“三峡”与“伊泰普”
——长江三峡水电站与伊泰普水电站
胡经国1987年第7期（总第19期）《综述与建议》栏目。该刊由重庆市科学技术委员会主办，当时为双月刊，公开发行。
该文发表后，经重庆市水利学会评议推荐，被重庆市科学技术协会评为优秀学术论文，荣获该年度重庆市科学技术协会颁发的优秀学术论文奖。
下面是正文：
我国和巴西的水能资源都十分丰富。我国可能开发水电的装机容量为3.78亿千瓦，年发电量19200亿度，居世界首位。巴西可能开发水电的装机容量为2.13亿千瓦，年发电量12000亿度，居世界第二位。巴西和巴拉圭两国合建的巴拉那河伊泰普（ITAIPU）水电站，是目前世界上在建的最大水电站。我国计划兴建的长江三峡水电站，将成为未来世界上最大的水电站。
本文拟根据手中现有的资料，比较全面地分别综述这两个水电站的工程概况、特点和一些主要的技术、经济问题，为读者提供进一步了解和研究的基础，同时供读者比较和借鉴。
一、在建的伊泰普水电站8000立方米/秒，集中落差120米。
1966年10月，两国签署协议，共同开发巴拉那河的水能资源。两国任命了联合执行委员会。美国和意大利的两家工程公司完成了执委会确定的研究课题：提出可行的开发方案并从中推荐出最优方案；可行性研究准备工作；水资源综合利用途径。根据两公司提出的在伊泰普修建高坝的建议，执委会决定将调查重点放在伊泰普。随后，两公司提出了与论证最终开发方案有关的四个专题报告，即水轮机技术，巴西和巴拉圭不同的电网频率，施工风险和生态学，并再次肯定伊泰普高坝方案是最优方案。1973年4月，两国签署开发伊泰普水能资源的协议，并建立了两国公司主持该项工程的建设和运行。到1974年底，美、意两家公司完成了可行性研究报告，确定坝址选在伊泰普岛。随后，它们又完成了枢纽总体布置设计。具体设计任务是由巴西和巴拉圭两国的九家工程公司承担的。为了协调最终设计、施工和交付使用过程中九家公司的工作，保证第一批机组正常启动，有关咨询服务的协议延长到1984年底。该电站前期准备工作衔接很紧，进度快，历时仅仅8年。
伊泰普水电站从1975年起开始进入枢纽建筑物施工阶段。为了修建拦河大坝，进行了有史以来规模最大的导流施工。导流明渠长2000多米，宽150米，平均深度80米。在明渠上修建了混凝土坝及供施工期泄水用的12孔泄水闸门（7米×12米）。在围堰保护下的明渠内，修筑了两座高30米的混凝土临时拱围堰。主河道截流系采用4座戗堤，其粘土心墙是在水下填筑的。上游围堰高达100米。
在主坝和厂房浇筑中，架设了世界上最长的吊罐架空缆索。为了避免放热反应产生大量混凝土孔隙和裂缝，采用了世界上最大的制冷设备。在浇筑前，将混凝土冷却到7℃。1982年11月5日，主坝正式建成。
1983年雨季遭遇异常暴雨，巴拉那河洪水流量高达41000米3/秒（相当于500年一遇洪水）。为了保持下泄流量在中等洪水的水平上，水库始终保持着高水位。主溢洪道、土坝和堆石坝也都运行正常。这不仅显示了巨大的防洪效益，而且显示了工程施工的高质量。
伊泰普水电站主坝的坝型为混凝土双支墩重力坝，坝长612米，坝高190米。它由宽34米、高100～190米的18个坝块所组成。上下游边坡分别为1∶0.58和1∶0.46。空心指数为0.57。这是目前世界上最高的混凝土双支墩重力坝。主坝体积达865万立方米，是目前世界上混凝土坝中的第二大坝。主坝左端连接支墩坝、堆石坝和土坝，右端连接支墩坝、混凝土溢流重力坝和土坝。大坝全长7公里。坝顶高程225米。正常蓄水位220米。正常尾水位100米。压力管道进水口高程189.6米。总库容290亿立方米。电站厂房属于坝后式厂房。大型压力管道布置成坝后明管式，便于施工。坝基岩石为玄武岩，具有角砾岩夹层。在大坝上游面和厂房下游面都进行了帷幕灌浆，并且设置了大坝上、下游纵向排水隧洞和厂房排水廊道。
设计人员对该电站枢纽建筑物的原型观测十分重视。在枢纽建筑物和基础内安设了13种类型近1900部观测仪器。采用分区观测的方式，即只将分区仪器中最重要的资料（如扬压力和变形）送到中央控制台，而其它资料则由分区观测。
