鄭守仁

（水利部長江水利委員會，湖北 武漢 430010）

1 概述

三峽工程壩址位于湖北省宜昌市三斗坪，控制流域面積100萬km2。樞紐建筑物由大壩及茅坪溪防護壩、電站廠房、船閘及升船機組成（圖1）。大壩為混凝土重力壩，軸線全長2 309.5m，壩頂高程185.0m，最大壩高181.0m。泄流壩段位于河床中部，設置泄流深孔和表孔，與排沙孔、排漂孔和廠房機組聯合運行，總泄流量達116 000m3/s。茅坪溪防護壩為瀝青混凝土心墻土石壩，位于大壩右岸上游1km 的茅坪溪出口處。電站廠房采用壩后式，在泄流壩段兩側壩后分設左岸及右岸廠房，分別安裝14 臺及12 臺水輪發(fā)電機組，另在右岸布設地下電站，安裝6臺機組，單機容量均為70萬kW；并在左岸廠房與升船機之間的下游布置電源電站地下廠房，安裝2 臺5 萬kW 水輪發(fā)電機組，電站總裝機容量2 250 萬kW，年平均發(fā)電量882 億kW·h。通航建筑物包括船閘和升船機，均布置在左岸。船閘為雙線五級連續(xù)船閘，閘室有效尺寸長280m、寬34m、坎上水深5m，可通過萬噸級船隊，按2030年設計水平年單向通過能力為5 000 萬t；升船機采用齒輪齒條爬升平衡重式垂直升船機，承船廂有效尺寸長120m、寬18m、水深3.5m，總重15 500t，1 次可通過l 艘3 000t 級客貨輪或1 500t 級船隊。三峽工程大壩按千年一遇洪水流量98 800m3/s設計，設計洪水位175.0m，相應庫容393 億m3；按萬年一遇洪水流量（113 000m3/s）加大10%的流量124 300m3/s校核，相應校核洪水位180.4m，水庫總庫容450.4億m3。汛期防洪限制水位145.0m，防洪庫容221.5億m3。

圖1 三峽水利樞紐建筑物總體布置圖

三峽工程為超大型工程，采用“一級開發(fā)，一次建成，分期蓄水，連續(xù)移民”的建設方案。初步設計分期蓄水分為：圍堰擋水發(fā)電期、初期運行期和正常運行期。2003年水庫蓄水至135.0m 水位，進入圍堰擋水發(fā)電期；2007年蓄水至156.0m 水位，進入初期運行期；2009年樞紐工程完建，具備蓄水至正常蓄水位175.0m 的條件，仍按初期蓄水位試驗性運行。初期156.0m 水位運行的歷時，要根據庫區(qū)移民安置情況，庫尾泥沙淤積實測觀測成果以及重慶港泥沙淤積影響等情況，暫定為6年，即2013年水庫蓄水至正常蓄水位175.0m，進入正常運行期。

三峽工程于1993年施工準備，1994年12月開工，1997年11月6日大江截流，導流明渠泄流；1998年開始施工河床左側大壩和電站廠房，2002年11月6日導流明渠截流，河床右側上游碾壓混凝土圍堰與河床左側已修建的大壩共同擋水，江水從已建大壩泄流孔下泄；2003年6月，蓄水至135.0m 水位，7月左岸電站首批機組發(fā)電，雙線五級連續(xù)船閘通航，進入圍堰擋水發(fā)電期。2004年河床右側大壩及電站廠房開始施工，2005年左岸電站14臺機組全部投產；2006年6月，河床右側大壩混凝土施工至壩頂高程185.0m，上游碾壓混凝土圍堰爆破拆除，大壩全線擋水，10月蓄水至156.0m水位，提前一年進入初期運行期。2007年右岸電站7 臺機組投產，2008年8月，大壩及電站廠房（右岸電站12 臺機組全部投產）和雙線五級連續(xù)船閘全部完建，具備蓄水至正常蓄水位175.0m 的條件；移民工程縣城和集鎮(zhèn)遷建完成，移民安置、庫區(qū)清理、地質災害防治、水污染防治、生態(tài)環(huán)境保護、文物保護等專項，經主管部門組織驗收，可滿足水庫蓄水至175.0m 的要求。國務院原三峽工程建設委員會（以下簡稱三峽建委）于2008年9月26日批準三峽工程實施175.0m 水位試驗性蓄水，標志著三峽工程由初期蓄水位156.0m運行轉入正常蓄水位175.0m試驗性運行。試驗性蓄水遵循“安全、科學、穩(wěn)妥、漸進”的原則。2008年9月28日開始試驗性蓄水，11月5日最高蓄水位達172.80m。2009年9月15日開始試驗性蓄水，因長江中下游地區(qū)發(fā)生旱災，為支援抗旱，11月24日庫水位蓄至171.43m 停止蓄水。2010年至2018年汛末試驗性蓄水，連續(xù)9年蓄水至175.0m水位運行。

