2020年三峽水庫泥沙淤積特點(diǎn)及原因分析

許全喜 袁晶

摘要：2020年汛期，長江上游暴雨洪水頻發(fā)，三峽水庫入庫沙量顯著增大，年入庫沙量達(dá)到了1.94億t。在系統(tǒng)分析長江上游水沙變化特性的基礎(chǔ)上，總結(jié)提煉了2020年三峽庫區(qū)泥沙淤積出現(xiàn)的新特點(diǎn)，主要是庫區(qū)泥沙淤積量較往年明顯偏大，同時(shí)庫尾河段和防洪庫容內(nèi)泥沙淤積明顯。銅鑼?shí){以上河段由以往的沖刷變?yōu)橛俜e353萬m3，淤積量占三峽庫區(qū)總淤積量的3%;防洪庫容內(nèi)淤積泥沙2 440萬m3，為三峽水庫175 m試驗(yàn)性蓄水以來最大值，此外壩前河段淤積強(qiáng)度顯著增大。

分析原因后認(rèn)為主要是8月上游嘉陵江、岷江等支流暴雨產(chǎn)沙導(dǎo)致入庫沙量偏多與水庫攔洪導(dǎo)致壩前水位偏高所致。相關(guān)結(jié)論可為三峽水庫科學(xué)調(diào)度提供更有力的技術(shù)支撐。

關(guān) 鍵 詞：輸沙量; 泥沙淤積; 庫尾; 防洪庫容; 淤積強(qiáng)度; 三峽水庫

中圖法分類號： TV697

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.05.002

0 引 言

泥沙問題是三峽工程的關(guān)鍵技術(shù)問題之一，直接關(guān)系到三峽水庫壽命和工程綜合效益的發(fā)揮，也是三峽水庫“安全、健康、高效”運(yùn)行的必要條件。從三峽工程論證階段開始，國內(nèi)外眾多專家學(xué)者針對三峽水庫的泥沙問題開展過大量的研究，取得了十分豐碩的研究成果。韓其為等[1]對中國水庫泥沙淤積研究的狀況和成果進(jìn)行了全面的綜述，在水庫泥沙淤積方面，系統(tǒng)總結(jié)了在水庫淤積觀測資料和分析、水庫淤積形態(tài)、水庫排沙及運(yùn)行方式以及變動(dòng)回水區(qū)的沖淤、水庫淤積數(shù)學(xué)模型等方面的研究進(jìn)展，充分肯定了水庫泥沙淤積及泥沙調(diào)度方面的研究成果。針對三峽水庫蓄水運(yùn)用以來不同階段的進(jìn)出庫水沙特性、庫區(qū)泥沙沖淤情況、壩下游水沙變化與河道沖刷特性開展了大量研究，還有些研究較為系統(tǒng)地闡述了三峽水庫蓄水運(yùn)用以來水庫泥沙淤積分布和壩下游河床沖刷特點(diǎn)，也提出了需要進(jìn)一步深入研究的問題[2-7]，為掌握了解三峽工程泥沙沖淤變化以及水庫的科學(xué)調(diào)度起到了重要的技術(shù)支撐作用。唐小婭等[8]針對汛期庫區(qū)泥沙淤積特點(diǎn)，分析了三峽入庫水沙特性及汛期泥沙淤積特點(diǎn)，利用滯后響應(yīng)模型探究了汛期泥沙淤積的滯后規(guī)律。針對減輕水庫泥沙淤積方面，也有很多成果，胡春宏[9]提出了長江三峽水庫和黃河小浪底水庫等工程運(yùn)行方式進(jìn)一步優(yōu)化的建議;潘慶燊[10]提出了基于三峽水庫有效庫容長期使用的三峽水庫排沙調(diào)度的建議，即在水庫泥沙淤積達(dá)到初步平衡之前，應(yīng)控制水庫有效庫容的年損失率小于1 000萬m3/a，以及水庫變動(dòng)回水區(qū)上、中段無累積性泥沙淤積。任實(shí)等[11]根據(jù)實(shí)測資料，分析了蓄水以來三峽水庫淤積特性，以及在汛期和消落期的減淤措施的實(shí)施時(shí)機(jī)及效果。董炳江等[12]在分析三峽水庫洪峰、沙峰傳播特性的基礎(chǔ)上，針對三峽水庫入庫洪峰、沙峰傳播的時(shí)間差異性，提出了“洪峰到來時(shí)攔洪削峰，沙峰臨近時(shí)加大泄量排沙”的沙峰調(diào)度策略。上述研究和探索豐富了水庫泥沙淤積及泥沙調(diào)度方面的研究成果，為更好地保障水利樞紐工程的安全和綜合效益的發(fā)揮，促進(jìn)水庫泥沙理論與技術(shù)的發(fā)展提供了科技支撐。

