聚焦三峡（上）

编者按：

长江是中华民族的母亲河，是黄金水道，蕴藏着巨大的水能，但它同样是一条给两岸人民带来灾难的河流。

一个世纪前，孙中山先生在《建国方略》中首次提出了在长江筑坝的构想，希冀利用长江水利富国强民。但是，在那个积贫积弱、内忧外患的年代，三峡工程只能是一个梦。

新中国建立后，历届党和国家领导人都把足迹留在了长江、留在了三斗坪坝址，他们更关注的是治理长江水患。对三峡工程的规划、勘测和设计工作贯穿于20世纪后半个50年。经过长期、反复的科学论证，三峡工程主体工程终于在1994年正式开工了。

庆幸的是，三峡工程建设时处改革开放的年代，飞速发展的国民经济为三峡工程提供了强有力的后盾，科学技术的进步为高质量、高速度地建设三峡工程奠定了基础，我们有充分的把握和能力建造这样巨大的工程。

2006年，三峡主体工程提前一年完工，一座雄伟的大坝在长江拔地而起。

在三峡工程的规划，设计阶段，科研人员对可能的生态环境负面效应曾分阶段做了反复的论证，这些年的运行情况如何？三峡工程蓄水以来，是否按初步设计确定的指标，发挥了其应有的经济和社会效益？

对此，**中国大坝工程学会、中国水利水电科学研究院联合策划了《聚焦三峡》科普专题，**介绍一些基础的科学技术知识，使读者更好地解读有关三峡工程的各种信息和质疑意见。原文刊载在《科学世界》2011年9月刊。“水库大坝之声”科普号将连续转载这一专题，希望这一内容能够得到大家的关注，同时，也希望您能帮助我们，一起将知识传播开来。

“再谈三峡”专题共分为四部分。卷首语：期待更多的人关注三峡；第1部分：圆梦之路；第2部分：巨人起步；第3部分：生态答卷；第4部分：三峡工程热点；第5部分：三峡工程知识点。我们将分上、下两篇发送。本期发送上篇，包括卷首语、第1部分、第2部分。如果喜欢，请您转发和收藏。

卷首语：期待更多的人关注三峡

撰文／郑守仁

人类自古以来就逐水而居，这是为了生存所做出的必然选择。

长江流域和黄河流域一样是中华民族的摇篮。今天，长江流域居住了超过全国l／3的人口，创造了全国34%的GDP。长江提供了全国35%的水资源，48%的技术可开发水能资源和56%的内河通航里程。

长江为中华民族孕育了生命，创造了繁荣。然而，它又一次一次以其凶猛的洪水冲溃大堤，肆虐江汉平原，给它的子民带来深重的灾难。据统计，自汉朝始至清末，在长江上发生的重大洪水灾害达214次，平均每10年一次。20世纪的1931年、1935年和t954年3次大洪灾夺走了31万人的生命。

1992年4月3日，代表着12亿中国人民意志的全国人民代表大会在北京做出了一个关于长江的重大决策：兴建三峡工程，从根本上改变长江流域的防洪形势，并最大限度地发挥发电、航运和其他效益。

长江水利委员会是承担三峡工程设计总成任务的单位，这是国家对我们最大的信任。笔者作为长江水利委员会总工程师，全面负责三峡工程设计工作，深感肩负的责任重大。在三峡工程建设的日日夜夜，我始终牢记周总理的谆谆教导“在长江上建坝，要战战兢兢，如履薄冰，如临深渊”，组织科技人员科学严谨，精心设计。在修建这个世界上规模最大、综合效益最大的水利枢纽的过程中，全体三峡工程建设者创造了一个又一个奇迹：

在水深60米，实际截流流量达8480—11600立方米／秒的长江上成功地实现了大江截流。

采用先进的皮带输送混凝土运输和浇筑技术，高质量、高速度地建设了一座长2309米，高181米，总方量达1610万立方米的混凝土大坝，其月、日浇筑强度一次一次地打破世界纪录。

在左岸宏伟的山体中开挖建设了长1621米，宽130米（包括中隔墩岩体），边坡高170米的双线5级船闸，人字门高38米，宽20.2米，单个门重850吨，24个门总重量超过2万吨。

仅用5个月的时间建起了一座高百米的碾压混凝土围堰，在完成了三期施工挡水任务后，在45.3米的水深条件下使用191.5吨炸药一次爆破予以拆除。

通过引进，消化、吸收实现了70万千瓦水轮发电机组的全部国产化，建成了总装机容量为2250万千瓦的世界上最大的水电站。

2006年5月20日，大坝全线施工至设计高程185米，三峡工程从建设阶段转入初期运行阶段。2008年汛未开始实施175米试验性蓄水．2010年10月蓄水至设计水位175米。建筑物各项监测和水轮发电机组试验成果表明，大坝、船闸、电站厂房等建筑物运行性态正常，水轮发电机组运行况态良好。

在试验性蓄水阶段，全体工程建设者一起等待着大自然对我们交出这份答卷的评判，也以最诚恳的心情聆听各界对三峡工程的多种评论和质疑意见。在这里，借此机会谈一点个人看法。在三峡工程的规划，设计阶段，我们对可能的生态环境负面效应曾分阶段做了反复的论证，这5年的运行情况如何？

泥沙：应该说比预计的情况好得多。三峡水库泥沙年淤积量为1.4亿吨，仅为预计淤积量的40%。重庆港没有出现一些专家担忧的大粒径推移质淤积河道的现象。

地震：水库诱发地震是一种常见的现象。三峡工程初期蓄水，最强烈的一次为4.1级，远低于规划阶段设计预测的5.5级．近3年的监测数据表明，三峡水库诱发地震活动程度明显趋弱。

水质：三峡水库总体水质为II～III类，蓄水前后没有明显变化。支流出现水华、富营养化等问题，在三峡工程后续工作中，将着重处理这些问题。

地质灾害：库岸出现局部崩塌、滑坡等现象，但未出现人员伤亡事故，说明库区地质灾害治理成效显著，库岸再造渐趋稳定。今后还会在地质灾害治理和预警预报方面继续开展工作，以确保库区居民和通航船舶安全。

