三峽工程水庫大壩安全及長期運用研究與監(jiān)測檢驗分析

鄭守仁

摘要：三峽工程是世界已建最大的水利水電工程，具有防洪、發(fā)電、航運、水資源綜合利用等巨大效益，是治理開發(fā)和保護長江的關(guān)鍵性骨干工程。三峽水庫大壩的安全和長期運用，關(guān)系到數(shù)百萬人民生命財產(chǎn)安全和工程效益的發(fā)揮。本文重點闡述三峽水庫大壩安全及長期運用研究的大壩穩(wěn)定、泄洪消能、混凝土耐久性、大壩抗震及防護安全，水庫泥沙淤積、地質(zhì)災(zāi)害防治、水環(huán)境保護等問題及其設(shè)計釆取的工程措施，并對蓄水運行以來的監(jiān)測成果進行了分析，表明水庫大壩運行安全可靠，可長期運用。

關(guān)鍵詞：水庫；大壩安全；長期運用；三峽工程

中圖法分類號：TV698.1 文獻標志碼：A DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2018.0301

1 概述

三峽工程壩址在湖北省宜昌市三斗坪鎮(zhèn)，設(shè)計正常蓄水位175.0m，相應(yīng)庫容393.0億m3；校核洪水位180.4m，水庫總庫容450.4億m3；防洪限制水位145.0m，防洪庫容221.5億m3。樞紐建筑物由攔河大壩、水電站廠房、通航建筑物和茅坪溪防護壩等組成。樞紐總體布置（見圖1）格局為：攔河大壩泄洪壩段位于河床中部，即原主河槽部位，兩側(cè)為廠房壩段及非溢流壩段；茅坪溪防護壩位于攔河大壩右側(cè)上游1km的茅坪溪出口處。水電站廠房位于廠房壩段壩后，地下電站布置在右岸；通航建筑物雙線五級船閘和升船機均布置在左岸。

攔河大壩為混凝土重力壩、壩頂高程185.0m，壩頂總長2 309.5m，最大壩高181.0m；茅坪溪防護壩位于攔河大壩右壩肩上游約1.0km，為瀝青混凝土心墻土石壩，壩頂高程185.0m，在壩頂迎水側(cè)設(shè)高1.5m的防浪墻，壩頂總長1 840.0m，最大壩高104.0m。水電站分左右岸壩后式廠房和右岸地下廠房。共安裝32臺700MW水輪發(fā)電機組，另設(shè)樞紐電源電站安裝2臺50MW機組，三峽水電站總裝機容量22 500MW，設(shè)計多年平均年發(fā)電量882億kW·h。通航建筑物由船閘和升船機組成。船閘為雙線五級連續(xù)船閘，可通過萬噸級船隊；升船機采用齒輪齒條爬升平衡重式垂直升船機，可通過3 000t級客貨輪。

三峽工程于1994年12月開工建設(shè)，1997年11月6日大江截流成功，1998年開始施工左岸大壩和電站廠房，2002年11月6日導(dǎo)流明渠截流；左岸泄洪壩段、左廠房壩段、非溢流壩段及升船機上閘首建成擋水；2003年6月，水庫蓄水至135.0m水位，7月左岸電站首批機組發(fā)電，雙線五級連續(xù)船閘通航，進入圍堰擋水發(fā)電期。2004年右岸大壩及電站廠房開始施工，2005年左岸電站14臺機組全部投產(chǎn)，2006年6月右岸大壩混凝土施工至壩頂高程185.0m，6月三期上游碾壓混凝土圍堰爆破拆除，攔河大壩全線擋水，10月水庫蓄水至156.0m水位，提前一年進入初期運行期。2007年右岸電站7臺機組投產(chǎn)，2008年8月，大壩及電站廠房和雙線五級連續(xù)船閘全部完建，具備蓄水至正常蓄水位175.0m的條件；移民工程12座縣城和114座集鎮(zhèn)整體遷建完成，庫區(qū)移民安置、庫區(qū)清理、地質(zhì)災(zāi)害防治、水污染防治、生態(tài)環(huán)境保護、文物保護等專項，經(jīng)主管部門組織驗收，可滿足水庫蓄水至175.0m水位的要求。國務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會批準三峽工程2008年汛末實施175.0m試驗性蓄水，三峽工程進入正常運行前的試驗性運行時段。

針對三峽工程水庫大壩運行安全及長期使用問題，設(shè)計深入研究了樞紐建筑物大壩在設(shè)計水位及校核水位運行安全、泄洪安全、抗震安全和防護安全；三峽水庫泥沙淤積防治及長期運用、庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治、水庫水汚染防治及水質(zhì)保護問題。三峽工程試驗性蓄水運行至2016年已實施9年，2010年至2016年連續(xù)7年蓄水至175.0m水位，樞紐工程和庫區(qū)移民工程經(jīng)受了設(shè)計水位的檢驗，樞紐建筑物及金屬結(jié)構(gòu)和水輪發(fā)電機組及其設(shè)備運行安全，庫區(qū)移民工程建筑物及其設(shè)施運行安全。

