低一些，使嘉陵江口、铜锣峡一带在汛期处于 天然水流状态，以减少重庆港区淤积;从水库淹没方面看， 常年回水区淹没主要取决于正常蓄水位，不同的防洪限制水 位主要对长寿县以上的一段回水区域有影响，防洪限制水位 每抬高5m，长寿县以上的20年一遇回水水面线约抬高 0.2 -0.4m ,淹没耕地约增加 0.052万hm2,迁移人口约增加1.7万人。综合分析比较，三峡水库汛期防洪限制水位145.0m，要

10、求汛期 6月 9月控制坝前水位 145.0m 运行。三峡工程初步设计正常蓄水位175.0m,相应库容393亿m3，校核洪水位180.4m ,总库容450亿m3。汛期（6月9 月）防洪限制水位145.0m,防洪库容221.5亿m3，以满足长 江中下游防洪的要求。三峡工程坝址控制上游流域面积达 100万km2,汛期遭遇的洪水主要是暴雨形成，坝址出现较大洪水均是上游大范围暴雨过程所致。据对宜昌站 1931 年以来 31 次洪水相应的 100余次暴雨过程分析，宜昌以上 出现较大洪水的暴雨均是大范围暴雨过程，主要有三种类 型：一是暴雨首先出现在川西和川东，接着向东或东南方向 移动；二是暴雨在川西或川东持

11、续 2 3 天后，快速向东移 动，三是屏山以下干流区间或长江上游南岸的东西向带状暴 雨，可持续 23天。第三类暴雨主要出现在 67月间，使 宜昌水位逐渐上涨；第一、二类暴雨出现在79月，是三峡洪水的致峰暴雨。三峡大洪水往往是由几次不同类型暴雨 交替出现造成的。当暴雨在川西出现并持续2 天后，接着就出现自川西向川东南方向移动暴雨，会使长江上游干流洪水 相互遭遇， 形成宜昌单峰或双峰型大洪水， 如 1870 年、1931 年、1949年、1981 年、1982年洪水。当长江上游南北两岸 相继出现多次暴雨时， 宜昌就会出现多峰型大洪水， 如 1954 年洪水。 1981 年 7 月 9 日 14 日

12、，四川省境内发生近 40 年罕见的大暴雨，嘉陵江、沱江均出现 1949 年以来的最大洪 水，长江干流寸滩水文站实测洪峰流量达85700m3 / s,为1870 年以来最大洪水。 6 天降雨量大于 100mm 的雨区面积 达 17 万 km2， 6 天暴雨分 7 月 9 日 11 日及 12 日 14 日两 次过程，后一次降雨强度和范围比前一次大， 3 天雨量 100mm 以上面积约 10.3 万 km2。三峡区间的暴雨大多只持续 1 天，约有 15 的暴雨可 持续 2 天，形成三峡区间的暴雨天气系统主要是西南低涡。 三峡库区实测大暴雨以 1982 年为最大暴雨。 1982 年 7 月 15 日

13、 29 日，三峡库区共发生 3 次大暴雨过程， 导致三峡库区 出现建国以来的最大洪水。长江上游金沙江洪水比较稳定，上游地区暴雨主要发生 在川西和川东，因此，岷江和嘉陵江洪水是宜昌洪水的主要 来源。三峡坝址上游干支流洪水大多发生在 7 月至 9 月上旬， 且汛期大小流量相间，当上游干支流域出现几次不同类型暴 雨，并持续数天后即发生大洪水。据三峡坝址下游宜昌站 1877年以来130年实测水文资料，汛期流量 Q > 25000m3/ s超过60天的年份共50年，洪水流量 Q>35000m3/s超过 30天的年份共26年，洪水流量 Q > 45000m3/s超过15天 的年份共11年

