三峽工程運(yùn)行后泥沙問題與江湖關(guān)系變化

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(1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038； 2.國際泥沙研究培訓(xùn)中心，北京 100048)

1 三峽工程及泥沙問題

長江是中華民族的母親河和黃金水道，蘊(yùn)藏著豐富的水能資源，但它同樣是一條給兩岸人民帶來洪澇災(zāi)難的河流[1]。據(jù)有關(guān)資料顯示[2]，長江來水量居全國之首，來沙量第二，1950—2000年期間長江中游宜昌站多年平均徑流量為4 382億m3，年輸沙量為5.01億t；下游大通站多年平均徑流量為9 051億m3，輸沙量為4.33億t。三峽工程是迄今世界上最大的水利水電樞紐工程之一，具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)、供水、抗旱等綜合效益。泥沙問題是三峽工程建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)問題，主要包括：上游來水來沙變化、庫區(qū)泥沙淤積、重慶主城區(qū)河道沖淤演變、變動(dòng)回水區(qū)航運(yùn)問題、壩區(qū)泥沙問題、壩下游河道沖刷和河床演變及對堤防安全和航道的影響、江湖關(guān)系變化等。在三峽工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行各階段論證過程中，采用現(xiàn)場調(diào)研、實(shí)測資料分析、數(shù)學(xué)模型、實(shí)體模型、理論研究等多種手段，從國家“七五”開始的各個(gè)5年計(jì)劃內(nèi)就泥沙問題進(jìn)行科技攻關(guān)，探索了解決三峽工程泥沙問題的途徑和方法，提出了三峽水庫“蓄清排渾”的運(yùn)行方案(175-145-155方案)，論證了水庫有效庫容可以長期保留的結(jié)論，為三峽工程建設(shè)與運(yùn)行的決策提供了科學(xué)依據(jù)[3-7]。

本文利用實(shí)測資料對三峽水庫2003年蓄水以來壩上下游泥沙沖淤情況進(jìn)行了分析，并對長江中下游江湖關(guān)系變化所帶來的問題提出了對策。

2 三峽水庫來水來沙變化

《中國河流泥沙公報(bào)》提供的水沙資料及有關(guān)成果顯示[2,8-9]，從1950年以來，三峽水庫上游來水來沙過程變化很大，上游代表站(朱沱+北碚+武隆站)年徑流量略有減少，減少趨勢不是太明顯；而入庫年輸沙量1950年代以來呈明顯的減少趨勢，從20世紀(jì)50年代后期的4.77億t，減少至20世紀(jì)90年代的3.68億t， 2001—2010年間為2.24億t，2011年僅為1.02億t，如圖1所示。此外，三峽水庫上游除年懸移質(zhì)輸沙量明顯減少外，推移質(zhì)輸沙量也有明顯的減少趨勢[9-10]。三峽上游寸灘站的卵石和沙質(zhì)推移質(zhì)從2002年前的29.6萬t減至2002年后的7.66萬t。

圖1 三峽水庫上游來水來沙變化過程

2003年三峽水庫蓄水以來，入庫年平均徑流量和懸移質(zhì)輸沙量分別為3 606億m3和2.03億t，分別為工程論證設(shè)計(jì)階段值的86%和40%，為多年平均值的93%和45%；其中，試驗(yàn)性蓄水期間入庫徑流量和懸移質(zhì)輸沙量分別為3 591億m3和1.83億t，分別為論證設(shè)計(jì)值的86%和36%，為多年平均值的93%和40%，如表1所示[3]。據(jù)初步分析[9-12]，三峽水庫輸沙量大幅度減少主要是由上游流域水土保持滯沙、水庫攔沙、河道采砂等人類活動(dòng)的綜合影響。隨著上游大量水利水電工程的建設(shè)，三峽水庫入庫泥沙還將進(jìn)一步減少，未來30a內(nèi)，入庫泥沙將減少到1.0億t左右。

表1 不同時(shí)期入庫水沙特征值統(tǒng)計(jì)

3 三峽水庫淤積與下游河道沖刷

3.1 三峽水庫運(yùn)行方式

根據(jù)黃河三門峽水庫運(yùn)行和處理泥沙的經(jīng)驗(yàn)，三峽水庫采用了“蓄清排渾”的運(yùn)行方式，經(jīng)論證初步確定水庫運(yùn)行方案為175-145-155 m[3,5-6]。三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，先后經(jīng)歷了圍堰發(fā)電期、初期運(yùn)用期和試驗(yàn)性蓄水期3個(gè)階段[13-15]。2003—2006年為圍堰發(fā)電期，蓄水運(yùn)用水位為135 m(汛期)～139 m(非汛期)；2006—2008年初期運(yùn)用期，蓄水運(yùn)用水位為144 m(汛期)～156 m(非汛期)；2008年至今為試驗(yàn)性蓄水期，蓄水運(yùn)用水位為145 m(汛期)～175 m(非汛期)，水庫具體運(yùn)行水位過程如圖2所示[16]。

