引用
胡春宏 . 三峽水庫 175 m 試驗性蓄水十年泥沙衝淤變化分析［J］. 水利水電技術，2019，50( 8) : 18-26.
HU Chunhong. Analysis on sediment scouring and silting variation of Three Gorges Ｒeservoir since 175 m trial impoundment for past ten years [J]. Water Ｒesources and Hydropower Engineering，2019，50(8) : 18-26.
摘 要
系統分析了 2008 年三峽水庫實施175 m試驗性蓄水10年來，進出庫水沙特性、庫區泥沙衝淤情況、壩下游水沙變化與河道沖刷情況，結果表明: 入庫沙量大幅減少、來沙組成發生明顯變化，水庫淤積量大幅小於預期、淤積形態良好，重慶河段未出現累積性淤積; 壩下游河道發生大範圍強烈沖刷、河道河勢總體基本穩定; 水庫及壩下游航道條件大為改善; 水庫調度指標不斷優化調整，試驗性蓄水使工程在防洪、發電、航運、水資源等方面提前 5 年發揮了巨大的綜合效益。隨著長江流域社會經濟的快速發展，各方對三峽工程在防洪、航運、供水、發電等方面提出了更高的需求，同時三峽水庫泥沙淤積與壩下游河道沖刷是一個不斷髮展變化的累積過程，仍需長期跟蹤觀測與研究。建議:進一步優化汛期水庫中小洪水調度等，研究形成三峽水庫“蓄清排渾”運用的新模式; 建立壩下游河道崩岸預警機制; 持續開展水文泥沙原型觀測與科學研究工作，為三峽工程安全高效運行、推進長江大保護提供科技支撐。
關鍵詞:
三峽水庫; 175 m 試驗性蓄水; 泥沙衝淤; 運行新模式
胡春宏( 1962—) ，男，教授級高級工程師，中國工程院院士，博士，從事泥沙運動力學、河床演變與河道整治等領域的理論與應用研究。Email: huch@iwhr. com
0 引言
03年6月三峽水庫開始蓄水運用,2006年9月進入初期運行期,較初步設計提前了1年,期間水庫運行狀況好於預期。為提前發揮三峽水庫綜合效益,三峽工程泥沙專家組組織開展了提前實施175 m蓄水方案的可行性論證 ,並建議2008年汛後開始實施175 m試驗性蓄水運用,得到了主管部門的採納。三峽水庫實施175 m試驗性蓄水以來的實踐證明,有關泥沙淤積對重慶主城區河段航運影響不大的結論是正確的,提前開展試驗性蓄水不僅對庫尾泥沙淤積情況進行了實踐檢驗,而且使三峽工程全面發揮綜合效益的時間較原定的分期蓄水方案提前了5年 。特別需要指出的是,在175m試驗性蓄水期間,依據實際的來水來沙情況、研究成果和運行需要,調整了部分水庫運行參數,如汛後提前蓄水、汛期中小洪水調度、汛期水位上浮等 ,實踐證明這些調整對於水庫蓄水至正常高水位175 m是有助的,有利於汛期發電、洪水資源利用、下游水量調控等,利大於弊,為水庫發揮巨大的綜合效益提供了重要的科技支撐 。本文將對2008年三峽水庫實施175 m試驗性蓄水十年來水庫進出庫水沙特性、庫區泥沙衝淤和壩下游水沙變化與河道沖刷等情況進行系統的分析總結,試圖為三峽工程安全、高效、健康運行提供科技支撐。
1 2003年三峽水庫蓄水運用以來泥沙衝淤概況
2003年6月三峽水庫蓄水運用以來,經歷了圍堰發電期、初期蓄水期和175 m試驗性蓄水期等三個階段 。2008年汛末開始實施正常蓄水位175 m試驗性蓄水,水庫回水末端達到重慶江津附近,回水長度為660 km。2008年和2009年最高蓄水位分別為172.80 m和171.43 m,2010—2017年連續8年實現175 m蓄水目標,工程在防洪、發電、航運、水資源利用等方面發揮了巨大綜合效益。運行期間,三峽水庫根據長江流域防汛形勢及水雨情預報,在確保防洪安全、風險可控、泥沙淤積許可的前提下,實施了防洪調度、蓄水調度和消落期供水調度等,並適時開展了庫尾減淤調度、汛期沙峰排沙調度和生態調度試驗 。
