楊澤艷，喻葭臨

（水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京市 100120）

1 中國水電發(fā)展概述

全球水力資源理論蘊(yùn)藏量約42萬億kWh，技術(shù)可開發(fā)量約16萬億kWh[1]。從資源分布情況來看，亞洲和南美洲較為豐富，分別占世界水力資源技術(shù)可開發(fā)量的50.7%、18.1%?？傮w來看，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、水資源開發(fā)程度較高的歐洲、北美洲以及水力資源較少的大洋洲，其水電開發(fā)以更新改造為主。亞洲、非洲、南美洲等發(fā)展中國家較多且水力資源豐富的區(qū)域，其水電開發(fā)總體采取積極發(fā)展的戰(zhàn)略。

中國幅員遼闊，河流眾多、徑流豐沛、落差巨大，獨(dú)特的西藏高原孕育了多條大江大河，水力資源非常豐富，技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量約6.87億kW[2]，位居世界第一。從區(qū)域來看，西南地區(qū)水力資源最為豐富，約占技術(shù)可開發(fā)量的69.3%。從流域來看，水力資源主要富集于西南跨界諸河、金沙江、雅礱江、大渡河、烏江、長江上游、南盤江—紅水河、黃河上游、黃河中游、湘西、閩浙贛、東北等主要流域和地區(qū)，規(guī)劃十四個(gè)大型水電基地，其總裝機(jī)容量約占全國技術(shù)可開發(fā)量的80%。

中國水電開發(fā)超過了100年歷程，截至2019年底，中國水電總裝機(jī)容量達(dá)到35640萬kW（其中，約3000萬kW為抽水蓄能裝機(jī)容量），占全國發(fā)電總裝機(jī)容量的18.5%；全年水電發(fā)電量12329億kWh，占全國發(fā)電量的17.6%。水電裝機(jī)和發(fā)電量均穩(wěn)居世界第一。隨著金沙江、大渡河等“十三五”重點(diǎn)工程開工建設(shè)[3]，目前在建的常規(guī)水電裝機(jī)容量約為5100萬kW。中國水電在裝機(jī)容量與發(fā)電量、設(shè)計(jì)與施工、設(shè)備制造與運(yùn)行管理等方面實(shí)現(xiàn)了全面跨越。

將中國水電裝機(jī)容量按時(shí)間縱軸繪制在一張圖中，可劃分出中國水電發(fā)展的脈絡(luò)（見圖1）。中國水電開發(fā)從20世紀(jì)初算起大致可分為艱難起步階段（1904～1949年）、自主創(chuàng)業(yè)階段（1950～1979年）、發(fā)力趕超階段（1980～1999年）和突破發(fā)展階段（2000～2018年）等四個(gè)階段。

圖1 中國水電裝機(jī)容量增長過程圖Figure 1 Process chart of hydropower installed capacity growth in China

2 水電發(fā)展階段及主要成就

2.1 主要發(fā)展階段

2.1.1 艱難起步階段（1949年以前）

這一階段從20世紀(jì)初到新中國成立，時(shí)間跨越約50年。這一時(shí)期全國水力資源無全面調(diào)查資料。舊中國飽受西方列強(qiáng)欺辱和戰(zhàn)爭創(chuàng)傷，全國水電發(fā)展極其緩慢，同時(shí)現(xiàn)代筑壩技術(shù)引入中國。這一時(shí)期中國水電發(fā)展可歸納為屈指可數(shù)、技術(shù)落后、質(zhì)量欠佳。

典型代表性工程主要有中國大陸第一座水電站——石龍壩水電站，中國最早的大型水電站——豐滿水電站，中國共產(chǎn)黨及其軍隊(duì)第一座水力發(fā)電廠—— 水水電站。中國大陸水電裝機(jī)容量僅36萬kW，年發(fā)電量18億kWh，人均裝機(jī)和發(fā)電量僅為0.0007kW、3.3kWh。