圖2 2003—2012年三峽水庫運(yùn)行水位過程線

3.2 水庫泥沙淤積

3.2.1 水庫泥沙淤積總體情況

3.2.1.1 淤積量變化

自2003年水庫蓄水至2012年底，干流庫區(qū)淤積泥沙量(不考慮庫區(qū)區(qū)間來沙)為14.37億t，年平均泥沙淤積量1.44億t，水庫排沙比為24.4%，如表2所示[14-15,17]。其中，圍堰發(fā)電期和初期運(yùn)用期泥沙淤積量分別為4.41億t和3.6億t，對應(yīng)的水庫排沙比分別為37.0%和18.8%；試驗(yàn)性蓄水期三峽水庫干流庫區(qū)泥沙淤積量為6.35億t，年平均泥沙淤積量為1.59億t，水庫排沙比為16.0%，小于圍堰發(fā)電期和初期運(yùn)用期的排沙比。

與三峽工程論證設(shè)計(jì)階段對比，三峽工程蓄水以來，水庫上游來沙量約為論證設(shè)計(jì)階段采用值的40%，水庫年平均泥沙淤積量為1.44億t，為初步設(shè)計(jì)的1/3左右[4]。

表2 三峽水庫不同時(shí)期的淤積量與排沙比統(tǒng)計(jì)

3.2.1.2 淤積分布及其上延

三峽水庫蓄水以來，庫區(qū)斷面以主槽淤積為主；沿程則以寬谷段淤積為主，占總淤積量的93%[2，13]，如壩前段、云陽河段、忠縣黃華城河段。2012年庫區(qū)深泓線較蓄水前平均淤積抬高5.8 m，深泓最大淤積厚度為64.8 m(大壩上游5.6 km處)。

三峽水庫175 m試驗(yàn)性蓄水后，泥沙淤積分布上移，奉節(jié)以上庫段淤積比例為78%，均大于圍堰發(fā)電期和初期運(yùn)行期的50%和57%，如圖3所示[16]。

圖3 三峽水庫庫區(qū)各段泥沙年均淤積強(qiáng)度對比

表3三峽水庫不同時(shí)段重慶主城區(qū)河段沖淤量統(tǒng)計(jì)

Table3Erosion-depositionvolumeofTGRinthereachofdowntownChongqingCityduringdifferentperiods萬m3

水庫運(yùn)用階段對應(yīng)時(shí)段長江干流沖淤量匯口以上匯口以下嘉陵江沖淤量全河段沖淤量天然時(shí)期1980-02至2003-05-485.3-465.6-296.3-1247.2圍堰發(fā)電期2003-05至2006-09-90.4-107.6-249.5-447.5初期運(yùn)行期2006-09至2008-09-23.1353.536.4366.8三峽壩前水位低于156 m2008-09至2008-10-126.1-94.9 -67.5 -288.5 2008-10至2009-1123.35.7-32.7-3.72009-11至2010-12135.4130.879.3345.5175 m試驗(yàn)性蓄水期2010-12至2011-12-1.3-130.0-29.7-161.02011-12至2012-10-252.994.138.1-120.72008-09至2012-10-95.5100.655.060.1

3.2.1.3 變動(dòng)回水區(qū)累積性淤積對航運(yùn)的影響

試驗(yàn)性蓄水以來，常年回水區(qū)和變動(dòng)回水區(qū)中下段(銅鑼?shí){以下)通航條件明顯改善，迄今該河段的泥沙淤積對通航影響較小。但由于水深加大，部分開闊或彎曲分汊河段累積性淤積發(fā)展較快，隨著泥沙淤積的累積和發(fā)展，可能出現(xiàn)一些不利于航運(yùn)的趨勢和礙航問題[16-17]，如在水位消落期，可能會出現(xiàn)航深不足、航槽易位、港區(qū)碼頭淤堵等，局部地段經(jīng)疏浚后未出現(xiàn)礙航現(xiàn)象，但對典型河段黃花城、蘭竹壩、王家灘等可能產(chǎn)生的淤積礙航問題應(yīng)引起重視。

