- 三峡工程试验性蓄水阶段评估报告
- 中国工程院三峡工程试验性蓄水阶段评估项目组编著
- 10字
- 2021-04-16 19:30:41
第二章 分课题评估意见
一、水库调度课题评估意见
(一)长江上游水文情势分析
2008—2012年三峡工程试验性蓄水期间(以下简称试验性蓄水期间),长江上游总体处于降水量和年径流量偏少时期,其中9月、10月来水量减少明显,10月尤为明显;上游来沙量大幅减少,水库淤积发展较慢,多年平均年输沙量大幅减少。水沙形势变化对水库调度提出了新的要求。
1.长江上游降水情势
试验性蓄水期间,2008年、2009年、2011年降水与多年平均值相比分别偏少23.8%、15%、10.3%,2010年、2012年则接近多年平均值。
2.长江上游及入库径流情势
(1)年径流量。
20世纪90年代以来,长江上游年径流量总体变化不大,1991—2002年三峡上游(朱沱+北碚+武隆,下同)多年平均年来水量为3733亿m3,与1990年前均值相比减小126亿m3,减幅为3%。试验性蓄水期间,长江流域水雨情总体平稳,局部地区洪涝严重,部分地区发生超保证或历史最高纪录洪水,但长江上游与中下游洪水未发生严重遭遇。2008—2012年三峡水库多年平均年入库水量为4023亿m3(包括区间入流,下同),较多年平均值偏少10.8%。除2012年来水与多年均值持平外,其余4年均不同程度偏枯,尤其2011年来水在1878年以来的历史水文资料系列中排倒数第四位。
(2)年内来水分配。
试验性蓄水期间,与多年平均值相比,来水呈枯期偏多,汛期、蓄水期和消落期偏少的趋势,其中,枯期偏丰2.8%,消落期偏枯11.2%,汛期偏枯11.3%,蓄水期偏枯22.3%。宜昌站9月、10月平均流量分别减小为22600m3/s、14100m3/s(考虑三峡水库蓄水影响的还原值),其中9月平均流量与多年均值相比偏枯13.1%,径流量减少87.6亿m3,与1878—1990年(三峡工程初步设计采用的统计区间,下同)均值相比偏枯15.0%;10月平均流量与多年平均值相比偏枯25.0%,径流量减少128.3亿m3,与1878—1990年均值相比偏枯27.7%。9月、10月来水减少明显不利于水库正常蓄水运用。
3.长江上游及入库泥沙情势
试验性蓄水期间,2009—2012年间入库悬移质多年平均年输沙量为1.83亿t,较1990年前减少62%;较1991—2002年多年平均值减少48%。在来沙量大幅减少的同时,入库泥沙颗粒明显偏细。三峡水库蓄水后的2003—2012年,沙质推移质多年平均年输沙量为1.58万t,较1991—2002年减少94%,2011年、2012年更分别减少至0.2万t、0.6万t;2003—2012年年均卵石推移质量为4.4万t,较1991—2002年多年平均值减少71%。
(二)试验性蓄水运行后长江中下游水文情势变化
试验性蓄水期间,三峡水库调度主要依据《三峡水库优化调度方案》运行,调度过程会对长江中下游水文情势产生不同程度的影响。
1.三峡工程运用后坝下游河道冲淤变化
三峡工程蓄水运用后,清水下泄导致长江中游河床总体表现为冲刷态势,且冲刷逐渐向下游发展。长江中下游各水文站观测的年径流量变化不大,但年输沙量大幅减少,其中宜昌、汉口和大通水文站2003—2012年期间的年均输沙量分别为0.482亿t、1.14亿t和1.45亿t,比2003年蓄水前分别减少90%、71%和66%。三峡下游河道输沙量沿程变化规律在三峡水库蓄水前后发生显著改变,2003年蓄水前,输沙量沿程变化的总趋势是自上游往下游渐减,而蓄水后则是递增,说明沿程河床发生冲刷,下游河道水流含沙量有所恢复。