2020年，長江流域發(fā)生了新中國成立以來僅次于1954年、1998年的流域性大洪水，特別是在汛期，三峽水庫入庫沙量大、壩前水位高、滯洪時(shí)間長，三峽水庫泥沙淤積產(chǎn)生了一些新的變化特點(diǎn)，引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。本文在系統(tǒng)分析2020年長江上游水沙變化特性的基礎(chǔ)上，總結(jié)了三峽庫區(qū)泥沙淤積的新特點(diǎn)，并從來水來沙變化、庫區(qū)水位和水庫的調(diào)度方面對產(chǎn)生這些變化的原因進(jìn)行了研究。

1 2020年長江上游來水來沙特性

多年來，長江上游徑流量變化不大，受水利工程攔沙、降雨時(shí)空分布變化、水土保持、河道采砂等因素的綜合影響，輸沙量減少趨勢明顯，如表1所列。特別是隨著金沙江下游梯級水庫的建成運(yùn)行，長江上游來沙進(jìn)一步減少。2013～2019年，三峽水庫入庫控制站（朱沱站+北碚站+武隆站）來沙較2003～2012年均值偏少了65%。在入庫沙量減少的同時(shí)，相應(yīng)來沙地區(qū)組成也發(fā)生了顯著變化，金沙江在三峽水庫入庫泥沙的占比由2003～2012年的57%減小為2013年以來的1.8%。

2020年8月中旬，長江上游發(fā)生集中性強(qiáng)降雨，且強(qiáng)降水區(qū)位于長江上游主要產(chǎn)沙區(qū)（見圖1），岷江、沱江、嘉陵江等流域出現(xiàn)了較大輸沙過程，三峽水庫入庫水沙出現(xiàn)顯著增大。2020年，三峽水庫入庫徑流量4 733億m3，較多年和2003～2019年均值分別偏多24%和29%。2020年三峽水庫入庫懸移質(zhì)輸沙量為1.94億t，較多年均值偏少47%，但較2003～2019年和2013～2019年均值分別偏多30%和171%。2020年三峽水庫入庫泥沙主要來自嘉陵江和岷江，分別為8 920萬t和6 630萬t，較2003～2019年均值分別增多220%和167%，

分別占入庫總沙量的46%和34%（見表1）。此外，2020年朱沱站推移質(zhì)總量為2.28萬t，較2012～2019年均值（5.69萬t）減少了60%;2020年寸灘站推移質(zhì)總量為4.50萬t，較2003～2019年均值（5.28萬t）減少了15%。

2 2020年三峽庫區(qū)干流淤積變化新特點(diǎn)

通過對實(shí)測資料的整理和分析，2020年三峽庫區(qū)干流淤積主要呈現(xiàn)以下幾方面特點(diǎn)：

（1） 三峽庫區(qū)淤積量較往年明顯偏大。

從三峽水庫175 m試驗(yàn)性蓄水以來庫區(qū)總淤積量變化來看（見圖2），在175 m試驗(yàn)性蓄水初期2008～2013年，庫區(qū)淤積量較大，年均淤積量為1.353億m3;2013年以后，受上游水庫群蓄水?dāng)r沙的影響，三峽入庫沙量大幅減少，庫區(qū)泥沙淤積顯著減小，2015年甚至表現(xiàn)為沖刷（含河道采砂影響）。

2020年，受長江上游地區(qū)暴雨洪水影響，三峽水庫入庫沙量劇增，其入庫沙量達(dá)到1.94億t，較2003～2019年和2013～2019年均值分別偏多30%和171%。入庫沙量增多導(dǎo)致三峽庫區(qū)淤積顯著，2020年三峽庫區(qū)干流淤積泥沙1.066億m3。淤積主要集中在銅鑼?shí){以下至大壩河段，共淤積1.030億m3，占干流總淤積量的96.7%。D5332490-DCB2-44C3-A1A4-FD5833F0E6E6

（2） 庫尾河段較往年淤積明顯。

2003年以來，隨著三峽水庫蓄水運(yùn)用，回水范圍逐漸向上游延伸，奉節(jié)至豐都段泥沙淤積占總淤積量的比例逐漸增加，大壩至奉節(jié)段泥沙淤積占總淤積量的比例則逐漸減小，庫區(qū)泥沙淤積逐漸向上游發(fā)展，如圖3所示。三峽水庫175 m試驗(yàn)性蓄水運(yùn)行以來，受入庫沙量大幅減小、河道采砂和水庫調(diào)度等影響，水庫變動(dòng)回水區(qū)總體表現(xiàn)為沖刷，泥沙淤積主要集中在涪陵以下的常年回水區(qū)，其中，變動(dòng)回水區(qū)（江津至涪陵段）累計(jì)沖刷泥沙0.751億m3，而常年回水區(qū)則淤積泥沙17.937億m3。

