1.1 三峡水库防洪调度技术研究
1.1.1 设计洪水
设计洪水采用坝址设计洪水，依据长江历年来发生的实际年大洪水资料，选取不同类型洪水的多种代表典型进行研究。洪水典型选择的原则是：①峰高量大，洪量集中，洪峰形态及其时程分配对中下游防洪较恶劣；②洪水发生的季节和地区具有一定的代表性；③库区干支流洪水、坝址上下游洪水遭遇严重；④资料完整可靠。初设阶段选择的洪水典型为1954年、1981年、1982年，考虑到1998年洪水的典型性和对长江防洪的影响，在三峡枢纽二期工程安全鉴定阶段增加了1998年典型，即选取的实际洪水典型年为1954年、1981年、1982年、1998年洪水。其中，1954年、1998年洪水为全流域性洪水，表现为寸滩以上洪水并不突出，三峡区间和宜昌以下洪水较突出，且洪水过程表现为多峰型，洪峰不高，但长时段洪量特大；1981年、1982年洪水为区域性洪水，1981年洪水主要来自寸滩以上，属上游偏大型，寸滩—宜昌区间洪水较小，1982年洪水寸滩以上洪水总量占宜昌洪水的比重相对较小，寸滩—宜昌区间洪水所占比重相对较大，三峡区间洪水突出，属上游区间偏大型。这些洪水都是20世纪以来发生的实际大洪水，实测资料可靠，基本能概括宜昌以上洪水的一般特性，具有较好的代表性。
坝址设计洪水过程线放大方法，采用峰量同频率控制放大典型洪水过程，考虑到各典型过程的特性差异，不同典型控制时段不一样。针对选取的各典型年洪水特性，根据各自的洪水特征选择合理适当的放大方法拟定设计洪水过程线。1981年典型按1d、7d洪量同频率控制放大；1954年典型按7d、15d洪量同频率控制放大；1982年典型按1d、7d、15d同频率控制放大；1998年典型按1d、7d、15d、30d洪量同频率控制放大。设计洪水过程的时段间隔为6h。坝址设计洪水最大洪峰流量值见表1.1。
表1.1 坝址设计洪水最大洪峰流量值表 单位：m3/s
宜昌—枝城区间设计洪水，根据枝城与宜昌洪量关系，对区间典型来水按各时段洪量相应放大拟定设计洪水过程线；枝城—沙市区间来水较小，较大的支流仅有沮漳河，按其控制站河溶站资料拟定相应设计来水过程。
1.1.2 防洪控制条件
三峡工程蓄水运用后，由于中下游河道冲淤变化引起江湖关系调整，主要表现为螺山河段泄流能力的变化。城陵矶站相应某一水位的泄量是采用城陵矶与螺山水位相关，再用螺山水位流量关系查得，因此，螺山水位流量关系实际上反映了城陵矶站的泄流能力。历年来对螺山站水位流量关系研究的基本结论意见如下：
（1）螺山水位流量关系变幅较大。由于螺山站位于荆江与洞庭湖出口汇合处的下游，其水位流量关系受到洪水地区组成，洪水涨落过程，河段冲淤变化及下游变动回水顶托等因素影响，在大洪水年份还受到下游分洪溃口的影响，十分复杂，年际年内间变幅较大。点绘螺山水位流量实测点据，在高水位时，同一水位的流量有时相差10000～20000m3/s，同一流量的水位变化达1～2m。
（2）高水时螺山同流量的水位抬高值较小。在编制《长江流域防洪规划》（简称《长流规》）时，根据螺山20世纪90年代以来的水位流量实测资料，考虑涨落率影响，同时将下游顶托还原到同一水平，分别点绘1990年以来（1990—2006年）每年的水位流量关系。与《长流规》（1990年修订）采用线相比，在中低水时同流量的水位约抬高0.4～0.5m，但随着螺山流量的逐渐增大，抬高值逐渐减小，当螺山流量达60000m3/s时，水位抬高约0.30m，在螺山流量65000m3/s时，抬高值0.20m左右。根据城陵矶与螺山的水位相关及螺山水位流量关系，在涨落率为零，下游顶托改正为零的情况下，城陵矶水位34.40m时螺山泄量为61500～69000m3/s，平均值约64000m3/s，与《长流规》采用值65000m3/s相比略有减少。
