丹江口水利樞紐綜合效益巨大

文 | 褚應(yīng)丹 編輯 | 田宗偉

丹江口水利樞紐工程全景 攝影/楊飏

丹江口大壩泄洪 攝影/楊飏

丹江口水利樞紐是開發(fā)漢江的第一個控制性大型骨干工程，位于湖北省丹江口市漢江干流上，具有防洪、供水、發(fā)電、航運等綜合利用效益，是開發(fā)治理漢江的關(guān)鍵工程，同時也是南水北調(diào)中線的水源工程。

樞紐于1958年開工建設(shè)，后遇國家經(jīng)濟困難，改為分期建設(shè)。初期工程于1973年建成。樞紐初期工程建成以來，發(fā)揮了巨大的防洪、發(fā)電和供水作用，取得了顯著的經(jīng)濟效益及社會效益。由于國民經(jīng)濟的發(fā)展，特別是華北缺水局面日益緊迫，必須實施南水北調(diào)中線工程以補充京津華北地區(qū)水資源的不足。根據(jù)《南水北調(diào)中線工程規(guī)劃》的審查意見，要求加高丹江口水利樞紐大壩，將水庫正常蓄水位從157米提高至170米，相應(yīng)增加庫容116億立方米。2005年9月，丹江口大壩加高工程開工建設(shè)，2013年5月加高工程主體工程完工，同年8月，加高工程通過國務(wù)院南水北調(diào)辦公室組織的蓄水驗收。

丹江口水利樞紐工程在新中國水利水電工程建設(shè)史上具有重大的歷史意義，她對保障漢江中下游地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，以及促進我國北方地區(qū)國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善發(fā)揮著重要的作用。

樞紐功能

丹江口水利樞紐由于所處地理位置優(yōu)越且綜合效益巨大，成為漢江流域開發(fā)的關(guān)鍵工程。樞紐運行初期時，綜合利用水利任務(wù)為防洪、發(fā)電、供水（灌溉）、航運等。加高完建后，作為南水北調(diào)中線工程的水源工程，按照“發(fā)電服從調(diào)水、調(diào)水服從生態(tài)、生態(tài)服從防洪安全”的原則，丹江口水利樞紐的綜合利用水利任務(wù)調(diào)整為防洪、供水、發(fā)電、航運等。

即使遭遇1935年同大洪水，配合杜家臺分洪工程的運用，在中游分蓄洪民垸基本不用的情況下，可確保漢江遙堤的安全；在首先滿足漢江中下游工農(nóng)業(yè)、生活及環(huán)境用水的前提下，2010水平年供水97億立方米，2030水平年供水120～140億立方米；同時，改善了樞紐的發(fā)電和漢江干流的通航條件。

丹江口水利樞紐工程夜景 攝影/楊飏

工程運行情況

1974年2月，丹江口水利樞紐初期工程全面竣工，6臺機組全部投產(chǎn)。在多年的運行中，運行管理單位嚴(yán)格開展大壩安全監(jiān)測、巡視檢查及年度詳查工作，汛期增加監(jiān)測及巡查頻次，堅持每年汛前安排計劃對水工建筑物進行維修養(yǎng)護，對啟閉機和閘門進行檢查、維護及保養(yǎng)，確保了樞紐各建筑物運行總體正常，防汛設(shè)備設(shè)施安全運行無事故。

2005年9月，丹江口大壩加高工程開工建設(shè)，對混凝土壩和左岸土石壩進行了培厚加高，對右岸土石壩進行了改線新建，壩頂原2臺4000kN門機拆除更換為2臺5000kN門機，深孔3臺移動式2000kN移動式卷揚機拆除更換為11臺2000kN固定式卷揚機，對深孔和溢流壩段工作及檢修閘門進行了檢測、加固修復(fù)、防腐、止水滑塊更新安裝等，升船機由150噸級擴建為300噸級。2013年5月，加高工程主體工程完工，2014年12月，南水北調(diào)中線工程正式通水。

