資源簡介

第五單元 河流的綜合治理──以長江三峽工程為例
5.1 長江三峽工程建設的意義和作用
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三峽工程的歷史回顧
長江三峽河段，是世界上最大的水力資源寶庫之一。最早提出三峽工程的，首推中國民主革命的先驅孫中山先生。早在1919年，他就提出在三峽建壩的設想，以改善川江航運、開發利用長江水力資源。
自那以后，無數的專家、學者對三峽工程傾注了極大的心血。值得提出的是，較早提出具體開發計劃的是美國的經濟學家潘綏（G.R. Passhal）先生。1944年，他建議在三峽建一總裝機容量為1 050萬千瓦的發電廠。同年5月，美國墾務局設計總工程師、世界著名壩工專家薩凡奇（J.L. Savage）先生徒步考察了三峽，編寫了《揚子江三峽計劃初步報告》，報告建議在宜昌上游建200米高壩，裝機1 056萬千瓦，同時有防洪、灌溉、航運之利。
新中國成立后，百廢待興，但三峽工程受到了中國政府的高度重視。從1954年開始論證，歷時38年之久。為了研究該工程，不僅國內的科學界、工程技術界有幾代人付出了大量的精力和心血，原蘇聯、美國、加拿大等國不少專家也曾參與了工程規劃、設計研究與咨詢工作。所投入力量之雄厚、工作量之浩瀚，在世界工程史上堪稱罕見。
經過縝密研究、充分討論、反復論證，1989年5月重新編制了《長江三峽水利樞紐可行性研究報告》。報告的主要結論是：三峽工程對我國的建設是必要的，在技術上是可行的，經濟上是合理的，建比不建好、早建比晚建有利。
此后，國務院成立了三峽工程審查委員會，聘請了163位各方面的專家對可行性研究報告進行審查，并獲國務院常務會議通過。1992年4月3日，第七屆全國人民代表大會第五次會議通過了《關于興建長江三峽工程決議》，1993年三峽工程進入了施工準備階段。經過一年多的施工準備，1994年12月14日，三峽工程正式開工，開始進入大規模建設階段。并以1997年11月大江截流成功為標志，進入了二期施工階段。目前，樞紐工程建設、庫區移民和輸變電工程正在有計劃、按進度地順利展開。
三峽水利樞紐工程基本情況
三峽水利樞紐壩址位于西陵峽的三斗坪，上距葛洲壩工程38千米，是一座具有防洪、發電、航運、環保以及養殖、供水等巨大綜合效益的特大型水利水電工程。
這項工程由攔江大壩、水電站和通航建筑物等部分組成，采用“一級開發，一次建成，分期蓄水，連續移民”的方針。即從三峽壩址到重慶之間的長江干流只修建三峽一級樞紐工程（在這一河段上曾比較研究過一級、二級開發方案）；大壩按壩頂高程185米（吳淞基面以上，下同）的最終規模一次建成；水庫分期蓄水，初期蓄水位156米，最終蓄水位175米；移民在統一規劃的前提下按連續搬遷的原則進行安排。水庫總庫容量393億立方米，其中防洪庫容221.5億立方米。電站裝機26臺，總容量1 820萬千瓦，年發電量847億千瓦時。通航建筑物包括雙線5級船閘和一線垂直升船機各一座，年單向通航能力5 000萬噸。
工程分三期施工。第一期先沿著江中一座小島──中堡島──修筑一道縱向圍堰，與一期上下游圍堰將河槽右部圍成一期施工基坑，在基坑內開挖一條導流明渠，并修建一條混凝土縱向導墻；同時在左岸高地上修建永久船閘、升船機及臨時通航船閘。