三峡工程蓄水运用后，螺山水位流量关系总体变化不大，但不同的水位级变化不一致。在水位23.00～28.00m段由于断面中部淤积，过水面积减小，与历年综合线相比流量有所减小。水位流量关系在低水和高水变化不大。随着工程蓄水运用后中下游河道冲刷，各河段在不同时期泄流能力会不同程度增大。分析计算时以1990—2006年资料拟定的螺山水位流量关系综合线代表现状情况下螺山河段的实际泄流能力。根据90水沙系列的计算成果，水库运用不同时期、不同流量下螺山平均水位下降趋势见表1.2。
表1.2 三峡水库运用不同时期螺山水位下降值 单位：m
三峡工程蓄水运用后，螺山水位流量关系总体变化不大，且随着三峡水库运行，中下游河道冲刷，泄流能力会有所增大。本阶段研究对城陵矶水位34.40m时螺山泄量，考虑实测流量中顶托影响因素，实际过流能力按60000m3/s计。
1.1.3 防洪调度模型研究
三峡水库对城陵矶防洪补偿调度方式涉及的防洪对象有库区、大坝、荆江河段、城陵矶河段，需统筹分析各防洪区域的防洪要求，即库区淹没及大坝自身安全，中下游河段的安全泄量控制，避免荆江地区干堤溃决发生毁灭性灾害，尽可能减少一般大洪水时的分蓄洪损失。
针对城陵矶防洪补偿调度问题的多目标特性，为了实现多区域防洪的统一调度，研究提出了面向多防洪目标三峡水库防洪库容分级运用方案及防洪补偿调度关键技术，将河道洪流演进、库区回水推算、三峡水库调洪、蓄滞洪区调度等计算模型进行耦合，建立了四位一体的防洪调度集成模型，结合近期江湖关系变化，对下游防洪控制站水位流量关系、河道允许泄量、补偿库容分配以及补偿流量、控制水位等深化研究。防洪调度集成模型耦合图如图1.1所示。
图1.1 防洪调度集成模型耦合图
（1）河道洪流演进模型。洪峰为沿江城市成灾的判断要素，考虑上游河道洪流演进规律，科学评估河道坦化作用，才能正确评估长江上游水库群拦蓄的削峰效果。洪水波经过河段时，河槽蓄水量可分为两部分：平行于河底的直线下面的槽蓄量，称为柱蓄；此直线与水面线之间的槽蓄量，称为楔蓄。在洪水波的波前，楔蓄量为正，在波后则为负。为了反映楔蓄量对洪水波变形的影响，该方法的槽蓄量方程表达式为
式中：x为流量比重因素；K为蓄量常数；I为上断面流量；O为下断面流量。
合解可得
其中
上述公式为马斯京根法的流量演算公式，当确定了参数K、x和时段值，C0、C1、C2值可求得，可逐时段由I（t）演算为O（t）。
根据线性水文系统的概念，洪水波在河道传播过程中的推移和调蓄作用，可分别视作洪水流经n个串联的“线性渠道”和n个串联的“线性水库”，前者只推进而无调蓄，后者使波形坦化，其概化模型如图1.2所示。
图1.2 滞后流量演算法概化模型示意图
滞后流量演算法仍采用汇流曲线形式进行推流计算，根据线性时不变水文系统概念，上述概化模型与n个由一个“渠道”接一个“水库”的单元河段子系统串联的模型是一致的。单元河段的水流运动方程为
式中：W为单元河段的蓄水量；τ、k分别为单元河段的推移时间和调蓄滞时。
联解上面两式，可得单元河段的滞后瞬时汇流曲线公式为
把相同的n个单元河段子系统串联起来，求得河道滞后瞬时汇流曲线公式为
式中有三个参数n、k和τ，可采用矩法求之，由矩法可推导得汇流曲线的一阶原点矩是
二阶中心矩是
联解上两式，得
其中，τ0为入、出流量起涨时间差值，由实测资料求得，即
且
式中：M（1）（O）、M（1）（I）分别为入流、出流过程线的一阶原点矩；N（2）（O）、N（2）（I）分别为入流、出流过程线的二阶中心矩。
M （1）（O）、M（1）（I）和N（2）（O）、N（2）（I）可分别由实测的入、出流量过程线求得，并求得M（1）（u）和N（2）（u）值，进而计算得k和n值。
（2）库区回水推算模型。库区回水推算是水库蓄水后在各种设计条件下库区沿程水位壅高情况的计算，以分析在不同防洪调度方案情景下，三峡水库的库区淹没范围、淹没损失与浸没影响等，并与三峡水库20年一遇设计洪水移民迁移线相比较，为防洪调度提供决策依据。
