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第五单元 河流的综合治理──以长江三峡工程为例
5.1 长江三峡工程建设的意义和作用
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三峡工程的历史回顾
长江三峡河段，是世界上最大的水力资源宝库之一。最早提出三峡工程的，首推中国民主革命的先驱孙中山先生。早在1919年，他就提出在三峡建坝的设想，以改善川江航运、开发利用长江水力资源。
自那以后，无数的专家、学者对三峡工程倾注了极大的心血。值得提出的是，较早提出具体开发计划的是美国的经济学家潘绥（G.R. Passhal）先生。1944年，他建议在三峡建一总装机容量为1 050万千瓦的发电厂。同年5月，美国垦务局设计总工程师、世界著名坝工专家萨凡奇（J.L. Savage）先生徒步考察了三峡，编写了《扬子江三峡计划初步报告》，报告建议在宜昌上游建200米高坝，装机1 056万千瓦，同时有防洪、灌溉、航运之利。
新中国成立后，百废待兴，但三峡工程受到了中国政府的高度重视。从1954年开始论证，历时38年之久。为了研究该工程，不仅国内的科学界、工程技术界有几代人付出了大量的精力和心血，原苏联、美国、加拿大等国不少专家也曾参与了工程规划、设计研究与咨询工作。所投入力量之雄厚、工作量之浩瀚，在世界工程史上堪称罕见。
经过缜密研究、充分讨论、反复论证，1989年5月重新编制了《长江三峡水利枢纽可行性研究报告》。报告的主要结论是：三峡工程对我国的建设是必要的，在技术上是可行的，经济上是合理的，建比不建好、早建比晚建有利。
此后，国务院成立了三峡工程审查委员会，聘请了163位各方面的专家对可行性研究报告进行审查，并获国务院常务会议通过。1992年4月3日，第七届全国人民代表大会第五次会议通过了《关于兴建长江三峡工程决议》，1993年三峡工程进入了施工准备阶段。经过一年多的施工准备，1994年12月14日，三峡工程正式开工，开始进入大规模建设阶段。并以1997年11月大江截流成功为标志，进入了二期施工阶段。目前，枢纽工程建设、库区移民和输变电工程正在有计划、按进度地顺利展开。
三峡水利枢纽工程基本情况
三峡水利枢纽坝址位于西陵峡的三斗坪，上距葛洲坝工程38千米，是一座具有防洪、发电、航运、环保以及养殖、供水等巨大综合效益的特大型水利水电工程。
这项工程由拦江大坝、水电站和通航建筑物等部分组成，采用“一级开发，一次建成，分期蓄水，连续移民”的方针。即从三峡坝址到重庆之间的长江干流只修建三峡一级枢纽工程（在这一河段上曾比较研究过一级、二级开发方案）；大坝按坝顶高程185米（吴淞基面以上，下同）的最终规模一次建成；水库分期蓄水，初期蓄水位156米，最终蓄水位175米；移民在统一规划的前提下按连续搬迁的原则进行安排。水库总库容量393亿立方米，其中防洪库容221.5亿立方米。电站装机26台，总容量1 820万千瓦，年发电量847亿千瓦时。通航建筑物包括双线5级船闸和一线垂直升船机各一座，年单向通航能力5 000万吨。
工程分三期施工。第一期先沿着江中一座小岛──中堡岛──修筑一道纵向围堰，与一期上下游围堰将河槽右部围成一期施工基坑，在基坑内开挖一条导流明渠，并修建一条混凝土纵向导墙；同时在左岸高地上修建永久船闸、升船机及临时通航船闸。