三峡工程蓄水以来，是否按初步设计确定的指标，发挥了其应有的经济和社会效益？

防洪：2010年，长江中游发生了一次大洪水，三峡水库入库洪峰流量达70000立方米／秒，超过了1998年三峡坝址最大洪峰61000立方米／秒和宜昌洪峰63300立方米／秒。但长江大堤上没有出现数百万军民严防死守的场面，更没有发生任何溃堤险情。经三峡大坝削减为40000立方米／秒的洪水与下游与汉江的洪水安全错峰，保证了江汉平原和武汉市的安全。

发电：目前，三峡已累计发电近5000亿度。三峡为用电负荷快速增长的华东、华中，华南电网注入了活力，它替代了2.3亿吨的燃煤，减少了3.65亿吨的温室气体排放，其经济效益和社会效益难以用数字算清。

航运：2010年，三峡船闸的实际货运量已达7880万吨，下行过闸货运量达4281万吨，接近初步设计按2030年水平年计算的单向货运量5000万吨。三峡水库使汉渝航道货运时间缩短了l／3。

供水和抗旱：2008年和2011年，按国家防汛抗旱总指挥部要求，三峡水库向中下游补水，以保证抗旱的需要。2011年已向中下游补水200多亿立方米，相当于5座密云水库的蓄水量。

5年的时间，对于评价这一巨型工程的功过显然是不够的，我们期待全国人民继续关注三峡工程。本期《科学世界》主要介绍一些基础的科学技术知识，便于读者更好地解读有关三峡工程的各种信息和质疑意见。笔者坚信，随着时间的推移，历史终将给出结论：

三峡大坝是一座中华民族的丰碑！

郑守仁，水利水电工程专家、中国工程院院士。1963年毕业于华东水利学院（现河海大学）水工专业。先后主持乌江渡、葛洲坝工程导流截流设计、隔河岩工程现场设计。1994年至今任长江水利委员会总工程师兼三峡工程设计代表局局长，负责三峡工程设计。先后获国家科技进步特等奖和一等奖各1次，二等奖2次，国家优秀设计金奖和银奖各1次。

第1部分：圆梦之路

长江是中华民族的母亲河，是黄金水道，蕴藏着巨大的水能，但它同样是一条给两岸人民带来灾难的河流。

一个世纪前，孙中山先生在《建国方略》中首次提出了在长江筑坝的构想，希冀利用长江水利富国强民。但是，在那个积贫积弱、内忧外患的年代，三峡工程只能是一个梦。

新中国建立后，历届党和国家领导人都把足迹留在了长江、留在了三斗坪坝址，他们更关注的是治理长江水患。对三峡工程的规划、勘测和设计工作贯穿于20世纪后半个50年。经过长期、反复的科学论证，三峡工程主体工程终于在1994年正式开工了。

庆幸的是，三峡工程建设时处改革开放的年代，飞速发展的国民经济为三峡工程提供了强有力的后盾，科学技术的进步为高质量、高速度地建设三峡工程奠定了基础，我们有充分的把握和能力建造这样巨大的工程。

2006年，三峡主体工程提前一年完工，一座雄伟的大坝在长江拔地而起。历史，在三斗坪这个地标见证了中华民族的伟大复兴。

1.1 三峡工程建设

1994年12月14日，三峡工程主体工程正式开工。

1997年11月8日，三峡工程顺利实现大江截流。

1998年，又一次全流域性大洪水，长江中下游干流沙市至螺山、武穴至九江共计359公里的河段水位超过了历史最高水位。长江上游接连出现8次洪峰。受灾人口达229万人。

2002年1月13日，经过9年建设，三峡大坝迎水面已经全线达到140米海拔高程以上，大坝高度已具备挡水要求。

2003年，三峡工程按期实现了水库蓄水135米高程，船闸试通航，首批机组发电。

2005年9月，三峡左岸电站14台机组提前一年全面发电。

2006月5月20日，三峡大坝提前一年全线达到185米设计高程，三峡大坝建成。

2006年10月，三峡蓄水至156米高程，提前一年进入初期运行期。

2008年10月29日，右岸电站全部投产发电，至此三峡电站26台机组提前一年全部投产，三峡水库试验性蓄水至172米。

1.2 三峡水利枢纽

三峡水利枢纽主要由大坝、电站厂房、通航建筑物和防护坝组成。三峡大坝为混凝土重力坝，坝轴线全长2309.47米，坝顶高程185米，最大坝高181米。

三峡水库形成防洪库容221.5亿立方米，百年一遇的洪水可调蓄化解，大于百年一遇的洪水可适当配合使用分蓄洪区，减少损失。

三峡水库改善了川江航道600多公里，万吨级船队可直达重庆，大幅提升了西南地区的水运能力，使长江成为名副其实的黄金水道。

三峡发电站总装机容量2250万千瓦，多年平均发电量882亿度，相当于十余座大型火力发电厂，是世界水力发电站之最。

三峡枢纽正在发挥巨大作用，带来广泛的综合效益。

1）翻坝公路

为缓解长江航运翻坝运输压力，2008年4月开始兴建三峡翻坝高速公路。

2）茅坪溪副坝

茅坪溪防护坝是三峡工程的一座副坝。最大坝高104米，它的主要功能是防止秭归县的重要粮食产区和农业经济区免遭库水淹没。同时也为翻坝运输转运站茅坪港提供了足够船舶停靠的水深条件。

3）右岸地下厂房

为充分利用汛期的来水，经论证，三峡工程增加了地下厂房，设6台70万千瓦水轮发电机组，每年可增加37亿度发电量，三峡工程的总装机容量也由原来的1820万千瓦增加到2240万千瓦。

