三峡工程泥沙问题研究60年回顾

对60 a来三峡工程泥沙问题研究的历程、主要研究结论作了简要综述。三峡水库初期蓄水运用以来的泥沙实测资料与预测对比分析表明:三峡水库上游来沙减少的趋势与初步设计阶段预测基本一致,但减少的进程有所提前;三峡水库泥沙淤积量远小于预测值;坝下游河床冲刷量与预测值基本一致,河床冲刷范围则大于预测;坝下游河床冲刷对防洪与航运的影响与预测基本一致;三峡工程泥沙问题总体上未超出论证与初步设计阶段的预测。在此基础上提出三峡工程正常运行期泥沙问题研究的建议,其中关于排沙调度方面,应按控制水库防洪库容年损失率小于1 000万m~3/a,以及变动回水区上、中段无累积性泥沙淤积的要求制定排沙调度方案,以长期发挥三峡工程的综合效益。     

三峡水库库尾重庆主城区河段冲淤特性

重庆主城区河段是西南地区水陆交通枢纽,其河道泥沙冲淤关系到防洪、航运及码头作业等一系列问题,是三峡水库泥沙问题的重点内容之一。三峡水库175 m试验性蓄水后,该河段位于库尾段,年内水力特性显著改变,河床冲淤规律相应发生变化。依据实测水沙及河道原型观测资料,对比研究了近15 a天然状态下和三峡水库175 m水位试验性蓄水后河段的泥沙冲淤变化。结果表明:自然状态下重庆主城区河段以冲刷为主,汛后走沙、汛期淤积规律明显,且汛后为主走沙期;三峡水库175 m水位试验性蓄水后至2012年河床冲刷强度下降,主走沙期推迟至汛前消落期;2013年以来上游来沙大幅减少使得河段冲刷强度增大。研究成果可为三峡水库优化调度和重庆主城区河段的规划治理提供参考。     

三峡水库蓄水以来水库淤积和坝下冲刷研究

为了分析三峡工程对库区及坝下长江中游河势的影响,基于实测资料,较为系统地研究了三峡水库蓄水运用以来水库泥沙淤积和坝下游河床冲刷特性。研究表明,1991年以来长江干流各站径流量变化不大,输沙量明显减小;三峡水库蓄水运用后的2003～2011年入库沙量继续大幅减少,仅为原设计值的40%,水库年均淤积泥沙1.40亿t,也仅为论证阶段的40%左右,且绝大部分淤积在常年回水区和死库容内;受上游来沙减小和三峡水库蓄水拦沙影响,坝下游输沙量大幅减小,悬移质泥沙颗粒也明显变粗,长江中游原有的冲淤相对平衡状态被打破,河床发生沿程冲刷,2002年10月至2010年10月,宜昌至湖口河段总冲刷量为9.79亿m3,河床冲淤形态转变为“滩、槽均冲”,主要冲刷发生在宜昌至城陵矶河段。     

论三峡水库“蓄清排浑”运用方式及其优化

泥沙问题是三峡工程的关键技术问题之一,在三峡工程论证和初步设计阶段提出水库采取"蓄清排浑"的运用方式,可以解决泥沙问题。2003年水库蓄水运用以来的实践表明,水库基本遵循了"蓄清排浑"调度运用原则,并根据上游来水来沙减少等新情况对水库运用方式进行了优化调整。本文系统分析了三峡水库"蓄清排浑"运行方式及其优化调整的利弊,包括提前5年实施175 m试验性蓄水、汛期水位动态变化、汛末提前蓄水等对水库淤积和坝下游河道演变的影响,提出了进一步优化水库调度方式,形成"蓄清排浑"运用的新模式,保持水库长期使用的建议,试图为三峡水库科学高效安全运用提供科技支撑。     