导流明渠及混凝土纵向导墙修好后，即开始第二期施工，首先进行主河槽截流，并形成二期基坑，在二期基坑内修建河床泄洪坝段和左岸厂房坝段及发电厂房，并继续修建永久船闸。这一期间，江水及来往船只由导流明渠通过，在洪水期，船只由临时船闸通过。当二期工程修到一定程度可以挡水、发电、通航时，再在导流明渠内修建三期围堰，形成三期基坑。第三期工程即在三期基坑内修建右岸厂房坝段及厂房，并继续二期未完成的工程直至全部工程竣工。
一期工程及施工准备工程共安排5年，从1993年至1997年，以大江截流为标志；二期工程安排6年，以2003年第一批机组发电完成为标志；三期工程安排6年，至2009年竣工。二期工程完成后即可开始通航发电。因此，从施工准备开始到第一批机组发电、多级船闸通航共需11年，全部工程总工期共17年。
三峡水利枢纽主体工程总工程量是土石方开挖约14 780万立方米，土石方填筑约9 280万立方米，混凝土浇筑约2 840万立方米，钢材28.08万吨，钢筋35.43万吨。与已建成的葛洲坝工程相比，土石方量约相当于葛洲坝工程的1.5倍，混凝土约为2.7倍。按1993年5月末的价格计算，枢纽工程的静态总投资为500.9亿元。
1931、1935、1954、1998年长江的洪水灾害情况
1931年7月，长江中下游连续降雨近一个月，雨量超过常年同期雨量的两倍以上，江湖洪水满盈。7月下旬长江中下游梅雨结束后，雨区转向长江上游，金沙江、岷江、嘉陵江发生大水，其中以岷江洪水最大。川水东下与长江中下游洪水相遇，造成荆江大堤下段漫溃，沿江两岸一片汪洋，54个县市受灾，受淹农田339.3万公顷，受灾人口2 855万人，损毁房屋180万间，因灾死亡14.52万人，灾情惨重。武汉三镇，平地水深丈余，陆地行舟，商业停顿，百业俱废，物价飞涨，瘟疫流行，受淹时间长达133天。
1935年7月3日至7日的5 天内，三峡区间南部以五峰为中心，北部以兴山为中心，发生了紧相衔接的两次特大暴雨。五日暴雨量实测值以五峰1 281.8毫米为最大，是我国著名的“357”暴雨（即1935年7月暴雨）的最大暴雨中心。兴山暴雨中心的五日暴雨量也达1 084毫米。由于暴雨急骤，致使三峡地区、清江、澧水、汉江洪水陡涨，来势凶猛，荆江大堤沙市以上得胜寺、横店子，沙市以下麻布拐相继溃口，荆州、沙市、监利、沔阳、枝江、松滋、石首均成泽国。“纵横千里，一片汪洋，田禾牲畜，荡然无存，十室十空，骨肉离散，为状之惨，目不忍睹”。江汉平原53个县市受灾，受灾农田151万公顷，受灾人口1 003万人，因灾死亡14.2万人，损毁房屋40.6万间。由于这次洪水的洪峰流量大而洪水总量较小，故长江中下游干流两岸灾情比1931年为小。
1954年6月中旬，长江中下游发生三次较大暴雨，历时9天，雨季提前且雨带长期徘徊于长江流域，直至7月底流域内每天均有暴雨出现，且暴雨强度大、面积广、持续时间长，在长江中下游南北两岸形成拉锯局面。8月上半月，暴雨移至长江上游及汉江上中游。由于在上游洪水未到之前，中下游湖泊洼地均已满盈，以致上游洪水东下时，宣泄受阻，形成了20世纪的最大洪水。在党和各级政府领导下，在全国大力支持下，经百万军民奋战百天，并相机运用了荆江分洪区和一大批平原分蓄洪区，才保住了武汉、黄石等重点城市免遭水淹，保住了荆江大堤安然未溃决。但洪灾造成的损失仍然十分严重。受灾农田317万公顷，受灾人口1 888万人，因灾死亡3.3万人，损毁房屋427.6万间。武昌、汉口被洪水围困百日之久，京广铁路一百天不能正常通车。
