三峡工程建成对长江中下游江湖冲淤的影响

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：随后冲刷逐步减弱，至第60年冲刷停止。图14-26宜昌至大通各分段累积冲淤过程14.7.1.2各河段冲刷发展特点宜昌至松滋口段，河床由卵石夹沙组成，表层粒径较粗。

14.7.1.1　冲刷量及冲刷发展过程

坝下游河道冲刷一般经历“冲刷—平衡—回淤”的过程。三峡水库运用初期，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。

计算结果表明，三峡水库运用以后，宜昌至大通河段悬移质累计最大冲刷量为42.95亿t，出现在第60年。以第1年到第10年的冲刷速率最大，平均每年冲刷1.13亿t。随后冲刷逐步减弱，至第60年冲刷停止。第60年以后，整个河段逐渐出现回淤(如图14-26所示)。其中，宜昌至城陵矶段累积最大冲刷量25.04亿t，出现在第40年;城陵矶至武汉段为14.69亿t，出现在第50年，比上段推迟了10年，武汉至大通段累积最大冲刷量为6.3亿t出现在第70年，比上段推迟了20年，累积最大冲刷量出现后逐渐发生回淤，各段冲淤发展过程基本符合上述规律。

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图14-26　宜昌至大通各分段累积冲淤过程

14.7.1.2　各河段冲刷发展特点

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年内本段悬移质强烈冲刷基本完成，最大冲刷量为0.98亿t，如按河宽1000m 计，宜昌至松滋口平均冲深1.0m。三峡水库运用50～60年以后，下泄沙量逐渐增加，本河段出现回淤，至100年末回淤了0.09亿t。

松滋口至藕池口为弯曲型河道，弯道凹岸已实施护岸工程，险工段冲刷坑最低高程已低于卵石层顶板高程，河床为中细沙组成，卵石埋藏较浅。松滋口至太平口同时受3种因素的作用:一是本河段河床组成的粗化;二是上段为粗沙卵石推移质覆盖;三是河床冲深与拓展，过水面积增大，流速减小，降低水流挟沙能力。在水库运用至10年末冲刷基本完成，冲刷量为1.93亿t，若河宽按1200m 计，平均冲深2.0m。下段太平口至藕池口因沙质覆盖层较厚，水库运用20年末冲刷基本完成，最大冲刷量5.18亿t，河宽按1300m计，河床平均冲深3.4m。随着水库下泄沙量不断增加，河床开始缓慢回淤，100年末回淤了1.78亿t。

下荆江为蜿蜒型河道，河床沙层厚达数十米。水库运用10年时，本河段冲刷相对较小，占该河段最大冲刷量的22%;水库运用30年内，河床发生剧烈冲刷。水库运用至40年末，本段冲刷基本停止，冲刷量为16.94亿t，是冲刷量及冲刷强度最大的河段，河宽按1400m 计，河床平均冲深5.3m。其后河床由冲刷向淤积转化，至100年末回淤了8.08亿t。

由于下荆江的强烈冲刷，进入城陵矶至武汉段水流的含沙量较近坝段大，本河段的河床组成也较粗，河床上有粒径大于1mm 的粗砂及砾石，冲刷受到限制。待荆江河段的冲刷完成后，已至40～50年以后，上游水库的排沙量增大，所以本河段的冲刷量相对较小。最大冲刷量为14.69亿t，出现在第50年末，按河宽1900m 计，河床平均冲深2.5m。此后开始回淤，100年末回淤了3.63亿t。

武汉至大通段为分汊型河道，水库运用初期，因上游河段强烈冲刷，水流含沙量沿程得到恢复，冲刷能力沿程减弱。特别是大于0.1～1.0mm 的泥沙进入武汉以下，这部分泥沙是汉口站建库前多年(1981～1996年)平均输沙量的3倍多，经过武汉至大通河段沿程交换，使武汉以下呈淤积状态，20年末最大淤积达3.47亿t。随后当上游河段冲刷基本完成，本河段开始冲刷，至70年末达6.3亿t，按河宽2000m 计，河床平均冲刷约0.5m。最大冲刷出现后开始回淤，100年末回淤了2.05亿t。

