三峡工程运用后长江中下游干流冲淤变化对防洪工程的影.pdf
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1、三峡工程运用后长江中下游干流冲淤变化对防洪工程的影响研究1 4 7峡工程运用后长江中下游干流冲对防洪工程的影响研究+卢金友黄悦(长江科学院武汉4 3 0 0 1 0)淤变化摘要:三峡工程建成运用后,改变了水库下游河道的来水来沙条件,坝下游河道水流输沙能力处于不饱和状态,河道将发生沿程冲刷,并可能引起河势的调整,进而可能对防洪产生一定影响。为此采用数学模型计算与实测资料分析手段研究三峡工程建成后长江中下游江湖水沙变化及河道冲淤演变,可供三峡工程建成后长江中下游防洪规划制订和工程措施对策研究参考。三峡工程蓄水运用后5 0 年,长江中下游发生大量冲刷,荆江河段河床平均冲深2 0 5 3m,同流量水位
2、降低,增加槽蓄量1 3 亿m 3;城陵矶至武汉河段河床平均冲深约2 5m,同流量水位降低,增加槽蓄量8 5 亿m 3。由于干流河床冲刷,荆江三1:1 分流量、分沙量减少,使湖区淤积减缓,增加调蓄量2 3 8 亿m 3,但由于水沙过程改变、河床冲刷及局部河势调整对河道稳定及堤防护岸工程安全带来影响。关键词:三峡水利枢纽;长江中下游;冲刷量;槽蓄量三峡工程运用后长江中下游来水来沙变化长江中下游宜昌至大通河段两岸有众多支流、湖泊入汇,其中较大支流为清江、汉江;湖泊以洞庭湖、鄱阳湖最大。长江干流各站水文特征值见表1。表12 0 0 3 2 0 0 6 年长江中下游主要站径流量和输沙量变化项目宜昌枝城沙
3、市监利螺山汉口大通多年平均43 6 844 5 039 4 235 7 664 6 071 l l90 5 2径流量2 0 世纪6 0 年代平均45 5 240 1 933 8 766 5 973 1 789 8 9(亿m 3)2 0 世纪9 0 年代平均43 3 640 2 838 9 266 2 972 8 896 1 12 0 0 3 2 0 0 6 年平均39 2 039 8 137 0 835 3 858 5 767 3 482 5 8多年平均4 9 25 o o4 3 43 5 84 0 93 9 84 2 7输沙量2 0 世纪6 0 年代平均5 5 5 64 8 6 73 6 2
4、 64 3 3 24 6 7 45 1 3 2(亿t)2 0 世纪9 0 年代平均4 1 7 13 7 0 93 2 8 73 3 1 13 2 4 43 3 7 12 0 0 3 2 0 0 6 年平均O 7 0 2O 8 5 l0 9 7 91 0 41 1 81 3 41 6 3注:多年平均值统计至2 0 0 2 年,沙市站2 0 世纪6 0 年代统计值为新厂站资料。1 1三峡水库初期蓄水前长江中下游来水来平均径流量为43 6 8 亿m 3,输沙量为4 9 2 亿t;沙变化宜昌至城陵矶河段的水沙主要来自宜昌以上的长江干支流,三峡工程蓄水前宜昌站多年国家科技支撑计划项目资助(课题编号:2
5、0 0 6 B A B 0 5 8 0 3)。支流清江来水来沙量仅占宜昌站水、沙量的3、2 左右。由于荆江三口分流分沙,荆江河段水沙量沿程递减,枝城、新厂和监利站多年平三纪念9 8 抗洪十周年学术研讨会优秀文集均径流量分别为44 5 0 亿m 3、39 4 2 亿m 3 和35 7 6 亿m 3;输沙量分别为5 0 亿t、4 3 4 亿t 和3 5 8 亿t。受各种自然因素和人为因素影响,特别是人工裁弯和自然裁弯影响,2 0 世纪6 0年代以来,荆江三口分流分沙递减,尤以藕池口减少最多,与多年平均值相比,年平均径流量减少5 8 8,输沙量减少6 1 6(见图1)。下荆江干流的年平均水量比多年平
6、均值大,监利站9 0 年代年径流量比多年平均值增加了8 8,输沙量则相对减少9 2。由于荆江三口分流分沙的变化,使得洞庭湖出湖水、沙量减少,城陵矶(七里山)站水、沙量8 0 年代以来的年平均值分别比多年平均值减少8 4 和2 9 4。螺山以下,9 0 年代以来水、沙量变化较小,与多年平均值相比,水量增加2 5 一6 2,沙量减少2 0 左右。一;趸垂:聋3 O2 5,、门2。o 蔷I 5 稻解1 0 廿O,501 9 5 51 9 6 0 1 9 6 51 9 7 01 9 7 51 9 8 01 9 8 51 9 9 01 9 9 52 0 0 02 0 0 5时间(年)图1 荆江三口分流分
7、沙变化1 2 三峡工程初期5 年长江中下游来水来沙变化三峡工程蓄水后,水库下泄水量变化不大,而沙量大幅度减少。三峡水库蓄水后,2 0 0 3 2 0 0 6 年坝下游宜昌、枝城、沙市、监利、螺山、汉口和大通站年均径流量分别为39 2 0 亿m 3、39 8 1 亿m 3、37 0 8 亿m 3、35 3 8 亿m 3、58 5 7 亿m 3、67 3 4 亿m 3 和82 5 8 亿m 3,较三峡蓄水前分别偏少1 0、1 l、6、l、9、6 和9;年均输沙量分别为0 7 0 2 亿t、0 8 5 1 亿t、0 9 7 9 亿t、1 0 4 亿t、1 1 8 亿t、1 3 4 亿t 和1 6 3
