聚焦三峡（下）

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”微信公众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。

“大坝之问”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。本期发送下篇，包括第3部分、第4部分、第5部分。如果喜欢，请您转发和收藏。

第3部分：生态答卷

三峡工程，作为一个修建在长江干流上的控制性的大型水利枢纽，必将局部改变大自然在这一区域原有的生态和环境的平衡，既会产生正面的也会产生负面的效应。三峡工程在论证阶段，对其可能产生的负面效应做了认真的研究工作。与三峡工程建设同步，国家投入巨资开展了生态修复和地质灾害治理工作。回顾这3年，应该说，三峡对生态和环境的负面影响，总体处于可控制的势态，主要指标均未超过论证阶段的预测。但是，在一些方面也存在令人担忧的问题，如个别支流的水质富营养化、鱼类的生存环境受到影响等。

泥沙

三峡水库2008～2010试验性蓄水期悬移质，也就是悬浮并随水流运动的泥沙的输沙量为4.36亿吨，年平均为2.18亿吨，为多年平均值的48%。2003年蓄水以来年平均入库推移质，也就是在水流作用下河床表面附近以滑动、滚动或跳跃方式运动的泥沙的输沙量仅为6.3万吨。绝大部分泥沙淤积在145米高程以下的死库容内，水库泥沙淤积的分布尚处于“填平补齐”的状态，随着坝前水位的抬升，回水末端上延，重庆主城区开始受水库蓄水影响，每年壅水状态和天然状态交替，冲淤变化频繁，但总体变化不大，局部地区存在航道水深紧张、航槽移位等问题。水库下游河道冲刷深度较预测明显增大，下游河道总体河势基本稳定，局部河段冲淤、河势调整较剧烈，下游河段崩岸时有发生，经过及时抢护，均已消除险情。

水质

2008～2010年，三峡库区长江干流和两大支流（嘉陵江、乌江）6个国控断面年度总体水质均达到或优于Ⅲ类，蓄水前后和蓄水过程中三峡库区干支流国控断面总体水质没有发生明显变化。

三峡库区支流，特别是受到回水影响的主要支流，其回水区富营养化程度高于非回水区，且富营养断面比例呈上升趋势，水华仍在不断出现。7个支流断面中，除北碚和临江门两个断面水质符合地表水Ⅲ类标准外，其余5个断面均因总磷超标，水质状况劣于Ⅲ类标准。其中，小江河口、大宁河口、香溪河口和御临河口4个断面水质状况为Ⅳ类，武隆断面水质状况为Ⅴ类。

地质灾害

2001年以来，近300个勘查、设计、施工队伍的约3万多名工程技术人员参加了二、三期地质灾害防治工程。已经实施并完成了430个滑坡、崩塌治理工程项目、21个县级以上城市和69座乡镇302段库岸防护工程项目，初步经受住了三峡水库175米试验性蓄水。

2008年9月，175米试验性蓄水以来，截至2011年3月20日，三峡工程库区共发生地质灾害灾险情378起。滑坡崩塌总体积约3.2亿立方米，塌岸57段总长约25.1公里。紧急转移群众10482人，避免了因灾害造成的伤亡。

水库诱发地震

三峡地震监测结果表明，蓄水后突发密集型小震群，地震活动与水库水位首次快速抬升具有明显的相关关系；但地震活动以微震和极微震为主，蓄水后记录到的最大地震为4.1级，远小于论证报告5.5～5级的预测值。 开始蓄水至今历时7年多，地震活动性随库水位升高已逐渐调整，呈明显衰竭趋势。初步判断，水库地震的活跃期已过，渐趋平息。

3.1泥沙：问题与对策

泥沙淤积问题是水库建设必然要面对的难题，因为入库后水流趋缓，上游来水中夹带的泥沙将沉降、淤塞库容，缩短水库的使用寿命。在水库末端淤积，抬高河床，出现“翘尾巴”，严重的会给上游带来新的灾害。泥沙问题处理得好，会延长水库的寿命，充分发挥水库的综合效益；处理不好不仅会影响效益的发挥，还会带来灾害。

三门峡的经验与教训

三门峡水库于1960年9月开始蓄水，在“蓄水拦沙”运用期，最高蓄水位达332.58米，库区泥沙淤积发展迅速，淤积量达17.96亿立方米，水库淤积末端出现“翘尾巴”现象，潼关高程（流量为每秒1000立方米时的水位）比建库前的323.4米急剧抬升了4.5米。导致渭河下游河床不断淤积抬高，使素有“八百里秦川”美称的关中地区、渭河两岸的生态环境恶化，并严重威胁西安市的防洪安全，迫使水库不得不进入改建和改变运用方式阶段。

