三峡工程运行安全综合监测成效与思考
三峡工程是国之重器，是迄今为止世界上规模最大的水利枢纽工程，具有防洪、发电、航运等巨大的综合效益。三峡工程建设运行对库区、长江中下游及河口地区的生态环境产生不同程度的影响。为持续跟踪监测三峡工程引发的生态环境变化，依据原国家环保局对《长江三峡水利枢纽环境影响报告书》的审批意见，1996年原国务院三峡工程建设委员会办公室组织相关技术单位建立了三峡工程生态与环境监测系统，对三峡工程及其影响范围内的生态环境开展持续监测。27年来，监测系统在保障三峡工程安全运行和持续发挥综合效益方面发挥了重要作用，取得了显著成效。作为重大水利工程长时序综合监测系统，其相关经验可为国内外其他大型水利工程开展综合监测提供参考。
1、综合监测系统概述
为掌握三峡建坝后长江生态系统的时空变化，三峡工程生态与环境监测系统根据国家政策需要，监测内容不断优化，组织架构持续升级，运管方式阶段性调整。2019年按照新时期水利改革发展和三峡工程运行安全高质量监管的要求，结合运行管理实际，三峡工程生态与环境监测系统优化为更全面的三峡工程运行安全综合监测系统。目前监测任务主要由水利部、自然资源部、生态环境部、交通运输部、农业农村部、中国科学院、中国气象局等部属和地方有关技术单位承担。
阶段性目标任务和监测重点适时调整
三峡工程运行安全综合监测系统历经了三峡工程从建成、蓄水到稳定运行的过程，面临的阶段性目标任务和监测重点也不断调整优化。阶段性目标已由最初的蓄水前背景数据监测转变为正常运行期服务高质量发展需求，监测内容也从施工准备期的背景资料收集和施工影响区生态环境因子现状监测调整为“重应用，兼记录”的管理型监测。目前根据长江保护法等管理要求，结合监测工作开展实际情况，重点优化了水生生物多样性监测站、三峡水库综合管理监测站等的监测内容，以满足三峡工程长期安全运行、发挥更大效益的管理需要。
综合监测体系和监测内容不断完善
通过内外部评估、内容整改修编、组织结构优化，监测系统已由建成之初设立的1个监测中心、12个监测子系统（10个重点站、5个实验站、58个基层站）发展为由9个监测子系统、28个监测站构成的跨地区、跨部门、跨学科的综合监测体系。监测系统的学科结构布局逐步科学、全面，内容涵盖三峡枢纽运行安全、水资源、水环境、水生态、水土保持、库区安全、库区经济社会、对长江中下游影响、综合管理等方面的多个要素和指标，有助于应对新形势下大尺度、敏感性和突发性问题。
▲三峡工程运行安全综合监测系统组成
运行管理方式不断优化
2018年机构改革后，水利部三峡工程管理司负责指导监督三峡工程运行安全工作。自2021年起，中国水利水电科学研究院（以下简称水科院）负责监测系统综合管理工作，按照“水利部统一领导，水科院负总责，子系统抓落实，监测站做工作”的原则，监测系统实行外部分级管理，明确各层级单位责任，规范各监测单位日常工作，确保监测系统有序运行；内部建立“子系统对接人—子系统对接负责办公室—综合管理办公室—项目负责人”的4级管理工作模式，明确职责分工，指定专人跟踪，定期检查，强化过程管理，提升监测成果质量。
2、监测成果
围绕三峡工程及其影响范围内的生态环境等问题，持续开展监测工作，在三峡工程运行安全、水文泥沙、库区安全、水环境、生态安全、库区经济、对长江中下游影响等方面取得系列监测成果。
枢纽运行方面
防洪、发电、航运、水资源利用和生态环境保护等综合效益显著。截至2022年，累计拦洪51次，汛期拦洪总量2005.16亿m³；电站累计发电15816亿kWh，相当于节约标准煤4.85亿t，减少二氧化碳排放12.65亿t，节能减排效益显著；枯水期累计为下游补水2563天，补水量达3333亿m³，为沿江生产、生活、生态用水提供重要保障，有效改善了长江中下游通航条件。