长江中游河床目前的冲刷规律与三峡工程可行性论证阶段和初步设计分析结论基本相符,但目前局部河段的冲刷程度比工程可行性论证和初步设计阶段预测要严重,主要原因是目前三峡水库上游来沙量比当初减少了一半以上。
2.三峡工程运用后长江中下游主要水文站流量影响分析
三峡水库蓄水运用前,宜昌站1950—2002年多年平均年径流量为4369亿m3,其中主汛期6—8月径流量为2005亿m3,占年径流量的45.9%;9—10月径流量为1140亿m3,占年径流量的26.1%;11月至次年5月径流量为1223亿m3,占年径流量的28.0%。试验性蓄水期间,宜昌站多年平均年径流量为4019亿m3,其中主汛期6—8月径流量为1841亿m3,占年径流量的45.8%;9—10月径流量为796亿m3,占年径流量的19.8%;11月至次年5月径流量为1382亿m3,占年径流量的34.4%。三峡工程运用对长江中下游干流径流的影响主要特点表现如下:
(1)三峡水库运用对长江中下游年径流总量影响不大。试验性蓄水期间,下游河道宜昌、汉口和大通水文站实测径流量,与蓄水前相比,多年平均年径流量分别减少8.0%、6.2%、4.8%。径流量减少的主要原因是由于长江上游来水量与蓄水前相比平均减少8.01%,其中主汛期6—8月来水量同比减少8.17%;9—10月来水量同比减少30.2%,11月至次年5月来水量同比增加12.9%。
(2)三峡水库调度对坝下游宜昌站径流过程的年内分配有不同程度影响。试验性蓄水期间,9—11月三峡水库蓄水期宜昌站各月平均流量分别减少2800m3/s、3470m3/s、288m3/s,减幅分别为-14.6%、-32.7%、-3.1%;12月至次年4月水库补水期,坝下游枯水流量增加,宜昌站各月平均流量分别增加200m3/s、740m3/s、1410m3/s、958m3/s、465m3/s,增幅分别为3.4%、13.0%、27.4%、16.4%、6.4%。5—6月水库消落期,三峡水库下泄流量增加,宜昌站各月平均流量分别增加1775m3/s、726m3/s,增幅分别为14.3%、4.6%。7—8月洪水期,三峡水库拦洪削峰,上游中小洪水经三峡水库调节后,洪峰明显缩减,平水期时间延长。
(3)长江中下游各站径流所受三峡水库调节影响的程度,随着沿程区间各水系水量的汇入,呈现由上游向下游逐步减少的规律。
3.三峡工程运用后对长江中下游主要断面水位影响分析
(1)三峡水库运行调节对长江中下游干流沿程水位有不同程度影响。试验性蓄水期间,长江中下游干流莲花塘、汉口、湖口、大通站9—11月实测水位与还原所得的天然水位相比,各站月平均水位最大降幅约为2.08m、1.99m、1.51m、1.22m;而12月至次年5月相应各站月平均水位最大涨幅约为1.09m、0.96m、0.57m、0.45m。
(2)三峡工程运用后因河床冲刷,坝下游主要水文站在平枯水期同流量下水位均有所降低,枯水流量水位下降幅度明显大于平水流量下降幅度。
(3)若综合考虑三峡水库流量调节和河床冲刷下降的双重影响,9—11月三峡水库蓄水时长江中下游干流沿程水位下降幅度会进一步加大,而12月至次年5月因三峡补水作用干流沿程水位抬升幅度则会减弱。
(三)水库调度效益评估
三峡水库在试验性蓄水阶段已产生了巨大的生态、经济和社会效益,主要是防洪、发电、航运等原设计预见的三大效益,此外还包括了原设计未充分涉及而实践中产生的明显的供水、节能减排及其他效益。这些效益将在经济和社会效益课题阶段评估报告中作扼要的阐述。
(四)水库调度若干关注问题分析
1.关于中小洪水调度