2.1.2 自主創(chuàng)業(yè)階段（1950～1979年）

這一階段從新中國成立至改革開放初期，時(shí)間跨度約30年。蘇聯(lián)撕毀援助協(xié)議后，新中國開始自主創(chuàng)業(yè)，經(jīng)歷了大躍進(jìn)、三線建設(shè)、文化大革命等歷史時(shí)期。這一時(shí)期中國水電發(fā)展可歸納為道路曲折、技術(shù)封閉、標(biāo)準(zhǔn)欠缺、體制待善。

代表性工程有50年代第一座百億立方米水庫——新安江水電站，60年代蘇聯(lián)援建、黃河上第一座水電站——三門峽水電站，60年代第一座百萬千瓦級(jí)電站——?jiǎng)⒓覎{水電站、“五利俱全”的水利工程——丹江口水電站，70年代第一座百米級(jí)土石壩工程——碧口水電站。截至1978年底，中國水電裝機(jī)容量已達(dá)1867萬kW，年發(fā)電量496億kWh，人均裝機(jī)和發(fā)電量為0.02kW、51.5kWh，初步奠定了我國水電發(fā)展基礎(chǔ)，至1980年底，水電裝機(jī)容量超過2000萬kW。這一階段是臺(tái)灣水電建設(shè)的黃金時(shí)期，代表性水電工程——德基水電站。

2.1.3 發(fā)力趕超階段（1980～1999年）

這一階段從改革開放之初至新世紀(jì)之初，時(shí)間跨度20多年，經(jīng)歷了改革開放大好時(shí)期，水電建設(shè)開始制度創(chuàng)新，水電體制改革，業(yè)主負(fù)責(zé)制、工程招投標(biāo)制、建設(shè)監(jiān)理制、合同管理制等引入水電開發(fā)，西電東送工程啟動(dòng)。開啟第三次全國水力資源普查。這一時(shí)期的特點(diǎn)可歸納為改革開放、引進(jìn)資金、穩(wěn)定發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步、標(biāo)準(zhǔn)完善、制度健全，形成了有中國特色的水電建設(shè)技術(shù)。

代表性工程主要有80年代亞洲第一大壩——龍羊峽水電站，90年代亞洲第一高壩——二灘水電站、對外開放窗口——魯布革水電站、萬里長江第一壩——葛洲壩水電站，21世紀(jì)初借力發(fā)展的水電站——小浪底、天生橋一級(jí)等水電站。截至2000年底，中國水電裝機(jī)容量已達(dá)7935萬kW，年發(fā)電量2224億kWh，人均裝機(jī)和發(fā)電量為0.06kW、175.5kWh，我國水電發(fā)展取得長足進(jìn)步。

2.1.4 突破發(fā)展階段（2000年至今）

這一階段從新世紀(jì)之初至今，時(shí)間跨度約20年。隨著國家“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略的實(shí)施及“西電東送”工程的深化，水電建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展階段。全國水力資源復(fù)查并補(bǔ)充完善，查明了中國水電經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量、技術(shù)可開發(fā)量、理論可開發(fā)量。本階段的特點(diǎn)可歸納為高速發(fā)展、技術(shù)領(lǐng)先、標(biāo)準(zhǔn)更新、體制完善、走向世界。全國水電裝機(jī)容量在2004年、2010年和2014年相繼突破1億kW、2億kW、3億kW，裝機(jī)容量和發(fā)電量躍居世界第一。

