今年入汛以來,我國南方多地均遭受到了持續(xù)強降雨的襲擊,長江、淮河等河流以及洞庭湖、鄱陽湖、太湖等地的水位不斷上漲,部分地區(qū)洪水水位甚至一度超過了1998年的歷史極值。據(jù)統(tǒng)計,截止到7月上旬,洪水已造成全國3385萬人次受災(zāi)、141人死亡(失蹤)、195.8萬人次緊急轉(zhuǎn)移安置、2.3萬間房屋倒塌等,直接經(jīng)濟損失近700億元。
按理說現(xiàn)在長江中下游的許多地方汛情已經(jīng)十分嚴(yán)峻了,特別是水系較為發(fā)達、地勢低洼且向北部傾斜、泄洪通道僅900余米的鄱陽湖,洪澇災(zāi)害尤為嚴(yán)重,這個時候我們的三峽水庫應(yīng)該關(guān)閉閘門攔截洪水,減輕中下游的壓力。
但令很多人不可思議的是,說好的“汛期蓄水、旱季放水”的三峽大壩于6月29日首次開啟了兩個孔口尺寸為7米*9米的深孔閘門泄洪。根據(jù)流體力學(xué)計算,單個深孔的最大水流速度約35m/s,也就是說三峽大壩汛期首次泄洪流量為2*7m*9m*35m/s=4410m3/秒,若只是23個泄洪深孔全開泄洪流量則為50715m3/秒。
許多人都在問,三峽大壩為什么要在汛期泄洪呢?實際上這恰恰反映出我國水利樞紐工程建設(shè),特別是梯級水庫開發(fā)的數(shù)量遠遠不夠多,導(dǎo)致現(xiàn)有的水庫對河流的調(diào)節(jié)能力偏弱,遇到流域性強降雨就必然會開閘放水。
三峽泄洪實屬無奈
我們都知道,三峽大壩是全球目前最大的水利發(fā)電工程——三峽水電站的主體工程,大壩高185米,正常蓄水到175米后,在大壩以上的長江干流上形成一個長約600公里、平均寬為1.8公里的三峽水庫,總庫容達393億立方米。
393億立方米對于一些人來說似乎沒什么概念,對比一下我國當(dāng)前受災(zāi)最嚴(yán)重的最大淡水湖鄱陽湖就知道了。三峽水庫面積約為1084平方公里,而鄱陽湖水面最大時為3150平方公里,對應(yīng)的最大蓄水量約為260億立方米(最小水面為526平方公里、庫容僅9億立方米),由此可見鄱陽湖的最大庫容還不及三峽水庫的2/3。
三峽工程作為我國的一項重大的水利樞紐工程,其建設(shè)和運行一直備受關(guān)注,并且我國的長江流域絕大部分處在亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),大約80%的雨量集中在夏季,因此三峽工程除了具有發(fā)電、航運、灌溉等效益外,防洪功能則擺在第一位,每年汛期期間航運、發(fā)電這些都要靠邊站。
對于三峽水庫,很多人可能都覺得如此浩大的工程肯定是“汛期蓄水、旱季放水”,這樣才能起到防洪的效益,其實這種說法既對也不對,這是為什么呢?
上文中講到,三峽大壩的正常蓄水位是175米,這個水位是三峽水電站的最佳運行高程,因為受地心引力的作用,落差越大水的重力勢也能大,發(fā)電機組做功也最大,發(fā)的電也就多了。
但是每當(dāng)洪水到來之前,三峽水庫都要開閘放水騰出有效庫容來應(yīng)對,這時候的三峽大壩水位高程降至145米的防洪限制水位,而從175米到145米,這30米的水位差能騰出221.5億立方米的庫容攔截洪水,這個變動的221.5億立方米的庫容就是三峽水庫的防洪庫容。
然而,長江是我國和亞洲第一長、世界水能第一大河流,流量僅次于南美洲的亞馬遜河、剛果盆地的剛果河,平均年徑流量約為9600億立方米(有的年份超1萬億立方米),相當(dāng)于25個三峽水庫正常的水量。而三峽水庫221.5億立方米的防洪庫容僅僅只有長江平均年徑流量的2.3%,因此即便在汛期之前將水位降至高程為145米的防洪限制水位,在接納了第一波洪水后也需要合理泄洪騰出有效庫容來應(yīng)對下一波洪水。
按照三峽水庫每秒3.5萬立方米的入庫流量算,每天的入庫水量為30.24億立方米,也就是說7.32天就能將防洪庫容用完,如果不趁著下游降雨量減少等有利機會泄洪騰出庫容,那么在下一波洪水到來時就無防洪庫容可用,這給下游帶來的風(fēng)險也就更大,因此汛期泄洪也是非常有必要的,其關(guān)鍵是要錯峰泄洪。
實際上,我們所講的三峽水庫的防洪效益,并不是簡單的將洪水?dāng)r蓄在水庫里滴水不放就完事,而是通過一系列調(diào)節(jié)機制來起到攔洪、削減洪峰的作用,使來勢洶洶的洪水平穩(wěn)的經(jīng)過長江干流流向東海,從而緩解中下游地區(qū)的防洪壓力。也正是通過這種科學(xué)的調(diào)節(jié)機制,經(jīng)過反復(fù)的調(diào)蓄洪,三峽工程就能抵御百年一遇的洪水。
由于三峽水庫的防洪庫容只有221.5億立方米,這對于每年夏季長江汛期約7600多億立方米的水量,完全是“小巫見大巫”,因此在是自身防洪庫容30多倍的水量面前,三峽大壩不可能做到堵而不疏,而是要瞄準(zhǔn)“窗口期”及時泄洪。
