葛洲坝枢纽坝区的泥沙淤积和冲刷特点

葛洲坝水利枢纽位于西陵峡口南津关下游约2km处。坝区河段上起南津关上游的母猪嘴，下迄胭脂坝，全长约14km，包括南津关弯道和宜昌弯道两个反向弯道（图4-5）。自母猪嘴至坝轴线为坝区上游段，全长约4km；坝轴线至胭脂坝为坝区下游段，全长约10km。建坝前南津关弯道形态具有4个特点：一是河道呈近于90°的急弯，弯曲半径仅为730m；二是弯道河面急剧扩宽分汊，由南津关峡口处河宽300m，经2700m距离扩宽到葛洲坝处河宽为2200m，并由葛洲坝和西坝两个江心洲分成大江、二江和三江三个分汊；三是南津关下游深槽紧贴右岸；主流出南津关后贴弯道凸岸下行；四是河床深槽急剧抬升，深槽最深点高程由-46m经500m距离抬升至高程30m左右，深槽高差达70余m，成为1∶7的反坡。与地形相应，中枯流量时，主流线偏右，随着流量的增加至1万m3/s以上时，二江和三江过流，主流线左移。宜昌弯道为一平缓弯道，主流偏靠右岸，向下游过渡到胭脂坝汊道的左汊。坝区河段属山区性河道向冲积平原河道过渡的河段，两岸为丘陵和阶地，河床覆盖层为砂、砾石和卵石，下为基岩，葛洲坝和西坝两个江心洲均由砂砾石层及粘土粉砂土组成。近百年来河道实测资料表明坝区河段相对稳定。

图4-5　葛洲坝枢纽修建前坝区的河道图

葛洲坝水利枢纽总体布置为：挖除葛洲坝江心洲，在其原位及以左建二江泄水闸，二江电站和大江电站分别位于泄水闸左、右两侧，二江电站左侧建2号船闸、三江冲沙闸和3号船闸，大江电站右侧建1号船闸和大江冲沙闸，三江上游引航道右侧和大江上游引航道左侧分别修建防淤堤（图4-6）。葛洲坝工程于1970年10月开工，1981年1月大江截流，第一期工程的二江泄水闸、二江电站、三江2号、3号船闸和冲沙闸相继建成运行。第二期工程于1986～1988年陆续建成，大江电站全部机组、大江1号船闸和冲沙闸先后正式运行。

1.坝区上游段淤积冲刷的特点

葛洲坝水利枢纽建成后，坝区上游段泥沙冲淤和河道演变主要表现为河床淤积、主流左移和河床形态调整，具体有如下特点。

（1）坝区上游段总体为淤积，局部则有冲淤变化。葛洲坝水利枢纽坝前水位较天然状态年平均水位抬高达22m左右，建坝后坝区上游河段总体上为淤积，从1981年4月～1991年11月，淤积总量为1560.7万m3，以后变化不大（表4-3）［16］；局部河段则为冲淤交替，如南津关峡谷段虽然较建坝前淤积，深槽最深点淤高达33m，但年际间仍表现为冲淤交替；局部地区由于主流线移动而发生冲刷，如二江泄水闸上游的深槽段。

（2）主流线变化。葛洲坝水利枢纽建成后，坝前水位由天然状态分期抬高到66.0m，南津关峡谷内的主流线仍居中，出峡后因靠右岸深槽的控制作用减弱，同时泄水闸位于葛洲坝江心洲的原址上，主流线左移，正对二江泄水闸（图4-7）。

图4-6　葛洲坝水利枢纽的总体布置图

表4-3　葛洲坝枢纽坝区上游段历年沿程的累积淤积量　单位：万m3

注　淤积量从1981年4月水库开始蓄水计算。

（3）河床平面形态调整。葛洲坝水利枢纽建成后，随着主流线的调整，河床形态相应明显的调整。河床平面形态由深泓紧靠右岸（弯道凸岸）的特殊弯道调整成主泓偏靠左岸三江防淤堤、右岸水下边滩的平顺弯道（图4-8）。右边滩高程为50m左右，由于大江防淤堤头部的挑流作用，堤头左侧存在最深点高程低于40m的冲刷坑。

（4）纵断面和横断面形态调整。葛洲坝枢纽运用后，坝区上游段深泓纵断面总体上抬高，坝上游2000m范围的深泓高程抬高1～4m；距坝轴线2000m以上的南津关峡谷深槽段，深泓抬高幅度较大，最深点高程由建坝前-46m淤高至-19～-13m（图4-9）。与主流线左移相应，横断面最深点左移、抬高，左移达300～400m（图4-10）。

2.坝区下游段河道演变的特点

葛洲坝水利枢纽施工过程中和建成后，坝区下游段河道演变有如下主要特点。

图4-7　葛洲坝枢纽建坝前后坝区上游段的主流线

（a）建坝前（1974年）；（b）建坝后（1983年7月19日，测图中数字为表面流速，以m/s计）(https://www.xing528.com)

图4-8　葛洲坝枢纽坝区上游段的地形（1995年10月）

图4-9　葛洲坝枢纽坝区上游段深泓的纵断面

（1）主流线左移。施工第一期，二江和三江被一期围堰拦截，主流线略有右移；1981年大江截流后，来水全部通过二江泄水闸下泄，主流线大幅度左移；1986年6月～1988年大江电厂机组陆续运行后，主流线略有调整，形成二江主泓、大江航槽为支汊的双槽河势。主流线调整的影响范围可至镇川门附近，其下游的宜昌水文断面基本不受影响（图4-11）。

（2）河床总体上冲刷，但随主流线的变动，局部河段的冲淤变化剧烈，泄水建筑物下游形成冲刷坑（图4-12）。葛洲坝枢纽开工以来，坝区下游段的近坝段（坝轴线至笔架山）受施工和建筑物运行的影响，冲淤变化较大；1986～1998年大江工程陆续建成运行，1986～1990年期间近坝段累积冲刷351.4万m3，以后各年累积冲刷量变化不大，说明河床冲刷已达到相对平衡［表4-4（a）］。从1980年6月～1985年5月，坝区下游段的下段（笔架山至宜枝37号断面）为累积性冲刷，冲刷总量达393.8万m3，以后由于枢纽建筑物运行和其他人为因素影响，坝区下游段冲淤变化复杂。1992年以后河床冲淤随来水来沙的不同而异，说明冲刷已达到相对平衡［表4-4（b）］［16］。

图4-10　葛洲坝枢纽坝区上游段的典型横断面（距坝1200m）

图4-11　葛洲坝枢纽坝区下游段主流线的变化

图4-12　葛洲坝枢纽坝区下游段地形（1995年12月）

表4-4（a）　葛洲坝枢纽坝区下游段历年沿程的累积冲淤量单位：万m3

注1.“+”为淤积，“-”为冲刷。
2.从1986年5月开始累积计算。

表4-4（b）葛洲坝枢纽坝区下游段历年沿程的累积冲淤量单位：万m3

注1.从1980年6月开始累积计算。
2.“+”为淤积，“-”为冲刷。

（3）坝区下游段横断面相应调整，笔架山以上形成“W”形双槽断面，中部为大江电厂下游心滩。笔架山以下断面仍为单一河槽断面。