伊泰普水电站装机容量1260万千瓦，平均年发电量700亿度，枯水年发电量620亿度。该电站由目前世界上最大的18台法兰西斯式水轮机带动的发电机组组成，单机容量70万千瓦。升变压器连接于500千伏SF6绝缘母线和开关站（采用六氟化硫开关）。该电站具有目前世界上最大的80多万立方米的福兹杜伊瓜苏变电站。从1980年11月起，该电站进入机电设备安装阶段。1983年12月17日，第一台机组开始发电。从1975年到1983年，工期也仅仅才8年。其余机组，计划每年投产3台。
巴西和巴拉圭两国的电网频率不同。这是伊泰普水电站的一个主要的技术经济问题。巴西电网频率为60赫，巴拉圭电网频率为50赫。因此，有9台60赫发电机向巴西供电。另有9台50赫发电机向巴拉圭供电。这两种发电机的特性有很大的差别，如下表所示（据王冰摘译资料）。这是因为，50周波发电机必须适应直流输电特殊参数的需要。
根据两国电网频率不同，并且预计10年后巴拉圭分享的一半电能将全部卖给巴西，经过输电方案的经济技术比较，最后选定了一个最佳输电方案，即交、直流混合输电系统方案。根据选定方案，要建设两条直流双极±600千伏超高压架空输电线路，直达巴西最大的经济中心城市圣保罗，距离830公里，输送电能为630万千瓦（每条回路的输送功率均为315万千瓦）。由9台50赫发电机供电，经电力变压器接在50赫500千伏母线上引出。在这个母线上，还经过一台75万千伏安、500/230千伏的自耦变压器，引出一条230千伏架空输电线路送电到巴拉圭。这两条直流输电线路是目前世界上最大的高压直流输电装置。它们与该电站一期工程同时建设。另外，还要建设三条交流765千伏超高压架空输电线路。它们都通过伊瓦依堡和伊他别拉两个中间变电站到达齐茹库普列杜，距离900公里，输送电能也是630万千瓦。由9台60赫发电机供电，经电力变压器接到500千伏母线上，再经500/765千伏自耦变压器引出。这三条交流输电线路与该电站二期工程同时建设。
伊泰普水电站全部工程估价为153亿美元。其中，直接施工费占61%，间接费用占39%。每度电造价为3美分。该电站尽最大努力缩短工期，以节省间接投资。并且，在充分利用外资的同时，尽可能减少投资的外币部分，它只占总投资的16%。
伊泰普水电站为了确保技术上的先进性，在选用技术标准上博取世界各国之长。质量控制很严格。聘请工程顾问委员会的专家，着眼于世界先进水平。机电设备的引进同样着眼于世界先进水平。同时注意由引进逐步过渡到与国外合作生产或国内自己制造。开始几台主机及其附属设备以国外引进为主，巴西国内制造的机电设备占85%。
巴西是南美洲能源需求最大的国家。伊泰普水电站全部建成投产，将满足巴西的能源需求。并且，它将为巴西到2000年实现水电装机8264万千瓦的宏伟目标打下良好的基础。巴拉圭也将成为南美洲电力最充足的国家之一和最大的电力输出国。
宏伟的伊泰普水电站是世界水电建设史上一座伟大的丰碑。它的建设经验是全世界人民的宝贵财富。
二、未来的三峡水电站100万平方公里，多年平均流量为14300米3／秒，从宜宾到宜昌有220米落差。三峡河段水能蕴藏量达3000万千瓦，并且地形、地质条件优越，是世界上少有的水能开发坝区。
三峡水电站是我国开发治理长江的主体工程。兴建三峡水电站是我国人民半个多世纪以来的美好夙愿。解放后，中央领导同志对三峡工程十分重视。1958年，周恩来总理主持召开了“积极准备兴建三峡枢纽”的会议；党中央成都会议对长江流域规划和三峡工程专门作了决定。同年，长江流域规划办公室成立。长办在长江流域规划工作的基础上，对三峡进行了大量的勘测、设计和科研工作。1970年，中央批准葛洲坝水利枢纽先行施工，作为三峡工程的实战准备。从1978年起，长办比较了100多种方案，最后推荐了三斗坪坝址。长办于1983年3月提出了《长江三峡工程可行性研究报告》。1984年4月，国务院正式批准了这个报告，决定：1984年底以前完成初步设计报审；1984～1986年做好前期准备工作，争取主体工程于1986年正式动工；在开工后的第8年第一批两台机组发电，安装完26台机组供需17年。同年，中国三峡工程开发总公司筹备处成立，负责三峡工程的建设和经营管理。1984年5月，三峡工程施工准备指挥部进驻三斗坪，开始工作。目前，三峡工程前期准备工作正在加紧进行。