3.2.2 重慶主城區(qū)河段泥沙淤積及其對航運(yùn)的影響

3.2.2.1 重慶主城區(qū)河段泥沙淤積

重慶主城區(qū)河段位于三峽水庫變動(dòng)回水區(qū)上段，表3為不同時(shí)期重慶主城區(qū)河段的沖淤量[14-15,17]。天然情況下，河道年內(nèi)表現(xiàn)為“洪淤枯沖”的特征，實(shí)際上，1980年以來，特別是1990年以來，由于上游來沙減少，加之河道采砂，重慶主城區(qū)河段在天然狀態(tài)下(1980—2003年)和三峽水庫圍堰發(fā)電期都處于沖刷狀態(tài)，分別沖刷1 247.2萬m3和447.5萬m3；在三峽水庫初期運(yùn)行期重慶主城區(qū)河段逐漸開始淤積，共淤積泥沙366.8萬m3。試驗(yàn)性蓄水以來，重慶主城區(qū)河段開始受水庫蓄水運(yùn)用的影響[2,17]，表現(xiàn)為河道蓄水期淤積、降水消落期沖刷，改變了該河段天然的沖淤規(guī)律。由于受上游來沙減少、河道采砂等影響，河道淤積較少，甚至沖刷(如2011年和2012年)，全河段2008年10月中旬至2012年10月中旬累積淤積60.1萬m3。重慶主城區(qū)河道沖淤特征的變化及其可能帶來的影響應(yīng)深入研究。

3.2.2.2 泥沙淤積對航運(yùn)影響與應(yīng)對措施

三峽水庫試驗(yàn)性蓄水期，汛后水位抬升后，重慶主城區(qū)航道條件得到較大改善。但在水位消落后，當(dāng)壩前水位降至165 m以下、來流量較小時(shí)，部分河段曾出現(xiàn)航深不足、航寬變窄、航槽移位等礙航現(xiàn)象，如豬兒磧、九龍灘等河段[17]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，重慶主城區(qū)河段2009年和2010年在水位消落期共發(fā)生擱淺事故15起左右。目前局部礙航問題的主要應(yīng)對措施是適時(shí)采取疏浚措施、加強(qiáng)運(yùn)營管理和水庫調(diào)度等。

3.2.3 壩前泥沙淤積及引起的有關(guān)問題

3.2.3.1 壩前泥沙淤積

據(jù)實(shí)測資料分析[16]，壩前河段長度15.1 km，2003年3月至2011年11月期間壩前段175 m高程以下河床總淤積量為1.36億m3，單位河長淤積量為900.7萬m3/km，深泓平均淤積厚度約30.3 m，最大淤積厚度為64.8 m。2008年試驗(yàn)性蓄水期以來的5 a中，壩前淤積繼續(xù)發(fā)展，壩前段淤積泥沙量為3 841萬m3，深泓最大淤積厚度為7.0 m。淤積體主要處于死庫容內(nèi)，壩前淤積面高程仍低于電站與引航道進(jìn)口。但是，地下電廠引水渠泥沙淤積明顯，2012年11月取水口前淤積面高程已達(dá)104.5 m，雖低于電廠進(jìn)水口底板高程，但高于排沙洞進(jìn)口底板高程，其發(fā)展趨勢應(yīng)予重視。

3.2.3.2 壩前淤積引起的有關(guān)問題

壩前泥沙淤積的繼續(xù)發(fā)展，目前尚未造成過機(jī)泥沙增粗和引航道泥沙大量淤積等問題。據(jù)實(shí)測資料分析[17]，實(shí)測過機(jī)泥沙的顆粒比較均勻，平均中值粒徑為0.007～0.008 mm，對發(fā)電未造成影響。上下引航道內(nèi)淤積較少，未造成礙航問題。淤積后上下引航道底板高程分別在132.5 m以下和57.1 m以下，下引航道出口基本未形成攔門沙坎。引航道泥沙淤積可通過疏浚解決。

表4 不同時(shí)期三峽壩下游河道平灘河槽沖淤量統(tǒng)計(jì)

3.3 水庫下游河道沖刷與河道演變

三峽工程下游宜昌—湖口河段長954.4 km，其中宜昌—枝城河段長60.8 km，枝城—城陵磯(荊江)河段長347.2 km，城陵磯—湖口河段為546.4 km。三峽水庫運(yùn)行以前，下游河道控制水文站宜昌站多年平均徑流量和輸沙量分別為4 369億m3和4.92億t；2003年蓄水運(yùn)用后，下游宜昌站的徑流量和輸沙量分別為3 978億m3和4 821萬t，分別減少8.9%和90.2%。顯然，三峽水庫蓄水后，進(jìn)入下游河道的泥沙量大幅度減少，勢必造成下游河道大幅度沖刷和劇烈的演變[16-19]。