2 大壩安全運行及長期運用問題

2.1 攔河大壩安全運行及長期運用問題

2.1.1 攔河大壩泄洪消能安全問題

（1）攔河大壩泄洪消能設(shè)施結(jié)構(gòu)布置

攔河大壩泄洪消能設(shè)施的布置兼顧了水庫防洪調(diào)度、工程防護、水庫排沙和排漂等不同功能的要求。大壩設(shè)計按千年一遇洪水流量98 800m3/s，相應(yīng)擋水位175m；校核按萬年一遇洪水加大10%洪水流量124，300m3/s，相應(yīng)擋水位180.4m。根據(jù)三峽水庫防洪調(diào)度規(guī)劃，要求樞紐在汛期防洪限制水位145m具有下泄洪水流量56 700m3/s的能力；在庫水位166.9m時，具有下泄洪水流量70 000m3/s的能力；遇設(shè)計洪水和校核洪水，按敞泄運用，要求樞紐在校核洪水時具有100 000m3/s以上的泄流能力。由于樞紐的泄洪量大、上游水位變幅大，大壩泄洪設(shè)施需布置深孔以滿足低水位時的泄洪要求，并設(shè)表孔滿足設(shè)計洪水和校核洪水泄洪要求。從水庫排沙考慮，要求深孔進口高程低于電站進水口高程，并布置相應(yīng)的排沙設(shè)施。綜合防洪、排沙、工程防護、廠前排漂等因素，經(jīng)多方案綜合比較，大壩永久泄洪設(shè)施采用23個深孔、22個表孔相間布置；表孔下部布置22個導(dǎo)流底孔（已回填混凝土封堵）。

泄洪表孔22個，跨縫設(shè)在兩壩段之間，堰頂高程158m，孔寬8m，設(shè)2道平板閘門。表孔泄槽研究了長隔墩和短隔墩兩種布置方案，經(jīng)試驗研究表孔與深孔采用沿壩面設(shè)長隔墻分開，鼻坎為平滑挑坎，前后錯開布置方案。深孔位于壩段中部，進口底高程90m，孔口尺寸7m×9m，百年一遇以下洪水均由泄洪深孔渲泄，同時深孔與導(dǎo)流底孔共同擔負三期施工導(dǎo)流及圍堰發(fā)電期度汛任務(wù)。深孔設(shè)計水頭85m，孔中流速達35m/s。泄洪深孔經(jīng)試驗論證，選用有壓短管接明流泄槽跌坎摻氣型式，跌坎高度為1.5m，跌坎后設(shè)有通氣孔。導(dǎo)流底孔承擔三期工程施工導(dǎo)截流及圍堰擋水發(fā)電期間泄流任務(wù)，進口高程56m、57m，孔口尺寸6m×8.5m，最大運用水頭84m，出口流速達32.2m/s。由于導(dǎo)流底孔進出口高程低，受下游淹沒影響大，底孔下游水流流態(tài)復(fù)雜，綜合考慮結(jié)構(gòu)安全、方便施工，抗磨和水力學條件等因素，選用有壓長管、跨縫布置，經(jīng)模型試驗成果表明，各孔口水流在泄槽內(nèi)無擴散及收縮現(xiàn)象，流態(tài)較平穩(wěn)；為避免底孔橫縫使高速水流分離形成局部低壓區(qū)，造成空蝕破壞，對導(dǎo)流底孔6m寬的底板上二期澆筑1m厚鋼筋混凝土跨縫板。運行檢驗表明，三層孔口布置及體型是合適的。

（2） 泄洪壩段泄洪下游消能防沖措施

泄洪壩段河床部位閃云斜長花崗巖巖體堅硬完整，地勢低，壩下水墊較厚，且挑流型式挑距較遠，不影響壩體安全，消能工程量少，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。因此，永久運行期泄洪深孔和表孔均采用挑流消能型式，導(dǎo)流底孔采用挑面流消能型式。在圍堰擋水發(fā)電期間，深孔和底孔聯(lián)合泄洪時，壩址下游右岸水流回流范圍達70～90m，為防止泄洪對電站運行產(chǎn)生不利影響，在壩下泄洪消能區(qū)兩側(cè)設(shè)左、右導(dǎo)墻；在右導(dǎo)墻左側(cè)設(shè)垂直防沖齒墻和防沖隔墩保護，隔斷回流，減輕淘刷；右導(dǎo)墻壩基巖面高程30m以上部位設(shè)置50m寬的護坦以預(yù)防基巖淘刷。泄17號壩段以右壩址基巖裂隙發(fā)育部位設(shè)置護坦。運行實踐表明，下游淘刷深度均在設(shè)計允許范圍內(nèi)。

