王方方，鲍正风，许 浩

(1. 峡水利枢纽梯级调度通信中心，湖北 宜昌 443133；2. 中国电建昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650000)

三峡水利枢纽是长江流域骨干控制工程，具有防洪、发电、航运、供水等综合效益，是长江流域防洪体系的重要组成部分，是发挥长江黄金水道作用的重要枢纽，是稳定电网安全的支撑电源点，在长江流域乃至全国经济发展中具有重要地位。

三峡水利枢纽正常蓄水位175 m，防洪限制水位145 m，防洪库容221.5亿m3，调节库容165亿m3，枢纽建设经历了围堰发电期、初期运行期、试验蓄水期到正常运行四个阶段。于2010年首次成功蓄水175 m；2016年正式转入正常运行期。

流域气候变化会引起流域降水量的改变，从而间接影响流域径流总量及年内分布。三峡水库建库以来，长江上游流域干流及各支流降水特征的变化对水库入库过程造成一定影响，水库来水特征的变化对水库原有设计调度方式的适用性提出挑战。另一方面，气候变化引起的极端天气事件如高温持续干旱、超强秋汛、汛期大洪水等，对三峡水库供水、蓄水、防洪以及应急调度都提出了新的挑战和更高要求。

综上所述，气候变化条件下，三峡水库来水系列水文特性已发生一定程度的改变，有必要对气候的影响进行量化分析，研究来水变化及演变规律，分析气候环境变化对水库调度的新需求，并针对性从技术层面和管理层面提出对策，以指导三峡水库更有效更充分地发挥综合效益。

1 三峡水库设计调度方式

三峡水库设计调度方式主要根据历史降水特性和水沙条件以及防洪、航运、发电、供水等需求确定，分时期设计调度方式为：汛期三峡水库一般按照汛限水位运行。当发生洪水需水库拦洪消峰时，三峡水库在保证大坝安全的前提下，对长江上游洪水进行调控，提高下游荆江河段的防洪标准至百年一遇，在逢百年一遇至千年一遇洪水时，配合蓄滞洪区运用，保证荆江河段行洪安全，避免两岸干堤溃决；蓄水期间水库最小下泄流量不低于下游航运及保证出力相应的流量要求，并在满足防洪、补水等条件下逐步蓄至正常蓄水位，枯水年蓄水过程可适当延长；消落期逐步降低库水位，为下游实施供水、抗旱、航运、生态等补水调度。枯水期消落补水主要满足不低于电站保证出力及通航流量要求，在汛前逐步消落至防洪汛限水位[1]。

2 长江上游流域气候变化

气候变化对人类生活的影响直观表现在降雨和气温的变化。本文以1963～2017年的55年长系列气象资料为基础，针对降水、气温变化展开长江上游流域气候变化分析。

1)降水量。寸滩站为三峡水库上游流域控制站，因此以寸滩站为分析站点，分析其55年来降水量变化。结果显示：上世纪60年代以来，上游流域年平均降水量总体呈下降趋势(见图1)。其中上世纪80年代为节点，之前降水偏多，之后逐渐下降，下降速率约为17.4 mm/10 a。5年滑动平均结果显示，降水呈波动性变化，波峰主要出现在上世纪80年代初，2000～2010年间，波谷有多个，但均相对较弱，分别出现在上世纪70年代初、中期、90年代中后期和近几年。对于年内分布，上游流域整体变化表现为春季、秋季和冬季降水量呈减少趋势，而夏季降水由于强度变化影响，降水量呈增加趋势。年均降水量的空间分布呈东多西少中间最多。

图1 上游流域历年降水量变化过程

2)降雨日数和强度。分析寸滩站历年降雨日数发现(见图2)，长江上游流域平均年降水日数(降雨量≥0.1 mm作为一个降雨日)也呈显著下降趋势，下降速率为2.9 d/10 a(α=0.001)。5年滑动平均结果显示，年降水日数在上世纪90年代前均高于平均值，波峰分别在70年代后期和80年代中期；90年代变化开始减小。而日平均降水强度则呈增加趋势，增大了洪水发生的概率。

