基于霍尔三维结构的三峡工程分析

基于霍尔三维结构的三峡工程分析1.霍尔的三维结构霍尔三维结构又称霍尔的系统工程，后人与软系统方法论对比，称为硬系统方法论HardSystemMethodology,HSM）。是美国系统工程专家霍尔(A·D·Hall)于1969年提出的一种系统工程方法论。霍尔的三维结构模式的出现，为解决大型复杂系统的规划、组织、管理问题提供了一种统一的思想方法，因而在世界各国得到了广泛应用。霍尔三维结构是将系统工程整个活动过程分为前后紧密衔接的七个阶段和七个步骤，同时还考虑了为完成这些阶段和步骤所需要的各种专业知识和技能。这样，就形成了由时间维、逻辑维和知识维所组成的三维空间结构。其中，时间维表示系统工程活动从开始到结束按时间顺序排列的全过程，分为规划、拟定方案、研制、生产、安装、运行、更新七个时间阶段。逻辑维是指时间维的每一个阶段内所要进行的工作内容和应该遵循的思维程序，包括明确问题、确定目标、系统综合、系统分析。优化、决策、实施七个逻辑步骤。知识维列举需要运用包括工程、医学、建筑、商业、法律、管理、社会科学、艺术、等各种知识和技能。三维结构体系形象地描述了系统工程研究的框架，对其中任一阶段和每一个步骤，又可进一步展开，形成了分层次的树状体系。霍尔三维结构将系统的整个管理过程分为前后紧密相连的六个阶段和七个步骤，并同时考虑到为完成这些阶段和步骤的工作所需的各种专业管理知识。三维结构由时间维、逻辑维、知识维组成，如图示：（1）时间维（工作进程）对于一个具体的工作项目，从制定规划起一直到更新为止，全部过程可分为七个阶段：①规划阶段。即调研、程序设计阶段，目的在于谋求活动的规划与战略；②拟定方案。提出具体的计划方案。③研制阶段。作出研制方案及生产计划。④生产阶段。生产出系统的零部件及整个系统，并提出安装计划。⑤安装阶段。将系统安装完毕，并完成系统的运行计划。⑥运行阶段。系统按照预期的用途开展服务。⑦更新阶段。即为了提高系统功能，取消旧系统而代之以新系统，或改进原有系统，使之更加有效地工作。（2）逻辑维（解决问题的逻辑过程）明确问题：收集资料(考察、测量、调研、需求分析、市场预测)了解系统的环境、目的、系统的各组成部分及其联系等。选择目标：提出目标，制定准则(标准)系统综合：方案策略，对每种方案进行说明系统分析：比较分析各方案→建模→计算或仿真规划阶段方案阶段研制阶段生产阶段安装阶段运行阶段更新阶段运筹学控制论社会科学工程技术………逻辑维知识维时间维实施计划决策系统选择系统分析方案综合确定目标明确问题方案优化：选出待选方案集，交决策部门，同时最优化：单目标、多目标作出决策：付诸实施：（3）知识维知识维是指在完成上述各种步骤所需要的各种专业知识和管理知识，包括科学学、基础科学、工程技术、环境科学、计算机技术、数学、经济学、法律、管理科学和其它相关社会科学等。2.三峡工程简介三峡工程是世界最大的水利枢纽工程，是治理和开发长江的关键性骨干工程。坝址位于长江三峡西陵峡河段，控制流域面积达100万平方公里，年平均径流量4510亿立方米。坝址河谷开阔，基岩为坚硬完整的花岗岩体，具有修建混凝土高坝的优越地形、地质和施工条件。三峡工程是具有防洪、发电、航运等巨大综合效益的多目标开发工程。三峡工程由拦河大坝及泄水建筑物、水电站厂房、通航建筑物等组成，采用“一级开发，一次建成，分期蓄水，连续移民”的实施方案。拦河大坝为混凝土重力坝，泄洪坝段居中，两侧为电站厂房坝段和非溢流坝段。坝轴线全长2309.47米，坝顶高程185米，最大坝高181米。水库正常蓄水位高程175米，总库容393亿立方米，其中防洪库容221.5亿立方米。经国家正式批准的三峡工程初步设计静态概算（1993年5月末价格，不包括物价上涨因素及施工期贷款利息）为900.9亿元。其中枢纽工程投资500.9亿元，水库淹没处理及移民安置费用400亿元。由于三峡工程施工期较长，考虑物价上涨及施工期贷款利息等因素，估算动态总投资为2039亿元。