库区水流形态受入库洪水和坝址下泄量变化的影响，属于非恒定流范畴，可通过圣维南方程组求解，严格推求不同时间库区沿程各断面的水位变化。为进行某一洪水标准下的水库回水计算，通常可采用入库洪水过程线为其上边界条件，采用由调度方式规定的坝前水位和泄量过程，或水位与泄量关系为其下边界条件，并取调洪开始时的入库流量与坝址泄量相等，即库区沿程处于恒定流状态下的流量及水位为初始条件，求出整个洪水过程中水库库区的流态，然后连接各断面的最高水位，即是所求洪水标准的水库回水线。
将库区水流状态近似假定为渐变恒定流，通过推求各种极限条件的同时水面线，取它们的包线作为所求回水线的近似解。由于恒定流不考虑流速对时间的变率，则圣维南方程组中的动力方程可简化为有限差形式。如局部损失相对较小，则可进一步简化成下式：
式中：Z上、Z下分别为计算河段上下断面水位；n、Q、K分别为计算河段上下断面的糙率、流量、断面特征模数平均值；ΔL为计算河段的长度。
具体计算可采用试算法。如已知n、Q、Z下、ΔL及断面特性，可先假定一个z′值，求出K，然后求得相应的Z上。如z′=Z上，则原假定的z′即为所求的Z上。否则需重新假定并重复上述计算，以求出的下一河段的Z上，作为上一河段的Z下。自下而上逐河段计算，即可求得整个库区的回水线。
计算重点主要包括两项：
1）河段划分。要求河段比较顺直，并以上下两断面水力要素能代表河段情况为原则。当沿程水力特性变化不大时，河段取长些，反之则取短些。
2）糙率选择。通常根据河道上下游断面的水位、流量反推出糙率，并与实测或经验糙率数据对照分析选定。水库淤积后的糙率，由于河床质细化应略小于建库以前，可通过试验或其他已建水库的观测资料综合分析选定。
影响水库回水计算成果和精度的主要因素是：河道断面特性模数K，沿程糙率n，河段计算流量Q以及上下断面间河段距离ΔL；要使这些因素正确合理就要合理布设断面，提高测量精度，应用计算机划分主边槽，深入细致地分析研究沿程糙率n。
三峡水库库区回水的计算，根据三峡库区回水计算的设计成果，从三峡坝前演算至距坝685km的朱沱水文站，整个河道被划分为140个断面。干流流量断面分别选用三峡出库、清溪场、寸滩、朱沱四个控制点的流量，库区有乌江和嘉陵江两个流量较大的支流，分别用北碚和武隆水文站的流量数据，如图1.3所示。
图1.3 三峡回水计算示意图
根据所选用的方法和数据处理，构建三峡库区回水计算模型的输入数据和输出数据如图1.4所示。
图1.4 三峡库区回水计算模型输入、输出数据结构
（3）三峡水库调洪模型。三峡水库的防洪对象主要为荆江地区和城陵矶地区，可分为补偿调度和控泄两种调度方式。研究提出的对城陵矶防洪补偿调度方式，目的是在保证荆江河段在遇特大洪水时防洪安全前提下，尽可能提高三峡水库对一般洪水的防洪作用。结合江湖关系变化，通过对补偿流量、区间洪水、补偿库容分配、防洪减灾作用、水库泥沙淤积影响等的研究，将三峡水库防洪库容自下而上分为三部分，其中第一部分库容直接用于以城陵矶地区防洪为目标，第二部分库容用于荆江地区防洪补偿，第三部分库容用于防御上游特大洪水。三峡水库的调度也将遵循满发流量限制条件、保坝安全限制条件，以及三峡水库防洪库容分级对城陵矶、枝城防洪补偿调度。
三峡水库下泄流量计算方法如下公式。
式中：qs，t为三峡水库t时刻的出库流量；Qz为枝城站流量限制；rz，t为枝城站t时刻的区间入流；e1为枝城站区间入流预报误差；e2为城陵矶区间入流预报误差；Qc为城陵矶流量限制；rc，t+2为城陵矶t+2时刻的区间入流；Qs为三峡水库的满发流量；ps，t为三峡水库的入库流量；Ws1，Ws2，Ws3为可调参数。
三峡水库防洪补偿调度计算流程图见图1.5。
（4）下游洪水演进模型。三峡下游河段洪水演进计算采用出流与槽蓄关系法，出流与槽蓄关系法求解方程组包括水流连续方程和运动方程，运动方程根据河段自身洪水特性的不同可以总结为四种情况。
