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防汛抗旱

三峡工程对长江中下游防洪成效显著

——专访三峡工程设计专家、中国工程院院士郑守仁

2016年08月08日  来源: 《瞭望》新闻周刊

“三峡在长江防洪体系里确实是关键一环,作用很大,但不同的气象、水文、洪水情况,效果是不一样的。不能认为有了三峡,长江就不会再遭洪水,给三峡贴‘万能’标签;也不能出现了洪水灾情,就全面否定三峡的作用。这两种认识都是片面的、不科学的、不客观的。”

7月上中旬,长江中下游干流持续超警、多条支流多次超保证、武汉等干流城市遭遇严重内涝……社会上围绕三峡工程防洪作用的质疑不断。

三峡工程对长江中下游防洪究竟作用几何?三峡在长江防洪体系中扮演什么角色?三峡如何发挥应有的防洪功能?带着这些问题,《瞭望》新闻周刊记者日前专访了三峡工程设计专家、中国工程院院士郑守仁。

长江中下游遭遇

1999年以来最大区域性洪水

《瞭望》:入汛之初,综合分析认为发生流域性大洪水的可能性很大。从目前来看,你认为是流域性大洪水吗?

郑守仁:长江流域的洪水主要由暴雨形成,一般来讲,流域各河流的洪峰是互相错开的,而且中下游干流可顺序承泄中下游支流和上游干支流的洪水,不致造成大的洪灾。但如果气象异常,上游洪水提前或中下游洪水延后,长江上游洪水与中下游洪水遭遇,就会形成流域大洪水或特大洪水,如1931年、1954年、1998年长江流域洪水就属于这种情况。还有一些年份,长江上游干支流洪水相互遭遇或中下游支流发生强度特别大的集中暴雨也会形成区域性大洪水,1935年、1981年、1991年、1996年洪水即为此类。

从目前的水文分析来看,三峡水库上游最大入库流量是5万立方米每秒,这不算大。今年主要是中下游来水较大,干流超警戒,支流和内湖受暴雨影响发生了超保证甚至超历史洪水。目前,初步判断是长江中下游1999年以来最大的区域性洪水。

《瞭望》:今年洪水有哪些特点?

郑守仁:6月30日以来,长江流域遭受两次强降雨侵袭,汛情比较复杂,有几个特点。一是降雨强度大。7月上中旬流域降雨量与30年均值比较偏多近4成,长江中下游偏多8成多。局地降雨强度大,超过历史实测记录。

二是洪水量级大。7月上中旬中下游干流来水偏多2~3成,洞庭湖入长江控制站城陵矶站偏多5~6成。长江干流洪水量级与1996年洪水相当。部分支流和湖泊洪涝情况比1998年严重,属于区域性大洪水。

三是超警河流多。6月30日以来,长江中下游干流监利以下江段和洞庭湖、鄱阳湖全线超警,先后有145条河流发生超警戒水位以上洪水,举水、水阳江等支流和洪湖、梁子湖、巢湖等湖泊25站点出现超保证水位甚至超历史最高水位洪水。

四是干流水位高。7月6日至9日,长江中下游干流监利至南京河段出现入汛以来最高水位,洪峰过境时水位超警0.51~1.85米。莲花塘站接近保证水位,汉口站列历史最高水位第五位。城陵矶江段、九江江段持续超警时间26~29天。

三峡拦蓄上游洪量75亿立方米

50万亩耕地避免被淹

《瞭望》:有舆论认为,今年的洪水在三峡的防洪能力之外。在你看来,三峡工程对今年防洪有没有作用?有哪些具体作用?

郑守仁:今年7月初,长江1、2号洪峰时隔一天分别在长江上游和长江中下游形成,城陵矶水位直逼保证水位。这个时候很紧要了,长江防总调度三峡水库及上游水库群拦蓄洪水,充分利用三峡水库对城陵矶河段的防洪补偿库容,控制城陵矶水位最高涨至34.29米,实现了城陵矶河段不超保证水位34.4米的控制目标。

7月7日10时30分到7月16日14时,三峡水库在高于汛限水位情况下,仍将出库流量由30000立方米每秒逐步压减到20000立方米每秒左右,大大减轻了下游洞庭湖城陵矶地区等地的防洪压力。

6月30日以来,长江上中游城陵矶以上水库群累计拦洪约187亿立方米,其中三峡水库共拦蓄洪水75亿立方米。若这些洪水不拦蓄,长江中游城陵矶莲花塘站水位7月5日将突破保证水位,洪峰水位将接近35米,超保证水位时间将达7天左右,按照调度规程,需要动用城陵矶附近钱粮湖、大通湖两个蓄滞洪区分蓄洪水,蓄滞洪区内50多万亩耕地将被淹,38万多人需要转移安置。

三峡工程是越到关键时刻,越能体现其不可替代的作用。受益于三峡减少出库流量影响,有效减轻了长江中下游防洪压力,减少了长江中下游高水位持续时间,为长江抗洪防汛工作赢得主动。

《瞭望》:中小洪水面前,三峡能发挥作用吗?