3.3.1 宜昌水文站枯水位變化情況

三峽水庫蓄水以來，宜昌—枝城河段平灘河槽沖刷13 753萬m3，河床及控制節(jié)點(diǎn)沖刷明顯，使宜昌水文站枯水水位明顯降低[16,18]，如圖4所示。試驗(yàn)性蓄水前，2002—2005年該河段沖刷8 128萬m3, 2005年開始出現(xiàn)沖淤交替現(xiàn)象，2006年5 500 m3/s流量時(shí)的水位較2002年的39.70 m(凍結(jié)吳淞基面，下同)微降0.10 m，較1973年降1.36 m，2008年與2006年5 500 m3/s流量時(shí)水位一樣，皆為39.60 m。試驗(yàn)性蓄水后，2008—2011年該河段沖刷3 383萬m3，其中2009年胭脂壩頭、胭脂壩尾、虎牙灘、古老背和南陽磧上口控制節(jié)點(diǎn)都有明顯沖刷，深泓沖刷下切分別為0.6，0.2，0.6，1.3，3.7 m，宜昌水文站的枯水位一度出現(xiàn)明顯下降；2010年和2012年汛后流量5 500 m3/s時(shí)的宜昌站水位分別為39.36 m和39.24 m，較2002年分別下降了0.34 m和0.46 m，較1973年分別下降了1.52 m和1.76 m。三峽水庫蓄水后曾在在胭脂壩河段實(shí)施了河床護(hù)底加糙試驗(yàn)工程，以及加大枯水流量，對遏制枯水位下降發(fā)揮了一定的作用，保證了宜昌站最低枯水位39.29 m的要求。但今后應(yīng)繼續(xù)采取綜合措施遏制宜昌水位的進(jìn)一步下降，以免其抵消枯水流量增加的效果。

圖4 三峽水庫蓄水前后宜昌站枯水期水位流量關(guān)系

3.3.2 下游河道沖刷

三峽水庫蓄水以來，宜昌至湖口河段沖刷劇烈[15-17]，如表4所示，2002年10月至2011年10月平灘河槽總沖刷量為10.62億m3，年平均沖刷強(qiáng)度為12.4萬m3/(km·a)，遠(yuǎn)大于蓄水前1966—2002年間的沖刷強(qiáng)度0.12萬m3/(km·a)。其中，圍堰蓄水期平灘河槽總沖刷量為6.17億m3，年平均沖刷強(qiáng)度16.1萬m3/(km·a)；初期運(yùn)用期間沖刷量為0.24億m3，年平均沖刷強(qiáng)度1.3萬m3/(km·a)；試驗(yàn)性蓄水期總沖刷量為4.21億m3，年平均沖刷強(qiáng)度14.7萬m3/(km·a)，遠(yuǎn)大于初期運(yùn)用期的沖刷強(qiáng)度。

三峽水庫蓄水以來，宜昌—枝城河段、荊江河段、城陵磯—湖口河段的沖刷量分別為13 753萬，57 136萬，35 312萬m3，對應(yīng)的年均沖淤強(qiáng)度分別為25.1萬，18.3萬，7.2萬m3/(km·a)，沿程沖刷逐漸減少，如表4所示。此外，與圍堰蓄水期和初期蓄水相比，試驗(yàn)性蓄水期沖刷強(qiáng)度最大的河段由宜昌—枝城河段下移到荊江河段,而且城陵磯—湖口河段的沖刷強(qiáng)度已超過圍堰蓄水期，說明河道沖刷在逐漸向下游發(fā)展。

據(jù)實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)[17]，2011年10月至2012年10月宜昌—湖口河段河道(平灘河槽)沖刷量為1.26億m3，其中宜昌—城陵磯河段沖刷0.575億m3，城陵磯—漢口河段沖刷0.331億m3，漢口—湖口河段沖刷0.351億m3。

3.3.3 河道演變與整治

3.3.3.1 局部河勢調(diào)整與礙航問題

三峽水庫蓄水運(yùn)用后，長江中下游總體河勢、河床平面形態(tài)、洲灘格局等基本穩(wěn)定，但局部河段的河勢調(diào)整仍比較明顯，變得更加水淺流急，發(fā)生河槽沖深、江心洲頭心灘沖蝕后退，高灘及岸線崩退，主流擺動(dòng)，彎道凸岸邊灘切割等現(xiàn)象，會產(chǎn)生嚴(yán)重的礙航問題[17]，如三八灘、烏龜洲、燕子窩水道、尺八口水道等。其中，尺八口水道中的七弓嶺彎道發(fā)生撇彎，彎道狹頸寬度僅300余m，而其兩側(cè)近年發(fā)生崩岸，有可能因狹頸崩岸或汛期水位漫灘沖刷而發(fā)生自然裁彎，一旦發(fā)生自然裁彎，該河段河勢將急劇惡化，對防洪與航運(yùn)極為不利。長江中下游河道局部河勢調(diào)整與礙航問題應(yīng)予以充分重視，對這些航道和部位，采用了航道整治工程、疏浚、水庫調(diào)度等措施，實(shí)現(xiàn)了長江中下游航道的暢通。

