三峽庫尾泥沙資源化現(xiàn)狀及建議*

金中武，邱詩靈，吳華莉

(1.長江科學(xué)院，武漢 430010;2.重慶市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，重慶 400020)

三峽庫尾河段采砂活動(dòng)由來已久，近年來隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平提高，長江上游特別是川渝等地對(duì)砂石資源的需求巨大。三峽水庫蓄水后入庫泥沙逐漸淤積，適合作為建筑材料的粗砂 (d≥0.1mm)在庫尾河段淤積較多，在不影響河勢(shì)穩(wěn)定、航道條件、防洪等前提下，適當(dāng)進(jìn)行砂石資源的開采，將有利于減少水庫淤積、維持防洪庫容、保障庫尾航運(yùn)安全。可以將水庫減淤和采砂管理有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)水庫安全運(yùn)行和規(guī)范化采砂“雙贏”。

1 三峽庫尾河道特性

考慮到三峽工程各階段蓄水運(yùn)用影響，壩前水位135m時(shí)，回水末端位于南沱至涪陵之間，距三峽大壩454～487.7km;壩前水位139m時(shí)，回水末端位于北拱至大河口之間，距大壩503.8～514.8km;壩前水位156m時(shí)，回水末端在銅鑼?shí){附近，距三峽大壩約598km;2008年10月，試驗(yàn)性蓄水期，當(dāng)壩前水位172m時(shí)，回水末端在塔坪附近，距三峽大壩683km;2009～2010年，壩前水位175m時(shí)，回水末端在江津附近，相應(yīng)常年回水區(qū)在長壽附近。本次研究主要考慮三峽水庫175m蓄水影響，庫尾河段研究范圍擬定為上起重慶江津，下至位于涪陵附近的清溪場(chǎng)，長約200km，涉及重慶市主城區(qū)、洛磧長壽區(qū)及涪陵區(qū)。

該河段位于川江中段，流經(jīng)峽谷、丘陵和階地之間，河床穩(wěn)定，主要組成為基巖和覆蓋層兩大類，以基巖為河床總體框架，并在部分基巖面上堆積著厚度不一的、由多類物質(zhì)組成的覆蓋層。河道平面形態(tài)復(fù)雜，岸邊多石梁凸嘴，有的河段江中礁石密布、分布散亂，使水流形成不良流態(tài)。河床底部高低起伏較大，河床寬窄相間，深槽與淺灘交替出現(xiàn)。寬闊河段洪水河寬1000～1500m，江中多出現(xiàn)大的邊灘或江心洲，形成各類淺灘。自重慶主城區(qū)以下有銅鑼?shí){、黃草峽、明月峽及剪刀峽四個(gè)峽谷河段，洪水河寬300～400m，枯水河寬最窄處不足150m。枯水期平均縱比降0.17‰，洪水期略有增加，為0.2‰左右。一般河段枯水期平均流速1～3m/s，急流河段表面流速可達(dá)到4m/s以上。河段內(nèi)有九龍坡、銅元局、豬兒磧、銅鑼?shí){、郭家沱、野土地、水葬、明月峽、大箭灘、上洛磧、下洛磧、黃草峽、青巖子、牛屎磧、剪刀峽等淺灘或險(xiǎn)灘。

三峽庫尾河段處在揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)四川臺(tái)坳，地殼比較穩(wěn)定，斷裂稀少，地震活動(dòng)弱，主要為巖質(zhì)岸坡，岸坡巖性主要為侏羅系、白堊系紅色砂巖、泥巖，局部分布有三疊系的灰?guī)r。沿江兩岸大部分岸坡穩(wěn)定條件較好，抗沖刷能力較強(qiáng)。

2 三峽入庫砂石資源特性

三峽入庫砂石資源中，有入庫懸移質(zhì)泥沙中的粗顆粒泥沙、推移質(zhì)泥沙及河床邊界泥沙。

2.1 入庫懸移質(zhì)泥沙

三峽水庫175m蓄水方案，回水末端至重慶主城區(qū)河段以上，庫尾范圍約為200km。基于研究目的，庫尾水沙特性分析選取長江干流朱沱水文站、嘉陵江北碚水文站和烏江武隆站、長江干流寸灘水文站為庫尾河段內(nèi)分段控制站，進(jìn)行各水文站沙量變化特性分析。表1統(tǒng)計(jì)了三峽入庫主要控制水文站懸移質(zhì)中的粗沙輸移量 (d≥0.1mm)變化情況。

表1 三峽入庫主要水文站各時(shí)段沙量統(tǒng)計(jì)