1998年夏季，由于太平洋副热带高压势力较弱，北方冷空气南下频繁，长江流域降水时间早、强度大，形成全流域洪涝灾害。从1998年6月下旬开始出现洪水征兆，7月2日第一次洪峰过宜昌，至8月31日第8次洪峰过宜昌，洪水期长达两个多月。除江汉平原外，上至四川、重庆，下至江西九江、安徽安庆等地都受到洪水的威胁。仅上游四川省就有150多个县受灾，包括133万公顷农作物、63处水利设施、100余座水电站、22座水库和40多万间房屋，直接经济损失近100亿元人民币。
三峡水库的防洪作用
三峡工程钢筋混凝土大坝坝顶高度185米，水库总库容393亿立方米，与世界各国已经建成的大坝、水库相比，完全可以称得上是“高坝大库”了。但与水量充沛、浩荡东去的长江的年径流量相比，它的库容就算不上是大水库了。宜昌水文站多年平均年径流量为4 510亿立方米，三峡水库总库容仅是年径流量的8.7%，也即三峡水库的库容系数为8.7%，只能对长江来水按季度进行调节，无法做到年调节或多年调节，也就无法像北京密云水库、埃及阿斯旺水库那样拦蓄一次洪水的全部水量。那么，三峡水库的防洪库容仅有221.5亿立方米，究竟是怎样起到防洪作用的呢？
三峡水库是采用“削峰滞蓄”的方式起到巨大的防洪作用的，削减洪峰流量超过中下游河道安全泄量的部分，将这部分水量暂时滞蓄在水库内，待一次洪峰过后，再陆续放走，使库内水位仍维持在汛期限制水位145米，也就是腾空防洪库容，以迎接下一次洪峰的到来。例如，遇到百年一遇洪水，经三峡水库调蓄，可将枝城洪峰流量87 100立方米/秒，削减为荆江河段可安全宜泄56 700立方米/秒；百年一遇洪水宜昌30天洪水总量虽然有1 393亿立方米，但三峡水库只需拦蓄洪水143亿～172亿立方米（随调度方式而异），库内最高水位166.7～169.9米，全部洪水可以安全下泄，不必启用荆江分洪区。又如，如遇1870年洪水，枝城洪峰流量达11万立方米/秒，30天洪水总量约1 750亿立方米，三峡水库拦蓄洪水193亿～220亿立方米，库内最高水位172.1～175.0米，即可将11万立方米/秒的洪峰流量削减为71 500～77 000立方米/秒，配合荆江分洪区及其他分洪区的运用，可使荆江两岸避免发生毁灭性灾害。
三峡工程的防洪效益
三峡工程正常蓄水位175米时，有防洪库容221.5亿立方米，防洪效益十分显著，对长江中下游地区的主要防洪作用有以下几个方面。
1．如遇千年一遇或类似1870年特大洪水，枝城洪峰流量达11万立方米/秒时，经三峡水库调蓄后，枝城流量可不超过71 700～77 000立方米/秒，配合运用荆江分洪工程和其他分蓄洪区，可控制沙市水位不超过45.0米，可使荆江南北两岸、洞庭湖区和江汉平原避免发生毁灭性灾害。
2．可使荆江河段防洪标准从十年一遇提高到百年一遇，即遇到不大于百年一遇洪水时，经三峡水库调蓄后，可控制枝城流量不超过56 700立方米/秒，沙市水位不超过44.5米，可不启用荆江分洪区和其他分蓄洪区。
3． 提高了对城陵矶以上洪水的控制能力，配合丹江口水库和武汉附近分蓄洪区的运用，可避免武汉市汛期水位失去控制，不但提高了武汉市防洪高度的灵活性，还对武汉市防洪起到保障作用。
4．减轻了洪水对洞庭湖区的威胁，还可延缓洞庭湖泥沙淤积速度，延长洞庭湖寿命；可对澧水洪水进行错峰调节，减轻其下游的洪水灾害；并为松滋口等4口建闸控制和洞庭湖的治理创造了条件。
5．增加了长江中下游防洪高度的可靠性和灵活性，便于更好地应付各种情况。例如：若遇特大洪水需要运用分洪区时，因有三峡水库拦蓄洪水，即可为分蓄洪区人员转移、避免人员伤亡赢得时间。