3.3.3.2 下游河道崩岸與治理

隨著河勢調(diào)整，部分護(hù)岸段近岸河床深槽刷深擴(kuò)大，崩岸時(shí)有發(fā)生。據(jù)長江防辦初步統(tǒng)計(jì)[2,17]，自蓄水以來(2003—2012年)長江中下游干流總計(jì)崩岸655處，崩岸總長度495.9 km。其中，試驗(yàn)性蓄水期(2009—2012年)總計(jì)崩岸255處，崩岸總長度144.6 km。如新沙洲、荊江門、張家墩、界牌、姜介子等河段都曾發(fā)生崩岸，崩岸經(jīng)過及時(shí)搶修，均以消除險(xiǎn)情，岸坡基本穩(wěn)定。

4 長江中下游江湖關(guān)系變化與工程調(diào)控

4.1 洞庭湖與長江的關(guān)系變化

洞庭湖江湖關(guān)系現(xiàn)代格局的產(chǎn)生經(jīng)歷了漫長的變化過程[19-20]。在10 000～6 000 a前，海平面快速上升，河流產(chǎn)生溯源淤積，并不斷向上游傳遞，驅(qū)動(dòng)沿江江湖關(guān)系格局的形成和演變。隨著泥沙溯源淤積發(fā)展，人類活動(dòng)作用增強(qiáng)，以形成統(tǒng)一的荊江大堤為標(biāo)志，此后，江湖關(guān)系的演變是自然驅(qū)動(dòng)和人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的共同作用的結(jié)果。1860年和1870年藕池口和松滋口潰口后，形成荊江四口分流入洞庭湖的現(xiàn)代江湖關(guān)系格局。三峽工程運(yùn)用后，長江中下游河道水沙過程發(fā)生變化，相應(yīng)的江湖關(guān)系也將發(fā)生一定的變化。

4.1.1 荊江河段枯水位普遍下降

三峽工程下游河道大幅度沖刷后，荊江河段枯水水位不斷降低。沙市枯水位隨時(shí)間呈逐漸下降趨勢，但下降速度呈明顯減緩趨勢，而且沙市枯水位下降幅度與荊江河段沖刷量成正比，河段沖刷量越大，枯水位下降幅度越大[21-22]。螺山站水位變化與沙市站具有類似的變化規(guī)律，在三峽水庫蓄水初期(如2003—2004年)同流量水位下降較明顯，此后繼續(xù)下降，但降速較慢，降幅較小。三峽水庫試驗(yàn)性蓄水以來，從2008—2011年，流量10 000 m3/s的枝城水位下降0.29 m, 沙市水位下降0.71 m。

4.1.2 三口分流分沙比變化

受流域人類活動(dòng)和自然因素的影響，荊江三口分流分沙比例一直處在不斷變化之中，如表5所示[16-17]。三峽水庫蓄水運(yùn)用前，三口分流比和分沙比已降低到20世紀(jì)50和60年代的一半以下(如圖5所示)，1981—2002年期間平均分流比和分沙比分別為15.4%和18.7%，對應(yīng)的分流量和分沙量分別為685.2億m3和8 640萬t，對應(yīng)的分流含沙量為1.26 kg/m3。

三峽水庫蓄水以來，荊江三口分流量和分沙量不斷減少，分流含沙量也在不斷減小。2003—2012年平均分流量和分沙量分別減至493.2億m3和1 126萬t，對應(yīng)的分流比和分沙比分別減為12.1%和19.3%，平均分流含沙量減小為0.23 kg/m3；2009—2012年三口分流量和分沙量分別繼續(xù)減小485.4億m3和784萬t，對應(yīng)的分流比減小為11.6%，而分沙比增大為20.6%，對應(yīng)的分流含沙量僅為0.16 kg/m3，三口斷流天數(shù)也有所增加。

表5 洞庭湖水面積和容積歷年變化統(tǒng)計(jì)