4-6）右左岸电站

左、右岸地面厂房坝段位于溢洪坝段两侧， 厂房总长度1228 米。共安装26 台水轮发电机组，其中左岸厂房14 台， 右岸厂房12 台。水轮机为混流式，机组单机额定容量70 万千瓦。总装机26台，计1820万千瓦。

5）溢洪坝段

溢洪坝段前缘总长483米，设有22个表孔和23个泄洪深孔，其中深孔孔口尺寸为7×9 米；表孔孔口宽8米，表孔溢流堰顶高程158米，表孔和深孔均采用鼻坎挑流方式,也就是让高速水流流经孔末端的坎，向下游抛射，进行消能。校核洪水时最大下泄流量为每秒102500立方米。

7）永久船闸

三峡工程永久通航船闸为双线五级船闸 全长6.4公里，其中船闸主体部分1.6 公里，引航道4.8公里。船闸上下落差达113米。

8）升船机

9）茅坪港码头

（第1部分完）

第2部分：巨人起步

2008年汛后，三峡工程开始175米的试验性蓄水，水位逐渐向设计水位逼近。

2010年10月26日，让我们记住这个历史性的时刻。当水库水位稳稳地站在175米这一水尺时，三峡工程向全世界宣告，它已达到了初步设计规定的各项指标，全面建成。3年来，拦河大坝和各类泄水建筑物运行状况良好。

大坝建成以来已多次安全下泄了超过5万立方米/秒的洪水。水位抬升至175米时，坝基和坝顶向下游位移增量仅为-0.01～0.67毫米和1.69～10.36毫米。长达2.4公里的大坝总渗流量远低于设计允许值。

短短3年，三峡工程在防洪、发电、航运和抗旱等方面发挥了巨大效益。让我们来做一个简短的回顾。

防洪

三峡水库运用其防洪库容，多次对中小洪水进行调度。2010年7月20日，三峡工程迎来自上世纪以来最大入库流量，达每秒7万立方米，控制三峡出库流量每秒4万立方米，最高调洪水位达161.01米。汛期累积拦蓄洪水总量260多亿立方米。如果没有三峡水库，长江中下游干流将全线超警戒水位。汉口水位将达28.1米，超警戒水位0.8米，将形成仅次于1998年的严峻防洪形势。按照水库拦蓄洪水的场次和建国以来三峡水库建设的投资比例分摊计算，三峡水利枢纽工程2010年的防洪效益为266.3亿元。

发电

2010年防洪运行期间，由于三峡水库滞洪抬高了水位，三峡电站实现了1820万千瓦满负荷连续运行168小时的试验，这是电站按设计要求投产的重要标志。截至2011年6月底，三峡工程累计发电4826.58亿度，相当于替代了2.3亿吨的燃煤，减少了3.65亿吨的温室气体排放。其每年800多亿度电送往华中电网、华东电网和南方电网，为以高速增长的8省2直辖市经济发展注入了强大的活力。

航运

水库蓄水至175米后，长江上游干流渠化里程近700公里，航道尺度增大，吃水深度增加，大部分河段可双向通航，绞滩站全部撤消，全线全年可昼夜通航，船舶单位平均能耗降低了20%以上，有效地降低了船舶运输成本，提高了航运效益；库区船舶的标准化、大型化进程加快，提高了三峡永久船闸的利用率和通过能力。三峡枢纽2010年过闸的货物量7880万吨，比2003年增长5倍。此外，还在一定程度上改善了港口条件，促进了库区干支流的连通，有效地带动了区域经济发展。

抗旱与补水

三峡水库每年都运用其兴利库容为下游补水，以保证下游用水需求，并缓解长江中下游旱情。在枯水期，多次通过保证下泄流量每秒5000立方米，有效地提高了长江中游航道水深，改善了通航能力。进入2011年以来，长江流域降水较历史同期均值偏少近5成，这是50多年来最严重的旱情。1～5月，三峡水库向下游补水约200亿立方米，使中下游干流水位抬高1米左右。三峡为保证下游沿江两岸地区粮食增收和人民生活、工农业正常用水做出了重要贡献。

2.1 长江防洪：功在千秋

据历史记载，从汉代到清代2000年更加频繁，平均2～3年一次，长江流域三峡工程的首要功能就是防洪，减间，长江流域共发生洪水灾害200多次，洪灾呈越往近代频度越密、灾情越重的轻洪水对富饶的江汉平原及重镇武汉的平均10年一次，进入20世纪后受全球气趋势。1954年的大洪水死亡3.3万人，损威胁。候变暖、水循环加快的影响，洪水爆发失惨重，悲惨景象令人记忆犹新。

①荆江大堤

万里长江，险在荆江。长江在此段呈一条悬河，堤外的地面低于洪水位达10余米。大堤一旦溃决，数百亿立方米的长江水“从天而降”，夺走几十万人的生命和数千亿元计的财富。

②洪水路径

溃堤后洪水将以捷径直逼武汉。武汉江北将形成“腹背受敌”的局面，沦为一片泽国。

③江汉平原和武汉

华中地区的经济、文化重镇，这里人口密集，交通发达。保荆江大堤，防止江汉平原和武汉发生毁灭性灾难，是修建三峡工程最重要的原因。

④荆江分洪

根据2008年国务院批复的《长江流域防洪规划》，三峡工程建成后荆江地区防洪形势将发生根本性变化，遇百年一遇及以下洪水，可使沙市水位不超过44.5米，不启用荆江分洪区；遇千年一遇或类似1870年洪水，可使枝城流量不超过每秒8万立方米，配合荆江地区的蓄滞洪区运用，可使沙市水位不超过45.0米，从而保证荆江两岸的防洪安全。

