盧金友，黃 悅，王 軍

（長江水利委員會長江科學院，武漢 430010）

1 三峽工程蓄水運用后水庫泥沙淤積與壩下游河道沖刷

1.1 水庫調度方式及運行過程

三峽工程于2003年6月進入圍堰蓄水期，壩前水位汛期按135 m、枯季按139 m方式運行4年。2006年汛后壩前水位抬升至156 m，三峽工程進入初期蓄水期，壩前水位按156－144－144 m方式運行2年（正常蓄水位－防洪限制水位－消落限制水位，下同）。2008年汛末三峽工程進入試驗性蓄水期，壩前水位按175－145－155 m方式運行，當年壩前水位最高達到172.8 m；2009年汛后壩前水位最高達到171.41 m；2010年10月26日三峽水庫成功蓄水至175 m水位運行，正在發(fā)揮防洪、發(fā)電、通航及補水等綜合效益。三峽工程蓄水后壩前水位變化過程見圖1。

1.2 水庫來水來沙

三峽工程2003年蓄水至2010年，入庫水沙年均值分別為3 705億m3、2.024億 t（見表1）。 蓄水后8年中，除2005年來水量偏豐、2006年來水量偏枯外，其他年份來水量與多年平均值相近，但年來沙量均偏少，其中2006年的入庫泥沙最少，只有多年平均值的23%，來沙較多的2005年也只有多年平均值的58%（見表1）?？偟那闆r為入庫水量變化不大，入庫沙量相應減少較多。

表1 三峽水庫來水來沙變化Table 1 Variations of incoming flow and sediment of Three Gorges Reservoir

圖1 三峽工程蓄水運用以來壩前水位變化過程Fig.1 Water level change process in front of dam after TGP operation

1.3 三峽庫區(qū)泥沙淤積

三峽水庫屬于典型的河道型水庫，庫區(qū)干流長660多 km，最寬處達 2 000 m，庫區(qū)平均水面寬1 000 m。根據(jù)三峽水庫進、出控制站水文觀測資料統(tǒng)計，三峽工程2003年6月至2010年12月，總入庫沙量為 15.801億 t，出庫（黃陵廟站）沙量4.118億t，不考慮三峽庫區(qū)區(qū)間來沙，庫區(qū)總淤積量為11.685 億 t［1］，平均年淤積量為 1.558 億 t，年內淤積量主要集中在汛期6—9月。由圖2和表2看出，庫區(qū)泥沙淤積除受入庫水沙量的影響外，壩前運行水位抬高對庫區(qū)泥沙淤積也比較明顯。如2005、2007、2008年和2010年的來沙量較相同運用條件的其他年份多，淤積量也相對較多；又如2008、2010年的來水量來沙量比2005年的小或略少，但庫區(qū)淤積量則多淤積8 300～9 400萬t。

圖2 三峽水庫年內淤積過程圖Fig.2 Deposition process of Three Gorges Reservoir within a year

表2 三峽水庫蓄水后2003—2010年進出庫沙量、排沙比及庫區(qū)淤積量表Table 2 Inflow and outflow sediment amount，sediment delivery rate and sedimentation amount in reservoir area from 2003 to 2010 after impoundment of the reservoir

從淤積分布看，三峽工程圍堰蓄水期，常年回水區(qū)（豐都至大壩）淤積量5.433億m3，占庫區(qū)淤積量的99%，變動回水區(qū)豐都至李渡庫段沖淤量小于1%；初期蓄水期，豐都至大壩庫段淤積2.398億m3，占庫區(qū)淤積量的96%，變動回水區(qū)豐都至銅鑼峽段只占庫區(qū)淤積量的4%；試驗性蓄水期的2008年汛末至2009年11月，豐都以下庫段淤積2.155億m3，占庫區(qū)總淤積量的91%，豐都至銅鑼峽段淤積占庫區(qū)淤積量的9%；試驗性蓄水期的2009年11月—2010年11月，豐都至大壩段淤積量1.319萬m3，占庫區(qū)總淤積量的81%，豐都至銅鑼峽段淤積 0.314億 m3，比 2009年增多了1 075萬m3，占庫區(qū)總淤積量的比例也增大至19%（見表3）。上述結果表明，試驗性蓄水期，庫區(qū)淤積分布出現(xiàn)了變化，變動回水區(qū)的淤積量增加較多。

