五、泥沙课题评估意见

(一)三峡工程5年试验性蓄水期泥沙问题评估

1.入库水沙量

5年试验性蓄水期三峡水库上游来沙减小趋势仍然持续。2009—2012年的多年平均年入库径流量和悬移质输沙量分别为3591亿m3和1.83亿t,约分别为1990年前多年平均值的93%和38%,占论证和设计阶段采用水沙值的86%和36%。自三峡水库开始蓄水以来(2003—2012年),多年平均年入库水量和沙量分别为3606亿m3、2.03亿t,分别约为1990年前多年平均值的93%和42%,占论证和设计阶段水沙值的86%和40%。

2.水库淤积

水库淤积继续发展,但水库淤积量比初步设计预计的要少,泥沙淤积尚未对航道产生明显影响。水库泥沙淤积主要特点如下。

(1)淤积量继续增加,淤积比例升高,排沙比降低。

5年试验性蓄水期间三峡水库干流淤积泥沙6.35亿t,多年平均年淤积泥沙1.59亿t,水库排沙比为16.1%,低于围堰蓄水期的37%和初期蓄水(156m水位)的18.8%。自三峡水库开始蓄水至2012年年底,干流库区共淤积泥沙14.37亿t,多年平均年淤积泥沙1.44亿t,水库排沙比为24.4%。由于上游来沙明显偏少,水库淤积量比初步设计预计的要少,排沙比也较初步设计降低。

(2)淤积部位上延,变动回水区开始发生累积性淤积。

三峡水库蓄水至今水库泥沙淤积主要发生在宽河段和深槽。宽谷段淤积量占总淤积量的90%以上,深泓最大淤积厚度为64.8m(位于大坝上游5.6km处)。

试验性蓄水后,泥沙淤积分布上移,奉节以上库段淤积量占全库区总淤积量的比率由初期蓄水时的57%增加到78%(2008年11月—2011年11月)。变动回水区开始发生累积性淤积。由于水库运行年限较短,淤积尚在初期,水深增加较多,至今常年回水区和变动回水区中下段(铜锣峡以下)通航条件良好。但部分开阔或弯曲分汊河段累积性淤积发展较快,如黄花城等河段,其左槽深泓最大淤高接近50m。局部地段经疏浚或改槽后未出现碍航现象,但其发展趋势需密切注意。

3.重庆主城区河段冲淤变化

5年试验性蓄水期,随着坝前水位的抬升,重庆主城区河段开始受水库壅水影响,航道条件得到较大改善,但河道冲淤规律发生了变化。该河段由试验性蓄水前(2002年12月—2008年10月)年均冲刷约148万m3,转为少量淤积,自2008年10月—2012年10月重庆主城区河段累积淤积量为60.1万m3(含河道采砂)。在水位消落期,当坝前水位降至165m以下、而来流量又较小时,部分河段的局部地带曾出现航深不足、航槽移位等现象,发生过十几次搁浅事故。目前,通过采取适时疏浚和加强运营管理与水库调度等应对措施,保证了航道畅通。

4.坝区泥沙淤积

5年试验性蓄水期,坝前的淤积继续发展,淤积速度有所减缓。坝前段淤积泥沙3841万m3。淤积面高程低于电站进水口与通航建筑物进口底板允许高程。但是,地下电站引水渠泥沙淤积明显,取水口前淤积面高程达104.5m,已高于排沙洞进口底板高程,其发展趋势应予以重视。目前过机泥沙的颗粒比较均匀,平均中值粒径约为0.007~0.008mm。

上下引航道内淤积较少,未造成碍航问题。淤积后上下引航道底板高程分别在132.50m以下和57.10m以下,下引航道出口未形成拦门沙坎。

坝下近坝段河床发生局部冲刷,未危及枢纽建筑物安全。

5.宜昌站枯水位

试验性蓄水后,宜昌站枯水位一度出现明显下降,依靠水库补水满足了通航水位的要求。2012年汛后宜昌站5500m3/s流量时水位为39.24m(冻结吴淞基面),较2002年下降0.46m,较1973年的设计线累积下降了1.76m。航运要求的庙嘴水位39.0m为采用吴淞基面高程系统,换算为水文站采用的冻结吴淞基面后,相应的宜昌站水位为39.29m。三峡水库现已具有补水能力,枯季下泄流量增大,宜昌站最小流量多数时间在5500m3/s左右,实际最低水位虽略低于上述所要求的值,但尚能基本满足该河段通航水深的需要。今后应继续采取措施遏制宜昌水位的进一步下降,以免其抵消枯水流量增加的效果。