導流明渠及混凝土縱向導墻修好后，即開始第二期施工，首先進行主河槽截流，并形成二期基坑，在二期基坑內修建河床泄洪壩段和左岸廠房壩段及發電廠房，并繼續修建永久船閘。這一期間，江水及來往船只由導流明渠通過，在洪水期，船只由臨時船閘通過。當二期工程修到一定程度可以擋水、發電、通航時，再在導流明渠內修建三期圍堰，形成三期基坑。第三期工程即在三期基坑內修建右岸廠房壩段及廠房，并繼續二期未完成的工程直至全部工程竣工。
一期工程及施工準備工程共安排5年，從1993年至1997年，以大江截流為標志；二期工程安排6年，以2003年第一批機組發電完成為標志；三期工程安排6年，至2009年竣工。二期工程完成后即可開始通航發電。因此，從施工準備開始到第一批機組發電、多級船閘通航共需11年，全部工程總工期共17年。
三峽水利樞紐主體工程總工程量是土石方開挖約14 780萬立方米，土石方填筑約9 280萬立方米，混凝土澆筑約2 840萬立方米，鋼材28.08萬噸，鋼筋35.43萬噸。與已建成的葛洲壩工程相比，土石方量約相當于葛洲壩工程的1.5倍，混凝土約為2.7倍。按1993年5月末的價格計算，樞紐工程的靜態總投資為500.9億元。
1931、1935、1954、1998年長江的洪水災害情況
1931年7月，長江中下游連續降雨近一個月，雨量超過常年同期雨量的兩倍以上，江湖洪水滿盈。7月下旬長江中下游梅雨結束后，雨區轉向長江上游，金沙江、岷江、嘉陵江發生大水，其中以岷江洪水最大。川水東下與長江中下游洪水相遇，造成荊江大堤下段漫潰，沿江兩岸一片汪洋，54個縣市受災，受淹農田339.3萬公頃，受災人口2 855萬人，損毀房屋180萬間，因災死亡14.52萬人，災情慘重。武漢三鎮，平地水深丈余，陸地行舟，商業停頓，百業俱廢，物價飛漲，瘟疫流行，受淹時間長達133天。
1935年7月3日至7日的5 天內，三峽區間南部以五峰為中心，北部以興山為中心，發生了緊相銜接的兩次特大暴雨。五日暴雨量實測值以五峰1 281.8毫米為最大，是我國著名的“357”暴雨（即1935年7月暴雨）的最大暴雨中心。興山暴雨中心的五日暴雨量也達1 084毫米。由于暴雨急驟，致使三峽地區、清江、澧水、漢江洪水陡漲，來勢兇猛，荊江大堤沙市以上得勝寺、橫店子，沙市以下麻布拐相繼潰口，荊州、沙市、監利、沔陽、枝江、松滋、石首均成澤國。“縱橫千里，一片汪洋，田禾牲畜，蕩然無存，十室十空，骨肉離散，為狀之慘，目不忍睹”。江漢平原53個縣市受災，受災農田151萬公頃，受災人口1 003萬人，因災死亡14.2萬人，損毀房屋40.6萬間。由于這次洪水的洪峰流量大而洪水總量較小，故長江中下游干流兩岸災情比1931年為小。
1954年6月中旬，長江中下游發生三次較大暴雨，歷時9天，雨季提前且雨帶長期徘徊于長江流域，直至7月底流域內每天均有暴雨出現，且暴雨強度大、面積廣、持續時間長，在長江中下游南北兩岸形成拉鋸局面。8月上半月，暴雨移至長江上游及漢江上中游。由于在上游洪水未到之前，中下游湖泊洼地均已滿盈，以致上游洪水東下時，宣泄受阻，形成了20世紀的最大洪水。在黨和各級政府領導下，在全國大力支持下，經百萬軍民奮戰百天，并相機運用了荊江分洪區和一大批平原分蓄洪區，才保住了武漢、黃石等重點城市免遭水淹，保住了荊江大堤安然未潰決。但洪災造成的損失仍然十分嚴重。受災農田317萬公頃，受災人口1 888萬人，因災死亡3.3萬人，損毀房屋427.6萬間。武昌、漢口被洪水圍困百日之久，京廣鐵路一百天不能正常通車。