近年来三峡水库坝下游河道强烈冲刷机理分析

金沙江下游梯级电站相继建成蓄水运用以来,三峡水库坝下游河道出现了较强冲刷,同时坝下游冲刷逐渐向下游发展,城陵矶以下河段河床冲刷强度明显增大。根据实测水沙资料以及坝下游河道地形资料,初步分析了近年来坝下游河道强烈冲刷原因,一方面,由于金沙江下游梯级电站相继建成蓄水运用,三峡水库入库和出库泥沙进一步减少,导致坝下游含沙量大幅偏小。另一方面,坝下游汛期洪峰较大,洪水过程持续时间偏长,同时近年来长江中下游区间来水较大。加之城陵矶以下河道床沙组成较细,造成城陵矶以下河段发生大幅度冲刷。研究成果可为坝下游防洪、航运及河道治理研究提供参考。     

2020年三峡水库泥沙淤积特点及原因分析

2020年汛期,长江上游暴雨洪水频发,三峡水库入库沙量显著增大,年入库沙量达到了1.94亿t。在系统分析长江上游水沙变化特性的基础上,总结提炼了2020年三峡库区泥沙淤积出现的新特点,主要是库区泥沙淤积量较往年明显偏大,同时库尾河段和防洪库容内泥沙淤积明显。铜锣峡以上河段由以往的冲刷变为淤积353万m3,淤积量占三峡库区总淤积量的3%;防洪库容内淤积泥沙2 440万m3,为三峡水库175 m试验性蓄水以来最大值,此外坝前河段淤积强度显著增大。分析原因后认为主要是8月上游嘉陵江、岷江等支流暴雨产沙导致入库沙量偏多与水库拦洪导致坝前水位偏高所致。相关结论可为三峡水库科学调度提供更有力的技术支撑。     

长江中下游水沙与河床冲淤变化特性研究

利用长江干、支流水文和河道地形实测资料,研究了三峡工程运用前后坝下游水沙输移特性与河湖泥沙冲淤的时空格局和变化特征。结果表明：① 三峡工程建成运行后,长江中游洪峰流量减小,中水时间延长,汛后退水时间缩短,干流输沙量大幅减少,泥沙来源发生新变化,荆江三口分流分沙量继续减少;② 长江中游干流河势总体稳定,但河床沿程纵向冲刷强度与三峡水库运用前相比明显增大,且冲刷强度和发展速度均大于原预测值;③ 荆江三口洪道由蓄水前的淤积转为冲刷;④ 洞庭湖淤积速度大为减缓,鄱阳湖受河道采砂等影响,总体由淤积转为冲刷;⑤ 长江中游河、湖泥沙冲淤格局发生调整,三峡水库蓄水前长江中游河、湖呈淤积状态,蓄水后则呈冲刷状态。      

三峡水库蓄水以来进出库水沙特性分析

三峡水库于2003年6月1日开始蓄水,开始发挥防洪、发电、航运等综合效益.根据水文泥沙观测资料,对三峡水库进出库水沙特性进行了较为系统的分析.结果表明,1991～2005年与1990年前相比,长江上游水量变化不大,但输沙量减少明显,长江寸滩站和嘉陵江北碚站年均输沙量减少约32%和75%;与多年均值相比,2003～2005年三峡水库入库沙量减少43%～63%,三峡库区淤积泥沙3.77亿t,水库排沙比为40%;受三峡水库拦沙作用影响,坝下游输沙量减少幅度较大,含沙量明显变小,悬沙颗粒有所变粗.     

三峡水库和下游河道泥沙模拟与调控技术研究

三峡工程泥沙问题是贯穿三峡工程论证、设计、施工、运行中的关键技术问题之一,针对三峡水库蓄水运用以来出现的新情况、新问题和新需求,开展了三峡水库和下游河道泥沙模拟与调控技术研究,取得了如下主要成果:揭示了三峡水库泥沙絮凝规律、清水冲刷条件下推移质输沙及河床二次粗化机理、坝下游典型滩群演变与水库水沙过程调节的响应关系;提升了水库和坝下游河道泥沙数学模型技术,大幅提高了模拟精度;建立了三峡入库泥沙预测模式,提出了三峡入库新水沙系列;揭示了长江与洞庭湖、长江与鄱阳湖江湖分汇关系调整机理及变化趋势;研发了透水坝头和台阶式坝头两种新型航道整治结构技术;提出了三峡水库泥沙调控与多目标优化调度方案,优化了"蓄清排浑"运用方式,拓展了三峡工程综合效益,为三峡工程高效安全运行提供了技术支撑。     

