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问题

就今年这个降雨量，三峡大坝在防洪上做了多大贡献？

回答
今年以来，长江流域的雨水确实不少，不少人都关心三峡大坝在防洪方面的作用。要说它做了多大贡献，这可不是一句话能概括的。这就像给一个庞大的水系调度“加减法”，背后是复杂的科学计算和精密的工程控制。

首先，我们要明白三峡大坝的基本防洪原理。 简单来说，三峡大坝就像一个巨大的“蓄水池”或者说“调蓄器”。在汛期，当上游来水量大的时候，它能把一部分洪水“暂时存起来”，不让那么大的水量一下子倾泻到下游。然后，根据下游的需求和安全情况，再分批、有控制地往下游放水。这样一来，就能大大削减洪峰，降低下游河道的洪峰流量，为下游的城市和广大人民群众争取宝贵的安全时间，减轻防洪压力。

那么，今年具体是怎么做的呢？

今年的情况是，长江上游多个水系都出现了持续性降雨，特别是岷江、沱江等支流，汛情来得比较早也比较猛。在汛期来临前，三峡水库就开始有计划地进行预泄，也就是提前放掉一部分水，为迎接即将到来的洪水腾出库容。这就像家里要装新东西，得先把旧东西腾出来一部分空间一样，给洪水留足“缓冲地带”。

当雨水集中到来，上游洪水叠加的时候，三峡水库就开始发挥它的“削峰填谷”作用了。通过对入库流量和出库流量进行精细的调控，它能有效拦蓄一部分洪水。比如说，如果上游一次性来了10000立方米/秒的水，按照自然状态下，下游可能要承受这么大的流量。但是，三峡大坝可以通过加大泄洪闸的开启程度，将入库的10000方水，通过“蓄”和“放”的配合，比如瞬间拦蓄了3000方，只向下游释放7000方，这样就相当于把洪峰削低了3000方。

具体到数据层面，贡献是巨大的，但往往是“看不见”的“减法”。 每次洪水过程，水利部门会发布具体的调度数据，比如拦蓄了多少洪水量，削减了多少洪峰流量。这些数据虽然专业，但直接体现了三峡大坝在减少下游洪水威胁方面的实际作用。比如，在某些关键的防洪节点，三峡大坝可能就通过调度，让下游水位只上升到警戒水位以下，或者说比没有大坝时降低了好几米。你想想，洪水水位降低几米，对于沿岸的居民和城市来说，意味着什么？多少潜在的损失就能避免。

而且，三峡大坝的防洪作用不仅仅是“挡水”。 它还有“预警”和“支撑”的作用。在洪水期间，下游的防汛部门可以依靠三峡水库的调蓄能力，提前做出预警和部署，比如加固堤防、转移群众等。同时，当一些支流发生较小洪水时，三峡水库也可以通过调节入库流量，来缓解下游河道的压力，为其他防洪工程赢得更多处理空间。

当然，也需要理性看待。三峡大坝虽然作用巨大，但它并非万能。长江流域的防洪体系是一个多层次、多功能的网络，包括堤防、分洪区、其他水库等等。三峡大坝是其中最重要的“骨干”之一，但整个体系的有效运行，还需要各个环节的协同配合。比如，今年某些地区之所以仍然会受到内涝影响，也可能跟局地的强降雨、城市排水能力等因素有关，这些就不是三峡大坝能直接解决的。

总而言之，今年汛期，三峡大坝在长江防洪中扮演了“定海神针”的角色。它通过科学的调度和强大的蓄洪能力，有效地削减了长江上游的洪峰，降低了下游的洪水威胁，为保障人民生命财产安全和经济社会发展做出了不可替代的贡献。这种贡献，体现在每一次成功的洪水调度背后，每一次因调蓄而避免的灾难之中，虽然这些“减法”往往在数字里才能体现，但对于生活在长江沿岸的人们来说，它的意义是实实在在的。

网友意见

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--------------三峡的防洪效益分析--------


