三峡工程运用后长江中下游冲淤变化_卢金友

摘要 :三峡工程建成运用后 , 改变了水库下游河道的水 沙条件 , 坝下游河道水流输沙能力处于不饱和状态 , 河道 将发生沿程冲刷 , 并可能引起河势的调整 , 进 而可能对防洪产生 一定影响 。 为 此 , 采 用数学模型 计算与 实测资 料分析的手段进行了三峡工程建成后长江中 下游江湖水沙变化 及河道冲 淤演变及其 对防洪影 响的初步 研究 。 结果表明 , 三峡工程蓄水运用后 , 长江中下游 河道发生大量冲刷 , 同流量水位降低 。 各河段冲刷量达到最 大时 , 荆江河段河床平均冲深约 2 .0～ 5.3 m , 槽 蓄量约增加 13 亿 m3 , 城陵矶至武汉河段河床平均冲深约 2.5 m, 槽蓄 量约增加 8 .5 亿 m3 ;由于干流河床 冲刷 , 荆 江三口分流分沙减少 , 洞庭湖 湖区淤积减缓 , 增加调蓄量约 23.8 亿 m3 ;水沙过程改变 、河床冲刷及局部河势调整对河道稳定及堤防 、护岸工程的安全会带来一定影响 , 需采取相应 的对策措施 。 关 键 词 :河床冲淤 ;水位 ;河势调整 ;防洪 ;三峡工程 ;长 江中下游 中图分类号 :TV147 文献标识码 :A
刷量约 5.2 亿 t, 按河宽 1 300 m 计 , 河床平均冲深约 3 年 10 月 至 2005 年 10 月 实测 资料 统
藕池口至城陵矶(下 荆江)为蜿 蜒型河 道 , 河 床沙层 厚达数 计 :宜昌至枝城段冲刷 0.81 亿 m3 , 荆江 河段冲刷 3.02 亿 m3 。
武汉至大通段为分汊型河道 , 水库运用初期 , 因上游河段强 均年分沙量较 1981～ 1995 年少 0.682 亿 t;此后随着三峡水 库排
烈冲刷 , 水流含沙量沿程得到补充 , 冲刷能力沿程减弱 。 特别是 沙比的增加而逐渐增大 , 至建库 后 41 ～ 50 a 三口平 均年分 沙量
进入武汉以下粒径大于 0.1 mm 的 泥沙是 汉口站 建库前 多年平 为 0.377 亿 t, 其中松滋口为 0.265 亿 t , 太 平口 为 0.073 亿 t, 藕
收稿日期 :2006 -05 -10 作者简介 :卢金友 , 男 , 长江水利委员会长江科学院 河流所所长 , 教授级高级工程师 。
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人 民 长 江
2006 年
刷量约为 1 亿 t , 如按河宽 1 000 m 计 , 河床平均冲 深约 1.0 m , 局 但冲淤量不大 , 仍保持分汊河道形态 。
时段 a 51 ～ 60 61 ～ 70 71 ～ 80 81 ～ 90 91～ 100
平均年输沙量 亿 t 3 .28 3 .77 4 .17 4 .32 4 .41
2 三峡工程建成后长江中下游江湖冲淤变化
(1)长江中下游 干流 河道冲 淤变 化 。 三峡 水库 运用初 期 , 库区发生大量淤 积 , 水库 排沙比 为 30%左右 , 下 泄水 流挟 沙不 饱和 , 河床将发生冲刷 。 对于卵石或卵石夹沙河床 , 冲刷使河床 发生粗化 , 并形成抗 冲保护层 , 促使强 烈冲刷向 下游转移 ;对于 沙质河床 , 随着河床冲 刷 , 过 水断面 扩大 , 流速减 小 , 水位下 降 ,
至 70 a 末达 6 .3 亿 t , 按河宽 2 000 m 计 , 河床平均 冲刷约 0 .5 m 。 及三口分流分沙减少 , 三口分流道的河床也相应发生冲淤变化 。
随着坝下游河道的冲刷发展 , 各分汊河段也相应发生冲 淤变化 , 计 算结 果显 示 , 松滋 口分流 道先 发生 冲刷 , 至 水库运 用后30 a
盖 ;③ 河床冲深与拓展 , 过 水面 积增大 , 流 速减 小 , 降低了 水流 刷量增加约 18 .7%;水库运用 至 2022 年末 , 该 河段冲 刷量比 60
挟沙能力 。 因此本河段的上段松滋口至太平口段同时受 3 种因 年代水沙条件的冲刷 量增加约 8.8%。
素的作用 , 水库运用 20 a 后冲刷基本完成 , 冲刷量约 2 .0 亿 t , 若
第 37 卷 第 9 期 20 06 年 9 月
文章编号 :1001 -4179(2006)09-0055 -03
人 民 长 江 Yangtze River
Vol.37 , No .9 Sep ., 2006
三峡工程运用后长江中下游冲淤变化
卢 金 友 黄 悦 宫 平
(长江水利委员会 长江科学院 , 湖北 武汉 430010)
刷加剧 , 水库运用至 40 a 末 , 本段冲刷基 本停止 , 冲刷量约 为 17 少 。 数模计算结果显示 , 与 1981～ 1995 年相比 , 三峡 建库后第 1
亿 t, 河宽按 1 400 m 计 , 河床平均冲深 5 .3 m。
～ 10 年三口平均年分流量由 698.5 亿 m3 减少到 628.9 亿 m3 ;至
由于下 荆江的强烈冲刷 , 进入 城陵矶 至武汉 河段水流 的含 建库后 41 ～ 50 a, 分流量较 1981～ 1995 年减少 238 .1 亿 m3(表 3、