图2 历年降水日数和强度变化过程

3)暴雨日数和强度。分析寸滩站历年暴雨日数和强度发现(见图3)，流域年平均暴雨日数(降雨量≥50 mm作为一个暴雨日)呈微弱不显著的上升趋势。从5年滑动平均上看，年暴雨日数有波动，但幅度不大，在上世纪70年代初期和90年代后期出现波谷，70年代后到90年代前期出现3次连续波峰。暴雨强度也呈轻微的上升趋势，80年代后暴雨强度均值大于常年值，且主要集中在汛期，6～8月降水量占全年的一半，同时也导致大暴雨、特大暴雨次数和极端降水事件的增多。

图3 历年暴雨日数和暴雨强度变化过程

4)气温。长江流域年平均气温呈升高趋势，平均每10年升高约0.14℃。上游流域西北部由于其特定的地质条件和海拔特征，升高趋势更为明显。经过预测，在三种温室气体排放背景下，未来50年流域气温总体呈上升趋势，增温幅度约为0.25～0.41℃/10 a[2]。

5)极端天气事件。①1日极端降水。三峡水库上游流域1963～2017年中1日极端干旱事件有3个站点发生超过10次，主要分布于流域西北和东南。流域中部万县市最少为2次。三峡上游最大1日降水量共有2个站点达到300 mm以上，出现在流域中部都江堰和峨眉山；中部其他地区为200～300 mm；其次为流域南部和东部；西北部共23个站点1日降水量最大值在100 mm以下。②3日极端降水。三峡水库上游1963～2017年3日降水量极端事件中，有14个站点发生9次及以上，流域西北部(金沙江上游源头)依然最严峻，其次为中部的曲麻莱和南充，出现15次。三峡上游最大3日降水量的分布形势同1日最大降雨量分布形势。中部都江堰居首，达694.9 mm；中东部最大3日降水量区间为300～600 mm，其他地区则分布在200 mm左右。③连续极端干旱。三峡上游1963～2017年连续极端干旱事件有14个站点发生10次以上，清水河最多，为20次，其次为遵义14次，其他大部地区为3～9次。三峡上游最大连续降水日数有5个站点达到40 d以上，分布在流域中东地区；金沙江中部和岷沱江西南部共有13个站点最大连续降水日数达到30 d及以上；其他地区则为20 d左右。

3 气候变化对三峡水库的影响

气候变化对三峡水库运行调度的影响主要表现在两方面，一是流域气候变化引起降水量及气温变化，从而改变流域径流量，进而引起三峡来水的变化，对设计调度方式的适用性提出新的挑战；二是气候变化引起极端天气及特殊水文事件的发生，对水库应急调度也提出更高要求。因此，有必要对水库来水变化特性进行分析，同时总结极端事件对调度运行的需求，为新环境下水库调度方式的优化奠定基础。

3.1 三峡入库径流趋势性变化

通过对三峡入库1963～2017年(2003年以前为宜昌站流量)的年均径流量变化趋势进行分析(见图4)，结果表明，1963～2017年的年径流量整体呈下降趋势。通过线性趋势分析发现，以上世纪80年代初为节点，80年代之前实测径流量的平均值大于全系列的多年平均值，之后则相反。

图4 三峡入库流量年际变化

进一步对三峡入库径流的年内分配变化进行分析。以2003年为时间界线，对比分析2003年前后三峡入库控制站宜昌站月均流量(见图5)，结果可知，2003年之后的多年平均月均流量明显减少。从分月来看，1～4月份月均流量比2003年之前略有增加；6～12月份的月均流量均有不同程度的下降，主要表现在7～11月，其中8、10月份径流的下降幅度较为显著，分别减少3 638 m3/s和6 747 m3/s，其中10月份径流量所占比例减少最多为3%，汛期来水减少主要受制于降水减少，而蓄水期一方面受上游水库蓄水抢水，主要原因还是降水减少。在汛期来水减少的背景下，如果三峡水库在汛期继续控制于汛限水位145 m运行，洪水将完全作为弃水，无法被资源化利用；蓄水期来水呈明显减少趋势，如继续保持10月份起蓄的方式，势必造成水库难以蓄满，枯水期下游的用水需求将难以保障。