圖5 荊江三口分流分沙變化

4.1.3 洞庭湖泥沙淤積減緩

三口分流通過洪道把大量長江泥沙帶入洞庭湖，三口洪道和洞庭湖淤積加快，1952—2003年三口洪道共淤積6.5億m3，藕池河已進(jìn)入全面淤積萎縮狀態(tài)。泥沙進(jìn)入洞庭湖內(nèi)發(fā)生淤積，洞庭湖多年平均淤積量約1.3億t，隨著人類圍墾等活動(dòng)增加，造成洞庭湖水面積和容積不斷減少，洞庭湖面積由1825年時(shí)約6 000 km2減至1949年時(shí)的4 350 km2，1995年僅為2 623 km2，其中1950年代湖水面積減小速度最快，如表5所示[19]。

三峽工程運(yùn)用后，荊江三口分沙量的減少，減緩了洞庭湖的淤積[16-17]。洞庭湖區(qū)淤積明顯減緩，其年均淤積量由4 790萬t(1999—2002年)降為325萬t(2003—2010年)，減少了約93%，有些年份甚至出現(xiàn)沖刷。

4.1.4 洞庭湖調(diào)蓄能力縮減

荊江河段河床與水位降低，一方面導(dǎo)致荊江三口進(jìn)入洞庭湖的分流量繼續(xù)保持下降趨勢，三口斷流天數(shù)也不斷增加，另一方面也導(dǎo)致洞庭湖水面積和容積將進(jìn)一步減小，縮減了洞庭湖的調(diào)洪能力，使洞庭湖枯水期提前了1個(gè)半月左右。據(jù)泥沙數(shù)學(xué)模型研究成果表明[21-22]，三峽水庫汛后蓄水期間，長江干流水位下降約1.8 m，增加了洞庭湖出流，三峽水庫蓄水期間前10 d，洞庭湖多出水量約29億m3；隨后的蓄水期，洞庭湖可補(bǔ)水量減小，出水量比天然情況少近10億m3。

4.1.5 改善洞庭湖江湖關(guān)系的工程措施

三峽工程運(yùn)用后，荊江河床和水位降低，造成三口分流分沙量減少，三口洪道斷流天數(shù)增加，湖水面積進(jìn)一步減小，洞庭湖調(diào)蓄能力減弱，使得洞庭湖區(qū)域防洪、水資源利用和生態(tài)環(huán)境等受到一定的影響[19-20,22]。為了有效地改善洞庭湖的江湖關(guān)系，采取松滋口建閘、三口疏浚整治工程和修建城陵磯樞紐的工程措施是十分必要的。

松滋口建閘主要用于調(diào)控進(jìn)入洞庭湖的水沙條件，汛期通過長江三峽與洞庭湖四水的錯(cuò)峰調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)洞庭湖的洪水調(diào)控，對長江洪水有明顯的錯(cuò)峰和削峰作用，枯水期可從長江引水入松滋河，并通過相應(yīng)配套工程將來自長江的水引入虎渡河、藕池河，有效緩解淞澧地區(qū)和四口河系地區(qū)水資源短缺的矛盾[22-23]。

三口疏浚工程是對三口水道的泥沙淤積和阻水部位進(jìn)行疏浚，降低水道高程，保證三口水道的過流能力和連通效果。

修建城陵磯樞紐主要是為了有效地調(diào)控洞庭湖的出湖水量，特別是提高枯季洞庭湖蓄水量和水面面積，有效地改善大水成湖、小水成河的局面，有效地利用水資源, 促進(jìn)航運(yùn)、生態(tài)漁業(yè)等事業(yè)的發(fā)展。

4.2 鄱陽湖與長江的關(guān)系變化

鄱陽湖是我國最大的淡水湖泊, 水面面積為4 497 km2，湖體容積為355億m3，生物多樣性十分豐富。近年來鄱陽湖上游用水增多，與2004年相比，2008年用水量增加了約30億m3，使得入湖徑流量減少，鄱陽湖水面面積和水量不斷減少，水資源開發(fā)與利用情勢嚴(yán)峻，直接影響生態(tài)環(huán)境的改善，開展鄱陽湖江湖關(guān)系與治理措施的研究是十分重要的[24]。

4.2.1 下游河道沖淤與鄱陽湖湖口水位變化

三峽工程蓄水以來，2001年10月至2011年10月漢口—湖口河段枯水河槽沖刷2.28億m3，其中2002—2006年九江—湖口河段沖刷1.15億m3；2006—2008年有所淤積。下游河道在中小流量時(shí)水位普遍有所下降，如圖6所示，2008年湖口水位下降接近0.2 m，2011年湖口水位下降接近0.3 m。

