- 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
- 8031字
- 2021-04-16 19:30:44
三、试验性蓄水阶段综合评估意见
(一)水库调度
三峡工程初步设计设定的水库调度方式是:每年汛期6月中旬至9月底,水库按防洪限制水位145m运行,汛后10月初开始蓄水,库水位逐步上升至175m水位,枯期根据发电、航运的需求库水位逐步下降至155m,汛前6月上旬末降至145m。但是自21世纪初以来,情况与初步设计阶段比较发生了明显的变化:一是长江上游转为少雨期,来水明显偏枯;二是上游干支流陆续开工建设一批大型水电工程,其蓄水期将与三峡水库蓄水重叠;三是随着经济社会的快速发展,长江中下游的供水需求不断增长。因此,迫切需要通过试验性蓄水,对初步设计的调度方案进行调整和优化。此外,上游入库泥沙的大幅减少(上游梯级水库投入后将会进一步减少),库区水情遥测系统的建成投运,也为调度方案的试验研究提供了有利条件。
三峡水库试验性蓄水阶段水库调度方式试验研究的主要内容有:从2009年开始,为明确对城陵矶的防洪补偿任务和提高水库的蓄满率,根据《三峡水库优化调度方案》,开展对城陵矶防洪补偿调度和汛末提前蓄水调度的试验研究;从2010年开始,为了合理利用洪水资源,提高防洪和发电效益,开展了中小洪水滞洪调度、汛期限制水位浮动调度的试验研究;从2011年开始,为了发挥三峡水库的生态效益,促进长江中下游“四大家鱼”的繁殖,开展了生态调度试验。为了控制重庆主城区泥沙淤积,提高水库排沙比,还分别在2012年5月和7月先后开展了库尾减淤调度和沙峰调度的试验研究。
通过水库调度方式的试验研究,在保证长江防洪安全和控制水库泥沙淤积的前提下,对初步设计的水库调度方式进行了较全面的优化,明确兼顾对城陵矶的防洪补偿调度,对中小洪水进行滞洪调度,汛期限制水位浮动调度,提前汛末蓄水以提高水库的蓄满率,拓展了水库的供水效益和生态保护功能。各项试验成果卓有成效,不但充分证明三峡工程已具备全面发挥其最终规模的防洪、发电、航运、枯期供水等巨大综合利用效益的能力,而且为编制水库正常运用的调度规程奠定了良好的基础。鉴于三峡水库综合调度的复杂性,在转入正常运行期以后,要考虑上游梯级水库陆续建成投运的新形势,在确保防洪安全、控制水库淤积的条件下,继续加强水库调度方式的优化研究,进一步深入分析有关的试验研究资料,必要时补充相关的专题论证,为加快编制水库正常运用的调度规程并按程序报审创造条件。
(二)枢纽运行
三峡枢纽工程由拦河大坝及泄水建筑物、茅坪溪防护坝、双线五级船闸、升船机(在建)、左右岸电站和地下电站等组成。电站装机32台单机容量为700MW的水轮发电机组,加上电源电站2台50MW水轮发电机组,三峡电站总装机容量为22500MW。
试验性蓄水期间的连续加密监测表明,枢纽各建筑物运行正常,其变形、渗流、应力应变等监测成果变化规律合理,测值均在设计允许范围。重点监测的大坝纵缝局部增开变形问题,泄洪坝段上游面的温度裂缝问题,左厂1~5号坝段深层抗滑稳定问题,监测成果均表明其工作性态正常,处理效果良好,不影响大坝安全。大坝抗震复核满足设计要求。
电站机组和其他机电设备经受了满负荷连续运行的考验,各种工况下的试验、测试、考核成果满足规程规范和合同规定的性能要求,可以在水库水位145~175m范围安全、稳定、高效的运行。
三峡船闸保持安全、高效运行,设备完好率、船闸通航率均高于设计指标。
