表8.3-6三峡水库运用50年时不同提前蓄水方案计算干流有效库容损失8.3.3.2 出库泥沙影响表8.3-7为三峡水库运用不同时期各提前蓄水方案的出库沙量。此外，由8.2.3节可知，目前三峡水库出库泥沙在长江中下游河道输沙中已基本属于冲泻质，三峡水库出库泥沙减少将直接减少沿程相应输沙量，但对沿程河道冲刷影响不大。......
2023-06-21
泥沙冲淤对环境的影响分析
【摘要】：图8.2-1三峡水库各研究方案不同区间下泄流量年平均出现天数泥沙冲淤影响计算采用第5章一维非恒定流不平衡输沙水流泥沙数学模型研究成果。表8.2-5三峡水库泥沙冲淤计算方案8.2.3.1 水库泥沙淤积影响不同汛限水位方案运用50年，水库淤积量计算结果见表8.2-6和图8.2-2。
汛限水位动态变化方案对水库泥沙冲淤影响的计算时间是50年，相应干流入库水沙资料由第4章研究提供，即新水沙系列。第1个10年，干流入库沙量为1.066亿t；第2个10年开始，因考虑了乌东德和白鹤滩的拦沙作用，沙量有所减少，第2个10年至第5个10年入库沙量分别为0.880亿t、0.918亿t、0.958亿t、1.00亿t。
图8.2-1 三峡水库各研究方案不同区间下泄流量年平均出现天数
泥沙冲淤影响计算采用第5章一维非恒定流不平衡输沙水流泥沙数学模型研究成果。该模型根据三峡水库大水深强不平衡条件下泥沙输沙规律及三峡水库泥沙絮凝机理等研究成果，对模型有关参数、公式等进行了一定改进，并采用三峡工程2003年蓄水运用开始至2012年的观测资料进行了较详细的验证，冲淤验证符合较好。运用改进后的三峡水库泥沙数学模型，可较好地计算和分析预测新的水沙条件和优化调度方式下三峡水库的淤积量、排沙比、淤积分布及库容损失等冲淤影响。
采用新水沙系列，对表8.2-1拟定的汛限水位动态变化方案泥沙冲淤的影响进行试算。结果表明，6月中旬至8月下旬汛限水位动态变化是影响泥沙冲淤的主要因素。9月上旬，因计算时间仅10天，不同汛限水位动态变化方案泥沙冲淤计算结果无明显差别。根据泥沙试算情况，泥沙冲淤计算方案拟定以下7个方案（表8.2-5）。
表8.2-5 三峡水库泥沙冲淤计算方案
8.2.3.1 水库泥沙淤积影响
不同汛限水位方案运用50年，水库淤积量计算结果见表8.2-6和图8.2-2。计算50年，三峡水库泥沙淤积基本呈线性增加，说明水库离冲淤平衡还相差较远，淤积速率没有明显变化。累积淤积量以初设方案1最少，50年累积淤积量为32.08亿t，年平均淤积量为0.64亿t。方案1～方案7淤积量依次增加，最不利方案7淤积量为41.59亿t，年平均淤积量为0.83亿t。
表8.2-6 三峡水库不同方案干支流总淤积量计算结果 单位：亿t
图8.2-2 三峡水库不同方案干支流总淤积量变化过程
与方案1相比，方案2累积淤积量增加3.33亿t，年均增加约670万t，增幅为10%；方案7累积淤积量增加9.51亿t，年均增加约1900万t，增幅为30%。可见，与方案1相比，方案2～方案7增加淤积比率都比较大，方案7增加淤积量也比较大。其中，防洪风险可控的较好方案[方案5（150，158）]年平均淤积0.76亿t，较初设方案1增加1200万t，增加不大。
8.2.3.2 泥沙淤积沿程分布
1.沿程分布基本情况
表8.2-7和图8.2-3为不同汛限水位方案干流沿程累积淤积量分布。由图和表可见，不同方案的沿程累积淤积量分布是相似的，淤积主要出现在坝址以上约440km范围内，即丰都—坝址库区。丰都以上至重庆河段略有冲刷，重庆以上至朱沱河段基本稳定。
表8.2-7 三峡水库不同方案干流河段分段淤积量计算结果
图8.2-3（一） 三峡水库不同方案沿程累积淤积量分布
图8.2-3（二） 三峡水库不同方案沿程累积淤积量分布
图8.2-4为不同方案三峡库区干流河段沿程各断面冲淤面积，由图可见，即使水库运用至50年，库区淤积仍具有间断性，淤积主要出现在宽阔段，窄深段淤积较小，甚至略有冲刷。
2.各方案影响分析
图8.2-4（一） 三峡水库不同方案库区干流河段沿程各断面冲淤面积变化
图8.2-4（二） 三峡水库不同方案库区干流河段沿程各断面冲淤面积变化
为反映不同方案对库区泥沙淤积分布的影响，以方案1为比较对象，图8.2-5给出了其他6个方案与初设方案沿程冲淤差值的分布情况。由图可见，提高汛限水位后，坝前库段内淤积有所减少：方案2～方案4在坝前约60km库段内淤积略有减少，运用50年时，方案2～方案4淤积量分别减少了约0.27亿m3、0.76亿m3和1.07亿m3；方案5在坝前约170km库段内淤积减少，运用50年时，淤积量减小约1.33亿m3；方案6和方案7在坝前约260km库段内淤积减少，运用50年时，淤积量分别减小约2.73亿m3和3.85亿m3。
提高汛限水位后，坝前库段以上至丰都库段淤积明显增加。运用50年时，与方案1比，方案2～方案7淤积量分别增加了约2.5亿m3、3.7亿m3、4.7亿m3、5.7亿m3、9.0亿m3和11.2亿m3。
图8.2-5 三峡水库不同方案库区干流沿程冲淤影响（运用50年）
