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浅议三峡大坝蓄水:以2009--2010年度为例

已有 7110 次阅读 2010-7-27 21:17 |个人分类:物理与生活|系统分类:科普集锦| 三峡, 发电, 蓄水, 防汛

    三峡大坝,历经上百年争议,十几年建设,如今随着各项工程逐渐收尾,发电蓄水功能正逐渐发挥作用。作为一个经济投资巨大,地理跨度宽广,地质条件复杂,涉及人口众多的世纪工程,学界,政界和民间对此有争议,是一件非常非常正常的事情。事实上,争议可以让真理越辨越明,让人们对自然的认识更加深刻,也必将会促使三峡工程更好的发挥作用,造福国人。

但非常遗憾的是,有些争论不能从客观事实出发,甚至故意用了模糊的说法来误导群众,这是非常不应该的。比如最近流行的一个说法“三峡为了发电,在枯水期蓄水,汛期泄洪,加重了下游的自然灾害”,就是非常误导群众的。一个简单的事实是,如果只蓄不放,怎么发电呢?

昨天调查“三峡机组正常发电时通过水轮机的下泄流量时,接触了一些有关三峡蓄水的资料,今天继续浅议一下三峡大坝的蓄水问题。(本文使用的数据主要来自新华社的报道和三峡集团公司的官方网站)

一:何谓蓄水?

如何理解蓄水这件事,还真有争议,简单的说,蓄水可以有两种理解方式。

一种理解是:下泄流量少于入库流量并因此造成水库的水面升高的过程为蓄水过程,反之为泄洪或者排水过程。比如前几天长江干流的入库流量是7万立方米每秒,下泄流量是4万立方米每秒,就是一个蓄水的过程,在此过程中,坝前水位从145米涨到了156米左右。但是因为在这个过程中,开启了大坝的泄洪深孔进行泄洪,所以几乎所有的新闻报道,都强调这是一个泄洪过程。说来说去,就成了一个三峡加重下游负担的“汛期泄洪”过程,把蓄水的本质给扭曲或者说弄反了。

另外一种理解是:从每年汛期末关闭泄洪深孔开始,到来年汛期来临重启泄洪深孔进行排水的这段时间,称之为蓄水期。也就是说,如果水流下泄只通过水轮发电机进行,则称之为蓄水期。2009年三峡大坝开始蓄水的时间为915号,2010年首次开启泄洪深孔的时间为710日,这段时期称之为蓄水期。以下讨论主要按照这种理解进行。

二:蓄水过程中的水位变化。

    简单的说,在整个蓄水期间,坝前水位先升高,再降低,做了一个简单的轮回过程。2009--2010年度具体变化情况如下:

12009915,开始蓄水时的坝前水位为145.8米,从此开始至111日,大坝的入库流量大于下泄流量,坝前水位逐渐升高至171

2)从111123日,入库流量约等于下泄流量,坝前水位维持171米左右。

3122日后,下泄流量大约入库流量,坝前水位逐渐回落从此进入消退期,坝前水位逐渐下降,开始为三峡中下游进行补水

4) 2010年4月以来,长江流域降雨增多,三峡入库流量呈明显上涨趋势,已能满足葛洲坝下游庙嘴日均水位不低于39米的要求,水库补水调度随之结束下泄流量再次小于入库流量,坝前水位有所上升,为155.79

5)为迎接长江汛期的洪水,三峡水库进行腾库防汛准备,2010512日下午,三峡库区入库流量7720立方米/秒,而出库流量11000立方米/,三峡库区汛前水位消落加快,为155.61米。截至20105月31日14时,三峡坝前水位已由去年试验性蓄水后的171.43米消落至150米,离防汛限制水位仅差5米。

62010710日,三峡今年首次开启泄洪深孔进行泄洪。坝前水位恢复至145左右。整个蓄水期结束,三峡大坝泄洪深孔开启,进入汛期泄洪运行时期。

    通过上面列出的三峡蓄水全过程,我们可以看到,三峡并不是为了发电而在枯水期蓄水不放,事实上,从2009123号到20104月期间,下泄流量一直大于入库流量。

三:为什么蓄水?

1)为了发电。大家知道,水轮机发电量的多少,主要取决于两个因素,第一就是水量的多少,第二就是水头与水轮机的高度差,也就是水的势能的大小。如果上游来水有保障的话,那么随着坝前水位的增加,这两个条件都能满足,也会因此增加水轮机的发电量。

2)还是为了发电。在坝前水位为145米时,水轮机组的最大下泻量为1万立方米每秒左右,随着坝前水位的提高,水的流速加快,下泻量会逐渐增加。不过即使在坝前水位在170米左右的时候,水轮机的最大下泄量,也不过18000立方米每秒左右。实际上,长江干流有相当长的时期,入库流量是大于1.8万立方米每秒的,这些多出来的入库流量怎么办?汛期时,为了防汛,为了安全,就采用简单的方法,也就是开启泄洪深孔直接排掉。另外就是先蓄起来,等入库流量小的时候,再慢慢放出去。也就是通过对水体进行空间上的控制来实现对发电输出的时间上的控制。

3)为了调节水量输出,在枯水期对下游补水。这个前面已经分析了,此处不再多说。

4)为了航道的安全。提高水位之后,将使航行的船舶免遭触礁的危险。

四:如何控制蓄水?

事实上,如果坝前水位达到170之上,那么只有入库流量能保持1.8~2万立方米左右的时候,才能同时满足所有的水轮机组正常运转。如果入库水量过少的话,开启全部水轮机,就会造成下泻量大于入库量,坝前水位降低。这时候为了保持高水头,一般会关闭部分水轮机。让入库和出库的水量,保持平衡。

汛期来临之前,则会多开水轮机组,增加下泄量。那时候保持水头的高度,就不再是最重要的事情了,腾出库容,才是最重要的。

还有一个很重要,也是非常值得商榷的问题是,从什么时间开始蓄水比较合适?最近两年开始蓄水的时间,都是在9月中旬。此时一般为汛期的末期,长江上游来水在2~2.5万立方米每秒左右。事实上,9月之后的来水量,年度差别很大,如果遇到大旱之年,上游来水少,就会很难蓄水到目标水位175米。而如果把蓄水的时间提前,比如从9月上旬,甚至8月下旬开始蓄水,是否会更合适一些呢?如果遇到汛期结束的比较晚的情况,这时候可能就会增加防汛的压力。

如果将来天气预报能更准确一点,预报的时间更长远一点,可能会对三峡的蓄水调控提供一些指导。

我对三峡蓄水的认识主要来自新闻报道,对此问题的理解主要来自个人的感悟,错误在所难免,欢迎各位老师同学批评指正!


图片来自网络,上图为今年三峡按照4万立方米每秒泄洪时荆江岸边的情景。

下图为1998年,5.7万立方米的水量过荆江河段的场景。



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