荆江大堤

荆江分洪闸

2.2 三峡工程扭转武汉防洪形势

三峡工程按千年一遇设计，即使发生流量为每秒11万立方米的万年一遇的洪水也不会对坝体造成伤害，其防洪库容221.5亿立方米，可使荆江河段的防洪标准由十年一遇提高到百年一遇，即可以抵御1954年型的大洪水；遇千年一遇或1870年型特大洪水，经过三峡水库调蓄后，配合荆江地区的分蓄洪区运用，也可避免荆江两岸发生毁灭性灾害。百年一遇的洪水使用三峡防洪库容调蓄即可抵御，千年一遇洪水需要配合使用分蓄洪区，使用荆江分蓄洪区的概率降至原来的1/10，大大降低了洪水造成的损失。三峡工程通过有效控制上游来水，不但可减轻洪水对江汉平原的威胁，延缓洞庭湖泥沙淤积速度，延长洞庭湖寿命，还增加了武汉地区防洪的安全性，增加了长江中下游防洪调度的可靠性和灵活性。2010年7月，三峡工程迎来自上世纪以来最大的一次洪峰。最大入库洪峰流量为每秒7 万立方米， 通过三峡大坝的科学调蓄，使下游免除了洪水压力，三峡工程经受住了第一次考验。

修建水库是最好的防洪措施

我们常常听到“万里长江，险在荆江”的说法。这是因为荆江地处长江从山谷段向平原过渡的地区，江面从此开始变宽，坡度变缓，流速顺势减慢了，河水挟带泥沙的能力大大降低。久而久之，河床被抬高了。为了保护家园，沿江的居民修筑起大堤—河床越抬越高，大堤便越筑越高。时至今日，荆江段每到洪水期，江面比地面高出几米甚至十几米。荆江大堤一旦溃堤，洪水将倾盆而泄。

在迅猛的洪峰流量和河槽有限的安全泄量之间，存在着不可调和的矛盾。加高堤防，只能加重风险，想解决长江中下游的洪水灾害，最好的办法就是在上游修建具有防洪功能的水库。

假如千年一遇的洪水重现

如果相当于千年一遇的1870年特大洪水重现，枝城洪峰流量可以从原来的每秒11万立方米，经三峡水库调蓄后，控制到每秒8万立方米，配合运用荆江地区分蓄洪区，控制沙市水位不超过45米，使荆江南北两岸和武汉避免发生毁灭性灾害。

如果1998年大洪水重现，不需要使用荆江分洪工程，运用三峡水利工程拦洪即可保证荆江河段行洪安全，并可减少城陵矶附近分洪量79亿立方米，降低城陵矶至汉口河段最高水位1米左右，控制沙市水位在44.5米以下，保障荆江大堤的安全。

2010年汛期，在准确预报的基础上，经科学调度，成功地应对了三峡建库以来最大的入库流量每秒7万立方米的洪峰，控制三峡出库流量每秒4万立方米，削减洪峰流量40%，一次拦蓄水量约80亿立方米。如果没有三峡工程，沙市最高水位将达44.8米，接近保证水位45米，汉口水位将达28.1米，超警戒0.8米，将形成仅次于1998年的严峻防洪形势。

黄陵庙1870年大洪水洪痕

三峡工程是如何发挥防洪作用的？

长江上游流域面积约100万平方公里，占全流域的55%。宜昌多年平均径流量4510亿立方米，占沙市流量的95%， 城陵矶流量的76%，武汉流量的66%。因此，长江中下游的洪水，绝大多数是来自上游的。而三峡工程的主要作用就是在宜昌这个“总口子”控制上游的洪水来量，削低中下游河道的洪水，从而为中下游平原防洪创造条件。在三峡水库正常运行期，防洪库容为221.5亿立方米，相当于4个荆江分洪区的蓄洪量。

2.3 测报水情，优化调度

三峡枢纽是个多功能的水利工程，每个功能之间或多或少互有冲突，必须采用科学、灵活、优化的调度方案，以求最大限度地发挥三峡工程的社会和经济效益，减少生态环境影响。要达到最佳的效果，还需辅以必要的高科技监测和预报手段。

在三峡水库的运行中，有一个非常重要的“使用说明书”，被称为《调度规程》，由长江委等相关部门参照多年的水文数据和长江上游可能的天然来水及含沙情况，综合防洪、航运、发电等部门提出的合理要求制定，三峡调度中心据此有计划地合理控制水库在各个时间段的蓄水和放水过程。那来水情况是如何预知的？准确率能达到多少呢？

三峡水情监测系统

三峡梯调中心有一套水调自动化系统平台，具有包括信息采集、信息处理、信息查询、水文预报、水库调度在内的一系列功能。

其中三峡水情测报自动化系统负责对三峡上游的来水进行监测和预报。这个系统覆盖了湖北、重庆、四川、贵州、云南5省市，共设572个监测站点，可以监测到的流域面积约60万平方公里，占三峡断面以上流域面积的60％，可以提前7天预报三峡上游的洪水情况，其中3天的预报精度达到了95％以上。其中：

降雨预报：据统计2005～2009年6～9月114次长江上游中期（4～7天）降雨过程，预报准确率达96.2%。

洪水预报：寸滩站洪水期3天预见期内的流量预报平均绝对误差在每秒2260立方米以下。

可见三峡水情测报自动化系统对3～5天内的降雨预报具有较高的准确性，对长江上游1～3天的洪水预报也具有较高精度。

此外，由于水文气象预报存在一定的不确定性，预报制作需要人工校核与滚动发布，需及时制作三峡上游的天气预报和入库流量预报，从而为水库调度的决策提供科学的支持。

实际运行中的预报精度

2009年“09.8”洪水来水过程较长，最大入库流量55000立方米/秒。8月1日8时三峡水库实况入库流量22000立方米/秒，预报2日、3日及4日8时入库流量分别为30500立方米/秒、38000立方米/秒、43000立方米/秒，最大入库为45000立方米/秒（5日）左右。随后几日，根据水雨情的发展及降雨预报的调整，滚动调整入库流量预报，至5日8时结合各个监测点数据综合考虑实际情况，水雨情预报的最大入库流量为56500立方米/秒，误差仅为2%。