6.坝下游河道冲刷演变及对航道的影响

试验性蓄水以来,坝下游河道继续保持冲刷态势,冲刷强度较大。在此期间,宜昌—湖口河段平滩河槽总冲刷量为4.22亿m3,多年平均年冲刷量1.40亿m3,多年平均年冲刷强度14.7万m3/(km·a)(含河道采砂影响,下同)。与围堰蓄水期和初期蓄水相比,河道冲刷在逐渐向下游发展。

自三峡水库蓄水以来(2002年10月—2011年10月)宜昌—湖口河段平滩河槽总冲刷量为10.62亿m3,多年平均年冲刷量为1.18亿m3,多年平均年冲刷强度为12.4万m3/(km·a)。其中,宜昌—城陵矶河段冲刷量为7.09亿m3,多年平均年冲刷强度为19.3万m3/(km·a);城陵矶—湖口河段冲刷量为3.53亿m3,多年平均年冲刷强度为7.2万m3/(km·a)。河床的冲刷深度随时间和地点而异,宜昌—枝城河段、上荆江、下荆江、城陵矶—汉口河段、汉口—湖口河段的深泓最大冲刷深度分别为18.0m、13.8m、11.9m、16.4m和15.4m。

试验性蓄水期荆江河段的水位流量关系随着河床冲刷继续有所下降,2008—2011年,10000m3/s流量的枝城水位下降0.29m、沙市水位下降0.71m。坝下游河床的床沙发生粗化,宜昌至枝城河段河床粗化最明显,沙质河床略有粗化,粗化程度沿程逐渐减小。

伴随着河道冲刷,下游河势发生调整。迄今为止,虽然长江中游宜昌至湖口河段总体河势基本稳定,河床平面形态、洲滩格局大体未变,但局部河段(特别是沙质河床)的河势调整比较剧烈。如七弓岭河弯八姓洲狭颈段,若不采取措施,一旦遇上不利水文条件,有可能发生河势恶化或剧变。

随着河势调整,崩岸时有发生。据统计,自三峡水库蓄水以来(2003—2012年)长江中下游干流总计崩岸655处,崩岸总长度495.9km。其中,试验性蓄水期(2009—2012年)总计崩岸255处,崩岸总长度144.6km。崩岸发生后,经过修护和加固,岸坡基本稳定;加之三峡水库汛期削峰调度,汛期最大下泄流量控制在45000m3/s以内,长江中游未经历大的洪水。因此,长江中下游汛期一直安全度过,未因河道冲刷发生重大险情。

河势调整过程中的洲滩冲淤变化、主流摆动、岸线崩退等对航道造成一定的不利影响。由于蓄水以来长江航道局在重点河段修建了一系列航道整治工程,发挥了固滩稳槽的作用;对淤积碍航的地点进行了及时疏浚;加之蓄水后,特别是试验性蓄水后,依靠水库调节,枯季流量增大。因而在5年试验性蓄水期间实现了长江中下游航道的畅通。

总之,坝下游河道冲刷继续向下游发展,局部河段河势调整较为剧烈,崩岸时有发生,但至今总体河势基本稳定,堤防护岸工程基本安全,未出现重大险情;洲滩冲淤变化对航运造成的不利影响,通过航道整治工程、疏浚和水库调节加以克服或缓解,实现了航道的畅通。

7.荆江三口分流分沙

5年试验性蓄水期间,荆江三口分流量和分流比继续保持下降趋势。三口年均分流量由1999—2002年的625.3亿m3减少至2003—2012年的493.2亿m3和2009—2012年的485.4亿m3;分流比由14%减小至12%和11.6%。三口断流天数也有所增加。

三峡水库蓄水拦沙,枝城站来沙量大幅减小,致使三口入湖分沙量大量减少。三峡水库蓄水后(2003—2012年)三口的年均分沙比为19%,与1981—2002年分沙比18.7%基本相同,但三口入湖年均沙量由三峡水库蓄水前(1999—2002年)的5670万t减少为蓄水后(2003—2012年)的1126万t和试验性蓄水期(2009—2012年)的784万t。洞庭湖区淤积明显减缓,其年均淤积量由4790万t(1999—2002年)降为325万t(2003—2010年)。

8.总体评价

试验性蓄水后三峡工程上下游泥沙的冲淤变化,继续保持2003年蓄水以来的相同态势。蓄水(包括试验性蓄水)以来三峡工程的泥沙问题及其影响未超出原先的预计,局部问题经精心应对,处于可控之中。今后,随着三峡上游新建的各大水库的蓄水拦沙和上下游水库的联合调度,三峡水库的泥沙淤积总体上会进一步缓解。从泥沙专业角度讲,三峡水库正式进入正常运行期是可行的。泥沙问题是一个长期积累的结果,对今后可能发生的泥沙问题,仍应继续高度重视,深入研究,加强预防和应对措施。