2 試驗性蓄水運行期的科學調度優(yōu)化運行試驗

2.1 三峽工程初步設計水庫調度運行方式

三峽工程初步設計水庫調度運行方式：每年6月中旬至9月下旬按防洪限制水位145.0m 運用，控制下泄流量55 000m3/s，以滿足壩下游荊江河段起始枝城站（距大壩105km）流量不超過56 700m3/s 的要求。當發(fā)生流量小于55 000m3/s 洪水時，按水位145.0m 敞泄；當發(fā)生流量大于55 000m3/s 的洪水時，需要對下游防洪調度運用，水庫攔蓄洪水，控制下泄流量，因攔蓄洪水將使水位抬升，洪水過后需復降至145.0m，以防下次洪水。汛后10月初開始蓄水，有利于庫尾重慶河段走沙，并考慮下游航運要求，蓄水期間最小下泄流量不低于電站保證出力相應的流量，庫水位逐步上升至175.0m?？菟冢话惆锤咚贿\行。6月上旬末降至145.0m。上述調度稱為“蓄清排渾”運行方式，可保障三峽水庫長期使用。汛期的防洪調度以對荊江河段進行防洪補償的方式，使荊江防洪標準由10年一遇提高至100年一遇，即長江上游發(fā)生100年一遇洪水流量83 700m3/s，通過三峽水庫調控，可使沙市站（距大壩190km）水位低于44.5m；遭遇100年以上至1 000年一遇洪水，控制枝城站流量不大于80 000m3/s，配合蓄洪區(qū)運用，保證荊江河段行洪安全，沙市站水位不超過45.0m，避免兩岸干堤潰決發(fā)生毀滅性災害。

2.2 試驗性蓄水運用期的優(yōu)化防洪調度與蓄水調度試驗

（1）三峽水庫防洪調度兼顧對城陵磯防洪補償調度

通過對近20年長江上游洪水資料分析，最大洪水為1998年宜昌站洪峰流量63 300m3/s，尚不到10年一遇。三峽工程如遇類似1998年洪水，按對荊江河段防洪補償調度，水庫攔蓄洪量30億m3，尚有大部分防洪庫容未運用，而下游城陵磯（距大壩450km）地區(qū)防洪緊張，顯然沒有充分發(fā)揮三峽水庫的防洪作用。因此，在三峽工程試驗性蓄水運用期間，2009年10月水利部頒發(fā)經國務院批準的《三峽水庫優(yōu)化調度方案》，明確三峽水庫防洪調度兼顧對城陵磯防洪補償調度。