1.1 水庫泥沙淤積
受長江上游干支流來沙減少、河道採砂河水庫調度等影響,三峽水庫泥沙淤積明顯減緩。據實測資料,2003年6月—2017年12月,三峽水庫實測泥沙淤積量為16.691億t,年平均淤積量為1.145億t,為論證階段預測成果的約35% 。水庫排沙比為23.9%,其中,圍堰發電期、初期運行期和175 m試驗性蓄水期的排沙比分別為37.0%、18.8%和17.3%。庫區大部分泥沙淤積在145 m高程以下,淤積在145～175 m之間的泥沙為1.25億m ,佔175 m高程以下總淤積量的7.5%,佔水庫靜防洪庫容(221.5億m )的0.56%,且淤積主要集中在大壩至廟河和雲陽至涪陵河段。
2003年3月—2017年12月,三峽水庫壩前段(廟河至壩址,長約15.1 km)實測累積淤積量為1.594億m ,年平均淤積量為0.106億m /a,其中90 m高程以下河槽佔總淤積量的73%。壩前河段深泓平均淤積厚度為33.5 m,最大淤積厚度為63.7 m。壩前泥沙淤積體目前低於壩址電廠進水口的底板高程(108 m),淤積物顆粒很細,對發電未造成影響。
1.2 宜昌枯水位下降
宜昌枯水位是保證船隊安全通過葛洲壩樞紐船閘下閘檻和下引航道的關鍵,初步設計確定在三峽工程175 m運行後,要保證廟嘴站最低水位達到39.00 m(對應宜昌站水位為39.19 m)。2003年三峽水庫蓄水運用後,受壩下游河道清水沖刷的影響,宜昌站同流量下枯水位有所下降。2017年宜昌站6000 m /s流量相應水位為39.45 m,較2002年下降了0.58 m,已接近最低水位控制值。三峽水庫175m試驗性蓄水運用後,通過增加枯水期下洩流量,基本滿足了葛洲壩樞紐下游最低通航水位的要求。隨著長江上游水庫群的建成運用,三峽出庫沙量在未來相當長時期內將維持在較低水平,壩下游河床仍將持續沖刷下切,宜昌枯水位仍將下降。
1.3 壩下游河道沖刷
2003年三峽水庫蓄水運用以來,壩下游河道呈現沿程全線沖刷的態勢,具有沖刷速度快、強度大、範圍廣的特徵,沖刷已發展至長江口,強烈沖刷帶自上而下逐漸推進,目前河道最強烈沖刷河段由上荊江逐漸向下荊江發展。2002年10月—2017年11月宜昌至湖口河段實測平灘河槽沖刷量為21.24億m ,年平均沖刷量為1.38億m3/a,明顯大於水庫蓄水前1966—2002年的0.011億m3/a。其中,宜昌至城陵磯河段沖刷強度最大,該河段沖刷量佔總沖刷量的57%。城陵磯至漢口、漢口至湖口河段沖刷量分別佔總沖刷量的19%、24%。
1.4 水庫及壩下游航道演變
三峽水庫175 m試驗性蓄水後,壩前水位抬高了30～65 m,庫區內流速和比降明顯減小,航道條件得到大幅改善,航道等級由Ⅲ級提升至Ⅰ級,主力船型由蓄水前的1000t級提升到5000～8 000t級,航運效益顯著。由於三峽水庫具有河道性水庫特徵和庫區泥沙淤積,變動回水區在特殊時段、特殊區段仍然存在礙航問題,需通過航道維護及疏浚保持航道暢通。
三峽水庫及上游水庫群的建設對長江中下游河段航道條件總體是有利的,一方面,壩下游枯水流量的增大及航槽區域的沖刷下切對多數河段航道條件的改善有促進作用,併為進一步提高航道尺度創造了條件;另一方面,河床的沖刷帶來了沿程水位的逐漸下降,以及衝淤調整的不確定性使得局部河段出現了衝灘淤槽的不利變化,部分水道航道條件有所惡化,需及時開展航道整治工程。
