三峡工程对长江中下游河道影响分析

三峡工程对长江中下游河道影响分析

刘小斌 卢金友 林木松

长江科学院河流研究所，湖北武汉，430010，e-mail:lxb2005@

摘要：长江中下游干流河道自宜昌至河口全长约1893km，沿程各河段河型和河床边界条件不同。

三峡工程的建设将改变了水库下游河道的来水来沙条件，同时也使该河段的演变趋势相应地发生了变化，因此有必要对此问题进行研究。本文选取长江中下游若干典型河段为研究对象，根据原型观测资料并结合数学模型计算，分析了三峡工程对长江中下游河道的影响。分析结果表明三峡水库蓄水运用后，坝下游河道将发生沿程冲刷，河床冲刷将经历“冲刷-平衡-回淤”的过程；河道冲刷自上游向下游逐步发展，当上段发生剧烈冲刷时，下段冲刷很少，或者不冲，甚至产生淤积；各段达到最大冲刷量的时间依次从上游向下游推迟。长江下游各河段的河床形态虽在整体上未见重大调整，但各河段的河势仍有不同程度的改变，其中分汊河道的演变趋势较为复杂。

关键词：河道演变；河床冲刷；三峡工程；长江中下游

1长江中下游河道概况

长江中下游干流河道上起宜昌，下迄长江河口50号灯标，流经鄂、湘、赣、皖、苏、沪等六省(市)。沿江两岸地区依托长江这一区位优势工农业经济发达，区域内有武汉、南京、上海等特大城市及16个地级市、35个县级市，在我国经济社会发展中占有极其重要的战略地位。三峡工程建成指日可待，建成后坝下游河道将发生沿程冲刷，冲刷时间较长，冲刷量较大，冲淤影响的河段也较长，坝下游河段的河势及崩岸险工段可能发生，如河道展宽、局部主槽改变、分汊河段主支汊分流比的调整、弯道撇弯、贴岸冲刷等调整变化，危及河势及防洪、航运、港区及引排水设施等方面的稳定与安全。

长江中下游干流河道自宜昌至河口全长约1893km，其中宜昌至鄱阳湖口为长江中游，长约955km，鄱阳湖口以下为长江下游，长约938km。长江中下游河道流经广阔的冲积平原，沿程各河段河型和河床边界条件不同，河道演变特点也各异。宜昌至枝城河段长约61km，为顺直微弯型河道，流经低山丘陵地带,是长江由山区性河流向冲积平原河流过渡的河段，区间內有支流清江在宜都入汇;枝城至城陵矶河段称为荆江，流经江汉平原与洞庭湖平原之间。荆江又以藕池口为界分为上荆江和下荆江，上荆江长约172km为弯曲分汊性河道，下荆江长约175km属典型的蜿蜒性河道，荆江北岸有支流沮漳河入汇，南岸沿程有松滋口、太平口、藕池口和调弦口（其中调弦口已于1959年建闸控制）分流入洞庭湖，洞庭湖又集湘、资、沅、澧四水，经湖区调节后于城陵矶汇入长江，形成了复杂的江湖关系；城陵矶以下两岸分布有对河势起控制作用的由山丘和阶地出露的基岩组成的节点88处，形成藕节状宽窄相间的分汊型河道，两岸有鄱阳湖水系和汉江等许多支流入汇。长江中下游水沙量均较大，宜昌多年平均径流量和悬移质输沙量分别为4510亿m3和5.16亿t(表1)，经宜昌以下沿程众多支流汇入后，入海水量近10000亿m3。【1 2】

图1 长江中下游河势图 图2 长江中下游河势图

表1 长江中下游干支流主要控制站水沙特征值 河流及站名

多年平均流量(m 3/s) 多年平均 径流量 (亿m 3) 多年平均含沙量(kg/m 3) 多年平均输沙量(104t) 统计年份 宜 昌

13880 4381 1.143 50090 1950～2000螺 山

20480 6458 0.65 41500 1951～2000汉 口

22600 7144 0.549 38900 1954～2004长江干流 大 通

28600 9051 0.469 41800 1951～2004洞庭湖口

七里山 9420 2970 0.146 4370 1951～2000鄱阳湖口 湖 口4780 1515 0.085 938 1954～2000

2三峡水库下泄水沙特点

三峡水库建成后，采用“蓄清排浑”的运用方式，下泄年总水量基本不变，除特大洪水削峰滞洪外，汛期6～9月下泄流量过程与天然情况相同，10月份水库蓄水，下泄流量有所减小，11月至12月下泄流量与天然流量基本一致，次年1～5月下泄流量增加，经葛洲坝枢

