三峽工程蓄水后長江中下游來水來沙變化規(guī)律研究

胡向陽，張細兵，黃 悅

（長江科學院河流研究所，武漢 430010）

三峽工程蓄水后長江中下游來水來沙變化規(guī)律研究

胡向陽，張細兵，黃 悅

（長江科學院河流研究所，武漢 430010）

三峽工程蓄水后，水庫調度以及庫區(qū)淤積改變了長江中下游來水來沙特性，進入長江中下游泥沙大幅度減少，“清水”下泄、河床沖刷，使沿程沙量逐步恢復。在以往研究的基礎上，增加新的水沙系列對三峽工程蓄水運用20年三峽水庫淤積和壩下游長河段沖淤進行一維數學模型計算，研究分析長江中下游年來水量、年輸沙量變化規(guī)律以及沿程變化趨勢，并根據三峽工程蓄水后的實測資料進行對比驗證。其成果可為其他行業(yè)研究提供基礎。

三峽工程；長江中下游；年水量；輸沙量

1 概 述

三峽工程按正常蓄水位175 m運用，水庫總庫容約430億m3，可攔截大量泥沙淤積在庫內，使下泄泥沙大幅度減少，改變了長江中下游來水來沙環(huán)境，因此在當今我國經濟發(fā)展迅猛的時代，研究三峽工程蓄水后長江中下游來水來沙變化規(guī)律，有助于長江中下游地區(qū)的經濟發(fā)展。在三峽工程初步設計研究階段，受當時研究背景及歷史資料限制，研究水庫淤積及壩下游沖刷時，采用20世紀60年代水沙系列進行預測。由于社會經濟發(fā)展的加快、人們對水沙認識及需求的提高，以及自然環(huán)境變化，特別是20世紀90年代以來，長江上游來水來沙情勢發(fā)生了較大變化［1，2］，更加引起各行各業(yè)對三峽工程蓄水后長江中下游來水來沙變化的關注。鑒于此，本文在以往研究的基礎上，增加新的水沙系列（90年代水沙系列年）進行三峽工程蓄水運用20年三峽水庫淤積和壩下游長河段沖淤一維數學模型計算，深入研究分析長江中下游年來沙量、年輸沙量變化規(guī)律以及沿程變化趨勢。分析中還采用了三峽工程蓄水運用6年的實測資料對預測成果進行對比驗證。

水庫淤積及壩下游沖刷預測計算的水沙條件分別采用20世紀60年代和90年代系列年過程，另外對豐、中、枯典型水文年的情況給出了單獨分析。水庫調度為三峽工程初步設計研究成果，由長江委長江勘測規(guī)劃設計研究院提供。實測資料參考長江水利委員會水文局公布的成果或研究報告，以往研究成果見參考文獻［3－7］，新水沙系列的水庫淤積及壩下游沖刷計算成果見參考文獻［8，9］。

2 蓄水后長江中下游年來水量變化規(guī)律

三峽工程蓄水后長江中下游來水量變化規(guī)律為：汛期水庫敞泄，長江中下游來水量基本不變；枯期水庫調節(jié)，增加下泄流量；蓄水期（10月份）水庫蓄水，長江中下游來水量減少；預泄期（5月至6月上旬），水庫下泄流量增加。從年內變化看，對長江中下游來水量影響較大的是蓄水期和預泄期2個時段，而枯水期來水量增加對長江中下游是有利的。

2.1 多年平均流量變化

三峽水庫按正常蓄水位175 m－145 m－155 m方式運行后，由于水庫調度特點，汛期（6月至9月）一般年份水庫基本敞泄，長江中下游來水量變化不大。汛后水庫開始蓄水，下泄流量減小，沿程流量隨出庫流量減小而減小，以大通站為例，10月份平均流量相對建庫前減小了8 200 m3／s。枯水期1－4月水庫為滿足航運要求，蓄水位不得低于枯季消落水位155 m運用，故1－3月份出庫流量普遍增加，大通站月平均流量相應增加了1 080～1 790 m3／s。由于6月中旬庫水位要降到防洪限制水位145 m，故5月份出庫流量加大，大通站月平均流量比建庫前月平均值增大3 710 m3／s（表1）。