3.基于霍尔三维结构的三峡工程分析3.1三峡工程的目标三峡工程作为一个经济系统，其主要的目标是防洪、发电、航运。（1）防洪。洪涝灾害历来是中华民族的心腹大患。在长江防洪体系中，三峡工程的战略地位和作用极为重要。三峡水库正常蓄水位１７５m，有防洪库容２２１．５亿立方m。对荆江的防洪提供了有效的保障，对长江中下游地区也具有巨大的防洪作用。具体表现在：①千年一遇或类似１８７０年特大洪水，经三峡水库调蓄后，枝城站相应流量不超过７１０００～７７０００立m/s，配合荆江分洪工程和其他分蓄洪措施的运用，可控制荆州市水位不超过４５．０m，为避免荆江两岸１５００万人口和１５４万平方hm耕地发生毁灭性灾害提供了必要的条件。②荆江河段防洪标准从十年一遇提高到百年一遇，对类似于１９３１年、１９３５年或１９５４年洪水，经三峡水库调蓄后，可控制枝城站最大流量不超过５６７００立m/s；不启用分洪工程，荆州市水位不超过４４．５m。不启用分洪工程，可减少淹没耕地约６．４万平方hm。城陵矶地区，依照三峡水库不同的洪水调度方式，不同年份可减少淹没耕地３万～１０．１万平方hm。③保障武汉地区防洪安全。由于上游洪水得到到效控制，可避免遇特大洪水时因荆江大堤溃决而威胁武汉地区的安全；同时由于三峡水库拦蓄洪水，相应减少了城陵矶附近地区的分洪量，提高了城陵矶以上洪水控制能力，配合丹江口水库和武汉附近地区分蓄洪区运用，从而提高武汉防洪调度的灵活性，对武汉防洪起到保障作用。同样，三峡水库对武汉以下地区防洪也是有利的。④减轻洞庭湖区的洪水威胁。洞庭湖地区由于泥沙淤积，排洪出路不畅，现有湖区堤防虽不断加高，但圩垸防洪能力仍然较低。由于防洪战线长，高水位历时久，在长江上游和洞庭湖水系各河洪水来源不能得到有效控制前，湖区防洪标准很难提高，也无根本改善办法。三峡水库建成后，能有效地控制上游来水，减轻洞庭湖区的湖水威胁，延缓洞庭湖的泥沙淤积；可对澧水洪水进行错峰补偿调节，减轻其尾闾的洪水灾害，并为松滋等四口建闸控制和洞庭湖的根治创造条件。⑤由于三峡水库有巨大的防洪库容，将极大地增强长江中下游防洪调度的可靠性和灵活性，便于应付各种意外情况。长江干流到今还没有一个控制性的防洪水库，使中下游防洪的机动性和可靠性极差。有了三峡工程，一般洪水可由三峡水库拦蓄；若遇特大洪水需要运用分蓄洪措施时，也因有三峡水库拦蓄洪水而为分蓄洪区人员的转移、避免人员伤亡赢得时间，作用将是十分显著的。当然，长江防洪系统工程是一个系统工程，为了稳定长江河势，发挥防洪和航运效益，除了兴建三峡工程，营造长江中下游防护林工程，在金沙江河段及嘉陵江、乌江等支流修建水利枢纽外，还应坚持上下游、左右岸统一规划，并贯彻“蓄泄兼筹”的原则，加强堤防、分蓄洪和水库工程建设，走综合治理之路，才能最终实现长江流域的“标本兼治”。（2）发电三峡水电站规模巨大，地理位置适中，将成为我国迄今为止发电效益最大的水电站。三峡水电站巨大的发电效益体现在以下５个方面：支持华中、华东和广东地区的发展三峡水电站装机总容量、平均年发电量相当于建设１３座１４０万kW级的大型火力发电厂，发电效益十分可观。兴建三峡工程对解决２１世纪初期一段时间内华中、华东和广东地区用电增长的需要，对促进华中、华东和广东地区经济发展将起到重要作用。有利于全国电力联网三峡水电站地处我国中西结合部，它所供电的华中、华东和广东地区，供电距离都在４００～１０００km的经济输电范围以内。三峡水电站全部投入后，可以把华中、华东、西南电网联成跨区域的大型电力系统，可取得地区之间的错峰效益、水电站群的补偿调节效益和水火电厂容量交换效益。仅华中、华东两大电网联网，就可取得３００万～４００万kW的错峰效益，从而具备了北联华北、西北，南联华南，西电东送，南北互供，组成全国联合电力系统的条件。能创造可观的经济效益三峡水电站若电价暂按０．１８～０．２１／（kW·h)计算，每年售电收入可达１８１亿～２１９亿元，除可偿还贷款本息外，还可以向国家缴纳大量得税。