水文泥沙方面
三峡工程蓄水后，2003—2022年三峡年均来水量4028亿m³，较初设报告多年均值（1877—1990年）的4510亿m³偏少10.7%。入库输沙量大幅度减小，较1956—1990年均值和1991—2002年均值分别偏少71%和60%。受入库输沙量大幅度减小、河道采砂和水库调度等影响，水库变动回水区总体表现为冲刷，泥沙淤积主要集中在涪陵以下的常年回水区。三峡水库累积淤积量20.593亿t，占水库防洪库容的0.74%。
库区安全方面
水库蓄水诱发的库区地质灾害表现为由2008年的高发期向近几年低风险水平的平稳期过渡。2008年9月1日—12月31日首次水位升降过程造成老滑坡复活和新生滑坡333处，占175m试验性蓄水期间总数量的79%。随后老滑坡复活和新生滑坡的发生数量大幅度下降，2011年以后蓄水期间发生的滑坡明显下降至每年十余处，实现了蓄水诱发地质灾害由蓄水初期频发逐渐向近几年低风险水平的平稳期过渡。
水环境方面
三峡库区蓄水175m以来，干流水质持续保持为Ⅱ～Ⅲ类，污染物总量减排约束性指标高锰酸盐指数和氨氮年均浓度呈逐渐降低的变化趋势。库区支流存在总磷超标问题，受蓄水后库区水流速度减缓的叠加影响，支流回水区和库湾容易出现藻类增殖，部分区段时有水华发生。库区发生水华的支流比例总体从蓄水初期的50%～70%逐步下降至30%～50%，但个别支流在极端气象条件下有恶化趋势，如小江2022年4—8月发生水华，总长度超过10 km。
生态方面
2022年考察估算长江江豚数量约1249头，较上一次（2017年）科考结果的1012头增加23.42%，水生生物群落结构持续优化，水生态系统格局更加稳定。消落区实施岸线环境综合整治574km，保留保护面积163km2，湿地多样性保护面积28km2，保土保水和拦污治污功能增强。2022年三峡库区水土流失面积18260km2，较2019年减少724.91km2。
库区经济方面
三峡库区经济总量呈跨越式增长趋势，产业结构逐步升级优化，城镇化水平持续提升。2021年三峡库区生产总值达到12103.26亿元，是2010年的3.53倍，年均增长12.16%。自2011年起，第三产业占比逐年增加，第一产业比重逐年下降，库区经济建设由工业为主逐渐向服务业为主转变，“三二一”的产业格局进一步巩固。2021年年末三峡库区城镇化率为64.02%，较2010年年末提高了16.27%。
对长江中下游影响方面
蓄水初期崩岸较多，随着后续三峡岸坡综合治理工程的逐步实施，崩岸强度有所减轻、频次有所降低，总体河势基本稳定，但局部河势处于不断调整变化中。近年来中下游表现为长时间、长距离的冲刷。2003—2022年，长江中下游干流河道共发生崩岸1047处，累计崩岸长度748.1km。蓄水造成的水沙变化加速了江湖关系演变，两湖9—11月份水位消落明显加快，提前30～40天进入枯水期。
3、实施成效
综合监测系统经过连续长期运行，积累了大量的第一手、长时间序列、不可重现的监测数据，时间跨度从三峡工程蓄水运行前到正式运行后的各个阶段，长期服务于国家安全保障、行业及地方管理需求，在工程验收、规划实施、政策管理、科普宣传等方面都发挥了重要效用。
服务于国家重大需求，长期为三峡工程运行安全提供保障