表3 三峽工程不同運用時期庫區(qū)干流各段沖淤量統(tǒng)計表（地形法）Table 3 Scouring and silting amount of the main stream in reservoir area during different operation periods of TGP （topographic change method）億m3

1.4 出庫泥沙及排沙比

由三峽水庫進、出控制站水文觀測資料統(tǒng)計，三峽工程2003年6月—2010年12月，總入庫沙量為15.801億 t，總出庫（黃陵廟站）沙量4.118億 t，平均年出庫沙量0.54億t。除2006年來水來沙特小，出庫沙量小于0.09億t，排沙比僅8.7%外，出庫沙量及排沙比均受壩前水位變化的影響較大。圍堰蓄水期壩前水位按139－135 m方式運行，平均出庫沙量約0.84億t，排沙比為39.8%；初期蓄水期壩前水位按156－144－144 m方式運行，平均出庫沙量約0.415億t，排沙比為18.9%；試驗性蓄水期壩前水位按175－145－155 m方式運行，平均出庫沙量約0.344億t，排沙比為17%（見表2）。由此表明入庫水沙變化對庫區(qū)淤積量的影響起主要作用，其次是水庫調度方式的影響；另外汛期控制水位高低對排沙比的影響也較大。

1.5 變動回水區(qū)重慶主城區(qū)河段泥沙沖淤

重慶主城區(qū)長江干流大渡口至銅鑼峽段長約35.5 km，嘉陵江井口至朝天門段長約23 km。天然情況下，重慶主城區(qū)河段年內沖淤規(guī)律一般表現(xiàn)為“洪淤枯沖”，河床基本能保持沖淤平衡。根據(jù)實測斷面資料分析，三峽水庫蓄水運用前（1980年2月—2003年 5月），重慶主城區(qū)河段累積沖刷1 247.2萬m3（含河道挖沙影響，下同）。

三峽工程蓄水運用后，2003年5月—2006年9月（圍堰蓄水期）重慶主城區(qū)河段累積沖刷447.5萬m3，圍堰蓄水期水庫按139－135 m方式運行，水庫回水末端位于朝天門以下112 km的李渡鎮(zhèn)，重慶主城區(qū)河段仍處于天然狀況，故該河段為沖刷；2006年9月—2008年9月初期蓄水期水庫按156－144 m方式運行，水庫回水末端位于朝天門以下15 km的銅鑼峽附近，重慶主城區(qū)河段累積淤積366.8萬m3，其中朝天門以上干支流段均為沖刷，而朝天門以下河段呈淤積；2008年9月—2010年12月試驗性蓄水期，重慶主城區(qū)河段累積淤積588.6萬m3，其中干流河段淤積較多，嘉陵江井口至朝天門段淤積較少（見表4）［1］。上述結果表明，試驗性蓄水后重慶主城區(qū)河段淤積量有所增大，但絕對值較小。

從重慶主城區(qū)河段沖淤過程可見：2008年9月以前，重慶主城區(qū)河段總體以沖刷為主，年內仍可概括為3個階段，即年初至汛期初的沖刷階段，汛期的淤積階段，汛期末及汛期后的沖刷階段。試驗性蓄水期隨著壩前水位的逐漸抬高，重慶主城區(qū)河段9月中旬至12月中旬天然情況下的沖刷階段轉為淤積階段，汛后的河床沖刷階段相應后移至汛前庫水位的消落期（見圖3）。

表4 三峽工程蓄水運用以來重慶主城區(qū)河段沖淤變化表Table 4 Scouring and silting changes of the river reach of Chongqing urban area since TGP operation萬m3

圖3 三峽工程蓄水后重慶主城區(qū)河段沖淤過程圖Fig.3 Scouring and silting process of the river reach of Chongqing urban area after impoundment of TGP