2.1.2 攔河大壩兩岸岸坡壩段深層抗滑穩(wěn)定問題

（1） 岸坡壩段深層抗滑穩(wěn)定分析及其處理措施

攔河大壩兩岸岸坡壩段為左岸廠房1～5號壩段和右岸廠房24～26號壩段，建基巖面高程90.0m。壩基為閃云斜長花崗巖，巖體中存在走向10°～30°、傾角20°～30°傾向下游的緩傾角裂隙，并有少量的傾向下游的中傾角裂隙發(fā)育。在壩段下游布置壩后式廠房，其最低建基巖面高程為22.2m，致使岸坡廠房壩段基巖面下游面臨空，形成坡度約54°，坡高67.80m的高陡邊坡，近百米高的混凝土壩座落在坡頂，壩基巖體傾向下游的長大緩傾角結(jié)構(gòu)面形成的深層抗滑穩(wěn)定問題成為大壩設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。設(shè)計對此進行了大量地質(zhì)勘探、試驗研究和計算分析工作，采用先進的特殊勘探手段，查明了壩基巖體中長大緩傾角結(jié)構(gòu)面的位置、產(chǎn)狀、規(guī)模和性狀，為抗滑穩(wěn)定分析提供了翔實可靠的地質(zhì)資料。通過現(xiàn)場原型抗剪斷試驗并輔以大量室內(nèi)試驗，確定緩傾角結(jié)構(gòu)面和巖體的抗剪斷指標，按長大緩傾角結(jié)構(gòu)面加結(jié)構(gòu)面之間巖體內(nèi)短小裂隙的連通率作為滑動面的連通率。據(jù)以擬定左廠房1～5號壩段基巖沿勘探查明的長大緩傾角結(jié)構(gòu)面滑動為確定性滑移模式，最大連通率達83.1%；并考慮最不利沿假設(shè)的滑動面為極端滑移模式，假設(shè)連通率100%。采用剛體極限平衡法計算成果，作為設(shè)計判斷深層抗滑穩(wěn)定是否滿足規(guī)范要求的依據(jù)；同時輔以線性和非線性有限元分析及地質(zhì)力學模型試驗，其成果相近，滿足規(guī)范要求。設(shè)計采取加大壩體上游底寬將帷幕排水前移、適當降低壩體建基靣高程在壩踵設(shè)齒槽、加強下游巖坡支護并增設(shè)3 000KN預(yù)應(yīng)力錨索、加強巖體固結(jié)灌漿、壩基和廠房基巖設(shè)置封閉抽排系統(tǒng)、在壩基巖體內(nèi)增設(shè)排水洞以降低揚壓力、相鄰壩段橫縫設(shè)鍵槽并灌漿聯(lián)成整體和廠壩聯(lián)合受力等綜合加固處理措施（見圖2），以提高壩基抗滑穩(wěn)定性。并在壩體預(yù)留縱橫向廊道為后期加固處理創(chuàng)造條件。

（2） 左廠房1～5號壩段的監(jiān)測檢驗分析

攔河大壩2003年擋水位135m至2010年擋水位175m運行，截至2016年底，擋設(shè)計水位已運行7年，左廠房1～5號壩段的監(jiān)測成果表明：

左廠房1～5號壩段基巖面高程95.0m以下的巖體水平位移量在1.45～4.58mm之間，蓄水至175m后的每年位移增量基本相同，與河床壩段及右岸岸坡壩段的變化規(guī)律一致；壩基垂直位移累積為16.1～19.0mm，小于河床壩段沉降量，相鄰壩段沉降差在0.5mm左右，不存在不均勻沉降現(xiàn)象，表明壩基巖體是穩(wěn)定的。壩頂水平位移量在-3.07～13.65mm之間，小于河床壩段壩頂變位，壩頂水平位移與氣溫關(guān)系密切，冬季向下游變形，夏季向上游變形，2010—2016年蓄水至175m水位時的最大位移基本一致，表明壩體變形處于彈性狀態(tài)。

左廠房1～5號壩段壩基滲流量在175m蓄水前后的變化為3.31L/min，最大滲流量為21.77L/min，呈減小趨勢，壩前水位175m時主排水幕后壩基滲壓水位在54.55m以下，1號排水洞排水孔基本無水，表明主排水幕下游至2號排水洞以上的壩基巖體處于疏干狀態(tài)，壩基滲壓水位在緩傾角結(jié)構(gòu)面以下；上下游排水洞之間的滲壓水位遠低于深層滑移面，且上下游排水洞之間的滲壓水位不隨上游水位變化。

左廠房1～5號壩段與其壩后廠房基礎(chǔ)采用上下游封閉帷幕抽排，其上、下游帷幕后排水幕處揚壓力系數(shù)均小于設(shè)計值0.25和0.50，左廠3號壩段上、下游帷幕后排水幕處揚壓力系數(shù)分別為0和0.08。據(jù)實測，壩基滲壓水位計算兩種不利的假設(shè)滑移面上的總揚壓力值僅為設(shè)計值的40%和56%，其深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別為3.38和4.23，較設(shè)計值增大0.21和0.13。綜合分析左廠房1～5號壩段深層抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范和設(shè)計要求，大壩運行安全可靠。

2.1.3 攔河大壩混凝土提高耐久性與長期運用問題

三峽工程攔河大壩混凝土的耐久性直接影響其使用年限，針對樞紐建筑物混凝土原材料的特點和提高耐久性的要求，通過不同水膠比、不同粉煤灰摻量的多種組合對混凝土配合比進行了力學、熱學、變形等全面的性能試驗，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，優(yōu)選出各建筑物混凝土配合比。攔河大壩混凝土設(shè)計從傳統(tǒng)的強度設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)槟途眯院蛷姸炔⒅?。三峽壩區(qū)不是寒冷地區(qū)，但為了增強各建筑物混凝土對自然風化因素的抵抗能力，提高混凝土的耐久性，對混凝土仍提出較高的抗凍性要求。

攔河大壩混凝土設(shè)計從混凝土抗凍、抗?jié)B、抗碳化、抗裂、抗沖磨及抗侵蝕性等指標提高耐久性，并通過“雙控”（混凝土原材料含堿量和總堿量）防止發(fā)生堿骨料反應(yīng)；金屬結(jié)構(gòu)和機電設(shè)備采用耐久性能高的材料。工程建設(shè)過程中，嚴格控制土建施工質(zhì)量和金屬結(jié)構(gòu)及機電設(shè)備安裝質(zhì)量。工程投運后，定期安全檢查鑒定，發(fā)現(xiàn)問題及時修復(fù)和加固處理，以達到安全可靠、長期使用。