1）连续方程表达式：
2）运动方程表达式。
河段槽蓄量与出流成单一关系的情况：
河段槽蓄量与出流关系受入流影响的情况：
图1.5 三峡水库防洪补偿调度计算流程图
河段槽蓄量与出流关系受下游支流汇入或分流影响的情况：
河流槽蓄量与出流关系受涨落率影响的情况：
以上式中：S为计算河段水面线下的槽蓄量；O为计算河段出流流量；Δt为计算时段；I平均为计算时段平均入流量；S1为计算河段时段初的槽蓄量。
通过水文资料和地形资料分析获得各河段相应于不同情况的水位-流量关系曲线和水位-槽蓄关系曲线，代入方程组求解得出流断面的水位、流量过程。
长江中游干流河段比降平缓，干支流汇入点分散，江湖串通，互相顶托，水系繁复，江湖关系复杂。根据长江中游河湖分布、水文观测和水道地形测量资料条件，将长江中游宜昌至汉口河段分为宜昌—沙市、沙市—城陵矶（包括洞庭湖）、城陵矶—汉口、汉口—湖口（包括鄱阳湖）四个河段。
洪水演进河段宜昌至湖口之间支流众多，包括清江、沮漳河、湘江、资水、沅江、澧水、陆水、汉江、赣江、抚河、信江、饶河、修水以及汉口至湖口长江北岸府环河、滠水、倒水、举水、巴水、浠水、蕲水、富水，上述支流均有流量控制站，各支流入长江流量采用实测流量按控制面积比放大至河口；此外，宜昌至湖口河段尚有三个未控区间，即：宜昌和长阳（清江控制站）—枝城区间、洞庭湖四水尾闾和三口控制站—城陵矶区间、鄱阳湖五河尾闾控制站—湖口区间，上述三个区间入流过程采用降雨及部分径流资料经水文学方法计算得出。
1.1.4 对城陵矶防洪补偿调度库容分配
三峡工程初设阶段对城陵矶地区的防洪补偿调度做了初步研究，但对多目标的关联性及调度关键技术研究尚未展开，由于上游水库的不断建成并投入运用、下游河道行洪能力及江湖关系的变化，面临三峡工程正常运用防洪调度的紧迫需求，本阶段务必进一步在初步设计阶段研究成果的基础上，作出针对多目标需求的全面论证，关键技术的突破和可行性的安排。
初设阶段研究的“对城陵矶河段进行补偿调度”设想方案为：将水库防洪库容221.5亿m3划分为三部分，如图1.6所示，在运用上，首先用第一部分防洪库容考虑对城陵矶补偿调度；第一部分防洪库容蓄满后，改按只考虑荆江地区防洪要求补偿调度。第二部分防洪库容也蓄满后，则只考虑遭遇特大洪水时荆江河段在分蓄洪措施配合下安全行洪的问题。这样调度，既能使城陵矶附近区分洪量减少较多，又可避免无节制地蓄水会降低荆江河段防洪标准。
1.1.4.1 第三部分防洪库容拟定
库容分配中第三部分防洪库容的拟定，主要考虑特大洪水时荆江安全行洪问题。荆江河段在现有分蓄洪设施配合下可以通过的最大流量为80000m3/s，根据三峡水库防洪调度原则，遇千年一遇洪水，按控制补偿枝城最大流量不超过80000m3/s，并控制最高库水位不超过175m。采用千年一遇坝址设计洪水过程，按超过枝城泄量80000m3/s的部分（即按“削平头”方式）为需要水库拦蓄的超额洪量，确定为特大洪水时所需的调洪库容（第三部分库容）。计算结果（见表1.3）表明，对不同典型的千年一遇设计洪水过程，按控制枝城泄量80000m3/s所需的第三部分调洪库容为27亿～58.6亿m3。
图1.6 三峡水库防洪库容划分示意图
表1.3 不同典型0.1%洪水所需第三部分调洪库容 单位：亿m3
三峡水库兼顾城陵矶地区防洪补偿调度，主要是针对洪水持续时间长、洪峰相对不很高、过程比较平缓、城陵矶地区分洪压力很大的洪水，尤其是类似1954年、1998年那样的全流域大洪水。1981年为寸滩以上来水大的上游型洪水，1982年为三峡区间来水大的洪水，而这两种典型下游来水较少，城陵矶河段水位不高。因此，所需的第三部分调洪库容可按1954年、1998年型洪水过程确定。从表1.3看出，对于1954年、1998年型洪水所需的第三部分库容为27亿～32.6亿m3。从对枝城泄量控制留有一定余度考虑，并考虑到对水库水位控制的操作性（初设确定的36亿m3对应库水位约为171.30m），本阶段对第三部分库容，按水库水位整数值171m控制（即“对荆江防洪补偿控制水位”），相应的第三部分防洪库容为39.2亿m3。