(二)若干重点泥沙问题分析

1.2008年汛后实施175m试验性蓄水运用的可行性

经实际观测和分析研究,进入三峡水库的沙量在21世纪后显著减少。在实体模型中按照新研究推荐的1990—2000年水沙系列进行试验,结果表明,水库175m蓄水后,九龙坡港口和金沙碛港口的碍航淤积量将分别小于25万m3和17万m3;泥沙数学模型和实测资料分析也得到类似的结论。中国长江三峡集团公司认为这是一个可以接受的疏浚量,不会影响港口的正常作业。而提前实施试验性蓄水有利于提早发挥三峡水库的综合效益。因此,三峡工程泥沙专家组建议,2008年汛后开始实施175m试验性蓄水运用是可行的。三峡水库5年试验性蓄水运行泥沙问题基本态势进一步检验了提前至2008年汛后实施试验性蓄水的做法是正确的。

2.汛后提前蓄水问题

在初步设计中规定,三峡水库每年从10月1日起开始蓄水,10月底蓄至175m,需要蓄水221亿m3。从近几年水库的运行情况看,10月的来水量有减少的趋势,而长江下游地区的需水量却有所增加。因此,为保证汛后能蓄满水库和兼顾长江中下游的用水,要求水库提前到9月开始蓄水,但会增加三峡水库的泥沙淤积。研究结果表明:汛末提前蓄水的不同方案对水库的总淤积量影响不大,水库运行到10年末,提前蓄水方案比原方案的库区总淤积量增加0.24%~0.86%,而变动回水区的淤积量增加12.7%~31.4%。由于变动回水区的淤积在水库消落期可能成为航道的碍航淤积量,需要增加航道的疏浚工作。因此,三峡工程泥沙专家组建议:三峡水库采用淤积量增加较少的方案,从9月11日开始蓄水,并在9月底蓄至155~160m水位,5年试验性蓄水的实践证明,汛末提前蓄水到9月10日的方案是正确的。

3.汛期中小洪水调度

三峡工程初步设计原定主要对较大洪水(来流量大于55000m3/s左右)进行控制。为了有效地利用洪水资源和提高发电、航运效率等,2010年和2012年汛期三峡水库开展了中小洪水调度的运用尝试。

2010年控制三峡水库最大下泄流量为40000m3/s,整个汛期平均库水位为151.69m;2012年控制最大下泄流量为41000~45000m3/s,平均水位为152.78m。由于汛期实际水位比初步设计拟定的库水位要高,因此,库内的泥沙淤积量有所增多,排沙比有所下降。据有关单位研究表明,2010年汛期三峡水库实施中小洪水调度后,库区多淤积泥沙2000万t左右,约占同期库区泥沙淤积量的10%;2012年中小洪水调度较初设规定方式,水库多淤积泥沙约2300万m3,增幅为15%,且淤积分布上移,寸滩—清溪场段泥沙淤积量多增142%,清溪场—万县段淤积多增30%,万县—大坝段淤积则减少12%。

除了增加水库淤积外,中小洪水调度对水库下游河道演变趋势的影响也应高度重视。如水库下泄洪水长期控制在远小于原设计的荆江河道安全泄量56700m3/s,有可能使长江中下游洪水河槽萎缩与退化,缩减河道泄洪能力。汉江丹江口水库下游河道行洪能力的衰减,已为此提供了实例。就长江中游的防洪而言,试验性蓄水5年来,荆江大堤和长江干堤的护岸工程尚未经受原设计的河道安全泄量的考验,不能明确回答现在荆江河段实际可承受的河道安全泄量究竟多大,这是试验性蓄水的一个不足之处。三峡工程泥沙专家组建议,目前不宜将试验性蓄水期中小洪水调度列入正常运行的调度规程,对其利弊还应深入分析论证。

4.重庆主城区河段泥沙冲淤规律和对航运的影响

在5年试验性蓄水期,重庆主城区河段通航条件总体改善,但泥沙冲淤规律发生了变化。在水位消落期,当坝前水位降至165m以下及来流量较小时,部分重点河段的局部地带曾出现航深不足、航宽变窄、航槽移位等碍航现象。虽然目前这些碍航问题经过开展适时疏浚、加强运营管理和水库调度等措施后得到解决,但由于试验性蓄水运行仅5年,对重庆主城区河段的冲淤规律认识尚不够清晰,局部累积性淤积与碍航问题还没有充分显现,采砂活动对主城区河段冲淤的影响也较大。鉴于重庆主城区河段的重要性,对该河段的泥沙冲淤规律及其影响仍需加强研究。