三门峡水库改建工程包括：打开原施工导流洞和增设排沙隧洞等，并两次改变运行方式，严格控制水库在正常运用期的蓄水位，到1973年汛后潼关高程降为326.64米。1973年10月以后，水库采用“蓄清排浑”的方式，即在汛期河水中含沙量大的时候不蓄水，等到了河水变清的时候再蓄水。这种方法使水库淤积和潼关高程得到了有效控制，潼关高程基本维持在327米左右。

三门峡水库的实践为长江三峡工程解决泥沙问题提供了经验。特别是汛期来临之前降低水位防洪排沙，非汛期蓄水抬高水位的“蓄清排浑”的方法，在三峡水库调度中得到应用。

三峡工程修建后，水库拦截了上游泥沙，调蓄了库区上游径流量，改变了长江水进入下游的水沙过程和长江原有的自然平衡状态，不可避免地会产生一系列泥沙问题：库区泥沙淤积将导致的库容损失有多大？是否会严重影响三峡水库寿命，制约其正常功能的发挥？三峡水库变动回水区河段，也就是库尾，冲淤演变对航道的影响，特别是对重庆主城区的航运及港口的影响？坝区泥沙的淤积是否会影响船闸引航道的正常运用？

水库清水下泄后，下游河道的冲刷发展趋势、河势变化、局部河段崩岸等对防洪、航运等效益会产生什么样的影响，特别是是否会影响到长江大堤的安危？

三门峡水库纵剖面图

三门峡水库位置图

三峡水库上游来沙量明显偏少

水库泥沙淤积尚处于“填平补齐”的状态三峡工程论证期间采用的水沙条件与实际情况有较大的差异。由于上游流域水库拦沙、水土保持、降雨减少、人工采砂等因素的综合影响，1990年以来，特别是进入21世纪后，进入三峡水库的泥沙量呈减少趋势。三峡工程蓄水以来，2003年6月～2010年12月年平均来水量约为3619亿立方米，年平均来沙量1.98亿吨，较多年平均值分别减少9.21%和59.84%。显然，现在三峡库区的泥沙情况远远好于三峡工程论证阶段的预估情况。

水库泥沙淤积尚处于“填平补齐”的状态

三峡水库上游来沙量明显偏在三峡工程论证阶段，对于泥沙的预测是采用坝前水位175-145-155米的“蓄清排浑”运用方式，三峡工程运行100年，水库淤积总量将达到167亿立方米，水库的静态防洪库容还能保留86%，调节库容保留92%，即三峡水库大部分有效库容均可以长期保留，这一结论也被实际运行情况所证实。由于上游实际来沙量大幅度减少，自开始蓄水至2010年底，干流库区共淤积泥沙11.68亿吨，年均淤积泥沙约1.46亿吨，而论证阶段前10年预测年均淤积量为3.16亿立方米，实际情况约为论证阶段预测值的l/2。库区泥沙淤积的分布尚处于“填平补齐”的状态，坝前淤积强度最大，淤积体主要分布在开阔河段和深槽中。与建库之前相比，库内航运条件大为改善，目前泥沙淤积尚未对航运产生明显影响。

坝区泥沙淤积量明显偏少

三峡水库蓄水运用以来，坝前段175米高程以下河床总淤积量为1.302亿立方米，深泓平均淤厚31.3米。其中试验性蓄水阶段，坝前淤积继续发展，坝前段淤积泥沙2426万立方米，约为初步设计淤积总量的1/3。坝前淤积面高程仍远低于电站与通航建筑物进口。根据实际测量的数据，电站引水含沙量较小，经过发电机的泥沙颗粒细且较均匀，对发电机和发电未造成影响。同时，上下引航道内虽然有一定的泥沙淤积，但不会影响航道通航，即使引航道口处形成沙坎儿，淤塞航道，也可通过疏浚保持航道畅通。