据1991年调查资料综合分析，按1992年价格水平计算，三峡工程防洪多年平均直接经济效益为每年22.0亿～25.2亿元。另据计算，若遇1870年特大洪水时，直接经济效益为：可减少农村淹没损失510亿元，可减少中小城市和城镇淹没损失240亿元，减少江汉油田淹没损失19亿元，以上三项合计为769亿元。除直接经济效益外，还可避免因大堤、垸堤溃决而造成的大量人员伤亡；避免洪水对武汉市的威胁，避免京广、汉丹等铁路干线中断或不能正常运行；避免灾区的生态与环境恶化，疾病流行，传染病蔓延；避免洪灾带来的饥荒、救灾、灾民安置等一系列社会问题，这些效益是很难用经济指标来表示的。
长江中下游防洪综合治理措施
要解决好长江中下游的防洪问题，必需采取综合治理措施。主要措施有以下几项。
1．在干支流广大地区进一步搞好水土保持，加强长江中上游防护林体系建设，防止水土流失。1988年，国务院已成立长江中上游水土保持委员会，全面推进上中游的水土保持工作，并将葛洲坝库区、金沙江下游及毕节地区、陇南地区、嘉陵江中下游地区、三峡库区列为全国水土保持重点治理地区，国家每年拨出专项资金6 000万元进行治理。1989年国家批准了长江中上游防护林体系建设工程，作为涵养水源、保持水土的重点工程，现正由林业部负责，加紧实施。
2．对主要支流开展治理，在支流上兴建水库。新中国成立以来，长江流域已建成水库4万座，其中大型水库111座，除葛洲坝工程外，全部兴建在支流上。其中，有一大批大型水库有较大的防洪作用，如丹江口、东江、风滩、柘溪、乌江渡、碧口、陈村、万安、隔河岩等。正在建设的有五强溪、东风、宝珠寺等，将要建设的有紫平坪铺、瀑布沟、亭子口、合川、构皮滩、彭水、江垭、皂市等。
3．在干流上兴建三峡工程。在长江各主要支流及干支流上游兴建水库，仍无法控制这些水库至宜昌区间30万平方千米面积上产生的暴雨洪水，也就对荆江河段洪峰流量的削减作用不大。兴建三峡工程，可以解决最为迫切的荆江河段的防洪安全问题。
4．加强中下游堤防建设。堤防永远是长江中下游防洪的基础设施，必需继续加强。长江中下游堤防总长3万余千米，其中干流堤防长3 600千米。新中国成立以来，长江堤防已经历过三次大的整修，累计完成土石方40.5亿立方米。目前的防御水位是按照1980年防洪方案确定的，沙市45.00米，城陵矶34.40米，汉口29.73米，湖口22.50米。“千里大堤，溃之蚁穴”，堤防的维护是一项长期的繁重任务，不能有丝毫的松懈和麻痹。
5．加强分蓄洪区建设。现在遍布长江中下游的分蓄洪区（总蓄洪容量492亿立方米）都是已开垦利用的农业发达地区，人口相当稠密，随着经济的发展和人口的增长，运用一次分蓄洪区的损失也会越来越大。因此，对于分洪失控后可能造成较大灾害的分蓄洪区，应修建分洪和退水建筑物，还应当因地制宜建设安全楼（台）、撤退道路、临时救生设施和通讯预警设施。并应尽早完善分蓄洪区的管理，制定相应的对策和条例。
6．中下游河道整治与洞庭湖治理。河道整治工程是长江中下游防洪工程的重要组成部分，必须统一规划，通盘安排，逐步实施。河道整治的任务有：重点河段的护岸和河势控制；裁弯取直扩大泄量；清除河道内行洪障碍；扩大或疏浚排洪河道等。
洞庭湖的治理，应当继续加强重点堤防建设，加快分蓄洪圩垸的安全建设，加快澧水洪道与南洞庭洪道的整治，加强湖区排涝设备的更新改造与电网建设。