圖6 鄱陽湖湖口站2003—2008年水位流量關(guān)系變化

4.2.2 鄱陽湖水量變化

由于鄱陽湖的調(diào)蓄作用，鄱陽湖進(jìn)出口水量變化具有不同步性，三峽工程運(yùn)用也會影響這一變化關(guān)系[24-26]。泥沙數(shù)學(xué)模型研究表明[25-26]，與天然平均情況相比，三峽水庫蓄水運(yùn)用初期，鄱陽湖出流增加，平水年多出水量約23億m3，枯水年多出水量約12億m3；在蓄水期后半段，由于鄱陽湖蓄水量減小，出水量反而比天然情況下出水量平均少13億m3，如圖7所示。

圖7 三峽水庫運(yùn)用30 a后蓄水期鄱陽湖補(bǔ)水流量變化過程

泥沙數(shù)學(xué)模型進(jìn)一步分析表明[25-26]，三峽水庫運(yùn)用30 a后，由于河道沖刷，大通站和湖口站枯水位下降在1m左右，汛后鄱陽湖蓄水量平均減少近35億m3。三峽水庫運(yùn)用30 a后，在河道沖刷、三峽蓄水和鄱陽湖汛后蓄水量減少的共同作用下，三峽蓄水期大通水位下降2 m左右，對鄱陽湖水位影響較大，相當(dāng)于平水年把鄱陽湖的枯水季節(jié)提前了1個(gè)月。但分析結(jié)果表明，三峽水庫枯水期加大泄流量雖然在一定程度上抬高了大通和湖口水位，但由于湖區(qū)河道的制約和緩沖作用，對抬高湖區(qū)水位作用不明顯。

4.2.3 鄱陽湖樞紐工程的作用與影響

為了有效地解決鄱陽湖存在的水資源供需問題，鄱陽湖口樞紐工程興建后，采用“調(diào)枯不調(diào)洪”的運(yùn)用方式，可抬高枯水期湖區(qū)水位，增大湖體容積，可基本解決濱湖區(qū)水資源供需矛盾問題[24]。樞紐工程基于“調(diào)枯不調(diào)洪”(即4月1日至8月下旬泄水閘全部敞開)，采用合理的運(yùn)行調(diào)度方式(17.5-14.5-13 m)，對長江下游水資源利用沒有明顯影響，可補(bǔ)償三峽及以上水庫蓄水期對長江下游的影響，對長江下游及湖區(qū)防洪影響較小。

樞紐工程將改變湖區(qū)水動(dòng)力和污染物的時(shí)空分布特征，枯水期部分尾閭河段污染物濃度較現(xiàn)狀升高、水體富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)增加，對湖區(qū)水環(huán)境將產(chǎn)生一定的影響。修建過魚設(shè)施、實(shí)施魚類增殖放流等措施，能在一定程度上緩解工程對魚類的不利影響。因此，鄱陽湖水利樞紐工程的運(yùn)行調(diào)度方式需綜合考慮水資源、防洪、水環(huán)境和生態(tài)等因素。

5 結(jié)論與建議

5.1 主要結(jié)論

(1) 三峽水庫蓄水以來，水庫淤積繼續(xù)發(fā)展，鑒于入庫沙量僅為論證設(shè)計(jì)采用值的40%，水庫淤積量為論證設(shè)計(jì)預(yù)測的1/3左右；變動(dòng)回水區(qū)及重慶主城區(qū)出現(xiàn)累積性淤積，局部河段存在或潛在的淤積礙航問題可通過適時(shí)疏浚、加強(qiáng)運(yùn)營管理和水庫調(diào)度等措施應(yīng)對。

(2) 壩下游河道沖刷持續(xù)向下發(fā)展，下游河道沖刷強(qiáng)度較預(yù)測的要大、沖刷發(fā)展范圍也較預(yù)測的要廣，局部河段河勢調(diào)整劇烈、洲灘沖淤變化，崩岸時(shí)有發(fā)生，但至今壩下游總體河勢基本穩(wěn)定，經(jīng)過適時(shí)應(yīng)對，未出現(xiàn)重大險(xiǎn)情，實(shí)現(xiàn)了航道的暢通。

(3) 三峽水庫運(yùn)用后，造成壩下游河道沖刷和水位下降，對洞庭湖和鄱陽湖的分流分沙等產(chǎn)生了一定的影響，特別是枯水期兩湖水資源供需矛盾日趨尖銳，通過在洞庭湖和鄱陽湖的入湖口建閘等措施對解決存在問題是有效的，對建閘帶來的生態(tài)環(huán)境等問題需深入研究。