三峡工程初步设计阶段,主要考虑保证有足够的防洪库容应对可能发生的特大洪水,确保荆江河段防洪安全,避免防洪风险,未提出对中小洪水进行调度。试验性蓄水期间,三峡水库多次对中小洪水进行拦洪。这些洪水如发生在三峡建库前,形成的长江干流洪水位均在堤防的防御标准内,经过比较紧张的防汛抗洪,正常情况下也能够安全度过,但三峡水库实施“中小洪水调度”,减轻了长江中下游堤防防汛面临的压力和负担,发挥了防洪效益,并利用汛期及汛末的一部分洪水资源,提高了水库蓄满率,也增加了发电效益,取得了显著的综合效益。因此,在“防洪风险可控,泥沙淤积可许”的前提下实施“中小洪水调度”是必要和可行的。但“中小洪水调度”也应妥善处理好以下问题:
(1)实施“中小洪水调度”拦蓄洪水,使汛期最高库水位曾达163.11m,超过防洪限制水位运行的时间较长,但最高水位出现在洪峰过后的退水阶段,结合水文、气象预报,防洪风险可控。目前三峡水库尚未经受大洪水、特大洪水的考验,在当前气象水文预报还存在不确定性的情况下,如发生在长江并不鲜见的连续洪峰且主峰在后型大洪水、特大洪水,由于前期实施“中小洪水调度”蓄洪,加上泄洪腾空库容受下游防洪和航运等某些制约,在主峰到来前水位下降不及时,可能造成防洪库容不足而增加防洪风险。
(2)实施“中小洪水调度”,增加了水库淤积量,其中2010年、2012年增加年淤积量约2000万t左右,与工程初步设计采用的“蓄清排浑”泥沙处理原则不完全符合。
(3)实施“中小洪水调度”,水库下泄流量长期控制在小于原设计的荆江河道安全泄量56700m3/s,洪水多年不上滩,可能造成长江中下游河道萎缩退化,洲滩被占用,而不利于大洪水时的泄洪安全,也不利于早期发现堤防实际存在的堤基、堤质、白蚁蚁穴等隐患。一旦发生大洪水、特大洪水必须加大泄量时,防汛能力就可能受到影响,发生意外事件的风险加大。
因此,今后的实时洪水调度需进一步针对长江洪水特征,深入研究中小洪水调度方式,分析存在的防洪风险和对策措施,明确有关的控制条件,拟定合理的运用库容和方式。并根据来沙趋势及上游干支流建库的实际进程,研究实施“中小洪水调度”增加淤积的长期影响,以确定可接受的程度。另外,建议研究三峡水库间隔一定年份,在条件允许的情况下,有组织有计划地选择适当时机下泄50000~55000m3/s流量,全面检验荆江河段堤防防洪能力,以保持长江中下游河道泄洪能力及锻炼防汛队伍,及早发现堤防隐患并加以处置。
2.关于三峡工程运用对长江中下游水资源利用的影响
试验性蓄水期间,在12月至次年4月枯水期,水库向下游补水,河道枯水流量较之前能增加500~2000m3/s,这对长江中下游沿江城镇供水总体上是有利的,尤其是遇到特枯年。5—6月三峡水库加大下泄流量,也有利于城镇供水和农田灌溉取水。7—8月水库处于汛限水位运行期,对中下游取用水影响不大。但9—11月汛末三峡水库蓄水期,导致下游沿程水位下降,对沿江城镇供水和农田灌溉取水有一定影响。
三峡工程运用以来,局部河段河床冲刷下切和河势调整,已影响到长江干流部分取引水工程的正常运行。宜枝河段河床下切但断面变化不大,需调整工程的取水高程以适应中枯流量下的低水位。荆江河段河势目前尚处在调整之中,局部河床断面冲淤变化较为剧烈,取引水口受到影响。
三峡工程运用以来,荆南三口(松滋口、太平口、藕池口)洪道河床出现了一定冲刷,2003—2012年与1992—2002年相比,三口分流比减少21%和分沙比减少80%,分沙量减少对减轻洞庭湖区的泥沙淤积是有利的,分流量减少则导致三口断流天数有所增加。
三峡水库调度对洞庭湖、鄱阳湖(以下简称两湖)水资源利用的影响主要表现在汛后蓄水期间,长江干流水位下降,经荆南三口进入洞庭湖的水量减少,两湖出湖水量增加,枯水期提前,枯水位降低,对灌溉、供水及生态环境用水产生一定影响。其中,洞庭湖9—11月城陵矶月平均水位下降约0.09~1.38m,月均最大降幅2.08m;12月至次年5月水库补水期,城陵矶月平均水位升幅约0.11~0.75m,月均最大升幅约1.09m;鄱阳湖9—10月湖口月平均水位下降约0.57~0.88m,月均最大降幅1.51m;12月至次年5月湖口平均水位抬升约0.09~0.45m,月均最大升幅约0.64m。