三峡工程的建设促进了全国联网格局的形成。试验性蓄水期间,输变电系统经受了三峡34台机组满发外送的考验,表明其输电能力满足三峡电力的输送要求,并且具有较高的安全可靠性,其中直流输电设施可靠性水平处于世界先进行列,交流输变电系统可靠性水平高于全国平均水平。曾经存在的三峡近区电网短路电流超标现象和宜昌地区部分年度出现供电紧张局面的问题,已经得到妥善解决。
综上所述,三峡工程自2003年6月围堰发电期开始投入运行至2012年已近10年,实施试验性蓄水175m运行也已达5年,枢纽工程各建筑物、金属结构和机电设备经受了全面检验,性态正常、运行安全;输变电工程将三峡电站分期投产机组的发电量安全稳定外送,表明枢纽工程和输变电工程具备转入正常运行期运行的条件。
(三)生态环境
1.生态影响
试验性蓄水以来,库区的陆生生态系统中,植被类型和覆盖度受影响较小,库区土地永续利用未受到根本性影响;库区森林面积和数量没有减少,生态功能效益得到补偿;对陆生动植物影响不大。在上下游的水生生物中,中华鲟的繁殖群体数量和产卵规模仍处在较低水平,产卵时间推迟;长江上游干流江段的特有鱼类资源发生了较大变化,特有鱼类在渔获物中的比重和捕捞量进一步减少;坝下天然捕捞产量处于较低水平;对洞庭湖渔业资源影响较大,但对鄱阳湖鲤、鲫产卵场的影响较小;长江河口捕捞产量呈现明显的逐年下降态势,资源量呈显著衰退迹象。应当指出的是,造成这些影响有多方面的因素,试验性蓄水只是其中一个因素。生态调度对下游鱼类特别是“四大家鱼”的自然繁殖有明显促进作用。在库区的消落带,植被的种类没有显著的变化,退水后消落带植被覆盖度均在50%以上;消落带土壤重金属中全铅、全铜和全锌呈现富集的状态,全磷、全钾和有效磷呈现增加趋势,而全氮、铵态氮和硝态氮则呈减少趋势,未发现因蓄水引起消落带以及周边居民区的病媒生物密度异常升高,在库周居民中也未发生病媒生物传播的疾病流行。
2.环境影响
库区干流水质基本保持在Ⅱ~Ⅲ类水平,主要污染物浓度稳中有降,重金属浓度没有增加,粪大肠菌群浓度持续下降,部分断面的五日生化需氧量(BOD5)浓度有所降低,差异减小,但总磷、总氮超标现象依然存在。38条主要支流监测项目存在超标现象,其中总磷、总氮污染持续加重,但粪大肠菌群污染有所改善。干流库湾和支流回水区由于水体流速减缓,已经出现富营养化现象,富营养化断面占20.1%~34.0%,总磷、总氮浓度持续升高。库区上游的来水水质,由于过去在《长江三峡水利枢纽环评报告》中没有就其对三峡水库水质的影响进行评估,因此在上游区及影响区内的小流域污染防治力度远小于库区。库区主要支流回水区仍有水华出现,但全库区出现富营养化甚至水华的可能性不大。长江中下游的水质,各主要城市断面没有明显变化,上海断面的高营养物浓度的状况没有改变。在库区水污染物排放方面,工业污染物排放量有一定的减少,但生活污染物排放在迅速增加,且排放量已经超过工业排放量。目前城市治污能力建设仍远滞后于城市化的速度,特别是上游区、影响区的生活污水对支流的污染相对库区干流更为突出。此外,农村面源污染和船舶流动源的排污也需引起重视。
3.天气气候影响
三峡库区气温变化具有明显的年代际变化特征,50年来库区年平均气温整体呈升温趋势,近10年增幅最大;相应地近10年来库区的年降水量减幅也较大,但总体上属于正常气候年代际变化波动范围。监测资料表明,蓄水仅对库区局地气温有所影响,小于气候变暖影响。近年来发生在库区及周边地区的极端天气气候事件,与水库蓄水没有直接联系,而是与东亚大气环流、海表温度变化以及青藏高原热力异常等因素关系密切。
