本期，大壩新聞將繼續(xù)推出中國大壩協(xié)會、中國水利水電科學(xué)研究院、中國長江三峽集團(tuán)公司、中國水利水電建設(shè)集團(tuán)聯(lián)合策劃的科普專題《大壩之問》下篇，下篇將為您呈現(xiàn)第5部分：水庫的運(yùn)行是個系統(tǒng)工程；案例：水庫大壩在區(qū)域發(fā)展中的作用。如果喜歡，請您繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)和收藏，幫助我們一起將知識傳播開來。
第5部分：水庫的運(yùn)行是個系統(tǒng)工程
水庫群的聯(lián)合調(diào)度
為什么要聯(lián)合調(diào)度
一座獨(dú)立的水庫運(yùn)行，無論是防洪、用水，還是發(fā)電，只要在控制風(fēng)險的前提下，必定要獲取最大的效益。但當(dāng)一座水庫的運(yùn)行對上、下游的水庫產(chǎn)生影響時，這就要考慮怎樣獲取整體的最大效益。而且，隨著我國人口的增長和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展以及城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，對水的需求進(jìn)一步提高，水的供需矛盾和水環(huán)境問題愈發(fā)突出，水庫由于具有調(diào)蓄功能，因此在水資源的優(yōu)化配置中發(fā)揮著重要的作用。
隨著水資源的不斷開發(fā)利用，往往在一條河流上或一個流域內(nèi)建成一批水庫，形成了一個水庫群，如黃河上游、長江上游和清江梯級水庫群等。從保障流域可持續(xù)發(fā)展和維護(hù)河流健康出發(fā)，需要建立興利、減災(zāi)與生態(tài)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的水庫綜合調(diào)度運(yùn)用方式，這些水庫調(diào)度運(yùn)用要納入到全流域的統(tǒng)一調(diào)配，從而實(shí)現(xiàn)流域水資源的優(yōu)化配置。原有的單庫分散調(diào)度的方式在進(jìn)行防洪和興利調(diào)度的同時，沒有考慮其對水庫群以及整個流域的影響，不利于流域內(nèi)水利綜合效益的發(fā)揮。水庫群的形成，改變了原來單庫或少庫的水力條件，各水庫之間存在相互影響，這就需要站在全流域的高度，采取聯(lián)合調(diào)度的方式，開展水庫群優(yōu)化調(diào)度，讓它們在保證安全的基礎(chǔ)上發(fā)揮最大的“群體”效益。
什么是聯(lián)合調(diào)度
水庫群的聯(lián)合調(diào)度是指對流域內(nèi)一群相互間具有水文、水力、水利聯(lián)系的水庫以及相關(guān)工程設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)調(diào)度，使流域內(nèi)水利效益最大化。如何調(diào)控水庫群，不僅關(guān)系到各種效益的發(fā)揮，還關(guān)系到水庫大壩的安全，怎樣調(diào)度才是既安全又有效的？水庫群的聯(lián)合調(diào)度通常采取系統(tǒng)工程的處理方式，采取系統(tǒng)工程的理論與方法，開展水庫群優(yōu)化調(diào)度。在實(shí)踐中，根據(jù)不同的調(diào)度目標(biāo)，可分為防洪聯(lián)合調(diào)度、興利聯(lián)合調(diào)度、生態(tài)聯(lián)合調(diào)度、應(yīng)急聯(lián)合調(diào)度等。
怎樣進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度
水庫調(diào)度首先需要確保水庫大壩安全并承擔(dān)水庫上、下游防洪任務(wù)。因此，水庫群的防洪聯(lián)合調(diào)度是首要任務(wù)?，F(xiàn)在，水文氣象預(yù)報精度的提高、系統(tǒng)決策科學(xué)理論的日益完善和計算機(jī)軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，使得水庫群間的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度變得越來越“智慧”。通過超級計算機(jī)的運(yùn)算，我們已經(jīng)能夠比較準(zhǔn)確地進(jìn)行某一區(qū)域中短期的天氣預(yù)報，結(jié)合調(diào)度模型對各水庫的運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、統(tǒng)一安排。通過采取蓄洪滯洪、削峰錯峰等措施，減少水庫最大泄量，達(dá)到保證各水庫和區(qū)間防洪安全的目的，充分發(fā)揮水庫群的防洪效益。