1.6 壩區(qū)及船閘上下游引航道泥沙淤積

壩區(qū)河段指壩上游長約15.1 km的庫段。三峽水庫蓄水運用以來觀測資料表明，壩區(qū)河段處于持續(xù)的泥沙淤積狀態(tài)，泥沙絕大部分淤積在90 m高程以下，且顆粒較細。2003年3月—2010年11月累計淤積 1.286億 m3，單位河長淤積量達到851.7萬m3／km，為三峽庫區(qū)蓄水以來累積性淤積強度最大的河段；從淤積部位來看，90 m高程以下河床淤積泥沙0.861億m3，占總淤積量的66%，110 m高程以下河床淤積泥沙0.939億m3，占總淤積量的72%。其中圍堰蓄水期，大壩 ～廟河段135 m高程以下河床共計淤積泥沙6 510萬m3，以淤積河槽為主，河槽的淤積量占總淤積量的79.5%。初期蓄水期，近壩上游河段156 m高程以下河床總淤積量為4 656萬m3，河床以深槽的淤積為主，占總淤積量的66.3%。試驗性蓄水期，壩區(qū)156 m高程以下河床總淤積量為1 430萬m3，河床仍以深槽的淤積為主，占總淤積量的69.2%，主槽的淤積率有減小的趨勢，壩前深泓淤積最大厚度達60.5 m。

左電廠前135 m高程以下河床淤積總量為748.2萬m3，主要淤積在90 m高程以下的河槽，占總淤積量的88.6%。廠前的水域平均淤積厚度約為12 m，局部最大淤積厚度達25.8 m，離大壩愈遠淤積幅度愈大，河槽的淤積則愈明顯。

船閘上游引航道有淤積，但淤積量不大，對航運沒有產生影響。下游引航道2003—2009年總計淤積170萬m3，2003—2009年航道內及口門區(qū)泥沙總計清淤量為107.6萬m3。

1.7 壩下游河道沖刷

1.7.1 壩下游宜昌至湖口河段沖刷

三峽工程壩下游宜昌至鄱陽湖口為長江中游，長955 km，沿江兩岸匯入較大支流、湖泊有清江、漢江、洞庭湖和鄱陽湖水系等。荊江南岸有松滋、太平、藕池、調弦四口分流入洞庭湖（調弦口于1959年建閘控制）。

三峽工程蓄水運用后，宜昌至湖口河段出現(xiàn)長河段沖刷。2002—2006年全河段沖刷，其中宜昌至城陵磯河段沖刷強度較大；2006—2008年來水來沙較少，宜昌至城陵磯段微沖，城陵磯至湖口段微淤；2008—2010年試驗性蓄水期，下泄泥沙進一步減少，宜昌至湖口出現(xiàn)全程沖刷。2002年10月—2010年10月，宜昌至湖口河段（城陵磯至湖口河段為2001年10月—2010年10月）平灘河槽總沖刷量為9.79億m3，年均沖刷量1.088億m3（見表5）。

表5 三峽工程蓄水前后宜昌至湖口河段沖淤變化表Table 5 Scouring and silting variation of the river reach from Yichang to Hukou before and after impoundment of TGP億m3

三峽工程蓄水運用以來，宜昌至湖口河段河道沖刷以枯水河槽為主，其沖刷量為8.14億 m3［1］，占平灘河槽沖刷量的83%。從沖淤量沿程分布來看，宜昌至城陵磯河段河床沖刷較為劇烈，其沖刷量為6.25億m3，占總沖刷量的64%，其中宜昌至枝城段平均沖深2.1 m，荊江河段平均沖深1.1 m；城陵磯至武漢、武漢至湖口河段沖刷量分別為1.08億m3、2.45億m3，分別占總沖刷量的11%、25%。

三峽工程蓄水以前，城陵磯至湖口河段“沖槽淤灘”現(xiàn)象十分明顯，其中武漢至湖口河段沖淤變化較大。1998年大水以前，漢口至湖口河段淤積量為5.0億 m3（1975—1998年），1998年大水后河床沖刷劇烈，1999—2001年該段河床累計沖刷泥沙3.343億 m3，年均沖刷量達 1.37億 m3［2］。結果表明，三峽工程蓄水運用后對武漢至湖口河段的沖刷影響小于1998年的大水影響。