2.2 茅坪溪防護壩安全運行與長期運用問題

2.2.1 瀝青混凝土心墻土石壩設(shè)計

茅坪溪防護壩為104.00m高的瀝青混凝土心墻土石壩，我國尚無成熟的計算方法和配套的試驗規(guī)程。瀝青混凝土心墻室內(nèi)三軸試驗的模量基數(shù)K是心墻應(yīng)力應(yīng)變分析的重要參數(shù)，但K值在試驗和計算分析中不確定因素較多，量值波動較大。中國三峽集團公司組織設(shè)計、施工和科研單位對瀝青和集料的選擇，尤其是礦粉含量及級配要求；瀝青混凝土配合比，瀝青混凝土容重、孔隙率、滲透系數(shù)、抗剪斷強度及模量基數(shù)K等參數(shù)的試驗方法和合理選擇；瀝青混凝土心墻兩側(cè)的過渡料的特性，以及對心墻應(yīng)力應(yīng)變的影響等技術(shù)問題進行了系統(tǒng)深入地研究，提出《三峽工程茅坪溪心墻土石壩水工瀝青混凝土試驗方法》，明確了瀝青混凝土原材料試驗、瀝青混凝土各種物理力學性能試驗方法及技術(shù)要求，為瀝青混凝土心墻土石壩結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算及安全分析提供必要的參數(shù)。設(shè)計將瀝青混凝土三軸試驗的抗剪斷強度值及模量基數(shù)K值作為瀝青混凝土質(zhì)量指標，因其能比較直觀地表征瀝青混凝土的強度和變形特性，較易于從試驗成果回歸擬合而得出，這也是國內(nèi)外瀝青混凝土心墻設(shè)計中評價瀝青混凝土力學性狀所常用。瀝青混凝土是一種彈塑粘性變形材料，采用彈塑性耦合模型計算瀝青混凝土心墻的應(yīng)力有所降低，更符合瀝青混凝土心墻的實際應(yīng)力狀態(tài)。

2.2.2 茅坪溪防護瀝青混凝土心墻土石壩運行實踐檢驗

綜合分析茅坪溪防護壩的各項觀測成果可以看出，壩體變形和心墻應(yīng)變等主要隨壩體填筑高度的增加而增大，心墻兩側(cè)的鉛直向應(yīng)變及變形較為對稱。2003年蓄水以后心墻應(yīng)變、心墻基底鉛直向應(yīng)力、心墻與過渡層間的相對變形等實測沒有明顯變化，但因壩體填筑至壩頂后壩體沉降過程尚未完全結(jié)束，使得蓄水后壩體表面與壩殼內(nèi)部的變形仍略有增加。2008年175m水位試驗性蓄水以來，茅坪溪防護壩的各項監(jiān)測成果表明，壩體和瀝青混凝土心墻性態(tài)正常，壩基及壩體滲水量在194.2～1757.6L/min，遠小于設(shè)計值4000L/min。各項監(jiān)測數(shù)據(jù)及反分析研究表明，茅坪溪防護土石壩體性態(tài)正常，運行安全。

2.3 三峽工程抗震設(shè)計及其監(jiān)測檢驗

2.3.1 三峽工程壩址處在相對穩(wěn)定地塊，抗震設(shè)計按Ⅶ度設(shè)防

壩址處在黃陵背斜核部的結(jié)晶基底區(qū)，為一相對穩(wěn)定地塊。地震活動水平不高，是弱震環(huán)境，歷史上無中強地震記載，現(xiàn)今地震也很微弱。近38年儀器監(jiān)測，共記錄到2.0級以上地震10余次，且多數(shù)分布在離壩址35km的霧渡河斷裂以北，其以南僅記錄到1.1～1.8級地震3次。距壩址60～70km的中強地震有3次，即1961年宜都潘家灣4.9級地震（震中烈度Ⅶ度）、1969年?？雕R良坪4.8級地震（震中烈度Ⅶ度）、1979年秭歸龍會觀5.1級地震（震中烈度Ⅶ度），這3次地震影響到三峽壩址的地震烈度均小于Ⅴ度。從最不利的假定情況進行分析，取天然地震危險性概率分析中的上限6級作為水庫誘發(fā)地震的最大可能震級，三峽工程抗震設(shè)計按最不利的條件，即使在距壩址最近的九畹溪斷裂（距壩址17km）發(fā)生6級地震，影響到壩址的地震烈度也不超過Ⅵ度，大壩抗震設(shè)計按Ⅶ度設(shè)防（設(shè)計峰值加速度0.1g=100gal）是安全可靠的。

2.3.2 三峽工程水庫蓄水運行以來，庫區(qū)地震監(jiān)測分析

三峽工程自蓄水以來，2003年6月1日至2016年底，三峽工程庫區(qū)重點監(jiān)測區(qū)共記錄到0.5級以上6 616次，其中小于3.0級的微震和極微震共6 606次，占地震總數(shù)的99.9%，說明地震活動以微震和極微震為主，其頻率顯著高于本地區(qū)地震本底。微震和極微震主要分布于庫區(qū)兩岸10km范圍內(nèi)，呈密集“成團（帶）”分布。其分布地區(qū)大部分都在采礦區(qū)和灰?guī)r區(qū)。其中絕大部分是庫蓄水涌入廢棄的礦井和石灰?guī)r巖溶洞穴內(nèi)，引起的礦井、巖溶洞穴塌陷、氣爆、局部巖體破裂造成外成因的非構(gòu)造型地震。2013年12月16日，巴東縣發(fā)生5.1級地震；2014年3月27日及30日，秭歸縣發(fā)生4.2級及4.5級地震，均是受庫水回落影響產(chǎn)生的應(yīng)力調(diào)整，引發(fā)該區(qū)域地殼壓應(yīng)力釋放（回彈），導(dǎo)致仙女山斷裂北段發(fā)生典型的震群型水庫地震。