典型工程主要有已建龍灘、小灣、光照、黃登、瀑布溝、水布埡、溪洛渡、錦屏一二級(jí)、向家壩、糯扎渡等水電站，以及在建烏東德、白鶴灘、兩河口、雙江口、托巴、拉哇、葉巴灘等水電站，處于前期設(shè)計(jì)的水電站有龍盤、金沙江上游梯級(jí)、雅魯藏布江下游梯級(jí)等，新建了泰安、惠州等10余座100萬kW以上抽水蓄能電站，在建360萬kW豐寧抽水蓄能電站，里程碑當(dāng)屬世界最大水電站——三峽水電站。截至2019年，中國水電裝機(jī)容量3.564億kW，年發(fā)電量13044.5億kWh，人均裝機(jī)和發(fā)電量為0.25kW、931.7kWh。300m級(jí)拱壩、200m級(jí)碾壓混凝土重力壩、250m級(jí)混凝土面板堆石壩、300m級(jí)土心墻堆石壩、100m級(jí)碾壓混凝土拱壩、高水頭大泄量、巨型地下洞室群、大容量多級(jí)船閘、超高邊坡處理等建設(shè)水平均達(dá)到世界先進(jìn)水平。

2.2 領(lǐng)先技術(shù)[4]

（1）300m級(jí)高混凝土拱壩設(shè)計(jì)施工成套技術(shù)。

錦屏一級(jí)（壩高305m，世界第一）、小灣（壩高294.5m，世界第二）、溪洛渡（壩高285.5m，世界第三）和在建的白鶴灘（壩高289m）、烏東德（壩高270m）大壩，一批高拱壩代表著世界高拱壩技術(shù)的最高水平。

（2）200m級(jí)高碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)施工成套技術(shù)。

黃登（壩高203m）、光照（壩高200.5m）和龍灘一期（壩高192m、二期擬建216.5m）大壩，處于當(dāng)今世界碾壓混凝土壩筑壩技術(shù)的前列。

（3）250m級(jí)高混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)施工成套技術(shù)。

在建大石峽（251m）、拉哇（245m），已建水布埡（233m，已建世界第一）、猴子巖（223.5m）、江坪河（219m）大壩，代表著世界面板堆石壩技術(shù)的最高水平。

（4）300m級(jí)高土心墻堆石壩設(shè)計(jì)施工成套技術(shù)[6]。

已建糯扎渡（261.5m，亞洲第一、世界第三），在建雙江口（314m，世界第一）、兩河口（295m）大壩，處于世界高土心墻堆石壩技術(shù)的最高水平前列。

（5）高水頭大流量泄洪消能技術(shù)。

已建三峽泄洪功率9800萬kW（泄洪功率排名世界第一）、溪洛渡泄洪功率9500萬kW、在建白鶴灘泄洪功率8200萬kW，均代表著泄洪消能領(lǐng)域世界最高水平。

（6）復(fù)雜巨型地下洞室群設(shè)計(jì)施工成套技術(shù)。

地下廠房開挖空間白鶴灘左、右岸分別為247萬m3和239m3、最大跨度34m，溪洛渡左、右岸分別為204萬m3和205萬m3，代表了世界巨型地下廠房洞室群最高水平。錦屏二級(jí)水電站長16.7km、埋深2525m的引水隧洞，代表高埋深、高地應(yīng)力、大突涌水的水電站引水隧洞最高水平。

（7）高土石壩復(fù)雜地基處理設(shè)計(jì)施工成套技術(shù)。

已建長河壩高240m土心墻堆石壩（覆蓋層深79m，深厚覆蓋上世界第一高壩）、瀑布溝高180m土心墻堆石（覆蓋層深75m）、冶勒高124.5m瀝青心墻堆石壩（覆蓋層深超過420m），在建阿爾塔什高164.8m混凝土面板堆石壩（覆蓋層深94m）等，代表了世界上大壩復(fù)雜地基處理的最高水平（最高壩和最深地基）。

（8）大型高陡邊坡加固處理技術(shù)。

小灣670m、兩河口684m、錦屏一級(jí)530m、龍灘420m、烏東德和白鶴灘壩肩等高邊坡，代表世界高邊坡處理最高水平。

（9）高壩通航技術(shù)。

三峽雙線5級(jí)船閘，三峽和向家壩齒輪齒條爬升式升船機(jī)，構(gòu)皮灘多級(jí)升船機(jī)，景洪水力式升船機(jī)均代表世界高壩通航建筑物的最高水平。