郑守仁:今年的情况正好印证了这一点。三峡之所以要拦蓄中小洪水,是因为尽管长江干流堤防经过加高加固达到规划标准,但仍有不少重要支流和湖泊堤防尚未加固,大多数中小河流防洪能力仍偏低,降低湖区和干流水位,减轻防洪压力,还可以减轻对支流排涝影响。

2010年6月,经国家防总批复的《三峡-葛洲坝水利枢纽2010年汛期调度运行方案》中明确提出,在保障防洪安全的前提下,可相机进行中小洪水调洪运用,之后每年批复都是如此。

但我们也必须清醒地认识到,三峡水库拦蓄中小洪水并不是无条件的,必须是在不影响水库的自身安全(包括枢纽和库区防洪安全)、荆江河段防洪安全和在长江防洪中发挥作用的前提下,并充分利用现代水文气象预报技术,方可对三峡水库进行调度。

为了规避防洪风险,启用三峡工程拦蓄中小洪水,必须遵循三大原则:一是需要三峡水库拦蓄中小洪水以减灾解困;二是根据实时雨水情和预测预报,三峡水库尚不需要实施对荆江或城陵矶地区进行防洪补偿调度;三是不降低三峡工程对荆江地区的既定防洪作用和保证枢纽安全。满足了这些条件,三峡工程才可以启用拦蓄功能。

三峡是长江防洪体系关键工程

但非“万能工程”

《瞭望》:三峡水库的防洪库容到底有多大?

郑守仁:说到三峡水库的防洪库容,通常会提到221.5亿立方米这个数字,这是三峡水库汛限水位145米到正常高蓄水位175米之间的水库容积。

通常情况下,我们认为水库水面看作平面,平面以下计算出的库容称为静库容。然而,发生洪水时水库水面不是水平的,水库末端回水水面会上翘,实际水面线与水平面之间的水体称为楔形体,容蓄了一定的水量。就像用脸盆倒水时,总是出水口的水比盆里的水要低一点,水库也像一个大水盆,水流通过三峡大坝下泄时,在库尾水位会翘起一个“尾巴”也就是楔形库容,这个“尾巴”加上“尾巴”以下的水,就叫做动库容了。

其实,动库容并不是新鲜概念,三峡工程早在初步设计时就已考虑了动库容的影响。中国工程院在2010年《三峡工程阶段性评估报告》中明确指出,虽然采用动库容调洪拦蓄的洪量小于采用静库容调洪的洪量,但荆江河段的最大泄量和水库坝前水位没有超过采用静库容调洪的结果,是安全的。

《瞭望》:三峡在整个长江防洪体系中是什么角色呢?

郑守仁:三峡处于长江上游来水进入中下游平原河道的“咽喉”,紧邻长江防洪形势最为严峻的荆江河段,地理位置优越,三峡工程对长江上游洪水的控制作用是上游干支流水库不能替代的。三峡工程可以控制荆江河段95%的洪水来量,三峡水库的控制和调节作用最直接、最有效,就好比是控制进入荆江洪水大小的“总开关”。

《瞭望》:在一般年份中,三峡在防洪体系里局限性在哪呢?

郑守仁:如何认识三峡,需要一个科学精神和客观认识作为基础。社会上有很多对三峡的误解和质疑是因为缺乏科学的了解。三峡在长江防洪体系里确实是关键一环,作用很大,但不同的气象、水文、洪水情况,效果是不一样的。不能认为有了三峡,长江就不会再遭洪水,给三峡贴“万能”标签;也不能出现了洪水灾情,就全面否定三峡的作用。这两种认识都是片面的、不科学的、不客观的。

由于长江河道安全泄量与长江峰高量大洪水的矛盾十分突出,同时中下游仍有80万平方千米的集水面积,其中有大别山区、湘西-鄂西山地以及江西九岭至安徽黄山一带等主要暴雨区,有洞庭湖和鄱阳湖水系、清江、汉江等主要支流入汇,洪水量大,组成复杂。

三峡工程虽有防洪库容221.5亿立方米,但相对于长江中下游巨大的超额洪量,防洪库容仍然不足,如1954年大洪水,中下游干流还有约400亿立方米的超额洪量需要妥善安排。

另外,三峡工程建成以后,将会引起中下游河道冲淤变化,长江干流的蓄泄关系、江湖关系及长江中下游河势都将发生新的变化,这些都还需认真进行研究。长江防洪问题的复杂性决定了长江防洪治理的艰巨性与长期性。

提升防洪效益重在

“十指弹琴”联合调度

《瞭望》:三峡防洪效益的空间如何继续提升?