這4次4級以上地震都發(fā)生在三峽庫區(qū)廟河至奉節(jié)白帝城的第二庫段，該庫段存在高橋和仙女山—九畹溪兩個弱地震活動性的地區(qū)性斷裂帶，水庫蓄水后雖然發(fā)生了頻次較高的誘發(fā)地震，但主要是非構(gòu)造型的微震和極微震，地震強度不大，最大為5.1級，最高震中烈度為Ⅶ度，對壩址區(qū)的最高影響烈度為Ⅳ度，沒有超出三峽工程初步設(shè)計的結(jié)論。在水庫試驗性蓄水至175m水位運行漲落過程中，庫區(qū)地質(zhì)體的應(yīng)力場、滲流場和其他的環(huán)境條件，已得到了不同程度的調(diào)整，新的平衡條件正在逐步形成，庫區(qū)今后地震活動水平將呈起伏性下降，并漸趨平靜。水庫蓄水后，壩區(qū)遭受的地震最高影響烈度為Ⅳ度，遠低于三峽大壩抗震設(shè)防烈度Ⅷ度，對三峽工程及其設(shè)施的正常安全運行未造成任何影響。

2.4 三峽工程防護問題

三峽工程防護安全問題早在1958年就開始研究，工程防護主要研究加強防御力量，阻止核彈襲擊，保障工程安全，以及核彈擊中大壩潰壩洪水對壩下游地區(qū)的影響及減免災(zāi)害的措施。1983年至1988年，在湖北省蒲圻陸水水庫壩址試驗場進行了大比尺（水平比尺1∶500，垂直比尺1∶250）的潰壩試驗研究，潰壩模型范圍壩址上游為全庫區(qū)，下游至沙市以下6km。潰壩試驗研究了（1）大壩瞬時全潰（沿壩基全斷面潰決），潰口寬分別為200m、250m、400m、1 000m；（2）大壩瞬時半潰（壩體沿孔口處潰決，高程110m以下壩體尚能攔蓄庫水）潰口寬分別為400m、1 000m。試驗結(jié)果表明：三峽大壩遭受核武器破壞而壩體全潰時，百余億m3庫水短時間內(nèi)下泄，壩址至沙市江段沿岸受潰壩形成的特大洪水直接沖擊，導(dǎo)致洪水災(zāi)害。但由于三峽水庫為峽谷河道型水庫，潰壩后壩上游水面坡降陡，突泄庫水水量受峽谷控制，潰壩洪峰尖削，歷時很短，僅數(shù)分鐘即急劇下降。壩址下游長約40km為西陵峽江段，且多急彎；尤其是蓮沱至南津關(guān)長20km的峽谷，兩岸山體陡峻，江面寬200～300m，還有3處90°的彎道，峽谷河道對潰壩突泄庫水有很大約束作用，使?jié)魏榉逅p很快。為減輕潰壩洪水對下游的災(zāi)害，考慮臨戰(zhàn)前適當降低庫水位運行并在下游采取相應(yīng)的分洪措施，可以將潰壩洪水淹沒損失限制在一定范圍內(nèi)。潰壩試驗表明，采取預(yù)降庫水位和分洪措施后，潰壩最大的洪水災(zāi)害面積3 000km2左右，淹沒農(nóng)田13.33萬hm2，受災(zāi)人口100多萬人，淹沒范圍只相當于1954年洪水長江中下游淹沒范圍的4%左右，遠小于歷史上發(fā)生的一次大洪水的災(zāi)害損失。（3）災(zāi)害范圍局限在上荊江一帶洲灘圍垸內(nèi)，不致影響沙市和荊江大堤的安全，屬于局部地區(qū)性災(zāi)害。在采取一些防護措施后，災(zāi)害可進一步減輕。

3 三峽水庫運行庫區(qū)安全及水庫長期運用問題

3.1 三峽水庫泥沙淤積及水庫長期運用

3.1.1 三峽工程水庫泥沙淤積及水庫長期運用問題

（1）三峽工程入庫水沙變化

長江上游懸移質(zhì)泥沙主要來源于金沙江，其沙量占宜昌站來沙總量的54.5%；嘉陵江次之，占23.7%。上游干流河段各支流和區(qū)間懸移質(zhì)泥沙入?yún)R，懸移質(zhì)輸沙量沿程增加，宜昌站年輸沙量約為屏山站的2倍。

三峽工程初步設(shè)計在論證的基礎(chǔ)上補充了1987—1990年數(shù)據(jù)，入庫水沙量釆用寸灘站與烏江武隆站實測值之和，多年平均水沙量分別為4 015億m3和49 140萬t。三峽工程蓄水運用以來，從2003年6月至2016年12月，入庫年均徑流量為3 698億m3，年均來輸沙量為15 600萬t，與初步設(shè)計相比，分別偏小7.90%和68.25%。175m水位試驗性蓄水階段2008—2016年，入庫年均徑流量為3 716億m3，年均來輸沙量為13 000萬t，與初步設(shè)計相比，分別偏小7.45%和73.54%?？梢?，三峽工程蓄水運用后，入庫水量變化相對較小，入庫沙量有較大幅度的減少，減幅超過60%，試驗性蓄水階段沙量偏少幅度超過70%。