2 175 m試驗性蓄水十年三峽進出庫水沙特性
2.1 長江上游來水來沙變化
實測資料表明,20世紀90年代以來,長江上游徑流量變化不大,受水利工程攔沙、降雨時空分佈變化、水土保持、河道採砂等因素的綜合影響,長江上游河道輸沙量大幅減少。三峽水庫蓄水運用以來,2003—2017年進庫(朱沱+北碚+武隆水文站)年平均徑流量和懸移質輸沙量分別為3 602億m 和1.55億t,較1990年前平均值分別減小了7%和68%,較1991—2002年平均值分別減少了4%和56%。隨著三峽上游干支流水庫群的建設與運用,預期三峽進庫沙量將進一步減少,並在相當長時期內維持較低水平。
175m試驗性蓄水運用以來,2008—2017年長江上游各站年平均徑流量均較多年平均值偏少1%～9%(除沱江富順站偏多2%外);與2003—2017年平均值相比,多數站變化不大(見圖1)。2008—2017年長江上游各站輸沙量較多年平均值減少27%～88%,與2003—2017年平均值相比,多數站輸沙量減少17%～43%(見圖2)。特別是隨著金沙江下游溪洛渡、向家壩水電站相繼建成蓄水運用後,長江干流來沙量大幅減少,2013—2017年向家壩站年平均輸沙量為170萬t,與2003—2012年期間年平均輸沙量14200萬t/a相比,減少了99%。
圖1 三峽水庫上游主要水文站徑流量變化過程
圖2 三峽水庫上游主要水文站輸沙量變化過程
受上游水庫群攔沙等影響,三峽進庫泥沙地區組成也發生明顯變化。2003—2012年金沙江屏山站年平均沙量佔寸灘站沙量的比例為75.9%。受溪洛渡、向家壩等水電站運用後蓄水攔沙的影響,2013—2017年金沙江來沙量佔寸灘站來沙量的比重減少為3.0%,而橫江站、高場站、富順站和北碚站來沙量佔寸灘站沙量比重分別增大為12.6%、22.1%、14.8%和31.3%(見圖3)。
圖3 三峽進庫沙量地區組成變化過程
需要指出的是,雖然三峽進庫沙量總體減少,但上游個別支流大洪水時仍可能出現來沙量較大的現象。如:2011年9月渠江出現較大洪水,導致輸沙量高度集中,7d左右的輸沙量最大達1 220萬t,佔羅渡溪站全年的比例達49%。2013年7月8日—17日涪江發生洪水期間,小河壩站實測輸沙量達2 950萬t,佔小河壩站全年輸沙量的78%。
2.2 進出庫水沙變化
175 m試驗性蓄水運用以來,進庫徑流量變化不大,但進庫沙量卻明顯減小。2008—2017年三峽進庫年平均徑流量和輸沙量分別為3 617億m 和1.25億t,徑流量與多年均值和2003—2017年平均值基本持平,而輸沙量則分別減少了65%和19%。
2008—2017年朱沱和寸灘站礫卵石推移量分別為7.37和3.41萬t,較2003—2017年平均值分別減少了30%和7%;朱沱和寸灘站沙質推移質輸沙量分別為0.72萬t(2012—2017年)和0.42萬t。寸灘站推移質歷年變化過程如圖4所示。
圖4 長江寸灘水文站推移質推移量變化過程
2008—2017年壩下游宜昌站年平均徑流量為4 105 億m ,較多年平均值分別偏少4%,與2003—2017年平均值基本持平;輸沙量為2 040萬t,較多年平均值和2003—2017年平均值分別偏少了95%和43%。
3 175 m試驗性蓄水十年三峽水庫泥沙衝淤變化
3.1 庫區泥沙衝淤變化
3.1.1 水庫泥沙淤積量與排沙比
2008年10月—2017年12月實測進庫懸移質泥沙量為10.486億t,出庫沙量為1.812億t,不考慮庫區區間來沙量,水庫淤積量為8.674億t,年平均淤積量為0.938億t/a,水庫排沙比為17.3%(見表1)。
