金沙江下游梯級水庫淤積及其對三峽水庫影響研究

朱玲玲，董先勇，陳澤方

(1.長江水利委員會 水文局， 武漢 430010；2.中國三峽建設(shè)管理有限公司， 成都 610042)

金沙江下游梯級水庫淤積及其對三峽水庫影響研究

朱玲玲1，董先勇2，陳澤方1

(1.長江水利委員會 水文局， 武漢 430010；2.中國三峽建設(shè)管理有限公司， 成都 610042)

2012年以來，金沙江下游向家壩水電站、溪洛渡水電站相繼蓄水運用，攔截了金沙江下游泥沙。為了解梯級水庫泥沙淤積情況及其攔沙作用對下游三峽水庫的影響，基于大量水沙、固定斷面觀測資料，采用輸沙法和地形法，計算分析了向家壩水電站、溪洛渡水電站2庫自運用以來的庫區(qū)泥沙淤積量及分布特征，研究了梯級水庫攔沙作用對三峽水庫的影響。結(jié)果表明:向家壩、溪洛渡庫區(qū)泥沙淤積量較小，金沙江下游梯級攔沙使得三峽入庫沙量及庫尾重點河段淤積強度均減小。研究成果對梯級水庫運行、三峽水庫運行及調(diào)度方式優(yōu)化具有十分重要的意義。

金沙江下游水電站； 梯級水庫； 水庫淤積；三峽水庫；水沙條件

1 研究背景

金沙江下游自攀枝花至岷江口宜賓市長約768 km的河道內(nèi)，自上而下分布有烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩4級水電站，向家壩、溪洛渡電站分別于2012年10月、2013年5月蓄水運用，白鶴灘和烏東德電站尚在建設(shè)之中。泥沙淤積會直接影響到水庫效益發(fā)揮，水電站工程可研階段都會對庫區(qū)泥沙淤積開展模型預(yù)測計算，溪洛渡、向家壩水庫可研階段，對庫區(qū)泥沙淤積開展了相應(yīng)的數(shù)值模擬計算[1-2]。但由于金沙江中游干流、金沙江下游主要支流也在進(jìn)行梯級電站建設(shè)，尤其是2010年以來，金沙江中游金安橋、龍開口、魯?shù)乩?、觀音巖、梨園等水電工程相繼建成運行，溪洛渡、向家壩水庫蓄水運行期的入庫沙量與可研階段相比大幅度減少。因而，水庫運行之初的庫區(qū)泥沙淤積量較可研階段預(yù)測值也大幅偏小，庫區(qū)泥沙淤積形態(tài)、發(fā)展過程都和設(shè)計情況有偏差。金沙江是三峽入庫泥沙的主要來源，位于最下游的溪洛渡、向家壩梯級水庫對金沙江泥沙的攔截情況，不僅影響壩下游河道的沖刷程度[3]，更決定了三峽入庫干流沙量的變化趨勢，進(jìn)而勢必影響三峽水庫庫區(qū)泥沙淤積水平，從而關(guān)系到三峽水庫應(yīng)對上游梯級水庫集中蓄水而出臺的各種優(yōu)化調(diào)度方案的可行性。因此，研究金沙江下游梯級水庫庫區(qū)泥沙淤積及其對三峽水庫的影響十分重要。

利用梯級水庫進(jìn)出庫控制站的水文泥沙資料、水庫運行后的庫區(qū)河道原型固定斷面觀測資料等，采用輸沙法、地形法計算了金沙江下游在運行梯級水庫的庫區(qū)泥沙淤積情況，分析了水庫泥沙淤積的主要形式和形態(tài)，與工程可研階段的庫區(qū)泥沙淤積預(yù)測值進(jìn)行對比，充分掌握了梯級水庫庫區(qū)泥沙淤積水平。評估了三峽入庫干流控制站輸沙量因梯級水庫攔沙而減少的幅度，闡述了金沙江來沙被大幅度攔截后三峽水庫庫尾河段泥沙沖淤強度變化情況。本項研究對梯級水庫運行、三峽水庫運行及調(diào)度方式優(yōu)化具有十分重要的意義。