從表1可以看出，三峽入庫沙量呈減少趨勢(shì)，如朱沱站多年平均懸移質(zhì)中的粗沙輸移量有4290萬t，2006～2010年減少為年均1830萬t。近年來，三峽入庫懸移質(zhì)中的粗沙輸移量仍然可觀，2006～2010年朱沱、北碚和武隆站的年均粗沙輸移量之和為1994萬t。

2.2 入庫推移質(zhì)泥沙

長江上游寸灘站礫卵石推移質(zhì) (D＞10mm)觀測(cè)較早，1974年相繼在朱沱、萬縣站開展觀測(cè)，2002年起，嘉陵江東津沱站和烏江武隆站進(jìn)行礫卵石(D＞2mm)推移質(zhì)測(cè)驗(yàn) (見表2)。根據(jù)對(duì)宜賓至宜昌河段卵石推移量觀測(cè)統(tǒng)計(jì)，近年來長江上游卵石推移來量呈減少現(xiàn)象。2003年以前，長江干流朱沱、寸灘、萬縣多年平均礫卵石推移量分別為26.9萬t、22.0萬t、34.1萬t，2002年東津沱和武隆站分別為0.053萬t、18.7萬t。2003～2006年朱沱、寸灘、萬縣站平均推移量分別為16.8萬t、4.84萬t、0.48萬t，東津沱和武隆站分別為1.00萬t、11.2萬t。三峽水庫156m蓄水以后，上游卵石基本沉積在豐都以上河段。近期上游卵石來量在不考慮宜賓至朱沱沿江開采及區(qū)間河段補(bǔ)給的情況下，長江上游河段卵石沉積量約在27.5萬t左右。

表2 各測(cè)站礫卵石推移量測(cè)量成果

長江上游沙質(zhì)推移質(zhì)觀測(cè)資料較少，1991年寸灘開始施測(cè)沙質(zhì)推移質(zhì) (D＜2mm)，1991～2007年沙質(zhì)推移質(zhì)平均輸沙量為24.1萬t，推懸比不到1%，近期沙質(zhì)推移質(zhì)泥沙大部分將沉積在清溪場(chǎng)以上的，水庫變動(dòng)回水區(qū)范圍內(nèi)。

2.3 河床邊界泥沙

三峽庫尾河段位于低山丘陵向高山峽谷河道過渡段，兩岸為山巖或階地，河床泥沙多為卵石和粗沙。庫尾河段河床覆蓋層薄，但局部寬闊河段磧壩部位覆蓋層相對(duì)較厚，最大可達(dá)20～30m。三峽水庫蓄水后，河道泥沙淤積，河床組成細(xì)化。根據(jù)2006～2009年庫尾河段河床質(zhì)取樣觀測(cè)，李渡～銅鑼?shí){河段2006年泥沙中值粒徑為73.9mm，2009年中值粒徑下降至21.6mm，總體上仍以卵石夾沙河床為主。但在庫尾河段下段相對(duì)寬闊區(qū)域，河床表層覆蓋物已為細(xì)沙和極細(xì)沙。詳見表3。

表3 庫尾河段實(shí)測(cè)表層干容重及粒徑成果

3 采砂現(xiàn)狀

目前，長江庫尾河段采砂主要以水采為主，多用吸沙泵式采砂船，開采卵石的采砂船則使用鏈斗式挖掘機(jī)。三峽水庫蓄水期，庫尾河段沿程水深變化較大，不同水深對(duì)采砂船功率要求有較大的變化。水深較大河床上采砂要求較大功率的吸沙泵。蓄水期庫尾下段水深較大，采砂船功率一般在500～1250馬力之間，庫尾河道上段及主城區(qū)河段采砂船功率較小，一般在150～350馬力左右。據(jù)此初步統(tǒng)計(jì)，2010年采點(diǎn)65個(gè)，2011年采點(diǎn)達(dá)到86個(gè)，采點(diǎn)數(shù)量出現(xiàn)明顯增加情況。2010年許可開采721萬t，2011年許可開采947 萬 t。

4 采砂存在的主要問題

4.1 采砂管理前期工作滯后

目前，河道采砂活動(dòng)缺乏全面、統(tǒng)一的規(guī)劃，使得采砂審批許可和管理缺乏科學(xué)依據(jù)。無規(guī)劃指導(dǎo)的采砂活動(dòng)，將給河勢(shì)穩(wěn)定、防洪安全、通航安全、水生態(tài)與環(huán)境保護(hù)、涉水工程及設(shè)施正常運(yùn)用帶來較大影響。