水庫1967年11月下閘蓄水至今，遭遇最大入庫洪峰流量為每秒34300立方米（1983年10月，相當(dāng)于43年一遇），樞紐工程經(jīng)歷了最高庫水位167.00米（2017年10月29日）、最低水位131.24米（1978年，水庫水位降至死水位以下近8米）的運行考驗，共啟閉深孔閘門1358次、堰頂閘門268次，深孔過水59137小時，堰孔過水15423小時，沒有超標(biāo)準(zhǔn)運行，工程水工建筑物無異?，F(xiàn)象，閘門工作狀況良好，結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定，無整體變形，均處于安全運行狀態(tài)。

水庫水質(zhì)

丹江口水庫水質(zhì)監(jiān)測工作包括對陶岔渠首每日定點監(jiān)測、丹江口水庫以及入庫支流河口的31個人工斷面的每月水質(zhì)監(jiān)測、7個自動站的每日自動監(jiān)測，并對陶岔渠首、丹江口水庫15個人工斷面以及入庫支流河口16個人工斷面、7個自動監(jiān)測斷面的水質(zhì)進行系統(tǒng)的分析與評價。

截止2017年底的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：

（1）渠首陶岔斷面水質(zhì)良好，每日水質(zhì)均符合I類水的標(biāo)準(zhǔn)，總氮濃度保持穩(wěn)定。

（2）丹江口水庫監(jiān)測斷面水質(zhì)良好。庫內(nèi)15個斷面的水質(zhì)均符合I～II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（其中豫鄂省界斷面臺子山斷面和豫鄂省界斷面清泉溝斷面水質(zhì)均為I類），符合《丹江口庫區(qū)及上游水污染防治和水土保持“十三五”規(guī)劃》提出的“丹江口水庫水質(zhì)穩(wěn)定達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）II類”的要求。水庫水體中硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、鐵和錳監(jiān)測結(jié)果均小于標(biāo)準(zhǔn)限值。營養(yǎng)狀態(tài)評價結(jié)果顯示水庫水體呈中營養(yǎng)狀態(tài)。

（3）丹江口水庫入庫河口斷面大部分水質(zhì)良好。上游16條支流河口斷面能滿足或優(yōu)于III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的占81.2%；超標(biāo)斷面占18.8%，超標(biāo)的基本項目為氨氮和總磷。其中，曲遠河河口斷面水質(zhì)為V類，神定河河口斷面和泗河河口斷面水質(zhì)為劣V類，未能達到“規(guī)劃”提出的主要入庫河流水質(zhì)不低于III類的要求，其余入庫支流河口斷面水質(zhì)為I～III類，滿足“規(guī)劃”要求，且漢江干流省界斷面（陜鄂）白河斷面和丹江干流省界斷面（陜豫）荊紫關(guān)斷面均滿足II水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，符合“規(guī)劃”要求。

自通水以來，丹江口水庫水質(zhì)常年穩(wěn)定保持在國家地表水Ⅱ類及以上標(biāo)準(zhǔn)，水庫水質(zhì)109項指標(biāo)因子最新監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，水庫水質(zhì)除高錳酸鹽指數(shù)、總磷和總氮三項指標(biāo)因子外，其他106項指標(biāo)因子達到Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)。2017年，丹江口水庫入選首批“中國好水”水源地，是全國水量最大、水質(zhì)最好的水源地。

工程效益

1.防洪效益

防洪是丹江口水利樞紐的首要任務(wù)。樞紐運行50年來，發(fā)生較大洪水的年份有1975、1983、1984、1998、2003、2005 及 2010、2011、2017等年份，共攔蓄大于10000m3/S的洪水91次，其中20次被全部攔截，削峰率大于50%的72次，共攔蓄洪峰大于每秒30000立方米的洪水4次，洪峰每秒20000～30000立方米的洪水21次，減輕了長江干流（漢口段）防洪負(fù)擔(dān)和武漢市防洪壓力，避免了13次下游民垸分洪和33次杜家臺滯洪區(qū)分洪，有效地保護了江漢平原和武漢市千百萬人民生命和財產(chǎn)安全，估算防洪效益達500多億元（2000水平年），取得了顯著的防洪效益。