2 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)源

金沙江下游有烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩4座已建和在建水電站，總裝機容量相當(dāng)于2座三峽電站，分布如圖1所示。金沙江下游梯級水電站的設(shè)計總裝機容量約4 000萬kW，年均總發(fā)電量超過1 850億kW·h，水庫總庫容約410億m3，其中總調(diào)節(jié)庫容204億m3。

圖1 研究區(qū)域示意圖Fig.1 Regime of the study area

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內(nèi)金沙江干流上，下距宜賓190 km，以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運條件等綜合效益，是金沙江下游河段4個梯級電站的第3級。壩址處控制流域面積45.44萬km2。水庫干流庫區(qū)從溪洛渡壩址至白鶴灘壩址，水系發(fā)達(dá)，支流較多，水庫平面型態(tài)呈分支狀河道型。水庫從2013年5月4日9時40分開始初期蓄水。

向家壩水電站位于四川省宜賓縣和云南省水富縣交界的金沙江峽谷出口處，下距宜賓市33 km，以發(fā)電為主，兼有航運、灌溉、攔沙、防洪等綜合效益，是金沙江下游河段4個梯級水電站的最后一級。壩址控制流域面積45.88萬km2，占金沙江流域面積的97%，控制了金沙江的主要暴雨區(qū)和產(chǎn)沙區(qū)。干流回水長度(至溪洛渡壩址)156.6 km，為典型的山區(qū)狹長河道型水庫。2012年10月10日9時水庫開始下閘初期蓄水。

金沙江下游干流控制站信息及資料情況如表1，其中干流主要控制站資料基本來源于長江水利委員會水文局，應(yīng)工程建設(shè)需要設(shè)立較晚的溪洛渡水文站資料來源于成都勘測設(shè)計研究院。庫區(qū)河道固定斷面觀測資料來源于長江水利委員會水文局和中國三峽建設(shè)管理有限公司。

表1 金沙江下游干流控制站信息及資料情況統(tǒng)計Table 1 Information of hydrologic stations in the lower Jinsha River

3 梯級水庫入庫水沙變化特征

溪洛渡、向家壩水電站運行后，不考慮庫區(qū)支流水沙情況下，梯級水庫入庫控制站為華彈站，出庫控制站為向家壩壩址下游2 km的向家壩水文站，溪洛渡水電站下游8 km設(shè)立了溪洛渡水文站，可作為溪洛渡水電站出庫控制站和向家壩水電站的入庫控制站?？紤]到金沙江中游梯級電站相繼建成運用，會直接影響進(jìn)入金沙江下游河段的水沙，將入口攀枝花站也納入梯級水庫水沙變化分析的范圍內(nèi)。

金沙江下游干流入口控制站攀枝花站在雅礱江入?yún)R口上游，1998—2010年周期性水量和沙量較1998年前均值略偏大，2010年之后金沙江中游金安橋、龍開口、魯?shù)乩?、觀音巖、梨園等水電工程相繼建成運行，攀枝花站水量變化不大，沙量則大幅減少，尤其是2013年和2014年，攀枝花站年輸沙量分別為568萬t和743萬t，分別較1998年前均值偏少87.6%和83.8%，較1998—2010年均值偏少的幅度更大一些，分別為91.4%和88.8%；雅礱江1998—2010年徑流量均值較1998年前偏大，但沙量卻偏少約61.5%。

圖2 金沙江下游干支流控制站年徑流量、 年輸沙量時段均值Fig.2 Average values of runoff and sediment in different stages in the lower Jinsha River and the main tributaries

華彈和屏山站均位于雅礱江入?yún)R口下游，1998年金沙江最大的支流雅礱江上的二灘電站蓄水運行，2001年以來，二灘水庫上游所來泥沙約有95%淤積在庫區(qū)[4]，因而下游華彈、屏山站1998—2010年徑流量均值均較1998年前均值偏大，而沙量則均偏少，僅幅度不及雅礱江；2010年后，受上游干支流沙量均減少的影響，2站水量變化不大的情況下，沙量繼續(xù)減少，尤其是在溪洛渡和向家壩水庫運行后，基本攔截了工程上游的來沙。2013年和2014年位于向家壩水電站下游的向家壩站年輸沙量分別銳減至203萬t和221萬t，不足電站可研階段控制站屏山站1998年前輸沙量均值的1%(圖2)。