3.1.2 水庫泥沙淤積沿程分佈
2008年10月—2017年11月三峽水庫幹流累計淤積量為6.896億m (含河道採砂影響)。其中:變動回水區累計沖刷泥沙量為0.831億m ,涪陵以下常年回水區累計淤積泥沙量為7.726億m 。從各時段來看,三峽水庫圍堰發電期、初期運行期和175 m試驗性蓄水期年平均淤積量分別為1.81 m /a、1.25 m /a和0.77億m /a,且隨著回水範圍向上遊延伸,奉節至豐都段泥沙淤積佔總淤積量的比例逐漸增加,大壩至奉節段泥沙淤積佔總淤積量的比例則逐漸減小(見表2)。
3.2 庫區重點河段泥沙衝淤變化
175 m試驗性蓄水運用以來,重慶主城區河段河道總體表現為沖刷下切,未出現論證時擔憂的泥沙嚴重淤積的局面,寸灘站汛期水位流量關係沒有出現明顯變化,表明水庫泥沙淤積尚未對重慶洪水位產生明顯影響。2008年9月—2017年12月重慶主城區河段實測累計沖刷泥沙量為1 789萬m ,其中邊灘淤積量為149萬m ,主槽沖刷量為1938萬m 。從淤積分佈來看:長江干流朝天門以上河段和以下河段及嘉陵江河段全部表現為沖刷,分別沖刷泥沙量為1 399萬m 、150萬m 和241萬m 。
庫區泥沙淤積主要發生在彎曲、開闊、分汊河段,受入庫泥沙大幅減小等影響,洛磧至長壽、青巖子、土腦子、鳳尾壩、蘭竹壩、黃花城等重點淤積河段淤積強度有所減小,如黃花城河段2003年3月—2017年10月累計淤積11 188.3萬m ,該河段近年淤積強度逐漸減少。
3.3 壩區泥沙衝淤變化
2008—2017年壩前段實測淤積量為0.534億m ,年平均淤積量為0.059億m /a,90 m高程以下河槽佔總淤積量的66%。目前壩前泥沙淤積體低於電廠進水口的底高程,且淤積物顆粒很細,對發電取水尚未造成影響。三峽右岸地下電站運行以來,2006年3月—2017年10月右岸地下電站前沿引水區域累計淤積量達364萬m ,年平均淤積量為31.7萬m /a,其中,關門洞以上區域的泥沙淤積量較為明顯,而靠近大壩的區域淤積量相對較少。目前河床平均高程為104.6 m,高出地下電站排沙洞口底板高程2.1 m,其淤積發展趨勢需引起重視。
4 175 m試驗性蓄水十年壩下游河道沖刷演變
4.1 壩下游河道水沙變化
175 m試驗性蓄水運用以來,長江中下游各水文站的徑流量較蓄水前略有減少,但徑流過程發生重大變化,表現為洪水消峰和枯水流量加大,中水時間增加。2008—2017年宜昌、漢口和大通站年平均徑流量分別為4 105億m 、6 872億m 和8 879億m ,較蓄水前分別偏少6%、3%和2%。壩下游各站輸沙量大幅減小,且減幅沿程遞減,2008—2017年宜昌、漢口和大通站年平均輸沙量分別為0.204億t、0.868億t和1.27億t,較蓄水前分別偏少96%、78%和70%,較2003—2017年平均值則分別減小43%、14%和7%(見圖5)。
圖5 三峽水庫壩下游主要水文站年輸沙量變化過程
由於清水沖刷,壩下游主要水文站枯水期同流量下水位均有不同程度的降低。與2003年相比,2017年汛後宜昌、沙市和漢口站枯水流量水位分別下降了0.58 m(6000m /s)、2.23 m(7000 m /s)和1.21 m(10 000m /s)。其中,2008—2017年宜昌、沙市和漢口站分別下降了0.43 m、1.87 m和0.68 m。
4.2 壩下游河道泥沙衝淤變化
4.2.1 宜昌至湖口河段衝淤變化
