三峡工程防洪与调度

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1、三峡工程防洪与调度蔡其华I【摘要】The important role of TGP in the flood control of the Yangtze River Basin is summarized and the Optimum Regulation Schemes of the Three Gorge Reservoir is briefly described. In combination with practical flood regulation and operation, the flood regulation effect of TGP is analyzed;

2、 several problems related to reservoir flood regulation are discussed and suggestions are put forward for the future work.% 概述了三峡 工程在长江流域防洪中的重要地位,简要介绍了三峡水库优化调度方案,结合 2010年三峡工程实际防洪调度运行,分析了三峡工程的防洪调度效果,探讨了与水 库防洪调度相关的几个问题,并对今后的工作提出建议.期刊名称】 中国工程科学年(卷),期】 2011(013)007【总页数】6页(P15-19,37)关键词】 三峡工程;防洪;调度作 者】 蔡

3、其华作者单位】 长江水利委员会,武汉430010正文语种】 中 文中图分类】 TV697三峡工程是长江治理开发的关键性工程，是长江综合防洪体系的骨干工程，在长江 中下游防洪体系中占有重要地位。经过17年的建设，三峡工程已经建成，可以发 挥规划的防洪、发电、航运等功能。2010年汛期，三峡工程迎来了建成以来首次 较大洪水的考验。通过精细调度、科学调控，三峡工程的防洪作用得到充分发挥， 有效减轻了长江中下游的防汛压力，有力保障了长江中下游的防洪安全。长江是一条雨洪河流，流域内雨量丰沛，多年平均年降水量约1100 mm，但地区 分布差异较大，总的趋势是自东南向西北递减。降水量年内分配也不均匀，510

4、 月的降水量约占全年降水量的70% - 90%。流域内洪水主要由暴雨形成，暴雨出 现时间一般中下游早于上游，江南早于江北。由于暴雨发生季节的差异，一般年份 干支流各河洪峰互相错开，中下游干流可顺序承泄中下游支流和上游洪水，不致造 成大的洪灾。但如果气象异常，上下游、干支流洪水遭遇，就会形成大洪水或特大 洪水；暴雨量大、历时长，则导致中下游干流洪水峰高量大，高水位持续时间长。 中华人民共和国成立后，党和政府高度重视长江防洪问题，开展了大规模的防洪工 程建设，并取得了巨大成就。特别是1998年长江大洪水后，国家投入大量资金又 一次对长江干堤进行了全面加固，长江中下游的防洪能力有了较大提高。但是，仍

5、 然存在以下突出问题。1）长江的洪水来量远远超过中下游各河段的安全泄量。自1153年以来，宜昌流 量超过80000 m3 /s的有8次。近代城陵矶以上干流和洞庭湖的汇合洪峰流量在 1931年、1935年和1954年均超过100000 m3/s,而目前的安全泄量，上荆 江只有 60000 68000m3 / s，城陵矶附近约 60000 m3/s,汉口约 70000 m3 / s ,湖口约80000 m3 / s。洪水来量大与河道泄洪能力不足的矛盾十分突出。2）在三峡工程兴建前，荆江河段遇特大洪水还没有可靠对策，可能发生毁灭性灾 害。如果遇1860年或1870年型洪水，荆江河段运用现有荆江分洪工

6、程分洪后， 尚有30000 35000 m3 / s的超额洪峰流量无法安全下泄。无论荆江南溃还是北 溃，均将淹没大片农田和村镇，造成大量人口伤亡，特别是北溃还将严重威胁武汉 市的安全。特大洪水的威胁仍然是心腹之患。3）长江中下游蓄滞洪区内人口多，安全建设滞后，实施分洪十分困难，一旦分洪 损失很大。湖区及支流堤防工程仍存在薄弱环节和隐患，堤防缺乏必要的安全监测 和抢险设备，技术手段落后，防洪形势依然严峻。长江中下游防洪保护区面积11.85 km2，区内约有人口 0.97亿人，耕地6750万 亩，有多处重要的商品粮基地，沿江有宜昌、荆州、岳阳、武汉、黄石、九江、安 庆、芜湖、南京、上海等大中城市和

