三峡工程175米试验性蓄水运行期的泥沙观测分析

　　摘 要：自2008年起，三峡工程由初期蓄水位156.0m运行转入正常蓄水位175m试验性运行。本文分析归纳了三峡工程175米试验性蓄水运行期的泥沙观测资料，从长江上游水文情势变化、水库实测泥沙淤积资料分析、坝区实测泥沙资料分析、大坝下游河道冲淤资料分析四个方面进行归纳，得出了相关结论。

　　关键词：水库;泥沙观测;三峡工程

　　《水利科技》(季刊)创刊于1978年，由福建省水利厅;福建省水利学会主办。主要宣传贯彻党和国家关于水利水电建设的方针政策，刊登具有较高学术水平和社会经济效益的创造性和综合性的水利、水电、水运方面的学术论文、专题、综述、工程技术总结、科技动态、研究成果和新技术应用与推广工作经验等文章。

　　三峡工程坝址位于湖北省宜昌市三斗坪，控制流域面积100万km2。三峡工程为超大型工程，采用“一级开发，一次建成，分期蓄水，连续移民”的建设方案。初步设计分期蓄水分为：围堰挡水发电期、初期运行期和正常运行期。2003年水库蓄水至135.0m水位，进入围堰挡水发电期;2007年蓄水至156.0m水位，进入初期运行期;2009年枢纽工程完建，具备蓄水至正常蓄水位175.0m的条件;2010年水库蓄水至正常蓄水位175.0m。

　　三峡工程于1993年施工准备，1994年12月开工，1997年11月6日大江截流，导流明渠泄流;1998年开始施工河床左侧大坝和电站厂房，2002年11月6日导流明渠截流，河床右侧上游碾压混凝土围堰与河床左侧已修建的大坝共同挡水，江水从已建大坝泄流孔下泄;2003年6月，蓄水至135.0m水位，7月左岸电站首批机组发电，双线五级连续船闸通航，进入围堰挡水发电期。

　　2004年河床右侧大坝及电站厂房开始施工，2005年左岸电站14台机组全部投产;2006年6月，河床右侧大坝混凝土施工至坝顶高程185.0m，上游碾压混凝土围堰爆破拆除，大坝全线挡水，10月蓄水至156.0m水位，提前一年进入初期运行期。2007年右岸电站7台机组投产，2008年8月，大坝及电站厂房(右岸电站12台机组全部投产)和双线五级连续船闸全部完建，具备蓄水至正常蓄水位175.0m的条件;移民工程县城和集镇迁建完成，移民安置、库区清理、地质灾害防治、水污染防治、生态环境保护、文物保护等专项，经主管部门组织验收，可满足水库蓄水至175.0m的要求。国务院三峡工程建设委员会(以下简称“三峡建委”)于9月26日批准三峡工程实施175.0m水位试验性蓄水，标志着三峡工程由初期蓄水位156.0m运行转入正常蓄水位175.0m试验性运行。

　　三峡建委确定试验性蓄水遵循“安全、科学、稳妥、渐进”的原则。2008年9月28日開始试验性蓄水，11月5日最高蓄水位达172.80m。2009年9月15日开始当年试验性蓄水，因长江中下游地区发生旱灾，为支援抗旱，11月24日库水位蓄至171.43m停止蓄水。2010年至2018年汛末试验性蓄水，连续9年蓄水至175m水位运行。三峡工程175m水位运行前，在试验性蓄水运用期间，根椐主管部门审批的《长江三峡工程175m水位试验性蓄水监测及试验要求》，对枢纽各建筑物及金属结构加强监测，水轮发电机组等机电设备进行各种运行工况试验;对库区移民工程设施、地质灾害防治、生态环境保护、水库泥沙淤积及坝下游河道冲淤变化等专项进行跟踪监测及分析，为工程转入正常运行期提供技术支撑。

　　1 长江上游水文情势变化

　　20世纪90年代以来，长江上游径流量减小较少;受降水条件变化、干支流修建水库、实施水土保持、封山育林及防治石漠化措施，以及河道采砂等综合影响，上游来沙明显减少。三峡工程初步设计水文资料采用坝址下游30km的宜昌站实测资料，多年(1878—1990年)平均年径流量为4 510亿m3，平均年输沙量为5.21亿t。入库水沙资料采用寸滩站(距坝址605.7km，见图1)与乌江出口武隆站(距乌江出口71km，见图1)1990年以前实测资料叠加，平均年径流量4 015亿m3，平均年输沙量为4.914亿t。三峡水库蓄水运行以来，2003—2017年实测入库水文站(寸滩站和武隆站之和，下同)年平均径流量和悬移质输沙量分别为3 701亿m3和1.48亿t，较初步设计釆用值分别减小8%和70%;2008年汛末实施175m试验性蓄水运行，至2017年入库年平均径流量和悬移质输沙量分别为3 721亿m3和1.21亿t，较初步设计釆用值分别减小7%和75%(见表1)。2003—2017年出库宜昌站年平均径流量4049亿m3，较初步设计釆用值减少10.2%;2008年汛末试验性蓄水运行至2017年，宜昌站年平均径流量4 105亿m3，较初步设计釆用值减少9.0%。三峡水库入库泥沙减少，有利于实施优化运行、科学调度，全面发挥工程的综合效益。