三峡工程是治理和开发长江的关键性骨干工程，其运行状况关系库区及中下游地区群众的安全。在监测系统持续监测的保驾护航下，三峡船闸实现连续19年安全、高效运行，通航货运量连创新高。三峡电站连续安全生产5981天，创国内700MW水轮发电机组电站连续安全运行最长天数的新纪录。大坝安全运行有效保障了三峡工程在发电、航运和水资源利用等方面综合效益的显著发挥。同时，积累了大量珍贵的数据，为充分发挥三峡工程在防洪、抗旱、压咸、供水、生态补水等方面的作用提供了重要支撑，保障了下游人民群众生活安稳，对推进长江大保护行动，维持长江流域社会稳定和促进长江经济带高质量发展起到了重要作用。
服务于行业管理需求，持续为三峡工程管理提供数据支撑
三峡工程的竣工验收和后续工作规划的组织实施及效果评估是三峡工程建成后的关键任务。监测系统长时间序列的监测数据和监测成果，有效回答了三峡工程建成后对生态环境的影响及相应措施的落实效果。同时，监测系统成果为分析三峡移民生产生活需求、水质重点防控区域及污染来源、生态修复需求等提供了关键技术支撑，在三峡后续工作规划的编制过程中发挥了重要作用，也为分析规划工作实施成效、制定《三峡后续工作规划优化完善意见》及《三峡后续工作规划“十四五”实施方案》等提供了重要的数据基础。此外，围绕党和国家关注的重大问题，编制形成了三峡水库水华问题及对策建议、三峡水库消落区问题及对策建议专报、三峡库区经济社会发展状况专题报告等专项报告并上报至相关部门，为促进三峡库区水质安全、生态安全和移民安稳致富等提供政策建议。
服务于地方管理需求，为及时解决实际问题提供技术保障
监测数据成果及其形成的报告建议为地方性法规、政策制定及应急管理等提供了重要的技术支撑。在法规方面，支撑了《重庆市水污染防治条例》《重庆市三峡水库消落区管理办法》《三峡水库调度和库区水资源与河道管理办法》等的编制，为库区生态环境保护提供法律保障；在技术方面，支撑了地方水利、林业、自然资源、农业农村等部门的管理工作。例如，地下水小港站以监测数据为支撑材料，参与编制了湖北省农业农村厅2021年4号文《关于加强今冬明春江汉平原农田渍害预警和防治技术指导意见》，为指导江汉平原农业工作和防治农业灾害提供了技术支撑。地质灾害监测站组织召开了2022年度三峡库区地质灾害趋势会商会议，研讨库区地质灾害发展趋势，监测数据成果支撑了库区各级主管部门的防灾减灾工作，全年库区转移避险20户49人，无因地质灾害造成的人员伤亡，避免直接经济损失2400余万元。
服务于三峡工作社会宣传，积极回应各界关切
为让社会各界更好地了解三峡，自1997年起，在各监测站提供的监测数据及成果的基础上，编制形成《长江三峡工程生态与环境监测公报》，并于每年国际环境日（6月5日）由原国家环境保护总局向国内外发布，公报内容主要包括三峡枢纽情况、经济和社会发展情况、自然生态环境状况、污染源排污状况、水环境质量状况、人群健康状况和生态环境监测研究成果等。机构改革后，2019年起公报更名为《三峡工程公报》，由水利部对外发布，内容包含三峡工程运行及效益、水文水资源状况、水土保持状况、库区安全状况、长江中下游河道状况等。公报持续发布27年，为公众提供了一个可靠的信息窗口，让关心三峡的社会各界人士可以持续了解、追踪三峡工程动态及其生态环境等变化情况。
服务于智慧水利建设，为数字孪生三峡提供算据支撑
智慧水利建设是新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一，数字孪生三峡作为水利部重大水利工程数字孪生工程的建设任务之一和水利部本级组织落实的先行先试对象之一，对实现长江流域“四预”（预报、预警、预演、预案）具有重要意义。其中，监测系统的持续监测数据是构建数字孪生三峡L3级数据底板的关键，为三峡水库运行安全管理、三峡综合决策支持提供关键的算据基础。