可見，早在溪洛渡、向家壩水庫蓄水運行前，雖然進(jìn)入金沙江下游的水量無明顯變化，但受上游干支流控制性水庫相繼蓄水的影響，進(jìn)入梯級水庫的沙量已然出現(xiàn)了大幅度減少的現(xiàn)象，對于最下游的向家壩電站而言，溪洛渡水庫蓄水后，其入庫沙量則進(jìn)一步減少。

4 梯級水庫庫區(qū)泥沙淤積特性

作為山區(qū)河道型水庫，上游來沙量是決定水庫泥沙淤積總量的控制性因素，是水庫運行方式優(yōu)化調(diào)度的基本前提條件。金沙江下游沙量大幅度減少所帶來的直接效應(yīng)體現(xiàn)在梯級水庫庫區(qū)泥沙淤積方面。根據(jù)實測資料統(tǒng)計，對比工程可研階段的預(yù)測情況，金沙江下游已蓄水運用的溪洛渡、向家壩水電站庫區(qū)泥沙淤積幅度伴隨著上游來沙量的減少而減輕，水庫排沙比基本達(dá)到預(yù)期值。

4.1 庫區(qū)泥沙淤積量

溪洛渡電站可研階段，長江科學(xué)院對水庫泥沙淤積情況采用的是1964—1973年屏山站的水沙系列進(jìn)行滾動計算，該時段屏山站多年平均輸沙量為24 700萬t，作為溪洛渡水庫入庫沙量，計算顯示水庫運行前20 a庫區(qū)年均淤積泥沙20 800萬t，水庫平均排沙比為15.8%；向家壩電站可研階段入庫水沙考慮了溪洛渡電站攔沙的作用，直接采用溪洛渡下泄的水沙過程的模擬計算值，入庫年均沙量為4 670萬t，計算所得水庫前10 a的年均淤積量為4 150萬t，水庫排沙比為11.1%。彭楊等[5]考慮上游白鶴灘建庫后，計算不同調(diào)度方案下的溪洛渡水庫、向家壩水庫前20 a年均最少淤積泥沙分別約為9 360萬t和998萬t，較不考慮上游建庫情況的淤積量偏小。

2014年，上游白鶴灘電站尚未建成，不計區(qū)間及支流來沙量，溪洛渡、向家壩電站入庫沙量分別為6 830萬t和639萬t，與可研階段相比，分別偏少72.3%和86.3%，出庫沙量分別為639萬t和221萬t，水庫泥沙淤積量分別為6 191萬t和4 18萬t，分別較可研階段減少了70.2%和89.9%。庫區(qū)泥沙淤積減幅與入庫沙量減幅基本相當(dāng)，進(jìn)一步驗證了山區(qū)河道上游來沙量是庫區(qū)泥沙淤積量決定性因素的認(rèn)識。計算水庫排沙比來看，溪洛渡水庫排沙比略小于可研階段，向家壩電站水庫排沙比為34.6%，梯級水庫聯(lián)合排沙比為3.2%，排沙比基本上達(dá)到了可研階段的預(yù)期值。可見，受金沙江中游梯級水庫蓄水運行影響，金沙江下游入庫沙量大幅度減少，使得溪洛渡、向家壩水電站水庫泥沙淤積量偏少。

4.2 庫區(qū)河道沖淤特征

4.2.1 溪洛渡庫區(qū)

4.2.1.1 淤積量分布特征

依據(jù)原型固定斷面觀測資料，2013年6月至2014年11月，在溪洛渡水庫限制蓄水位560 m下，1.5 a的時間內(nèi)溪洛渡庫區(qū)河道自西溪河口至壩址共淤積泥沙16 100萬m3(圖3)，年均淤積量為10 700萬m3/a，約合17 700萬t/a，與前文輸沙量法計算相比，地形法計算的河道淤積量偏大。其主要原因在于:一方面2種方法在測量方面都存在一定的誤差，這一問題以往眾多研究也都有所論述，目前還沒有有效的方法來評估這一誤差的影響程度；另一方面，輸沙量法統(tǒng)計的入庫泥沙不含區(qū)間及主要支流的來沙，因此所得的庫區(qū)泥沙淤積量較實際情況偏小。同時，可以看到，地形法計算出的庫區(qū)河道泥沙淤積量仍然較可研階段計算值偏小。