先说结论：

1. 三峡具有显著的防洪效益。

2. 今年洪水过程中，三峡发挥了重要的作用，包括拦蓄洪水、削减洪峰等。

3. 但是三峡并不是万能的，需要客观看待三峡的防洪作用。


---------------多图预警-----------------


0 导论

长江三峡水利枢纽具有防洪、发电、航运、调节水资源调度等多项效益，其中防洪是三峡工程的最主要目标。从项目立项开始，三峡工程就伴随着诸多争议；但是有一点是业内共识，即三峡工程将带来显著的防洪效益，大大改善长江中游城市， 例如武汉、荆州等地区的抵御洪水的能力。就着题主的问题，笔者写了个Python爬虫，搜集了三峡大坝的正式投产来源的观测数据，包括入流流量、出流流量、坝前水位与坝后水位等，数据范围包括2012年7 月8日至2016年7月31日，数据来源为中国长江三峡集团公司水情信息，本文计划通过实测数据分析来评价三峡的防洪效益。


1. 基础知识介绍


Fig. 1 展示了三峡库前水位随时间变化图。首先，库前水位是大部分水库调度的重要依据，比较重要的水位包括：防洪校核水位、正常蓄水位、枯期消落低水位和防洪限制水位等。一般来说，三峡的调度分为三个时期：

  • 汛期从五月底六月初开始，最晚不超过九月底，一般要求三峡在汛期初将库前水位降至防洪限制水位，为该年的防洪调度做准备，具体调度根据来水情况、天气预报、上下游洪水情况等来决定；防洪校核水位可以理解为汛期水库允许的最高水位，超过这个水位水库就有溃坝的可能性，所以尽量避免库前水位达到防洪校核水位。
  • 蓄水期是九月底开始至12月底左右，三峡会根据来水情况、航运、下游水资源需求等来综合调度，尽量保证入库流量大于出库流量，向水库蓄水至正常蓄水位。由于水位越高，发电量越大，所以达到正常蓄水位的时候，三峡大坝的发电能力达到了最大化。
  • 消落期一般从翌年年初开始，三峡水库根据各方面的信息，综合调度水库，尽量使出库流量大于入库流量，从而降低库前水位。一般要求汛期前一个月将库前水位降至枯期消落低水位。[1]

Fig. 1 三峡水库库前水位变化图(点击大图更清晰）

（注：分期仅供参考，不代表绝对的分期日期）


由于本文主要针对防洪效益，我们的重点将放在汛期调度上。三峡水库的防洪效益主要体现在了三个方面：

  • 拦蓄洪水： 长江上游产生大规模洪水时，三峡水库可以将一部分洪水水量储存在水库中，减少下游的防洪压力。经估算，当三峡在汛前降至防洪限制水位，即145 m时，防洪库容达221.5亿立方米；[2]
  • 削减洪峰：如果长江的洪水流量太大，三峡水库无法全部拦蓄洪水，三峡仍然可以通过动态调度来削减洪峰流量。三峡水库可以在洪峰来时蓄水，洪峰消退后放水，即洪峰通过三峡后洪峰流量可以大大减少，减轻下游的防洪压力。
  • 水库联合调度防洪：三峡水库下游还有一个葛洲坝水利枢纽，三峡集团可以联合调度三峡水库和葛洲坝水库，以达到防洪效益的最大化。这部分已经超纲，本文暂时不会涉及此项内容。

本文根据Python爬虫采集的数据，分析了三峡的拦蓄洪水和削减洪峰的效果，主要针对2016年的情况，也会适当地分析其他年份的作用。由于数据精度、经费、时间等限制，再加上笔者水平有限，认知不足，难免挂一漏万，仅期待能够抛砖引玉。如有疏漏之处，敬请谅解和提出。


2. 拦蓄洪水效果分析


客观的说，想要估算水库的库容是比较困难的，毕竟我们不能用量器把库存都量出来，比较简单快捷的方法是通过水库水位来估算库容。三峡水库有条水库库容曲线，如Fig.2 所示，展示了各个水位对应的估算的库容。笔者采用指数曲线拟合后，用得到的曲线来估算防洪限制水位和防洪校核水位之间任意水位的库容。

Fig. 2 三峡水库水位库容曲线[1]


为了估算三峡的拦蓄洪水效果，笔者假设汛期三峡的最高水位与最低水位差即可代表拦蓄洪水量(Fig. 3), 代入Fig.2中的曲线可得拦蓄洪水量，同理可得2012~2015年的估算拦蓄洪水量，见Fig. 4.