洞庭湖区和湘江长沙水位主要受“四水”(指湘江、资水、沅江、澧水,下同)来水情势影响,其次是长江来水共同影响。当城陵矶水位低于23m时,长江干流来水变化对长沙水位影响很小;当城陵矶水位高于23m时,干流来水变化对长沙水位才有一定的顶托作用。因此,在9—10月三峡水库蓄水时,一定程度上将导致长沙水位比正常情况略低;而在12月至次年5月补水期城陵矶平均水位略有抬升,但水位抬升幅度较小,对洞庭湖出流顶托作用影响不大。
鄱阳湖在9—10月三峡水库蓄水期,湖口水位较天然情况下降,而此时正好也是鄱阳湖退水期,因此会导致鄱阳湖湖区水位下降速度加快,湖区枯水期较天然条件提前10~20天,一定程度上加剧了湖区生活取用水和农田灌溉困难。12月至次年5月湖口水位抬升较少,只有湖口水位在11m以上时,三峡补水对湖区水面才有一定的顶托抬升作用,而且顶托作用较小,对湖区水资源利用影响不大。
3.关于三峡工程运用对水质的影响
(1)对库区水质和水华的影响。
试验性蓄水期间,库区干流水质以Ⅱ~Ⅲ类为主,丰水期(6—9月)水质明显劣于平水期(4—5月及10—11月)和枯水期(1—3月及12月),枯水期水质相对最好。干流水质由库尾至库首沿程趋好,近坝水体的水质明显好于库尾和库中。库区受回水影响的20多条主要支流水域和坝前库湾水域多次出现水华现象。
(2)对长江中下游及两湖水质的影响。
试验性蓄水期间,水库下游干流以Ⅱ~Ⅲ类为主,水质总体良好,水质最差的水域为吴淞口下23km断面,超Ⅲ类水质标准的项目主要为总磷;三峡试验性蓄水对长江中下游干流水质无明显影响。洞庭湖出口城陵矶断面水质以劣Ⅴ类为主,超标参数为总磷和总氮;鄱阳湖出口湖口断面以Ⅲ~Ⅴ类水为主,超标因子主要是总磷和氨氮;两湖水质在年际间并无明显差别。
4.关于水位集中消落期调度对电网运行的影响
5月25日至6月上旬为三峡水库集中消落期,水位日降幅一般要求维持在0.5m左右,同时为满足地质灾害治理需要,水库水位日降幅不得超过0.6m。由于5月下旬至6月上旬水库来水变化较大,考虑到目前水文预报的精度,客观上造成了此时段三峡梯级发电出力变化大,需要频繁修改发电计划,造成送出直流系统计划的频繁修改,相关电网也必须频繁调整网内机组的发电计划,增加了调度成本和电网运行风险。建议在分析蓄水以来库区地质灾害监测数据的基础上,在保证库区地质灾害治理工程安全的前提下,进一步开展适当放开水库水位日下降变幅限制的研究。
(五)综合评估意见
1.关于总体结论
三峡工程试验性蓄水期间,三峡水库的调度实践检验了正常调度的各项内容,具备全面发挥设计确定的防洪、发电、航运等巨大综合利用效益的能力,在完成《三峡水库调度规程》编制及审批,以及工程验收后,具备转入正常运行期的条件。
2.关于调度成效
三峡工程试验性蓄水期间不仅实现了设计确定的防洪、发电、航运三大目标,而且增加了供水目标,针对长江中下游严重旱情进行了抗旱调度尝试,取得了巨大的补水效益;在防洪调度方案中,进行了对城陵矶补偿调度,有效减轻了长江中下游防汛抗旱压力,协调了发电与航运调度,提高和拓展了三峡水库的综合效益。
3.关于调度影响
三峡水库汛后蓄水导致洞庭湖、鄱阳湖两湖水位下降,消落到枯水水位时间提前,对灌溉、供水及生态环境产生一定影响。但三峡水库蓄水只是造成两湖水位偏低的原因之一。通过其流域内采取相应的工程措施和非工程措施,可以缓解两湖水资源紧张问题。
4.关于需进一步研究的问题
进入正常运行期,仍需充分重视长江中下游防洪体系的全面建设,加强江湖关系变化监测和研究,加强三峡水库综合利用及优化调度研究,加强三峡水库与长江上游干支流水库统一调度。