三峡水电站大坝将横跨三斗坪河槽右侧的中堡岛。坝型为重力式混凝土闸坝，坝顶全长2000米，按150米正常蓄水位方案坝顶高程为175米。它包括溢流坝段、电厂厂房坝段、电厂安装场坝段和船闸等枢纽建筑物。溢流坝段有23个7米×9米的深孔，可渲泄流量达11万米3／秒的洪水。在溢流坝段两侧共布置有26台水轮发电机组，左侧14台，右侧12台。电厂进水口高程为104米。船闸和垂直升船机布置在左岸引航道。三峡船闸是世界上最大的双线五级船闸。每级船闸长280米，宽34米。电厂安装场坝段下设5个4米×6米的排沙底孔，左电厂3孔，右电厂2孔。坝址开挖深度达90～120米。大坝混凝土浇筑量达1261万立方米，是世界上体积最大的混凝土闸坝。
三峡水电站计划安装26台水轮发电机组，单机容量50万千瓦，总装机容量1300万千瓦，年发电量677亿度。建成后，它将成为世界上最大的水电站。它的水轮机直径达9.5米，是当今世界上最大的水轮机；特别是它的运转水头要满足正常水头61～88米、非常水头96米、初期运行水头51米的变化，这在世界上也是罕见的。
三峡水电站工程量巨大。土石方开挖量约为6500万立方米；混凝土浇筑量约为2190万立方米；土石方填筑量约为3560万立方米；金属结构安装量约为16.7万吨。需用钢材30多万吨，木材40多万吨，水泥470多万吨。
三峡水电站预计总投资190亿元左右。为了弥补国内资金之不足，需要多方集资，并尽可能利用外资，以引进先进技术和设备。
三峡水电站是对我国经济发展具有战略意义的一项关键性能源工程。它不仅具有巨大的电力系统效益，而且具有巨大的防洪、航运、淡水养殖和旅游等综合利用效益。它必将为我国到2000年实现水电装机8000万千瓦、年发电量12000亿度的宏伟规划，为实现国民经济翻两番的宏伟目标，做出重大的贡献。
三峡水电站的一个突出特点是发电量巨大。其装机容量相当于我国建国30多年来水电装机容量总和的50%以上。装机利用小时高达5000小时。每年可节约煤炭3500万吨。到2000年前后，可满足华东和华中地区部分用电量需求，减轻其对煤炭资源和交通运输的压力。三峡水电站的另一个突出特点是地理位置适中。它主要把电能输往华东、华中地区；近期供电兼顾川东；远期将与邻近电网联结，供电范围可东至上海，南至广州，北近北京，从而发挥更大的联网运行和补偿调节作用，促进全国性电网的形成，获得显著的联网经济效益。总之，三峡水电站的电力系统效益包括发电效益和联网效益两个方面。三峡水电站必将成为全国大电网中的骨干电站，对于扭转华东和华中地区的缺电局面，改善我国能源分布不均和紧张状况，具有重要的战略意义。
三峡水库总库容近200亿立方米。防洪库容为73～115亿立方米。利用大坝超高蓄洪，防洪库容可达220亿立方米，防御百年一遇以下洪水，荆江地区可不再分洪。若利用大坝超高临时滞洪，配合荆江分洪措施，则可防御千年一遇的洪水，并可保证荆江大堤的安全。三峡水电站必将有力地扭转长江中下游防洪的严峻局面，为保卫长江中下游经济建设和人民生命财产安全发挥巨大的作用。
三峡水电站库区可形成400～500公里的深水航道，从而大大改善川江航运。双线多级（五级）船闸和垂直升船机的年货运量和船闸水头级差，都居世界首位。单级船闸可通过万吨级船队。年单向通过能力达5000万吨，比现在的年货运量增加9倍。由于水库的调节作用，长江中游航道特别是荆江的一些宽浅航道的水深将有所增加。三峡水电站必将促进长江航运事业的发展。
三峡水电站的技术复杂程度，在我国水电建设史上是前所未有的。它涉及的重大技术、经济问题很多。为了把三峡水电站建设成具有世界先进水平的现代化工程，科研工作十分重要。其主要内容有：泥沙、航运、生态环境、电力系统规划、三峡区域社会经济发展规划、重大设备研制以及地质、水文、水工和施工等。科研工作主要在国内组织有关部门和单位分工协作进行。同时，对国外进行了高水平的技术咨询。