（2）三峽水庫防洪庫容和調(diào)節(jié)庫容長期保留問題

三峽工程設(shè)計正常蓄水位175m，相應(yīng)水庫庫區(qū)范圍從壩址至上游660km，水面面積1 084km2，水面寬度一般小于1 000m，只有一小部分庫段的庫面寬度在1 000～1 700m之間，為典型的河道型水庫，平均坡降約為2‰，水庫挾沙不飽和程度大。水庫的有效庫容主要為河槽庫容組成，灘庫容比例小，灘庫容最終將淤廢，河道型水庫長期保留庫容比湖泊型水庫大。汛期（6—9月）入庫沙量占全年總量的80%～90%，水量占全年的60%以上。汛期降低水位至防洪限制水位，騰出庫容調(diào)節(jié)上游洪水，汛期宣泄洪水，有利于排沙，三峽水庫的總庫容與年徑流量比值小于1，有利于汛末蓄水。初步設(shè)計擬定水庫采用“蓄清排渾”的運行方式，攔河大壩設(shè)置了泄洪排沙設(shè)施。汛期水庫水位在145m運行，當流量大于56 700m3/s攔蓄超額洪水抬高庫水位，洪水過后將水位降至145m，泄洪深孔泄流可將泥沙排至大壩下游，稱為“排渾”；汛后10月初開始蓄水，此時水流的含沙量減小，稱為“蓄清”，庫水位逐步升高蓄水至175m，12月至次年5月水庫水位逐漸消落，向下游補水，按電站保證出力泄流，并滿足下游航運要求的水深。三峽水庫采用“蓄清排渾”運行方式，可將汛期庫內(nèi)泥沙淤積限制在降低的庫水位以下，并可減少庫尾河段的泥沙淤積，也有利于將泥沙排出庫外。根據(jù)三峽水庫淤積數(shù)學模型計算分析，不考慮上游干支流修建水庫攔沙作用，采取“蓄清排渾”運行方式，三峽水庫運行80年至100年，水庫沖淤將基本達到平衡，水庫仍能保持86%的防洪庫容和92%的興利庫容，三峽水庫可長期使用。

（3）175m水位驗性蓄水運行期間，優(yōu)化水庫調(diào)度方式

三峽工程建成后提高了長江中游的防洪能力，為減輕長江中游防汛壓力，三峽水庫適時調(diào)度過程中，根據(jù)當時壩址上下游的水情雨情及氣象預(yù)報，在確保防洪安全的前提下，合理利用水庫防洪庫容對中小洪水進行攔蓄是必要的，也是可行的。2009至2016年汛期，在確保防洪安全的前提下，依據(jù)水文氣象預(yù)報，三峽水庫多次實施了中小洪水滯洪調(diào)度實踐，并取得了較好的成效。

三峽水庫為季調(diào)節(jié)水庫，若每年汛后未蓄至設(shè)計正常蓄水位175m，將嚴重影響三峽工程發(fā)揮綜合效益。在175m水位試驗性蓄水運行期間，三峽水庫蓄水提前至9月10日至15日，起蓄水位按起蓄時前期防洪調(diào)度的實際庫水位開始蓄水。

3.1.2 三峽工程泥沙觀測檢驗

（1）三峽水庫泥沙淤積觀測分析

根據(jù)三峽水庫庫區(qū)固定斷面資料分析，三峽水庫蓄水運用以來， 2003年至2016年，三峽水庫泥沙淤積量為16.380億t，水庫年均淤積量僅為原論證預(yù)測值的40%左右；三峽水庫年均排沙比為24.5%，小于原論證預(yù)測值，主要是與入庫水沙條件與原論證階段發(fā)生明顯變化，水庫調(diào)度方式的改變（在175m試驗性蓄水運行期間，汛期壩前平均水位有所抬高）等有關(guān)。從庫區(qū)淤積分布來看，近10年三峽水庫淤積沿程分布總體特性與原預(yù)測值吻合較好。研究表明，三峽入庫泥沙在相當長時期內(nèi)將維持在較低水平，水庫淤積進一步減緩。

（2）實施汛期排沙調(diào)度和汛前庫尾減淤調(diào)度，得出“蓄清排渾”運行新模式

長江委水文局對三峽水庫實測水沙資料進行分析研究，發(fā)現(xiàn)在大洪水流量期間洪峰從寸灘到達三峽大壩前約18～30h，沙峰傳播時間為3～7d。2012年7月，三峽水庫在進行中小洪水滯洪調(diào)度的同時，利用洪峰與沙峰傳播時間的差異，采用“漲水攔蓄削減洪峰，退水加大泄量排沙”的方式“排渾”，進行了首次排沙調(diào)度試驗。7月份的排沙比達28.0%，壩前平均水位155.26m，高于2008—2011年同期水位，但排沙比卻超過7.4%～17.0%，取得了較好的排沙效果。2013年7月進行了排沙調(diào)度試驗，排沙效果良好，7月份排沙比達27%，探索出“排渾”新模式。長江防總為解決三峽水庫庫尾河段沖（走）沙問題，通過2012年、2013年連續(xù)兩年的三峽水庫庫尾減淤調(diào)度試驗，使得庫尾銅鑼峽至涪陵河段河床沖刷量明顯增多，將庫尾河段淤積的泥沙沖至汛限水位145.0m以下的河槽內(nèi)。三峽水庫每年5月相機實施庫尾減淤調(diào)度，解決了水庫提前蓄水而影響庫尾變動回水區(qū)沖（走）沙問題，降低了重慶主城區(qū)河段泥沙淤積導(dǎo)致礙航的風險。