（2）汛期中小洪水滯洪調度試驗

長江中下游約有30 000km 堤防，其中長江干堤約3 900km，均修建在第四紀沖積平原上，堤身土質結合不良，擋高水位時堤內易出現滲漏、堤基出現管涌等險情。汛期河道水位達到警戒水位時，需要耗費大量的人力物力上堤查險。據統(tǒng)計，荊江河段每10年就有3年以上河道水位超過警戒水位，三峽水庫利用防洪庫容攔蓄55 000m3/s 以下的中小洪水，可以減輕長江中下游防洪壓力。在2009年汛期，長江防汛抗旱總指揮部應湖北省防汛抗旱總指揮部請求，對8月6日三峽水庫最大入庫洪峰流量55 000m3/s 實施攔洪調度，以減輕荊江河段防洪壓力，通過對中小洪水攔洪調度的初步實踐，認為根椐水文預報資料，在確保防洪安全的前提下，利用三峽水庫適度地對中小洪水進行攔蓄是可行的。2010年5月，國家防汛抗旱總指揮部在《關于三峽—葛洲壩水利樞紐2010年汛期調度運用方案的批復》中明確：“當長江上游發(fā)生中小洪水，根椐實時雨水情和預測預報，在三峽水庫尚不需要實施對荊江或城陵磯河段進行防洪補償調度，且有充分把據保障防洪安全時，三峽水庫可以相機進行調洪運用。”鑒于三峽水庫洪水組成較復雜，實施中小洪水滯洪調度，超過防洪限制水位的機率增多，增加了防洪風險。因此中小洪水滯洪調度原則為：以不降低三峽工程防洪標準，基本不增加下游防洪壓力為前提；以大洪水入庫之前將庫水位預泄至汛限水位為條件，根據防洪形勢、實際來水以及預測預報情況進行相機控制。當三峽水庫不需要為荊江和城陵磯進行防洪補償調度時，可啟用中小洪水滯洪調度，并設定了啟用條件。2009年至2018年汛期，實施了中小洪水滯洪調度（見表1），2012年7月出現最大入庫洪峰流量71 200m3/s 的大洪水，控制最大泄流量不超過45 000m3/s，沙市水位未超過警戒水位43.0m，減輕了荊江河段和城陵磯地區(qū)的防洪壓力；同時利用部分洪水資源，增加了發(fā)電效益；避免因長時間的大流量泄洪，導致過船閘船舶限航積壓造成經濟損失，取得了良好的經濟社會效益。鑒于中小洪水滯洪調度，每年汛期下泄流量在45 000m3/s以下，可能導致中下游洪水河道萎縮退化，為此采取間隔幾年在條件具備情況下，下泄55 000m3/s左右的流量，全面檢驗荊江河段堤防和河道泄洪能力，防止河道萎縮。

（3）汛末提前蓄水調度試驗

宜昌近20年來，9月份月平均流量為23 100m3/s，10月份月平均流量為14 600m3/s，與初步設計相比，分別偏枯11.2%及22.3%。三峽水庫為季調節(jié)水庫，若仍按初步設計規(guī)定的汛后10月初開始蓄水，大部分年份水庫蓄水位達不到175.0m，嚴重影響三峽工程發(fā)揮綜合效益。為此，在2008年試驗性蓄水時將蓄水時間提前至汛末9月下旬，起蓄水位145.3m，此后各年蓄水時間提前至9月10日至15日，起蓄水位承接前期防洪調度實際水位，9月底蓄水位162m左右，9月份下泄流量不小于10 000～8 000m3/s；10月份下泄流量不小于8 000～6 500m3/s，10月底或11月初蓄水至水位175.0m。蓄水期間，長江上游發(fā)生較大洪水，入庫流量超過30 000m3/s，暫停蓄水，按防洪要求調度。三峽水庫試驗性蓄水運行各年的蓄水情況見表2。

