水库长期使用是科学技术上的重要跨越[1]

长江三峡工程是造福子孙后代的千秋大业。三峡水库要怎样才能控制泥沙淤积使水库长期使用？这是长办林一山老主任极为关注的问题。1963年他要求长江科学院河流室把水库长期使用问题列作研究计划。

当时有不少水库发生泥沙淤积严重的情况，但经过认真调查能够找出即使在多沙河流上也有少数水库顺利运行多年的特例。西班牙300多年前陡坡河段上建有亚利干底灌溉水库，靠汛期敞泄行洪把淤沙冲走，一直沿用至今。埃及尼罗河1902年建成的老阿斯旺坝，最初5年的库水位为106.00，库容9.8亿m3，设有四层180个泄水孔（其中顺应地形在底坎高程87.65m布置65个2×7m的泄洪低孔，在底坎高程92.00m布置75个同样大的泄洪孔，还在较高处布置两层共40个2×3.5m的泄水孔）。每年洪水期7—9月，打开全部闸门敞泄（最大泄洪能力达14600m3/s），汛后蓄水灌溉两岸农田。1907—1912年和1929—1933年老坝两次加高，库水位分别达到113m和121m（总库容增至25亿m3和50亿m3）。这样汛期敞泄行洪排沙汛后蓄水运用多年泥沙淤积轻微。我国东北柳河1942年建成的闹德海水库用于自由滞洪，尽管1950年水库已淤积达到平衡，60年代初仍保留接近70%的库容。

1964年8月中旬，林一山率领技术人员唐日长张植堂等到华北、东北和西北实地调查了永定河官厅、浑河大伙房、柳河闹德海、老哈河红山、黄河三门峡和青铜峡、清水河长山头和张家湾等水库。根据这些水库运行以来的水沙资料、具体调度方式和库区淤积观测数据等做了分类分型的研究总结，明确了：针对泥沙输移绝大部分发生在汛期的特点，对拦河建造的水库，如果限定在汛期把库水位降低，同时泄洪排沙，汛期过后水流含沙量很少时才蓄水到水库设计水位，水库大范围内虽会因泥沙淤积河床抬高坡降变缓，泥沙年际淤积冲刷基本平衡后，汛期限制水位以上的绝大部分库容还能保留下来长期使用。这种汛期大幅降低水位行洪排沙汛后才蓄水满库的“蓄清排浑”调度方式，是保证水库能长期使用的关键。特别对于峡谷窄深河段的水库，会比阔浅大肚子水库能保留更多长期不淤的库容。林一山曾结合调研1966年写出《水库长期使用问题》初稿，并决定把水库长期使用的调度方式用到长办的水利枢纽工程上，他署名的文章《水库长期使用问题》直到1978年《人民长江》复刊后才发表。

由于绝大部分泥沙是在汛期输移的，只要调度上水库汛期按限制的低水位泄洪排沙，水库淤积经历若干年达到基本平衡、汛期限制水位以下的库容基本被淤沙侵占后，限制水位以上的绝大部分库容却得以保持不淤可长期使用。说“绝大部分”，是因为水库淤积进程中水库回水水面在淤积向上游延伸的情况下会升高增大，汛限水位以上这小部分滩库容会因淤积失去。

长江三峡水库有自己的特色，首先是水库的来沙量（主要是数量大的悬移质来沙量）相对于来水量并不大（设计年来沙5.2亿t，年来水4390亿m3，水流平均含沙量约1.2kg/m3，含沙量小于汉江丹江口水库更远小于北方水库来水中动辄每立方米10多千克的含沙量）。再是库容相对于年来水量来说很小，因而有充分的灵活调度余地可做到既使泥沙淤积最少又使水库蓄满。更重要的是整个三峡库区位于峡谷，平均水面宽度不到1km，十分有利于排沙；科学调度下万县以下汛期平均水面宽650m，万县丰都间1330m，重庆所在的变动回水区汛期平均水面宽800m；泥沙淤积发生在开阔的宽谷河段，河槽基本不淤。

水库上游端的卵石推移质会不会把重庆港和航道淤积堵塞？多年的原型观测数据已可明确予以澄清：2002年以前寸滩年均沙质推移质和卵石推移质量分别为26.9万t和22万t，近年来，随着上游干支流水利工程修建水土保持工程以及河道采砂等因素的影响，进入库区的推移质数量总体上呈下降趋势。2003年和2009年分别为16.0万t和4.8万t。20世纪80年代以来，随着国家经济建设的发展，河道采掘粗砂卵石到处成风，采掘量超过了河道推移质的天然补给量。无论重庆地区或洞庭湖四水、鄱阳湖五水，都有河道采掘粗沙卵石使枯季水位持续下降的记录。

经过几代人精心研究设计建造的三峡工程采用水库长期使用的调度运用方式，汛期6—9月按145m汛限水位泄洪排沙，汛后10月1日开始蓄水至月尾到设计正常库水位175m。由于近年来气候变化9—11月来水和中下游都偏旱偏枯，因而经过两年试验性蓄水的实践和入库来沙减少的权衡，2010年以来经批准提前于9月10日开始蓄水。2010年10月26日成功蓄水到175.00m水位。

在1986年我国开展三峡工程全面论证的同时，加拿大与中国联合编制了符合世界银行的国际标准要求的长江三峡工程可行性研究报告，经过共同努力1988年过促成了这一代表国际科技水平的文件。其第五卷泥沙问题研究的2.4.4理论计算与数学模型一节中说：

“重要的应该指出：三峡工程整个控制泥沙策略所依据的平衡坡降与保留水库长期容理论在中国已发展成完美的艺术。世上再没有别的国家有使水库防洪调节库容得得以永久保持的如此丰富的经验。对这项工作做了审慎的复核。加拿大扬子江联合设计公司（CYJV）进行了一系列独立的计算，它们全都肯定了中国三峡模型（CTGM）的结果，认为CTGM可以放心使用。认识到泥沙计算总有某些不确定性，对任何此类计算都需留出误差余地。”

近20年来，水库来沙（悬移质泥沙）年总量实际已比论证期间所采用的数字减少了一半。

今天，当三峡水库按“长期使用”调度方式成功蓄水满库发挥出防洪抗旱通航发电综合效益进入第三年的时候，我们重读林主任当年的文章，倍感亲切和鼓舞。