例如，2010年7月份長江上游干流發(fā)生了1987年以來的最大洪峰流量7萬立方米每秒，超過了1998年，但是洪災(zāi)嚴(yán)重程度與損失卻小于1998年時的情況，這主要?dú)w功于以三峽水庫為龍頭的水庫群的防洪聯(lián)合調(diào)度發(fā)揮了巨大的作用。此次洪水，僅三峽水庫攔蓄洪水就達(dá)到了70億立方米，有效地減輕了長江中下游的防洪壓力，再加上堤防、水閘、泵站、分洪區(qū)等配套防洪工程，有效保障了長江中下游的防洪安全。在我國的清江流域，研究人員針對清江梯級水庫群，在不降低水庫及梯級原有的防洪標(biāo)準(zhǔn)前提下，建立聯(lián)合調(diào)度模型，有效地利用了上游水布埡水庫的防洪庫容分擔(dān)隔河巖水庫部分防洪任務(wù)，還顯著提高了梯級水庫的發(fā)電量。
水庫群作為一個系統(tǒng)、一個整體，其效益不再是各水庫效益的簡單相加，而應(yīng)大于各水庫效益之和。水庫群的聯(lián)合調(diào)度利用各水庫在水文徑流特性和水庫調(diào)節(jié)能力等方面的差別，通過統(tǒng)一調(diào)度，在水力、水量等方面取長補(bǔ)短，提高流域水資源的社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。比如，在黃河干流上，現(xiàn)已建有龍羊峽、劉家峽、萬家寨、三門峽和小浪底等水庫，近年來，通過水庫群的聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用，進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙、水量調(diào)度、防洪防凌調(diào)度、興利調(diào)度等，對優(yōu)化配置水資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，維護(hù)河流健康，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展等都發(fā)揮了重要作用，社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益顯著。
當(dāng)然，根據(jù)調(diào)度目標(biāo)不同，水庫群的調(diào)度方式和調(diào)度基本原則也不相同。比如，當(dāng)對水庫群進(jìn)行灌溉及供水調(diào)度時，以總棄水量最小擬定各個水庫的蓄水和放水次序，梯級水庫上游水庫應(yīng)先蓄水后供水，庫群中如有調(diào)節(jié)能力高、汛期結(jié)束較早的水庫應(yīng)先蓄水，在供水期按總供水要求進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)。此外，利用水庫大壩進(jìn)行流域或區(qū)域生態(tài)調(diào)節(jié)或補(bǔ)償?shù)纳鷳B(tài)聯(lián)合調(diào)度（比如前面提到的萬家寨、三門峽、小浪底水庫之間的調(diào)水調(diào)沙調(diào)度）以及應(yīng)對緊急事件的應(yīng)急聯(lián)合調(diào)度（比如發(fā)生地震時，震區(qū)水庫要盡快降低水庫水位）等都需要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)地進(jìn)行水庫群的聯(lián)合調(diào)度，從而滿足不同的優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)。
如前所述，水庫群的聯(lián)合調(diào)度是流域水資源優(yōu)化配置的重要組成部分。從更大范圍內(nèi)來看，還可以對跨流域的水資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。我國的南水北調(diào)工程就是基于跨流域的水資源調(diào)度而修建的。我國南澇北旱，南水北調(diào)工程通過跨流域的水資源調(diào)度，大大緩解我國北方水資源嚴(yán)重短缺的問題。南水北調(diào)總體規(guī)劃包括東線、中線和西線三條調(diào)水線路。通過三條調(diào)水線路與長江、黃河、淮河和海河四大江河的聯(lián)系，構(gòu)成以“四橫三縱”為主體的總體布局，以利于實(shí)現(xiàn)我國水資源南北調(diào)配、東西互濟(jì)的合理配置格局。
考慮到水文、氣象等各種因素的隨機(jī)性以及不少水庫需滿足多種目標(biāo)，水庫群聯(lián)合調(diào)度決策實(shí)際上是一個非常復(fù)雜的過程。隨著水文氣象預(yù)報和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，將會產(chǎn)生一些適用于水庫群聯(lián)合調(diào)度的新理論和新技術(shù)，水庫群的聯(lián)合調(diào)度研究及應(yīng)用仍有很長的路要走。