④具有显著的增值效应按华中、华东地区１９９０年每kW·h电创造工农业产值６元计算，三峡水电站每年可以国家增加工农业产值６２１８亿元提供电力保证。⑤具有重大的环境效益清洁、价廉、可再生的水电替代火电后，每年可少排放形成全球温室效应的二氧化碳１．３亿t，造成酸雨的二氧化硫约３００万t和一氧化碳１．５万t，以及氮氧化合物等。可见，三峡工程也是一项改善长江生态环境的工程。（3）航运三峡工程位于长江上游与中游的交界处，地理位置得天独厚，对上可以渠化三斗坪至重庆河段，对下可以增加葛洲坝水利枢纽以下长江中游航道枯水季节流量，能够较为充分地改善重庆至武汉间通航条件，满足长江上中游航运事业远景发展的需要。三峡工程与葛洲坝工程联合运行，对长江上中游显著的航运效益体现在以下几个方面：①万吨级船队可以直达重庆，年通航能力能够从现在的１０００万t提高到５０００万t，航运成本降低３５％～３７％，年保证率为５０％以上。重庆至宜昌６５０km范围内，原有急流淮、险滩、浅滩共１３９处，绞滩站２５处，单行航行航段４６处。葛洲坝水库虽淹没了３０余处险滩，仅改善了滩多流急的三峡河段约１１０km的航道，尚有约５４０km航道处于天然状态，目前只能行驶１５００t级船队，严重阻碍了长江上游航运事业的发展。三峡工程建成后，可以淹没上述所有险滩，一年中有半年以上时间库区航道成为深水航道，航道水深增加４０％，宽度增加２倍，江水流速减缓５０％，可满足万吨级船队对航道尺度的要求。经三峡水库调节，每年枯水季节平均下泄流量５８６０立方m/s，比建库前天然情况下约增加２３００～３０００立方m/s，使中游航道水深平均增加０．５～０．７m，有效解决了“中游水浅，上游滩险”的问题，扩大了重庆至武汉间航道通过能力，可满足长江上中游航运事业远景发展的需要，对促进西南地区国民经济快速发展有着重要意义。②三峡工程建成后，由于长江上中游航道和水域条件的改善，将促进船型、船队向标准化、大型化方向发展；单位功率拖载量可由目前的０．９０４～１．２０７t/kW(０．７～０．９t/hp)增加到２．６８２～９．３８７t/kW（２～７t/hp）；船舶运输耗油量可从目前的２６g/(t·km)，降低到７．６６g／（t·km)。运输成本的降低，十分有利于充分发挥长江水运优势。③在天然气情况下，重庆至宜昌间航道在一年内洪、枯水位最大变幅达６０m以上（巫山断面），给港口、航道建设和航标管理带来很大困难。三峡工程建成后，年水位变幅在３０m以内，水深增加、水域扩大、可撤销所有绞滩站，险滩的整治、疏浚、维护费用大大减少，并为系统地进行库区港口、航道建设和航标管理创造了有利条件。④三峡工程可与重庆市境内长江干流及支流乌江、嘉陵江的水利枢纽工程相衔接，使长江干流及几大支流的航运事业进一步发展；还可使香溪、神农溪、大宁河、龙河、黎香溪等中小支流的通航里程增加约５００km。从另一角度看，如果不建三峡工程，而采用大力整治，航道的办法，可达到最大年下行航运通过能力为２０００万t。与三峡工程建成后年下行航运通过能力５０００万t相比，尚差３０００万t。要承远这３０００万t货物，需修建双线铁路，其投资、占地、移民、能源消耗都相当大。相比之下，足见修建三峡工程对提高通过能力最为有利。（4）其他效益①三峡库区经济落后，人均收入很低，基础设施严重不足，亟待开发脱贫。兴建三峡工程将有巨额资金投入库区，必然给库区经济发展带来生机，对库区的工农业生产，第二、三产业的发展，科学文化教育的振兴，城镇的建设，均将起到积极的促进作用。②三峡水库能蓄洪水，经水库调节后，下游枯水流量提高了将近一倍，这将对解决华北缺水的南水北调中线引水工程产生积极的作用。③三峡工程是特大型的综合性系统工程，它涉及多方面的重大科技问题，如大型设备制造、专业人才的培训、重大工程项目的技术经济决策方法、三峡工程中关键问题的应用基础研究（包括基础科学和应用科学）等。可以预期，通过三峡工程的建设实践，必将促进我国科学技术的发展。3.2三峡工程的具体建设过程3.2.1规划阶段