1.1.4.2 第一、第二部分防洪库容初步划分
在划分出为特大洪水预留的第三部分防洪库容39.2亿m3后，三峡水库221.5亿m3防洪库容中余下的182.3亿m3为第一部分与第二部分防洪库容之和。
对于第一部分与第二部分防洪库容，需要进行综合比较分析进行优化。显然，随着第一部分防洪库容的增大，对城陵矶防洪补偿作用就大，但可能使荆江防洪标准降低；反之，荆江防洪就可更有保证，但对城陵矶防洪补偿作用就减小。因此，应根据各种可能出现的洪水情况进行研究，通过洪水特性及设计洪水、水库调度、洪水演进的大量计算分析，确定其控制条件，拟定既能够满足荆江防洪标准要求，又对城陵矶防洪补偿作用比较大的划分方案。
（1）设计洪水。典型洪水的选择主要考虑洪水量级、受灾严重程度、发生时间及洪水组成等方面具有代表性的洪水。所选典型以中下游大洪水为主，主要发生期7—8月为主；在洪水地区组成上，既包括全江性大洪水，也有中下游为主或上游来水较丰的典型；在峰型方面多为复峰型和双峰型，一次洪水过程历时长，也选择了历时稍短的单峰型洪水。据此选择1931年、1935年、1954年、1968年、1969年、1980年、1983年、1988年、1996年、1998年10个典型洪水，较全面地反映了长江中下游洪水特性及出现规律。
整体设计洪水，系考虑洪水遭遇组合后，防洪控制站发生防护区标准洪水，区间洪水的各种典型可能组合洪水的总称。本研究分析计算整体设计洪水采用典型年洪水同倍比放大法与同频率控制放大法两种方法。
1）同倍比放大整体设计洪水：以防洪控制螺山站各频率（5%、2%、1%）30d设计洪量与各典型年同期洪量的倍比值，同倍比放大三峡坝址以及中下游各区间洪水过程，组成相应于控制站螺山站的各频率整体设计洪水。
2）同频率控制放大整体设计洪水：以三峡坝址和螺山站同频率（5%、2%、1%）30d设计洪量为控制条件，同倍比放大三峡坝址下游各区间洪水过程，形成三峡坝址与螺山站同频率的整体设计洪水。
（2）防洪作用比较分析。
1）采用以螺山为控制站同倍比放大整体设计洪水。首先按初步设计对城陵矶补偿调度的一、二部分防洪库容划分方案（即100亿m3和85.5亿m3）进行三峡水库对城陵矶补偿调度及中下游洪水演进的模拟计算，计算结果（见表1.4）表明，三峡水库采用对城陵矶补偿调度方式，遇百年一遇洪水荆江地区无需启用蓄滞洪区，同时城陵矶附近分洪量大量减少。百年一遇洪水三峡水库蓄量为98.9亿～185.5亿m3，城陵矶附近的分洪量为134亿～338亿m3。
表1.4 三峡水库对城陵矶补偿调度效果计算表（以螺山为控制站同倍比放大整体设计洪水）（百年一遇）
续表
采用对荆江补偿调度方式进行三峡水库的调洪及中下游洪水演进模拟计算，计算结果（见表1.5）显示，采用仅对荆江补偿调度方式，遇百年一遇洪水荆江地区也无需启用蓄滞洪区，但城陵矶附近分洪量较三峡对城陵矶补偿方式增加较多。百年一遇洪水三峡水库蓄量为0～106.8亿m3，而城陵矶附近分洪量则达到185亿～408亿m3。采用对荆江补偿调度方式，三峡水库蓄量较小，而长江中下游分蓄洪量较大。这种现象在宜昌来水洪量较小而坝址下游区间来水洪量较大的年份尤其明显，例如1996年典型年，1%设计洪水三峡水库不用蓄洪，而长江中下游分蓄洪量则达到了185亿m3。对比分析结果表明，采用对城陵矶补偿调度方式较之仅对荆江补偿调度方式，各典型年洪水对应减少城陵矶附近分洪量51亿～91亿m3。
表1.5 三峡水库对荆江补偿调度效果计算表（以螺山为控制站同倍比放大整体设计洪水）（百年一遇）