2.2 典型年流量變化

由于長江中下游水系復雜，天然年來水量隨機性變化大，且影響因素多，牽涉面廣，因此選擇平、豐、枯典型年分析預估三峽工程蓄水對長江中下游最不利情況。以下的分析中，枯水期（11月至次年5月）以月平均進行統(tǒng)計。

根據大通站1951－2002年實測資料分析，大通站多年平均來水量為9 050億m3，1990年型接近多年平均水平，代表平水年；豐水年以1954年型代表；枯水年份較多，考慮枯期1－3月為主，選擇1979年型代表，蓄水期10月較枯年選擇1978年型代表。三峽工程蓄水運用后，大通站流量根據相應年份水庫調度后的計算值與平、豐、枯水平年對應，比較情況見表2。

豐水年流量比較：大通站旬平均流量減小最多約10 720 m3／s，出現在10月下旬；旬平均流量增加最多約6 200 m3／s，出現在5月；枯水期1－3月流量比建庫前豐水年增加940～1 860 m3／s，11和12月流量變化很小，大通站流量均大于18 600 m3／s。

枯水年流量比較：大通站旬平均流量減小最多約9 440 m3／s，出現在10月下旬；枯水期1－3月流量比建庫前枯水年增加較多，最多可達3 050 m3／s，11和12月的流量相對來說變化較小。12月份和元月份的流量較小，分別為9 762，9 003 m3／s，仍比建庫前枯水年同期值大；但遇1978年型10月份來量特枯的情況下，大通站旬平均流量將小于9 000 m3／s。

平水年流量比較：大通站流量減小最多為9 890 m3／s，出現在10月下旬，流量約18 240 m3／s，比11月份流量小1／3；流量增加最多為5 310 m3／s，出現在5月；枯水期1－4月流量比建庫前平水年增加290～540 m3／s，11－12月的流量變化很小，大通站最小流量均大于13 000 m3／s。

以上分析表明，三峽工程蓄水后長江中下游年來水量變化不大，但年內分布有所改變：汛期流量基本不變；枯期流量相應增加，1－3月流量平均增加1 300 m3／s；蓄水期（10月）下泄流量減少，最大減少10 700 m3／s，最小減少5 800 m3／s，多年平均減少8 200 m3／s；預泄期（5月至6月上旬）下泄流量增加，最多增加7 530 m3／s，最小增加4 580 m3／s，多年平均增加3 700 m3／s。因此，三峽工程蓄水運用后，水庫蓄水期和預泄期對長江中下游來水量有明顯的改變，中枯水期延長，最小流量增加。

3 蓄水后長江中下游來沙變化趨勢

三峽工程蓄水運用后庫區(qū)大量淤積，出庫沙量顯著減少。由于不飽和水流從河床獲取泥沙，河床發(fā)生沖刷，使得沿程的輸沙量逐漸恢復。

表1 三峽水庫蓄水后175 m－145 m－155 m運用方式大通站年內流量變化Table 1 Discharge variation in a year w ith 175 m－145 m－155 m reservoir operationalmode at Datong Hydrological Station after Three Gorges Reservoir impoundment m3／s

表2 三峽工程蓄水運用后大通站典型年流量變化表Table 2 Discharge variation in several typical years at Datong Hyd rological Station after Three Gorges Reservoir impoundmentm3／s

3.1 年輸沙量減少

三峽工程蓄水后長江中下游年輸沙量變化較大，水庫運用初期（20年內）宜昌站年輸沙量為1.33～1.35億t，較多年平均值4.92億t（1950－2002年統(tǒng)計）減小73%；宜昌以下沿程各站年輸沙量也相應減少。水庫運用10年，沙市、監(jiān)利站年輸沙量分別為1.611，2.113億t，相對多年平均值分別減少64%，42%；螺山、漢口、大通站年輸沙量分別為2.756，3.153，3.62億t，相對多年平均值分別減少34%，22%，16%；水庫運用20年，沙市、監(jiān)利站年輸沙分別為1.369，1.803億t，相對多年平均值減少69%，50%；螺山、漢口、大通站年輸沙分別為2.425，2.979，3.079億t，相對多年平均值變化較大，約減少42%，26%，29%（表3）。上述結果表明，三峽工程蓄水運用20年內荊江河段年來沙量減少較多，城陵磯至漢口河段年來沙量約減少1／3，武漢以下河段年來沙量相對變化較小，約減少20%～30%。