溪洛渡、向家坝水库与三峡水库联合蓄水调度研究

由于溪洛渡、向家坝水库与三峡水库蓄水时间上的同步性,使三峡水库蓄水难度进一步加大,进而影响其综合效益的发挥。为满足下游地区在蓄水期对上游梯级水库下泄流量的新要求,研究金沙江溪洛渡、向家坝水库与三峡水库联合蓄水调度方案,优化梯级水库蓄水过程。在综合分析防洪、泥沙、库区、发电及供水等指标基础上,推荐梯级水库蓄水调度方案。防洪、库区淹没及泥沙淤积的影响分析表明,所提方案可进一步缓解下游地区的供水压力,对金沙江梯级水库联合蓄水调度一定实践指导意义。     

长江重庆主城区河段卵石推移质走沙条件研究

三峡水库175 m试验性蓄水后,长江重庆主城区河段泥沙输移发生显著改变。研究重庆主城区河段泥沙输移规律,弄清泥沙输移与三峡水库调度之间的联系,对于优化水库调度,减轻库区淤积具有重要意义。依据寸滩站长系列年卵石推移质原型观测资料,结合二维数学模型和卵石推移质起动公式,分析了重庆主城区河段卵石推移质输移特性变化及走沙条件。结果表明:三峡水库蓄水以来,重庆主城区河段卵石推移质输移量显著减少,卵石颗粒细化,走沙时间也大幅缩短;研究河段内卵石推移质起动的临界条件是三峡水库坝前水位低于157 m,上游来流量大于6 800 m~3/s,并用2016年实测资料加以验证,验证结果较好。研究表明通过三峡水库调度可以加大重庆主城区河段的泥沙输移强度,减轻该河段内的泥沙淤积。     

长江科学院派员参加三峡工程泥沙问题研讨会

正2019年9月26日,三峡工程泥沙专家组在四川成都组织召开"三峡工程泥沙问题"专题研讨会,长江科学院河流研究所所长姚仕明受长江科学院院长卢金友委托参会。本次会议针对三峡工程蓄水运用以来面临的新情况和新问题,围绕三峡水库坝下游河道冲刷及其对生态环境的影响展开研讨。参会专家就三峡水库蓄水运用以来通江湖泊水沙变化与生态环境效应、长江泥沙冲淤特性与沙量平衡分析、坝下游河道强烈冲刷机理与泥沙数学模型、三峡库区及坝下游重点滩险航道新变化与运行、     

我国南方已建水库坝下游冲淤特性分析

三峡工程大江截流已于１９９７年１１月胜利完成，随着三峡工程的建设，特别是２００３年蓄水以后，三峡水库拦沙泄水对下游河道的影响将逐渐明显。为了比较完善地提出三峡水库下游的冲刷特点与机理，研究和总结已建水库坝下游的河床演变特点和演变过程中的利弊问题，通过对“九五”期间两次已建水下游河道查勘所收集的资料，以及丹江口、陆水水库的大量原型观测资料等的分析与研究，认为我国水库下游冲刷特点与水库所处河流的地区，     

三峡工程设计水位175 m试验性蓄水运行的相关问题思考

为了制定三峡水库正常水位运行期调度规程,从2008年开始,三峡水库进入设计水位175 m试验性蓄水运行,以积累经验和探索水库综合调度运行规律。在全面分析蓄水运行期间水库防洪调度运行方式及防洪效果的同时,对枢纽建筑物,水轮发电机组运行状况,库区水质、地质、泥沙淤积情况进行了监测分析。根据三峡工程3 a运行的实践,探讨了三峡水库汛期防洪调度方式、中小洪水相机调洪运用、汛末提前蓄水时机及分时段控制蓄水位、库水位消落以及对库区地质地震灾害与水质影响等问题,为三峡工程正常蓄水运行提供了重要的技术支撑。     