圖3 溪洛渡水庫限制蓄水位(560 m)下庫區(qū)河道淤積量Fig.3 Sediment deposition in Xiluodu Reservoir in the presence of limit impoundment level (560 m)

從溪洛渡水庫庫區(qū)河道淤積發(fā)展歷程來看，2013年6月至2014年5月這1 a時間內(nèi)庫區(qū)河道淤積泥沙6 330萬m3，占水庫蓄水之后庫區(qū)河道淤積總量的39.1%；之后，水庫泥沙淤積強度加大，2014年5月至2014年11月半年時間內(nèi)庫區(qū)河道淤積泥沙9 800萬m3(圖3)，占水庫蓄水之后庫區(qū)河道淤積總量的60.9%。從分段淤積強度來看，下寨(距壩址82.3 km)至美姑河口(距壩址38.3 km)的淤積強度最大，達(dá)到90萬m3/(km·a)，最上游的庫尾段淤積強度最小，為39萬m3/(km·a)。4.2.1.2 淤積對河道形態(tài)的影響

借鑒三峽水庫在運行初期庫區(qū)河道泥沙淤積對河道形態(tài)的影響特點，河道型水庫蓄水初期泥沙淤積主要集中在主河槽內(nèi)。從溪洛渡庫區(qū)河道深泓、典型斷面套繪情況來看，溪洛渡水庫蓄水以來，庫區(qū)河道淤積無例外地主要集中在主河槽內(nèi)，因而沿程各斷面深泓點高程均表現(xiàn)為不同幅度的抬高，這種現(xiàn)象僅在壩前20 km范圍內(nèi)的河道不明顯，其他各段在2014年5月至2014年11月深泓淤積抬高都較為顯著，最大淤積幅度達(dá)到17.1 m，整個庫區(qū)河道(白鶴灘至壩址)深泓點高程平均淤積抬高4.7 m(圖4)，深泓縱剖面比降略調(diào)平，由1.02‰降至0.96‰。

圖4 溪洛渡庫區(qū)河道深泓縱剖面變化Fig.4 Thalweg of river reach in Xiluodu Reservoir

各典型斷面套繪情況也顯示，溪洛渡庫區(qū)泥沙淤積基本上都發(fā)生在深槽內(nèi)。溪洛渡庫區(qū)河道斷面形態(tài)以“U”型和“V”型為主，水庫自2013年5月蓄水運用以來，庫區(qū)河道淤積以主槽的平淤為主要形式，部分距壩較近的斷面，兩岸會受壩區(qū)道路施工影響而發(fā)生變形。與淤積量發(fā)展過程相似，各斷面深槽的淤積抬高主要發(fā)生在2014年5月至2014年11月期間(圖5)。

圖5 溪洛渡庫區(qū)典型斷面套繪圖Fig.5 Typical cross-sections in Xiluodu Reservoir

4.2.2 向家壩庫區(qū)

4.2.2.1 淤積量分布特征

2012年10月向家壩水庫蓄水運用后，同樣依據(jù)庫區(qū)內(nèi)河道原型固定斷面觀測資料計算，受地形觀測范圍的限制，并考慮到向家壩庫區(qū)泥沙淤積也主要集中在主河槽內(nèi)，向家壩水庫庫區(qū)河道泥沙沖淤計算水面線為屏山站流量為2 000 m3/s的天然水面線。計算所得2012年11月至2013年11月庫區(qū)泥沙淤積量為173萬m3，約合285萬t，年均淤積強度與輸沙法計算值相差較小，均較可研階段計算值顯著偏小。從泥沙淤積發(fā)展過程來看，水庫蓄水初期，庫區(qū)河道以沖刷為主，2012年11月至2013年4月累計沖刷571萬m3，之后，水庫庫區(qū)河道進(jìn)入淤積狀態(tài)，2013年4月至2013年11月淤積量達(dá)到744萬m3(圖6)。