2）采用坝址与螺山同频率控制放大整体设计洪水。拟按如下水库一、二部分防洪库容划分方案计算：方案Ⅰ——100亿m3、85.5亿m3；方案Ⅱ——80亿m3、105.5亿m3；方案Ⅲ——60亿m3、125.5亿m3。计算结果（见表1.6）显示，对于三峡坝址与螺山P=1%同频率设计洪水，三峡水库按城陵矶补偿调度方式蓄洪后，大多数年份荆江分洪区可以不分洪。个别年份由于宜昌洪峰出现时间较晚，且洪量相对第一套设计洪水更大，荆江分洪区需要分洪。如对于1969年典型年设计洪水，荆江分洪区分蓄洪量方案Ⅰ、方案Ⅱ分别为19.9亿m3、12亿m3；1980年典型年设计洪水，荆江分洪区分蓄洪量方案Ⅰ、方案Ⅱ分别为9.6亿m3、2.3亿m3。如采用方案Ⅲ，对所有年型设计洪水，荆江地区都可以达到基本不分洪。
表1.6 三峡水库对城陵矶补偿调度效果计算表（以宜昌及螺山为控制站同频率放大整体设计洪水）
续表
注 对城陵矶补偿库容：方案Ⅰ—100亿m3，方案Ⅱ—80亿m3，方案Ⅲ—60亿m3。
计算表明，采用坝址与螺山同频率控制放大整体设计洪水，三峡水库采用对城陵矶补偿调度方式，遇某些典型百年一遇设计洪水，荆江仍有分洪量。这类设计洪水的特点是宜昌、螺山同时出现同频率设计洪水，宜昌较螺山洪水出现时间晚，且峰现时间相差较远。而这种洪水在实测的系列中出现机会较少，但如作为对城陵矶补偿调度库容划分的依据，以百年一遇设计洪水荆江不分洪为控制条件，第一部分的防洪库容约为60亿m3。
1.1.4.3 补偿调度库区移民影响问题分析
对城陵矶补偿调度，主要是应用于1954年、1998年那样上游来水相对不大的全流域性大洪水，这两年大洪水30d洪量约百年一遇，而宜昌最大洪峰流量分别为66800m3/s、63300m3/s，均未达到20年一遇设计洪峰流量72300m3/s。显然，对这类洪水兼顾对城陵矶调度可获得较大的防洪效益，但也可能会增加库区的淹没，因为对于坝址20年一遇设计洪水，如兼顾对城陵矶防洪调度，可能会抬高对荆江防洪调度时的起调水位，使回水末端向上延伸。由于回水末端距重庆城区较近，需要重视对淹没的影响。
从三峡选取的坝址设计洪水典型看，有必要实行对城陵矶防洪调度的1954年、1996年、1998年型洪水，对荆江防洪调度并不是最不利的，但由于下游至城陵矶区间面积很大且洪水组成复杂，很难合理确定下游区间相应设计洪水过程，因此，目前也很难确定对应于宜昌20年一遇设计洪水情况，城陵矶地区是否有防洪需求以及要求的拦蓄量多少，需要作进一步的研究。按比较极端的洪水发生组合情况考虑，当进行对城陵矶防洪补偿调度将分配给它的库容用完后，再遇到三峡坝址20年一遇洪水，应当是最恶劣的情况。遇坝址20年一遇洪水时水库从155.00m起调（相当于对城陵矶补偿库容用了约56.5亿m3）考虑，回水末端将上延约3.7km，原末端处（弹子田）水位抬高约0.1m，对回水影响较小，是可接受的，但据此亦表明，如动用更多的防洪库容对城陵矶地区补偿，会产生影响移民的风险。
1.1.4.4 补偿调度库区泥沙淤积影响分析
对城陵矶防洪补偿调度，汛期水库蓄水机会与蓄量将增加，较对荆江防洪补偿调度，会在一定程度上加快泥沙淤积。通过数学模型计算，分析其对水库泥沙淤积的影响。选取对城陵矶预留80亿m3、100亿m3、120亿m3防洪库容分配方案（见表1.7），计算初始地形采用2007年底测图，入库水沙条件为1991—2000年系列，从2009年起算（典型年从1996年开始），水库按175～145～155m方式运用至2028年（20年），其中2013年起考虑金沙江溪洛渡、向家坝水库投入运用。
表1.7 三峡水库对城陵矶防洪调度组合计算方案表