　　图1 三峡水库入库水文站及主要县城位置图

　　在三峡工程论证和初步设计阶段，寸滩站实测年平均砾卵石推移质输沙量为27.7万t(沙质推移质无实测资料)。自20世纪90年代以来，进入三峡水库的砾卵石推移质和沙质推移质泥沙数量总体呈减少趋势，寸滩站1991—2002年实测卵石推移质和沙质推移质的年平均输沙量分别为15.4万t和25.83万t，推移质总量约为同期悬移质输沙量的0.13%;水库蓄水运用后，推移质输沙量大幅减少，2003—2017年寸滩站实测年平均砾卵石推移质和沙质推移质输沙量分别为3.67万t和1.14万t，推移质总量较2002年前平均值减少88%，约为同期悬移质输沙量的0.034%。水库上游来沙量(悬移质和推移质总和)大幅减少，进入重庆河段的砾卵石推移质数量极少，尚未出现一些专家担忧的三峡库尾推移质严重淤积的局面。随着上游干支流水电站的建设与运用，预期三峡入库沙量将进一步减少，并在相当长时期内维持较低水平。

　　2 水库实测泥沙淤积资料分析

　　三峡水库2003年蓄水运用至2017年底，库区干流共淤积泥沙16.69亿t，多年平均淤积量为1.15亿t，约为论证阶段预测值的35%;按体积法计算，175m高程以下干支流库区总淤积泥沙约16.71亿m3，占总库容的4.3%，水库泥沙淤积主要发生在奉节至大坝的宽河段和深槽中;淤积在145m高程以下的泥沙为15.46亿m3，占总淤积量的92.5%，占145m高程以下水库库容的9.0%;145m高程以上水库防洪库容内淤积的泥沙为1.25亿m3，占水库防洪库容的0.56%。但是，试验性蓄水以来，由于汛期水位抬高，提高了水库淤积的比例，水库排沙比降低，2008—2017年实测水库平均排沙比为16.5%，2003年6月—2017年12月平均为23.9%，低于论证及初步设计预测值(表2)，致使水库有效库容淤积占同期淤积量的比例有所增加。

　　2008年汛末175m水位试验性蓄水运行以来，重庆主城区河段的冲淤规律发生了变化，天然情况下是汛后10月开始走沙，试验性蓄水后主要以库水位消落期走沙为主。由于入库悬移质和推移质泥沙大幅减少及河道大量采砂等因素的影响，重庆主城区河段总体表现为冲刷，自2008年10月—2017年12月重庆主城区河段累积冲刷量为1 789万m3(含河道采砂量)，未出现论证阶段部分专家担忧的重庆主城区河段泥沙严重淤积的局面，也未出现砾卵石的累积性淤积。寸滩站实测资料表明，三峡水库蓄水运用后汛期水位流量关系没有出现明显变化，说明水库泥沙淤积尚未对重庆洪水位和航运产生影响。

　　3 坝区实测泥沙资料分析

　　三峡水库蓄水运行以来，2003年—2017年10月坝前段累积淤积泥沙1.594亿m3，深泓平均淤积厚度为33.5m，局部最大淤积厚度达63.7m;主要淤积在主槽内，电厂前淤积面高程较低，但地下电站前泥沙淤积发展较快，取水口前淤积面高程已达104.60m，高于地下电站排沙洞进口底板高程约2.10m。船闸与升船机共享上游引航道及下游引航道右侧各设一座防淤隔流堤，对保障通航水流条件是有效的。上游引航道泥沙淤积较少，目前对航运尚未造成影响;下游引航道存在一定的泥沙淤积，经疏浚保持了航道畅通。泄洪坝下近坝段河床发生的局部冲刷，未危及枢纽建筑物安全。