宜昌至湖口為長江中游,河段長955km。在三峽工程修建前的數十年中,長江中游河道衝淤變化較為頻繁,但總體衝淤相對平衡。2003年三峽水庫蓄水運用以來,該河段發生強烈沖刷,2008年10月—2017年11月宜昌至湖口河段河床沖刷強度有所增大,平灘河槽沖刷泥沙量為14.98億m ,年平均沖刷量為1.66億m3/a,隨著沖刷的發展,沖刷重心逐漸下移,近年來城陵磯以下河段河床沖刷強度有所增大(見圖6)。
圖6 三峽水庫蓄水運用後宜昌至湖口各河段年均泥沙衝淤量對比
從河道縱剖面來看,2002年10月—2017年10月宜昌至枝城和枝城至城陵磯河段深泓縱剖面平均沖刷深度分別為4.0 m和2.9 m,最大沖刷深度分別為22.5m和17.3m;城陵磯至湖口河段深泓縱剖面則有衝有淤,以沖刷下切為主。2008—2017年枝城至城陵磯河段深泓平均沖刷深度2.0 m。
4.2.2 湖口至長江口衝淤變化
湖口至江陰河段長659 km,為寬窄相間、江心洲發育、汊道眾多的藕節狀分汊型河段。2001—2016年湖口至江陰河段平灘河槽實測沖刷量為11.75億m ,其中:湖口至大通、大通至江陰河段沖刷量分別佔總沖刷量的32%和68%。江陰至徐六涇屬近河口段,河道長96.8 km,屬彎曲分汊型河道,2001—2016年該河段0 m高程以下河槽沖刷量為4.74億m3。表明湖口以下河段的沖刷與宜昌至湖口河段相當,需引起重視,並加強沖刷機理分析。長江河口段為徐六涇至河口外原50號燈標,河段全長約181.8 km。長江河口為陸海雙相河口,呈喇叭形三級分汊。2001—2016年長江口的南支段0 m以下河槽累積沖刷量為3.47億m3,北支段0m以下河槽淤積泥沙量為2.10億m3。三峽及上游水庫群對長江口河段的衝淤的影響需高度關注
4.2.3 長江中下游河道河勢變化及崩岸情況
2003年三峽水庫蓄水運用以來,壩下游河道河勢總體保持相對穩定,未發生長河段的主流線大幅度擺動現象,但局部河段的河勢仍不斷調整,一些河段河勢調整十分劇烈,如:沙市河段太平口心灘、三八灘和金城洲段等,下荊江調關彎道段、熊家洲彎道段主流擺動導致切灘撇彎現象。隨著壩下游河道河勢的調整,崩岸塌岸現象時有發生,據不完全統計,2003—2017年長江中下游幹流河道共發生崩岸917處,累計總崩岸長度約692.6 km。但隨著河勢控制工程、河道治理與航道整治工程的實施,長江中下游河道崩岸強度、頻次逐漸減輕,其年平均崩岸長度由2003—2006年的77.7 km/a減小至2009—2017年的37.9 km/a,年平均崩岸次數也由2003—2006年的80處減小至2009—2017年的57處。
4.3 洞庭湖與鄱陽湖水沙變化
4.3.1 洞庭湖水沙變化
三峽水庫蓄水運用前,受下荊江裁彎、葛洲壩水利樞紐興建等因素影響,荊江三口分流分沙量一直處於衰減之中(見圖7)。2008—2017年三口實測年均分流量為473.6億m3,較1981—2002年和2003—2017年分別減少了31%和1%;三口年均分沙量為564萬t/a,較1981—2002年和2003—2017年平均值分別減小了93%和35%;三口枯水期斷流天數總體略有增加,如沙道觀站70年代初開始斷流,1981—1998年斷流167 d,2003—2017年斷流190d。
圖7 荊江三口分流分沙量變化過程
三峽水庫蓄水運用以來,洞庭湖區各站8—11月水位均有所降低。2003—2017年洞庭湖南咀、小河咀、鹿角和城陵磯站8—11月平均水位與三峽水庫蓄水運用前相比,降幅在0.41～2.02 m,城陵磯站降幅最大,降幅往上游總體呈減小趨勢,在各個月中以10月份降幅最大。
4.3.2 鄱陽湖水沙變化