局部河段的碍航现象需引起重视

重庆市主城区作为变动回水区的重要河段，上世纪90年代以来，到试验性蓄水之前该河段呈冲刷状态，2002年12月～2008年9月重庆主城区河段累计冲刷泥沙的量为888.1万立方米。2008年试验性蓄水期后，随着坝前水位抬升至175米，回水末端上延，重庆主城区开始受水库蓄水影响，冲淤变化较大，累计泥沙淤积量为53万立方米。重庆主城区航道条件虽然因汛后水位抬升后得到较大改善，但当坝前水位降至165米以下和上游来水流量较小时，汛期淤积的细沙和卵石往往难以冲刷，造成累积性淤积，一些重点河段的局部地带曾出现航道水深不足、航道宽度变窄、航槽移位等现象，如猪儿碛、九龙滩等河段。这些局部碍航问题，可以通过航道部门适时地疏浚、加强运营管理和优化水库调度等措施予以解决。

试验性蓄水以来，常年回水区和变动回水区中下段（铜锣湾以下）通航条件明显改善，但由于水深加大，部分开阔或弯曲分汊河段累积性淤积发展较快，可能出现一些不利于航运的趋势，如黄华城、兰竹坝、王家滩等河段，需引起重视。

三峡水库典型断面冲淤变化

3.2清水下泄的不利影响与对策

水库上游的泥沙淤积令人困扰，而水库下游面对的则是相反的难题：清水冲刷。除了汛期以外，三峡水库一年中约有9个月下泄的是清水，流经下游河床时必然要带走河道中的泥沙，使河道受到冲刷。实际上，河道下切可提高河道的行洪能力，对防洪有利；但另一方面，清水下泄会改变河势加速河道的侧切与崩岸，从而改变航道，对航运产生一定的影响，特别是会增加堤岸崩塌的危险。

为什么会崩岸？

大自然的鬼斧神工，用千百年的时间造就了弯曲延绵的河道，人们经常用“九曲十八弯”来形容长江的曲折。然而，河道并不是一成不变的，在水流漫长的淘刷、冲蚀过程中，河道也在不断发展变化。

比如一条自东向西的河流，在流经弯道时，水流会向南（北）方向倾斜，形成一个相对横向的力，在这个力的作用下，弯道凹面的河岸就免不了要受到流水的冲击。当水流达到一定速度时，离心力和重力形成合力，共同作用于堤岸的斜下方，使得凹岸不断受到侵蚀，其下部被河水越淘越深。另一方面，河流的主要流向仍然是自东向西，当自东向西的纵向的力和横向的力叠加，弯道水流就会形成像弹簧一样螺旋状的流动状态。随着流速降低，水流会携带从凹岸淘出的泥沙，堆积到凸岸，河道便越来越弯。

当弯曲型河床发展到一定阶段，上、下两个反向河湾按某个固定点，呈S形向两侧扩张，河曲颈部愈来愈窄，当水流冲溃河曲颈部后便引发裁弯取直。1998年大洪水主要险情洲湾溃堤就是自然界的裁弯取直。

那崩岸又是怎么产生的呢？我们刚刚提到凹岸的下部被河水越淘越深，其上部就会处于悬空状态。在重力作用下，岸坡就会产生崩落、崩塌或滑坡。如果不做任何工程处理，在离心力和科里奥利力（科氏力）的作用下，这种冲刷崩岸将会越演越烈。由此可见，河流的弯道是水流冲刷和崩岸的共同产物。所谓“江河改道”和“崩岸”都是自然现象。

寻找降低清水下泄影响的对策

人进则水退，在长江修筑大堤的历史可以追溯到古代，而当时的“岁修”很大程度上就是在修补“崩落、崩塌或滑坡”的堤防。

2003年三峡工程蓄水运用后，下泄河水变清了，其夹带泥沙的能力就变强了，加剧了对下游河道冲刷。河势的变化对河道堤防安全和航道产生了一定的影响。三峡水库蓄水后至今，宜昌至湖口河段总体为冲刷，平滩河槽（指宜昌流量每秒30000立方米的水面线以下的河槽）总冲刷量为9.79亿立方米，年均冲刷量1.22亿立方米。

在河道冲刷过程中，崩岸时有发生，但荆江大堤和长江干堤护岸工程保持基本稳定。自三峡工程175米试验性蓄水以来，崩岸57段、总长约25.1公里。据统计，试验性蓄水期湖北省荆州市长江河段发生崩岸19处；湖南省长江河段发生过新沙洲、荆江门、张家墩、界牌4处较大崩岸。崩岸经过及时抢护，均已消除险情。

在长江干堤加固工作中，研究人员通过长期实践，成功地开发了在水下20余米作业、铺设一种由合成纤维制成的被称为土工布的透水性土工合成材料和浇灌混凝土的技术，为崩岸治理找到了一条行之有效的途径。