7、武汉钢铁集团、宝山钢铁集团、江汉油田及一 批大型化工厂、大型电厂等重要的工业企业，京广、京沪、京九、焦枝等铁路从区 内通过，是我国精华地区之一。三峡工程的第一任务是防洪。三峡水库正常蓄水位以下库容为393亿m3，其中 防洪库容为221.5亿m3。三峡工程具有控制长江上游洪水、削减洪水来量的优越 地理位置，水库防洪库容较大，在保证中下游防洪安全中扮演着重要角色，是长江 防洪体系中不可替代的主要组成部分。长江上游干支流水库至三峡坝址未控区间是 我国著名的川西暴雨区，该地区的洪水是支流水库所不能控制的，必须利用三峡工 程控制，从而有效控制荆江河段流量，解决荆江河段行洪安全问题。因此，三峡工 程的防洪

8、作用是上游干支流水库所不能替代的。三峡工程建成后通过水库调蓄，长江中下游的防洪能力将有较大的提高，特别是荆 江地区的防洪形势将发生根本性的变化。1）荆江地区，若遇百年一遇及以下洪水，通过水库拦蓄洪水，可使沙市水位不超 过44.5 m ，不需启用荆江分洪区；遇千年一遇或1870年型洪水，可控制枝城流 量不超过80000 m3s ，配合荆江地区蓄滞洪区的运用，可使沙市水位不超过45 m，从而保证荆江河段与江汉平原的防洪安全。此外，由于水库拦蓄、清水下泄， 使分流入洞庭湖的水沙减少，可减轻洞庭湖的淤积、延长洞庭湖的调蓄寿命。2）城陵矶附近地区，通过三峡水库调蓄上游洪水，一般年份基本上不分洪（各支 流

9、尾闾除外），若遇1931年、1935年、1954年和1998年型大洪水，可减少本 地区的分蓄洪量和土地淹没。3）武汉地区，由于长江上游洪水得到有效控制，从而可以避免荆江大堤溃决后洪 水直趋武汉的威胁。此外，三峡工程建成后，武汉以上控制洪水的能力除了原有的 蓄滞洪区容量外，还增加了三峡水库的防洪库容221.5亿m3，大大提高了武汉防 洪调度的灵活性。三峡工程初期运用以来，防洪、发电、航运、生态及中下游用水等各方面都对三峡 水库调度提出了新的要求。根据三峡工程建设委员会第16次会议精神，水利部及 时组织长江水利委员会研究提出了三峡水库优化调度方案（以下简称方 案） ，并于2009年10月经国务院批

10、准实施。方案在防洪调度方面，考虑到三峡工程初步设计主要采用的是对荆江河段防洪 补偿调度方式，重点是防御荆江特大洪水，难以适应中下游地区的现实要求。因此 在初步设计阶段研究基础上，通过拟订荆江与城陵矶不同补偿方式以及分析其对水 库泥沙淤积、水库淹没等方面的影响，提出了在保证枢纽大坝安全和不降低荆江防 洪标准的前提下，合理兼顾对城陵矶防洪补偿的调度方式。方案提出的对城陵矶防洪补偿调度方式，将三峡水库防洪库容221.5亿m3 自下而上分为三部分。第一部分库容约56.5亿m3，直接用于城陵矶地区防洪， 相应库水位为155 m ;第二部分库容约125.8亿m3，用于荆江地区防洪补偿， 相应库水位为171

11、 m ;第三部分库容约39.2亿m3，用于防御荆江特大洪水，相 应库水位为175 m。在遇到三峡上游来水不很大而城陵矶附近（主要是洞庭湖） 来水较大，迫切需要三峡水库拦洪以减轻防洪压力的情况下，三峡水库运用预留的 56.5亿m3防洪库容（库水位145 155 m）,按控制城陵矶（莲花塘）水位 34.4 m （保证水位）进行防洪补偿调度。在运用上，首先用第一部分防洪库容调 蓄洪水，按控制城陵矶水位不超过34.4 m进行调度；蓄水至155 m后，即不再 考虑城陵矶防洪补偿的要求，改按只考虑荆江地区的防洪补偿要求调度。蓄水至 171 m 后，则按遭遇特大洪水时荆江河段在分蓄洪措施配合下安全行洪进行调

12、度。 2010年长江汛情具有降雨过程多、强度大，汛情来势猛、范围广，洪水涨幅大、 超警戒水位多，洪灾类型多、损失重等特点。2010年汛期，在遵循方案的基础上，三峡水库调度运用增加了对中小洪水的 调度实践。即“当长江上游发生中小洪水时，根据适时雨水情和预测预报，在三峡 水库尚不需实施对荆江或城陵矶河段进行补偿调度，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”。为应对2010年长江主汛期5次洪水过程，三峡水库实施了5次拦洪调度，累计 拦洪230多亿m3。第一次在6月中下旬，两次集中强降雨先后导致两湖水系多 条河流水位超警戒水位，三峡水库于6月20日开始拦蓄长江上游洪水，以减轻中 下