2008—2017年實測五河(贛江、撫河、信江、饒河、修水)年均入鄱陽湖的水量和沙量分別為1166億m3/a和624萬t/a,與蓄水前1956—2002年平均值相比,水量增加了6%,沙量減少了56%,較2003—2017年均值分別增加了8%和7%;2008—2017年實測湖口出湖年平均水量和沙量分別為1 628億m /a和1 020萬t/a,較蓄水前多年均值分別增加了10%和9%,與2003—2017年均值相比,水量增加了8%,沙量減少13%。
三峽水庫蓄水運用以來,鄱陽湖各站8—11月平均水位有所降低。2003—2017年與三峽蓄水運用前比,鄱陽湖各站8—11月月平均水位下降幅度在0.62～2.38 m,其中,10月降幅最大,8月降幅相對較小。從湖區各站變化幅度來看,最上游的康山站變化幅度相對較小,星子、都昌、吳城和湖口站降幅都較大。
5 主要認識與建議
5.1 主要認識
5.1.1 三峽進庫沙量大幅減少、來沙組成發生明顯變化
20世紀90年代以來,長江上游徑流量變化不大,受上游水庫攔沙、水土保持工程、降雨變化和河道採砂等影響,河道輸沙量大幅減少。三峽水庫蓄水運用後,2003—2017年進庫(朱沱+北碚+武隆站)年平均徑流量和懸移質輸沙量分別為3 602億m 和1.55億t,較1990年前平均值分別減小了7%和68%。175 m試驗性蓄水運用以來, 2008—2017年三峽進庫年平均徑流量和懸移質輸沙量分別為3 616億m3和1.25億t,與2003—2017年平均值相比,徑流量持平,輸沙量減少了19%。進庫泥沙地區組成發生明顯變化。溪洛渡和向家壩等水電站運用後,2013—2017年向家壩站輸沙量佔寸灘沙量的比重由2003—2012年的75.9%減少為3.0%,而橫江站、高場站、富順站和北碚站等支流來沙量佔寸灘沙量比重則有所增大。
5.1.2 三峽水庫淤積減輕、淤積形態得到改善
由於進庫沙量大幅減少和水庫優化調度,庫區泥沙淤積明顯減輕。2003年6月—2017年12月實測水庫累計淤積量為16.691億t,年平均淤積量為1.145億t/a,為論證值階段的35%;水庫排沙比為23.9%。175 m試驗性蓄水運用以來,水庫調控指標不斷優化,水庫淤積形態得到改善,庫區大部分泥沙淤積在145 m高程以下,淤積在145～175m之間的泥沙為1.25億m ,佔175 m高程以下總淤積量的7.5%,佔水庫靜防洪庫容(221.5億m3)的0.56%,水庫有效庫容損失較小。
2008年10月—2017年12月175 m試驗性蓄水期間,水庫淤積量為8.674億t,年平均淤積量為0.938億t/a,僅為論證值階段的28%,水庫排沙比為17.3%。壩前泥沙淤積尚未對發電取水造成影響,右岸地下電站前沿引水區域河床平均淤積高程為104.6 m,高出地下電站排沙洞口底板高程2.1 m,需要引起重視。
5.1.3 重慶主城區河道發生沖刷、重點河段淤積逐漸減緩
175 m試驗性蓄水運用以來,涪陵以上的變動回水區總體呈沖刷狀態,2008年9月—2017年12月重慶主城區河段河道累計沖刷量為1789萬m3,未出現論證時擔憂的重慶主城區河段泥沙嚴重淤積的局面,也未出現礫卵石的累積性淤積,寸灘站汛期水位流量關係沒有出現明顯變化。洛磧至長壽、青巖子、土腦子、鳳尾壩、蘭竹壩、黃花城等重點河段淤積強度呈減小趨勢。
5.1.4 壩下游河道發生強烈沖刷、河道河勢總體基本穩定