1.7.2 宜昌枯水位下降

三峽工程蓄水前（2002年汛后）宜昌站流量4 000 m3／s時，對應枯水位比 1973年下降了1.24 m。蓄水后至2010年末，宜昌站流量為4 000、5 000、7 000 m3／s時，與 2002 年汛后水位比較，相應水位分別下降 0.08、0.39、0.4 m（見表 6）。

表6 宜昌站不同時期汛后枯水流量水位下降值表（吳淞凍結／m）Table 6 Low water level decrease values at Yichang Hydrologic Station after flood season in different stages（Wusong elevation／m）

由于近壩段（胭脂壩段等）枯水河床控制沖刷（護底工程），以及古老背、南陽磧、關洲、蘆家河等控制節(jié)點的河段沖刷較少，這些控制性節(jié)點的河床抗沖是宜昌枯水位保持基本穩(wěn)定的重要原因之一。另外枯水期水庫下泄流量增加，初期蓄水期、試驗性蓄水期宜昌站流量小于4 000、5 500 m3／s的幾率很少，對宜昌枯水位的穩(wěn)定也有重要作用。

2 水庫淤積及壩下游沖刷實測值與預測值對比分析

三峽水庫蓄水運用8年來，來水來沙情況與多年平均情況有較大的變化，特別是2006年泥沙來量減少較多，與以往的研究側重于多年變化所采用的水文年系列差異較大。因此，不能簡單地進行直接對比。數(shù)學模型計算中的來水來沙采用1961—1970年和1991—2000年系列，并假定其不斷重復出現(xiàn)。系列的均值是具有代表性的，但系列年的洪枯年份先后次序與排列卻不具備代表性。水庫運用方式也有差別。因此，作為初步的對比，可以針對其均值，而不宜逐年比較。4 199 億 m3、5.09 億 t［3］；2003—2010 年 8 年的實測年均入庫水沙量分別為3 713億m3、1.975億t，計算系列的年均入庫水量比蓄水后8年的均值大13%，入庫沙量則多158%。

2.1 庫區(qū)泥沙淤積

可行性論證階段水庫泥沙淤積一維數(shù)學模型預測采用20世紀60年代水沙系列為入庫水沙條件，該系列的年均入庫水沙量（寸灘+武隆）分別為

一維數(shù)學模型計算得出的第一個十年的年均出庫泥沙為1.54億t，年均庫內淤積3.55億t，排沙比30.3%［3］；2003—2010年8年的實測年均出庫沙量0.515億t（黃陵廟站），年均庫區(qū)淤積1.46億t，排沙比26.1%。兩者比較可知，8年的實測水庫淤積量明顯偏小，考慮入庫沙量相應偏少，計算系列的年均庫內淤積量與蓄水后8年的平均值基本接近。但預測值的排沙比稍大于實測值，其主要原因是蓄水后上游實際來水量偏小，特別是汛期大流量較少，排沙能力相對小于預測采用的系列年水流條件。如采用2003—2010年實際的來水來沙量，用原數(shù)學模型進行計算，所得的水庫淤積量則與實測值比較接近（見圖4）。

圖4 三峽水庫進出庫水沙、淤積量與以往研究成果對比Fig.4 Comparison of inflow and outflow sediment，sedimentation amount of Three Gorges Reservoir with the previous research results

關于三峽庫區(qū)泥沙淤積體的縱向分布，實際情況和預測值基本相似，只是水庫運用初期壩區(qū)段與實測值有一定差異。根據(jù)庫區(qū)斷面測量，越往壩前，泥沙淤積強度越大。而數(shù)學模型預測頭十年壩前的淤積較少。壩前段泥沙淤積速度，與船閘引航道的淤積及電站的進水條件密切相關。三峽電站機組滿發(fā)時下泄流量約 25 000 m3／s，流量大于 25 000 m3／s的部分由深孔下泄，依據(jù)斷面含沙量垂線分布一般規(guī)律，壩前出庫含沙量應該是深孔大于水輪機組的進水口，而原數(shù)學模型對壩前的含沙量計算是按斷面平均計算，故排沙比計算值偏小。