1998年夏季，由于太平洋副熱帶高壓勢力較弱，北方冷空氣南下頻繁，長江流域降水時間早、強度大，形成全流域洪澇災害。從1998年6月下旬開始出現洪水征兆，7月2日第一次洪峰過宜昌，至8月31日第8次洪峰過宜昌，洪水期長達兩個多月。除江漢平原外，上至四川、重慶，下至江西九江、安徽安慶等地都受到洪水的威脅。僅上游四川省就有150多個縣受災，包括133萬公頃農作物、63處水利設施、100余座水電站、22座水庫和40多萬間房屋，直接經濟損失近100億元人民幣。
三峽水庫的防洪作用
三峽工程鋼筋混凝土大壩壩頂高度185米，水庫總庫容393億立方米，與世界各國已經建成的大壩、水庫相比，完全可以稱得上是“高壩大庫”了。但與水量充沛、浩蕩東去的長江的年徑流量相比，它的庫容就算不上是大水庫了。宜昌水文站多年平均年徑流量為4 510億立方米，三峽水庫總庫容僅是年徑流量的8.7%，也即三峽水庫的庫容系數為8.7%，只能對長江來水按季度進行調節，無法做到年調節或多年調節，也就無法像北京密云水庫、埃及阿斯旺水庫那樣攔蓄一次洪水的全部水量。那么，三峽水庫的防洪庫容僅有221.5億立方米，究竟是怎樣起到防洪作用的呢？
三峽水庫是采用“削峰滯蓄”的方式起到巨大的防洪作用的，削減洪峰流量超過中下游河道安全泄量的部分，將這部分水量暫時滯蓄在水庫內，待一次洪峰過后，再陸續放走，使庫內水位仍維持在汛期限制水位145米，也就是騰空防洪庫容，以迎接下一次洪峰的到來。例如，遇到百年一遇洪水，經三峽水庫調蓄，可將枝城洪峰流量87 100立方米/秒，削減為荊江河段可安全宜泄56 700立方米/秒；百年一遇洪水宜昌30天洪水總量雖然有1 393億立方米，但三峽水庫只需攔蓄洪水143億～172億立方米（隨調度方式而異），庫內最高水位166.7～169.9米，全部洪水可以安全下泄，不必啟用荊江分洪區。又如，如遇1870年洪水，枝城洪峰流量達11萬立方米/秒，30天洪水總量約1 750億立方米，三峽水庫攔蓄洪水193億～220億立方米，庫內最高水位172.1～175.0米，即可將11萬立方米/秒的洪峰流量削減為71 500～77 000立方米/秒，配合荊江分洪區及其他分洪區的運用，可使荊江兩岸避免發生毀滅性災害。
三峽工程的防洪效益
三峽工程正常蓄水位175米時，有防洪庫容221.5億立方米，防洪效益十分顯著，對長江中下游地區的主要防洪作用有以下幾個方面。
1．如遇千年一遇或類似1870年特大洪水，枝城洪峰流量達11萬立方米/秒時，經三峽水庫調蓄后，枝城流量可不超過71 700～77 000立方米/秒，配合運用荊江分洪工程和其他分蓄洪區，可控制沙市水位不超過45.0米，可使荊江南北兩岸、洞庭湖區和江漢平原避免發生毀滅性災害。
2．可使荊江河段防洪標準從十年一遇提高到百年一遇，即遇到不大于百年一遇洪水時，經三峽水庫調蓄后，可控制枝城流量不超過56 700立方米/秒，沙市水位不超過44.5米，可不啟用荊江分洪區和其他分蓄洪區。
3． 提高了對城陵磯以上洪水的控制能力，配合丹江口水庫和武漢附近分蓄洪區的運用，可避免武漢市汛期水位失去控制，不但提高了武漢市防洪高度的靈活性，還對武漢市防洪起到保障作用。
4．減輕了洪水對洞庭湖區的威脅，還可延緩洞庭湖泥沙淤積速度，延長洞庭湖壽命；可對澧水洪水進行錯峰調節，減輕其下游的洪水災害；并為松滋口等4口建閘控制和洞庭湖的治理創造了條件。
5．增加了長江中下游防洪高度的可靠性和靈活性，便于更好地應付各種情況。例如：若遇特大洪水需要運用分洪區時，因有三峽水庫攔蓄洪水，即可為分蓄洪區人員轉移、避免人員傷亡贏得時間。