自有实测资料以来，城陵矶水位超过34.40m的年份较多地出现在20世纪末及本世纪初，而初步设计阶段泥沙研究采用的1961—1970年水沙系列中则没有一年城陵矶水位超过34.40m。从多年平均情况看，采用90水沙系列进行对城陵矶补偿调度的水库淤积计算分析是偏于不利的。因此，重点对城陵矶补偿库容100亿m3方案考虑1996年、1998年、1999年调洪运用。对120亿m3和80亿m3库容方案只考虑1998年调洪，即10年运用1次，以反映多年平均情况。
方案1：为初步设计采用的对荆江防洪调度基本方案，为影响比较分析的基础。从2009年起水库运用10年末、20年末库区总淤积量分别为14.568亿m3、23.257亿m3。
方案2：考虑城陵矶防洪100亿m3（遇1996年、1998年、1999年洪水运用，下同）。三峡水库运用10年末、20年末库区总淤积量较方案1分别多淤积0.021亿m3、0.048亿m3。
方案3、方案4：对城陵矶防洪库容120亿m3和80亿m3（遇1998年洪水运用，下同），三峡水库运用10年末库区总淤积量较方案1分别多淤积0.03亿m3、0.018亿m3；三峡水库运用20年末库区总淤积量较方案1分别多淤积0.057亿m3、0.042亿m3。
表1.8为各方案三峡库区总淤积量变化表。上述对城陵矶各预留库容方案运用20年，库区总淤积量变化较小，各方案淤积量与方案1最大差小于1%，对库区总淤积影响很小。
表1.8 各方案库区总淤积量变化表
注 变动回水区淤积分布的影响。
重庆主城区：干流自大渡口至唐家沱长约34.5km，嘉陵江段自磁器口至入汇口长约16.3km，属变动回水区上段。三峡水库蓄水运用后该河段泥沙冲淤规律既有天然河道性质，又受水库回水影响，水库10月份蓄水缩短了该河段汛后走沙时段，出现累积性淤积。水库运用10年末、20年末，方案1淤积量为0.146亿m3、0.191亿m3，仅占库区总淤积量的1%左右。不同蓄水方式与城陵矶防洪调度组合方案运用对该段的淤积影响很小，淤积变化量为-0.001亿～0.002亿m3。
朝天门至涪陵段：该段长约121km，属变动回水区下段，汛期保留天然河道特性，汛后蓄水期受回水影响。三峡水库蓄水运用后，该段基本上呈累积性淤积，但淤积量不多。方案1重庆—长寿、长寿—涪陵段淤积量，水库运用10年末分别为0.473亿m3、0.468亿m3；20年末分别为0.54亿m3、0.595亿m3。不同防洪库容方案运用对重庆至长寿段的淤积影响较小，相对方案1增加0.024亿～0.042亿m3。不同方案运用对长寿至涪陵段的淤积影响相对较大，水库运用10年末、20年末该段淤积量分别增加0.154亿～0.226亿m3、0.162亿～0.236亿m3（见表1.9）。
表1.9 各方案变动回水区淤积量变化表 单位：亿m3
注 常年回水区淤积分布的影响。
涪陵至坝址段长490km，基本属常年回水区。水库蓄水运用后大部分泥沙淤积在此段内，呈累积性淤积。水库运用10年末、20年末，方案1涪陵至丰都段的淤积量分别为1.386亿m3、1.52亿m3，分别占库区同时期总淤积量的10%、7%；丰都至奉节的淤积量分别为8.665亿m3、14.19亿m3，分别占库区同时期总淤积量的60%、61%；奉节至坝址段的淤积量分别为3.343亿m3、6.03亿m3。涪陵至坝址段10年末、20年末总淤积量分别占库区同时期的93%、94%。
不同城陵矶防洪库容方案运用对常年回水区各分段的淤积变化各异。对涪陵至丰都段淤积相对增加，10年末增加0.101亿～0.208亿m3；20年末增加0.213亿～0.322亿m3。但对丰都至奉节、奉节至坝址段的淤积则相对减少，水库运用10年末两段淤积量分别减少0.164亿～0.29亿m3、0.103亿～0.164亿m3；20年末两段淤积量分别减少0.174亿～0.248亿m3、0.192亿～0.306亿m3（见表1.10）。
表1.10 各方案常年回水区淤积量变化表 单位：亿m3