治理前的江新洲岸坡

江新洲岸坡充沙模袋拖拉施工

1998洪水的主要险情洲湾溃堤也是自然界的裁弯取直。

天鹅洲长江故道，1972 年7月因长江河道自然裁弯取直而形成。

3.3如何兼顾生态环境

在大坝影响生态环境的问题中，首当其冲的就是鱼类。一方面，水库水位的交替变动，破坏了鱼类的原有活动规律，会对其繁殖带来影响。另一方面，栖息在江河下游的洄游鱼类，有的要洄游到中游或上游产卵，有的秋季在湖泊中进行觅食肥育后，秋末冬初从较浅的湖泊中游到江河干流的河床深处越冬。这样看来，大坝就成了它们洄游的不可逾越的屏障。

具体到长江，备受关注的洄游鱼是中华鲟。鲟鱼类曾是长江沿岸重要的渔业资源。中华鲟的历史可以追溯到史前时代，在古代它一直作为重要的祭祀用品，近代，鲟鱼类也是重要的渔获物。20世纪60年代以前，长江上、中、下游以中华鲟为主的捕鲟业都比较兴旺。但是，进入70年代后，长江渔业资源特别是中华鲟等大型鱼类的产量急剧衰减。中华鲟的产卵场位于长江上游干流和金沙江，葛洲坝修建后不能回溯到上游产卵场的中华鲟，在紧接着葛洲坝下游的宜昌长航船厂至万寿桥附近约7公里江段上，形成了一块面积大约330公顷的新产卵场。为弥补天然产卵场的减少，开展了人工繁殖中华鲟的研究，2009年10月4日下午2点，经过15年的培育，中青鱼草鱼鲢鱼鳙鱼华鲟宝宝出世了。10天后，它们开口进食水蚯蚓，生命体征与自然繁殖鱼苗一样正常。如今，这些子二代已经长到了1米多长。草鱼、青鱼、鲢鱼和鳙鱼统称四大家鱼。在殷墟出土的甲骨卜辞、《诗经·大雅》“灵台篇”、宋代《癸辛杂识》中均记载了捕捞鱼苗、运输、下塘及混合饲养的方法。四大家鱼广泛分布在中国各大水系。在长江流域，每年洪水来临时，四大家鱼便借水势繁殖，大量鱼卵鱼苗随滔滔江水顺流而下，称为“苗汛”。拦河筑坝，这些鱼类的生存环境受到影响。在葛洲坝工程建设前后，科学家开始了“救鱼研究”，原来在四川至安徽的长江干流上，有家鱼产卵场36处，绵延707公里，分布十分广泛，其中宜昌产卵场规模占全长江7%左右。葛洲坝建成后，葛洲坝坝址上下游附近的几个产卵场位置发生了合并和迁移，全江产卵场数量变为30个。研究发现，宜昌产卵场虽向下迁移，但繁殖规模呈下降趋势。鉴于四大家鱼每年都是在汛期繁殖产卵，生态学家建议，利用春季腾空防洪库容的时机，实施生态调度，通过制造“人造洪峰”促进四大家鱼产卵繁殖。

2011年6月16日，三峡工程开始了这样的试验，在4～6天内逐步增加下泄流量，通过模拟自然洪峰向长江中下游的鱼释放产卵信号，6月18日，研究人员在监测网中发现了家鱼的卵，随后几天又陆续有鱼卵被发现。初步证明生态调度的可行性。目前这一项目已正式纳入实施计划。

什么是水华

自然中的氮、磷对于生态系统，就像粮食对于人类的作用一样，是必需的“营养品”。氮、磷是藻类的“粮食”，藻类又是许多水生动物的“粮食”，它普遍存在于江、河、湖、海中，是维持水生态系统食物链完整的重要一环。但水体中藻的含量也要适度，就像人不能过胖，也不能过瘦一样，如果藻突然疯长，一定是水生态系统中某个环节发生了问题，导致生态系统失衡所表现出的症状，这个症状就是我们常说的“水华”。

水华的发生有4 个基本条件： 适宜的光照、温度、营养和较少的扰动，缺一不可。对于湖泊来说，容易受人类活动左右的条件是营养物质。由于化肥流失、污染物不经处理直接排放造成的水体氮、磷含量升高，导致水体富营养化，当遇到适宜的天气， 就会同时满足水华4 个基本条件而发生水华。对于水库来说，受人类活动左右的条件是营养和扰动，水库蓄水改变了原来河流的流速，也就是减小了扰动，使不易发生水华的河流， 也有了同时达到4大基本条件的可能， 这种可能一旦出现，就会在水库爆发水华。