據1991年調查資料綜合分析，按1992年價格水平計算，三峽工程防洪多年平均直接經濟效益為每年22.0億～25.2億元。另據計算，若遇1870年特大洪水時，直接經濟效益為：可減少農村淹沒損失510億元，可減少中小城市和城鎮淹沒損失240億元，減少江漢油田淹沒損失19億元，以上三項合計為769億元。除直接經濟效益外，還可避免因大堤、垸堤潰決而造成的大量人員傷亡；避免洪水對武漢市的威脅，避免京廣、漢丹等鐵路干線中斷或不能正常運行；避免災區的生態與環境惡化，疾病流行，傳染病蔓延；避免洪災帶來的饑荒、救災、災民安置等一系列社會問題，這些效益是很難用經濟指標來表示的。
長江中下游防洪綜合治理措施
要解決好長江中下游的防洪問題，必需采取綜合治理措施。主要措施有以下幾項。
1．在干支流廣大地區進一步搞好水土保持，加強長江中上游防護林體系建設，防止水土流失。1988年，國務院已成立長江中上游水土保持委員會，全面推進上中游的水土保持工作，并將葛洲壩庫區、金沙江下游及畢節地區、隴南地區、嘉陵江中下游地區、三峽庫區列為全國水土保持重點治理地區，國家每年撥出專項資金6 000萬元進行治理。1989年國家批準了長江中上游防護林體系建設工程，作為涵養水源、保持水土的重點工程，現正由林業部負責，加緊實施。
2．對主要支流開展治理，在支流上興建水庫。新中國成立以來，長江流域已建成水庫4萬座，其中大型水庫111座，除葛洲壩工程外，全部興建在支流上。其中，有一大批大型水庫有較大的防洪作用，如丹江口、東江、風灘、柘溪、烏江渡、碧口、陳村、萬安、隔河巖等。正在建設的有五強溪、東風、寶珠寺等，將要建設的有紫平坪鋪、瀑布溝、亭子口、合川、構皮灘、彭水、江埡、皂市等。
3．在干流上興建三峽工程。在長江各主要支流及干支流上游興建水庫，仍無法控制這些水庫至宜昌區間30萬平方千米面積上產生的暴雨洪水，也就對荊江河段洪峰流量的削減作用不大。興建三峽工程，可以解決最為迫切的荊江河段的防洪安全問題。
4．加強中下游堤防建設。堤防永遠是長江中下游防洪的基礎設施，必需繼續加強。長江中下游堤防總長3萬余千米，其中干流堤防長3 600千米。新中國成立以來，長江堤防已經歷過三次大的整修，累計完成土石方40.5億立方米。目前的防御水位是按照1980年防洪方案確定的，沙市45.00米，城陵磯34.40米，漢口29.73米，湖口22.50米。“千里大堤，潰之蟻穴”，堤防的維護是一項長期的繁重任務，不能有絲毫的松懈和麻痹。
5．加強分蓄洪區建設。現在遍布長江中下游的分蓄洪區（總蓄洪容量492億立方米）都是已開墾利用的農業發達地區，人口相當稠密，隨著經濟的發展和人口的增長，運用一次分蓄洪區的損失也會越來越大。因此，對于分洪失控后可能造成較大災害的分蓄洪區，應修建分洪和退水建筑物，還應當因地制宜建設安全樓（臺）、撤退道路、臨時救生設施和通訊預警設施。并應盡早完善分蓄洪區的管理，制定相應的對策和條例。
6．中下游河道整治與洞庭湖治理。河道整治工程是長江中下游防洪工程的重要組成部分，必須統一規劃，通盤安排，逐步實施。河道整治的任務有：重點河段的護岸和河勢控制；裁彎取直擴大泄量；清除河道內行洪障礙；擴大或疏浚排洪河道等。
洞庭湖的治理，應當繼續加強重點堤防建設，加快分蓄洪圩垸的安全建設，加快澧水洪道與南洞庭洪道的整治，加強湖區排澇設備的更新改造與電網建設。