2020年，受上游支流岷江、沱江、嘉陵江來沙增大影響，且汛期壩前調(diào)洪水位較高，導(dǎo)致三峽庫區(qū)庫尾河段發(fā)生淤積，銅鑼?shí){以上河段河床淤積泥沙353萬m3，其中江津至大渡口段、大渡口至銅鑼?shí){段分別淤積255萬m3和98萬m3，分別占三峽庫區(qū)總淤積量的2.4%和0.9%（見圖3）。

（3） 三峽水庫干流防洪庫容內(nèi)淤積量增多，淤積主要集中在涪陵-萬縣段。

2003～2019年，三峽水庫干流防洪庫容內(nèi)累計(jì)淤積泥沙11 607萬m3，自2013年以來，三峽水庫防洪庫容內(nèi)整體呈現(xiàn)沖刷態(tài)勢，年均沖刷量1156萬m3（見圖4）。

2020年，三峽庫區(qū)干流防洪庫容內(nèi)淤積泥沙2 440萬m3，為三峽水庫175 m試驗(yàn)性蓄水以來最大值，占2020年175 m以下總淤積量的23%，且淤積主要集中在涪陵-萬縣河段。

（4） 三峽水庫壩前河段淤積強(qiáng)度明顯增大。

從三峽庫區(qū)不同河段年均沖淤強(qiáng)度對比來看（見表2），2020年三峽庫區(qū)銅鑼?shí){以下河段泥沙淤積分布與往年基本一致，淤積主要集中在壩前段以及豐都至奉節(jié)段，分別淤積泥沙1 620萬m3和7 180萬m3。

從年際間淤積強(qiáng)度變化來看，2020年三峽庫區(qū)近壩段大壩至廟河段淤積強(qiáng)度最大，達(dá)到107.2萬m3/（km·a），較2003～2019年均值偏大53%，較2008～2019年均值偏大161%。壩前局部最大淤積強(qiáng)度為342萬m3/（km·a），且越靠近壩前越大;其次為豐都至銅鑼?shí){河段，2020年該河段年均淤積強(qiáng)度達(dá)到6.6萬m3/（km·a），而此河段多年均值不足1萬m3/（km·a）。

3 2020年三峽庫區(qū)泥沙淤積變化原因分析

2020年，三峽庫區(qū)泥沙淤積量較往年明顯偏大，且呈現(xiàn)出庫尾河段淤積、防洪庫容內(nèi)淤積量偏大、壩前河段淤積強(qiáng)度增大等新特點(diǎn)，這些均與三峽庫區(qū)2020年特殊的水沙情勢直接相關(guān)。

（1） 汛期入庫沙量偏大，是庫區(qū)淤積量較往年明顯偏大的主要原因。

2020年受長江上游地區(qū)暴雨影響，三峽水庫入庫沙量劇增。汛期6月10日至9月10日入庫沙量1.85億t，為2012年以來入庫沙量最大值（見表3）。2020年汛期入庫沙量主要集中在8月份，其入庫沙量達(dá)到1.41億t，占全年入庫沙量的72%。且8月份汛期入庫沙峰與汛期高水位遭遇，造成庫區(qū)淤積較大。

（2） 庫區(qū)水位偏高，高水位持續(xù)時(shí)間長，導(dǎo)致三峽庫區(qū)泥沙淤積嚴(yán)重，且?guī)煳埠佣魏头篮閹烊輧?nèi)淤積較往年明顯偏多。

2020年8月，長江上游接連形成2020年第4號和第5號洪水，寸灘站洪峰流量分別達(dá)到57 600 m3/s和77 400 m3/s。受連續(xù)大洪水入庫影響，三峽水庫水位持續(xù)攀升，8月22日壩前水位上升至主汛期最高的167.65 m，為三峽水庫建庫以來最高調(diào)洪水位。2020年7月壩前平均水位155.83 m，8月壩前平均水位更是達(dá)到160.49 m，均為2012年以來同期最高月均水位（見表4）。

除庫區(qū)水位偏高外，高水位持續(xù)時(shí)間也較長。如表5所列，為2020年三峽庫區(qū)高水位持續(xù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)表。2020年汛期，三峽水庫壩前水位在150 m以上天數(shù)為62 d，壩前水位在155 m以上天數(shù)為55 d，壩前水位在160 m以上天數(shù)也達(dá)到31 d之久，甚至有4 d水位在165 m以上，高水位持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)超過歷史同期。汛期水位高，高水位持續(xù)時(shí)間長，導(dǎo)致2020年三峽庫區(qū)泥沙淤積嚴(yán)重，且?guī)煳埠佣魏头篮閹烊輧?nèi)淤積較往年明顯偏多。