图5 宜昌站2003年之前和2003年之后月均流量

3.2 年内极端丰枯来水明显增多

通过总结近5年三峡水库来水情况发现，汛期和蓄水期三峡入库出现4次严重偏枯，1次严重偏丰事件。

1)2013年蓄水期后期，长江流域出现极端干旱。9月下旬和10月上旬较历史同期大幅减少，分别减少30%和73%，给水库蓄水带来很大压力。

2)2015年汛期，长江上游来水整体偏枯，尤其7、8两月较多年均值偏枯较严重。三峡坝址来水较多年均值偏枯量达34%和38%。

3)2016年汛期，长江上游再次出现极端干旱，整体偏枯达3成，特别是三峡水库汛末来水异常偏枯，三峡水库8月下旬平均流量为历史同期倒数第7(共计135年)；三峡 9月上旬平均流量为历史同期倒数第1，创历史同期新低。

4)2017年主汛期长江上游来水较多年平均值整体偏枯，在7月和8月分别偏枯34%和30%。然而到9月中旬蓄水期初期，长江流域降水偏多近二成，其中三峡坝址偏多五成多。受三峡区间连续强降雨影响，三峡水库10月6日8时入库流量达建库以来同期最大值。

频繁的极端丰枯来水，给预报工作带来一定困难，同样精度范围的预报下，极端来水造成的预报流量误差与洪水量级几乎成正比。极端来水下的预报调度工作由于不可预见程度的增加，在极端洪水的防洪调度中将面临更大风险，在极端干旱中加大了蓄水难度。

3.3 中下游应急调度对三峡水库提出更高要求

高频的极端天气事件在长江中下游也产生了不同程度的影响，主要表现在强对流天气和极端强降雨造成的次生灾害。通过长江中下游的极端天气事件进行案例分析，论证极端天气给水库防洪、蓄水、消落等工作带来的挑战，同时对水库应急调度工作提出更高的要求。

2011年5月期间，长江中下游地区降水与多年同期相比减少4～6成，遭遇60年来最严重干旱。部分水库接近死水位，给湖区生态和百姓生活带来严峻考验。三峡水库加大下泄力度，为长江中下游补水，一定程度缓解旱情。

2015年6月1日，长江中下游出现龙卷风，造成“东方之星”客轮倾覆。72 h内三峡水库出库流量下降10 000 m3/s，配合在长江下游河段进行的“东方之星”游轮救援。

2016年长江中下游在6月30日至7月4日连续强降雨，长江中下游干流及两湖几乎全线超警。2017年同期，长江中下游再次出现大到暴雨，多数支流站水位达历史最高。三峡水库及时拦洪错峰，避免了长江上游与中下游洪水的叠加，有效控制险情。

长江中下游分布的城市承担着国家经济发展的中坚力量，三峡水库作为长江流域骨干工程，其应急协助对流域正常发展和事件的处理发挥着至关重要的作用。由于长江流域中下游范围较广且沿江城市快速发展，突发事件增多且隐患增大，对三峡水库的应急调度提出更高要求和更多目标。

4 应对措施及对策研究

针对气候变化给三峡水库调度带来的影响，分别从技术层面和管理层面提出对策和应对措施。一方面，有必要优化水库调度方式以适应气候变化影响下水库新的来水条件；另一方面，亟需加强水库应急调度管理，通过管理体系的完善加强水库应对灾害性天气事件的处置能力。

4.1 基于水文预报的水库优化调度方式

精准的水情预报是水库展开优化调度的有力工具，基于水文预报的三峡水库汛期及蓄水期调度方式的优化，可保障水库防洪、航运、发电、供水和生态环境保护等综合效益的充分发挥。气候变化下降水的减少主要对蓄水期造成影响，对水库的水利蓄满带来困难。对此主要考虑从汛期和蓄水期来展开优化调度。而消落期由于上游水库的消落，加大了三峡梯级的来水，缓解了降水减少造成的影响。

1)汛期洪水资源利用。汛期洪水资源利用主要表现在两方面，其一：主汛期水位抬高保证夏季电力旺盛需求，增加电量效益；其二，汛末适当抬高水位，为后期蓄水过程奠定基础。

根据汛期天然来水变少的变化态势，同时随着水文预报技术和能力的提升，三峡水库改变其洪水治理思路，在防洪风险可控前提下，从防御控制洪水逐步往洪水资源化利用转变。汛期结合短中期水文预报，利用有限库容调蓄中小洪水，抬高汛期运行水位，充分发挥水库水头效益。

