溪洛渡水库修建后对三峡下游河道冲刷的预测

根据长江流域综合利用规划和我国西部大开发战略的实施，在三峡工程建成后，长江上游干支流必将有一批大型水库建成运用。其中金沙江的溪洛渡或向家坝水电站开发的前期论证工作，已被列入我国国民经济和社会发展第十个五年计划纲要。溪洛渡水电站位于金沙江下段，距下游宜宾市184km，正常蓄水位600m，相应的库容为115.7亿m3，汛期限制水位为560m，死水位为540m。假定溪洛渡水库在三峡水库运用第11年起建成运用，并就溪洛渡水库建成后对三峡水库下游河道冲淤影响作初步计算分析。

（一）溪洛渡水库建成后三峡水库出库水沙的特点

假定溪洛渡水库运用后，三峡水库坝前水位调度方式仍按上游不建库的三峡水库调度方案不变，出库流量过程相同。由于入库沙量及库区淤积不同，使溪洛渡水库建成后三峡水库出库沙量与上游不建溪洛渡水库的情况比较，有如下差异。

（1）出库含沙量较不建溪洛渡水库的三峡水库出库含沙量和泥沙中值粒径普遍偏小（表5-38）。

（2）出库粒径细化，小于0.01mm的泥沙含量较不建溪洛渡水库的含量有所增加，而大于0.1mm的泥沙含量较不建溪洛渡水库的含量则相对减少（表5-39）。

表5-38　溪洛渡水库修建后三峡水库出库的含沙量和泥沙中值粒径

表5-39　出库悬移质中d＞0.1mm和d＜0.01mm所占质量的百分数及输沙量的年平均值

（3）出库沙量相对不建溪洛渡水库减少，水库运用20～40年时，出库沙量与不建溪洛渡水库比，差别较小，但水库运用50年后差异较大，特别是第70年同时期年出库沙量减少了1.67亿t，即相对减少了42%（表5-39）。

（4）建溪洛渡水库的出库沙量比不建溪洛渡水库的出库沙量恢复慢，水库运用到第50～70年平均年输沙量相当上游不建溪洛渡水库第30～50年的运用水平；水库运用至第91～100年平均年输沙量小于上游不建溪洛渡水库第61～70年的值。

因此，溪洛渡建库后，改变了三峡水库出库水沙条件，对三峡工程下游长河段的冲刷量、冲刷分布及冲淤平衡时间将有一定的影响。

（二）溪洛渡水库修建后三峡水库下游河床的冲刷

采用上述一维泥沙冲淤数学模型对溪洛渡水库修建后三峡水库下游河道冲刷进行计算。三峡水库运用初期10年，即2003年6月16日～2012年12月31日，水库调度与上游不建库计算条件一致。三峡水库运用后第11年起（2013年），溪洛渡水库建成并与三峡水库联合运用。计算分析100年内三峡水库下游宜昌至大通河段冲淤变化及沿程各站水位下降趋势。

1.冲刷量和冲刷的过程

宜昌至大通河段悬移质最大冲刷量为48.89亿t，出现在第70年。其中宜昌至城陵矶段最大冲刷量25.90亿t，出现在第40年；城陵矶至武汉段最大冲刷量为15.13亿t，出现在第60年；武汉至大通段最大冲刷量为9.68亿t，出现在第80年（表5-40、表5-41、图5-63）。冲刷由上游向下游发展，各段冲刷平衡时间依次从上游向下游推迟。各分段的冲刷过程分述如下。

表5-40　宜昌至大通分段悬移质的累积冲淤量

注　括号内的数值为河段长度（km）。

表5-41　宜昌至大通分段悬移质的累积冲淤面积

注　括号内的数值为河段长度（km），冲淤面积以m2计。

（1）宜昌至太平口河段，本段悬移质强烈冲刷在水库运用初期（10年）即基本完成，最大冲刷量为2.9亿t，即溪洛渡水库修建后，本段冲刷没有增加。

（2）太平口至藕池口河段，水库运用40年末冲刷基本完成，最大冲刷量达5.24亿t，按河宽以1300m计，平均冲深3.45m。随着水库下泄沙量不断增加，河床由冲刷向淤积转化，100年末回淤0.56亿t。(www.xing528.com)

（3）藕池口至城陵矶河段，水库运用10年时，本河段冲刷相对较小，占该河段总冲刷量的21%；水库运用11～30年河床发生强烈冲刷，40年末冲刷基本停止，冲刷量达17.75亿t，河宽按1400m计，河床平均冲深为5.51m。当冲刷基本平衡后开始回淤，至100年末共回淤4.62亿t。

（4）城陵矶至武汉段，水库运用到50～60年，尽管坝下游强烈冲刷段下移至此，但此时三峡水库下泄沙量逐渐增加，冲刷能力相对减小，冲刷强度随之降低，第60年末共冲刷量达15.13亿t，按河宽以1900m计，河床平均冲深为2.56m。此后开始缓慢回淤，100年末回淤1.32亿t。