4.2 采砂管理隊(duì)伍不健全

長江上游三峽庫尾河道采砂管理戰(zhàn)線長，各地沒有專門的采砂管理機(jī)構(gòu)，管理人員偏少，缺乏滿足采砂現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管的執(zhí)法隊(duì)伍，同時(shí)，缺乏專用執(zhí)法裝備和專項(xiàng)管理及執(zhí)法經(jīng)費(fèi)，采砂管理能力薄弱，與采砂管理的要求不相適應(yīng)，采砂的日常監(jiān)管與集中整治工作困難。采砂管理地方政府行政首長負(fù)責(zé)制尚未落實(shí)到位，有的地方水行政主管部門對(duì)采砂管理重要性的認(rèn)識(shí)不夠，采砂管理責(zé)任制體系未完全建立。

4.3 有關(guān)部門對(duì)采砂管理思想不統(tǒng)一

由于采砂活動(dòng)涉及水行政、航道、海事多部門權(quán)限范圍，各個(gè)部門管理思路存在差異，在缺乏規(guī)劃指導(dǎo)下，加重了主管單位管理難度，難于全面管理到位。

5 兩點(diǎn)建議

5.1 控制采砂位置

據(jù)有關(guān)研究成果，變動(dòng)回水區(qū)淤沙顆粒沿程分布為:總趨勢(shì)是上游粗，愈往下游愈細(xì);橫向上的分布是槽粗灘細(xì)。卵石主要淤積在變動(dòng)回水區(qū)上端，但隨著水庫運(yùn)行時(shí)間增長而逐漸向下游推移，少量卵石過銅鑼?shí){。各種顆粒的泥沙都參與了變動(dòng)回水區(qū)的累積性淤積，江津附近至銅鑼?shí){河段內(nèi)淤積的泥沙中，小于0.05mm的占總淤積量的27%～32%，大于0.1mm的粗沙，淤在銅鑼?shí){以上的較多，約占33%。粗顆粒主要淤在主槽，細(xì)顆粒主要淤在邊灘，如以建庫后消落期的枯水水邊線劃分邊灘和主槽，則淤積量的70%淤在邊灘，30%淤在主槽。三峽水庫蓄水運(yùn)用后，變動(dòng)回水區(qū)淤沙顆粒沿程分布及橫向分布均有利于采砂區(qū)的規(guī)劃與布置，但在泥沙淤積區(qū)即邊灘或者河槽設(shè)置采砂點(diǎn)，有可能影響或者破壞原有的航道條件，應(yīng)引起采砂規(guī)劃、采砂施工等有關(guān)部門重視，并采取應(yīng)對(duì)措施。

5.2 控制采砂量

近期水利部門正在組織采砂規(guī)劃的編制，結(jié)合上游以往來沙情況和水庫淤積特點(diǎn)，原則上年控制開采量不超過年均懸移質(zhì)d≥0.1mm泥沙沉積量的50%是合適的，同時(shí)，隨著三峽水庫建成運(yùn)行，三峽庫尾河段流速減小致使沿程泥沙發(fā)生淤積，適量開采有利于減小庫區(qū)的泥沙淤積。綜合分析認(rèn)為，三峽庫尾河段年度采砂總量控制在1000萬t左右是比較合適的。

6 結(jié)語

三峽水庫泥沙淤積雖然對(duì)防洪、發(fā)電、航運(yùn)等所帶來的是不利影響，但給采砂提供了泥沙資源，為庫區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展開辟了另一條致富之路，更能體現(xiàn)三峽水庫的綜合效益。三峽水庫蓄水運(yùn)用30年，庫區(qū)淤積53億～89.6億m3，年淤積量1.7億～3.0億 m3，變動(dòng)回水區(qū) (豐都以上)淤積6.9億～12.7億m3，年淤積量0.23億～0.42億m3，如果變動(dòng)回水區(qū)保持每年采砂0.3億～0.55億t(按平均容重1.3t/m3計(jì))，可減少庫區(qū)淤積、增加庫容7億～13億m3。因此，三峽水庫泥沙淤積為庫區(qū)泥沙資源可持續(xù)提供了機(jī)遇，同時(shí)，采砂也使水庫防洪、發(fā)電、航運(yùn)等綜合效益得到進(jìn)一步發(fā)揮。

［1］金中武，范北林，徐海濤．三峽水庫變動(dòng)回水區(qū)泥沙問題研究［J］．水利水電技術(shù)，2009(5):14-18．

［2］金中武，盧金友，徐海濤．長江上游推移質(zhì)泥沙輸移特性分析［J］．人民長江，2008(18):63-66．

［3］盧金友，金中武，郭煒，徐海濤．長江上游推移質(zhì)泥沙輸移研究［J］．長江科學(xué)院院報(bào)，2009(1):5-8．

［4］李大志，張細(xì)兵，等．三峽水庫庫尾采砂現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告［R］．長江水利委員會(huì)長江科學(xué)院，2012，3．

［5］金中武，李大志，等．長江干流宜賓至宜昌岸線綜合利用規(guī)劃［R］．長江水利委員會(huì)，2009，3．