（10）大容量水輪發(fā)電機(jī)組制造安裝技術(shù)。

白鶴灘100萬kW（在建單機(jī)世界最大）、溪洛渡70萬kW（最大77萬kW）、向家壩75萬～80萬kW等，均代表世界巨型水輪機(jī)制造安裝最高水平。

（11）巨型水電工程施工技術(shù)。

巨型水電站導(dǎo)截流、大壩碾壓質(zhì)量數(shù)字監(jiān)控，無人駕駛碾壓，拱壩智能溫控，下閘蓄水等多目標(biāo)管理技術(shù)，代表水電施工技術(shù)世界先進(jìn)水平。

（12）完備的技術(shù)監(jiān)管體系和標(biāo)準(zhǔn)體系。

工程前期、工程建設(shè)期、工程運(yùn)行期設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等法律法規(guī)、規(guī)程規(guī)范、管理辦法等管理體系不斷建全，形成了完備的技術(shù)監(jiān)管和標(biāo)準(zhǔn)體系，在保障我國防洪安全、供水安全、電力供應(yīng)和節(jié)能減排等方面發(fā)揮了重要作用。

2.3 中國水電之最[7]

世界裝機(jī)規(guī)模最大的水電站——三峽水電站總裝機(jī)容量2250萬kW。已建廣州、惠州等抽水蓄能電站裝機(jī)容量240萬kW，在建裝機(jī)容量世界第一的抽水蓄能電站——豐寧抽水蓄能電站360萬kW。

世界最高的壩——錦屏一級(jí)水電站拱壩高305m。世界最高的混凝土面板堆石壩——水布埡壩高233m。中國和亞洲已建第一、世界已建第三的土心墻堆石壩——糯扎渡水電站大壩高261.5m。世界深厚覆蓋層上最高土石壩——長河壩土心墻堆石壩高240m。

世界泄量最大的泄水建筑物——葛洲壩樞紐工程，最大泄洪流量11萬m3/s。泄洪功率最大的泄水工程——三峽樞紐工程，泄洪功率約9800萬kW。世界最大的地下發(fā)電廠房——白鶴灘地下廠房，開挖跨度達(dá)34m，最大開挖空間達(dá)247萬m3。世界最深的防滲墻——大河沿水庫防滲墻深186.15m。

世界最高的水電工程邊坡——小灣壩肩邊坡、兩河口進(jìn)水口邊坡均達(dá)700m級(jí)。已建向家壩，最大機(jī)組80萬kW，在建白鶴灘，最大機(jī)組100萬kW。紫坪鋪面板堆石壩、沙牌碾壓混凝土拱壩，汶川地震中經(jīng)受了8級(jí)以上特大地震的考驗(yàn)等。

2.4 中國水電智慧走向世界

擁有全產(chǎn)業(yè)鏈競爭優(yōu)勢與國際市場磨煉經(jīng)驗(yàn)的中國水電產(chǎn)業(yè)，已逐步成為引領(lǐng)和推動(dòng)世界水電發(fā)展的巨大力量。目前國外主要的大型水電工程均由中國水電企業(yè)承擔(dān)開發(fā)建設(shè)。中國水電技術(shù)和裝備全面實(shí)現(xiàn)“走出去”，服務(wù)國家外交戰(zhàn)略，是國家全面實(shí)施“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的重要方式。為解決發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中面臨的“水問題”，貢獻(xiàn)了中國智慧和中國力量，實(shí)現(xiàn)了共同發(fā)展、合作共贏、惠及民生。

