三峡工程防洪作用与2010年防洪调度实践

蔡其华

（水利部长江水利委员会，430010，武汉）

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，目前三峡工程已经全面建成，可以发挥规划的防洪等功能。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。

一、三峡工程的防洪作用

1.长江中下游的防洪形势

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1100mm，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，5—10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。

新中国成立后，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。

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。

③长江中下游蓄滞洪区内人口多，安全建设滞后，实施计划分洪十分困难，一旦分洪损失大；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。

2.三峡工程的防洪作用

三峡水库正常蓄水位175 m以下总库容 393亿m3，其中防洪库容221.5亿m3，工程建成后通过水库调蓄运用，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44.50m，不需启用荆江分洪区；遇千年一遇或1870年洪水，可控制枝城流量不超过80000m3/s，配合荆江分洪区运用，可使沙市水位不超过45.00m，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损失。

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取捷径直趋武汉的威胁。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，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。

二、2010年长江洪水特性

1.汛情特点

2010年长江汛情主要有以下四个特点：

①暴雨过程多，强度大。入汛以来，长江流域暴雨持续不断，主汛期发生了4次相对集中的强降雨过程，且持续时间长，强雨带南北拉锯、上下游移动。各阶段降水强度多以大到暴雨、局地大暴雨为主。6月16—24日强雨区主要发生在长江中下游的两湖水系，最大降雨中心出现在信江和抚河一带；7月8—15日期间主雨区略有北抬，强雨区主要发生在长江中下游干流至两湖水系偏北地区一带，最大降雨中心位于长江下游干流区间；7月15—25日期间，强雨区西进北抬，强降雨主要发生在嘉、岷流域及汉江上中游地区，最大降雨中心出现在渠江；8月12—25日期间多雨区再次出现在嘉、岷流域及汉江上中游地区一带。各阶段最大暴雨中心日雨量均超过250mm。

②汛情来势猛，范围广。主汛期长江流域大部分地区发生或多次发生大范围暴雨，仅统计上述4次集中性强降雨阶段，累计雨量大于100mm的笼罩面积分别约为39.8万、46.3万、61.4万和 69.1万 km2； 大于 300mm的笼罩面积分别约为7.1万、10.1万、6.5万和2.6万km2。与历史同期降雨量相比，6—8月长江流域偏多一成，长江上游基本正常，中下游偏多两成。

③洪水涨幅大，超警多。受强降雨影响，长江干流大部江段和抚河、信江、嘉陵江、汉江等多条重要支流及洞庭湖、鄱阳湖区均发生超警以上的洪水，且水位涨势迅猛。鄱阳湖水系昌江渡峰坑站最大日涨幅5.41 m，洪峰水位超过警戒水位4.25 m；干流寸滩站7月19日24小时水位涨幅近5 m，从接近警戒水位到超过保证水位；三峡水库库水位最大日涨幅4.06m，最大日拦蓄洪水量24.68亿m3；嘉陵江支流渠江罗渡溪站水位最大日涨幅11.39 m，洪峰水位超过历史最高水位，流量超过历史最大流量；汉江干流白河站水位最大日涨幅12.46 m，水位超过保证水位，流量从4610m3/s猛增到21400m3/s。

④洪灾类型多，损失重。山洪、泥石流、滑坡、城市内涝等多种类型灾害频繁发生，造成了大量人员伤亡和财产损失。截至2010年8月底，长江流域共有9个省 （直辖市）1046个县（市、区）受灾，山洪灾害数百起，大量县城受淹。

2.洪水特性

分析2010年汛期长江洪水，主要有以下四个方面特性：

①洪水发生范围广。长江干流上、中、下游均发生了较大洪水，多条支流发生了特大洪水。干流上游寸滩江段发生超保证洪水，中下游监利、城陵矶、九江、大通和南京河段等都发生超警洪水；抚河、信江、湘江、澧水、乌江、嘉陵江、汉江等重要支流以及洞庭湖、鄱阳湖区发生或多次发生超警以上洪水。

②涨水过程频繁。因流域内雨带南拉北锯，干流部分河段和多数支流反复发生洪水，涨水过程频繁。

③洪水涨落迅速。长江上游发生的几次较大洪水，都为陡涨陡落洪水，持续时间不长，因此峰高而量不大；中下游各控制站高水位均历时不长，汉口站、湖口站、大通站发生超警戒水位的时间分别仅为2天、27天和8天。

④上游与中下游洪水未形成明显遭遇。虽然长江干流大部江段和多条重要支流均发生超警戒以上洪水，有的河段水位超过保证水位或创历史最高纪录，但长江上游洪水与中下游洪水未形成明显遭遇，加之三峡、丹江口水库的适时削峰调洪调度影响，更大大减轻了中下游的防洪压力，干流沙市未出现超警水位，监利、螺山、汉口、九江、大通河段也只出现一般超警洪水。

三、2010年三峡水库防洪调度实践

1.三峡水库优化调度方案

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。根据三峡建委第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，三峡水库防洪库容的利用效率明显不够高，难以适应中下游地区的现实要求，因此在初设阶段研究基础上，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，直接用于以城陵矶地区防洪为目标，相应库水位为155.0m；第二部分库容125.8亿m3，用于荆江地区防洪补偿，相应库水位为171.0m；第三部分库容约39.2亿m3，用于防御荆江特大洪水。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。

2.2010年三峡水库实际调度运行

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，根据实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”。