水华的危害很大，它破坏了生态系统平衡和河湖健康，直接导致其他水生生物死亡，发出恶臭，产生藻毒素造成水质恶化等。

3.4三峡库区地质灾害和防治

三峡库区地质条件复杂、灾害多发，水库蓄水后加剧了滑坡、崩岸事件的发生频次。必须采取有效的保护措施，使灾害损失降到最低。

复杂的地质环境

三峡工程库区跨越大巴山南麓及鄂西山地，山地面积占74%，丘陵占21.7%，河谷平坝地占4.3%。以奉节县为界，三峡库区东西两侧呈现出不同的地貌特征。奉节县以东为川鄂边境山地，区域内滔滔江水长年切蚀地质构造延伸到地面上的断层线或断裂带，形成河谷狭窄、岸坡陡峭的峡谷地貌；奉节县以西则为侵蚀剥蚀低山丘陵峡谷地貌，表现为一系列北东向平行展布的背斜形成的低山，高程由东向西逐渐降低。

由于地处亚热带季风区，三峡地区夏季高温多雨，年平均降雨量约1100毫米，海拔500米以下的河谷地带年平均气温17～19℃。长江在流经三峡大坝坝址段的年平均径流量为4.51×1011立方米，年平均输沙量约5.3×108吨。连绵起伏的地形、复杂的地质条件、高温多雨的气候，共同决定了三峡地区有限的环境承载能力。

在三峡工程建设初期，为大规模移民，兴建了一座座移民新城镇，这不可避免地形成了大量的工程边坡，人为地增加了地质灾害发生的风险。这些工程边坡中，分布于城镇人口密集区和重要工程设施影响区、需要采取防护工程措施的边坡共有2874处，坡面面积8.38×106平方米。

蓄水后库区的地质灾害

除了这些因素，三峡水库蓄水和地质灾害呈现什么样的关系呢？我们来看这样一组数据：2008年，三峡水库初次开始175米试验性蓄水，历时39天，水位从145.27米上升到172.80米，涨幅达27.53米，每天平均10.744米。第一次消落时间从2008年11月12日开始，库水位在约172.5米高程持续了8天。结果表明蓄水与滑坡存在着正比关系，蓄水诱发了多处大中型滑坡。2009年为第二次175米试验性蓄水，历时70天，从145.87米上升到171.43米，涨幅22.56米，每天平均0.365米。消落时间从11月25日开始，库水位在约171.4米高程水位持续了1天。与2008年蓄水相比，水位平均涨幅减少了50%，对应的诱发滑坡的现象相对减少。

2010年为第三次175米试验性蓄水，历时46天，从160.20米上升到175.00米，涨幅达14.80米，每天平均0.322米。第三次消落时间从12月25日开始，库水位在约175米高程水位持续了60天。与2008、2009相比，滑坡灾害明显减少。

显然，滑坡灾害主要发生在库区首次蓄水和水库水位骤降期间。滑坡灾害和水库蓄水有关，但到目前为止，还没有研究表明是水库水位骤降诱发了滑坡。自2008年9月175米试验性蓄水以来，截至2011年3月20日，三峡工程库区共发生地质灾害险情378起，滑坡崩塌总体积约3.2亿立方米，塌岸57段总长约25.1公里，紧急转移群众10482人。由于监测预警、群策群防手段的有效实施，并没有出现因发生灾害而导致伤亡的现象。在这其中，凉水井滑坡就是发生在库区首次蓄水期间典型案例。

凉水井位于重庆市云阳县故陵镇水让村，有55 位村民。2009年4月，凉水井滑坡出现险情， 滑坡体周边裂缝贯通起来，后缘裂缝下错，滑坡体上的房屋严重变形，整体滑动趋势明显，滑体平均厚度约34.5米，总体积约407.79万立方米。一旦滑坡体滑入长江，不仅将对过往船只形成严重威胁，还将阻塞部分长江航道。经研究，专家决定采用全自动化专业监测方式从浅层和深部对凉水井滑坡的活动情况进行监控。这些监测系统就如同给滑坡装上了一双双“慧眼”，确保“交通不断、社会稳定、不死一人” 。2 0 1 0 监测结果显示， 滑坡地表累积位移量达3 3 0 ～ 5 5 0 毫米左右； 深部累积位移量在1 ～ 5 8 毫米左右；裂缝宽度累积变化量在187～379毫米左右。该滑坡目前变形趋缓，尚处于匀速变形阶段。