综上所述,通过对生态环境的监测资料分析和现场调研表明,三峡工程在试验性蓄水期间,水库蓄水对库区及其附近区域的生态环境有一定程度的影响,但是从总体上看,其影响基本上处于可控状态。2011年和2012年的生态调度试验效果显著。因此,从生态环境保护来看,三峡工程可以转入正常运行。鉴于水库蓄水对生态环境的影响是一个长期、缓慢的过程,需要相当长的时间才能显现出来,故在水库转为正常运用以后,仍需坚持库区及附近地区生态环境的长期监测,加强库区上游区和影响区的水污染防治,并定期开展生态环境影响的阶段性评估。
(四)地震地质
1.地质灾害
三峡地区地形地质条件复杂,加之受暴雨等因素的影响,历史上就是地质灾害的多发区。2008年开始175m试验性蓄水以来,因库水位进一步抬升和周期性涨落,诱发了新生地质灾害灾险情约400处,滑坡崩塌总体积约3.5亿m3,塌岸约60段总长约25km,造成了水库淹没线以上部分房屋和基础设施损坏、损毁。蓄水第一年新生滑坡地质灾害与蓄水关系非常明显,发生灾险情333起,但第二年的灾险情即锐减为21起,2012年为15起,灾险情趋于平缓。在5年的试验性蓄水期间,库区地质灾害防治工程初见成效,并建立起了“群专”结合的地质灾害全天候监测预警体系,加上通过灾险情应急处置、工程治理和及时避让搬迁等手段,5年试验性蓄水中库区未出现因蓄水滑坡导致的人员伤亡。从总体上看,地质灾害的防范重点是水位骤然升降叠加强降雨,在合理控制水位升降速率的条件下新生地质灾害的发生频次趋缓将会持续保持。
2.水库地震
经三峡工程初步设计阶段的论证,水库蓄水后有诱发地震的可能,主要发震地段为庙河—奉节白帝城的第二库段,最大震级为M5.5级左右。为监测水库地震,2001年建成水库诱发地震监测系统并投入运行,记录了本底地震资料;2011年对系统进行了更新改造,运行正常。2008年开始试验性蓄水以来,监测资料表明,水库地震发生的主要地段与初步设计中预测的位置基本一致。地震以微震和极微震为主,最大震级为M4.1级,于2008年11月22日发生在秭归屈原镇。地震活动与库水位变化具有明显的相关性,发震频次随每年蓄水期的水位升高而增加;第一年的地震发生频次为最高峰,此后逐年下降,2011年8月—2012年7月的地震月频次值仍持续保持低值,且与库水位的升降涨落无明显相关性,显示水库地震已渐趋平缓。2012年10月30日—11月4日间在秭归县郭家坝镇连续出现7次ML3.1~3.8的地震,震中分布范围已超出库区范围,初步判断为本底天然地震的波动。
综上所述,经过5年试验性蓄水检验,三峡库区的地质灾害经三期治理已初见成效,新生地质灾害的发生已明显趋缓,群专结合的监测预警体系已较为完善,其灾险情处于可控状态;水库地震发生地段符合预测,最大震级低于预测值,发震频次总体渐趋平缓,监测系统运行正常。从地质灾害防治和水库地震趋势来看,三峡水库已具备转入正常运用的条件。鉴于水库库岸再造有一个较长过程,而地质灾害又具有隐蔽性和突发性,故在正常运用期仍需加强地质灾害的防治和监测工作。
(五)泥沙
