三峽水庫蓄水后中下游水沙條件變化及采砂管理對策

岳紅艷 ，姚仕明 ，2

（1.水利部長江水利委員會長江科學(xué)院，430010，武漢；2.清華大學(xué)水利水電工程系，100084，北京）

隨著流域經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，工程建設(shè)突飛猛進(jìn)，對砂石料的需求量越來越大，長江中下游河道采砂已經(jīng)成為支撐流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。但隨之帶來的河勢穩(wěn)定、防洪與通航安全、水生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及沿江涉水工程和設(shè)施的安全等問題也越來越嚴(yán)重，盲目和無序開采將不可避免地帶來負(fù)面影響，因此長江中下游河道采砂管理極為重要。河道采砂管理是一個(gè)涉及河道等自然系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展體系以及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的大系統(tǒng)的、動態(tài)的復(fù)雜課題。

自2003年以來，在多種因素的影響下，長江中下游干流河道來沙量和可利用沙量的銳減與沿江地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)對河道砂石的大量需求的矛盾越來越突出。在新的形勢下，如何根據(jù)實(shí)際情況，有效解決供需矛盾，堅(jiān)持“在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中保護(hù)砂源和在砂源保護(hù)中發(fā)展經(jīng)濟(jì)”的雙贏理念，將是長江中下游河道采砂管理亟待解決的問題。

一、三峽水庫蓄水運(yùn)用后下游水沙條件變化

長江中下游干流河道泥沙主要來源于長江宜昌以上干支流及中下游兩岸的支流、湖泊入?yún)R的泥沙。同時(shí)，對于局部河段當(dāng)其水沙條件或河床邊界條件發(fā)生較大變化，水流挾沙力處于次飽和狀態(tài)時(shí)，河岸發(fā)生崩塌與床面沖刷的泥沙被水流攜運(yùn)其下游堆積，這部分床沙也是其下游河段的泥沙來源。長江中下游干流河道中淤積的泥沙主要是0.05～0.5 mm的泥沙。據(jù)長江中下游干支流各站1981—2001年懸移質(zhì)泥沙輸沙量統(tǒng)計(jì)，宜昌至大通河段平均每年懸移質(zhì)泥沙沉積量為7 170萬t，其中粒徑大于0.05 mm和0.1 mm的懸移質(zhì)泥沙量分別為4 320萬t和2 580萬t，這也是長江河道采砂的主體部分。三峽水庫蓄水運(yùn)用后，由于沙量的變化以及由此造成的河床沖淤，長江中下游河道的泥沙供給條件將不可避免地發(fā)生新的變化。根據(jù)長江干流河段實(shí)測水沙資料，對三峽水庫下游水沙條件及河床沖淤變化，以及造成的采砂補(bǔ)給條件的變化進(jìn)行了分析。

1.水沙條件變化

與三峽水庫蓄水運(yùn)用前相比，宜昌2003—2007年徑流量變化相對較小，但下泄沙量減少較多，2003—2007年宜昌站年均輸沙量僅為6 674萬t，較蓄水前減少了86%。三峽水庫蓄水運(yùn)用后，大部分粗顆粒泥沙被攔截在庫內(nèi)，下泄泥沙明顯細(xì)化，年宜昌站懸沙中值粒徑范圍為0.0065～0.003 mm，與蓄水前的0.009 mm相比，出庫泥沙粒徑明顯偏細(xì)。蓄水后沿程各站輸沙量與蓄水前相比，呈明顯減小趨勢，減小幅度在50%～98%之間。沿程來看，各站輸沙量減小幅度遞減，表明沿程有泥沙補(bǔ)給。

由于出庫含沙量較建庫前相比偏小，可能將引起沿程懸沙和床沙的粗化現(xiàn)象發(fā)生。以武漢河段漢口站為例分析三峽蓄水運(yùn)用前后懸移質(zhì)泥沙特征值變化情況，見表1。

據(jù)2005年長江泥沙公報(bào)顯示，進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，長江上游來沙量明顯減少。據(jù)長江委水文局研究成果表明，水庫攔沙和水土保持減沙是導(dǎo)致三峽水庫輸沙量減小的主要原因。人類活動是導(dǎo)致三峽水庫近期沙量大幅度減小的主要因素。與1990年前相比，1991—2005年人類活動年新減沙量為1.187億t，占總減沙量的75%。