3.5滑坡的预测、预报和加固

与地震相比，滑坡最大的特点就在于它是可以预测的。地震多发生于地壳深处，即便是震源很浅的地震，震源深度也位于地下几十公里处，这就为地震监测设置了一道难以逾越的屏障。然而，滑坡却不同，它的发生地点均在地壳的浅表层，最大深度也就是五六十米。另外，由于目前传感器和电子设备等科技水平不断发展，许多监测设备的精度甚至可以达到毫米、微米，可以监测滑坡极微小的活动情况。同时由于光纤传输、大容量存储技术的快速发展，已可以实现对滑坡过程的远距离、全程监测。这些都为滑坡的预测预报提供了必要的技术保障。

降服猴子石

猴子石滑坡位于重庆市三峡库区奉节新县城中心地带，面积12万平方米，体积450万立方米。早在三峡蓄水之前，猴子石滑坡就已经威胁着移民迁建单位、大量居民住宅楼及道路、桥梁等市政基础设施和大约5000人的生命安全。为了保证三峡蓄水后奉节新县城的安全，如何降服这只顽劣的“猴子”，成为一个重大课题。猴子石滑坡属于基岩滑坡，同一些“高空跌落”式滑坡有着明显区别，其滑体已经脱离了母体，但其本身并没有解体，还保持着相对完整的状态。

2001年一期治理工程采取“抛石护坡”的方式，抛下73万立方米石头，治理了150米以下的滑体，保证到2003年蓄水至135米水位时滑坡体的安全；2006年，二期续建治理工程开始，包括向水下抛石、坡面整治及填补、排水工程、地下台阶状置换阻滑键4部分，其中地下台阶状置换阻滑键就是将许多钢筋混凝土桩经科学测算后，钻入几十米深的地下，以加固基岩，阻止滑坡发生。这些滑坡加固措施的实施，使得曾经危险遍布的猴子石变成了人民安居乐业的家园。

用于滑坡预报的斋藤公式

在滑坡预报的专门研究中，日本学者斋藤迪孝是先驱之一。他于1963年提出一个预报滑坡的经验公式及图解——即著名的“斋藤法”，并利用该模型成功地预报了1970年日本的高汤山滑坡。近年来，国内外学者将这一理论做了进一步的发展完善，为滑坡的预测预报提供了理论和方法支撑。“斋藤法”以位移-时间监测曲线为计算基础，以土体的蠕变理论为依据。土体的蠕变分为3个阶段：缓慢蠕变阶段、稳定蠕变阶段（几乎没有蠕变位移）和加速蠕变阶段。在发现土体蠕变时（一般会有开裂），在开裂处设立监测点，监测土体位移随时间的变化，在稳定蠕变阶段不会出现滑坡，当蠕变进入到加速蠕变阶段时，可任意选取3个时间点（在滑坡之前），结合测出的相应的位移，根据公式，就可以计算得到最后破坏时间，相应计算公式如下框图。

准确预报虎山坡滑坡

龙羊峡水电站距黄河发源地1684公里，是黄河上游第一座大型梯级电站，人称黄河“龙头”电站。虎山坡位于龙羊峡水电站下游消能区右岸，距电站厂龙羊峡水电站距黄河发源地1684公里，是黄河上游第一座大型梯级电站，人称黄河“龙头”电站。虎山坡位于龙羊峡水电站下游消能区右岸，距电站厂房约250～630米，坡高170米，长约380米。由于长时间溢洪道的位移，于1986年7月26日发生滑坡，滑坡量为0.87×106立方米。

根据斋藤公式，通过位移-时间曲线图中20～25日的监测数据预测虎山坡滑坡时间。以20日为预测起点，为了计算方便，分别取时间间隔Δt=1和Δt=2两种情况，即取t1=0，t2=1，t3=2和t1=1，t2=3，t3=5。将相应的时间和位移代入斋藤公式。将Δl1、Δl2相除可得到关于tr的方程，解方程即可得破坏时间tr。通过计算预测破坏时间集中在25～27日。而实际发生滑坡的时间为7月26日18∶58。

