摘 要：為分析三峽成庫(kù)后對(duì)航道水深的影響，收集了大量水文資料，建立了一維數(shù)學(xué)模型，對(duì)三峽成庫(kù)后正常蓄水期（139m、156m、175m）上游出現(xiàn)99%保證率流量以及防洪限制水位（135m、145m）上游出現(xiàn)平均流量以及出現(xiàn)常遇洪水（P=50%）兩種情形的計(jì)算得到：139m、156m、175m分別影響至涪陵李渡、銅鑼?shí){及江津，防洪限制水位時(shí)當(dāng)上游出現(xiàn)平均流量與常遇洪水（P=50%）時(shí)， 135m、145m蓄水期分別影響至豐都和扇沱長(zhǎng)江大橋。

關(guān)鍵詞：三峽水庫(kù) 水位變化 平均流量 航道條件

2003年6月三峽工程蓄水后，改變?cè)瓉?lái)天然航道的水位變化情況，枯水期上游來(lái)水偏少，壩前水位抬高，航道水深增加，壩前水位影響范圍上延，汛期上游來(lái)流量增加，壩前水位降低，壩前水位影響范圍隨上游來(lái)流量的增加而后退。不管汛期還是非汛期，水庫(kù)回水末端皆受壩前水位和上游來(lái)水影響而變化，水庫(kù)回水范圍充分體現(xiàn)出三峽工程河道性水庫(kù)的特點(diǎn)。

三峽水庫(kù)調(diào)度過(guò)程

三峽工程2003年6月實(shí)現(xiàn)首次蓄水，壩前水位按135m運(yùn)行，汛后壩前水位按139m運(yùn)行；2004年至2006年9月，庫(kù)水位按135～139m方式運(yùn)行（枯季壩前水位139m，汛期壩前水位135m）；2006年9月開(kāi)始，三峽水庫(kù)按156～144m方式蓄水；2008年汛后三峽進(jìn)入175m試驗(yàn)性蓄水階段，具體蓄水過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 蓄水以來(lái)壩前水位過(guò)程圖

水文資料的收集

天然情況下：2003年6月三峽為成庫(kù)之前，河道仍處于天然狀態(tài)，為了獲得三峽成庫(kù)前庫(kù)區(qū)河段沿程水位、流量、比降等情況，收集了2001年清溪場(chǎng)到寸灘6個(gè)水位站水位資料，用于天然情況下通航水流條件計(jì)算分析，見(jiàn)表1。

135-139m蓄水期：2003年6月至2006年9月三峽水庫(kù)按照135-139m蓄水運(yùn)行，回水末端在涪陵李渡附近，本次收集了2003年三峽大壩至寸灘共9個(gè)站水位資料，見(jiàn)表1。

144-156m蓄水期：2006年9月至2008年9月，三峽水庫(kù)按照144-156m方案運(yùn)行，回水末端在銅鑼?shí){附近，本次收集了144-156m蓄水期（2007年）三峽大壩至魚(yú)嘴沿程共15個(gè)水位（文）站水位資料，見(jiàn)表1。

175m實(shí)驗(yàn)性蓄水期：2008年9月以來(lái)，三峽按照175m實(shí)驗(yàn)性蓄水運(yùn)行，最高水位達(dá)到了172.8m，回水末端在小南海以上，本次收集了175m試驗(yàn)性蓄水以來(lái)（2008年）三峽大壩至江津沿程各水位（文）站的水位資料，見(jiàn)表1。

表1 三峽大壩-江津水位收集情況

數(shù)學(xué)模型的建立及驗(yàn)證

為了全面了解蓄水前后庫(kù)區(qū)河段通航水流條件的變化情況，利用一維數(shù)學(xué)模型進(jìn)行全河段數(shù)模計(jì)算，將近700公里庫(kù)區(qū)劃分為424個(gè)斷面進(jìn)行計(jì)算（天然情況自萬(wàn)州到江津劃分了275個(gè)斷面），模型驗(yàn)證采用各蓄水期沿程水位資料。

1、流量選取和水頭損失計(jì)算

1.1 流量選取

三峽大壩-江津河段較長(zhǎng)，中間主要有嘉陵江、烏江兩大支流匯入，在本計(jì)算當(dāng)中按照分段恒定流來(lái)考慮。朱沱站控制江津-朝天門(mén)河段，寸灘站控制朝天門(mén)-涪陵河段，萬(wàn)州站控制涪陵-三峽大壩河段（表2）。

表2 流量分段控制情況

1.2 沿程水頭損失

三峽庫(kù)區(qū)設(shè)計(jì)最低通航水位重點(diǎn)是在豐都-江津河段，因此本次計(jì)算在這些河段更加細(xì)致的考慮了阻力損失，主要在以下幾點(diǎn)與以往研究不同：

對(duì)采用相同糙率的河段劃分更細(xì)，如在寸灘-長(zhǎng)壽河段，相同流量時(shí)，根據(jù)河段特性采用幾個(gè)不同的糙率，而不是同一糙率。

在豐都以上的觀音灘、剪刀峽、明月峽、黃草峽等眾多峽谷河段，天然情況汛期平均流量水位至計(jì)算水位時(shí)考慮邊壁糙率的影響。

2、數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證

2.1 驗(yàn)證工況

計(jì)算驗(yàn)證主要針對(duì)以下幾種情況，天然情況、壩前135-139m、壩前144-156m、175試驗(yàn)性蓄水階段，其中每個(gè)階段都考慮了對(duì)航運(yùn)影響較大的幾種典型工況，主要考慮了蓄水期上游來(lái)水偏枯時(shí)的流量、各站遇到平均流量、各站常遇洪水流量（P=50%），其中天然情況自萬(wàn)州開(kāi)始計(jì)算至江津。具體驗(yàn)證工況見(jiàn)表3。