在防御漢江流域1983年10月特大洪水中發(fā)揮了巨大的作用。1983年漢江氣象異常，洪峰之大、降雨量及來水量之多、汛期結(jié)束之晚均是1949年新中國成立以來漢江的最高記錄。主汛期7～10月降雨量為歷年同期平均值的1.6倍，全年來水量760億立方米，是正常來水的2倍，大于每秒10000立方米洪峰出現(xiàn)11次，是歷史上出現(xiàn)洪峰次數(shù)最多的一年，特別是10月份上旬出現(xiàn)最大入庫洪峰每秒34300立方米，為50年來第二位。丹江口水庫成功攔蓄洪水25.3億立方米，調(diào)節(jié)洪水下泄流量為每秒19600立方米，減少漢江中下游民垸分洪量達32.27億立方米，確保了漢江干堤和江漢平原的安全，減少淹地面積91.7萬畝，減少受災(zāi)人口67.46萬人，防洪效益匡算達9.17億元。

在1998年長江發(fā)生特大洪水時，丹江口水庫有效地削減漢江洪峰，減輕了漢江中下游和武漢市的防汛壓力，并有一次超蓄洪水，為長江抗洪斗爭解了燃眉之急。1998年7～8月，就在長江接連發(fā)生8次大洪水的情況下，漢江也發(fā)生了5次大于每秒5000立方米的洪水。丹江口水庫水位于7月14日漲至149米時已開孔泄洪，8月又發(fā)生了4場洪水。8月中旬，在長江第六次洪峰即將到來之際，漢江也發(fā)生了大到暴雨，特別是丹江口到鐘祥區(qū)間發(fā)生了大洪水，區(qū)間洪峰流量為每秒8000立方米，這時，由于受長江高水位頂托的影響，漢水入江不暢，過流能力大幅減小，造成漢江下游防汛形勢異常嚴(yán)峻。在長江防洪的關(guān)鍵時刻，為了避免下游杜家臺分洪，減輕長江防洪壓力，緩解漢江中下游的防汛緊張局面，丹江口水庫于8月15日11時50分果斷地關(guān)掉閘門、停止泄洪。當(dāng)時，丹江口水庫水位為151.98米（超防洪限制水位2.98米），入庫流量每秒14200立方米，加之每秒18300立方米的入庫洪峰即將到來，按規(guī)定應(yīng)加大泄量，但關(guān)閘致使庫水位于19日達到154.65米，超防洪限制水位5.65米，避免了下游杜家臺分洪區(qū)和民垸分洪運用及武漢關(guān)水位超過1954年洪水位（長江委認(rèn)為降低漢口水位0.3米以上，水利部信息中心認(rèn)為降低漢口水位0.6米），共超蓄水量37億立方米，有力地支援了長江抗洪斗爭，受到湖北省人民政府的嘉獎。

2005年，洪水最大洪峰每秒30700立方米，水庫實際最大出庫每秒14600立方米（削峰率52.4%），為漢江中下游的防汛爭取了每秒1000立方米以上的流量空間。由于丹江口水庫的攔洪削峰作用，減少淹沒河灘地22萬畝，減少淹沒杜家臺洪泛區(qū)20萬畝，減少淹沒民垸300萬畝。2010年和2011年，漢江流域連續(xù)兩年遭遇大洪水，其中2010年最大洪峰每秒34100立方米，僅次于1983年10月的大洪水，水庫最大下泄流量每秒6480立方米，有效地避免了杜家臺分洪的運行，總的防洪效益為37億元，其中，減少河灘地5億元，杜家臺10億元，民垸22億元；2011年最大洪峰每秒26600立方米，水庫實際最大出庫每秒13000立方米（削峰率51.1%），為漢江中下游的防汛爭取了每秒3400立方米以上的流量空間，成功避免了漢江下游民垸和杜家臺的分洪運行，其防洪效益為15億元，其中，杜家臺5億元，民垸12億元。2017年汛期共發(fā)生5場入庫洪峰大于每秒5000立方米的洪水，其中三場洪水洪峰大于每秒10000立方米，最大洪峰每秒18600立方米，其中，第一場被水庫全部攔蓄，其余4場洪水水庫的削峰率也達到50%以上，整個汛期水庫最大出庫流量為每秒8040立方米,充分發(fā)揮了水庫的攔洪削峰作用，為漢江中下游的防汛爭取了每秒9000立方米以上的流量空間，避免了民垸分洪和蓄滯洪區(qū)運用，有效緩解了漢江中下游的防洪壓力。

