三门峡水库功能和优缺点（70年经典论文回顾）

杨庆安1，缪凤举2

(1.黄委会三门峡水利枢纽管理局；2.黄委会科教外事局)

三门峡水利枢纽是黄河中游干流上一座以防洪为主，防凌、灌溉和发电综合利用的工程，位于河南省陕县和山西省平陆县境内。工程可控制黄河流域面积688 399 km2,占全流域面积的92%；可控制黄河下游水量的89%,沙量的98%；以及控制黄河山、陕区间北干流和泾、洛、渭河支流的两个主要洪水来源区，并对三门峡至花园口区间第三个洪水来源区发生的洪水，也能起到错峰和补偿调节作用。

水库原规划选定的正常高水位360 m,为了减少淹没损失，国务院决定初期工程按350 m施工,相应库容354亿m3,坝顶高程353 m,运用水位340 m,并按335 m高程移民。

工程于1957年4月开工兴建，1958年11月截流，1960年9月开始蓄水运用，最高库水位达332.58 m。蓄水后的一年半时间内库区发生大量淤积,因回水淤积影响，潼关以上北干流、渭河和北洛河下游发生淤积,两岸地下水位抬高，沿岸浸没盐碱化面积增大。根据这一情况，工程被迫进行了改建，并多次改变水库调度运用方式。

三门峡水库自1962年3月改变运用方式，在降低库水位滞洪排沙运用后，水库的排沙比由原来的6.8%增加到近60%。库区淤积虽有所缓和，但因水库泄流排沙设施不足，水库淤积仍然十分严重，到1964年10月335 m以下库容损失38.72亿m3,占原库容的40.2%,潼关高程(1 000 m3/s时水位)抬高4.5 m,两岸地下水位抬高，浸没盐碱化面积增大，水库淤积末端上延。为减缓水库淤积，1964年12月在北京由周恩来总理主持召开的治黄会议上决定，对三门峡工程进行改建，增建两条隧洞，改建四条发电钢管，加大泄流排沙能力。工程改建后泄流能力有所增加，减缓了库区淤积，有一定的作用。但由于泄流排沙能力仍不足，1969年6月周总理委托河南省委主持陕、晋、豫、鲁四省会议，确定将枢纽进一步改建，其原则为“在确保西安、确保下游的前提下，实现合理防洪，排沙放淤，径流发电”，改建规模要求在一般洪水时，淤积不影响潼关；在坝前水位315 m时，下泄流量为10 000 m3/s。经过两次改建，三门峡水利枢纽在坝前水位315 m时，泄量为9 059 m3/s,较原建泄流能力增加两倍以上(泄流能力见附表)，库区淤积明显减缓，特别是潼关以下效果显著。330 m的库容由1964年10月的22.1亿m3至1973年9月最大恢复到32.57亿m3,潼关高程下降2 m左右，水库淤积末端趋于稳定。

表1 改建前后水位与泄流能力比较表

三门峡水库自从开工兴建到今天，共经历了四个运用时期，即施工导流期(1958.11—1960.9);蓄水拦沙期(1960.9—1962.3);滞洪排沙期(1962.4—1973.10)及蓄清排浑期(1973.11至今)。经过30年来的长期运用，积累了不少运用经验，取到了一定的经济效益与社会效益。尤其自1973年11月水库“蓄清排浑”运用以来，水库在防洪、防凌、供水、灌溉、发电等方面发挥了综合效益。

1.防洪

防洪是三门峡水库的主要任务，三门峡水利枢纽控制了黄河下游三个洪水来源区中的两个,控制了黄河来水量的89%左右。三门峡工程投入防洪运用，标志着黄河下游防洪已从单纯依靠堤防及分、滞洪区，发展到依靠水库、堤防、分滞洪措施等组成的工程体系，按原移民水位335 m讲，水库现尚有滞洪库容60亿m3。根据典型洪水的防洪运用方案分析，三门峡水库防御大洪水的效益十分显著。近20年来黄河下游还未出现过大洪水，但从1977—1979年潼关出现的洪峰10 000 m3/s洪水表明，水库的削峰作用大，对减少下游滩地的洪灾损失有较大的经济和社会效益。即便再发生1933年型的大洪水，最大泄量也只有一万多立方米每秒。

2.防凌

三门峡水库还承担有防凌任务。凌汛蓄水水位允许至326 m,库容为18亿m3。自三门峡水库投入防凌运用以来，黄河下游防凌工作进入了由以往的以破冰为主，发展到以水库调节河道水量为主的综合防凌技术措施的新阶段，探索出水库防凌运用的规律和有益经验。如封河前，三门峡水库调匀并适当加大泄流量，避免下游河道因流量过小出现早封河。封河后，水库采取控制运用调节下泄流量，削减封河初期的河槽蓄水量，抬高冰盖。开河前，根据冰情水情，利用水库控制泄量，减少凌峰流量，为“文开河”创造条件。由于水库凌汛期的运用，不但使下游凌汛绝大多数年份成为“文开河”,而且战胜了1967年、1969年、1970年较1951年、1955年更为严重的凌汛，确保了凌汛安全。