以方案1为基准，其他6个方案库区干流河段沿程断面冲淤面积与初设方案的差值如图8.2-6所示，由图可见，淤积减小和增加的断面位置都比较集中，但也不是连续的，受断面宽窄相间的影响较大。
8.2.3.3 有效库容损失情况
运用50年时，不同方案干流库区145～175m高程和145m以下库容损失情况见表8.2-8。由图可见，新水沙条件下，不同汛限水位方案干流库区泥沙淤积主要在145m高程以下，145～175m高程范围淤积较小。其中，在145～175m高程范围内，方案1基本没有累积淤积，方案2～方案7累积淤积量分别为0.80亿m3、1.14亿m3、1.51亿m3、1.85亿m3、2.80亿m3和3.52亿m3。相比较而言，前、后阶段汛限水位分别控制在150m、158m以下时，50年防洪库容累计损失不大，控制在2亿m3以内，离初步设计预期的“水库运用100年后，防洪库容可以保持86%”，即预期防洪库容损失大约31亿m3还有较大差距。
表8.2-8 三峡水库运用50年时不同方案干流库容损失计算结果 单位：亿m3
图8.2-6 三峡水库不同方案库区干流沿程断面冲淤面积影响（运用50年）
8.2.3.4 出库泥沙影响
1.出库沙量与排沙比
不同方案计算的出库沙量及排沙比见表8.2-9，由表可见，因前几年未考虑白鹤滩和乌东德的拦沙作用，三峡入库沙量较大，因而出库沙量也较大。从第2个10年开始，三峡出库沙量呈增加趋势。第3个10年出库沙量比第2个10年增加约8%，第4个10年出库沙量比第3个10年增加约9%，第5个10年出库沙量比第4个10年增加约10%，第5个10年出库沙量比第1个10年增加约18%。
表8.2-9 三峡水库不同汛限水位方案计算出库沙量变化
此外，从时间变化来看，各方案排沙比都是随时间增加的，50年增幅约为30%。各方案比较，方案1～方案7排沙比依次减小，最不利方案7比方案1减小43%左右，年平均出库沙量相差约2000万t。防洪风险可控的较好方案[方案5（150，158）]较方案1年平均出库减少约1000万～1300万t，排沙比相对值减少26%左右。
需要说明的是，计算方案排沙比大于三峡水库最近10年的实际排沙比，原因主要有两方面：一是计算方案入库沙量是新水沙条件下的沙量，明显小于三峡水库近10年的实际入库沙量，而流量大于近10年流量；二是计算方案中汛期流量控制与近几年三峡水库实际中小洪水调度出库洪水不同，近几年经常按40000m3/s控制，汛期库水位经常高于方案计算中的对应水位。出库沙量随时间的变化过程各方案基本是一致的（图8.2-7）。
图8.2-7 三峡水库不同汛限水位方案计算出库沙量
2.出库泥沙级配组成
表8.2-10为三峡水库运用不同时期，各方案计算出库泥沙级配组成。由表可见，出库泥沙粒径基本都在0.062mm以下，平均粒径在0.008mm左右。小于0.004mm、0.004～0.008mm、0.008～0.016mm和0.016～0.031mm四组粒径泥沙所占比例较大，0.031～0.062mm和0.062～0.125mm粒径组泥沙依次明显减少。从出库泥沙随时间的变化来看，各方案出库泥沙都有随时间略有粗化的趋势，但变化幅度较小。从不同方案比较看，计算50年内，不同方案对出库泥沙量虽有一定的影响，但对出库泥沙年平均组成的影响很小，各粒径组出库泥沙所占比例基本相同。
表8.2-10 三峡水库不同汛限水位方案计算出库分组泥沙组成 单位：万t
续表
8.2.3.5 坝下游河道影响分析
三峡水库蓄水运用后，坝下游河道冲刷发展较快，不同汛限水位动态变化方案对下游河道冲刷的影响是需要考虑的重要问题。从沙量看，不同方案间年平均出库沙量最大相差2000万t，而近年坝下游河道年平均冲刷量在1亿t左右，不同方案减少的出库沙量约占坝下游河道总冲刷量的20%，其中方案5（150，158）占比约为10%。此外，不同方案汛期后阶段提前蓄水会改变汛后流量消落过程，对滩槽演变和局部枯水航道的影响等比较复杂。
根据坝下游水文站近几年的观测资料，可以分析不同汛限水位方案对坝下游河道冲淤的影响。以2013年为代表，坝下游水文站悬移质泥沙与河道床沙组成实测结果见表8.2-11。由表可见，三峡出库黄陵庙站悬沙基本都在0.062mm以下，占比达98%，而坝下游沿程水文站观测床沙中，0.062mm以下泥沙占比却很小，其中，螺山以上基本没有，汉口以下也不到10%。说明目前三峡出库泥沙在长江中下游河道输沙中已经基本属于冲泻质，三峡出库泥沙减少将直接减少沿程相应输沙量，对沿程河道冲刷影响不大。上述不同方案计算减少的出库沙量约占坝下游河道总冲刷量的比例（20%）虽较大，同样不会对坝下游河道的冲刷产生较大影响。
表8.2-11 2013年实测三峡水库坝下游河道水文站床沙级配与悬沙级配
综合以上不同汛限水位动态变化方案在防洪、发电、航运、泥沙等各方面的影响分析，在新水沙形势下，当6月中旬至8月下旬三峡水库汛限水位按150m以下控制，9月上旬按158m以下控制时，水库防洪风险可控，泥沙冲淤影响较小，综合效益较优。
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