表3 三峽工程運用后長江中下游主要站年輸沙量（90系列）Table 3 Annual sediment transport volumes at severalmain hydrological stations ofm iddle-lower Yangtze River after TGP operation

3.2 河床沖刷使沿程沙量逐步恢復

長江中下游受三峽工程蓄水的影響，壩下游將發(fā)生長河段長時段沖刷，加上兩岸支流、湖泊入匯，宜昌以下干流河段年輸沙量沿程逐步增加。水庫運用10年，荊江河段沖刷使沙市、監(jiān)利站年輸沙量分別較出庫沙量增加了19%，56%（扣除荊江三口分流分沙量）。水庫運用20年，上荊江河段沖刷基本平衡，河床補給很少，加上松滋、太平兩口分流分沙，使沙市站年輸沙量相對出庫沙量僅增加3%；下荊江河段處于沖刷階段，監(jiān)利站年輸沙量比沙市站增加了32%；城陵磯至漢口河段為沖刷階段，加上洞庭湖的入匯，螺山站的年輸沙量比監(jiān)利站增加34%，考慮漢江入匯后漢口站年輸沙量比螺山站增加23%；漢口至大通河段呈微沖微淤階段，該河段內雖有鄱陽湖入匯，但匯入的沙量較小，故漢口站、九江站、大通站年輸沙量沿程略有增加。上述成果表明，沙量沿程變化與河床沖刷發(fā)展相應，強烈沖刷基本完成的河段，沙量沿程變化較小，如水庫運用第20年，宜昌至藕池口段的沙量變化很小。沙量沿程變化小，反映了該河段河床組成較粗，或者是卵石、粗砂覆蓋，限制河床沖刷；或者床沙中細沙補給很少，沖刷下移。另外支流、湖泊入匯對干流沿程沙量變化的影響明顯。

3.3 蓄水后壩下游呈“沖細留粗”交換輸移

三峽工程壩下游河床沖刷，主要以“淤粗懸細”或“沖細留粗”方式沖刷，沖起較細顆粒的泥沙，淤下較粗顆粒的泥沙。長江中下游沿程沙量變化呈2種趨勢：細顆粒泥沙沿程增加（沖刷），粗顆粒泥沙沿程遞減（淤積）。

三峽工程蓄水運用后，長江中下游小于0.01 mm的泥沙來量主要受控于水庫下泄量，但由于河床沖刷該組的年輸沙量沿程得到補給而增加。水庫運用初期（10年），小于0.01 mm的泥沙宜昌站減少30%左右，螺山、漢口、九江、大通站年輸沙量分別為0.71，0.77，0.85，0.89億t，與蓄水前實測值比較分別減少38%，25%，32%，26%（表3）。水庫運用20年小于0.01 mm的泥沙泄量逐漸增加，壩下游沿程來量也隨著增加。

粒徑在0.01～0.1 mm間的沙量受水庫運用的影響較大。由于這部分泥沙的出庫量大幅度減少，致使長江中下游河段的來量也相應減少很多。與蓄水前實測值比較，水庫運用20年內該組年沙量宜昌站將減少80%以上，監(jiān)利、螺山、漢口、大通站分別減少70%～74%，68%～73%，52%～61%，46%～56%。經荊江三口分流分沙后，沙市、監(jiān)利站該組年來沙量變化較少，城陵磯以下因支流漢江、洞庭湖、鄱陽湖入匯后，干流來沙量相對增加。