2.5 需關(guān)注的問題

多年的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)表明，工程建設(shè)中重視不夠容易導(dǎo)致工程質(zhì)量問題。各類高壩工程建設(shè)或多或少暴露了抗滑穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定、變形穩(wěn)定、耐久穩(wěn)定需重視的問題。超高壩高速水流摻氣、振動(dòng)問題突出，泄洪設(shè)施沖蝕破壞還比較多見。引水發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量也有需要提高之處。地震、泥石流或滑坡等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。

3 西部水電接續(xù)開發(fā)

3.1 發(fā)展新機(jī)遇

水力資源作為最具開發(fā)價(jià)值、最具規(guī)模效益、技術(shù)最為成熟的可再生能源資源，開發(fā)利用水力資源是中國未來能源發(fā)展的重點(diǎn)之一。為應(yīng)對全球氣候變化、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，需要大力開發(fā)水電等清潔可再生能源。但近年水電裝機(jī)容量增長幅度不超過2%，中國水電已經(jīng)歷高速發(fā)展期，未來必將向高質(zhì)量發(fā)展階段轉(zhuǎn)變。

目前水電發(fā)展“十三五”規(guī)劃已經(jīng)收官，水電發(fā)展“十四五”規(guī)劃正在加緊制定。可以肯定的是“十四五”水電發(fā)展規(guī)劃中常規(guī)水電站的重心將是“西電東送”工程的接續(xù)開發(fā)，重心進(jìn)一步向西部轉(zhuǎn)移，在金沙江、瀾滄江、雅礱江、大渡河、黃河上游等西部大江大河上還有多座在建和擬建的大型和巨型水電站工程?？梢哉雇?030年四川、云南兩省水電開發(fā)規(guī)模均達(dá)到1.0億kW以上，全國水電裝機(jī)容量將達(dá)4.2億kW以上，2050年西藏水電規(guī)模也將突破1.0億kW以上，全國水電裝機(jī)容量將達(dá)5億kW以上。

雅魯藏布江下游水電開發(fā)，作為水電開發(fā)的最高峰，將納入“十四五”規(guī)劃。隨著“一帶一路”倡議的推進(jìn)，中國將更多地參與國際水力資源開發(fā)，其中也包括許多在建或擬建的大型水電工程。隨著水電發(fā)展“十四五”規(guī)劃的制定、實(shí)施，水電中長期發(fā)展規(guī)劃的調(diào)整，中國水電必將迎來發(fā)展新機(jī)遇。

3.2 建設(shè)新挑戰(zhàn)

未來大多數(shù)水電工程處于我國西部深山峽谷區(qū)，自然條件更加惡劣，工程技術(shù)將面臨更大挑戰(zhàn)，生態(tài)環(huán)境更加脆弱，工程移民更加困難。

自然條件方面，面臨高海拔、惡劣氣候條件、高地震烈度、大規(guī)模泥石流、特深覆蓋層、高陡邊坡、基礎(chǔ)設(shè)施條件差，對外交通困難，負(fù)荷中心遠(yuǎn)等不利條件。

工程技術(shù)方面，筑壩材料抗冰凍和耐久性問題突出、施工質(zhì)量控制難度大、水工建筑物地震破壞機(jī)理研究和數(shù)值分析精確模擬的需求更加迫切、惡劣條件下大壩運(yùn)行管理和維修加固的技術(shù)難題和矛盾愈加顯現(xiàn)，送出工程建設(shè)難度和投資進(jìn)一步增加等必須直面。同時(shí)也面臨高寒缺氧環(huán)境下人力資源短缺、高海拔條件下設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制訂等問題。

生態(tài)環(huán)境方面，高海拔地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱，環(huán)境承載力低；高原永久凍土層若融化將使地表水下滲，導(dǎo)致生態(tài)災(zāi)難；海拔3700m以上高寒植被恢復(fù)和再造困難，水土失衡誘發(fā)綠洲萎縮、特種稀少植被再生難度大；河道斷流土地荒漠化等問題。