表3 驗(yàn)證選取工況

2.2 驗(yàn)證結(jié)果

針對(duì)表3所選取的10種驗(yàn)證工況一一進(jìn)行了水位的驗(yàn)證，其中天然情況收集到7個(gè)驗(yàn)證水位（文）站，135-139蓄水期有8個(gè)驗(yàn)證水位（文）站，144-156蓄水期及175m蓄水期有25個(gè)驗(yàn)證水位（文）站。對(duì)所有具有實(shí)測(cè)水位的站點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)測(cè)水位和計(jì)算水位的對(duì)比，兩者差值較小，偏差在正負(fù)5cm以內(nèi)，可見(jiàn)數(shù)學(xué)模型計(jì)算水位與實(shí)際情況吻合較好。

三峽庫(kù)區(qū)水位變化分析

1、計(jì)算工況

為分析三個(gè)階段的水位變化情況，對(duì)天然、135-139m、144-156m、145-175m蓄水期進(jìn)行了蓄水期99%保證率流量、全年平均流量及常遇洪水流量的水位，共計(jì)28組，其中156m蓄水階段只計(jì)算蓄水期（表4）。

2、計(jì)算成果及分析

2.1蓄水期（99%保證率流量下）計(jì)算成果分析

通過(guò)計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析可以看出，在枯水期三峽按照正常蓄水位運(yùn)行，在139m蓄水期當(dāng)上游出現(xiàn)99%保證率枯水流量時(shí)，涪陵李渡區(qū)以下成為庫(kù)區(qū)，水位自李渡至萬(wàn)州段較天然情況有較大抬升，至萬(wàn)州抬升幅度超過(guò)38m，自涪陵李渡至萬(wàn)州水位抬升幅度依次增大；在156m蓄水期當(dāng)上游出現(xiàn)99%保證率枯水流量時(shí)，銅鑼?shí){峽口至萬(wàn)州段較139m蓄水期進(jìn)一步增大，增大幅度最大約為17m，在156m蓄水期，這段航道條件相比139m蓄水期改善較大；在175m蓄水期當(dāng)上游出現(xiàn)99%保證率枯水流量時(shí)，水位較天然、139m、156m蓄水期又進(jìn)一步增大，較156m蓄水增大幅度最大約為19m，從水面線成果可以看出，銅鑼?shí){以下水面幾乎平齊，可見(jiàn)175m蓄水期該段航道條件改善明顯。具體變化情況見(jiàn)圖2。

圖2 99%保證率枯水期各蓄水階段水面線變化（與天然比較）

2.2 防洪限制水位（平均流量）計(jì)算成果分析

從水面線計(jì)算成果來(lái)看，135m蓄水期水面線自豐都開(kāi)始有明顯改善，在萬(wàn)州附近水面線升高28m；在145m蓄水期自扇沱長(zhǎng)江大橋以下水面線有明顯改善，至萬(wàn)州水位抬升幅度約為38m。具體變化情況見(jiàn)圖3。

圖3 防洪限制水位各蓄水階段水面線變化（與天然比較）

2.3 防洪限制水位（常遇洪水）計(jì)算成果分析

通過(guò)對(duì)壩前水位為防洪限制水位時(shí)上游遇到常遇洪水時(shí)水面線分析可以看出，在壩前135m蓄水期水面線自北拱開(kāi)始有所抬升，但在豐都大橋（觀音灘）附近水位抬升幅度不大，自豐都大橋以下水位依次升高；在壩前145m蓄水期自洛磧河段（扇沱長(zhǎng)江大橋上游7km）水位開(kāi)始有所抬升，抬升幅度較135m明顯，在豐都大橋附近也有4m左右的抬升。具體變化見(jiàn)圖4。

圖4 防洪限制水位各蓄水階段水面線變化（與天然比較）

結(jié)論

為了研究三峽成庫(kù)后各蓄水期水位變化情況，分別收集了三峽成庫(kù)前、135-139m蓄水期、144-156m蓄水期、175m試驗(yàn)性蓄水期庫(kù)區(qū)沿程水位（文）站水位資料。

為了解三峽運(yùn)行初期庫(kù)區(qū)的水位情況，主要計(jì)算了正常蓄水期（139m、156m、175m）以及防洪限制水位（135m、145m）兩類(lèi)工況，上游來(lái)水主要考慮對(duì)航運(yùn)影響較大的三種情況：正常蓄水期（11、12月）對(duì)應(yīng)于上游出現(xiàn)99%保證率流量，防洪限制水位對(duì)應(yīng)于上游出現(xiàn)平均流量以及出現(xiàn)常遇洪水（P=50%）兩種情形。

通過(guò)對(duì)比分析正常蓄水期水位，139m、156m、175m蓄水分別影響至涪陵李渡、銅鑼?shí){及江津。防洪限制水位時(shí)當(dāng)上游出現(xiàn)平均流量與常遇洪水（P=50%）時(shí)， 135m、145m蓄水期分別自豐都、扇沱長(zhǎng)江大橋水位開(kāi)始有所提升。

（作者單位：長(zhǎng)江重慶航運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院）

注：本文為國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAB09B01）