2.供水效益

初期工程運行期間，為湖北、河南兩省引丹灌區(qū)360萬畝耕地提供了自流引水水源，至2014年10月31日，兩省引丹灌區(qū)共計引水量（含提灌水量）281.268億立方米，累計灌溉耕地面積約4000萬畝次，年最大引水量達到20億立方米，如按照0.006元/立方米（2000年國家計委批復(fù)價格）的農(nóng)業(yè)供水價格計算，灌區(qū)總計受益1.69億元。

丹江口大壩加高工程于2013年8月底通過蓄水驗收，水庫開始按后期規(guī)模運行。2014年11月1日通過陶岔渠首樞紐開閘試驗通水，12月12日正式通水。按照《南水北調(diào)工程供用水管理條例》規(guī)定的調(diào)水年度（每年11月1日至次年10月31日）統(tǒng)計，2014～2015、2015～2016、2016～2017供水年度實際供水分別為21.668億立方米、38.45億立方米和48.46億立方米。截至2017年10月31日，丹江口水庫已累計向北方供水108.578億立方米，其中，向河南供水約37.82億立方米，向河北供水約11.68億立方米，向天津供水22.84約億立方米，向北京供水28.44約億立方米，惠及北京、天津、石家莊、鄭州等沿線19座大中城市。

目前，南水北調(diào)中線工程調(diào)水成為了很多城市的主力水源，緩解了其水資源短缺的緊張局面，工程供水綜合效益遠超預(yù)期。工程通水后，沿線已有近1億人喝上了漢江水。河南省有11個省轄市、37個縣用上“南調(diào)水”，1800萬人受益。河北省用水范圍已覆蓋7個地級市、96個水廠。天津中心城區(qū)、環(huán)城四區(qū)及濱海新區(qū)等多個行政區(qū)的市民都用上了“南調(diào)水”，該市也因“南調(diào)水”補充形成了“引灤引江”雙水源保障的新供水格局。北京使用南水后，自來水硬度由每升380毫克降至120毫克-130毫克；在水資源布局方面，南水北調(diào)工程已帶動北京市形成一縱一環(huán)水網(wǎng)工程，連通了地表水、外調(diào)水、地下水和各大水廠，形成三水聯(lián)調(diào)、環(huán)向輸水、放射供水、高效用水的首都供水安全保障格局，其中有70萬人口結(jié)束了喝自備井水的歷史。當(dāng)前，南水北調(diào)中線工程與河北省廊涿、保滄、石津、邢清四條大型輸水干渠形成一縱四橫水資源格局，構(gòu)建起冀南可靠的供水網(wǎng)絡(luò)體系。同時，居民用水水質(zhì)明顯改善，地下水水位下降趨勢得到遏制，部分城市地下水水位開始回升，城市河湖生態(tài)顯著優(yōu)化，并已經(jīng)成為沿線大中城市的生命線。多年來北京超采嚴(yán)重的密云、懷柔、順義等地，地下水水位下降趨勢得到遏制，有效促進了地下水的涵養(yǎng)和回升。

3.發(fā)電效益

丹江口水電站裝機容量90萬千瓦，保證出力25.9萬千瓦，多年平均發(fā)電量38.3億kW·h，共架設(shè)6回220千伏、7回110千伏高壓線路。1973年9月六臺機組全部發(fā)電，是70年代初期中國為數(shù)不多的大型電站之一，更是湖北省電網(wǎng)起支撐作用的骨干電站。由于當(dāng)時“三陽”地區(qū)（襄陽、鄖陽、南陽）經(jīng)濟不發(fā)達，區(qū)域用電不多，因此，丹江口水電站所發(fā)電量的80%以上遠距離、重負(fù)荷輸送至鄂東南的武漢地區(qū)和豫中的鄭州地區(qū)，極大地緩解了兩?。ㄌ貏e是湖北省）用電緊張的矛盾。據(jù)統(tǒng)計，從6臺機組投產(chǎn)后的1974年至1980年，即由湖北、河南兩省分別調(diào)度的7年時間里，丹江口水電站累計發(fā)電261.63億kW·h，其中向湖北供電198.13億kW·h，向河南供電59.03億kW·h，并直接向當(dāng)時兩省重工業(yè)項目（武鋼1.7m軋機和鄭州鋁廠）供電，保障了國家重大工程武鋼1.7m軋機工程順利啟動和車城十堰的崛起，對兩省的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻。