（5）武汉至大通河段，水库运用初期，武汉以下呈淤积状态，20年末累计淤积为3.03亿t。随后当上游河段冲刷完成，冲刷段下移，本段河床开始冲刷，至水库运用80年，冲刷最大值达9.68亿t，按河宽以2000m计，河床平均冲深为0.72m。最大冲刷出现后开始回淤，第100年末共回淤1.49亿t。

（6）推移质冲刷量及冲刷过程。全河段推移质总冲刷量很小，至80年冲刷停止，其量约1104万t，仅占全河段河床冲刷总量的0.2%（表5-42）。

综上所述，溪洛渡水库与三峡水库联合运用30年（第11～40年），两库处于大量淤积时期，建溪洛渡水库后三峡水库出库沙量与不建溪洛渡水库的出库沙量比变化相对较小，30年累计出库沙量减少约13.6亿t，加上宜昌至藕池口段冲刷受河床粗化的保护，该段冲刷量的相对变化也较小；藕池口至城陵矶段冲刷量相对不建溪洛渡水库多冲0.91亿，主要是本段冲刷量已较大，河床下切5m多，比降调平，流速减小，致使水流挟沙力减弱；三峡水库运用中、远期，出库沙量较初期增加，但因两库联合运用，拦沙作用较大，使出库沙量恢复较慢，至第100年末，出库沙量占宜昌站1961～1970年平均输沙量的64%，相当于不建溪洛渡水库运用第60～70年的水平，使城陵矶以下各段最大冲刷量出现的时间推迟10～30年。

图5-63　宜昌至大通分段的累积冲淤过程

表5-42　宜昌至大通分段推移质的累积冲淤量

注　括号内的数值为河段长度（km）。

2.沿程主要站的枯水位下降

三峡水库运用不同时期，因受河床冲刷影响，坝下游各站水位流量关系发生不同程度的变化。在三峡水库运用初期，近坝段沿程枯水位受影响较大；随后由于荆江河段发生强烈冲刷，使荆江河段，特别是下荆江河段同流量的枯水位下降较多；武汉以下河段冲刷相对较小，故同流量的枯水位下降也较小（表5-43）。

由于溪洛渡水库与三峡水库联合运用，三峡水库出库沙量相对减少，坝下游宜昌至武汉段最大冲刷相对增加约1.95亿t（第50年末），沿程各站水位下降值也相应有所增加，沙市、石首、螺山、汉口站水位下降值比不建溪洛渡水库的下降值大0.08～0.13m，宜昌站水位因宜昌至藕池口段冲刷量变化很小，故下降值变化也很小。

3.荆江三口分流和分沙的变化

（1）三口分流量的变化。三口分流量将随着长江干流河床冲刷水位下降而减少（表5-44）。其中三口分流以松滋口受影响较小，藕池口受影响最大。三峡水库运用41～50年时，三口的年分流量分别为246.0亿m3、81亿m3、63亿m3，与现状值（1981～1996年平均值）相比分别减少34%、39%、66%。各级流量下三口的分流流量减小也不相同，与1993年实测值相比，50年末松滋口在枝城流量小于2万m3/s时，分流量减小40%～50%，当枝城流量为3万m3/s左右时，分流量减小30%；太平口在枝城流量小于1.5万m3/s时基本断流，当枝城流量为3.5万m3/s左右时分流量减小30%～40%；藕池口在枝城流量小于2.4万m3/s时基本断流，当枝城流量大于3万m3/s时，分流量减小80%～55%。

表5-43　各主要水位站的水位下降值　单位：m

（2）三口分沙量的变化。三峡水库运用11～20年松滋、太平、藕池三口年分沙量分别为0.115亿t、0.045亿t、0.065亿t（表5-44），是现状值（1981～1996年平均值）的26.8%、28.1%、19.7%。水库运用中期以后，水库下泄沙量增加，荆江河段也有回淤，但水位抬高有限，致使三口分流量变化很小，挟带的沙量很难恢复到现状水平。水库运用41～50年时三口年分沙量分别为0.137亿t、0.049亿t、0.040亿t，为现状值（1981～1996年平均值）的31%、31%和12%。

表5-44　三峡水库运用后荆江三口分流分沙的变化

续表

溪洛渡水库与三峡水库联合运用后荆江三口分流与不建溪洛渡水库相比，除藕池口分流量相对减少12.5%～18%外（第50年以后），松滋口、太平口分流量相对变化很小；荆江三口分沙量则随出库沙量变化而变化，水库运用第50年以后，松滋、太平、藕池三口分沙量分别相对不建溪洛渡水库减少25%～43%、24%～44%、37%～48%。