为应对主汛期长江洪水，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，以减轻中下游防洪压力，库水位抬高约5 m，最高达到 149.83 m（6月 27日 8时），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38500m3/s，控制下泄流量 32000m3/s，削减洪峰流量6500m3/s，库水位抬高约4.5 m，最高达到149.60m（7月15日8时），拦蓄洪水20多亿m3。第三次在7月20—22日，三峡水库入库洪峰流量达70000m3/s，通过控制下泄流量，为下游防洪削峰约30000m3/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24—30日，受长江上游嘉陵江等支流的强降雨影响，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，26日库水位最低降至156.69 m。28日高达56000m3/s的洪峰抵达三峡大坝，三峡水库控制下泄流量在40000m3/s左右，库水位连续攀升，30日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 21—27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25000m3/s流量控泄，水库水位从147 m开始上升至160m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30000m3/s，之后按30000m3/s控泄。此次洪水，三峡水库拦蓄洪水80多亿m3。

3.调度效果与效益分析

2010年汛期，长江防总通过科学调度三峡工程，及时拦洪，适时泄洪，有效削峰错峰，不仅充分发挥了三峡工程的防洪作用，而且也取得了显著的发电、航运等综合利用效益。

①在防洪方面，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人民造成的安全威胁，缓解了中下游地区的防洪压力。

②在发电方面，调度三峡水库拦蓄洪水期间，三峡水库一直维持在高水位运行，最高达到160.01 m，这大大增加了发电量。据初步统计，与同期相比，6—8月三峡水库增加发电量30多亿kWh。

③在航运方面，通过调度，及时调控三峡水库下泄流量至25000m3/s，分两次疏散了积压在三峡—葛洲坝之间的中小船舶，仅7月31日8时至8月1日20时，就疏散了滞留在三峡河段的船只500条（艘），有效地保障了交通安全。

2010年三峡防洪调度合理兼顾了对城陵矶的防洪补偿,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。

四、三峡水库调度相关问题探讨

三峡工程综合效益的发挥取决于三峡水库的优化调度。随着三峡工程的全面建成，进一步加强三峡水库调度的深化、优化、精细化研究，促进三峡工程综合效益的充分发挥十分重要和必要。

1.关于三峡水库入库洪水与动库容调洪

三峡水库动、静库容调洪均可满足水库调度的要求，但水库建成后，楔形库容是客观的，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。

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。

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，但枝城的最大流量百年一遇洪水时均为56700m3/s，千年一遇洪水时均小于80000m3/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。

2.关于水库蓄水对重庆河段泥沙冲淤及回水的影响

随着长江上游干支流水库的逐步建设，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—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15.0 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160m时，寸滩以上库段基本不受三峡水库蓄水影响，9月中旬—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160m时，壅水逐渐影响到主城区河段，特别是当坝前水位超过162m时，朝天门以上河段受壅水影响明显。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，同时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，同时明显降低变动回水区洪水位。

3.关于三峡水库对城陵矶防洪补偿调度

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设，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）站水位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洪标准，又可进一步降低城陵矶的洪水位。

实施城陵矶防洪补偿调度，汛期三峡水库蓄水概率将增加，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 1954、1996、1998、1999、2002年等年份），经对20世纪初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也是可行的。今后，应结合上游水库的不断建成，深入研究对城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概率增加后的水库泥沙淤积及下游的冲刷问题。

4.关于上游水库对三峡水库蓄水的影响

随着上游水库的兴建，水库群防洪库容不断增加，水库蓄水与防洪以及水库群之间的蓄水矛盾会加大，为此，需要进一步从技术及行政两方面协调水库防洪与蓄水、三峡水库蓄水与上游水库蓄水之间的关系，以充分发挥水库对水资源的调节作用，获得更大的综合利用效益。

与三峡水库同步蓄水的上游水库主要为有防洪任务水库，同步蓄水库容目前为 20.1亿m3，2013年溪洛渡、向家坝投运后将达66.6亿m3。遇上游发生枯水水情，估算上游其他水库还将增加与三峡同步蓄水库容21.0亿m3。按不利的来水情况考虑，目前、2013年上游与三峡同步蓄水库容分别为 41.1亿m3、87.6亿m3。

在长江流域综合规划和长江流域防洪规划中，对上游水库防御本支流洪水和配合三峡水库对长江中下游防洪预留的防洪库容做了整体安排，总规模300多亿m3。为协调水库群汛后蓄水与防洪调度，防洪规划提出上游水库以拦蓄洪水基流的方式配合三峡拦洪，也就是防洪库容分期预留，水库在7—8月可开始逐步蓄水。在金沙江下游4梯级及上游其他支流水库的调度运行设计时，各水库按9月底以前完成蓄水任务来设计水库运行方式。

随着上游水库的兴建，当水库群具有一定规模后，水库兴利蓄水与防洪、下游用水需求的矛盾将会进一步加大，目前长江水利委员会正在抓紧进行三峡及上游水库群联合蓄水调度方式的研究。受来水、工程建成下闸蓄水等多方面影响，每年的汛末蓄水量都在变化，为协调上、下游水库蓄水关系，需要尽快建立信息通报渠道，为三峡水库做好蓄水调度方案提供信息支持；同时，为有效利用好长江水资源，需尽快建立以三峡为核心的长江控制性枢纽统一调度的运用机制。

5.关于三峡蓄水对长江中下游水文情势的影响

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月至次年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，持续时间增长，年最低水位平均值略有抬高；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，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。

五、建 议

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将进一步加剧，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。