2003年三峽水庫蓄水運用以來,出庫水量變化不大、沙量大幅減少,出庫水沙過程發生了重大變化,枯水和洪水時間減少,中水時間加長。長時間清水下洩,壩下游河道發生了強烈的沖刷,沖刷情勢已發展到長江口,強沖刷帶呈從上向下逐漸推移的態勢。2002年10月—2017年11月宜昌至湖口河段實測平灘河槽沖刷量為21.24億m3,年平均沖刷量為1.38億m3/a,其中,宜昌至城陵磯段河段沖刷強度最大,其沖刷量佔總沖刷量的57%,城陵磯至漢口、漢口至湖口河段河床沖刷量分別佔總沖刷量的19%和24%。175 m試驗性蓄水運用以來,2008年10月—2017年11月宜昌至湖口河段河床沖刷強度有所增大,平灘河槽沖刷量14.98億m ,年平均沖刷量為1.66億m /a,近年來城陵磯以下河段河床沖刷強度有所增加。2001年10月—2016年10月湖口至長江口也發生了相當數量的沖刷。
與此相應的長江中下游主要水文站枯水期同流量下水位均有不同程度的降低。與2003年相比,2017年汛後宜昌、沙市和漢口站庫水流量時水位分別下降了0.58 m(6000m3/s)、2.23m(7000m3/s)和1.21m(10000m3/s)。其中,2008—2017年宜昌、沙市和漢口站分別下降了0.43m、1.87m和0.68 m。
三峽水庫蓄水運用以來,壩下游河道河勢總體基本穩定,但局部河段的河勢仍不斷調整,一些河段河勢調整十分劇烈,通過實施河道整治工程,幹流河道河勢變化得到控制,河勢變化幅度趨緩。相應的崩岸塌岸現象時有發生,據不完全統計,2003—2017年長江中下游幹流河道共發生崩岸917處,累計總崩岸長度約692.6 km,目前崩岸強度和頻高度有所減弱,已發生的崩岸也得到搶護和治理,保障了防洪安全。
三峽水庫蓄水運用以來,壩下游河道強烈沖刷和汛末水庫蓄水導致長江中下游河道水位下降,長江進入兩湖的水沙量顯著減少,汛末兩湖水量加速入江。2003—2007年洞庭湖區各水文站8—11月平均水位降幅在0.41～2.02m,其中,城陵磯站降幅最大, 10月份降幅最大;鄱陽湖各水文站8—11月平均水位降幅在0.62～2.38m, 10月降幅最大。汛末蓄水期長江水位下降導致兩湖枯水期提前約20～30d。三峽工程運行對長江口衝淤演變的影響已有所顯現。因此,三峽工程對兩湖水資源、水環境和水生態產生的影響,以及對長江口演變的影響,需加強長期的跟蹤監測和深入系統的研究。
5.1.5 三峽水庫調度指標不斷優化、汛期中小洪水調度仍需量化
三峽水庫蓄水運用以來,特別是175 m試驗性蓄水運用後,根據來水來沙條件和實際需要,對初步設計規定的水庫汛期水位和調度指標作了適當調整。在保證防洪安全和泥沙淤積許可的條件下,從2010年開始,在汛期開展了“中小洪水”調度,將汛期水位動態向上浮動,有效提高了三峽水庫的發電和航運效益,促進了水資源的高效利用;並開展了庫尾減淤調度試驗和汛期沙峰排沙調度試驗等。但抬高水庫汛期水位,增加了防洪風險和水庫泥沙淤積、減小了水庫排沙比,同時水庫下洩洪水長期小於壩下游河道安全洩量,減少了漫灘洪水幾率,可能會造成壩下游河道萎縮和防洪隱患。為了充分發揮三峽工程的綜合效益,對目前汛期開展的“中小洪水”調度,以及庫尾減淤調度試驗和沙峰排沙調度試驗等的調控指標還應進一步優化,其影響及對策尚需深入分析論證,優化水庫“蓄清排渾”的運用方式。
5.1.6 水庫及壩下游航道條件大為改善、宜昌枯水位仍需關注
175 m試驗性蓄水運用以來,庫區航道條件得到大幅改善,航道尺度提升明顯,航道等級由Ⅲ級提升至Ⅰ級,主力船型由蓄水前的1000 t級提升到5000～8000t級,航運效益顯著。在特殊時段、特殊區段庫區局部點仍然存在礙航問題,需通過航道維護及疏浚保持航道暢通。隨著壩下游枯水流量的增大,以及來沙減少,促進了部分淺灘航槽區域的沖刷下切,對長江中下游航道條件的改善產生了積極影響,為近年來航道尺度的提升創造了條件。面對局部淺灘河段發生衝灘淤槽、高灘崩退、邊心灘萎縮等不利調整,航道部門遵循“固灘穩槽、局部調整”的理念,通過航道整治工程引導和歸順水流沖刷主航槽,各淺灘航道條件明顯改善,中下游各航段整體航道尺度均有不同程度的提升。