3.2 三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治

3.2.1 三峽庫區(qū)是地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)

從長江三峽的形成演化歷史來看，三峽地區(qū)自古以來就是地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)。三峽水庫蓄水至175m水位，對庫岸穩(wěn)定性的影響可能有幾年時間的調(diào)整，是地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的時期。三峽水庫干流1 300 km，支流3 679.5km的庫岸共發(fā)現(xiàn)體積大于10萬m3的崩塌、滑坡和危巖體共684處，總體積30.4億m3。

3.2.2 三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治

針對庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的防治措施，根據(jù)災(zāi)害的類型、位置的重要性、危害性大小及治理的難易程度，分為工程治理、搬遷避讓和監(jiān)測預(yù)警三種方式。三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治二期（圍堰擋水發(fā)電蓄水位135m）規(guī)劃及三期（初期運行蓄水位156m）規(guī)劃治理的崩塌滑坡574處、防護庫岸446段長253.5km；規(guī)劃地質(zhì)災(zāi)害搬遷避讓項目525處，涉及6.26萬人；規(guī)劃地質(zhì)災(zāi)害群測群防監(jiān)測點共計3 049處，監(jiān)測保護人口近60萬人，其中專業(yè)監(jiān)測點254處（庫岸超深層監(jiān)測點3處，崩塌點251處），監(jiān)測保護人口近9萬人。通過二期工程及三期工程治理，共治理滑坡441處、庫岸防護175.05km，保護了79座涉水城鎮(zhèn)的庫岸穩(wěn)定，大部分解除了崩塌滑坡對移民遷建城鎮(zhèn)和重要農(nóng)村移民遷建點構(gòu)成的危害。通過工程治理，消除了243處滑坡下滑入江成災(zāi)的隱患，同時對受到地質(zhì)災(zāi)害威脅的港口、碼頭和道路實施了保護，增加了庫區(qū)長江航運安全。實施搬遷避讓和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警，在庫區(qū)更大范圍內(nèi)提高對人民生命財產(chǎn)和長江航運安全的保障程度。在移民遷建區(qū)，實施了高切坡治理共2 874處。防護對象包括城（集）鎮(zhèn)移民搬遷安置規(guī)劃區(qū)、農(nóng)村移民集中居民點、鎮(zhèn)外遷建工礦企業(yè)生產(chǎn)生活用房和重大專業(yè)項目復(fù)建區(qū)。經(jīng)對428處滑坡和302段不穩(wěn)定庫岸的工程治理，庫岸穩(wěn)定性得到加強，保護了79座涉水城鎮(zhèn)的庫岸穩(wěn)定，大部分解除了崩塌滑坡對移民遷建城鎮(zhèn)和重要農(nóng)村移民遷建點構(gòu)成的危害。同時，三峽庫區(qū)二、三期規(guī)劃地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測點實施了共計3 049處，監(jiān)測保護人口近60萬。二、三期地質(zhì)災(zāi)害搬遷避讓項目525處，涉及626 422人，其中二期232處，三期414處。通過實施地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警和搬遷避讓，更大范圍地提高了人民生命財產(chǎn)和長江航運安全保障程度。

3.2.3 三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治效果顯著

2003年135m蓄水以來，監(jiān)測預(yù)警千將坪滑坡、坍口灣滑坡、高塘觀滑坡等滑坡險情236處，應(yīng)急搬遷轉(zhuǎn)移2 063人，取得了良好成效。2006年156m蓄水以來，專業(yè)監(jiān)測對42處滑坡進行了預(yù)警，對其中的3處滑坡進行了橙色預(yù)警，對11個滑坡1 712人采取了應(yīng)急搬遷。2007年汛期，三峽地區(qū)遭遇了百年一遇暴雨襲擊，三峽庫區(qū)范圍內(nèi)監(jiān)測預(yù)警及時，發(fā)現(xiàn)險情立即處置，未造成人員傷亡。2008年9月實施175m水位試驗性蓄水以來，至2016年9月，進行了9次試驗性蓄水。三峽工程庫區(qū)共發(fā)生變形加劇和新生的地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)險情447處（其中，湖北庫區(qū)127處，重慶庫區(qū)320處?；卤浪傮w積約3.5億m3，塌岸約60段總長約25km。緊急轉(zhuǎn)移群眾12 200多人，其中湖北轉(zhuǎn)移5 200人，重慶轉(zhuǎn)移7 000人，均未造成人員傷亡。