水库运用初期，多数汊道出现淤积。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，但冲淤量不大，仍保持分汊河道形态。

14.7.1.3　河床组成变化

坝下游河道在冲刷过程中，以“淤粗悬细”、“冲细留粗”方式冲刷，上段输出沙量中较粗泥沙与本段河床中较细的泥沙进行交换，使得河床组成变粗，而床沙组成沿程变细(如图14-27和图14-28所示)。

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图14-27　水库运用40年末床沙d50沿程变化过程

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图14-28　石首附近床沙d50历时变化过程

14.7.1.4　水位变化

随着河床冲刷，同流量的水位较建坝前降低。水位下降除受本河段冲刷影响外，还受下游河段的冲刷影响。三峡水库运用初期10年，近坝段冲刷发展很快，宜昌至沙市各站水位受影响较大。随着水库运用时间延长，冲刷发展下移，下荆江河段发生强烈冲刷，水库运用至30～40年，该段冲刷基本完成，使藕池口、石首水位下降较大，也是宜昌至大通水位下降最多的河段，同时下荆江的冲刷及水位下降，又导致上游宜昌、沙市站的水位继续下降，但下降影响相对较小。武汉以下河床冲刷较小，相应水位下降也很小。中枯水位下降值大，洪水位下降值小(见表14-12～表14-14)。

表14-12　三峡水库运用后宜昌水位较1993年实测下降值(单位:m)

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表14-13　三峡水库运用后沙市水位较1993年实测下降值(单位:m)

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表14-14　三峡水库运用后冲刷达到最大后各站水位较1993年实测下降值(单位:m)

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14.7.1.5　荆江三口分流分沙变化

三峡水库运用后，由于水库拦蓄和坝下游干流河床冲刷、三口口门水位降低，三口分流分沙随之减少(见表14-15)。与1981～1995年相比，三峡水库运用后第1年～第10年三口平均年分流量约减少10%，至建库后第41年～第50年约减少34%。其中以松滋口减少最少，太平口次之，藕池口减少最多。

表14-15　三峡建库后荆江三口分流分沙变化

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建库后第1年～第20年，三口分沙量迅速减少，较1981～1995年减少约72%，此后略有恢复。水库运用后第41年～第50年平均分沙量较1981～1995年约减少60%，其中藕池口减少约88%，为减少最多的口门，太平口次之，减少约56%，松滋口减少最少，约为40%。

14.7.1.6　荆江三口分流道河床冲淤变化

三峡建库后，荆江三口分流分沙减少，三口分流道相应发生冲淤变化。建库后第4年末，松滋口分流道约冲刷0.10亿t，太平口和藕池口分流道分别约淤积0.12亿t和0.26亿t。此后松滋口分流道继续冲刷，至建库后30年末，冲刷量达最大，约0.62亿t，然后发生回淤，至第50年末，累计约冲刷0.3亿t;太平口和藕池口分流道则呈累积淤积，至第50年末，分别累积淤积约0.33亿t和0.56亿t。

14.7.1.7　洞庭湖淤积变化

三峡水库运用后，由于三口分流分沙减少，洞庭湖区淤积减弱。建库后第1年～第10年，湖区平均年淤积量为0.42亿t，接近1981～1995年平均年淤积量的一半。建库后第11年～第20年，湖区平均年淤积量减少为0.35亿t。此后，三口分沙量增加，湖区淤积量开始缓慢增加，至建库后第41年～第50年，湖区平均年淤积量约为0.45亿t，为1981～1995年的51% (见表14-16)。可见三峡水库运用后可大大减缓洞庭湖区的泥沙淤积，延长其使用寿命。

表14-16　三峡水库运用后洞庭湖区淤积变化表(单位:×108t)

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① 指不建库在现状地形和1995年三口分流分沙情况下按1961～1970年水文系列计算10年。

三峡工程建成对长江中下游江湖冲淤的影响

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