(4) 蓄水以來三峽水庫的泥沙問題基本態(tài)勢良好，局部問題經(jīng)認(rèn)真應(yīng)對，處于已控或可控之中。但泥沙沖淤變化是一個(gè)長期積累的過程，目前已經(jīng)顯現(xiàn)的問題還有可能進(jìn)一步發(fā)展和變化，還會出現(xiàn)一些潛在問題，因此，對三峽工程的泥沙問題仍應(yīng)繼續(xù)高度重視，長期跟蹤監(jiān)測研究，積極應(yīng)對。

5.2 建 議

(1) 加強(qiáng)水庫優(yōu)化調(diào)度與中小洪水調(diào)度的研究。三峽水庫實(shí)施試驗(yàn)性蓄水175 m運(yùn)用和汛期中小洪水調(diào)度，且根據(jù)來水來沙條件和上下游的要求進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。隨著三峽水庫上游向家壩、溪洛渡、白鶴灘等工程將陸續(xù)修建和運(yùn)用，將會進(jìn)一步改變?nèi)龒{水庫的水沙條件，為盡快完善長江中下游地區(qū)防洪、抗旱、減災(zāi)體系，應(yīng)抓緊制定和實(shí)施長江上游水庫群聯(lián)合調(diào)度方案。此外，為了有效地蓄滿三峽水庫、利用洪水資源和上下游需水要求，應(yīng)抓緊開展三峽水庫優(yōu)化調(diào)度和中小洪水調(diào)度的研究，深入研究汛期中小洪水調(diào)度的作用及對水庫上下游可能帶來的影響，特別是可能導(dǎo)致的下游河道萎縮問題。

(2) 深入研究重慶主城區(qū)河段泥沙沖淤規(guī)律及其對航運(yùn)的影響。三峽水庫蓄水以來，重慶主城區(qū)河段航運(yùn)條件得到改善，但在水位消落期，仍出現(xiàn)一些礙航問題，經(jīng)采取措施后得到解決。但是，三峽水庫運(yùn)行改變了重慶主城區(qū)走沙的規(guī)律，將原來汛末走沙推遲到了第2年的消落期走沙，目前三峽水庫試驗(yàn)性蓄水運(yùn)行時(shí)間較短，重慶主城區(qū)河段的沖淤規(guī)律、礙航特征、累積性淤積產(chǎn)生的潛在泥沙問題等還沒有充分顯現(xiàn)，鑒于重慶主城區(qū)河段的重要性，對該河段的泥沙沖淤規(guī)律仍需加強(qiáng)研究。重點(diǎn)研究水庫優(yōu)化調(diào)度與庫區(qū)泥沙淤積分布關(guān)系，以及揭示水庫排沙的優(yōu)化調(diào)度方案。

(3) 加強(qiáng)壩下游河道沖刷過程與河勢變化研究及對策。三峽水庫蓄水以來，下游河道嚴(yán)重沖刷，局部河勢調(diào)整十分明顯，出現(xiàn)了洲灘散亂、航槽移位等現(xiàn)象，對航運(yùn)造成一定影響。同時(shí)，下游河道崩岸塌岸頻繁發(fā)生，對堤防安全產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。隨著時(shí)間的推移，壩下游河道的沖刷問題將逐漸顯現(xiàn)，應(yīng)加強(qiáng)壩下游沖刷過程與機(jī)理研究，開展重點(diǎn)河段河勢變化帶來的影響及工程對策研究。

(4) 加強(qiáng)三峽工程運(yùn)行后江湖關(guān)系的變化研究。三峽水庫運(yùn)用后，長江中下游干流河道水位降低，洞庭湖四口分流分沙比減少，鄱陽湖上游用水量增加，洞庭湖和鄱陽湖的水面面積和容積減小，調(diào)蓄能力降低，水庫蓄水加劇了枯水期湖區(qū)用水困難，江湖關(guān)系發(fā)生變化，對長江中游防洪、干支流水資源綜合利用和生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生影響，應(yīng)引起高度重視，組織相關(guān)的研究工作。

(5) 加強(qiáng)三峽工程上下游泥沙原型觀測與研究工作。除原審定的觀測計(jì)劃內(nèi)容外，下一步應(yīng)補(bǔ)充或加強(qiáng)較大支流庫區(qū)、重慶以上河段、地下電廠進(jìn)水口前、壩下游河道觀測范圍延至河口段等泥沙觀測；組織有關(guān)單位開展實(shí)測資料分析與專題研究；三峽工程的泥沙原型觀測工作應(yīng)有長遠(yuǎn)(2019—2039年)計(jì)劃，并堅(jiān)持實(shí)施。

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