表1 三峽工程175.0m水位試驗性蓄水運行水庫防洪調度資料匯總表

表2 三峽工程175.0m水位試驗性蓄水運行期各年蓄水資料匯總表

（4）實施中小洪水滯洪調度和汛末提高蓄水與減少水庫泥沙淤積的措施試驗

三峽水庫汛期實施中小洪水滯洪調度，庫水位抬高致使排沙比降低，水庫泥沙淤積量相對增多；水庫蓄水提前至汛末9月10日開始蓄水，影響庫尾變動回水區(qū)河道走（沖）沙，造成該河段泥沙淤積量有所增加。鑒于入庫泥沙大量減少，根據實測資料，2003年6月至2017年12月，水庫淤積泥沙16.69億t，年均淤積泥沙1.145 億t，僅為預測成果的35%。2003年至2017年排沙比為23.9%，低于初步設計預測值33.3%。長江水利委員會水文局實測水文資料發(fā)現，發(fā)生大洪水時，洪峰從寸灘站到達大壩前約12～30h，壩前水位越高傳播時間越短；沙峰傳播時間則為3～7d。為減少水庫泥沙淤積，2012年7月，通過實時監(jiān)測和預報，在進行洪水削峰調度的同時，利用洪峰與沙峰傳播時間的差異，采用“漲水控泄攔蓄削峰，退水加大泄量排沙”的沙峰排沙調度方式進行了首次沙峰排沙調度試驗，使7月份的排沙比提高到28%，取得了較好的排沙效果，突破了常規(guī)的水庫“排渾”運行方式。為解決庫尾重慶市主城區(qū)河段走沙問題，2012年5月7日至24日和2013年5月13日至20日進行了兩次庫尾泥沙沖淤試驗，庫水位分別從161.92m 消落至154.50m 和從160.16m 消落至155.97m，消落幅度分別為7.87m 和4.19m，日均降幅分別為0.46m和0.52m，水庫回水末端從重慶的大渡口附近（距大壩625km）逐步下移至長壽附近（距大壩535km）。庫水位消落期間，庫尾河段沿程沖刷。重慶大渡口至涪陵河段（含嘉陵江段長169km）沖刷量分別為241.0 萬m3和441.3 萬m3。庫尾沖淤調度實踐表明，在每年5月結合庫水位消落實施庫尾沖淤調度，可將庫尾河段淤積的泥沙沖至水庫水位145.0m 以下河槽內，解決了水庫提前至汛末蓄水而影響重慶主城區(qū)河段走（沖）沙問題，并在汛期實施沙峰排沙調度，為三峽水庫“蓄清排渾”運行探索出一條新模式。試驗性蓄水運行期間遵循“保證長江防洪安全，控制水庫泥沙沖淤、減小生態(tài)環(huán)境影響”的水庫調度運行理念，在確保防洪安全的前提下，利用一部分洪水資料，全面發(fā)揮了防洪、發(fā)電、航運、供水和生態(tài)環(huán)境保護等綜合效益。

2.3 試驗性蓄水運行期間的水資源調度與生態(tài)調度試驗

（1）水資源調度試驗

三峽工程試驗性蓄水期間，為應對中下游干流以及洞庭湖和鄱陽湖兩湖地區(qū)水位下降較快的局面，優(yōu)先保障中下游地區(qū)城鄉(xiāng)居民生活用水，統(tǒng)籌考慮生活、生產、生態(tài)用水需求。2009年中下游地區(qū)出現干旱災害，為緩解旱情，水庫蓄水至171.43m，停止蓄水，加大下泄流量。2011年汛前，長江中下游部分地區(qū)遭遇百年一遇的大面積干旱，三峽水庫水位已接近枯水期消落水位155.0m，且在入庫流量持續(xù)偏小情況下，實施了應急抗旱調度，抗旱補水54.7 億m3，日均向下游增加抗旱補水1 500m3/s，為緩解特大旱情發(fā)揮了重要作用。每年水庫水位消落期，根據中下游地區(qū)供水、航運、生態(tài)環(huán)境以及發(fā)電等方面的要求調節(jié)下泄流量，按不低于6 000m3/s控制。