盡管三峽水庫運(yùn)用后武漢河段的來沙總量有所減少，但懸移質(zhì)多年平均中值粒徑略有增加，懸移質(zhì)多年（1987—2002年）平均中值粒徑由三峽工程蓄水前的0.010 mm增為三峽水庫建成后多年（2003—2008年）平均中值粒徑的0.014mm。同時(shí)懸移質(zhì)大于0.125 mm的沙重百分比也有所增加，由多年平均（1987—2002年）的7.8%增為三峽水庫建成后的22.7%，這一變化表明三峽工程建成后武漢河段懸沙有所粗化。武漢河段上段床沙中值粒徑由1999年的0.153 mm變?yōu)榻鼛啄辏?003—2007年）的0.177～0.183 mm，武漢河段下段床沙中值粒徑由1998年的0.102 mm變?yōu)榻鼛啄辏?003—2007年）的 0.129～0.156 mm，這一變化表明三峽工程建成后武漢河段床沙也有粗化的跡象。

2.沿程河床沖淤及河床組成變化

2003年10月—2007年10月，宜昌至湖口河段總體表現(xiàn)為 “灘槽均沖”，平灘河槽總沖刷量為4.96億m3，平均沖刷強(qiáng)度為52萬m3/km；河道沖刷以基本河槽為主，其沖刷量為4.31億m3，平均沖刷強(qiáng)度為45萬m3/km，占平灘河槽沖刷量的87%，見表2。

三峽水庫蓄水運(yùn)用后，2003—2007年宜昌站床沙中值粒徑分別為0.320 mm、0.402 mm、0.480 mm、0.680 mm和11.7 mm，較蓄水前枯水期床沙中值粒徑0.30 mm增大較多，逐年粗化的趨勢明顯，見表3。三峽水庫蓄水運(yùn)用后，宜昌以下沿程各站如枝城站、沙市站、監(jiān)利站床沙粒徑總體略有粗化，造床的床沙質(zhì)至監(jiān)利已基本恢復(fù)，這也充分反映了近壩段和荊江河段的沿程沖刷特點(diǎn)，但其床沙粗化趨勢不如宜昌站明顯。三峽水庫蓄水運(yùn)用后，螺山站、漢口站床沙中值粒徑變化不明顯，說明壩下游河段的沖刷有自上而下的沖刷過程，城陵磯以下河段沖淤變化相對較小。

表1 漢口站懸移質(zhì)泥沙特征值

表2 三峽水庫蓄水運(yùn)用后宜昌至湖口河段沖淤統(tǒng)計(jì)表

表3 三峽工程蓄水后長江中下游主要水文站床沙變化統(tǒng)計(jì)表

3.預(yù)測成果

根據(jù)長江科學(xué)院一維數(shù)學(xué)模型計(jì)算成果，三峽水庫運(yùn)用初期（前20年），由于泥沙在庫區(qū)的大量淤積，長江中下游河道來沙量普遍減少，其中漢口以上河段的來沙量受水庫下泄沙量的影響較大，漢口以下河段因支流、湖泊的入?yún)R，來沙量變化的影響較弱。長江上游水庫修建后，進(jìn)入長江中下游的沙量會進(jìn)一步減少，三峽水庫運(yùn)用11～20年，螺山、漢口、大通站的年沙 量 分 別 為 2.34 億 t、2.99 億 t、2.98億t，較上游不建庫減少了16.4%、15.7%、15.2%，較蓄水前多年平均減少了44%、26%、31%。與蓄水前相比，不同粒徑組泥沙來量變化較大，較蓄水前多年平均值0.01～0.1 mm的來沙量減少50%以上，小于0.01 mm的沙量減少20%～30%。

由于沙量的減少，長江中下游產(chǎn)生了自上而下的沖刷，其中三峽工程蓄水運(yùn)用初期（前20年）沖刷主要集中在荊江河段，城陵磯以下河段沖刷強(qiáng)度較小。由于上游的大幅度沖刷，泥沙不斷從河床沖刷補(bǔ)給，同時(shí)由于支流入?yún)R的作用，漢口以下河段粒徑大于0.1 mm的泥沙沿程增加。因此，定性上來看，三峽水庫運(yùn)用初期，漢口以下河段的泥沙補(bǔ)給影響較小，采砂后采區(qū)泥沙仍能得到補(bǔ)給。