三峡水库在5年试验性蓄水期间,上游来沙减少趋势仍在持续。2009—2012年的年均悬移质输沙量为1.83亿t,仅为1990年前均值的38%,仅为可行性论证和初步设计阶段入库沙量采用值的36%。水库干流淤积泥沙6.35亿t,年均淤积泥沙1.59亿t,水库排沙比为16.1%,与初步设计比较,呈现出淤积比例升高和排沙比降低的趋势。重庆主城区河段开始受水库壅水影响,航道条件得到较大改善,但河道冲淤规律有所变化,主要走沙期由9—10月变为消落期4—6月,局部航道曾出现航深不足、航槽移位等现象,需采取适时疏浚和加强运营管理等应对措施。坝前的淤积继续发展,但淤积速度有所减缓,地下电站引水渠泥沙淤积明显,其取水口前淤积面已高于排沙洞进口底板高程;坝下近坝段河床发生局部冲刷,但未危及枢纽建筑物安全。下游宜昌站枯水位一度出现明显下降,依靠水库补水满足庙嘴水位39.0m的通航水位要求。坝下游河道保持冲刷态势,并向下游继续发展,且冲刷强度较大,宜昌至湖口河段平滩河槽总冲刷量为4.22亿m3,多年平均年冲刷量1.40亿m3,多年平均年冲刷强度14.7万m3/(km·a)(含河道采砂影响);荆江河段在同流量下的水位随着河床冲刷继续下降,河床粗化明显;宜昌—湖口河段总体河势基本稳定,河床平面形态、洲滩格局大体未变,荆江大堤和长江干堤护岸工程保持基本稳定,但局部河段(特别是沙质河床)的河势调整比较剧烈,崩岸时有发生,试验性蓄水期间总计崩岸255处,崩岸总长度144.6km,经抢护未发生重大险情;局部河势调整曾对航道造成一定程度的不利影响,通过实施整治工程和及时疏浚,加之通过水库调度加大枯季流量,保证了长江中下游航道畅通。荆江三口分流量和分流比继续保持下降趋势,多年平均年分流量由625.3亿m3(1999—2002年)减少至485.4亿m3(2009—2012年),分流比由14%减小至11.6%,三口断流天数也有所增加;三口分沙比变化不大,但入湖分沙量大量减少,年均入湖沙量由蓄水前(1999—2002年)的5670万t锐减为784万t(2009—2012年),洞庭湖区淤积明显减缓。
综上所述,三峡工程试验性蓄水期间上下游泥沙的冲淤演变,继续保持2003年围堰发电期蓄水以来的相同态势,泥沙问题及其影响未超出原先的预计,局部问题经精心应对,处于可控之中。今后,随着三峡上游新建的各大水库的蓄水拦沙和水库群的联合调度,三峡水库的泥沙淤积总体上会进一步缓解。从泥沙角度看,三峡水库正式进入正常运行期是可行的。鉴于泥沙冲淤变化是一个长期积累的过程,同时也具有偶发性和随机性,为保证三峡工程的综合功能和长远效益的充分发挥,特别是长江的防洪与航运安全,在转入正常运行以后,对上下游的泥沙问题需要继续予以高度关注,加强原型观测,开展重点泥沙问题的深入研究,及时采取预防和应对措施。同时,应对河床无序采砂活动予以高度关注并加大整顿力度。
(六)移民
三峡工程移民搬迁安置工作从1993年开始,到2009年12月底全面完成,累计完成移民搬迁安置129.64万人(重庆市111.96万人,湖北省17.68万人),其中农村移民搬迁安置55.77万人。完成县城(城市)迁建12座,搬迁安置57.91万人;集镇迁建106座,搬迁安置15.96万人;工矿企业处理1632家。移民搬迁后的居住条件、基础设施和公共服务设施明显改善。
试验性蓄水期间,库区移民收入水平逐步提高,2011年农村居民人均纯收入6429元,城镇居民(移民)年人均可支配收入1.87万元,2008—2011年的年平均增长率分别为12.8%和6.83%,增速超过同期湖北省、重庆市和全国的平均水平。库区经济社会快速发展,社会总体稳定。