綜上所述,三峽汛期泄洪完全是出于無奈,畢竟自身庫容還是很有限,調(diào)節(jié)河流的能力能力不足,尤其是雨量大且集中主雨帶“梅雨季節(jié)”所帶來的持續(xù)強降雨。
中國梯級水庫建設(shè)還遠遠不夠
從入汛以來三峽水庫開閘泄洪,這從另一方面正好也反映出了我國水利工程建設(shè),特別是梯級水庫的建設(shè)遠遠不足,總攔蓄水量占河流年徑流量的比例偏小,因此在防洪調(diào)蓄上就不可能完全做到“豐水期蓄水、枯水期放水”,這也是我國夏季洪澇災(zāi)害嚴(yán)重、春秋兩季干旱頻發(fā)的原因之一,一定程度上還是“靠天吃飯”。
盡管三峽水庫是我國第一大人工水庫,其東端的三峽大壩也有著多項世界之最,但其393億立方米的總庫容在世界上連前十都達不到,例如世界上排名前十的人工水庫有加納沃爾特水庫、加拿大斯莫爾伍德水庫、俄羅斯古比雪夫水庫、贊比亞卡里巴水庫、哈薩克斯坦布赫塔爾馬水庫、俄羅斯布拉茨克水庫、埃及納賽爾水庫、俄羅斯雷賓斯克水庫、加拿大卡尼亞皮斯科水庫、委內(nèi)瑞拉古里水庫,而且這些人工湖大多數(shù)建于上世紀(jì)60年代,可見“筑壩攔蓄洪水,留著旱季慢慢用”許多國家很早就付諸了實施,其中非洲就不在少數(shù)。
沃爾特水庫位置
雖然我國在西南地區(qū)的長江干支流建成了一些大壩,如雅礱江上的二灘電站、大渡河上的龔嘴電站、烏江上的烏江渡電站等,但由于西南地區(qū)的諸多河流處在我國地勢的第一級向第二級過渡的高原、山地地帶,多山高谷深的峽谷,建大壩形成的高水位落差非常有利于發(fā)電,這也是我國長江為什么是世界上水能資源最豐富的河流的原因之一,但所形成的水庫蓄水量非常有限,單個的防洪能力其實并不強。
正是因為我國目前很多水庫的蓄水量相對有限,因此每當(dāng)洪水來臨之前就需要泄洪騰出庫容。而且與世界上其它發(fā)達國家相比,我國河流水庫對河流徑流調(diào)節(jié)的能力也基本處在劣勢。
中外部分河流調(diào)節(jié)能力對比
以太平洋彼岸的美國為例,盡管這幾年美國拆除了一些大壩,這一舉措甚至被一些人解讀為建攔河大壩弊大于利,但是仔細(xì)分析一下不難發(fā)現(xiàn)這些被拆除的大壩絕大多數(shù)是“矮小挫”和壩齡超50年基本喪失效益的大壩,而且這些被超出的大壩只占美國大壩總數(shù)的約1.2%,屬于正常更新。
但是在河流水庫總庫容、壩高超150米巨型大壩等方面,美國仍然保持著世界第一的位置,而這些高壩不僅沒有拆除,反而還在不斷修建,只不過在生態(tài)保護方面修建攔河大壩有要求,必須建造魚梯確保洄游魚類能夠穿行。
美國胡佛大壩
人無遠慮必有近憂,值得一提的是,一些發(fā)達國家修建大壩目的也很單一,僅僅只是為了防洪。以美國的七橡樹大壩為例,一個高170米的大壩控制著平均流量僅有每秒6.3立方米的河流(最大流量9000立方米/秒),建成之后其庫容利用率從未超過33%,這也未免太奢侈了吧。
七橡樹大壩
還有埃及修建的阿斯旺大壩,能夠吞下尼羅河的全年徑流,實現(xiàn)河水多年調(diào)節(jié),當(dāng)非洲其他國家因干旱幾乎都在鬧饑荒的時候,埃及的糧食產(chǎn)量基本沒有受到太大影響,能夠自給自足。這樣的大壩才能做到雨季照單全收、旱季細(xì)水長流。
阿斯旺大壩的位置
要是按照阿斯旺大壩這種調(diào)節(jié)能力計算,我國長江流域每年主汛期來臨的時候需要至少30個三峽水庫才能實現(xiàn)汛期不泄洪。而現(xiàn)實是這樣的水庫僅此一個,當(dāng)前只能通過科學(xué)調(diào)度攔洪削峰泄洪,最大限度降低洪水對中下游地區(qū)的沖擊以及干旱所帶來的不利影響。
正如王浩院士所言,“表示一個國家水庫蓄水能力與河流徑流量之比的庫容系數(shù),歐洲國家通常是0.9以上,美國是0.66,而我們中國目前還不足0.3”,而水庫蓄水能力不足的直接后果,就是面對大洪水時,發(fā)達國家能直接將洪水?dāng)r蓄在水庫里然后細(xì)水長流,而我們國家還要全力抗洪搶險,到了干旱的時候又無水可用。
寫在最后
盡管三峽水庫有著高達221.5億立方米的防洪庫容,但在長江9600多億立方米的年平均徑流量面前,僅僅只占到了長江徑流的約2.31%,基本上一場稍微大點的洪水入庫就填滿了。
因此,面對梅雨季節(jié)持續(xù)的強降雨和一波接一波的洪峰到來,三峽大壩只能瞄準(zhǔn)“窗口期”泄洪,這樣才能騰出足夠的庫容來調(diào)蓄下一波洪水。
而三峽大壩汛期泄洪,雖然也是無奈之舉,但這也從側(cè)面反映出我國投入運行的河流水庫數(shù)量還是太少了,使得汛期長江的洪水白白流向大海,而旱季水量又偏少,影響正常灌溉和航運。
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