（第5部分完）
案例：水庫大壩在區(qū)域發(fā)展中的作用
河北省歷史上水患嚴(yán)重
河北省位于海河流域腹地，占海河流域總面積的51.3%；北靠燕山，西倚太行，東臨渤海，內(nèi)環(huán)京、津兩大直轄市，中南部是廣袤的華北平原，總面積18.77萬平方公里，有耕地5.88萬平方公里，人口7000萬人。全省年均降雨量522毫米，有79%降在汛期，主汛期一個月的降雨量占全年的1/3，因而極易暴雨成災(zāi)；而農(nóng)業(yè)用水高峰季節(jié)（3～5月）降雨量不足全年的13%，因而春旱年年發(fā)生。暴雨強(qiáng)度相當(dāng)于東南亞一些國家，干旱程度又相當(dāng)于中東地區(qū)；形成了春旱嚴(yán)重、暴雨集中、既有水荒、又有水災(zāi)的氣候特點(diǎn)。
在1949年前的580年中，共發(fā)生水災(zāi)383次，旱災(zāi)407次，一年之內(nèi)往往先旱后澇，重復(fù)受災(zāi)。境內(nèi)的海河5大水系（漳衛(wèi)河、子牙河、大清河、永定河、北三河）1965年以前全部集中到天津入海，河道上寬下窄，行洪能力上大下小，山區(qū)降暴雨后十幾個小時甚至幾個小時就要到達(dá)平原，因而洪水災(zāi)害十分突出，平均7～8年發(fā)生一次中等洪水，20年左右發(fā)生一次大洪水。在1546～1948年的403年中，洪水曾12次侵襲北京城，13次淹了天津市。1939年大水，全省1/2的耕地被淹，沖毀鐵路100余公里，死亡1.33萬人，天津城區(qū)街道行船一個多月；1920年大旱，全年降雨量僅205毫米，凍餓而死者1萬多人。1963年特大洪水之受災(zāi)人口約2200萬人，特重災(zāi)區(qū)人口約1200萬人，死亡5030人，約有1000萬人無家可歸；直接損失約60億元。慘痛的歷史教訓(xùn)激發(fā)河北人民修大壩、建水庫，調(diào)節(jié)洪水，保障京津等大中城市及交通干線安全，發(fā)展灌溉促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，根治海河的決心。
修建水庫大壩之后
1952年由河北省開展了以防洪為主、以灌溉及水能利用為輔的《海河流域治理規(guī)劃》編制工作，決定先行修建唐山市陡河水庫；1956年大水淹了石家莊市，遂于1957年開始籌建市區(qū)上游的滹沱河崗南、黃壁莊兩大水庫；1958年又興起了以修建水庫大壩為重點(diǎn)的水利建設(shè)高潮，12座大型水庫、20多座中型水庫和1000多座小型水庫同時開工，最多出動民工200多萬人，經(jīng)過半個世紀(jì)的努力，河北省現(xiàn)已建成大型水庫18座，中型水庫44座，小型水庫1029座，總庫容115億立方米，其中，調(diào)洪庫容69.3億立方米，興利庫容52.9億立方米。
河北省水庫大壩建設(shè)50多年來，共攔蓄超過下游安全保證標(biāo)準(zhǔn)的致災(zāi)洪水500多次，累計減少農(nóng)田淹沒8萬多平方公里，減少糧食損失約1400萬噸，減少經(jīng)濟(jì)損失1300多億元，水庫防洪效益與工程投資之比為10:1。同時，還年均灌溉農(nóng)田0.8萬平方公里，對保證農(nóng)業(yè)增產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。水庫水電裝機(jī)20.1萬千瓦，累計發(fā)水電75億千瓦時，對補(bǔ)充用電缺口和農(nóng)村以電代柴、減少二氧化碳排放發(fā)揮了重要作用。
1980年以來，隨著城市規(guī)模迅速擴(kuò)大，城市供水日益緊缺，崗南、黃壁莊等9座大型水庫確保了石家莊、唐山等7座大中城市的供水安全，大洺遠(yuǎn)、般若院等17座中型水庫保證了武安、遵化等17個市（縣）的城鎮(zhèn)供水安全。特別是崗南、黃壁莊和陡河等大型水庫效益十分突出。
水庫防洪效益顯著
位于河北省石家莊市上游60公里的崗南水庫和30公里的黃壁莊水庫，1996年8月上旬遭遇了建庫（1960年）以來的最大暴雨洪水。暴雨中心12小時降雨370毫米。崗南水庫入庫洪峰流量7020立方米每秒，超過歷史最大入庫流量40%；最高庫水位達(dá)到203.13米，超過了設(shè)計規(guī)定的“敞泄水位”（到達(dá)此水位后要敞開水庫全部泄洪設(shè)施泄洪，保大壩安全）。下游的黃壁莊水庫是“病險水庫”，此時入庫洪峰達(dá)到百年一遇的流量，最高水位也超過歷史最高洪水位1.23米，且險象環(huán)生。與此同時，水庫下游的關(guān)系到京、津二市和華北油田的滹沱河北大堤已發(fā)現(xiàn)十多處險情，特別是饒陽縣呂漢段大堤管涌嚴(yán)重，堤內(nèi)河水出現(xiàn)漩渦；南堤以外大平原有100多萬人受到洪水威脅。