長江上下游落差6000米，豐富的水力資源如何利用？

出品| 網易新聞 作者| 須臾千秋，清華大學土木工程博士

　　提到水電工程，人們首先想到的必定是長江上的三峽大壩。其實，就在三峽工程的上游，還蘊含著技術上可開發的、相當於四座三峽大壩的水能，可供給全中國總用電量的15%。

　　單單一條長江，居然就能供給這麼多的電量，驚不驚喜，意不意外？

（一）落差6000米的長江，是水力資源的「富礦」

　　進入21世紀，隨著人類能源科技的逐漸進步，電卻好像越來越不夠用了。歸根結底，這其實是因為人們對於發電的方式，以及其產生的負面作用越來越挑剔。

　　各種發電方式中，火力發電會排放大量的溫室氣體，造成空氣污染，因而正在逐漸被替代；核電的發電效率高、成本低，但人們始終對核電站的安全存在顧慮；風能、太陽能發電固然清潔無污染，但生產發電設備卻會產生更多的污染……相比起來，水利發電是最為清潔、成本也較低的發電方式。

　　中國的地勢西高東低，落差極大，而且到處都是陡峭的山地丘陵，因此天然就蘊藏著豐富的水能資源，而長江更是一條蘊藏著豐富水能資源的富礦。

　　從發源地唐古拉山到入海口上海，長江的落差達到6000多米，這當中的重力勢能幾乎處處都是可以利用的，位於宜昌的三峽大壩僅利用了其中的175米而已。

　　而長江越往上游，地勢越陡峭，水流也越湍急，被稱為金沙江的長江上游全長3479公里，天然落差達5100米，占長江幹流總落差的95%，水電的富集程度居世界之最。

　　如果在這裡修建水電站，那麼水力資源的利用效率會極高。

　　因此，國家對於金沙江水電基地的建設十分重視，將其排在「中國十三大水電基地規劃」首位。

（二）長江上游的梯級開發，20座水電站齊發力

　　其實，金沙江水電基地並不是一座單一的水電站。

　　為了能最大限度地利用金沙江的全部落差，整個水電基地設置了20座水電站，力圖對金沙江的全線水資源進行掌控。

　　習慣上，人們將金沙江分為上、中、下游三個河段。

　　從青海玉樹的巴塘河口到雲南石鼓這段區間，河段長974公里，流域面積7.65萬平方公里，落差約1715米，河道平均比降1.76%，被稱為金沙江的上游。這裡水流量不大，但流速湍急，便於水能的利用。

　　中國在這裡共布置了崗托、葉巴灘等八個梯級電站，每個裝機容量都不大，但加起來總的裝機容量能夠達到900萬千瓦。重要的是，金沙江的上游段人口稀少，修建攔河壩所需要淹沒的林地和耕地、需要搬遷的村落都很少。因此，雖然位置偏遠，但開發起來收益很高。

　　整個梯級開發成功後，金沙江上游藏川段豐富的水能資源將藉助超高壓或特高壓電網通過四川轉送華中、華東電網，成為中國「西電東送」的主力。

　　從雲南石鼓到四川攀枝花的雅礱江口，長564公里，落差838米，是金沙江的中游，這裡也規划了八級水電站。由於中游的水流量較大，八級水電站的總裝機容量高達2058萬千瓦。

　　在金沙江中游，隨著海拔的降低，人口逐漸開始密集，農業區涉及的農業用地也越來越多。因此，中游的水電站除了要肩負發電職能外，電站配套興修的水庫還必須兼具水資源調節能力，在下游缺水時開閘補水，在水量過多時關閘蓄水。