郑守仁:水库防洪的效益重在科学调度,三峡更是如此。目前长江上游已有包括三峡在内的21座水库群实现了联合调度,水库总库容约1000亿立方米、调节库容460亿立方米、防洪库容360亿立方米。

水库与水库之间,因为水系、水文等客观联系而相互影响与关联,因此长江委从2003年开始,在水库群联合调度技术方面做了大量研究。

什么是联合调度呢?比如要抬400斤的重物,一个人搬不动,两个人来抬有点勉强,那么三个人抬有点进展,四个人抬就抬走了。首先就是“众人拾柴火焰高”的意思。其次,联合调度不是洪水来了就一哄而上乱调度,是讲究科学和规律的,就像人弹钢琴,十个手指跟着旋律在弹,听的人看不见但是弹的人知道是有章法的,有规律的。水库群调度也是如此,洪水规律、水文情况、水库本身等因素背后有看不见的规律,搞水库联合调度的人需要摸清这些规律来十指弹琴。

早在2009年,长江委就完成了《以三峡水库为核心的长江干支流控制性水库群综合调度研究》。根据国家相关部门批复,从2012年开始,针对长江上游控制性水库(水电站)逐步投入、运行条件不断变化的特点,每年组织编制年度长江上游水库群联合调度方案,并不断丰富与完善,为水库群联合调度提供了有效的依据。

2012年的时候是包括三峡在内的10库联调,2013年是17库联调,2014年到2016年就发展到21座水库联合调度,明年会继续增加,联合调度的研究工作还将继续开展,基础研究仍要加强,这是以三峡为核心的水库群提升整体防洪效益的关键。

《瞭望》:联合调度有什么讲究?三峡的调度重点是什么?

郑守仁:一般而言,中下游水库主要是管本流域的削峰错峰,然后配合三峡水库进行拦蓄洪量;上游水库对本流域防洪也是削峰错峰为主,配合三峡为长江中下游防洪时,以拦蓄洪量为主,然后是削峰错峰,但如果三峡库区的征地线或移民线可能受到威胁时,就要削峰错峰为主,减小三峡的入库洪峰流量,降低三峡库区水面线。三峡是水库群联合调度中的核心,相当于“总控制人”,其他水库群则是配合三峡进行调度。

水库调度,流量和水位是相互配合的,比如三峡水位到了155米以上,入库流量过5.5万立方米每秒时就要加大下泄,或者上游其他水库帮忙,控制三峡入库流量小于6.5万立方米每秒。但是2012年三峡迎来建库最大入库流量7.12万立方米每秒,又没有加大下泄,因为水位没有到155米,库区防洪是安全的,所以两者是个动态的关系。

三峡的调度方案是不断完善的,但需经主管部门批复。比如,在1993年批准的三峡工程初步设计,主要的防洪目标是保护荆江地区,并没有对城陵矶进行补偿调度的任务,对城陵矶的防洪补偿调度,是2009年国务院批准水利部印发的《三峡工程优化调度方案》赋予三峡工程的一项新使命。

如果按对荆江地区防洪调度方式,遇1998年洪水,三峡水库只拦蓄洪量30多亿立方米。遇1954年洪水,三峡水库也只需要拦蓄不到95亿立方米,就可以将通过荆江河段的洪水水位控制在安全值以下,但是城陵矶附近地区及其以下的长江中下游地区仍然有400多亿立方米的超额洪量需要分蓄到蓄滞洪区,才可保证洪水安全通过河道宣泄入海,其中城陵矶附近地区超额洪量378亿立方米。在三峡水库尚有大部分防洪库容未运用时,下游城陵矶附近地区大量分洪,显然是不合理的。因此,三峡水库有能力也有必要承担中下游更多的防洪任务。

城陵矶地区是长江中游防洪压力最大的地方,为此,结合近期堤防建设情况和新的江湖关系变化,综合考虑水库泥沙淤积、库区淹没影响制约条件等因素,开展了更加深入的研究,提出了三峡水库兼顾对城陵矶防洪补偿调度方式。即在确保荆江地区防洪安全的前提下,将三峡水库155米水位以下的56.5亿立方米防洪库容用于兼顾对城陵矶地区防洪补偿;三峡水库兼顾对城陵矶进行防洪补偿调度,可较好地应对不同来水情况,减少城陵矶附近地区的分蓄洪量和分洪几率,遇1954年洪水可减少60多亿立方米,进一步提高三峡工程的防洪效益,通过上游水库群的联合调度,分洪量还会进一步减少。

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