14、，洪水流量 Q> 55000m3/s超过5天的年份 共 11 年，洪水流量 Q>56700m3/s 的年份共 40 年。资料表 明，三峡坝址常年汛期遭遇的洪水流量 5000060000m3/s； 汛期洪水流量 Q>25000m3/s,多年平均出现58.7天；洪水 流量Q> 35000m3/s多年平均出现20.6天，洪水流量 Q> 45000m3/s多年平均出现 5.9天；洪水流量 Q> 55000m3/s, 多年平均出现 1.4天。汛期洪水流量逐日涨幅大多为8000 - 10000m3 / s,有25年出现日涨幅大于10000m3/s,最大日涨幅高达1790

15、0m3 /s。汛期流量从 Q3/s上涨至Q > 35000m3/ s为1-3天， 上涨至 Q>45000m3/s 为 2-4 天，上涨至 Q> 55000m3/s 为 3- 5 天。三峡工程的首要任务是防洪,国家批准的防洪 限制水位 145.0m 不宜抬高。鉴于三峡大坝泄洪建筑物的泄 流能力较大,且目前气象及水文预报技术水平有所提高,按 中长期滚动预报,坝址洪水流量预报可达 2- 3 天的精度, 采取预泄的措施,在汛期可按坝址流量大小,控制坝前水位 在防洪限制水位 145.0m 上下变动,坝址流量较小时,适当 提高坝前水位运行,预报上游出现洪水后,立即通过预泄降 低坝前水位至

16、防洪限制水位145.0m。坝址流量Q3/s,坝前水位抬高至150.0m运行；流量 Q=25000 - 35000m3/s,坝 前水位抬高至 149.0 - 147.0m运行；流量Q=35000 - 45000m3 /s,坝前水位抬高至147.0- 145.0m运行；流量 Q=45000 - 550003/s,坝前水位按 145.0- 143.0m 运行；流量 Q>55000 m3/s,坝前水位降至143.0m以下，停止通航。坝址流量 Q3/s,坝前水位150.0m，每降低1m,相应增加5亿m3防洪库容，当预报坝址上游发生洪水流量Q 洪 >55000m3s，通过预泄，第1天预泄流量3

17、7000 - 40000m3/ s（考虑洪水流 量日涨幅 13000 - 16000m3/ s）,相应库容 10.37 - 12.96 亿 m3 ;第二天预泄流量 52000 - 55000m3 / s（考虑洪水流量日 涨幅 12000 - 15000m3/s）,相应库容 10.37 - 12.10 亿 m3, 可在2 -2.5天内，将坝前水位降至汛限水位145.0m。坝址流量Q=30000m3 /s,坝前水位148.0m，当预报坝址上游发 生洪水流量50000 - 55000m3/s,通过预泄，预泄流量45000 -47000m3 / s（考虑洪水流量日涨幅 15000 - 17000m3

18、/ s）, 相应库容12.96- 14.69亿m3,可在1- 1.5天，将坝前水位 降至汛限水位145.0m ;在2-2.5天内，将坝前水位降至144 -143m，船闸照常通航。当预报上游洪水流量Q>55000m3/s,通过预泄将坝前水位降至143.0m以下，船闸停航。若遭遇 1954 年型、 1998 年型全流域型大洪水, 7- 8 月逐日流 量大于30000m3/s,平均流量大于 40000m3/s,坝前水位 控制在汛限水位145.0m运行，流量大于50000m3/s时，坝 址下游长江已停航，可将坝前水位降至140.0m运行，相应增加 24.5 亿 m3 防洪库容,充分发挥三峡工程的

19、拦洪作用, 更有利于防洪和排沙。若遭遇 20 年一遇洪水 （洪峰流量 72300m3/s）,坝前水位已降至防洪限制水位145.0m以下，不会抬高库尾长寿县以上的回水水面线而增加移民和淹 没耕地。3.2 水库蓄水时间提前至汛末问题 三峡工程初步设计拟定水库蓄水时间从 10 月 1 日开始， 主要考虑有利于重庆城区河段冲沙、防止泥沙淤积航道影响 航运。蓄水期间，三峡电站一般按保证出力(499 万 kW?h) 发电，担负系统峰荷，且控制下泄流量不小于5000m3 / s,以满足坝下游河道通航要求，多余水量存入水库。在一般来水 年份，水库于 10 月末充蓄至正常蓄水位 175.0 m ；少数年份 10