大于0.1 mm的泥沙變化受水庫運用年限及河床組成影響較大。水庫運用初期出庫沙量中，大于0.1 mm的泥沙很少，而近壩河段河床中細沙較少，不飽和水流沖起較粗顆粒泥沙較多，使荊江及漢口以下河段大于0.1 mm的泥沙沿程增加。三峽工程蓄水運用初期10年，螺山、漢口、大通站大于0.1 mm的年沙量分別為1.153，1.125，1.229億t，與蓄水前的多年平均值比分別增加1.7倍，2.8倍，2.9倍；三峽工程蓄水運用20年，這部分泥沙的來量相對初期10年有所減少，仍比蓄水前的來沙量相對增加。因此，三峽工程蓄水運用20年內，該組泥沙在城陵磯至漢口河段為先淤后沖；漢口至九江河段為淤積；九江至大通河段為先沖后淤。

3.4 典型水文年對中下游年來沙量的影響

在預測計算系列年中，三峽水庫出庫（宜昌站）年來沙量較小的年份有1969年型、1994年型，年來沙量較多的年份有1964年型、1968年型、1998年型。三峽工程蓄水運用10年、20年，宜昌站年輸沙量較少的1994年型為0.89，0.66億t，1969年型為0.9，0.98億t。這幾個少沙典型年的年輸沙量與三峽工程蓄水后2003年至2008年的來沙情況基本相近，而長江中下游螺山、漢口、大通站相對應的年來沙量分別為1.35～2.08億t，1.71～2.72億t和1.72～2.93億t，相對實際年來沙量分別減少45%～57%，20%～36%，25%～38%（表4），其中螺山減少較多，漢口、大通站兩站減少相對較少。對少沙年而言，上游下泄沙量少，中下游來沙量也相應減少。三峽工程蓄水運用初期漢口至大通河段呈微沖微淤狀態(tài)，而漢口以下段因支流、湖泊入匯的沙量不變，故水庫下泄沙量減少的影響比上段要小些。

對于年輸沙量較多的年份，三峽工程蓄水運用10年，20年，有1998年型2.76億t和2.82億t，1968年型2.47億t和2.59億t，1964年型2.22億t（宜昌站）。對應的長江中下游螺山、漢口、大通站年來沙量分別為3.41～3.91億t，4.71～4.97億t和4.48～4.87億t，相對實際年來沙量比較：1964年型三站年來沙量分別減少23%，14%，30%；1968年型三站年來沙量分別減少26%，8%，23%；1998年型三站年來沙量則相增加，約增加8%，32%，21%（表4）。對多沙年而言，上游下泄沙量多，中下游來沙量也相應多，九江至大通河段出現淤積。

綜上所述，三峽工程蓄水運用20年，長江中下游河段來沙量普遍減少，其中漢口以上段的來沙量受水庫下泄沙量的變化影響較大，漢口以下段因支流、湖泊入匯，來沙量變化的影響較弱些；不同粒徑組泥沙來量變化較大，與蓄水前多年平均值比，0.01～0.1 mm間的來量減少50%以上，小于0.01 mm的沙量減少20%～30%，大于0.1 mm的沙量則相對增加。由于壩下游河床沖刷補給，沿程各站輸沙量逐漸恢復，但仍小于蓄水前多年平均值。

4 三峽工程蓄水后實測資料對比

三峽工程蓄水運用6年來，進入長江中下游的年水量變化不大，宜昌站年水量減少9%，以下沿程控制站年水量減少1%～10%。但水庫下泄沙量已出現大幅度減少趨勢，依據長江中游干流宜昌至大通沿程各站2003－2008年年輸沙量實測資料統(tǒng)計（表5）：宜昌、沙市、監(jiān)利站年輸沙量較多年平均值減少88%，81%，73%，螺山、漢口和大通站年輸沙量也分別減少74%，69%，65%。從表5看出，三峽工程蓄水運用后宜昌站的輸沙量相對減少最多，宜昌以下減少幅度沿程遞減，受河床沖刷補給，使沿程沙量得到一定的恢復。

表5 三峽工程蓄水前后長江中游主要水文站徑流量和輸沙量統(tǒng)計Table 5 Statistics on runoff and transport volumes at several hydrological stations ofm iddle Yangtze River before and after TGP impoundment