现在我们就来看看具体的操作过程：我们从监测曲线图上取3个时间点，比如20日、21日、22日，分别对应的位移量为740毫米、825毫米、930毫米，21日增加的位移为825-740 = 85毫米（ Δ l1），20日增加的位移为930-825=105毫米（Δl2），利用斋藤公式， Δ l 2 /Δl1=1.24，得到tr的方程，解方程得到 tr/Δt=6的解；起始时间（t1）为20日，间隔时间（Δt）为1日，所以滑坡时间为20+6=26日。同样，可以在曲线上间隔2日取值，比如21日、23日、25日，分别对应的位移量为850毫米、1070毫米、1600毫米，计算结果滑坡时间是26日。

山体滑坡曲线示意图

3.6地震与水库大坝安全

地震是地球内部运动引起的地表震动的一种自然现象。地球上板块与板块之间相互挤压、碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地震的主要原因。在板块相互运动、挤压的时候，积蓄了大量的能量，当能量积蓄到一定程度，板块内的岩层发生错动和破裂，这些能量以波动的方式释放出来，即发生地震。

地震发生时释放出巨大的能量，震级是衡量一次地震释放能量大小的重要指标。地震释放能量与地震震级的关系可以用一个公式来解释：

水库蓄水会诱发地震吗？

水库地震和水库是什么样的关系，为什么水库蓄水会引发地震呢？ 水库地震主要有两类。一类是水库蓄水后，由于地表破碎的岩体的应力调整，发生的浅层地震，称之为非构造性地震，这些地震的震级一般不超过4级。到目前为止，所谓水库诱发的地震中，绝大多数都是非构造性地震。另一类为构造性地震，水库蓄水诱发此类地震也是有可能的，震级会超过4级。

从我们直观的感受来看，发生构造性水库地震的原因可能是大型水库蓄水后，水的压力增加了，几百米的水头、几百亿立方米的水能压出地震来。但实际上，科学研究结果表明，库水的重量对地震来讲是微不足道的。虽然水库地震的震源很浅，但是仍处在地底下几公里的地方。几百米深的水的压力与几公里厚的岩石的重量相比是微不足道的，不足以改变几公里以下岩体的应力状态。之所以会发生水库构造地震，主要是由于水的渗透。水渗入断层后，断层之间的正压力减小，摩擦力就减小了，岩体所能承受的最大剪切力——抗剪强度就降低了，岩层就容易错动。

三峡水库诱发的地震

在三峡工程论证阶段，根据三峡地区地质勘察结果，专家认为三峡蓄水后有可能发生水库地震。根据三峡库区地震地质情况，专家将三峡库区分成3段，分别为坝址到庙河，大约15公里范围，还有庙河到白帝城和白帝城到重庆。近坝区一段发生水库地震可能性很小，因为岩体较坚固，渗透性较小，没有区域性的构造。从岩石的特性来讲，白帝城到重庆段也不容易发生大的水库地震。较容易发生水库地震的是庙河到白帝城段，这里岩溶较多，两岸随时可以看到大的岩溶，再加上过去采煤留下的矿洞也很多，此段发生水库地震的风险大。因此，在庙河到白帝城段，2001年建立了24个当时最先进的监测台站，精密观测。

三峡水库实际的情况是什么呢？观测结果表明，2003年蓄水后，库区地震活动增加了，而且和水位有比较明显的相关性。每次蓄水水位上升的开始阶段，地震活动性都有明显的增加，但以后就慢慢地减弱。到目前为止，水库诱发的地震，99%以上都是0.5～1级的小震。最大地震发生在2008年11月份，震级为4.1级。

近3年来，地震活动一年比一年弱。因为非构造性水库地震表层岩体应力调整的过程是开始阶段调整较大，以后慢慢就比较稳定了。在三峡的水库地震灾害监测和评价报告中，专家指出：开始蓄水已历时7年多，接近和达到正常蓄水位已3年，地震活动性随库水位升高已逐步调整，呈明显衰减趋势。初步判断，水库地震的活跃期已过，渐趋平息，不会出现超过论证期间预测的震级。三峡蓄水后发生的地震最大震级为4.1级，在全世界范围内看，所释放的能量远小于其他水库诱发的地震。这样量级的地震，全球每年要发生6200多次。