三峡水库蓄水后坝下游干流枯水期水位变化研究

三峡工程建成运行以来,水库清水下泄对坝下游河道造成了明显冲刷,同时枯水期水库向下游补水,提高了坝下游沿程水位与平均流量,改善了下游供水形势。根据坝下游干流沿程宜昌、枝城、沙市、螺山、汉口、大通等水文站的水位、流量、大断面等资料以及三峡水库优化调度方案,分析了三峡水库建成运行以来沿程各站枯水期水位流量关系变化,旨在定量研究三峡水库枯季补水和清水下泄对河道的冲刷作用及对三峡坝址下游沿程水位的影响。研究表明:三峡水库蓄水以来,宜昌-汉口河段各控制站在不同流量条件下,水位均有不同程度的降低;枯水期综合考虑补水和冲刷作用后,不同月份沿程各站水位有升有降。     

三峡水库135 m运行期枯季补偿航运效益分析

三峡工程蓄水运行后，泥沙沉积库区，水库清水下泄，水库初期运用期间会引起葛洲坝下游河道冲刷，造成宜昌枯水位下降，影响航道水深和船舶过坝。通过对航运和发电效益进行分析计算，表明解决这一问题的最好办法是实施枯季航运补偿流量调度方案。采用这一方案不但可增加葛洲坝电站下游的航道水深，还可增加梯级电站的发电量,其效益是十分明显的。     

三峡工程蓄水后长江中下游来水来沙变化规律研究

三峡工程蓄水后,水库调度以及库区淤积改变了长江中下游来水来沙特性,进入长江中下游泥沙大幅度减少,“清水”下泄、河床冲刷,使沿程沙量逐步恢复。在以往研究的基础上,增加新的水沙系列对三峡工程蓄水运用 20 年三峡水库淤积和坝下游长河段冲淤进行一维数学模型计算,研究分析长江中下游年来水量、年输沙量变化规律以及沿程变化趋势,并根据三峡工程蓄水后的实测资料进行对比验证。其成果可为其他行业研究提供基础。     

三峡水库近十年调度方式控制运用分析

针对三峡水库来水来沙减少、上游水库陆续建成运行、下游防洪及需水要求提高等不断出现的新情况,不同时期三峡水库采取了不同的运行调度方式。为了总结三峡水库的调度运行经验,为今后三峡水库优化调度提供依据,分析了不同调度方式对防洪、泥沙等方面的影响。分析表明:为应对新情况而相应调整的调度方式在不降低荆江防洪标准的前提下,可更好地兼顾城陵矶和荆南四河地区的防洪任务,在对泥沙淤积影响有限的同时,可更好地发挥抗旱、供水、航运、发电等综合利用效益。     

三峡水库蓄水运用初期长江中下游河道冲淤响应

根据来自长江水利委员会的2003年三峡水库蓄水前后出(入)库水沙变化的逐日数据(2003.5.25-6.12)以及长江中下游2003年和多年平均的干支流测站数据,本文对三峡水库蓄水初期长江中下游河道冲淤响应进行了初步研究。三峡水库蓄水后,拦沙作用十分明显,仅2003年6-12月份,水库淤积泥沙即达1.24亿t。由于泥沙被水库拦截,其下游各站输沙量均降低,河道沿程普遍发生冲刷(除监利至螺山段外)。各江段冲淤响应表现不一,从宜昌至监利冲刷量逐渐减小,监利至螺山段淤积,而从螺山到大通冲刷量逐渐增大。宜昌站至大通站间长江河道2003年总冲刷量为0.798亿t,比预测值小。三峡水库蓄水运用后长江河道冲淤形势发生的变化将对长江中下游环境带来一定的影响,加强及时的监测与研究十分必要。     

三峡水库139米水位与航运

经国务院批准,三峡水库2003年6月成功实现135米初期蓄水目标,三峡工程开始发挥防洪、发电、航运三大效益。11月5日,又开始了第二次蓄水,水库水位达到139米,更有利于三大效益的发挥,其中航运效益尤为突出。 139米水位的由来 三峡水库2003年6月开始围堰发电期蓄水运用,由于水库下泄水流含沙量减少,会引起葛洲坝枢纽下游河床一定程度的冲刷下切。在国务院三峡工程建设委员会批准的《三峡(围堰发电期)—葛洲坝水利枢纽梯级调度规程》(以下简称梯