纽调节后，保持不小于5000m 3/s。三峡工程建成后，下泄沙量大为减少，泥沙粒径变细。水

库运用初期排沙比约为30%，运用40年后约为50%，运用100年后可达90%。出库悬沙粒径随运用年限的增加而增大。水库运用初期30年内平均中值粒径小于0.01mm（135m 水位运用期除外），水库运用90年后，下泄泥沙粒径还未达到天然情况；水库运用100年中值粒径为0.032mm,d<0.01mm 约占27%，d>0.10mm 约占6.5%，逐步接近天然情况。

3三峡工程后下游河道冲刷的基本规律

三峡水库蓄水运用后，改变了水库下游河道的来水来沙条件，坝下游河道水流挟沙能力处于不饱和状态，河床将发生沿程冲刷。水库运用初期，库区发生大量淤积，出库泥沙显著减少，颗粒变细，坝下游河道为适应新的水沙条件而发生剧烈冲刷，但随着时间的推移，一方面水库淤积速率降低，排沙比增大，进入坝下游河道的沙量增加，颗粒变粗；另一方面下游河道冲刷的结果，河床冲深，床面粗化，同流量下水位降低，水面比降变缓，冲刷能力减弱；两方面综合作用的结果，冲刷速率逐渐降低，直至冲刷停止，并逐渐回淤，达到新的冲淤平衡状态；坝下游河道冲刷自上游向下游逐步发展，当上段发生剧烈冲刷时，下段冲刷很少，或者不冲，甚至产生淤积；各段达到最大冲刷量的时间依次从上游向下游推迟。这是三峡工程修建后坝下游河道冲刷发展的基本规律。

三峡水库建成后，由于水沙条件的改变，坝下游河道将发生长距离的沿程冲刷。根据水库下游一维泥沙数学模型计算成果，坝下游河床冲刷自上游向下游逐渐发展，冲刷强度逐渐

减弱，当冲刷达到最大值后有所回淤，表现出冲刷—平衡—回淤的规律。

水库下游一维泥沙数学模型计算成果（图3），三峡工程2003年初期蓄水运用后60年左右，坝下游宜昌至大通长1125km的河段冲刷达最大，约43亿t，此后回淤，至第100年末，约回淤12.7亿t。其中宜昌至松滋口和松滋口至太平口段在水库运用后10年冲刷即达到最大，冲刷量分别约为1亿t和1.9亿t，河床平均冲深约1m和2m；太平口至藕池口段最大冲刷约为5.3亿t，发生在水库运用后30年左右，河床平均冲深约3.5m；水库运用后40年左右，藕池口至城陵矶河段冲刷达最大，约16.6亿t，平均冲深约5.3m，这是冲刷最为剧烈的河段；水库运用后50年左右，城陵矶至武汉河段最大冲刷约14.8亿t，河床平均冲深约2.5m；武汉以下河段在水库运用初期呈淤积状态，水库运用后20年左右淤积量达最大，约为3.5亿t，此后转为冲刷，至水库运用后70年左右，冲刷达最大，约6.2亿t。【3 4】

图3 三峡工程下游各河段冲刷发展过程

4三峡工程在建期间坝下游河道演变

2003年6月三峡水库蓄水运用以后，下游水沙条件发生明显变化。以沙市站为例，在径流量与多年平均值基本相同（偏少不到1%）的情况下，输沙量分别减少了69%和79%。近坝段和荆江河段发生冲刷，2002年10月到2003年10月基本河槽冲刷量为1.03亿m3，2003年10月到2004年10月基本河槽冲刷量为1.27亿m3虽然蓄水运用时间很短，但是下游分汊河段的冲淤变化已经出现值得注意的现象。

沙卵石河段中，弯曲和微弯分汊河段江心洲滩头部冲刷后退，两汊冲刷发展程度存在差异(图3、图4、图5)：宜都和芦家河河段的江心碛坝不同程度地冲刷后退，沙石泓冲刷发展程度不同：2005年初芦家河沙石泓分流比有改变的现象，而分流格局的改变，将进一步影响到沙泓的水流条件和河床冲淤。

图3 芦家河碛坝冲刷