8、 亿t,与三峡蓄水前相比,分别减小8 6、8 3、7 7、7 l、7 l、6 4 和6 2。荆江三口分流分沙比尚无明显变化。1 3 三峡水库蓄水后长江中下游来水来沙趋势三峡水库运用后改变了长江中下游河道来水来沙特性。不考虑上游建库条件下,三峡水库下泄水沙特点:汛期6 9 月流量与建库前基本不变,仅洪峰流量有所削减;1 0 月份水库蓄水,出库流量陡减,较建库前同期多年平均值减小约4 2 7;从多年月平均流量看,汛后流量1 00 0 0m 3 s 左右持续时间增加,流量变化幅度较小。三峡水库尽管采用了“蓄清排浑”的运用方式,但水库的淤积量仍然较大,蓄水初期水库排沙比约3 0;水库运行5 0 年内进
9、入长江中下游的沙量减少7 2 6 5(见表2),将引起坝下游较长河段的冲刷。表2 三峡水库出库悬移质沙量l 1 l 2 l 3 l 4 1 运行时段1 0 年2 0 年3 0 年4 0 焦5 0 年年输沙量1 3 5 31 3 2 71 3 7 61 6 4 91 7 4 3(亿t)2 三峡工程建成后长江中下游冲淤变化趋势2 1长江中下游干流河道冲淤变化趋势三峡水库运用初期,库区发生大量淤积,水库排沙比为3 0 左右,下泄水流挟沙不饱和,河床将发生冲刷。对于卵石或卵石夹沙河床,冲刷使河床发生粗化,并形成抗冲保护层,促使强烈冲刷向下游转移;对于沙质河床,随着河床过水断面扩大,流速减小,水位下降,
10、河床组成粗化,冲刷逐渐减弱直至终止,冲刷向下游发展。采用1 9 9 1 2 0 0 0 年水沙条件,不考虑上游建库的条件下,利用一维泥沙数学模型计算,结果表明(见表3),三峡水库运用5 0 年,宜昌至大通河段悬移质累计冲刷量约为4 8 9 4 亿t,其中,宜昌至城陵矶段冲刷量为2 4 5 7 亿t,城陵矶至武汉段约为1 4 9 8 亿t,武汉至大通段累计最大冲刷量为9 3 9 亿t。由于宜昌至大通跨越不同地貌单元,河床组成各异,河型也不同,各河段的冲淤变化也有三峡工程运用后长江中下游干流冲淤变化对防洪工程的影响研究1 4 9所不同。宜昌至松滋口段,河床由卵石夹沙组成,表悬移质强烈冲刷基本完成。
11、最大冲刷量约为0 9 亿t,如按河宽lo o om 计,河床平均冲深约层粒径较粗。三峡水库运用初期1 0 年内本段0 9m,局部河段可能冲深2 0m 左右。表3 宜昌至大通各河段悬移质累计冲淤量(9 0 年代系列)宜昌宜昌一宜昌一宜昌一松滋口一太平口一藕池口一 城陵矶一武汉一项目年份大通武汉城陵矶松滋口太平口藕池口城陵矶武汉大通(1 1 2 3 2)(6 2 3 2)(3 9 3 2)(7 5 7)(6 0 9)(1 7 0 2)(2 3 0 0)(5 0 0 0)2 0 1 2 正一1 2 8 61 2 3 79 2 2一O 6 7一O 8 52 9 54 7 63 1 40 4 9悬移质2
12、 0 2 2 正1 9 2 21 9 31 4 3 2一O 6 70 8 53 2 29 5 74 9 80 0 8冲淤体积2 0 3 2 薤2 5 7 42 4 5 81 7 4 50 6 7一O 8 73 2 7一1 2 6 37 1 3一1 1 7(亿m 3)2 0 4 2 矩3 2 6 42 9 1 51 8 1 50 6 70 8 83 3 l一1 3 2 71 l3 4 92 0 5 2 在3 6 2 52 9 3一1 8 20 6 70 8 9一3 3 3一1 3 2 91 1 16 9 62 0 1 2 盔一1 7 3 61 6 71 2 4 50 9 0一1 1 43 9 8
13、6 4 34 2 40 6 7悬移质2 0 2 2 矩2 5 9 52 6 0 6一1 9 3 3一0 9 l1 1 54 3 5一1 2 9 26 7 30 1 1冲淤重量2 0 3 2 往3 4 7 53 3 1 82 3 5 6一0 9 l一1 1 84 4 2一1 7 0 59 6 2一1 5 8(亿t)2 0 4 2 矩4 4 0 63 9 3 52 4 5一0 9 21 1 94 4 7一1 7 9 21 4 8 54 7 22 0 5 2 在4 8 9 43 9 5 52 4 5 70 9 21 24 51 7 9 51 4 9 89 3 9松滋口至藕池口为弯曲型河道,弯道凹岸已
14、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。本段冲刷发展中,有三种因素抑制河段冲刷:一是本河段河床组成的粗化,二是卜段为粗砂卵石推移质覆盖,三是河床冲深与拓展,过水面积增大,流速减小,降低了水流挟沙能力。因此,本河段的上段松滋口至太平口同时受三种因素的作用,水库运用2 0 年后冲刷基本完成,5 0 年末冲刷量约1 2 亿t,若河宽按12 0 0l r l 计,平均冲深约1 2m。下段太平口至藕池口因沙质覆盖层较厚,水库运用后3 0 年末冲刷基本完成,5 0 年末冲刷量约4 5 亿t,按河宽l3 0 0m 计,河床平均冲深约3 0m。藕池口至城陵矶(下
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- 三峡工程 运用 长江 中下游 干流 变化 防洪工程
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