2.2 壩下游河道沖刷

三峽工程技術設計階段壩下游宜昌至大通河段一維沖刷數(shù)學模型計算采用的起始地形為1993年10月實測地形，其進口水沙條件采用1961—1970年系列年三峽水庫淤積計算的出庫水沙成果。三峽工程論證階段壩下游河道沖刷計算采用的起始地形為1981年實測地形，計算沖刷量較技術設計階段的大一些，以下對比采用技術設計階段的成果。

實測值采用2002年10月—2010年10月資料統(tǒng)計（見表5），宜昌至城陵磯河段年平均沖刷量實測值為0.782億m3，城陵磯至武漢河段年平均沖刷量為0.113億m3，武漢至九江河段平均年沖刷量為0.102億m3（武漢至湖口河段沖刷量中扣除張家洲河段沖刷量1.44億m3）。

一維沖刷數(shù)學模型計算的長江中下游各河段在第一個十年中的平均年沖淤量［4］和用斷面法實測的年均沖淤量比較如圖5所示。2003—2010年全河段（宜昌—九江）實測年均沖刷0.928億m3，計算值為0.948億m3，計算值與實測值相差 －2.2%。其中宜昌至城陵磯河段計算值沖刷量為0.89億m3，比實測值大13.9%；城陵磯至武漢河段計算值沖刷量為0.16億m3，比實測值大33%，但絕對量較小；武漢至九江河段計算值為淤積，約淤積0.102億m3?？偟貋砜?，宜昌至武漢段沖刷量計算值與實測值比較接近，武漢至九江段計算值與實測值略有差異，且絕對量較小。

上述對比結果表明，三峽水庫蓄水運用初期，宜昌至九江段總沖刷量預測值與實測值比較接近，其中宜昌至武漢段沖刷預測值比實測值稍大，武漢至九江段沖淤量雖有差別，但數(shù)量較小。沖刷實測值與預測值存在差異的重要原因：一是壩下游沖刷計算的進口水沙條件是采用1961—1970年水文系列年進行水庫淤積計算得出的三峽水庫下泄水量、沙量和泥沙級配值，與實際出現(xiàn)的水沙條件有一定差異；二是宜昌至湖口河段實測沖刷量由2002年10月和2010年10月兩次實測地形計算得出，未扣除宜昌至湖口河段的采砂量。

圖5 下游河段計算與實測的年均沖淤量Fig.5 Calculated and measured annual average sedimentation in the lower reach

綜上所述，三峽水庫蓄水運用8年來壩下游河段的沖刷實測值總體上尚在預測同期值范圍內，但因水庫運用年限較短，有待繼續(xù)進行對比。

3 結語

1）三峽工程蓄水運用8年來，水庫泥沙淤積及壩下游河道沖刷等出現(xiàn)的情況尚在原預測范圍之內，表明原預測的研究成果可行。

2）本次實測成果與論證階段的預測研究進行對比分析，在時間上略顯短促，還有待今后的觀測并作進一步對比。

3）今后應加強泥沙原型觀測；進一步完善水庫淤積及壩下游沖刷計算模型；加強三峽水庫與上游其他大型水庫聯(lián)合調度對三峽水庫淤積及壩下游沖刷的影響與解決措施研究。

［1］長江水利委員會水文局.三峽水庫進出庫水沙特性、水庫淤積及壩下游河道沖刷分析（2010年度），2010年三峽工程水文泥沙觀測［R］.2011.

［2］潘慶燊.長江中下游河道整治研究［M］.北京：中國水利水電出版社，2011.

［3］黃煜齡，梁棲蓉.三峽水庫泥沙沖淤計算分析報告.長江三峽工程泥沙與航運關鍵技術研究專題研究報告集（下冊）［M］.武漢：武漢工業(yè)大學出版社，1993：423－487.

［4］黃 悅，黃煜齡.三峽水庫下游宜昌至大通河段沖淤一維數(shù)模計算分析.長江三峽工程泥沙問題研究（第七卷）［M］.北京：知識產權出版社，2002：211－311.