三峽水庫135 m蓄水階段長江萬州—涪陵河段泥沙淤積特性分析

胡 江，張 鵬，黃原森

(1.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶400074;2.重慶通洋公路工程公司，重慶400067)

三峽水庫從2003年6月—2006年9月按135-139m方式蓄水運行，其回水末端位于涪陵李渡附近，常年庫區(qū)在豐都以下。三峽水庫蓄水運行后的泥沙淤積一直是各方面關(guān)注的重要問題，它不僅關(guān)系到三峽水庫的調(diào)度運行及安全營運，也關(guān)系到水庫運行后庫區(qū)航道的通航條件。所以，從三峽水庫論證階段開始直到現(xiàn)在，泥沙淤積作為最重要的問題之一被多方面論證，并獲得了大量的成果［1-9］。這些成果大多是通過物理模型及數(shù)學(xué)模型獲得的，總體來看，各家研究單位對于三峽水庫泥沙問題的基本結(jié)論是一致的。但是限于三峽泥沙問題的復(fù)雜性、不確定性以及本學(xué)科的發(fā)展水平，對于三峽成庫后具體的泥沙淤積分布、形態(tài)、淤積量等，則需要成庫后的實際情況來加以檢驗、修正。筆者主要從三峽水庫135 m蓄水階段萬州至涪陵河段的實測資料分析該河段泥沙淤積規(guī)律，給科學(xué)合理的決策及以后的進一步研究提供依據(jù)。

1 河道概況

萬州—涪陵李渡河段全長約213 km，距三峽大壩里程約281～494 km。該河段屬于長江上游典型的山區(qū)型河道，平面呈西南—東北走向，多連續(xù)彎道，蜿蜒于低山丘陵地帶之中。洪水陡漲陡落，天然情況下洪枯水流量相差超過20倍，水位漲落變幅達(dá)30 m;江面坡陡流急，汛期水面平均比降約0.25‰，表面流速達(dá)3 m/s，在峽谷河段最大比降可達(dá)1.5‰，表面流速超過5 m/s;河床寬窄相間，其河道最寬在忠縣皇華城分汊段處近2 000 m，而最窄處在朱家嘴等峽口處不足300 m;河床斷面呈典型的“V”型或“U”型，河床地形沿程起伏較大，整體落差約40 m，深泓線最大高差約80 m。

為了研究成庫后萬州—涪陵河段的泥沙淤積情況，對該河段2002年和2006年進行了兩次全河道地形測圖，比例為1∶5 000，并在研究河段內(nèi)布置了102個典型測量斷面，每年汛前、汛期及汛后的蓄水期對河道橫斷面地形、床沙組成等進行了測量。萬州—涪陵河段河勢及測量斷面布置見圖1。

圖1 萬州—涪陵河段河勢Fig.1 Schematic diagram of the Yangtze River from Wanzhou to Fuling

2 泥沙淤積特性分析

2.1 泥沙淤積量

三峽水庫自2003年6月—2006年9月按照135-139m蓄水后，萬州—豐都河段屬于常年庫區(qū)以內(nèi)，豐都—涪陵李渡河段則屬于變動回水區(qū)。利用萬州—李渡河段在三峽蓄水前2002年12月測圖、2006年5月測圖，以及全河段內(nèi)102個固測斷面地形，對比分析了該河段的泥沙淤積分布規(guī)律。表1統(tǒng)計了該河段泥沙淤積總量的分布。

表1 135-139m蓄水涪陵—萬州河段沖淤量計算Tablel 1 Calculated sedimentation from wanzhou to Fuling during 135-139 m operational phase

在三峽水庫按照135-139m運行階段，李渡—萬州河段內(nèi)共有20處淤積，3處沖刷，淤積總量約為1.6 億 m3，沖刷總量約為0.04 億 m3，扣除沖刷后全河段淤積凈總量約為1.56億m3。其中，豐都楠竹壩(232#斷面，航道里程458 km)以下的河段，發(fā)生淤積共計17處，有1處沖刷，泥沙凈淤積量約為1.50億m3，約占全河段淤積量的96.2%。

處于變動回水區(qū)的豐都以上河段泥沙淤積較少，僅在烏江交匯口下游郭家嘴(266#斷面，航道里程533 km)、土腦子河段(253#斷面，航道里程507 km)和鳳尾壩洲尾(航道里程480 km)等3處有所淤積，其余河段沒有發(fā)生明顯淤積;在清溪場下游的銀鑼堆以及李渡附近猴子石河段甚至有所沖刷。豐都鳳尾壩以上至李渡河段總共3處淤積、2處沖刷，泥沙凈淤積量約為0.06億m3，約占全河段淤積量的 3.8%。