对城陵矶防洪补偿调度，库区淤积量随调洪次数或蓄洪量增加而增加。对于城陵矶防洪100亿m3方案，因为在计算系列年中有3年进行了调蓄，故淤积量增加相对较多。总体而言，各方案总淤积量差别很小。不同城陵矶防洪库容方案与库区淤积量关系均表现为变动回水区淤积增加，常年回水区淤积则有所减少。
1.1.4.5 补偿调度风险分析
三峡水库兼顾对城陵矶防洪补偿调度，在使用完第一部分防洪库容后，如出现荆江特大洪水，荆江防洪安全和枢纽工程安全能否得到充分保证是约束可否对城陵矶补偿的重要问题，因此必须进行风险分析。
对于历史上1870年实际大洪水，由于该年洪水为上游区域性暴雨形成的单峰型特大洪水，且涨势极为迅猛，宜昌站流量在3d内从60000m3/s激增至100000m3/s，从实际洪水过程看，在宜昌来量超过60000m3/s的前1d与前2d，宜昌来量分别为44200m3/s、31500m3/s（见表1.11）。
表1.11 1870年7月洪水宜昌站流量过程
1870年洪水主要是长江上游洪水，越向中、下游，洪水越小。汛前中下游底水不很高，洪水发生前期中下游来水不大，当宜昌洪水过程起涨时，汉口相应水位仅25.00m左右。对应宜昌7月14日至8月12日30d洪水过程，汉口7月14日水位为25.32m。因此，在洪水发生前期，城陵矶水位应不致出现严重超过34.40m的情况，即使出现分洪压力，其超额洪量也不大。对于1870年实际大洪水，按三峡水库存在的情况，计算表明：
（1）对城陵矶补偿使用的库容若不超过74亿m3，水库的调洪水位即可不超过175.00m。这也说明，对于某些不需要使用城陵矶补偿调度或使用需求不大的类型洪水，实际防洪运用中，水库对荆江补偿调度的防洪库容（第二部分库容）是有扩大余地的。
（2）按该年不需要对城陵矶补偿调度，采用对荆江补偿方式，水库最高蓄洪水位仅为168.10m（库水位达167.00m后按控制补偿枝城流量80000m3/s）。
1.1.4.6 调度库容分配方案拟订
根据以上的分析研究，本阶段对城陵矶防洪补偿调度的方式，具有总体与初步设计保持一致的特性。依据对库容划分的计算分析，三峡水库可提供的第一部分防洪库容为60亿～100亿m3，在库区泥沙淤积方面影响较小，对枢纽安全的影响风险也较小。考虑到采用第二套整体设计洪水（三峡坝址与螺山同频率控制放大整体设计洪水）较为不利，同时为尽量避免对库区淹没造成大的影响，为稳妥起见，本阶段第一部分防洪库容暂按不超过60亿m3考虑。考虑调度中对库水位控制的操作性，对各部分防洪库容划分按水库水位整数值控制。库容分配方案见表1.12。
表1.12 对城陵矶补偿调度方式库容分配方案
1.1.5 三峡水库兼顾对城陵矶补偿防洪调度方案
研究拟定兼顾对城陵矶补偿防洪调度方案如下：
（1）汛期在不需要水库蓄洪时，按防洪限制水位145.00m运行。
（2）汛期在需要水库蓄洪时，水库从汛限水位起调，按控制城陵矶（莲花塘站）水位34.40m进行补偿调节，水库当日下泄量为当日荆江补偿的允许泄量及第三日城陵矶补偿的允许泄量二者中的小值。但如果泄流量小于25000m3/s则取为25000m3/s。按此方式调度的水库最高蓄洪水位控制不超过拟定的对城陵矶防洪补偿控制水位155.00m。
（3）当三峡水库水位高于拟定的对城陵矶防洪补偿控制水位155.00m而低于拟定的对荆江防洪补偿控制水位171.00m时，三峡工程当日下泄量等于当日荆江补偿的允许泄量。
（4）当三峡水库水位高于拟定对荆江防洪补偿控制水位171.00m，按相应控制补偿枝城最大流量不超过80000m3/s进行调节，并应在控制遇1000年一遇洪水最高库水位不超过175.00m的条件下，尽量减少荆江河段行洪流量和保持行洪流量的均匀。
（5）当水库已蓄洪至175.00m水位后，则以保证大坝安全为原则，水库按泄流能力下泄。
（6）水库调洪蓄水后，在洪水退水过程中，应按相应调度方式控制条件，使库水位尽快消落至防洪限制水位，以利于防御下次洪水。