7．加強防洪管理和非工程防洪措施。主要內容有：①制定并嚴格執行長江中下游防洪的有關政策、法規與法令，建立防洪基金，實行防洪保險等；②繼續加強防汛預警、預報通訊系統的現代化建設，應用高新技術手段研究、提高預報準確性和延長預見期；③加強分蓄洪區管理，使區內的生產與生活適應防洪要求，在需要分洪時群眾能安全轉移；④繼續強化由各級行政首長負責的防汛指揮和搶險系統。
三峽水電站發電機制
水利水電樞紐的大壩建成、水庫蓄水后，大壩上游水庫內的水位與大壩下游的水位，就形成了一定的水位差，專業術語稱其為“水頭”。具有一定水頭和水量的水流，通過壓力鋼管沖動水輪機，和水輪機連在一根主軸上的發電機也就跟著轉動起來，即發出了強大的電力。也就是說，水庫內水的位能轉變成水輪機的動能，水輪機的動能轉變成發電機發出的電能。
三峽水庫正常蓄水位175米時，大壩下游的最低水位為62米，則三峽水電站的最大水頭為113米；汛期限制水位為145米時，大壩下游的最高水位為74米，則三峽水電站的最小水頭為71米，一年內的加權平均水頭為90.1米。三峽工程第11年第一批機組發電時的上游水位為135米，汛期大壩下游的最高水位為74米，則三峽水電站初期運行時的最小水頭為61米。單機容量為70萬千瓦的水輪發電機組，額定工況下每秒鐘需要通過的水量為950立方米。具有上述水頭和水量的水流，從底部高程為110米的水電站進水口，流入內徑為12.3米的壓力鋼管，通過壓力鋼管再流入壩后式電站廠房的蝸殼，水流的巨大沖擊力使水輪機以每分鐘75轉的速度轉動起來，發電機也以同樣的速度轉動起來發電。
三峽水庫是一個季節性水庫，為了充分發揮工程的綜合效益，必須兼顧防洪、發電、航運及排沙的要求。汛期以防洪和排沙為主，發電服從防洪和排沙，枯水期發電與航運應統籌兼顧。根據這一調度原則，每年汛期6～9月，水庫水位一般維持在防洪限制水位145米（初期135米），水電站水頭較低但來水量較大，發出的電力承擔電力系統的基荷和腰荷；每年枯水期11月～次年4月底，水庫水位一般維持在較高水位，水電站水頭較高但來水量較少，由水庫進行調節后，發出的電力主要承擔電力系統的峰荷和腰荷，為滿足葛洲壩工程下游航運的需要，還要承擔140萬千瓦的基荷。
三峽水電站
三峽水電站建成后，無論從裝機總容量來看，還是從多年平均年發電量來看，在一定時期內，都將是世界上第一大水電站。
三峽水電站左岸廠房安裝14臺水輪發電機組，右岸廠房安裝12臺，總共裝機26臺；單機容量70萬千瓦，裝機總容量為1 820萬千瓦。多年平均年發電量為846.8億千瓦時，相當于我國1992年全年發電量的近七分之一。
目前世界上最大的水電站是位于南美洲巴拉那河上的由巴西、巴拉圭兩國合建的伊泰普水電站，總共裝機18臺，單機容量70萬千瓦，裝機總容量為1 260萬千瓦；多年平均年發電量為710萬千瓦時。
據水利水電科技信息部門調查，目前世界各國正在進行可行性研究的大水電站，其裝機總容量和多年平均年發電量還沒有超過三峽水電站的。因此可以說，三峽水電站建成后，在一定時期內，將是世界上最大的水電站。
目前已經建成的、位于世界第三位至第八位的大水電站見下表。
國家
水電站名稱
河流
裝機總容量（萬千瓦）
年發電量（億千瓦時）
美國
大古力
哥倫比亞河
1083
203（初期）
委內瑞拉
古里
卡羅尼河
1030
510
巴西
圖庫魯伊
托次廷斯河
800
324（初期）
加拿大
拉格蘭德二級
拉格蘭德河
732.6
358
俄羅斯
薩揚舒申斯克
葉尼塞河
640
237
俄羅斯
克拉斯諾維爾斯克
葉尼塞河
600
204

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