2010年“10.7”洪水，自7月17日开始快速上涨。从预报结果看，系统对“10.7”洪水及其后另一较大洪水的三峡入库流量过程和洪峰预报很准确。17日、18日、19日3次滚动预报入库洪峰流量误差分别为7.1%、4.3%、0.7%。25日、26日、27日8时预报28日三峡入库洪峰流量为58000立方米/秒、56000立方米/秒、56000立方米/秒，后两天预报完全准确。

目标增加，方案优化

在三峡水库的初步设计阶段，防洪、发电、航运是最主要的调度目标。自2003年蓄水至今，这3方面的效益已经得到全面发挥。现在，随着生态问题日益受到重视和干旱等极端气象情况的凸显，三峡水库开始承担起保障中下游供水的责任，并尝试生态调度。2009年，长江委在以往工作的基础上，结合水库运行实践，综合考虑水库的调蓄能力，提出《三峡水库优化调度方案》，新增生态、中下游供水两个调度目标。

水库运行实践，综合考虑水库的调蓄能力，提出《三峡水库优化调度方案》，新增生态、中下游供水两个调度目标。

试验性蓄水优化调度方案

三峡水库是季调节水库，即削峰添谷，也就是说汛期滞洪、汛末蓄水、枯水期放水。

为保证在汛期有足够的库容蓄洪，在每年1～5月之间，三峡水库需将去年汛末拦蓄的洪水逐步下泄，在长江的枯水期为下游供水，保证下游航运所需要的水深和下游沿江取水。在汛期来临之前，三峡水库会腾空库容，将水位降至145米。

防洪方面，2010年7月份，长江上游干流发生了上世纪以来的最大入库流量：每秒高达70000立方米（7月20日8时）。洪峰在进入三峡库区以后，经过调蓄，将出库流量控制在每秒40000立方米，削减洪峰流量40%，拦蓄水量约80亿立方米。2010年，三峡工程的防洪效益为266.3亿元。

供水方面，2010年经过科学分析，三峡水库将蓄水期提前，于9月中旬开始蓄水，至10月末蓄至175米。在优先保障城乡居民生活用水，统筹考虑生活、生产、生态用水需求，确保沿江用水安全原则指导下，蓄满了的三峡水库，对缓解2011年春季长江中下游的旱情，起到了十分重要的作用。

发电方面，2010年全年与设计相比增加了63亿多度的发电量。航运方面，2010年汛期航运受长江上游长时间大流量影响，三峡水库优化调度，适时减小下泄流量，使得滞留在三峡到葛洲坝河段长达20余天的500余艘船只得到疏散，保障了交通安全，维护了稳定。

生态方面，2011年6月16日，三峡调度中心开展了生态调度试验，日均出库流量增加2000立方米/秒，维持荆江河段水位持续上涨，为鱼类繁殖创造条件。试验性蓄水优化调度方案

三峡水库是季调节水库，即削峰添谷，也就是说汛期滞洪、汛末蓄水、枯水期放水。

为保证在汛期有足够的库容蓄洪，在每年1～5月之间，三峡水库需将去年汛末拦蓄的洪水逐步下泄，在长江的枯水期为下游供水，保证下游航运所需要的水深和下游沿江取水。在汛期来临之前，三峡水库会腾空库容，将水位降至145米。

防洪方面，2010年7月份，长江上游干流发生了上世纪以来的最大入库流量：每秒高达70000立方米（7月20日8时）。洪峰在进入三峡库区以后，经过调蓄，将出库流量控制在每秒40000立方米，削减洪峰流量40%，拦蓄水量约80亿立方米。2010年，三峡工程的防洪效益为266.3亿元。

供水方面，2010年经过科学分析，三峡水库将蓄水期提前，于9月中旬开始蓄水，至10月末蓄至175米。在优先保障城乡居民生活用水，统筹考虑生活、生产、生态用水需求，确保沿江用水安全原则指导下，蓄满了的三峡水库，对缓解2011年春季长江中下游的旱情，起到了十分重要的作用。

发电方面，2010年全年与设计相比增加了63亿多度的发电量。航运方面，2010年汛期航运受长江上游长时间大流量影响，三峡水库优化调度，适时减小下泄流量，使得滞留在三峡到葛洲坝河段长达20余天的500余艘船只得到疏散，保障了交通安全，维护了稳定。

生态方面，2011年6月16日，三峡调度中心开展了生态调度试验，日均出库流量增加2000立方米/秒，维持荆江河段水位持续上涨，为鱼类繁殖创造条件。

2.4三峡发电：造福百年

三峡工程在保证防洪效益的同时，劳永逸地获得源源不断的电能。三峡地相当于我国新增一个年产近4000万吨的可利用水能发电。流经三峡的水，平均区的水能资源丰富，三峡电站每年可发特大型煤矿。由于水电几乎是零排放，每4立方米就可发1度电。水能发电成本电800多亿度，有效缓解我国能源紧缺的也相当于减少排放大量的温室气体、二较低，因为水电站一旦建成，几乎可一状况。把三峡的年发电量折算成煤炭，氧化硫和氮氧化合物等有害气体。

水轮发电机是水电站生产电能的主要动力设备。水轮机将水流的能量转变为旋转机械能，并通过连接在水轮机转轴上的发电机转子旋转，把水流能量最终转换为电能。

水轮机是把水流动产生的能量转换为旋转机械能的动力机械。早在公元前100年左右，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工的器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。

蜗壳是蜗牛状的有压引水室的简称。它使水轮机进水形成一定环量并沿整个圆周均匀地输送给导水机构的部件。蜗壳回绕在导水机构四周，从进口开始断面逐渐缩小，形如蜗牛壳。蜗壳分混凝土蜗壳和金属蜗壳两种。

三峡的装机容量和发电量是如何计算出来的？

水力发电就是利用水头差H推动水轮机转动，将水能转变为机械能，在水轮机上接上一个发电机，随着水轮机转动便可发出电来。如果，河道的流量为Q，那么，就可以按下式来计算装机容量N。