圖6 向家壩庫區(qū)干流河段沖淤量 (Q=2 000 m3/s，天然水面線)Fig.6 Sediment deposition in main channel of Xiangjiaba Reservoir in the presence of natural surface level(Q=2 000m3/s)

與溪洛渡水庫淤積特征相比，向家壩水庫庫區(qū)河道泥沙淤積總量和分布特征都呈現(xiàn)出一定的差異。首先，向家壩水庫庫區(qū)河道泥沙淤積強度較溪洛渡庫區(qū)顯著偏小，這與溪洛渡水庫攔截了絕大部分的上游來沙密切相關(guān)，2013年向家壩水庫入庫沙量不足溪洛渡水庫的1/10；其次，向家壩水庫庫尾段也即是溪洛渡水庫壩下游河段，其來沙量較天然水平大幅度下降后，河道始終處于沖刷狀態(tài)，與溪洛渡庫區(qū)庫尾河段淤積恰好相反；越往壩前，向家壩庫區(qū)河道的淤積強度越大。

4.2.2.2 淤積對河道形態(tài)的影響

與上游溪洛渡庫區(qū)相比，向家壩蓄水后約半年時間上游溪洛渡水庫蓄水，攔截了來自于上游的泥沙，向家壩入庫沙量大幅度減少，由此造成向家壩水庫泥沙的淤積幅度遠(yuǎn)不及溪洛渡庫區(qū)。從所掌握的庫區(qū)河道固定斷面觀測資料來看，相較于2013年4月，2013年11月向家壩水庫庫區(qū)河道深泓總體雖表現(xiàn)為淤積，但平均淤積厚度僅0.6 m，最大淤積厚度約5.6 m，均較溪洛渡水庫庫區(qū)相似淤積歷時內(nèi)的深泓抬高值偏小，深泓縱剖面比降略有減小。且從深泓縱剖面沿程變化情況來看，深泓淤積抬高主要發(fā)生在新市鎮(zhèn)以下至壩前段，平均淤積幅度為1.0 m，新市鎮(zhèn)以上至溪洛渡壩址除個別斷面以外，深泓高程基本無變化(圖7)。

圖7 向家壩庫區(qū)河道深泓縱剖面變化Fig.7 Thalweg of river reach in Xiangjiaba Reservoir

各典型斷面套繪情況也顯示，向家壩庫區(qū)泥沙淤積基本上都發(fā)生在深槽內(nèi)。向家壩庫區(qū)河道斷面形態(tài)以“U”型和“V”形為主，間或有“W”形斷面分布，水庫自2012年10月蓄水運用以來，庫區(qū)河道淤積以主槽的平淤為主要形式，庫尾段部分?jǐn)嗝娴蜑懿缮盎顒踊蚴窍宥伤畮鞌r沙作用影響而發(fā)生沖刷變形。與淤積量發(fā)展過程相似，各斷面深槽的淤積抬高主要發(fā)生在2013年4月至2013年11月期間(圖8)。

圖8 向家壩庫區(qū)典型斷面套繪圖Fig.8 Typical cross-sections in Xiangjiaba Reservoir

伴隨著溪洛渡、向家壩水庫蓄水運用，即開始產(chǎn)生攔沙效應(yīng)，綜合輸沙法和地形法計算成果，溪洛渡、向家壩水庫蓄水后庫區(qū)都處于淤積狀態(tài)，且溪洛渡庫區(qū)泥沙淤積幅度較下游向家壩庫區(qū)顯著偏大。2種方法所得溪洛渡庫區(qū)淤積量差異較大，而向家壩庫區(qū)淤積量的差異較小。無論是輸沙法還是地形法，計算的2庫庫區(qū)泥沙淤積量都較工程可研階段的模型預(yù)測值顯著偏小，造成這一現(xiàn)象的主要原因在于上游來沙量與可研階段相比大幅度減少。溪洛渡、向家壩水庫庫區(qū)泥沙淤積都以主河槽的平淤、深泓高程抬高為主要形式。