库区移民工程经受了蓄水的初步检验,运行总体安全,功能正常发挥,但蓄水也对库周移民群众的生产生活带来一些影响,主要有:①库岸再造引发的地质灾害,影响了部分移民的住房和耕园地安全,一些交通、供水、电力、通信等设施受损,但影响范围较小并呈下降趋势。②水库高水位运行时,一些支流回水区出现水体富营养化现象,在相关的饮用水水源地影响人畜饮水安全。③水库蓄水时库汊延伸、水面变宽,给其周边群众的出行带来不便,部分水上交通工具存在安全风险,部分支流的电力、通信、广播线路净空高度也不能满足通航要求。对于上述影响,已在实施应急处置预案,加强监测防范的同时,对住房存在安全隐患的移民,分别采取搬迁安置、周转过渡安置、原址监测居住逐步加以解决;对受损的耕园地实施了补偿补助;对受损的交通、供水等设施及时进行了修复或重建;对于支流回水区的水质问题,采取了严控污染源、加强水面清漂、整治水库网箱投饵养殖和水华应急处置等措施。当前存在的困难和问题主要有:居住安全受影响人口中尚有4938人未完成永久搬迁安置,部分受蓄水影响的生产生活设施需要进一步修复、加固和完善,部分桥梁存在船舶碰撞的安全隐患尚未消除,部分集镇垃圾污水处理设施尚未正常运行。
综上所述,三峡工程库区移民安置工作总体上经受了5年试验性蓄水和自然灾害的考验,经济社会保持了快速发展的良好势头,社会总体和谐稳定;试验性蓄水期间的安全保障工作,包括组织领导、安全监控、应急防范等,均为今后的水库正常运用提供了宝贵经验;水库蓄水对库区移民群众生产生活的影响已呈现逐年下降趋势,总体可控。因此,移民迁安工作不影响三峡工程转入正常蓄水运用。目前移民安置中遗留的少量问题和实现库区经济社会可持续发展、移民长期安稳致富问题,应结合《三峡后续工作总体规划》的实施进一步解决。
(七)综合效益
1.防洪效益
三峡工程是提高长江中下游特别是荆江河段防洪标准,保障两岸经济社会发展和人民生命财产安全的一项关键性工程措施。试验性蓄水期间,长江上游发生了多次洪水,其中2010年、2012年最大入库洪峰流量分别为70000m3/s、71200m3/s,还原至宜昌站的洪峰流量分别为60200m3/s、62000m3/s,接近1998年大水时宜昌站的最大洪峰流量(63300m3/s),但三峡水库通过科学调度,利用防洪库容对洪水进行拦蓄,发挥了削峰、错峰作用,累计拦蓄洪量768亿m3,年最大洪水削峰率高达29.1%~42.9%,有效降低了长江中下游干流的水位,使荆江河段沙市水位控制在警戒水位以下,城陵矶站水位超警戒水位的天数也明显减少,有效缓解了中下游地区的防洪压力,防洪效益显著。
2.发电效益
三峡电站是世界上装机容量最大的水电站,总装机容量22500MW,设计年发电量882亿kW·h。电站建设促进了全国电网的联网进程。试验性蓄水5年来,三峡电站累计发电量达4214.35亿kW·h,累计完成上网电量4169亿kW·h,年均833.8亿kW·h,有效缓解了华中、华东地区及广东省用电紧张局面,为我国调整能源结构和经济社会发展做出了重大贡献。2012年三峡电站发电981.07亿kW·h,占当年全国一次能源消费总量的0.82%,年发电量与居世界首位的巴西伊泰普水电站(982.87亿kW·h)基本持平。三峡电站还利用自身的良好调节能力,参与电网的调峰运行,2012年最大调峰容量达7080MW,调峰效益显著。
3.航运效益