N（千瓦）= 8 × Q（流量，立方米/秒）× H（水头，米）

这个公式是怎么来的呢？我们知道，1焦耳能量相当于1牛顿的力移动1米距离所做的功。每秒做1焦耳的功，即1焦耳/秒，称为1瓦特，这是功率的单位。1立方米水的重力等于9.8千牛顿，经过1米的落差每秒钟做的功是9.8千焦耳，功率等于9.8千瓦。这样我们就可以求得河道上具备1米的落差和1立方米/秒的流量的水可以发电的功率是η×9.8千瓦≈8千瓦，η为水电机和发电机的综合效率，大约为0.8～0.82。

长江宜昌水文站实测多年平均流量为每秒14800 立方米，三峡大坝最大壅高水头113米，按照上式可以求得三峡的装机容量为8×14800×113≈1338万千瓦。考虑到汛期长江的流量会大大超过14800立方米/秒，水力发电通常又要担任电网调峰任务，在初步设计阶段确定三峡电站安装26台、单机容量70万千瓦的机组，装机容量为1820万千瓦，后又增加了6台机组，安装在右岸地下厂房，32台机组装机容量为2240万千瓦，加上10万千瓦的电源电站，总装机容量为2250万千瓦。

三峡70万千瓦水轮机：引进、吸收、消化

三峡70万千瓦特大型水轮发电机组的尺寸、容量以及水头变幅，创世界发电机组设计和制造难度之最。然而，在20世纪90年代中期，我国只有自主设计制造单机30万千瓦级、合作制造55万千瓦级水轮发电机组的能力。三峡发电机组的制造经历了技术引进、合作生产和自主创新之路。

三峡建设初期，左岸电站14台机组采用国际招标，最终由两个国外联合体中标，其中法国ALSTOM、挪威KEN、瑞士ABB（简称AKA）中标8台，德国VOITH、加拿大GE、德国SIEMENS（简称VGS）中标6台。国内公司有哈尔滨电机厂有限责任公司（以下简称哈电）、德阳东方电机有限公司（以下简称东电）参与制造。

到了建设右岸电站的时候，在12台机组中，已有8台是拥有完全自主知识产权的国产化机组，其中哈电、东电各自独立承担了4台设计制造任务。国内制造份额超过了70%。目前右岸电站机组已全部投入运行，机组性能达到了国际同等水平，运行良好。三峡地下厂房6台发电机组4台实现国产化，2台由合资企业生产，其中已有3台投入运行。

我国大型水电设备制造已具备世界先进水平

在金沙江溪洛渡电站18台单机容量77万千瓦、向家坝电站8台单机容量80万千瓦的设备采购中，哈电中标10台，东电中标9台，天津阿尔斯通水电设备有限公司中标4台，上海福伊特西门子水电设备有限公司中标3台。机组单机容量刷新了世界记录，表明我国的大型水电设备制造已处于世界先进水平。

70万千瓦水轮机组的国产化也加速了为其配套的重大设备和材料的国产化进程。天威保变公司引进消化西门子技术后，独立生产了地下厂房6台840兆伏安/500千伏安主变压器，技术性能指标达到国际领先水平。西电集团引进消化三菱、ABB技术后独立生产地下厂房500千伏GIS及其控制保护设备。宝钢、武钢集团应三峡机组对高端硅钢的巨大市场需求，短时间内掌握了生产无取向硅钢和高感应取向硅钢的核心技术，占领了国内市场，打破了欧美和日韩厂商在国际市场的价格垄断。

水轮机组的特性和参数主要由4个指标决定：比速系数、水轮机效率、水轮机运行稳定性和泥沙磨损。其中比速系数体现水轮机比转速和水头之间存在的相互制约协调关系；水轮机效率顾名思义就是水轮机的工作能力，是判断水轮机性能的关键指标。三峡电站水轮机平均效率提高1%，每年可多发电约8亿度；大型机组如果尾水管水压脉动、机组出力摆动或振动较大，都将对水电机组稳定性和安全性产生影响；尽管三峡汛期水轮机有泥沙通过，但从目前运行情况看，水轮机的空蚀和磨损破坏均比预期要好得多。

水轮机转轮

2.5率先建设我国直流高压输电网

我国地域辽阔，资源分布极不均匀。75%的水电分布在西南，76%的煤炭和风能分布在西北和北部。将这些能源通过电能形式送到经济发达的东部和南部，显然是最为有效的方式。开发特高压输电技术，是国家电网公司在这样一个特定环境下为保持电力工业持续发展所做出的重要战略选择。

继三峡±500千伏直流输电工程后，2010年10月，自向家坝水电站至上海±800千伏高压直流输电示范工程（简称向-上工程）建成投运。向-上工程线路是我国自主研发、自主设计和自主建设的世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的直流输电工程，代表了世界直流输电技术的最高水平。据悉，国家电网正在积极开发±1000千伏直流输电技术。和±500千伏相比，功率可提高4.5倍，输电距离和单位走廊容量提高至3倍。

三峡工程为什么选择高压直流输电

在电能大规模输送中，只能通过提高电压来减少输电线路中电能的损失。众所周知，交流电是日常生活中最常用的输电方式。然而，交流输电的支网与主网之间存在一个相位协调问题。交流电相位就像一个人的步调和节奏。当把支网的交流电并入主网时，相位一定要协调一致。这就好比两个人在跳舞，只有步调一致才能展现曼妙的舞姿，假如那位舞伴突然摔倒，剩下那位即便不倒，也要摇晃几下。但如果让国家电网“摔个跟头”、“摇晃几下”，后果将不堪设想。

随着电力科学的不断发展，为了解决交流输电存在的稳定问题，寻求更合理的输电方式，人们开始采用直流超高压输电。

这种方式将发电厂发出的交流电通过换流器变成直流电，然后通过直流输电线路送至受电端，再把直流电变成交流电注入受端交流电网。两端直流输电工程主要由整流站、逆变站（统称为换流站）和直流输电线路组成。换流站一侧接于交流系统，另一侧接于直流线路。