三峽水庫有效庫容損失與上游來水來沙、水庫調(diào)度、人類活動(dòng)等密切相關(guān)。上游來水越大、來沙越多，干流防洪庫容內(nèi)泥沙淤積量也相對較大，汛期壩前水位的上浮一定程度也增加了防洪庫容內(nèi)的泥沙淤積，特別是在入庫洪峰流量較大，如2012年寸灘站洪峰流量達(dá)63 200 m3/s，壩前最高水位上浮至162.95 m，防洪庫容內(nèi)泥沙淤積量達(dá)855萬m3;2020年汛期寸灘站洪峰流量更是達(dá)到77 400 m3/s，壩前最高調(diào)洪水位上浮至167.65 m，防洪庫容內(nèi)泥沙淤積量達(dá)到2 443萬m3（見表6）。2020年汛期防洪庫容內(nèi)泥沙淤積較明顯的大多位于庫區(qū)重點(diǎn)淤積河段（萬縣至涪陵河段），防洪庫容內(nèi)淤積變化較大的典型斷面見圖5。此外，入庫沙量較少時(shí)，即使壩前最高水位上浮較多，對防洪庫容泥沙淤積影響不大，如2014年入庫徑流量3 820億m3，汛期最高洪水位達(dá)到163.24 m（9月6日），汛期平均水位150.06 m，同時(shí)入庫沙量較少，僅為5 544萬t，防洪庫容內(nèi)河床沖刷1 030萬m3。

近幾年，三峽水庫實(shí)施了消落期庫尾減淤調(diào)度，盡可能多地將庫尾淤積的泥沙輸移至常年回水區(qū)，對于減少防洪庫容內(nèi)泥沙淤積是有利的，2012，2013，2015，2019年分別實(shí)施了庫尾減淤調(diào)度，汛前消落期間，重慶主城區(qū)河段分別沖刷了302萬，330萬，251萬，139萬m3，銅鑼?shí){至涪陵河段分別沖刷了540萬，867萬，1 237萬，141萬m3。

（3） 汛期沙峰排沙調(diào)度。

2020年汛期，在水情預(yù)報(bào)和泥沙預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，綜合考慮上下游防洪壓力，開展了汛期沙峰排沙調(diào)度：自8月18日起，三峽水庫下泄流量由44 000 m3/s增大至49 000 m3/s;8月22日壩前最高調(diào)洪水位達(dá)167.65 m，后基本維持下泄流量在48 000 m3/s直至25日;之后為減輕長江中下游防洪壓力，保障兩壩間通航安全，三峽水庫下泄流量逐漸減小，27日減小至34 000 m3/s左右。D5332490-DCB2-44C3-A1A4-FD5833F0E6E6

Study on characteristics and causes of sediment deposition in Three Gorges Reservoir in 2020

XU Quanxi，YUAN Jing

（Bureau of Hydrology，Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China）

Abstract：

In the flood season of 2020，heavy rains and floods occurred frequently in the upper reaches of the Yangtze River，and the amount of sand entering the Three Gorges Reservoir had increased significantly with annual amount of 194 million tons.We first systematically analyze the features of water and sand variation in upper reaches of Changjiang River，and point out the new characteristics of sediment deposition of Three Gorges Reservoir in 2020：the amount of sediment deposition in the reservoir area was significantly larger than that in previous years.At the same time，the reservoir tail and flood control storage capacity had obvious deposition.Among them，the river section above Tongluoxia had changed from previous erosion to deposition with volume of 3.53 million m3，accounting for 3% of the total deposition volume in the Three Gorges Reservoir area;the Three Gorges Reservoir suffered the highest deposition of 24.4 million m3 in its flood control storage capacity since the 175m pilot impoundment;and the deposition intensity in front of the dam had increased significantly.Based on the systematic analysis on characteristics of water and sediment changes in the upper reaches of the Yangtze River，we summarize reasons of sedimentation in the Three Gorges Reservoir area in 2020，namely the heavy rain-induced sand yield in upper tributaries，such as Jialing River and Minjiang River，and the higher water level in front of dam site due to flood retention operation.The results provide more powerful technical support for the scientific operation of the Three Gorges Reservoir.

Key words：

sediment transport volume;sediment deposition;reservoir tail reach;flood control storage capacity;deposition intensity;Three Gorges ReservoirD5332490-DCB2-44C3-A1A4-FD5833F0E6E6