與2002年相比,2017年宜昌站流量6000 m3/s時水位下降了0.58 m,目前仍未穩定,鑑於壩下游還將經歷長時期的沖刷,宜昌枯水位的長期變化趨勢仍需密切關注並提出應對措施。
5.2 建 議
三峽水庫蓄水運用15年、175 m試驗性蓄水運用10年來,水庫運行狀況良好,效益巨大,利遠大於弊,建議水庫儘快轉入正常運行期,並建議進一步加強跟蹤監測和研究工作。
5.2.1 研究提出三峽水庫“蓄清排渾”運用的新模式
在長江中上游水庫群聯合調度和新的水沙形勢下,統籌考慮防洪、庫區泥沙淤積、壩下游河勢穩定與河道可能出現的萎縮、江湖關係變化等多方面因素,進一步加強水庫汛期“中小洪水”調度、沙峰排沙調度和庫尾減淤調度試驗調控指標及其影響等水庫優化調度研究,提出三峽水庫“蓄清排渾”運用的新模式,在保持長期有效庫容的條件下,進一步拓展三峽工程綜合效益。
5.2.2 建立三峽水庫壩下游河道崩岸預警機制
隨著三峽水庫等長江上游水庫群的投入運行,三峽水庫出庫沙量將繼續大幅減少,水沙過程進一步改變,壩下游河床將經歷更長時間、更長距離的沖刷演變,給河勢穩
定、生態環境和沿江工程設施安全造成諸多不利影響。為保障壩下游的防洪安全,應儘快建立崩岸預警和應急搶護長效機制,科學評估和預警崩岸險情,加快壩下游河勢控
制工程的實施,保障長江的防洪安全。
5.2.3 進一步加強水文泥沙原型觀測與科學研究工作
三峽水庫和壩下游泥沙的衝淤變化及其影響是一個逐步累積、長期演變的過程,目前水庫運行時間較短,尚不能對三峽工程泥沙問題得出全面的結論。應長期堅持水文泥沙跟蹤觀測與分析研究,制定和實施三峽工程的泥沙原型觀測長遠計劃,將其納入長江上游、中下游及河口水文泥沙觀測統一考慮。加強長江上游來水來沙變化、水庫有效庫容長期保持、下游河道沖刷機理與水位變化、河勢演變趨勢、江湖關係變化、長江口衝淤演變等方面的科學研究,為三峽工程泥沙問題全面、正確的把握和工程安全高效運行提供科技支撐。
5.2.4 加強泥沙問題研究與生態環境的結合
長江是一個有機的系統與整體,長江泥沙通量則深刻地影響著整個流域環境與生態系統的健康。傳統的泥沙研究大多著眼於泥沙輸移的力學機制和工程影響,近年來泥沙工作者越來越關注泥沙通量的環境生態影響。三峽工程泥沙研究應順應時代的要求,突破傳統泥沙限制,勇於創新研究思路,不斷拓展研究範圍,遵循生態優先的理念,注重泥沙與生態環境的結合,深入開展環境泥沙與生態泥沙研究,為長江大保護戰略提供堅實的科技支撐。
三峽水庫175m試驗性蓄水十年泥沙衝淤變化分析
水利水電技術
水利部《水利水電技術》雜誌是中國水利水電行業的綜合性技術期刊（月刊），為全國中文核心期刊，面向國內外公開發行。本刊以介紹我國水資源的開發、利用、治理、配置、節約和保護，以及水利水電工程的勘測、設計、施工、運行管理和科學研究等方面的技術經驗為主，同時也報道國外的先進技術。期刊主要欄目有:水文水資源、水工建築、工程施工、工程基礎、水力學、機電技術、泥沙研究、水環境與水生態、運行管理、試驗研究、工程地質、金屬結構、水利經濟、水利規劃、防汛抗旱、建設管理、新能源、城市水利、農村水利、水土保持、水庫移民、水利現代化、國際水利等。
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