5.水库下游河道冲刷加剧及其影响

三峡水库试验性蓄水以来,坝下游河道冲刷继续向下游发展,局部河段河势调整较为剧烈,崩岸时有发生,但至今总体河势基本稳定,未出现重大险情;典型河段洲滩冲淤变化对航运造成的不利影响(含宜昌站枯水位降低问题),通过航道整治工程、疏浚和水库补水增大枯季流量加以克服或缓解,实现了航道的畅通。但是,由于三峡水库运行后下游河道冲刷发展较可行性论证和初步设计阶段要快,且随着水库运行方式的正常化和下游河道泥沙冲淤的不断累积,下游河道的河势、崩岸塌岸等仍将会发生较大的变化,一些潜在问题将不断暴露,对河道航运、堤防安全和取水安全等产生严重的影响,对此仍需开展持续监测和深入研究。

6.关于江湖关系变化

三峡水库蓄水以后,长江和洞庭湖之间的江湖关系的变化有明显和渐进两个方面:一方面入湖泥沙大量减少,明显有利于减缓洞庭湖的淤积;另一方面,三口分流量和分流比继续缓慢下降。三口分流能力的缩减,对长江中下游河道的防洪安全是不利的,其发展趋势应予重视。三峡水库蓄水后,鄱阳湖2003—2012年湖区各站月平均水位,与1980—2002年相比,均有不同程度的下降,使枯水期提前,对湖区水资源利用产生了明显的影响。但三峡水库蓄水及清水下泄引起的河床下切并不是引起鄱阳湖旱季水位下降的唯一原因,近年来的降水偏少及流域内用水增多也是重要的原因。江湖关系的变化还涉及水资源和生态环境影响等多方面问题,需要进一步综合研究。

7.泥沙问题是长期积累的过程,应继续高度重视

泥沙冲淤变化是一个长期积累的过程,具有累积性,许多问题将随着时间的推移而显现和加剧;另外也具有偶发性和随机性,如局部河段的岸坡滑移、堤岸崩塌、主流摆动、河床剧烈调整等。三峡水库试验性蓄水以来,已经暴露了一些问题,这些问题事关长江防洪与航运安全,直接影响三峡工程的综合功能和长远效益的发挥。在三峡工程转入正常运行以后,对上下游的泥沙问题依然必须时刻予以关注,深入研究,加强预防和应对措施。

(三)建议

1.加强三峡工程上下游水文泥沙原型观测与研究工作

除原审定的观测计划内容外,下一步应补充或加强较大支流库区、重庆以上河段、地下电站进水口前等的泥沙观测,加强坝下游河道水文泥沙观测,坝下游河道观测范围应延至河口段;组织有关单位开展实测资料分析与专题研究。今后,三峡工程的泥沙原型观测工作应有长远(2019—2039年)计划,并坚持实施。

2.深入开展有关重点泥沙问题的研究

随着上游来沙的减少和人类活动影响的加剧,今后除密切注意重庆主城区河段与变动回水区河段的冲淤变化外,还应加强坝下游河道冲淤演变及其影响的研究,对长江中下游河道未来的演变趋势、泄洪能力、堤防影响、通航条件、江湖关系、环境影响等做出科学预测。此外,还要十分重视河道采砂、沿岸开发、岸线利用等对上下游河道演变叠加的影响。关于包括三峡工程在内的上游大型水库群建设对长江河口段的影响,也应开展前期研究。

3.抓紧实施水库上下游有关整治工程

在已有研究和论证的基础上,不断改进和优化原有的各项泥沙问题应对措施,抓紧库区和坝下游河道整治工程的实施,如九龙坡等库尾河段的河道整治工程、宜昌至杨家脑河段的综合治理工程、芦家河等重点滩段的浅滩治理工程、荆江河势控制和航道整治工程、荆江三口控制与分流道治理工程、簰洲湾裁弯工程等。

4.优化三峡水库运行调度减少泥沙不利影响

从充分利用水资源和尽量减少淤积出发,三峡水库要严格遵循“蓄清排浑”的运行原则,兼顾当前利益与长期效果。研究三峡水库运行调度方式对上下游河道冲淤演变的长远影响,从泥沙角度优化调度方式。同时,为尽快完善长江中下游地区防洪、抗旱、减灾体系,应抓紧制定和实施长江上游水库群联合调度方案,这是当务之急。