13、游防洪压力，库水位抬高约5 m，最高达到149.83 m，拦蓄洪水20多亿m3。 第二次在7月中旬，由于上旬长江中下游地区发生集中降雨，水位迅速上涨。 7月 11日，三峡水库最大入库流量达38500 m3/s,控制下泄流量32000 m3/s, 削减洪峰流量6500 m3/s,库水位抬高约4.5 m，最高达到149.6 m，拦蓄洪水 20多亿m3。第三次在7月2022日，三峡水库入库洪峰流量达70000 m3/s, 通过控制下泄流量，为下游防洪削峰约30000 m3 / s ，库水位迅速上涨， 22日 19时上升至158 m，拦蓄洪水约73亿m3。第四次在7月2430日，受长江 上游嘉陵江等支

14、流的强降雨影响，24日三峡入库流量开始转涨。为腾空库容迎接 新的洪峰，三峡水库加大下泄，27日库水位降至156 m。28日高达56000 m3 / s的洪峰抵达三峡大坝，三峡水库控制下泄流量在40000 m3/s左右，库水位 连续攀升，30日凌晨3时达到160.23 m ，创2010年汛期水位新高，拦蓄洪水 约24亿m3。第五次在8月2127日，受上游强降雨影响，三峡入库流量出现 转涨，入库超过出库，三峡水库按25000 m3 / s流量控泄，水库水位从147 m 上升至160 m以上。综合考虑减轻库尾泥沙淤积以及未来可能出现的降雨过程， 8月27日三峡水库下泄流量逐步加大至30000 m3/

15、s，之后按30000 m3 /s控 泄。此次洪水，三峡水库拦蓄洪水80多亿m3。2010年汛期，通过科学调度三峡水库，有效避免了长江上游洪水与中下游洪水叠 加给沿岸造成的安全威胁，缓解了中下游地区的防洪压力。比如，7 月 20 日 8 时，三峡迎来建库以来最大的入库流量70000 m3/s,长江防汛抗旱总指挥办公室通 过滚动会商、精细调度，将三峡水库下泄流量控制在40000 m3/s,削减洪峰流 量30000 m3/s,削峰40%以上，降低长江中游干流沿线水位0.45 2.55 m , 使中下游河段特别是沙市和武汉河段未超警戒水位，中下游干流堤防无一处险情发 生，长江中下游的防汛压力得到有效缓

16、解。如果没有三峡水库拦洪削峰，这次洪水 过程将使沙市和城陵矶的洪水位接近保证水位，沿线将需要调配大量的人员巡堤查 险，防洪的压力、消耗与风险将明显增大。2010年三峡水库调度运用在遵循方案的基础上，通过对中小洪水的科学精细 调度，较大地发挥了三峡工程的防洪、发电、航运、枯期补水等综合效益，为长江 中下游地区的经济社会发展提供了安全的环境，其社会效益、经济效益无疑是巨大 的。2010年三峡防洪调度合理兼顾了对城陵矶防洪补偿，这一有益尝试为进一步 优化三峡水库防洪调度方式积累了宝贵经验。水库调洪计算的方法一般可分为坝址洪水静库容法和入库洪水动库容法。三峡水库 入库洪水与坝址洪水相比，具有洪峰峰值增

17、大、出现时间提前、洪量集中等特点。动库容能较好地反映洪水进入水库后蓄水量的实际情况，但动库容除与库区河道地 形有关外，还与入库洪水类型及组成、调度方式、坝前水位、水库特性等因素有关， 影响因素复杂。三峡水库动、静库容调洪均可满足设计阶段水库调度计算的要求，但水库建成后， 楔形库容是客观存在的，在今后的水库调度中应积极完善三峡入库洪水动库容调洪 计算模型。入库洪水过程线由回水末端的入库洪水与水库区间洪水两部分组成，应 进一步增加对区间洪水的观测，以获得准确的水库洪水资料。以往对动、静库容调洪的研究已经说明，遇百年一遇、千年一遇洪水时虽然三峡水 库的动库容拦洪量小于静库容拦洪量，但枝城的最大流量在