7．加强防洪管理和非工程防洪措施。主要内容有：①制定并严格执行长江中下游防洪的有关政策、法规与法令，建立防洪基金，实行防洪保险等；②继续加强防汛预警、预报通讯系统的现代化建设，应用高新技术手段研究、提高预报准确性和延长预见期；③加强分蓄洪区管理，使区内的生产与生活适应防洪要求，在需要分洪时群众能安全转移；④继续强化由各级行政首长负责的防汛指挥和抢险系统。
三峡水电站发电机制
水利水电枢纽的大坝建成、水库蓄水后，大坝上游水库内的水位与大坝下游的水位，就形成了一定的水位差，专业术语称其为“水头”。具有一定水头和水量的水流，通过压力钢管冲动水轮机，和水轮机连在一根主轴上的发电机也就跟着转动起来，即发出了强大的电力。也就是说，水库内水的位能转变成水轮机的动能，水轮机的动能转变成发电机发出的电能。
三峡水库正常蓄水位175米时，大坝下游的最低水位为62米，则三峡水电站的最大水头为113米；汛期限制水位为145米时，大坝下游的最高水位为74米，则三峡水电站的最小水头为71米，一年内的加权平均水头为90.1米。三峡工程第11年第一批机组发电时的上游水位为135米，汛期大坝下游的最高水位为74米，则三峡水电站初期运行时的最小水头为61米。单机容量为70万千瓦的水轮发电机组，额定工况下每秒钟需要通过的水量为950立方米。具有上述水头和水量的水流，从底部高程为110米的水电站进水口，流入内径为12.3米的压力钢管，通过压力钢管再流入坝后式电站厂房的蜗壳，水流的巨大冲击力使水轮机以每分钟75转的速度转动起来，发电机也以同样的速度转动起来发电。
三峡水库是一个季节性水库，为了充分发挥工程的综合效益，必须兼顾防洪、发电、航运及排沙的要求。汛期以防洪和排沙为主，发电服从防洪和排沙，枯水期发电与航运应统筹兼顾。根据这一调度原则，每年汛期6～9月，水库水位一般维持在防洪限制水位145米（初期135米），水电站水头较低但来水量较大，发出的电力承担电力系统的基荷和腰荷；每年枯水期11月～次年4月底，水库水位一般维持在较高水位，水电站水头较高但来水量较少，由水库进行调节后，发出的电力主要承担电力系统的峰荷和腰荷，为满足葛洲坝工程下游航运的需要，还要承担140万千瓦的基荷。
三峡水电站
三峡水电站建成后，无论从装机总容量来看，还是从多年平均年发电量来看，在一定时期内，都将是世界上第一大水电站。
三峡水电站左岸厂房安装14台水轮发电机组，右岸厂房安装12台，总共装机26台；单机容量70万千瓦，装机总容量为1 820万千瓦。多年平均年发电量为846.8亿千瓦时，相当于我国1992年全年发电量的近七分之一。
目前世界上最大的水电站是位于南美洲巴拉那河上的由巴西、巴拉圭两国合建的伊泰普水电站，总共装机18台，单机容量70万千瓦，装机总容量为1 260万千瓦；多年平均年发电量为710万千瓦时。
据水利水电科技信息部门调查，目前世界各国正在进行可行性研究的大水电站，其装机总容量和多年平均年发电量还没有超过三峡水电站的。因此可以说，三峡水电站建成后，在一定时期内，将是世界上最大的水电站。
目前已经建成的、位于世界第三位至第八位的大水电站见下表。
国家
水电站名称
河流
装机总容量（万千瓦）
年发电量（亿千瓦时）
美国
大古力
哥伦比亚河
1083
203（初期）
委内瑞拉
古里
卡罗尼河
1030
510
巴西
图库鲁伊
托次廷斯河
800
324（初期）
加拿大
拉格兰德二级
拉格兰德河
732.6
358
俄罗斯
萨扬舒申斯克
叶尼塞河
640
237
俄罗斯
克拉斯诺维尔斯克
叶尼塞河
600
204

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