工程移民方面，面臨人地矛盾突出，傳統(tǒng)安置方式難以滿足移民安穩(wěn)致富要求；少數(shù)民族聚集、生計(jì)模式、社會(huì)結(jié)構(gòu)特殊，宗教文化復(fù)雜；地方經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，地方政府對水電開發(fā)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展寄予厚望等難題。

3.3 應(yīng)對措施

3.3.1 完成重點(diǎn)工作

全面開展包括西藏水能資源調(diào)查在內(nèi)的水能資源評價(jià)，完成剩余河流規(guī)劃；實(shí)現(xiàn)梯級(jí)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度；開展流域水電綜合監(jiān)測；加強(qiáng)水電工程安全風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)研究。

3.3.2 深化科技創(chuàng)新研究與應(yīng)用

面對西北水電開發(fā)的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)，中國水電還要提升工程安全質(zhì)量理念，提高工程技術(shù)水平。深化特深覆蓋層上土石壩適應(yīng)性，特深覆蓋層地基加強(qiáng)處理技術(shù)，特長超大埋深引水隧洞勘察設(shè)計(jì)及施工技術(shù)，無人駕駛碾壓技術(shù)，機(jī)械化施工技術(shù)，智能控制技術(shù)，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能建造與運(yùn)行管理技術(shù)等科技創(chuàng)新研究與應(yīng)用。

3.3.3 強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究

在新時(shí)期生態(tài)文明建設(shè)方針的指引下，我國西部水電開發(fā)應(yīng)按照“全面規(guī)劃、綜合利用、保護(hù)環(huán)境、講求效益、統(tǒng)籌兼顧”的規(guī)劃原則，以及“生態(tài)優(yōu)先、統(tǒng)籌考慮、適度開發(fā)、確保底線、綠色發(fā)展”的環(huán)境保護(hù)要求，協(xié)調(diào)水電建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)關(guān)系，統(tǒng)籌流域環(huán)境保護(hù)工作，嚴(yán)格落實(shí)生態(tài)流量泄放、下泄水溫調(diào)控、棲息地保護(hù)與修復(fù)、過魚設(shè)施建設(shè)與增殖放流等生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施，積極發(fā)揮水電在我國能源電力結(jié)構(gòu)調(diào)整、溫室氣體減排、氣候環(huán)境改善、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的重要作用。

3.3.4 重視解決水庫移民深層次問題

完善政策法規(guī)、依法依規(guī)、利益共享機(jī)制。結(jié)合民族、宗教等文化習(xí)慣和特點(diǎn)，做好移民安置規(guī)劃。以人為本，充分考慮移民合理訴求，安排好移民生產(chǎn)生活，幫助移民脫貧致富。

4 結(jié)束語

（1）中國水能資源豐富，目前常規(guī)水電已開發(fā)過半。水電發(fā)展經(jīng)歷了艱難起步、自主創(chuàng)業(yè)、發(fā)力趕超、突破發(fā)展等四個(gè)階段，未來將向高質(zhì)量發(fā)展邁進(jìn)，難度更大。

（2）中國水電開發(fā)取得巨大成就，多項(xiàng)技術(shù)超越和領(lǐng)先世界水平，創(chuàng)新了大量世界之最，創(chuàng)造了中國水電智慧。雖出現(xiàn)一些發(fā)展中的問題，但中國水電工程總體是安全的。

（3）“十四五”水電發(fā)展規(guī)劃中常規(guī)水電站的重心將是“西電東送”工程的深化，水電開發(fā)重心進(jìn)一步向西部轉(zhuǎn)移，在金沙江、瀾滄江、雅礱江、大渡河、黃河上游等西部大江大河上還有多座在建和擬建的大型和巨型水電站工程，雅魯藏布江下游也將啟動(dòng)開發(fā)。

（4）未來中國西北水電接續(xù)開發(fā)大有可為，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。中國水電需要完成重點(diǎn)工作，深化科技創(chuàng)新研究與應(yīng)用，強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究，重視解決水庫移民深層次問題。