3.灌溉供水

黄河下游两岸引黄灌区小麦生长期缺水较多，特别是每年五六月份缺水更为严重，水库调蓄三四月份的来水，可蓄水14亿m3,供黄河下游五六月份工农业用。1973年至1989年水库累积蓄水229亿m3,有效供水170多亿m3,为下游引黄灌区增产粮食500多万吨。三门峡水库不仅为下游农业生产增补灌溉水量,同时也给油田及沿黄城市提供了工业和人民生活生产用水，缓解了下游枯水季节工农业用水矛盾，促进了沿黄城市工业的生产。

4.发电

三门峡水电站，自从1973年12月27日第一台机组运行，直至1979年1月11日五台机组相继发电并入系统，到1989年12月底共发电139.83亿kW·h。如以煤耗465 g/kW·h,相当节约原煤650.21亿t,以0.065元/kW·h计，总产值9.09亿元。据实际资料统计，三门峡水利枢纽工程从1956年至1987年底32年共完成静态的工程投资约8.24亿元(包括工程改建)，按与发电总产值相比已全部收回了工程投资，取得了明显的经济效益。对于机组过流部件的气蚀磨损、机组振动、排沙排污等问题，应进行不断的试验研究和总结经验，以增加水电站的发电效益。

总之，水库经过30年来的运用，吸收了以往的经验和教训，在1973年11月水库“蓄清排浑”控制运用以来，水库在四省会议原则指导下，发挥了以防洪为主的综合效益，积累了不少水库管理运用的有益经验，三门峡水库又恢复了活力，并在水库运用中总结出可以保持长期有效库容的经验，还成功地在黄河这个世界著名的多泥沙河流上创造了水库“蓄清排浑”调水调沙，水库年内冲淤达到基本平衡的经验，丰富和发展了水库泥沙科学。

三门峡水利枢纽是黄河上修建的第一座大型工程，由于当时对黄河水沙运行规律认识有限和对大量淹没良田、大批迁移人口的困难和问题估计不足；由于原设计采取高坝大库，水库运用方式基本上袭用清水河流上水库径流调节的原则，所定泄水建筑物能力较小；加上对上游水土保持减沙作用估计较乐观等因素，造成了三门峡水库蓄水运用后，出现库区淤积严重和淤积上延等问题，导致改变水库运用方式和对枢纽工程进行改建。虽然三门峡工程原规划的综合利用效益受到很大影响，但工程改建是成功的，创造了多泥沙河流水库“蓄清排浑”控制运用方式，水电站经过十余年运行取得了一定的经验和经济效益，为多泥沙河流修建综合利用水库的运用，提供了一些宝贵的实践经验。

(1)三门峡水利枢纽工程的改建是成功的。根据周总理指示在1969年召开的陕、晋、豫、鲁四省会议上提出的工程改建原则“确保西安、确保下游”，“合理防洪、排沙放淤、径流发电”是正确的。创造出的“蓄清排浑”的调水调沙运用方式，是符合黄河水沙特点和运动规律的。

(2)三门峡水库的运用实践，为认识黄河和开发黄河创造了极为宝贵的经验。过去很多人担心“黄河上修水库，会不会很快淤废？”“黄河泥沙这么多，能不能发电？”等等，当时在我国及世界上都没有成功的经验可供借鉴。如今，三门峡工程提供了实践依据，说明黄河丰富的水利资源能够综合利用，害河可以变利河。这是我们认识黄河的重大突破，也是治黄史上的一个重要转折点。过去一些争论多年的问题得到了统一，把治黄工作大大向前推进了一步，同时也为多沙河流的治理和黄河干流的开发提供了实践经验。

(3)黄河的主要矛盾是水少沙多，水沙不平衡。平均每年汛期水量占全年水量的60%左右，汛期沙量占全年沙量的85%左右。为了提高下游河道的排沙能力，减轻河道淤积，利用水库进行水沙调节，变水沙不平衡为水沙相适应，这是黄河不同于一般河流的显著特点。三门峡水库实行“蓄清排浑”的调水调沙运用方式，取得了良好效果。不仅能长期保持一定的可用库容，进行综合利用；而且对泥沙也能调节，利用水库进行调水调沙。这个经验已作为一条新的重要的治黄措施为人们所接受，推动了泥沙科学的发展。

(4)三门峡水电站采取低水头径流发电是成功的。电站能安全运行，取得了经济效益，增强了人们对机组可以在大含沙量河流上运行的信心，并探索出一些经验，为开发黄河中游水力资源提供了例证。目前进行的汛期浑水发电试验的意义重大，需要进一步组织攻关，从机型、过流部件、电站管理、机组的抗气蚀抗磨损等方面组织科研攻关，进一步挖掘工程的水能资源。