二、三峽水庫蓄水后長江河道采砂對策

1.加強(qiáng)三峽水庫蓄水運(yùn)用后長江中下游干流河道水沙條件和河勢變化的研究

泥沙來量和沖淤部位對于河道采砂至關(guān)重要，為了作好三峽水庫蓄水后的長江河道采砂規(guī)劃和管理，首先要加強(qiáng)對三峽水庫蓄水后的水沙條件變化及河勢變化的研究，摸清沿程各站的泥沙來量、補(bǔ)給情況以及沖淤部位的變化。同時(shí)，由于水沙條件直接影響到河勢的變化，對于淺灘及航道條件也具有重要的影響，因此，對其進(jìn)行研究是三峽水庫蓄水后長江中下游河道采砂規(guī)劃和管理的基礎(chǔ)。

2.科學(xué)確定年度采砂控制總量

考慮到三峽水庫蓄水后上游來沙減少的實(shí)際情況，應(yīng)科學(xué)合理地控制長江中下游河道采砂的總量。根據(jù)沿程主要控制測站的輸沙量變化以及區(qū)間各段的沖淤情況，分不同時(shí)段和不同河段合理調(diào)整已有規(guī)劃。如前所述，三峽水庫蓄水后前20年，沖刷主要集中在荊江河段，上游來沙減少對漢口以下河段的影響不大。因此，此時(shí)宜昌—武漢河段的年度采砂總量應(yīng)考慮該段沖刷劇烈的實(shí)際情況適當(dāng)酌減，而漢口以下河段的年度采砂控制總量可大致維持已有規(guī)劃。同時(shí)，考慮到水文系列年自身的豐、中、枯的差異，可適當(dāng)根據(jù)宜昌年下泄沙量的不同情況，對中下游各河段年度采砂控制總量進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

3.實(shí)行可采區(qū)的動態(tài)規(guī)劃

針對三峽水庫蓄水后的不同階段，以及不同河段的演變特點(diǎn)，對可采區(qū)的位置確定實(shí)行動態(tài)規(guī)劃。根據(jù)已有研究可知，隨著三峽水庫蓄水進(jìn)程的不斷發(fā)展，水沙條件的變化會帶來不同河段的局部河勢調(diào)整，對于堤防安全、防洪形勢以及航槽位置均可能造成重要影響。主航道的定線不是一成不變，而必須根據(jù)水沙條件和洲灘格局的變化不斷有所調(diào)整。而可采區(qū)位置、范圍和開采高程的確定，必須考慮上述影響。此外，對于修訂后的《長江中下游干流河道采砂規(guī)劃》中的保留區(qū)，經(jīng)分析研究當(dāng)開采條件成熟時(shí)可在規(guī)劃期內(nèi)改變?yōu)榭刹蓞^(qū)。

4.進(jìn)一步加強(qiáng)采砂管理的有效性

依法、科學(xué)、有序的管理是維護(hù)長江河道采砂安全的有效措施。首先應(yīng)該理順管理體制，全力推進(jìn)保障體系建立。沿江各級水行政主管部門應(yīng)承擔(dān)起采砂管理的主體職責(zé)，建立水利、航道、海事、公安等部門的有效配合及協(xié)調(diào)機(jī)制，逐步建立和推行責(zé)任追究機(jī)制，進(jìn)一步加強(qiáng)隊(duì)伍建設(shè)。其次，應(yīng)建立采砂管理突發(fā)事件的應(yīng)急反應(yīng)機(jī)制，嚴(yán)厲打擊非法采砂，確保采砂管理的可控狀態(tài)。最后，應(yīng)加強(qiáng)采砂的規(guī)劃工作，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提出創(chuàng)新性規(guī)劃思路，為科學(xué)管理提供依據(jù)。

三、結(jié) 語

隨著沿江經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，對河道砂石的需求不斷增加。三峽水庫蓄水運(yùn)用后，由于來沙量的減少以及河床沖淤的變化，長江中下游干流河道來沙量和可利用沙量的銳減與沿江地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)對河道砂石的大量需求之間的矛盾越來越突出。在新的形勢下，為了保障長江河道采砂安全，應(yīng)加強(qiáng)三峽水庫蓄水運(yùn)用后長江中下游干流河道水沙條件和河勢變化的研究、科學(xué)確定年度采砂控制總量、實(shí)行可采區(qū)動態(tài)規(guī)劃以及進(jìn)一步加強(qiáng)采砂管理的有效性。

[1]吳志廣,李峻,馬水山,趙義.長江河道采砂管理實(shí)踐與展望[J].人民長江，2006，37（10）.

[2]黃悅,董耀華.三峽工程對長江中下游河道采砂影響及對策[J].人民長江,2008,39（1）.

[3]周勁松.初論長江中下游河道采砂與河勢及航道穩(wěn)定 [J].人民長江,2006，37（10）.