沙量较近坝段大 , 本河段的河床组成也较粗 , 河床上有粒径大于 表 4)。 其 中藕 池 口减 少最 多 , 较 1981 ～ 1995 年减 少 149.7 亿
组成 , 卵石埋藏较浅 。 本段冲刷发展中 , 有 3 种因素抑 制河段冲 响更 大 。 按 1991 ～ 2000 年水 沙条 件预 估 , 水库 运用 至 2012 年
刷 :① 本河段 河床 组成 的 粗化 ;② 上 段 为粗 沙 卵石 推 移 质覆 末 , 宜昌 — 城陵 矶河段 冲刷量 比 20 世纪 60 年代水 沙条件 的冲
三峡工程 2003 年围堰挡水运用以来 , 由于 入库沙量比 多年
河宽按 1 200 m 计 , 平均冲 深约 2.0 m ;下段太 平口 至藕池 口段 平均值减少 35 %～ 59%(2003 ～ 2005 年), 加上水库 淤积 , 进 入长
因沙质覆盖层较厚 , 水库 运用 后 30 a 末 冲刷 基本 完成 , 最 大冲 江中下游沙量更少 , 宜昌站年输沙量减少 78%～ 87%, 坝下游河
河床组成粗化 , 冲刷逐渐减弱直至终止 , 冲刷向下游发展 。
图 1 三峡水库出库多年月平均流量过程(175 ～ 145 ～ 155 m) 采用 1961 ～ 1970 年 水沙 条件 , 不考 虑上 游建库 的条 件下 , 利用一维泥沙数学模型 进行了 坝下游 江湖冲淤 变化计 算 , 结果 表明(表 2), 三峡水库运用后 , 宜昌至大 通河段悬移 质累计 最大 冲刷量约为 43 亿 t , 出现在 第 60 年 。 其中 , 宜昌 至城 陵矶 段累 计最大冲刷量约 25 亿 t , 出现 在第 40 年 ;城陵矶 至武 汉段 约为 14.7 亿 t , 出现在 第 50 年 ;武汉 至大 通段 累计 最大 冲刷 量约 为 6.3 亿 t , 出现在第 70 年 。 最大 冲刷量 出现后逐 渐发生 回淤 , 冲 刷从上段向下段逐步发展 , 发展过程中 , 下段初期还可能发生淤 积。 由于宜昌 — 大通河段跨越 不同地貌单元 , 河床组成 、河型各 异 , 来水来沙条件不同 , 各河段 的冲淤变化也有所不同 。 宜昌至松滋口段 , 河床由卵石夹沙组成 , 表层粒径较粗 。 三 峡水库运用初期 10 a 内本段悬移质 强烈冲刷 基本完 成 , 最 大冲
1 三峡水库下泄水沙特点
三峡水库运用后改变了长江中下游河道来水来沙特性 。 不
考虑上游建库条件下 , 三 峡水库 下泄水 沙特点 为 :汛期 6 ～ 9 月 流量与建库前相比 基本不 变 , 仅洪 峰流量 有所 削减 ;10 月 份水 库蓄水 , 出 库 流 量 陡 减 , 较 建 库 前 同 期 多 年 平 均 值 减 小 约 42 .7%;从多年月平均流量看 , 汛后 流量 10 000 m3 s 左右持续时 间增加(图 1), 流量变化幅 度较小 。 三峡水 库尽管采 用了“ 蓄清 排浑” 的运用方式 , 但水库的 淤积量 仍然较大 , 蓄 水初期 水库排
均输沙量的 3 倍多(1981 ～ 1994 年), 经 过武汉 至大 通河段 沿程 池口为 0 .039 亿 t。 藕池口是三口分流分沙变化最 大的口门 。
交换冲刷后淤积下来 , 使武汉以下呈淤积状态 , 20 a 末 最大淤积
(3)三峡水库运用后荆江三 口分流道及洞 庭湖区冲淤 变化
达 3 .47 亿 t。 此后当上游河段冲刷 基本完成 , 本 河段开始 冲刷 , 趋势 。 三峡建库后 , 随着长江干流河床冲刷 、三口口门水位降低
部河段可能冲深 2.0 m 左右 。
上述成果是按 1961～ 1970 年水沙 条件计算 的结果 , 但 近十
松滋口至藕池口为弯曲型河道 , 弯道凹岸已实施护 岸工程 , 几年来长江上游受自然 因素及 人类活 动影响 , 三峡 水库入 库沙
险工段冲刷 坑最低高程已低 于卵石 层顶板高 程 , 河床为 中细沙 量较多年平均值减少较多 , 出库泥沙更少 , 对坝下游河道冲刷影
宜 昌 —城陵矶 -8 .33 -14 .68 -18 .17 -18 .55 -18.18 -17.23 -15.00 -13 .16 -11 .98 -11 .11 -11 .25 -19 .81 -24 .53 -25 .04 -24 .53 -23 .26 -20 .25 -17 .77 16 .17 -14.99
的冲刷量相对较小 , 最 大冲刷 量约 为 14 .7 亿 t, 出 现在 第 50 年 和口门处含 沙量 相关 。 水 库运 用初 期 , 河 床冲 刷 、水位 降低 较
末 , 按河宽 1 900 m 计 , 河床平均冲深约 2.5 m 。
快 , 三口分沙量随着分流的迅速减少而减少 , 建库后 11～ 20 a 平
十米 , 是冲刷量及 冲刷强 度最 大的 河段 。 水 库运 用 10 a 时 , 本
(2)荆江三 口分 流分沙 变化 。 三 峡水 库蓄水 运用 后 , 长江