18、百年一遇洪水时均为 56700 m3/s,千年一遇洪水时均小于80000 m3/s,且三峡最高水位控制在175 m，亦即三峡水库221.5亿m3防洪库容是偏安全的。即使采用动库容调洪， 也能够达到规划制定的防洪要求，从而满足长江中下游整体防洪体系的需要。目前，长江水利委员会已建立三峡水库MIKE11水动力学预报调度模型，模型采 用水动力学方法，模拟库区水面线的变化来实现动库容的调洪计算。在2010年三 峡水库防洪运用的实践中，对动、静库容调洪进行了对比研究，计算成果与实测吻 合较好。从实际应用效果来看，动、静库容调洪具有较好的精度，均可满足水库调 度的要求。如要进一步考虑水库调度后库区水面线的

19、实际情况，则需要采取动库容 调洪方法。因此今后还需在资料积累的基础上，不断完善动库容调洪模型，并考虑 适当增加入库控制站，以获取相对准确的入库洪水资料。随着长江上游干支流水库的逐步建成，三峡入库泥沙的减少对减轻库尾特别是重庆 市主城区段的泥沙淤积有较大作用。但水库蓄水也会相对增加重庆河段泥沙淤积， 特别是对于大水大沙年或小水中沙年的水库蓄水方式需要进一步研究，并持续加强 观测。天然情况下，重庆主城区河段年内演变规律一般表现为“洪淤枯冲”。在三峡水库 围堰发电期和初期运行期，重庆主城区河段尚未受三峡水库壅水影响，属自然条件 下的演变。试验性蓄水期重庆主城区河段受三峡库区蓄水影响较小。2008年9

20、月2010年6月，全河段淤积泥沙295万m3，淤积主要集中在长江朝天门以下河段；2010 年6月11日一9月5日，全河段淤积泥沙244.6万m3。从冲淤分布来看，长江 干流朝天门以上、以下河段分别淤积泥沙127.9万m3、131.7万m3，嘉陵江段 则冲刷泥沙15万m3。据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 m时，寸滩以 上库段基本不受三峡水库蓄水影响， 9月中旬一10月中旬重庆主城区河段仍然保 持较强的走沙能力，泥沙主要淤积在清溪场以下库段。汛后当三峡坝前水位超过 160 m时，壅水逐渐影响到主城区河段，特别是当坝前水位超过162 m时，朝天 门以上河段受壅水影响明显

21、。随着坝前水位的逐渐抬高，重庆主城区河段天然情况 下汛后河床冲刷较为集中的规律则被水库充蓄、水位壅高、流速减缓的新情况所改 变，河床也由天然情况下的冲刷转为以淤积为主。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。由于目前泥沙观测时间尚短，对于库尾局部淤积碍航规律还需进一步观测验证。从 数学模型分析结果看，对于大水大沙年或小水中沙年还应注意水库蓄水方式，尽可 能增加汛后走沙的时间。随着长江上游干支流水库的逐步建设，三峡入库泥沙将减 少更多，库尾段（特别是重庆市主城区段）的泥沙淤积情况得到很大改善，同时明 显降低

22、变动回水区洪水位。为充分发挥三峡水库的防洪作用，三峡水库对城陵矶补偿调度是必要的，也是现实 可行的，且随着上游水库的建成，对城陵矶补偿预留的防洪库容还有条件进一步增 加。2010年汛期，根据长江中下游防洪形势和现实需求，三峡水库5次拦蓄洪水，充 分发挥了防洪作用。虽然2010年汛期三峡水库尚未按控制城陵矶（莲花塘）水位34.4 m进行防洪补偿调度，但从三峡水库的控制调度过程和效果看，兼顾对城陵 矶的防洪补偿调度方式是现实可行的。三峡水库兼顾对城陵矶防洪补偿调度，只要科学合理地设置好对不同地区补偿的库 容，拟定合理的调度方案，在现阶段长江水文预报技术水平基础上，可以做到既不 影响荆江地区设定的防

23、洪标准，又进一步降低城陵矶的洪水位。实施城陵矶防洪补偿调度，汛期三峡水库蓄水几率将增加，在一定程度上可能增加 库区泥沙淤积。自有实测资料以来，城陵矶水位超过34.4 m的年份较多地出现在 20世纪末及21世纪初（分别为1996、1998、1999、2002 年等年份），经对 20世纪以来的洪水年份进行还原后推算，按城陵矶（莲花塘）水位34.4 m为控 制补偿调度，三峡水库平均约10年运用1次。分析表明，三峡水库采用对荆江或 对城陵矶补偿调度方式对库区泥沙的淤积总体上差别很小。鉴于上游已建和在建许多水库拦沙和水土保持减沙的作用使得三峡入库泥沙减少， 以及随着经济社会发展长江中下游分洪损失越来越大