20、 月份来水量较小，蓄水过程将延续到11 月份。鉴于坝下游沿江两岸经济社会发展需水量增大，要求三峡水库蓄水期 间，加大下泄流量，因此，需研究蓄水时间提前至汛末 9 月 份开始蓄水。 20 世纪 90 年代以来，长江上游干支流已建和 在建一批大中型水库，发挥了拦沙作用；坝址上游各地加强 了水土保持工作，上游干支流的泥沙量大幅度减少，为三峡 水库蓄水提前至汛末创造了条件。蓄水提前至汛末9 月份开始蓄水主要受坝下游防洪条件控制，据宜昌水文站130 年实测水文资料，实测最大洪水流量 71100m3/s出现在1896年 9 月 4 日， 1945 年 9 月 6 日实测最大洪水流量 67500m3s， 1

21、938 年 9 月 6 日实测最大洪水流量 59200m3s， 9 月 8 日以 后尚未出现大于55000m3/s的洪水，三峡水库蓄水时间提 前至 9 月10日开始蓄水，不致影响荆江河段防洪安全，为 不影响重庆城区河段冲沙，可控制 9 月底蓄水位为 156158m。3.3 水库消落水位时机问题三峡水库蓄水至正常蓄水位 175.0m 后，为使库尾航道 保持较大水深以及电站保持较高的水头多发电，在电站按保 证出力发电的前提下，水库尽可能维持较高水位运行。当来 水流量小于电站发电保证出力所要求的流量时，动用水库存 蓄的水量，库水位逐步消落。一般年份到 4 月底，水库水位 都高于设计的枯水期最低消落水

22、位155.0m,只有遇到设计桔水年或特枯水年，库水位才消落至155.0m。从5月份开始水 库来水量增大，至 6 月份进入汛期，因此在 6 月上旬为腾出 防洪库容，库水位消落至防洪限制水位145.0m。鉴于5月份，坝址下游鄱阳湖和洞庭湖水系已进入汛期，三峡水库消落水 位下泄流量加大，势必增加坝址下游汛期较早的支流防汛压 力，因此，需研究三峡水库消落水位时间可视当年56 月份坝址流量及坝下游鄱阳湖和洞庭洞水系的汛情适当调整。 据宜昌水文站 1 30 年实测水文资料， 6 月份实测洪水流量大 于55000m3/s出现过2次，实测最大洪水流量为57500m3/s,出现在1956年6月30日；其次是 5

23、5100m3/s,出现 在 1908 年 6 月 29 日。为减轻三峡水库消落水位下泄流量对 坝下游汛期较早的支流防汛压力,在确保三峡工程防洪安全 的前提下,可视当年坝址流量及下游鄱阳湖和洞庭洞水系的汛情，将库水位消落至防洪限制水位 145.0m 的时间推延至 6月底，以尽量减小库水位消落下泄流量。3.4 防洪调度考虑改善坝上下游的生态与环境问题 三峡水库蓄水位抬高后，库内水流变缓，污染物滞留时 间延长，对水质造成不利影响，水库内一些支流河口库湾处 先后发生水华现象。汛期 (69 月)，坝前水位按来水流量在 防洪限制水位 145.0m 上下变动，可以促进库内干流水体变 换，降低支流河口库湾处水体受污染的程度，有利于减少水 华，改善生态与环境。当来流量Q3/ s,可通过三峡电站日调峰调节下泄流量使坝前水位变动，促进库内水体交换，有 利于改善水质。4 结语(1) 三峡工程首要任务是防洪，汛期防洪限制水位145.0m，预留防洪库容221.5亿m3是必要的。鉴于气象及 水文预测预报水平的提高，采取科学调度，通过预泄措施， 汛期在确保防洪安全的前提下，可按流量大小，控制坝前水 位在防洪限制水位145.0m上下变动，有利于库内水体交换， 降低水体污