三峽工程蓄水運用20年，宜昌站年輸沙量預測值比蓄水前多年平均值減少73%；沙市、監(jiān)利站年輸沙量預測值分別減少69%，50%；螺山、漢口、大通站年輸沙預測值分別減少42%，26%，29%。與蓄水后實測成果相比，宜昌及以下各站年輸沙量計算值減少趨勢與實測一致，其減少幅度偏小；宜昌以下各站輸沙量減少幅度沿程遞減規(guī)律與實測一致。由于預測采用的90年代系列年水沙條件（包括區(qū)間入匯），進入長江中下游的沙量（宜昌）比蓄水后的實際來沙量大一倍多，故沿程沙量預測值要比蓄水后的實際情況偏多。

表4 三峽工程蓄水運用初期主要站典型年來沙量變化Table 4 Change of com ing sediment amount at severalmain hydrological stations after TGP early operation

三峽工程2003年蓄水運用至2008年，入庫沙量偏少，2003－2008年年平均入庫沙量（寸灘＋武?。?.05億t，相應年平均出庫沙量（宜昌）0.61億t，這與計算系列年中的1994年型相近（表4）。1994年型入庫年輸沙量（寸灘＋武隆）為1.975億t，經三峽水庫淤積后，計算的出庫年沙量（宜昌）為0.66億t，與三峽工程蓄水后實測的入庫年平均值相差3.7%，與蓄水后實測的出庫年平均值相差－8.4%，表明相同來水來沙條件下水庫淤積計算及出庫沙量與實測值的差別較小。經過壩下游沖刷，螺山、漢口、大通站的年輸沙量與蓄水后的年平均值分別相差22%，37%，13%，除漢口斷面輸沙量預測值稍大外，螺山和大通兩站的輸沙量預測值與蓄水后年平均實測值基本相近。

以上預測成果與蓄水后實測成果對比分析表明，本研究成果合理可信，可供其他行業(yè)提供研究基礎。

5 結 語

（1）三峽工程蓄水后長江中下游年來水量變化不大，但年內分布有所改變，中枯水期延長，最小流量增加。其中蓄水期（10月）下泄流量減少，平均減少8 200 m3／s；預泄期（5月至6月上旬）下泄流量增加，平均增加3 700 m3／s。

（2）三峽工程蓄水后長江中下游河段來沙量普遍減少，其中漢口以上段的來沙量受水庫下泄沙量的變化影響較大，漢口以下段因支流、湖泊入匯，來沙量變化的影響較弱些；由于壩下游河床沖刷補給，沿程各站輸沙量逐漸恢復，但仍小于蓄水前多年平均值。

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（編輯：周曉雁）

Research on Change of Com ing Sediment and Com ing W ater of M iddle-Lower Yangtze River after TGP Early Operation

HU Xiang-yang，ZHANG Xi-bing，HUANG Yue
（River Research Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

The regulation of Three Gorges Reservoir（TGR）and reservoir deposition have changed the characteristics of coming water and coming sediment ofmiddle-lower Yangtze River，the sediment-laden entrancing the downstream of the Three Gorges Dam（TGD）has been greatly decreased，so clear water discharged over the spillway of the dam is scouring the river-beds and river banks and then sediment-laden volumes along distance are being gradually recovered.On the basis of previous studies，a 1-Dmathematicsmodel simulating TGR sedimentation and scouring-silting of the dam downstream was established with the conditions of TGR early 20-year operation and adding a new water-sediment series-year.Annual coming water volume，annual sediment transport amount and their changing trends along distance at several hydrologic stationswere analysed.The calculated results were compared with measured data，and corresponding valueswere basically close.So the results of this research are rational，believable.

TGP；middle-lower Yangtze River；annual water volume；transport sediment volume

TV141

A

1001－5485（2010）06－0004－06

2010-01-12

中國科學院知識創(chuàng)新重大項目（KZCX1－08－01－02－01）；“十一五”國家科技支撐計劃項目（2008BA29B08）；水利部公益性行業(yè)科研專項（200901003）

胡向陽（1964-），女，浙江東陽人，高級工程師，主要從事河道治理研究和管理工作，（電話）027-82829789（電子信箱）huxiangy2010＠163.com。