2010—2012年实现175m蓄水目标后,三峡大坝至重庆段航道等级由建库前的Ⅲ级航道提高为Ⅰ级航道,航道单向通过能力由建库前的1000万t提高到5000万t,提前19年达到并超过2030年单向5000万t的设计通过能力指标。2008—2012年三峡船闸累计通过货物3.8亿t,通过三峡枢纽总货运量4.4亿t,年平均货运量约为蓄水前年最大货运量的5倍。2011年三峡船闸通过货运量突破亿吨大关,为蓄水前葛洲坝最大年货运量的5.6倍。通过水库在枯期补水,使下游航运条件也得到了大幅改善,促进了长江运力的快速增长。蓄水后库区的船舶运输安全性显著提高,船舶运输成本和油耗也明显降低,为上游地区的经济发展提供了良好的基础条件,同时也为航运节能发挥了重要作用。
4.供水效益
在枯水期结合发电向长江中下游补水,实行抗旱调度,是三峡工程建成后新拓展的重要功能。试验性蓄水以来,枯水期的出库流量一般大于入库流量1000~2000m3/s,最小下泄流量标准提高至6000m3/s,为下游航运补水总量达693.4亿m3,平均增加航道水深0.7m,有效地改善了下游航运条件。2011年长江中下游部分地区遭遇了数十年不遇的大面积干旱,三峡水库实行应急抗旱调度方式,抗旱补水总量54.745亿m3,日均向下游补水1500m3/s,有效改善了中下游生活、生产、生态用水和通航条件,为缓解特大旱情发挥了重要作用。此外,在蓄水期为满足长江中下游的供水需要,在2010年以来的蓄水调度中,保证9月的下泄流量不小于10000m3/s,10月的下泄流量不小于8000m3/s。
5.节能减排和其他效益
水电属清洁能源,按2008—2012年全国火电平均单位煤耗计算,三峡电站在试验性蓄水期间的上网电量扣除线损后相当于替代燃烧标准煤1.41亿t,可减少3.14亿t CO2、386万t SO2及185万t NOx的排放,节能减排效益十分显著,被世界著名科普杂志《科学美国人》列入世界十大可再生能源工程。2011—2012年实施3次生态调度,根据中国长江三峡集团公司中华鲟研究所的监测结果,宜昌下游河段“四大家鱼”有较大规模产卵。在试验性蓄水期间,库区旅游业和养殖业也得到长足发展,库区水产品产量逐年增长。
综上所述,三峡工程通过试验性蓄水,提前发挥了工程最终规模的防洪、发电、航运效益,并拓展了供水、生态功能,综合利用效益显著。
(八)综合评估结论
综合水库调度、枢纽运行、生态环境、地质灾害与水库地震、泥沙、移民及经济和社会效益等7个课题的评估意见,三峡工程在5年的试验性蓄水期间,开展了大量的监测、试验、考核和研究工作,各项成果充分表明:水库的调度方式取得宝贵经验并已基本成熟,枢纽工程和输变电工程运行正常,生态环境受到一定影响但总体可控,水库地震最大震级低于预测并渐趋平缓,库区地质灾害发生频次趋缓且防治有效,泥沙问题及其影响未超出设计预期,移民安置经受蓄水和自然灾害考验总体稳定,工程的综合效益充分发挥并有所拓展,三峡工程已具备转入正常运行期的条件。
鉴于长江上游干支流正在陆续兴建梯级水库,而泥沙冲淤、库岸再造、生态环境、移民安稳致富等问题又都有一个长期发展或累积的过程,三峡水库在转入正常运行期以后,其调度运用方式将在一个很长的时期内需持续进行动态优化或调整。因此,通过试验性蓄水实践总结出来的许多重要经验,包括坚持遵循“安全、科学、稳妥、渐进”的工作方针,建立完善大力协同、统一调度的工作机制,全面落实地方政府库区安全管理责任,加强安全监测与灾害防范工作,不断总结深化对蓄水规律的认识等,应该为正常运行期作很好借鉴并继续发扬。