（2）生態(tài)調度試驗

三峽工程于2011年開始針對“四大家魚”（青魚、草魚、鰱魚、鳙魚）繁殖的生態(tài)調度試驗。在“四大家魚”繁殖期間的5月下旬至6月中旬，大壩下游河道水溫達到18℃以上。結合汛前騰空庫容的需要，根據上游來水情況，利用調度形成1～2 次持續(xù)時間10d左右的漲水過程，將宜昌站流量11 000m3/s 作為起始流量，在6d 內增加8 000m3/s，最終達到19 000m3/s，水位平均日漲幅不低于0.4m。2011～2018年共開展了12 次生態(tài)調度試驗，監(jiān)測結果表明，對“四大家魚”的繁殖產生了促進作用，調度期間的產卵量顯著增加，壩下游宜都、沙市、監(jiān)利河段總卵苗數為47.235億粒，產生了良好的生態(tài)效應。

三峽工程在2014年2月21日至3月3日實施對長江口“壓咸潮”調度，日均出庫流量由6 000m3/s 增加至7 000m3/s，累計增加下泄水量10.07億m3，在一定程度上壓制了長江口咸潮上溯的嚴重影響，同時緩解了長江中下游地區(qū)的缺水情況。

3 結語

三峽工程2003年6月投運以來，尤其是2008年汛末實施正常蓄水位175m試驗性蓄水運行，已經連續(xù)9年175m 水位的運行檢驗，各項監(jiān)測資料表明：三峽樞紐各建筑物變形、滲流、應力應變測值均在設計允許范圍內，各建筑物性態(tài)正常，安全可靠。電站水輪發(fā)電機組及機電設備在各種水頭工況進行了相應穩(wěn)定性和相對效率等試驗，全部機組及配套機電設備完成了145～175m 運行水頭范圍內的按設計要求完成的試驗項目，經受了全電站滿出力（2 250MW）運行考核，試驗和運行表明，水輪發(fā)電機組運行安全穩(wěn)定，能量、空蝕和電氣等性能良好，主要性能指標達到或優(yōu)于合同要求。庫區(qū)滑坡、崩塌等地質災害經過治理，并建立了監(jiān)測預報預警，做到了科學防治，取得了良好的減災防災效果；庫區(qū)各級政府重視生態(tài)環(huán)境保護，干流及一級支流水質良好，穩(wěn)定在Ⅱ～Ⅲ類。

當前，三峽工程以及長江上游干支流已形成梯級水庫群，并在進一步建設中，這為最大限度地利用長江水資源奠定了基礎。對長江流域水資源進行科學調控，最大限度減輕長江流域洪旱災害，改善生態(tài)環(huán)境和充分利用水資源，對保障我國水安全，支撐長江經濟帶可持續(xù)發(fā)展和實現中華民族偉大復興的“中國夢”具有重要的作用，建立完善統(tǒng)一的調度機制，加強三峽水庫與長江中上游干支流水庫群調節(jié)庫容聯合運用、科學調度，實現三峽工程效益最大化。

三峽工程175m水位試驗性蓄水運行結束轉入正常運行期后，仍應進一步研究科學調度優(yōu)化運行方案，全面發(fā)揮三峽工程的綜合效益，為我國經濟社會發(fā)展作更大貢獻。要加強各建筑物的安全監(jiān)測，認真分析監(jiān)測資料，以檢驗各建筑物設計，為保障工程安全運行提供可靠的技術支撐。對各建筑物及金屬結構和機電設備應加強檢查維修保護工作，防止老化失效，延長工程使用壽命，使三峽工程長期使用。三峽工程規(guī)模巨大、效益顯著，“利”多“弊”少。對于三峽工程運行中出現的問題，以及三峽工程運行對上下游帶來的生態(tài)環(huán)境問題，要認真負責地逐個研究，并進行及時治理以防患于未然，將三峽工程的“利”拓展到最大，而“弊”控制到最小。使三峽工程長治久安，全面發(fā)揮綜合效益，成為千秋萬代造福長江流域人民的工程,促進長江經濟帶和流域經濟社會的持續(xù)發(fā)展。確保三峽水庫和長江水質優(yōu)良，給子孫后代留下一條生態(tài)環(huán)境優(yōu)良、清潔美麗的長江。