　　三峡工程船闸运用15年来，坝区泥沙淤积、河势情况和引航道的水流条件与论证阶段和初步设计预测结果基本一致，坝前泥沙淤积尚未影响枢纽建筑物正常运用。

　　4 大坝下游河道冲淤资料分析

　　(1)三峡工程投运以来长江中下游河道冲刷分析

　　三峡工程投运后，改变了长江中下游的水沙条件，水库下泄水流挟沙能力处于不饱和状态，致使大坝下游河道(图2)产生长时间、长距离的冲淤变化。2003年6月三峡水库投运以来，至2017年11月，宜昌至枝城河段冲刷1.67亿m3，枝城至城陵矶(荆江河段)沖刷10.51亿m3，城陵矶至汉口河段冲刷3.92亿m3，汉口至湖口河段冲刷5.15亿m3。2008年9月175m水位试验性蓄水运行至2017年11月，宜昌至枝城河段冲刷0.63亿m3，枝城至城陵矶河段冲刷6.87亿m3，城陵矶至汉口河段冲刷3.34亿m3，汉口至湖口河段冲刷4.14亿m3(表3)。宜昌至城陵矶河段河床各年均为冲刷，城陵矶至武汉河段和武汉至湖口河段各年冲淤交替，但总体为冲刷。汉口至湖口河段2002—2017年单位长度的冲刷量为城陵矶至汉口河段同期值的1.4倍，2008—2017年单位长度的冲刷量为城陵矶至汉口河段同期值的1.05倍，两河段河床组成差别不大，是否与实施河道整治工程及砂石开采等因素有关，尚需进一步分析。坝下游河道冲刷沿时程变化表现为水库蓄水运行后的前3年(2003—2005年)最为剧烈，以后有所减弱。宜昌至城陵矶河段前3年平滩河槽冲刷量占该河段10年冲刷总量的50%，其中宜昌至枝城河段为59.1%，枝城至藕池口河段为37.3%，藕池口至城陵矾河段为27%。宜昌至枝城河段深泓线与根据地质钻探资料绘制的基岩高程线比较，说明红花套以上河段冲刷已达基岩顶面，继续冲深的余地不大。上荆江(枝城至藕池口)河段河床由中细沙组成，卵石层顶板较高，河床冲深，床沙粗化。荆江河段目前的基本河势稳定，河道演变规律不会出现大的变化，局部河段将发生河势调整，护岸工程的基础可能受到淘刷，对其稳定有一定影响。下荆江(藕池口至城陵矶)河床由中细沙组成，卵石层深埋床面以下，河床冲深，泄流能力增大，对防洪有利;但可能将引起尚未做控导工程的河段河势变化，加剧演变强度，凹岸崩坍、撇弯切滩亦将比较剧烈，局部河段堤防及护岸工程因河床冲深、基础淘刷，将出现新的险工险段，需进行加固处理，以确保堤防安全。

　　(2)三峡工程投运以来对洞庭湖水文情势影响分析

　　三峡工程投运后，荆江三口(松滋口、太平口、藕池口)向洞庭湖分流(图3)、分沙量减少，洞庭湖区洪水位将降低，泥沙淤积量减少，湖区泄流排沙能力增加，湖容缩小速度减缓，有利于改善江湖关系。实测资料表明，受流域来水偏枯、三峡水库蓄水运用等综合影响，长江荆南三口分流入洞庭湖的多年平均年水量由蓄水前1991—2002年的622亿m3减少为蓄水后2003—2017年的480亿m3;三口分流比从14%减至12%，但在枝城同流量条件下的三口分流比变化不大。三口入洞庭湖的多年平均年输沙量由蓄水前1991—2002年的6 627万t，减少为蓄水后2003—2017年的867万t;2003—2017年三口分沙比为20%，略大于蓄水前1981—2002年的18.7%。三峡水库蓄水运用后荆江与三口河道都发生了冲刷，三口分流量减少，枯水期断流天数增加。

　　由于荆江河段三口和四水(湘江、资江、沅江、澧水)进入洞庭湖的水沙量减少，城陵矶出洞庭湖的水沙量也减少，2003—2017年三口和四水进入洞庭湖的水沙量年均分别为2 110亿m3和0.173亿t，比1991—2002年分别减少约15%和80%。2003—2017年城陵矶出洞庭湖的年平均水沙量分别为2427亿m3和0.194亿t，比1991—2002年分别减少约15%和20%。三口河道和洞庭湖区年平均淤积量由蓄水前1991—2002年的6276万t减少为蓄水后2003—2017年的210万t。三峡水库蓄水运用后，城陵矶同流量的枯水位有所下降，螺山站枯水流量l0000m3/s水位下降了1.48m。

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文章名称： 三峡工程175米试验性蓄水运行期的泥沙观测分析

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