丹江口水庫有效調(diào)節(jié)庫容102億立方米，6臺單機15萬千瓦機組啟停迅速，從開機到并入系統(tǒng)一般只需2分鐘左右，是理想的調(diào)峰、調(diào)頻廠。1981年華中電網(wǎng)成立時，網(wǎng)內(nèi)火電機組調(diào)峰能力差，調(diào)峰容量僅占開機容量的15%～17%，水電站中徑流式機組和小水電的比重占總水電容量的60%以上，適于調(diào)峰、調(diào)頻的電站不多。由于電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰容量嚴(yán)重不足，降低了全年周波合格率，在這種情況下，單機容量大、調(diào)節(jié)性能好，且可分可合的向兩省供電的丹江口水電站就成為華中電網(wǎng)的主力調(diào)頻、調(diào)峰、事故備用的骨干電站，丹江口也成為河南、湖北兩省電網(wǎng)的第一個聯(lián)網(wǎng)點。據(jù)統(tǒng)計，丹江口水電站的調(diào)峰容量占鄂豫負(fù)荷峰谷差的40%（鄂、豫兩省負(fù)荷峰谷差約占全國峰谷差的70%），為電網(wǎng)調(diào)峰、確保正常供電，其作用十分顯著。2009年以前，丹江口水電站是華中電網(wǎng)的主力調(diào)頻電站，同時承擔(dān)了華中電網(wǎng)重要的調(diào)峰、調(diào)相和事故備用的重要任務(wù)，對保證電網(wǎng)的安全運行、改善供電質(zhì)量和提高電網(wǎng)的經(jīng)濟效益起到重要作用。

南水北調(diào)中線陶岔渠首及總干渠 攝影/楊飏

在樞紐初期工程建成之際，作為對庫區(qū)鄖縣、淅川和丹江口三縣（市）為工程建設(shè)所作貢獻和犧牲的補償，同時也作為開發(fā)性移民的嘗試，國家利用移民經(jīng)費建設(shè)了丹鄖、丹淅兩條110千伏供電線路，由丹江口水電站直接向鄖縣、淅川和丹江口市供給廉價的電力、電量。庫區(qū)三縣市由丹江口水電站獲得的總電量超過355億kW·h，長期的電價優(yōu)惠對三縣市的經(jīng)濟發(fā)展和庫區(qū)移民脫貧致富起到了巨大的作用。

1996年12月15日，丹江口水電站實現(xiàn)發(fā)電量累計突破1000億kW·h大關(guān)，成為全國第3個發(fā)電量過千億的水電站。截至2017年底，丹江口水電站累計發(fā)電1725億kW·h，按湖北省1990年平均每千瓦時電量創(chuàng)造國民生產(chǎn)總值3.26元計算，累計創(chuàng)國民生產(chǎn)總值5620多億元。

4.航運效益

漢江自古是聯(lián)系陜、豫、鄂三省的水上通道，但過去上游河道狹窄，灘多流急，航行條件十分惡劣；中游河道開闊，但沙灘甚多，極不穩(wěn)定；只有下游河道相對比較穩(wěn)定。丹江口水庫修建后，上游庫區(qū)因水庫蓄水抬高了水位，水面比降減緩，流速減小。與建庫前相比，中下游航道得到較大改善，大大提高了通航保證率和船舶噸級。

由于水庫的調(diào)節(jié)作用，漢江中、下游洪峰大幅度削減，中水期延長，枯水期加大，水位變幅減小，航深增加，同時改善了枯水期的流量，使其從每秒200立方米提高到每秒400～500立方米，對改善漢江通航條件，促進漢江水運事業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了很大作用。大壩以上水庫區(qū)延長和改善航道近200公里，下游航道可通過300噸級升船機貫通庫區(qū)航道，使?jié)h江可通行航 道增加到800公里。庫區(qū)險灘由48處減少為10處，庫區(qū)干流和支流曾河、丹江口客貨輪運量比 建庫前增加10多倍。截至2017年底，丹江口 水利樞紐通航建筑物累計船只過壩3200余次， 過壩噸位約31.3萬噸。