5 梯級水庫運行對三峽水庫的影響

5.1 對三峽水庫入庫水沙的影響

5.1.1 入庫沙量大幅度減少

向家壩、溪洛渡水電站論證階段，長江科學(xué)院計算了2庫單獨運用、聯(lián)合運用對下游朱沱站(距三峽大壩約757 km，為三峽水庫入庫干流控制站)輸沙量的影響，結(jié)果表明向家壩水庫單獨運用10 a，朱沱站輸沙量僅為上游不建庫的50%，溪洛渡水庫的攔沙作用更大，單獨運用10 a，朱沱站10 a輸沙量僅相當(dāng)于上游不建庫的39.5%[6]。胡艷芬等[7]運用一維非恒定流泥沙沖淤計算數(shù)學(xué)模型對向家壩水電站進(jìn)行100 a水庫泥沙淤積計算，并且考慮到上游溪洛渡及二灘水庫的影響，10 a后朱沱站來沙占上游不建庫的34.9%。李海彬等[8]考慮金沙江中游金安橋、觀音巖，金沙江下游4大梯級水庫及其他支流等14座水庫，計算出三峽年均入庫泥沙將減小為9 030萬t/a，僅為1990年前均值的18.3%。實際過程中，伴隨著二灘及金沙江中游等梯級電站陸續(xù)建成運用，溪洛渡、向家壩水庫蓄水運用前，朱沱站的沙量已經(jīng)出現(xiàn)了一定幅度的減少；溪洛渡、向家壩水庫蓄水后，朱沱站沙量減幅進(jìn)一步加大，且減幅超過預(yù)期。

2003年6月至2014年12月，三峽水庫入庫懸移質(zhì)泥沙20.832億t，出庫(黃陵廟站)懸移質(zhì)泥沙5.074億t，不考慮三峽庫區(qū)區(qū)間來沙，水庫淤積泥沙15.759億t，近似年均淤積泥沙1.31億t，僅為論證階段水庫泥沙淤積量(數(shù)學(xué)模型采用1961—1970年系列年預(yù)測成果)的40%左右，水庫排沙比為24.4%。

三峽水庫泥沙淤積量相較于論證階段大幅度偏少的主要原因在于上游來沙量的減少。溪洛渡、向家壩電站運行前，2003—2012年三峽水庫年均入庫沙量為20 300萬t，較論證階段水文泥沙長系列值偏少58.9%，其中，金沙江來沙偏少量為10 100萬t，占入庫泥沙總偏少量的34%。2003—2012年年均入庫沙量較論證階段模型模擬水庫泥沙淤積采用的1961—1970年系列值偏少60%，與水庫泥沙淤積量偏少的幅度相當(dāng)。溪洛渡、向家壩電站運行后，來自于金沙江的泥沙量進(jìn)一步大幅度減少，與2003—2012年均值相比，2013年和2014年三峽入庫沙量分別減少7 600萬t和14 760萬t，其中2013年向家壩站沙量減幅為14 000萬t，是該年三峽入庫沙量偏少的絕對控制性因素，2014年向家壩站沙量減幅占三峽入庫泥沙總偏少量的94.7%(圖9)。

圖9 三峽水庫入庫沙量與論證階段值對比Fig.9 Incoming sediment of Three Gorges Reservoir (TGR) in different stages

可見，伴隨著金沙江中下游梯級電站的陸續(xù)建成運行，金沙江輸送至下游河道的泥沙量大幅度減少，使得三峽入庫泥沙量進(jìn)一步減少，對水庫泥沙淤積的影響幅度基本上與沙量減幅相當(dāng)。泥沙淤積幅度大大減輕是三峽水庫汛后進(jìn)一步提前蓄水、汛期中小洪水調(diào)度等優(yōu)化調(diào)度方案相關(guān)論證工作開展的重要前提。

5.1.2 入庫泥沙顆粒變細(xì)