3.3 三峽庫區(qū)水污染防治及水質(zhì)保護

3.3.1 三峽庫區(qū)水污染防治

三峽工程自1994年開工以來，國家高度重視庫區(qū)的生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護，相繼制定并實施了《長江上游水污染整治規(guī)劃》《三峽工程施工區(qū)環(huán)境保護實施規(guī)劃》《三峽水庫庫周綠化帶建設(shè)規(guī)劃》等。2001年11月，國務(wù)院批復(fù)實施《三峽庫區(qū)及其上游水污染防治規(guī)劃（2001-2010年）》，進一步強化了三峽地區(qū)的生態(tài)建設(shè)和水污染防治工作。三峽庫區(qū)加強城鎮(zhèn)污水和垃圾處理及配套設(shè)施建設(shè)，加強農(nóng)村污染防治和生態(tài)環(huán)境保護，實施農(nóng)村污染防治和遷建城（集）鎮(zhèn)配套建設(shè)污染防治設(shè)施；對工礦企業(yè)遷建實施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高污染防治能力，根據(jù)產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整，工礦企業(yè)遷建由“技改遷建”變?yōu)椤敖Y(jié)構(gòu)調(diào)整”，對污染嚴重、產(chǎn)品無市場和資不抵債的企業(yè)實施了破產(chǎn)關(guān)閉和一次性補償銷號；落實專項復(fù)建工程環(huán)境保護措施；加強庫區(qū)及壩前漂浮物清理；重視落實環(huán)境風險事故防范及應(yīng)急措施，庫區(qū)污染事故發(fā)生率總體下降。庫區(qū)及上游各級政府認真落實上述污染物總量減排、生態(tài)環(huán)境保護和建設(shè)等一系列有效措施，庫區(qū)及其上游工業(yè)污染物排放量有所下降。三峽水庫175m試驗性蓄水運行以來，庫區(qū)主要污染源為農(nóng)田徑流污染、養(yǎng)殖污染、城市生活污水、工業(yè)廢水、城市徑流、農(nóng)村生活污水和船舶流動污染源，主要污染物為總磷、COD等。與環(huán)境影響報告書階段相比，工業(yè)污染源所占比例大幅下降，高達82.4%的污染型遷建企業(yè)實施了破產(chǎn)關(guān)閉或補償銷號。庫區(qū)生活污水排放量呈下降趨勢，與環(huán)境影響報告書階段相比，COD和BOD5的污染源消減量分別為66.4%和64.8%。

3.3.2 三峽庫區(qū)干流水質(zhì)保護在Ⅱ類、Ⅲ類的良好狀態(tài)

根據(jù)三峽庫區(qū)水質(zhì)監(jiān)測斷面布置，生態(tài)環(huán)境部設(shè)置的長江干流國控斷面水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2003年6月三峽水庫135m水位蓄水運行以來，庫區(qū)干流水質(zhì)保護在Ⅱ類、Ⅲ類的良好狀態(tài)。2008年汛末試驗性蓄水前后，三峽庫區(qū)水質(zhì)基本上保持在Ⅲ類水平并持續(xù)穩(wěn)定。與2005年各斷面的Ⅱ類水質(zhì)相比較，在水質(zhì)類別上的變化主要是由于自2009年起，國家將參與水質(zhì)評價的項目由原來的9項增加到21項，導(dǎo)致庫區(qū)部分干流水質(zhì)由Ⅱ類轉(zhuǎn)變成Ⅲ類。2010年至2014年總體水質(zhì)全年穩(wěn)定在Ⅲ類水平，從各月情況看，總體水質(zhì)保持在Ⅱ類、Ⅲ類水平，2016年Ⅱ類水占40%。三峽水庫蓄水運行對庫區(qū)飲用水水源地的分布格局、取水方式等產(chǎn)生影響，但其供水服務(wù)功能總體穩(wěn)定，飲用水源水質(zhì)均以Ⅱ類和Ⅲ類為主，且基本保持穩(wěn)定達標。

4 結(jié)語

三峽工程在175m水位試驗性蓄水運行期間的監(jiān)測成果表明：各樞紐建筑物變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變符合正常規(guī)律，監(jiān)測值均小于計算值，建筑物工作性態(tài)正常，運行安全。三峽庫區(qū)地震99.9%都是小于3級的微震和極微震，實測最大震級5.1級，小于設(shè)計預(yù)計的5.5級。汛期實施中小洪水滯洪調(diào)度和提前至汛末蓄水調(diào)度，采取汛期壩址沙峰排沙調(diào)度和消落期庫尾減淤調(diào)度，為三峽水庫“蓄清排渾”運行探索出新的模式。三峽水庫的水質(zhì)，由于加強了水污染防治工作，庫區(qū)干流及一級支流水質(zhì)穩(wěn)定在Ⅱ～Ⅲ類，支流入庫的庫灣回水區(qū)由于流速變緩而出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象，導(dǎo)致一些支流發(fā)生“水華”。三峽樞紐以下的長江中下游整體水質(zhì)在蓄水前后無明顯變化，總體保持穩(wěn)定在Ⅱ類、Ⅲ類。三峽工程轉(zhuǎn)入正常運行期后，應(yīng)進一步加強樞紐建筑物和庫區(qū)地質(zhì)地震監(jiān)測及地質(zhì)災(zāi)害防治、水污染防治及水環(huán)境保護的常態(tài)化管理，對樞紐建筑物及移民設(shè)施應(yīng)精心維護，發(fā)現(xiàn)問題及時檢修加固處理，以保障三峽水庫大壩運行安全和長期運用，為長江流域人民的福祉和長江經(jīng)濟帶的持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

Abstract： The Three Gorges Project is the existing largest water conservancy and hydro-power project in the world. With great benefits including flood control， power generation， navigation， and comprehensive water resources utilization， it is a key backbone for development and protection of the Yangtze River. The safety and long-term operation of the Three Gorges reservoir and dam is related to the security of millions of people's lives and properties and the achievement of its benefits. The paper focuses on such issues as dam stability， flood discharge and energy dissipation， concrete durability， dam aseismicity and protection， reservoir sedimentation， geological disaster prevention， and water environmental protection as well as engineering measures in design taken thereto. Meanwhile， analyses are made on the monitoring results after reservoir impoundment. It shows that the dam and resoirvoir is safe and reliable for long-term operations.

Key words： reservoir， dam safety， long-term operation， Three Gorges Project