另外，三峡水库在近几年开始在汛末实施优化调度。结合汛末以及蓄水期的来水预报，兼顾防洪和蓄水，在趋势性及预报来水偏枯的情况下，拦蓄汛末洪水资源，利用弃水预报预蓄水，通过提前蓄水、抬高起蓄水位，为水库的顺利蓄满创造有利条件。

通过两个案例证明优化调度方式的有效性。2017年7月中下旬，长江流域持续高温少雨，结合来水预报三峡水库逐步降低控泄标准从28 000 m3/s减到18 000 m3/s，保持较高水位运行，在汛期严重干旱的情况下利用水头效益保障电网迎峰度夏。2015年汛末期，在预报近期来水较小，长江中下游地区防洪压力不大的情况下，为充分利用水资源并与后期蓄水相结合，三峡水库运行水位逐步抬升，8月下旬按照葛洲坝满发不弃水控制出库拦蓄洪水， 至9月1日0时，三峡库水位152.83 m。为枯水年水库的蓄满奠定良好基础。

2)蓄水期实施梯级水库联合调度。三峡水库在9月1日进入蓄水期。在预报蓄水期来水偏枯的情况下，延缓上游溪洛渡和向家坝水库的蓄水到位时间，以增加三峡水库的入库，一方面有利于三峡水库的蓄水过程，另一方面可增加三峡水库的水头,以发挥电站水头效益[3]。

2016年9月，三峡入库来水偏枯较多，蓄水困难。溪洛渡配合三峡蓄水，在原计划9月底蓄水到位的基础上适当延迟，利用溪洛渡国庆期间低负荷蓄水，增加9月三峡入库水量3.75亿m3，同时增加三峡水库水位更大发挥梯级水库的水头效益。

通过上述两种方式优化调度，三峡水库结合水文预报，通过提前蓄水、抬高起蓄水位和联合调度的方式来优化水库蓄水进程。从2010年开始三峡水库连续8年成功蓄至175 m，历年实际蓄水过程见图6。三峡水库将汛末蓄水与前期防洪运用相结合，汛末洪水资源得到了充分利用，抬高蓄水初期各阶段运行水位，增加前期蓄水量，有效提高了水库蓄满率，同时减少后期蓄水量，有效减轻了蓄水后期蓄水对下游的影响。

图6 三峡水库2010年～2017年历年蓄水水位过程

4.2 应急调度管理体系

作为长江流域的骨干工程，三峡水库在确保防洪发电安全的前提下，针对应急事件及特殊调度也作了很多尝试与贡献。中国南方雨雪冰冻救灾；长江口压咸潮，东方之星施救，为长江中下游防洪补偿调度，寒潮增加出力加大调峰为电网保电等，逐步形成一套完整的应急事件处理体系。

应急调度事件中，三峡水库以保障社会利益和生命财产安全作为出发点和落脚点，通过系统高效的管理方式最大限度地减少或减轻事件损失。在事故发生之前加强事故预想和应急演练；在事故中高效应急会商，多方面有效沟通，以对事件进行高效处理；在事故解决后对其做好总结分析，以为后期工作提供参考。

三峡水库通过对特殊事件的应急调度，提高自身对突发性事件的应急处理能力，并在公共活动的助力配合中，带来显著社会效益，凸显其政治意义和公益价值。

5 总结展望

本文重点分析了气候变化环境下降雨量的减少对三峡水库径流量的影响，并针对性提出基于水文预报的汛期洪水资源化和蓄水期分期抬高水位的优化调度方式，并实践表明改进调度策略的有效性和适用性。进一步对三峡水库在应对极端天气造成的特殊事件中的应急管理措施进行归纳，证实应急调度体系的积极意义。同时，随着今后上游库群规模的完善以及水库调度经验的不断积累，可通过流域整体的信息共享提高径流预报的准确性，以协调梯级水库的调度运行方式，来优化流域库群蓄泄结构。目前流域上游库群投产时间较短，大规模库群在应对气候变化中的的联合调度还有待进一步深入研究，优化潜力有待进一步挖掘，以更好地应对气候变化，发挥流域统筹协调作用。