由于泥沙粒徑和沉速的區(qū)別，水庫對不同運動特性泥沙的影響程度也不同，粗顆粒的推移質(zhì)幾乎被全部攔截，只有粒徑很細(xì)的沖瀉質(zhì)才能被水流挾帶下泄。梯級水庫除第1梯級以外，下游各級水庫的入庫來沙都會不同程度地細(xì)化，一段時間后才能逐漸進(jìn)入恢復(fù)狀態(tài)。

向家壩水庫蓄水前，受金沙江中游及主要支流梯級水庫攔沙作用影響，向家壩壩前屏山水文站懸移質(zhì)泥沙已經(jīng)出現(xiàn)了細(xì)化的現(xiàn)象，2012年之后屏山水文站改為水位站，向家壩壩下游設(shè)立的向家壩水文站懸移質(zhì)泥沙級配進(jìn)一步細(xì)化，<0.062 mm顆粒泥沙沙量百分?jǐn)?shù)由1988—2012年均值的77.1%增至2014年的96.7%，增幅近20個百分點。溪洛渡、向家壩聯(lián)合攔截了來自于金沙江下游的粗顆粒泥沙后，下游朱沱站懸移質(zhì)泥沙也隨之細(xì)化，三峽水庫蓄水后2003—2012年，朱沱站<0.062 mm懸移質(zhì)泥沙沙量百分?jǐn)?shù)為83.7%，至2013年增至88.3%，2014年來水量略偏大，沙量百分?jǐn)?shù)減小至86.3%，也存在泥沙細(xì)化的現(xiàn)象，但受到沿程床沙的補給作用，細(xì)化的程度較向家壩壩下游偏小(圖10)。

圖10 控制水文站懸移質(zhì)泥沙級配變化Fig.10 Gradation of suspended sediment at control stations in different stages

5.2 對三峽水庫庫尾河段泥沙沖淤的影響

三峽工程設(shè)計論證階段，變動回水區(qū)泥沙沖淤對航運的影響和回水末端的洪水位抬高一直是三峽水庫泥沙問題的研究重點，尤其是位于庫尾的重慶主城區(qū)河段，是我國西南地區(qū)的重要碼頭、港口中心，其淤積發(fā)展趨勢對防洪、港口運用等至關(guān)重要。重慶主城區(qū)河段全長約60 km，長江干流段自大渡口至銅鑼峽，長約40 km，嘉陵江于朝天門入?yún)R長江，嘉陵江段自井口至朝天門長約20 km屬于重慶主城區(qū)河段范圍內(nèi)。

三峽水庫175 m試驗性蓄水初期，水庫回水范圍覆蓋到重慶主城區(qū)河段，汛后受壩前水位抬高的影響，河段走沙期推遲，歷時縮短，強度下降，庫尾河段出現(xiàn)淤積的現(xiàn)象。伴隨著上游來沙量大幅度減少，河段淤積減緩。2014年，三峽水庫采用正常運用方式，未開展消落期的減淤調(diào)度試驗，但由于上游來沙量大幅度減少，重慶主城區(qū)河段干流控制站朱沱站沙量較上年偏少49.3%，嘉陵江段沙量較上年偏少74.8%，扣除采砂活動的影響，重慶主城區(qū)河段首次出現(xiàn)了三峽水庫175 m試驗性蓄水以來的微沖狀態(tài)。此前2008—2013年，其中2011—2013年三峽水庫還進(jìn)行了消落期庫尾河段減淤調(diào)度試驗，一定程度上加大了河段消落期的走沙強度，但重慶主城區(qū)河段累計都表現(xiàn)為淤積(表2)?？梢?，金沙江下游梯級水庫蓄水?dāng)r沙對“三峽水庫庫尾泥沙淤積強度減小，甚至出現(xiàn)沖刷”有十分重要的影響，這與張緒進(jìn)等人研究成果基本一致[9]。

表2 三峽水庫(175 m)試驗性蓄水后重慶主城區(qū) 河段沖淤量統(tǒng)計Table 2 Sediment depositions in the reach of urban Chongqing in the presence of impoundment level 175 m of TGR 萬m3

6 結(jié) 論

(1) 金沙江下游梯級水庫入庫沙量大幅度減少。1998年雅礱江二灘電站運行，金沙江下游沙量開始減少；2010年后，中游金安橋、龍開口、魯?shù)乩?、觀音巖、梨園等水電工程相繼建成運行，下游梯級水庫入庫沙量繼續(xù)減少，對于最下游的向家壩電站，溪洛渡水庫蓄水后，其入庫沙量則進(jìn)一步減少。