　　從攀枝花到三峽大壩所在的宜昌，被稱為金沙江的下游。在這裡，中國開發了四座世界級巨型梯級水電站：烏東德水電站、白鶴灘水電站、溪洛渡水電站和向家壩水電站。

　　這四座電站的總裝機容量達4210萬千瓦，相當於兩個三峽電站。其中的白鶴灘水電站裝機容量1600萬千瓦，建成後將成為僅次於三峽大壩的中國第二大水電站。

　　在水電項目中，一項重要投資就是興修水庫時淹沒村莊、城鎮所帶來的搬遷和賠償的費用，更不必說背井離鄉的社會負面作用了。而由於金沙江段的地勢複雜，居住環境比較惡劣，因此人口相對稀少，可以說，金沙江水電基地的技術經濟指標是十分優越了。

　　以金沙江下游的向家壩水電站和溪洛渡水電站為例，這兩個水電站發電容量總和略大於三峽，靜態總投資僅750億元，涉及到的搬遷人數為10萬人左右，僅相當於三峽工程移民總數的1/10。這使得它們的發電成本僅為三峽工程的70%，在電價上具有極強的競爭力，未來將成為「西電東送」中路通道的骨幹電源項目。

（三）除了發電，水利工程的作用還有很多

　　在長江上全流域興修水利設施，發電固然是一項重要目的，但除此之外，調節水資源的供給也同樣非常重要。

　　如果沒有水利設施，任憑江水自由流動，除了會白白浪費了江水的動能外，還會使得流域內的水資源聽天由命：乾旱的時候完全旱死，洪澇來臨的時候則是一片澤國。這無論是對於農業生產還是人民正常生活都有嚴重的影響。

　　要想成為富強的大國，就必須對重要河流進行全流域的綜合治理。

　　1930年代，美國發動的田納西河流域綜合治理工程將通航能力差、洪水泛濫的田納西河通過30座水電站和無數的其它輔助設施治理成一條經濟效益極高的河流，將全美國最貧困的田納西河流域變成了美國的大糧倉，同時還為800多萬居民提供了廉價的電力。

　　針對長江的全流域治理也是如此。

　　相比起涉及了10萬平方公里、800萬人口的田納西河，如何治理覆蓋180萬平方公里、4.6億人口的長江流域顯然是一個更加需要研究的課題。

　　單一的三峽工程固然能夠有效地緩解長江流域的水患，但仍然不能從根本上保障長江的高效綜合利用。一遇到嚴重的極端氣候，一座單一的水壩無法控制上下游數千公里的整個流域，調水能力捉襟見肘。

　　水利設施修建後，巨大的配套水庫通常具有很強的調蓄能力，在旱災時開閘放水供給下游工農業生產，在下游雨量過多時關閘蓄水以防止洪澇。

　　然而，單一的水庫蓄水時常會出現水庫已經放空而下游旱情仍未緩解，或者水庫蓄水量已經到頂而下游仍無法避免洪澇，水庫被迫放水的情況。

　　金沙江水電基地全部修建完成後，這樣的尷尬局面就會大大減少。防洪和抗旱的壓力被分散到了20座水利樞紐上，一座水庫即使蓄滿水，還可以通過其它水庫來繼續分擔壓力。

　　此外，每一座水利樞紐都可以有針對性地調節其所在河流區段的水量供給，這使得長江上游提高了對長江水的綜合利用能力。

　　此外，數量眾多的水利系統還可以使得水庫之間形成反調節系統。下游的反調節水庫可以對上游起到補償作用：上游放水，下游蓄水；上游發電，下游停機。這樣可以維持整個流域供電量、供水量的總體穩定。它們還可以調節通航，使得某一個大壩的發電泄水不會影響整個河面的平穩。

結語

　　現如今，金沙江的大規模梯級開發已經開始，尤其是在下游，溪洛渡水電站和向家壩水電站已經建成發電，這相當於新建了一座三峽大壩，另一組烏東德和白鶴灘水電站也已經在建設之中。

　　預計到2020年前後，金沙江水電基地的全梯級將先後全部開工建設。到那時，中國對於水電這一清潔能源的利用將會達到世界頂尖水平。

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編輯| 史文慧