24、等情况，在既保证荆江河段防 洪目标的实现，又不增加库区淹没的基础上，充分利用三峡水库的防洪潜力，在长 江中下游遇到大洪水，中下游防洪形势较为严峻时，三峡水库对城陵矶进行补偿调 节，减少中下游的分洪量，减轻中下游防汛压力，是十分必要的。汛期洪水调度过 程中，根据水情预报，推算的长江中下游干流主要控制站2 3天的水位误差基本 上在厘米级，并通过滚动预报和分析不断进行校验修正，为三峡水库高效发挥控泄 作用、取得比较理想的防洪效果提供了保障，使三峡水库的防洪调度达到了比较精 细的程度。从现阶段各控制站水文预报的技术水平的保障看，城陵矶防洪补偿调度 是可行的。今后，应结合上游水库的不断建成，深入研究对城

25、陵矶补偿的控制运用 条件以及进一步扩大第一部分防洪库容的可能性，充分发挥三峡水库对一般洪水的 防洪作用，同时深入研究对一般洪水调度水库蓄水几率增加后的水库泥沙淤积及下 游的冲刷问题。三峡水库对径流的调节与拦沙后清水下泄对长江中下游及两湖水情会带来影响。清 水下泄是一个长期不断发展的过程，对中下游蓄泄关系、江湖关系的影响需要进一 步加强观测与研究。当前应特别关注水库蓄水对中下游特别是两湖的影响。三峡工程建成后，长江年入海总水量没有改变。由于水库调蓄作用，中下游 9 11月多年平均流量较建库前减小，12 月次年5月下泄流量有所增加，尤以最 枯季节增幅较大。受此影响，长江中下游干流低水位出现时间提前

26、，持续时间增长， 年最低水位平均值有所抬高；因水库蓄水及荆江河道冲刷影响，致荆南三口洪道断 流时间提前，断流天数增加；蓄水期间，洞庭湖、鄱阳湖区及汉江等支流下游水位 不同程度地受到干流水位降低的影响。由于三峡水库蓄水集中在9月和10 月，拦蓄水量相对较大，中下游干流10月平 均水位较天然情况降低。如遇来水偏少年份，与三峡蓄水影响相叠加，中下游水文 情势改变将更加突出。同时，干流水位降低导致两湖出流加快，相应湖区水位下降， 使得两湖枯水期有所提前，枯水时段延长。三峡水库运用后，因水库拦截大部分泥沙，相当长时期内出库泥沙将有较大幅度的 减少。清水下泄导致坝下游河道发生长时期、长河段的冲刷，冲刷强度

27、从上段向下 段逐步发展。由于中下游河道各河段在各个时期冲淤程度不同，各河段泄流能力可 能发生不同的变化，相应引起水位的变化。1）加强三峡工程投运后对长江中下游的影响及对策研究。鉴于上游来水来沙、坝 下游河道冲淤、江湖关系变化等的不确定性以及三峡工程蓄水运用后对长江中下游 的影响有一个逐步发展的过程，加之三峡工程对防洪、河道、供水、灌溉、生态环 境等方面的影响还需不断地深入认知，因此，需加强对长江中下游的专门监测和分 析工作，不断深化三峡工程运用后对长江中下游河势变化、江湖关系的影响及对策 研究。2）加强三峡水库综合利用及优化调度研究。三峡工程投入运行后，遇特殊干旱年 份对中下游用水和长江口段压

28、咸等方面的作用与影响，以往研究不够。今后随着长 江流域内用水量以及跨流域调水量的增加，防洪、发电、供水、航运和生态等各方 面矛盾可能进一步加剧。应加强研究，及时调整和优化调度运用方式，并研究缓解 此类问题的对策措施，提高三峡水库综合利用效益。3）加强三峡与长江上游干支流水库统一调度研究。需优化和完善水库群统一调度 方案，加强中长期径流预报和汛限水位动态控制技术研究，合理安排上游干支流水 库群的蓄、泄水时机，充分发挥上游干支流水库群对长江中下游的防洪作用和整体 综合效益。4）建立以三峡水库为骨干的水库群联合调度运行保障机制和政策。水库群的联合 调度将增强流域水资源的优化配置能力，拓展流域综合效益，建议建立跨地区、跨 部门的协调机制、应急机制和补偿机制，在国家层面制定促进长江上游水库群联合 调度运行保障机制和政策，确保三峡工程及上游水库群能够充分发挥综合效益。