(2) 金沙江下游梯級水庫入溪洛渡、向家壩庫區(qū)泥沙淤積幅度較小。輸沙法計算出溪洛渡、向家壩水電站2014年分別淤積泥沙6 191萬t和418萬t(不考慮區(qū)間及支流來沙)，梯級水庫2014年聯(lián)合排沙比為3.2%。地形法統(tǒng)計出溪洛渡水庫蓄水后2013年5月至2014年11月深泓縱剖面高程平均淤積抬高約4.7 m，發(fā)生在整個庫區(qū)內(nèi)；向家壩水庫蓄水后2012年11月至2013年11月深泓縱剖面高程平均淤積抬高0.6 m，庫尾河段因緊鄰溪洛渡水電站下游而沖刷，淤積集中在壩前段。2庫庫區(qū)均以主河槽的平淤為主。

(3) 金沙江下游梯級電站蓄水運用后，三峽水庫入庫干流控制站朱沱站沙量大幅度減少，庫尾河段出現(xiàn)沖刷。與2003—2012年均值相比，2013年和2014年三峽入庫沙量分別減少7 600萬t和14 760萬t，其中2013年向家壩站沙量減幅為14 000萬t，是該年三峽入庫沙量偏少的絕對控制性因素，2014年向家壩站沙量減幅占三峽入庫泥沙總偏少量的94.7%；同時，三峽入庫干流懸沙級配略有細(xì)化；2014年來沙量大幅度減少使得位于三峽水庫庫尾的重慶主城區(qū)河段首次呈現(xiàn)沖刷狀態(tài)。

[1] 中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院. 金沙江溪洛渡水電站可行性研究報告[R]. 成都: 中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院, 2005.

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[5] 彭 楊, 紀(jì)昌明, 劉 方. 溪洛渡-向家壩梯級水庫汛末蓄水時間與目標(biāo)決策研究[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報, 2014,22(6):1098-1107.

[6] 長江科學(xué)院. 向家壩及溪洛渡水庫修建后三峽水庫水庫淤積一維數(shù)模計算報告[R]∥三峽工程泥沙問題研究成果匯編. 武漢: 長江科學(xué)院，1998.

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(編輯：姜小蘭)

Sediment Deposition of Cascade Reservoirs in the Lower Jinsha Riverand Its Impact on Three Gorges Reservoir

ZHU Ling-ling1, DONG Xian-yong2, CHEN Ze-fang1

(1.Bureau of Hydrology, Changjiang Water Resources Commission, Wuhan 430010, China;2.China Three Gorges Construction and Management Co., Ltd.,Chengdu 610042, China)

Xiangjiaba Reservoir and Xiluodu Reservoir have successively entered impoundment stage since 2012, and in the meantime intercepted sediment from the lower Jinsha River. According to field data of runoff, sediment and some cross-sections, the amount and distribution features of sediment deposition in the cascade reservoirs since their operation are calculated, and their influences on the Three Gorges Reservoir (TGR) are studied. Results indicate that sediment deposition in Xiluodu Reservoir and Xiangjiaba Reservoir are both less than the estimated amount. The cascade reservoirs reduced the incoming sediment of TGR, and correspondingly reduced the deposition in its tail reach. The research results are of great significance for the operation of cascade reservoirs and the regulation optimization of TGR.

hydropower stations in the lower Jinsha River; cascade reservoirs; sediment deposition in reservoir; Three Gorges Reservoir; runoff and sediment

2016-01-07；

2016-04-05

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0402301，2016YFC0402101)；水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點實驗室資助項目(2013-ky-1)

朱玲玲(1984-)，女，江西鄱陽人，高級工程師，博士，主要從事泥沙輸移及河道演變方面研究，(電話)13627285182(電子信箱)Zhull1012@foxmail.com。

10.11988/ckyyb.20160007

2017,34(3):1-7

TV14

A

1001-5485(2017)03-0001-07