4、对策与建议
在新阶段水利高质量发展背景下，综合监测系统仍然面临着持续运行、监测能力提升、多部门间高效协同的挑战。围绕三峡工程安全运行和库区高质量发展面临的新形势、新问题和新任务，以及综合监测系统存在的问题，提出以下对策建议。
紧密围绕国家战略需求，持续运行综合监测系统
持续运行监测系统是三峡工程长效运行所需、国家重大战略所需、科学探索所需、行业管理所需。综合监测系统的持续运行将继续为三峡工程的安全运行保驾护航，为三峡工程充分发挥防洪、抗旱、压咸、供水、生态补水等作用提供重要支撑。在国家重大战略方面，综合监测系统的长效运行，将持续推进三峡库区和影响范围的生态环境保护修复，推动长江大保护行动，助力实现“碳达峰”“碳中和”的目标，促进长江经济带高质量发展。在科学研究方面，大型水利工程对生态系统的影响是一个长期、复杂的过程，长时间序列连续数据是一笔宝贵财富。这些数据是回答大型水利工程对生态系统影响的关键途径。在行业管理方面，长时间序列的监测数据和成果对三峡工程的竣工验收和后续工作规划的组织实施起到了重要作用。综合监测系统仍需持久运行，为后续工作规划的效果评估和数字孪生三峡建设提供数据支撑、算据支撑。
适应水治理现代化建设需求，不断提升监测系统监测能力
监测系统前端的监测设施是监测系统的基础，决定了监测系统数据的质量、有效性及可靠性。新阶段三峡工程面临诸如气候水文条件变化、工程运行条件变化、库区经济社会发展等情势变化，对综合监测系统提出更高要求。同时，监测系统已运行27年，每年的监测资金仅用来开展日常监测工作，难以满足综合监测系统的升级完善。因此，需要继续加大资金投入力度，持续完善综合监测系统。从监测新技术应用上，促进高光谱无人机水华监测、无侵入性的环境DNA/水声学等新型鱼类监测技术的应用研究。从监测内容上，随着监测数据的积累和公众对工程影响的认知不断加深，工程带来的影响已初步掌握，对于在工程建设前期论证阶段认为会带来环境影响的部分内容，通过多年数据监测发现环境并未产生明显变化或已经达到了稳定阶段，可以取消监测或降低监测频次；对于监测过程中发现的新问题，可增加监测指标或频次。从设备更新上，持续投入资金。如高切坡监测系统专业监测数据采集，目前主要采用全站仪（测量机器人）对专业监测点进行监测，对监测点的单次位移和累计位移进行统计。而群测群防监测由于点多面广，还采用较为传统的人工方式，监测频率为1次/月，监测结果有一定滞后性，数据时效性有待加强。应引入自动化监测预警技术，结合“5G”“北斗”等新技术，选择部分重点高切坡布置自动监测预警装置，以提高监测实时性。
推进新阶段高质量发展，强化监测系统管理机制建设
三峡工程运行安全综合监测区域广，监测要素复杂多样，涉及庞大的监测部门网络，在该复杂系统下开展综合监测系统管理，多部门间的协同共进仍存在挑战。为加强多部门协作，使监测系统持续高效有序运行，水利部三峡工程管理司组织相关单位编制了监测系统管理办法，从组织架构、过程管理、资金管理、质量管理、合作共享管理和绩效管理等方面，提出了对监测系统的管理研究，目前处于讨论及征求意见阶段，后续将根据监测系统特征及管理需求，进一步完善管理办法。该办法实施后，将进一步加强监测系统成果质量和时效性管理，促进各部门间的合作交流，发挥多部门联合监测优势。探索采用政府购买服务等多种方式，提高资金使用效益。同时，积极响应国务院促进数据开放共享的要求，推动监测系统的现代化治理。此外，积极探索适应性管理模式，增加管理体系的弹性及能动性，推动监测系统的稳定高效发展。