第4部分：三峡工程热点

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。

泥沙

三峡水库2008～2010试验性蓄水期悬移质，也就是悬浮并随水流运动的泥沙的输沙量为4.36亿吨，年平均为2.18亿吨，为多年平均值的48%。2003年蓄水以来年平均入库推移质，也就是在水流作用下河床表面附近以滑动、滚动或跳跃方式运动的泥沙的输沙量仅为6.3万吨。绝大部分泥沙淤积在145米高程以下的死库容内，水库泥沙淤积的分布尚处于“填平补齐”的状态，随着坝前水位的抬升，回水末端上延，重庆主城区开始受水库蓄水影响，每年壅水状态和天然状态交替，冲淤变化频繁，但总体变化不大，局部地区存在航道水深紧张、航槽移位等问题。水库下游河道冲刷深度较预测明显增大，下游河道总体河势基本稳定，局部河段冲淤、河势调整较剧烈，下游河段崩岸时有发生，经过及时抢护，均已消除险情。

水质

2008～2010年，三峡库区长江干流和两大支流（嘉陵江、乌江）6个国控断面年度总体水质均达到或优于Ⅲ类，蓄水前后和蓄水过程中三峡库区干支流国控断面总体水质没有发生明显变化。

三峡库区支流，特别是受到回水影响的主要支流，其回水区富营养化程度高于非回水区，且富营养断面比例呈上升趋势，水华仍在不断出现。7个支流断面中，除北碚和临江门两个断面水质符合地表水Ⅲ类标准外，其余5个断面均因总磷超标，水质状况劣于Ⅲ类标准。其中，小江河口、大宁河口、香溪河口和御临河口4个断面水质状况为Ⅳ类，武隆断面水质状况为Ⅴ类。

地质灾害

2001年以来，近300个勘查、设计、施工队伍的约3万多名工程技术人员参加了二、三期地质灾害防治工程。已经实施并完成了430个滑坡、崩塌治理工程项目、21个县级以上城市和69座乡镇302段库岸防护工程项目，初步经受住了三峡水库175米试验性蓄水。

2008年9月，175米试验性蓄水以来，截至2011年3月20日，三峡工程库区共发生地质灾害灾险情378起。滑坡崩塌总体积约3.2亿立方米，塌岸57段总长约25.1公里。紧急转移群众10482人，避免了因灾害造成的伤亡。

水库诱发地震

三峡地震监测结果表明，蓄水后突发密集型小震群，地震活动与水库水位首次快速抬升具有明显的相关关系；但地震活动以微震和极微震为主，蓄水后记录到的最大地震为4.1级，远小于论证报告5.5～5级的预测值。 开始蓄水至今历时7年多，地震活动性随库水位升高已逐渐调整，呈明显衰竭趋势。初步判断，水库地震的活跃期已过，渐趋平息。

第5部分：三峡工程知识点

5.1 什么叫“N年一遇”？

这是一张宜昌站水文监测数据表。表中给出了从1153～1998年历史大洪水的洪峰流量。从表中可以明显看到，1870年大洪水是从1153年至今调查到的最大的一次洪水，相当于“千年一遇”的大洪水。“千年一遇”洪水通俗的讲就是每年发生该量级洪水的可能性是千分之一。当然，国家防洪采用“N年一遇”的计算是一个严密而又复杂的过程。要对历史事件数据进行大量的统计，归纳特定事件样本在样本总体中出现的次数，最终通过一系列计算分析才能确定该特定事件发生的概率。

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。

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。

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。

5.2三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。

5.3三峡高压直流——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。

5.4什么是水华？

自然中的氮、磷对于生态系统，就像粮食对于人类的作用一样，是必需的“营养品”。氮、磷是藻类的“粮食”，藻类又是许多水生动物的“粮食”，它普遍存在于江、河、湖、海中，是维持水生态系统食物链完整的重要一环。但水体中藻的含量也要适度，就像人不能过胖，也不能过瘦一样，如果藻突然疯长，一定是水生态系统中某个环节发生了问题，导致生态系统失衡所表现出的症状，这个症状就是我们常说的“水华”。

水华的发生有4 个基本条件： 适宜的光照、温度、营养和较少的扰动，缺一不可。对于湖泊来说，容易受人类活动左右的条件是营养物质。由于化肥流失、污染物不经处理直接排放造成的水体氮、磷含量升高，导致水体富营养化，当遇到适宜的天气， 就会同时满足水华4 个基本条件而发生水华。对于水库来说，受人类活动左右的条件是营养和扰动，水库蓄水改变了原来河流的流速，也就是减小了扰动，使不易发生水华的河流， 也有了同时达到4大基本条件的可能， 这种可能一旦出现，就会在水库爆发水华。

水华的危害很大，它破坏了生态系统平衡和河湖健康，直接导致其他水生生物死亡，发出恶臭，产生藻毒素造成水质恶化等。（金亚勤/编辑整理）

（全文完）

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