(六)建议
1.关于转入正常运行期时机
鉴于三峡工程试验性蓄水期间已经检验了正常调度的各项内容,并已经具备全面发挥设计确定的防洪、发电、航运等巨大综合利用效益的能力,为充分发挥三峡水库的综合效益,最大限度降低影响,建议在目前三峡水库优化调度方案的基础上,尽快调整完善三峡水库优化调度方案,加快编制及审批正常运行期的《三峡水库调度规程》,尽快完成工程验收,尽早转入正常运行期。
2.关于加强三峡水库优化调度方案的研究
试验性蓄水期间,2009年国务院批准的《三峡水库优化调度方案》得到有效贯彻,并在实时调度中根据实际情况进行了修改调整,保证了水库运行按照“安全、科学、稳妥、渐进”的原则顺利实施,为正常运行期调度积累了经验。但目前三峡水库运行条件已较初步设计时发生了较大变化,诸如上游来沙显著减少、蓄水期来水有下降趋势、下游供水需求进一步加大、水文气象预报技术逐渐成熟、上游大型水利水电枢纽陆续建成运行等,因此试验性蓄水阶段性的水库调度运行经验不应原封不动用于未来正常期水库调度。建议针对上述变化,深入研究中小洪水调度方式、城陵矶补偿调度方式、汛后蓄水调度方式、汛前集中消落调度方式、补水调度方式、生态调度方式以及长江干支流水库群联合调度方式等。
3.关于加强三峡水库调度保障条件的研究
(1)建议加快长江中下游防洪体系建设。
长江防洪是由防洪体系共同实现,要依靠综合措施,长江中下游防洪体系的全面建设需继续加强。堤防应进一步除险加固,加强管理和岁修,确保在设计水位下安全泄洪;蓄滞洪区仍将长期保留,安全建设应进一步完善;河道整治方面应进一步采取措施使干流全部河段得到有效控制;应抓紧时机结合兴利修建具有防洪作用的干支流水库;同时,需大力推行非工程防洪措施。
(2)建议加强泥沙和江湖关系演变动态观测。
江湖关系十分复杂,定量预测三峡工程蓄水运用后对江湖关系的影响,是长江中下游防洪中一项必不可少的而且是技术难度大的基础工作,必须加强泥沙和河势演变等的动态观察和研究。建议继续加强泥沙原型观测,增加库区大支流的泥沙观测,加大变动回水区和常年回水区上段泥沙淤积监测力度;加强重庆主城区以上河段观测;加强坝下游河道冲刷的监测,坝下游观测范围应从湖口下延至长江口;加强荆南五河和洞庭湖及鄱阳湖的监测。加强泥沙问题的分析与研究,开展泥沙预测预报、减淤调度试验。
(3)建议加强气象与洪水预报技术的研究。
三峡工程还未经受大洪水、特大洪水的考验。在当前气象水文预报仍存在不确定性的情况下,建议加强气象与洪水预报的耦合,提高预报精度和预见期,为完善防洪调度提供可靠依据。
(4)建议加强三峡水库与长江上游干支流水库统一调度协调机制的研究。
在目前三峡工程已经基本建成的情况下,需要着重研究与上游干支流水库群统一调度的问题,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的整体效益。建议尽快加强开展以三峡水库为核心的长江干支流控制性水库群联合调度机制研究,提出水库群综合调度运用管理的总体思路,研究三峡工程与上游干支流水库群统一调度机制问题,从制度上保障上游干支流水库群能配合三峡工程充分发挥对长江中下游防洪和兴利的整体综合效益。
(5)建议建立风险调度基金。
为提高大洪水和特大洪水风险防范能力,建议从实施“中小洪水调度”所增发的电量收益中,划出部分建立风险调度基金,基金由中国长江三峡集团公司进行资本运作,使其保值增值,并接受国家防汛抗旱总指挥部和长江防汛抗旱总指挥部(以下简称长江防总)的监督。此基金可用于因各种原因造成调度失衡、发生额外损失时的补偿费用,补偿标准建议由国家防汛抗旱总指挥部、长江防汛抗旱总指挥部、相关省级人民政府和中国长江三峡集团公司等共同拟定。