直流输电线路不存在与主网相位协调的问题。因此，提高了电网整体的稳定性。同时，直流输电线路只需正、负两极导线，其杆塔设计具有简单、造价低、损耗小，线路走廊较窄的优点。直流输电是目前世界发达国家作为解决高电压、大容量、长距离送电和异步联网中出现问题的重要手段。

三峡高压直流——中国电网建设里程碑

1990年8月，葛洲坝水电站至上海南桥±500千伏直流输电工程（简称葛-南直流工程）是我国第一项大型直流输电工程。工程输送距离1054公里，额定输送容量120万千瓦。

2002年12月，三峡至常州±500千伏直流输电工程（简称三-常直流工程）直流线路全长860公里，额定输送容量300万千瓦。其换流站工程工艺复杂，新技术多，设计研究难度大，创下了多个国内第一。

2006年12月、2004年6月相继建成的三峡至上海、三峡至广东±500千伏直流线路全长2076公里。2005年9月，以三峡电站为中心方圆100公里范围内，将配合三峡输电工程建设3个世界最大的换流站，加上葛洲坝换流站，这4个换流站的换流容量超过1000万千瓦，将成为世界上设备最先进、技术最领先、战线最密集的直流输电中心。2009年7月，我国建成投入运行的向家坝水电站至上海±800千伏特高压直流输电示范工程（简称向-上工程），与正在建设的锦屏水电站至苏南±800千伏特高压直流输电工程一样，均代表了世界直流输电技术的最高水平。向-上工程线路长度约1907公里，额定输送容量640万千瓦，是我国自主研发、自主设计和自主建设的世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的直流输电工程。

2.6改善通往大西南的黄金水道

三峡工程具有调节流量的作用，改善了长江航道的通航条件，也从根本上改善了上游重庆至宜昌600多公里的航道。很自然，水库蓄水后通航条件变好，通航能力大大提高。

世界上货运量最大的通航河流

长江是贯穿我国中部地区东西方向的一条重要、繁忙的交通运输线，在全国交通网中占据关键地位。建国初期，长江航道历经抗日战争和解放战争，几乎处于瘫痪状态。新中国成立以来，国家加大对水运的投资，长江内河运输逐渐恢复，成为连接我国东中西部区域经济发展的水运大通道，是沿江省市经济发展的重要依托。

改革开放极大地推动了长江内河航运的发展，干线货运量不断攀升，1980年底，长江货运量比1975年增长了77.6%。2000年干线年货运量为4亿吨；2008年超过12亿吨，是1978年的29倍，相当于18条京广铁路的年货运量；2010年干线货运量达15.02亿吨，是2000年干线货运量的376%，占长江七省二市2010年水路货物运输量（18亿吨）的83.4%，是欧洲莱茵河的5倍、美国密西西比河的3倍，堪称为世界上货运量最大的通航河流。

川江制约航运能力

长江上游，四川宜宾至湖北宜昌河段（长1030公里）的航道被称为“川江”，该河段自古就是沟通西南与华中、华东的惟一水上交通运输线。重庆至宜昌660公里的川江航道内，有激流险滩139处，绞滩站24处，单行控制航段46处，复杂的水流条件和急流险滩也使得川江“自古不夜航”，通航能力受到很大限制。解放后，虽然政府不断投资，用于改善川江航运条件，但受到技术及经济条件的限制，直至20世纪90年代，通往四川以及西南地区的通航条件仍不能得到根本改变。

长江虽然有着“黄金水道”的美誉，但在三峡水库蓄水之前，这条黄金水道的价值仅仅体现在长江中下游，上海到武汉能通行5000吨级的船舶和万吨级的船队，但在湖北宜昌以上通航能力却非常有限。险恶的通航条件成为这条黄金水道的瓶颈，制约着长江航运潜能的发挥，也制约着西南地区的经济发展。

通航条件改善

三峡水库蓄水后，库区100多处主要险滩被淹没，加之航道整治工程的实施，库区通航条件得到了很大改善，大部分单行控制河段被取消，绞滩站全部被撤销。重庆至宜昌河段水深为4.5米以上的航道长达548公里，5000吨级单船和万吨级船队可从坝前直达重庆港。三峡水库的调节作用使得下游枯水期最小流量由每秒3200立方米提高到每秒5500立方米，从武汉到重庆，机动散货船枯水期和汛期上行通航时间分别为135小时和175小时，较船闸建设前缩短了约1/3。

航道通航条件改善后，加上三峡库区水上搜救体系的完善、应急救助站点的建立等管理措施的实施，船舶运输的安全性大大提高。近3年来的试验性蓄水期间，船闸未发生两线船闸同时停航等责任事故，实现了“安全、高效、畅通”的通航目标。

长江干流货运量增长趋势图（亿吨） 2010年达15.02亿吨

三峡、葛洲坝年过坝（闸）统计

（数字为三峡永久船闸年过闸货物量）

2.7 水运具有不可替代的优势

过闸能力的提高

三峡永久船闸2010年过坝、闸的货物量分别为8795万吨和7880万吨。通航8年累计过闸货物量达4亿吨。2010年下行过闸货物量达4281万吨，为设计能力的85.6%。交通运输部预测，到2012年底下行过闸能力将达到4978万吨，这就意味着提前18年达到设计能力，大大超过了当年预测的发展速度。

2010年大宗货物过闸量为6641万吨，占总过闸货物量的84.3%，其中煤炭达2875万吨，矿石达1481万吨。重庆出口货物以机电产品为主，90%的货物通过航运可直达上海。这种内地与东、中部大宗的生产资料和优势产品的交换，极大地促进了西南地区的经济发展。