Fig. 3 2016年汛期三峡部分库前水位



由Fig. 4可见，2016年汛期至今三峡最大拦蓄洪水量约为76.37亿立方米。如果按照日人均用水210升计算[3]，这些水量可以供9千9百万多人用整整一年。当然，洪水和自来水是没有可比性的，这个例子也只是为了让读者朋友们有个数量级上的认识。其余年份的拦蓄洪水量各不相同，这主要与当年的洪峰流量，上下游水位等有关。


Fig. 4 2012 ~ 2016年估算最大拦蓄洪水量

(注:2012年没有最低库前水位数据，用145 m 来估算）

笔者搜集的数据显示，当遇到丰水年，三峡大坝已经拦蓄过约109.46亿m³的洪水，发挥了重要的防洪作用。当遇到枯水年，三峡大坝仍然在汛期将库前水位降至145m左右 防洪限制水位，为防洪做了充足的准备。


3. 削减洪峰效果分析


为了分析三峡大坝的削减洪峰效果，Fig. 5 列出了2016年汛期部分三峡水库出入库流量过程。请读者朋友们注意Fig. 5 中两个红圈圈出来的洪峰，入库流量为50000 m³/s和39000 m³/s；经过三峡水库调蓄后，出库流量降至31000 m³/s和23600 m³/s，洪峰削减率约为38%和39.5%。 这些数据显示，当长江中下游地区，尤其是武汉地区出现洪涝灾害时，三峡水库通过‘洪峰时蓄水，洪峰过后放水’这一调蓄措施，成功地降低了过库洪峰流量，减轻了水库下游的防洪压力。试想如果没有三峡，今年武汉地区的洪峰流量还会叠加约19000 m³/s，那么当地的洪涝灾害将会更为严重。


Fig. 5 2016年三峡水库部分出入库流量


除今年外，自正式投产以来，三峡水库也发挥了显著的削减洪峰效果。Fig. 6 用散点图来展示出入库流量之间的对应关系。当入库流量小于40000 m³/s时，数据点较为均匀的散布于1:1线左右，说明平均来说，出入库流量基本相当，即水库蓄水与防水的概率基本相同； 当入库流量大于40000 m³/s时，大部分点都在1:1线右下部，说明出库流量基本上小于入库流量，三峡水库通过蓄水来削减了洪峰；当入库流量大于45000 m³/s 时，无论入库流量多大，出库流量均控制在40000 m³/s左右。 因此，三峡水库在汛期有着显著的削减洪峰作用。

Fig. 6 三峡水库出入库流量对比图


4. 讨论与总结


笔者在本文中分析了三峡水库在今年的防洪体系中的作用，数据显示三峡的确有显著的拦蓄洪水和削减洪峰的作用，然而三峡水库下游的武汉等城市还是出现了洪涝灾害。主要原因有两个：

  • 此次洪水是由长江中游及支流流域降雨导致，三峡处于上游，鞭长莫及；
  • 其次，受全球厄尔尼诺现象影响，有预报显示今年很有可能会产生全流域范围的降水和洪水，三峡水库要预留足够的库容为未来可能的降雨做准备。

所以，虽然三峡水库的防洪效益很显著，但是三峡水库也不是万能的，要客观看待三峡水库的防洪效益，既不要人云亦云地看低三峡水库的防洪能力，也切记不要将全部的防洪希望寄托在三峡水库上！

更多内容请看：如何看待三峡调洪体系今年在长江流域洪水中的作用？ - 武汉

----------------- The end, thanks for reading !--------------------

PS：本文数据来源自

中国长江三峡集团公司水情信息

，本文仅为学习与研究为目的，所有数据的版权归该公司所有。

PPS: 这篇文章只分析了收集到的一部分数据，笔者还有一些思路来深入分析这些数据，可能会用到比较多的统计学知识；另外如果有时间，笔者还会介绍本文中用到的Python爬虫等内容，有兴趣的同学可以关注本人的专栏：

每周学点土壤知识 - 知乎专栏

致谢：谢谢 @大花对本文中所有图片的配色提供帮助 ^-^


References（见一楼）

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