(5)三门峡水库调水调沙的方式概括起来为：人造洪峰，拦粗排细，滞洪调沙，蓄清排浑及高浓度调沙。通过对水库调水调沙运用的实测资料分析，深化了对一些问题的认识。如水库在进行径流调节的同时，要注意对泥沙的调节，这样才能保持一定的库容长期使用，同时也有利于减轻下游河道的淤积。由于三门峡水库存在受潼关高程限制的特殊情况，水库用于调节的库容受到一定限制，因此，其调节作用也受到一定限制。通过分析表明，水库蓄清排浑调水调沙运用是一种比较合理的运用方式。水沙的调节与坝前水位的变幅、枢纽的泄流规模、运用方式等均和来水来沙条件有关，而枢纽的泄流能力又与坝前水位有关。合理调节水沙的关键，是水库必须具有一定的泄流规模，一定的调沙库容，以便增加水库的排沙流量，从而增大下游河道的输沙能力，减轻河道淤积。枢纽泄流设施应做到运用自如，以便合理地调节水沙，适应黄河洪水暴涨暴落的特点。应把减轻下游河道淤积作为水库综合利用的内容之一，与灌溉、供水、发电等统一考虑，使水库运用更加符合黄河的特点。

(6)通过实测资料的分析，初步认识到多沙河流上所修建的水库要保持长期使用库容，必须具备以下条件：①库区为峡谷性河道，坡陡流急，具有富裕的挟沙能力，即使由于水库淤积比降小，而由于阻力的调整，输沙能力仍可达到排沙的要求。②“蓄清排浑”调水调沙控制运用方式，可以达到水库库区当年淤积的泥沙当年排出库区，达到年内冲淤平衡，保持一定的可供使用的库容。③足够的泄流规模，是调水调沙保持长期使用库容的必要工程条件之一。目前水库形成的可供长期使用的库容是河道边界条件、水库运用条件和泄流规模综合作用的结果。④泄水建筑物的平面布置、高程和泄量大小，直接影响坝前水位下降速度和排沙效果。

(7)在多沙河流上修建水利水电工程，必须设有排沙冲沙设施，特别应注意解决好泄流规模和设置排沙底孔问题：①足够的泄流规模是“蓄清排浑”运用的前提。②设置底孔排沙，有利于减少过机泥沙。三门峡大坝底孔进口高程较电站机组进口低7 m,较隧洞进口低10 m,较深水孔和排沙钢管低20 m。观测资料表明，位置低的泄水孔含沙量大、泥沙粗。底孔含沙量为深水孔含沙量的2.4倍；过机含沙量较底孔含沙量减少26%左右，过机含沙量一般远小于出库含沙量，而且泥沙较细。泄流排右底孔的高程布置，直接关系到排沙效果，一般力求降低底孔高程，以保持原河道的输沙特性为宜。③闸门前泥沙淤堵对底孔事故检修门的启门力影响很大。运用实践表明，除采取吸淤冲沙措施外，应常利用提底孔工作门拉沙的办法，冲刷掉相邻底孔门前的淤积，以降低相邻底孔的事故检修门启门力。

(8)泄水运用表明，在多沙河流上修建水利枢纽工程，还必须考虑高含沙水流磨蚀建筑物的问题。三门峡枢纽各泄水孔周壁混凝土以及闸门槽不锈钢轨道、金属护面、水轮机过流部件均有不同程度的磨蚀，其中有的部位磨蚀严重，危及建筑物安全运用，应予以重视。要解决高含沙水流磨蚀问题，除进一步探索其破坏机理外，还应考虑在建筑物过流面设置抗磨层，采取抗磨蚀措施。

(9)根据三门峡水库槽库容可以恢复的冲淤规律，在防洪、排沙的前提下，汛期视上游来水来沙情况，利用控制310 m以下水位槽库容进行调节水沙，适当使汛期停机发电时间推后，汛后发电时间提前，以提高发电效益是行之有效的办法。近七年来7、10月两个月的发电试验足以说明这样运用调节是可行的。三门峡电站为河南电网唯一的一座水电站，水库又有调节库容，是理想的调峰电源。为了使三门峡水库的水能资源得到充分利用，减少电能损失，应进一步解决三门峡水电站汛期发电问题。如解决水轮机与中环抗磨蚀问题，机组机型问题，叶片加工精度问题，以及如何避开上游来大沙峰找出汛期发电的优化时段问题。这些问题的突破，对黄河中游水电站的运行将具有普遍意义。

三门峡水利枢纽工程是治理与开发黄河的一次重大实践，虽然有失误，但发挥的综合效益仍然是巨大的，而且从中积累的经验也十分宝贵。上述经验只是粗略的认识。目前我们正在组织力量进行深入的系统总结，进一步探索三门峡水库上、下游水沙运行规律，并进行理论概括，以提高水库今后的管理运用水平，完善水库控制运用方案，进一步发挥水库的综合效益，发展和丰富多泥沙河流水库理论和水库环境科学,并为在多泥沙河流上修建水库和水库运用及黄河干流修建水库工程的规划设计和合理调度运用提供科学依据。

(本文原载于《人民黄河》1991年第1期)