船舶吨位的提高

航道条件的改善促进了船舶大型化的发展和过闸能力的提高，2000吨级以上的船舶比例由2003年的8.88%提高到2010年的39.74%；过闸船舶平均由2003年的1040吨/艘提高到2010年的2092吨/艘，一次过闸平均吨位由2003年的6915吨提高到2010年的11987吨，达到了船闸过闸万吨级船队设计要求。今后进一步提高过闸效率的方向之一是船型的标准化，缩短过闸时间。

通航成本的降低和节能减排效果

船舶单位平均燃油能耗已经由成库前（2002年）的7.6千克/（千吨·公里）降至2010年的2.9千克/（千吨·公里），宜昌重庆航线单位运输成本下降了37%左右。2008年重庆地区水运、铁路和公路的运价本别为0.033元/（吨·公里）、0.16元/（吨·公里）和0.48元/（吨·公里），三者最经济运输的距离分别为水运1000公里、铁路600公里、公路50公里。

水路运输节能减排效益显著。按2002年燃油单耗水平计算，三峡水运累计节约燃油近245.5万吨，减少排放二氧化碳736.5万吨、二氧化硫9.8万吨、氮氧化物13万吨，被长江航运部门总结为“运能大、成本低、污染少、占地少”几大优点，因此，水运是不可替代的。

三峡永久船闸的规模及设计布置

修建三峡水库可以使通航条件得到根本的改善，通航能力大大提高。由于大坝切断了通往下游的航道，船闸就成为连接上下游的必备设施。

在三峡永久船闸的设计论证期间，交通运输部与长江水利委员会根据长江三峡段当时的年通航量、经济发展状况，对船闸设计水平年的年通航能力进行了分析，预测到2030年单向运输的年通航量为5000万吨，并以此为依据设计了三峡永久船闸。

在科学研究的基础上，三峡工程还借鉴了国内外船闸设计运行经验，将永久船闸设计为双线5级（即南线船闸和北线船闸），每一线船闸分别设有5个闸室，每个闸室长280米，宽34米，槛上最小水深5米，首末级船闸上下游落差达113米，即船舶通过船闸要翻越40层楼的高度。即使分成了5级，每个上下两级船闸之间的实际最大落差还有45.2米，为世界最高水平。

闸室采用人字门挡水，双线船闸共有24扇人字闸门。每扇人字门长38.5米、宽20米、厚3米，最大单扇门重850吨，面积接近两个篮球场，其外形与重量均为世界之最，号称“天下第一门”。船闸系统全长6.4公里，其中船闸主体部分长1.6公里，上下游引航道总长4.8公里。设计者将永久船闸布置在左岸，通过开挖两条巨大的明渠修建船闸，在船闸上、下游修建隔流堤，为船船怎样通过三峡永久船闸？

简单地讲，根据连通器的原理，利用闸室内水位升降，就可以使船舶克服上下游水位差通过大坝。以图中船队上行为例，船舶（队）驶至四闸室，打开位于主廊道阀门充水，四闸室水位上升，与三闸室水位齐平时，打开三闸首人字闸门，船舶（队）进入三闸室，如此重复几次，就像爬“楼梯”一样，直至船舶（队）驶入上游引航道。下行过程正好相反。在实际操作中，船闸运行有一套行之有效的高度自动化的监控系统。

船闸输水系统

为了让进入或流出闸室的水流更均匀，使闸室水位能够平缓地抬升或下降，以确保闸室中船舶的平稳安全。三峡永久船闸设计了多个充/泄水口：输水采用的是两侧主廊道+底部输水方式，主廊道布置有充/泄水阀门，每一个闸室底板上分两列布置了8组出水口，每组12个出水口，总计96个。以充水方式为例，水流先从中部主廊道进入位于闸室中部的第一分流口，然后分别进入该闸室的上半区和下半区的分支廊道，通过第二分流口到达分支廊道，最终经过96个出水口进入闸室。

三峡永久船闸过闸大宗货物分布（吨）

三种运输方式比较

1）船闸输水系统

为了让进入或流出闸室的水流更均匀，使闸室水位能够平缓地抬升或下降，以确保闸室中船舶的平稳安全。三峡永久船闸设计了多个充/泄水口：输水采用的是两侧主廊道+底部输水方式，主廊道布置有充/泄水阀门，每一个闸室底板上分两列布置了8组出水口，每组12个出水口，总计96个。以充水方式为例，水流先从中部主廊道进入位于闸室中部的第一分流口，然后分别进入该闸室的上半区和下半区的分支廊道，通过第二分流口到达分支廊道，最终经过96个出水口进入闸室。

2）主汛期的防洪与航运关系

进入汛期，三峡水库水位降到145米，即防洪控制水位，以迎接汛期大洪水，并为防洪调度提供条件。库区水位降低了，上游和下游的落差也就小了，船闸则按4级运行，第一级闸室保持敞开，直接进入第二级船闸。当水位超过156米后，三峡船闸就由4级转向5级运行。

3）滚装船与翻坝运输

滚装船是用于运输由集装箱连同滚车底盘组成单元的专门水上运输工具。装卸货物时，用拖车或叉车直接运送货物单元进、出船舱。滚装船又称“开上开下”船，或称“滚上滚下”船。滚装船与集装箱船一样，装卸效率高，每小时可达1000～2000吨。

此外，由于过闸需要时间，为了缓解货物难以及时过闸的问题，自2000年开始，川江货物滚装船运输车辆实行“水-陆-水”翻坝转运方式。10年来，三峡翻坝转运滚装车辆180万辆，转运旅客500多万人次。2010年底建成通车的三峡翻坝高速公路，将滚装运输改“水-陆-水”为“水-陆”模式，车辆在三峡大坝上游茅坪港码头下船后，从三峡翻坝高速公路直接进入全国高速公路网络，真正实现水陆运输无缝对接。

（第2部分完）

策划：陈祖煜贾金生

撰文：陈祖煜、胡春宏、郭军、王延贵、陈建国、陈进、殷峻暹、祝雪萍、郑璀莹、任爱武、吴超、杨会臣

（文章很长，相信您的收获也不少。剩余部分将在下篇呈现，敬请继续关注！）