2.2 淤積的分布

圖2為135-139 m蓄水階段萬州—涪陵河段泥沙淤積平面分布。由圖可見，李渡—萬州河段內(nèi)沒有發(fā)生普遍淤積的現(xiàn)象，不管是常年庫區(qū)內(nèi)還是變動回水區(qū)內(nèi)，泥沙淤積都不是大面積、連續(xù)性分布，且大量泥沙淤積發(fā)生在常年庫區(qū)豐都以下的河段內(nèi)，尤以楠竹壩、忠縣皇華城等河段淤積最為嚴(yán)重。

圖2 萬州—涪陵河段主要淤積區(qū)域分布示意Fig.2 Main area of sedimentation from Wanzhou to Fuling

分析該河段各重點淤積區(qū)域可知，泥沙淤積主要發(fā)生在以下一些地方:

1)連續(xù)彎曲河段，而且河道彎曲半徑越小，則泥沙淤積也越嚴(yán)重。位于豐都以下的楠竹壩—武陵鎮(zhèn)河段平面上呈連續(xù)彎曲的形態(tài)，共有16處淤積體分布在該河段內(nèi)，泥沙淤積最重的皇華城河段也是平面形態(tài)最為彎曲的河段，其最大淤積厚度達(dá)到33 m(圖3(a))。而萬州—武陵鎮(zhèn)河段僅有2處發(fā)生淤積，也發(fā)生在較寬的微彎河段。

2)江心洲的洲尾。豐都上下游約40 km河段僅有1處發(fā)生淤積，即鳳尾壩洲尾淤積。

3)輸沙不暢河段的深槽內(nèi)。烏江交匯口下游郭家嘴河道窄深，且位于變動回水區(qū)末端，受回水影響，泥沙輸移至此無法全部輸向下游，于是在深槽內(nèi)堆積起來形成深槽淤積。

4)汛期兩岸的回水沱內(nèi)，如西界沱。

圖3 皇華城彎道段淤積示意Fig.3 Sedimentation distribution in Huanghuacheng reach

2.3 河床最大粒徑的沿程變化

水庫蓄水以后，庫區(qū)河道比降減緩，水流流速減小，河道輸沙能力減弱，必然引起泥沙的沿程淤積，從而導(dǎo)致床沙分布的沿程變化。

對蓄水前與蓄水后萬州—重慶河段沿程床沙最大粒徑分析(圖4)可知，135 m蓄水后的2005、2006兩年間，豐都以上河段床沙最大粒徑同蓄水前相比沒有明顯變化;部分河段甚至有所粗化，說明有部分推移質(zhì)淤積在變動回水區(qū)段。而豐都—萬州之間，蓄水前該河段最大粒徑超過100 mm，蓄水后2005—2006年間采樣的最大粒徑差不多在0.1～1.0 mm之間;但同時，該河段床沙變細(xì)的趨勢不連續(xù)，河段之間有些部位床沙最大粒徑同蓄水前相比變化不大。由此也說明三峽135-139 m蓄水期間，細(xì)顆粒泥沙大量淤積在豐都—萬州河段，但泥沙淤積不是呈連續(xù)分布。

圖4 蓄水前后萬州—涪陵河段河床最大粒徑沿程變化Fig.4 Variation of the maximum particle-size along the Yangtze River from Wanzhou to Fuling

2.4 淤積體組成物級配分析

對萬州—豐都河段內(nèi)蓄水后各淤積體上斷面粒徑分布及泥沙級配進行對比分析可知，淤積體上泥沙呈逐年變細(xì)的趨勢。如位于萬州思娘溪的淤積體上的175#斷面(圖5)，自蓄水以來右岸呈逐年累積性淤積的趨勢，而淤積體上的床沙中值粒徑2004年時約為0.2 mm，2006 年約為0.014 2 mm，2007 年則為0.007 mm;2004年最大最小粒徑約為0.5 mm、0.012 mm，2006及2007年最大最小粒徑則相差不大，為 0.25 mm 和 0.004 mm 左右。

圖5 萬州思娘溪淤積體床沙級配變化Fig.5 Gradation variation of sediment body at Siniangxi reach in Wanzhou

從萬州—豐都河段內(nèi)17個淤積體上的級配曲線分析，淤積泥沙中值粒徑2004年基本上為0.2 mm，2005年以后一般都在0.02 mm 以下，而粒徑在0.1 mm以下的泥沙多數(shù)淤積體上占到了95%以上?？傮w來看，該河段泥沙淤積主要是0.1 mm以下的細(xì)沙。

3 分析

三峽水庫論證階段的泥沙研究成果表明［1］，在水庫運行的前10年，壩前至涪陵之間的庫區(qū)河段普遍呈累積性淤積的趨勢，其中涪陵至豐都間泥沙淤積量約為2.03億m3，豐都至三峽壩前泥沙淤積量約為27.73億m3。而從三峽水庫2003年蓄水以后的實際情況來看，不管是在泥沙淤積量上還是淤積分布來看，都存在不小的差別。就其可能的原因:

1)隨著近年來長江流域水土保持的加強以及上游建庫攔沙，導(dǎo)致來沙量大大減小，三峽原有論證階段采用的1961—1970水沙系列較1991—2000系列水量相差不大，但來沙量卻減少了約60%。

2)由于三峽水庫為大型山區(qū)河道型水庫，河道寬窄相間，河床高低起伏，加上水庫在汛期低水位運行排洪排沙，成庫后多處峽谷型河段在汛期仍然具有足夠的流速沖走淤積下來的泥沙，導(dǎo)致泥沙不能在全河段呈連續(xù)的累積性淤積分布。

3)三峽水庫常年庫區(qū)內(nèi)淤積泥沙較細(xì)，一般粒徑在0.03 mm以下，目前對于大水深條件下該類泥沙的沉降與懸浮機理認(rèn)識不夠，影響了泥沙預(yù)測的精度。

4 結(jié)語

利用三峽水庫2003年蓄水后的實測資料分析了135-139 m蓄水階段萬州—涪陵河段的泥沙淤積特性。結(jié)果表明，該河段內(nèi)共有20處泥沙淤積，3處沖刷，凈淤積量約為1.56億m3。其中，豐都楠竹壩以下的河段發(fā)生淤積共計17處，泥沙凈淤積量約為1.50億m3，約占總淤積量的96.2%。分析結(jié)果也表明，該河段內(nèi)泥沙淤積不是大面積、連續(xù)性的分布，而是重點淤積在連續(xù)彎曲、寬谷等類型的河段，順直型或窄槽型河段淤積較少。泥沙淤積導(dǎo)致該河段沿程的床沙粒徑逐漸細(xì)化，2005年以后，豐都以下淤積的泥沙中值粒徑基本在0.02 mm以下。

由于三峽水庫的獨有特點，其泥沙淤積特性與其他的水庫淤積相差較大?？紤]到三峽水庫175 m蓄水后水位將進一步大幅抬升，泥沙淤積也將進一步加重，因而有必要在大量實測資料分析的基礎(chǔ)上，對三峽水庫的泥沙淤積趨勢及可能的航道礙航問題進行深入的研究。

［1］ 水利電力部科學(xué)技術(shù)司.三峽工程泥沙問題研究成果匯編(160-180米蓄水位方案)［G］.北京:水利電力部科學(xué)技術(shù)司，1988.

［2］ 三峽工程泥沙專家組.三峽工程泥沙問題研究“九五成果匯編”［G］.北京:三峽工程泥沙專家組，2002.

［3］ 潘慶燊.三峽工程泥沙問題研究［M］.北京:中國水利水電出版社，1999.

［4］ 三峽工程泥沙專家組.長江三峽工程泥沙問題研究(2001—2005)［M］.北京:三峽工程泥沙專家組，2008.

［5］ 邱喜，尹崇清.三峽水庫運行后重慶河段泥沙淤積影響研究［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2008，27(6):1146-1150.

Qiu Xi，Yin Chongqing.Impact study of sediment deposition on Chongqing river reach after running the Three Gorges Reservoir［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science，2008，27(6):1146-1150.

［6］ 韓其為，何明民.論三峽水庫泥沙淤積的控制——處理三峽水庫泥沙的策略與措施［J］.泥沙研究，1996(1):1-19.

Han Qiwei，He Mingmin.Sedimentation control of the Three Gorges Reservoir［J］.Journal of Sedment Research，1996(1):1-19.

［7］ 陳建，李義天，孫東坡，等.水庫調(diào)度方式對三峽水庫泥沙淤積的影響［J］.武漢大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版，2008，41(5):18-22.

Chen Jian，Li Yitian，Sun Dongpo，et al.Impact of operation regulation on sedimentation of Three Gorges Reservoir［J］.Engineering Journal of Wuhan University，2008，41(5):18-22.

［8］ 梁棲蓉，黃煜齡.三峽水庫泥沙淤積預(yù)估［J］.長江科學(xué)院院報，1994，11(3):1-8.

Liang Xirong，Huang Yuling.Estimation of sediment deposition in Three Gorges Reservoir［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institue，1994，11(3):1-8.

［9］ 陳建，李義天，鄧金運，等.水沙條件變化對三峽水庫泥沙淤積的影響［J］.水力發(fā)電學(xué)報，2008，27(2):97-102.

Chen Jian，Li Yitian，Deng Jinyun，et al.Influence on deposition of the Three Gorges Reservoir caused by the change of water silt conditions［J］.Journal of Hydroelectric Engineering，2008，27(2):97-102.