在非常緊急的情況下，河北省防汛指揮部根據(jù)水情測報預(yù)報和專家作出了科學(xué)的調(diào)度：崗南水庫庫容大，質(zhì)量好，防洪標(biāo)準(zhǔn)高，讓它大量攔蓄滹沱河干流洪水，來水盡量少泄，以減輕下游的洪水壓力；同時調(diào)集10萬民兵和1萬多名解放軍上堤搶險抗洪，經(jīng)過近10個晝夜的艱苦奮戰(zhàn)，確保了水庫大壩、滹沱河大堤以及石家莊市和京廣、京九、朔黃鐵路，京深高速公路、華北油田和向北京市區(qū)供氣、供油等設(shè)施的安全，減輕了洪水對天津市的壓力。僅此一項(xiàng)效益就超過150億元，相當(dāng)于收回了國家46年來對河北省的全部水利投資。同時，崗、黃兩庫為下游石家莊市、西柏坡電廠、石津灌區(qū)等城鄉(xiāng)生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境年均供水8億多立方米，灌溉農(nóng)田0.12萬平方公里，提供鮮活魚蝦等水產(chǎn)品1500余噸，累計發(fā)水電34億千瓦時。而且崗南庫區(qū)是中外聞名的西柏坡紅色旅游勝地，黃壁莊庫區(qū)景色宜人，獨(dú)具特色。據(jù)統(tǒng)計，建庫以來兩庫產(chǎn)生的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益600多億元，是水庫工程建設(shè)與加固靜態(tài)投資的30倍。
陡河1949年曾水淹唐山市區(qū)，1959年遇到同樣的暴雨洪水，全部被1956年建成的陡河水庫大壩攔蓄。水庫建成55年來，共攔蓄超過下游安全標(biāo)準(zhǔn)的致災(zāi)洪水17次，攔洪效益達(dá)11.64億元。1976年7月28日發(fā)生唐山大地震，水庫大壩僅出現(xiàn)了3道縱向裂縫，壩下主河床發(fā)生管涌，通過分析會商，在主汛期沒有放空水庫，保留了2400多萬立方米唐山市抗震救災(zāi)的寶貴水源。通過水庫與引灤入唐工程聯(lián)合運(yùn)用，共為唐山市區(qū)和曹妃甸工業(yè)區(qū)生活供水10.43億立方米，工業(yè)供水8.9 立方米，供電廠循環(huán)用水295.46億立方米，農(nóng)業(yè)供水9.82億立方米，總計直接和間接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)41.97億元，是水庫建設(shè)和加固靜態(tài)投資的63倍。
拆除大壩不能解決河流斷流
過去河北一到汛季 “到處是水，人人怕水”（洪澇災(zāi)害頻繁），變?yōu)楝F(xiàn)在的“到處缺水，人人盼水”，中南部平原地區(qū)河流幾乎常年干涸。有人把這種現(xiàn)象歸因于修建水庫大壩造成的。實(shí)際上，主要原因是由于近些年經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人口成倍增長，實(shí)際用水量大大超過了本省水資源的承載能力造成的。近10年河北省天然降雨量和上游來水量明顯減少，年均降雨量由596mm減少到460mm，減少23%，更加劇了水資源的供求矛盾，近10年，全省人均水資源量僅193 立方米，甚至比不上以干旱著稱的中東和北非地區(qū)。由于用水緊張，地下水的超采也是導(dǎo)致河流斷流的原因之一。
在降雨量大且時空分配比較均勻的流域和水量豐沛的河流，扒掉水庫大壩有可能實(shí)現(xiàn)河道常年流水；但是，在降雨量小且時空分配不均的流域和來水量較少的河流，扒掉水庫大壩，損失的不僅是防洪效益，而且是包括興利效益在內(nèi)的全部水庫效益，河流可能在個別豐水年和每年的汛期汛后及春季融冰期有水，其他時間還要干涸。
如果在河北省特別是太行山區(qū)如果扒掉全部水庫大壩，再遇1963年和1996年那樣的暴雨洪水，沒有崗南、黃壁莊等水庫大壩攔蓄，石家莊等大中城市必將被淹，京廣、京九等首都通往全國各地的交通通信干線必將中斷，華北油田及西氣東輸?shù)葒抑匾A(chǔ)設(shè)施必將受損，冀中、冀南平原和廣大城鄉(xiāng)必然遭受水災(zāi)之苦，而且要直接影響北京的安定和天津的安全，損失將是十分慘痛的。同時，在春季用水高峰季節(jié)，下游城鎮(zhèn)用水和農(nóng)業(yè)用水也將受到很大影響，危及整個國計民生；河流和平原的生態(tài)環(huán)境也不會因扒壩而有多少改善。
天是有不測風(fēng)云，不能指望今后10年或20年不發(fā)生多雨年頭，甚至特大洪水，綜合利弊，大壩的效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大壩帶來的損失。
（全文完）
策劃：陳祖煜、賈金生
撰文：郭軍、鄭璀瑩、楊會臣、李旭、王秋生、徐耀、馮煒