关于坝址选择，长办和地质部在美人沱和南津关两个坝区的14个坝段中选择了美人沱坝区的三斗坪和太平溪两个坝址进行比较。这两个坝址都是修建混凝土高坝的良好坝址。其中，太平溪坝址河谷较窄，混凝土量较少，可以不淹没茅坪镇，但是地下工程量大，航道建筑物的布置和施工比较困难。三斗坪坝址坝基地质条件可靠，坝基岩石是坚硬完整的花岗岩；坝址河谷较宽，枢纽布置调整余地较大，施工场地开阔，并且没有地下工程。因此，最后选定三斗坪作为三峡水电站的坝址。
关于正常蓄水位的确定，长办研究了从125米至200米的各种正常蓄水位方案，原则确定按正常蓄水位150米进行初步设计。潘家铮总工程师指出，150方案是一个好的决策：⑴、能满足最低的防洪要求；⑵、能装机1300万千瓦，发电效益较高；⑶、能适当改善航道；⑷、移民、淹没和总投资较少，收效比较快，与国力和国民经济的发展相适应；⑸、留有相当大的改进余地。
库区移民是关系到三峡工程成败的关键问题之一。按150方案，移民33万人，淹没损失11万亩。为了妥善地解决移民问题，要做到：一方面国家可以负担，一方面人民要有前途。要为移民从广泛的生产领域找出路。为此，提出了变消极的临时安置型移民为积极的有计划开发性移民的方针。目前，开发性移民试点工作正在顺利进行。
三峡水库库尾回水变动区泥沙淤积碍航问题，是大家公认的三峡工程的关键问题。为了解决好这个问题，除进行数学模型和原型观测研究外，有关单位正在对回水变动区的四个典型河段进行泥沙模型试验。这四个典型河段是：王家滩河段（卵石淤积碍航）以及青岩子、丝瓜碛和楠竹坝河段（悬沙淤积碍航）。谢鉴衡教授认为，悬移质淤积不构成对碍航的严重威胁，是与川江水挟沙力有较多富裕、中枯水流量均较大、河谷宽度较窄分不开的。推移质淤积问题多一些，主要表现为回水变动区进口段推移质落淤，造成长寿附近几处浅滩，航深不足。但是，初步的整治试验表明，也能够解决问题，只是整治工程量稍大一些。其它措施，如推迟蓄水，推迟走沙，也应该是有效的。潘家铮总工程师指出，将来碍航的部位、问题的性质、解决的措施，目前已大致有数。主要措施是：合理确定各种水位和水库调度方案，采取合适的工程整治措施以及必要的疏浚手段。他建议，蓄水位问题最后确定后，加强有针对性的研究工作，积极开发二维数学模型和混合模型。
三峡水电站施工区（期）环境污染也是一个重要问题。据预测，大气、水体和噪声污染都比较严重。据研究，施工区（期）环境对策是：在宏观指导思想上，要把主体工程、城市规划和环境建设通盘考虑，同步规划、实施和发展；在微观措施上，要加强科学管理，利用生态平衡规律，扬长避短，使自然条件为环保服务。应遵循的一个主要原则是，把未来的三峡市建成以水利枢纽为主体的现代化的旅游、疗养明星城，使之成为三峡风景区的中心。
三峡水电站输电技术研究的主要结论是：⑴、现有的500千伏交、直流输电的电压等级和输电方式的组合，能够适应三峡水电站外送容量和联网运行的要求。⑵、三峡水电站应分厂运行。对150方案，应分为两个分厂，左电厂14台机组，右电厂12台机组。这对于提高系统运行的可靠性和灵活性，限制短路电流以及缩小严重事故后果等，皆有好处。⑶、为了保证满足运行稳定性要求，在分厂运行时，可采用事故切除机组、直流输电调制以及必要时采用串联电容补偿等成熟的技术措施。⑷、三峡电厂主结线、厂外开关站、直流换流站位置、华中电网网架构成等，均具有超地区的性质，其决策应兼顾对发展远景的适应性，而不能局部解决。
雄伟壮丽的三峡水电站必将屹立于万里长江之上，成为中国和世界水电建设历史上又一座伟大的丰碑。三峡水电站的建设，必将再一次显示中国人民高度的聪明才智和无限的创造力。它的建设经验也必将成为全世界人民的宝贵财富。中国人民将为人类做出更大的贡献。
1986年4月19日撰写于重庆
2000年3月22日修改于重庆
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