三峡水库蓄水后宜昌至沙市河段冲淤变化分析

第4l卷第l4期人民长江Vo1．41．No．142010年7月YangtzeRiverJuly，2010文章编号：1001—4179(2010)14—0028—04三峡水库蓄水后宜昌至沙市河段冲淤变化分析熊超，彭玉明，郭焕林(长江委水文局荆江水文水资源勘测局，湖北荆州434020)摘要：三峡水库蓄水运行后，下泄沙量大幅减小，为了解坝下游河道变化情况，运用断面地形法计算分析了宜昌至沙市河段的冲淤变化。从来水来沙变化过程、河床形态、河床组成、比降等方面对冲淤变化的影响因素进行了分析研究。结果表明：河段的冲淤变化是水沙组合、河床组成、河床形态等因素综合作用的结果，其中来沙量的大幅减少是主要因素；不同河段各因素对冲淤变化的影响大小存在差异，即枝城至沙市河段的冲淤强度大于宜昌至枝城河段。关键词：冲淤变化；影响因素；宜昌至沙市河段；三峡水库中图法分类号：TV697．22文献标志码：A从冲淤量沿时分布来看，2002年10月～2003年1河段概况10月、2003年10月～2004年10月、2004年10月～三峡坝下游宜昌至沙市河段属长江中游，河道长2005年10月、2006年10月～2007年l0月河段冲刷约173km。按照河段特点将该河段分为宜昌、宜都、强度均较大。2005年10月～2006年l0月及2007年枝江、沙市等4个小河段，其长度分别为19．4，39．6，l0月～2008年10月冲淤量较小，冲刷量分别为0．0764．0，49．7km。其中宜昌河段为镇川门至虎牙滩，宜亿m，0．006亿m，主要是因为2006年来水量小。都河段为虎牙滩至枝城水文站，枝江河段为枝城至杨2007年1O月～2008年10月，河段冲淤变化很小，表家脑(荆25)，沙市河段为杨家脑至观音寺。松滋口以现为冲淤基本平衡。上为低山丘陵区，松滋口以下为平原。河段区间有松滋口、太平口分流入洞庭湖，有清江、沮漳河等支流入表1宜昌至沙市河段河道泥沙冲淤统计万m。汇(见图1)。2河段冲淤变化宜昌至沙市河段河道泥沙冲淤分析主要采用2002年10月、2003年l0月、2004年10月、2005年l0月、2006年10月、2007年10月、2008年10月等7个年份的河道固定断面及水道地形资料。采用断面地形法分别计算枯水河槽、基本河槽、平滩河槽、洪水河槽(对应宜昌5000，10000，30000，50000131／s水面线从冲淤量沿程分布来看，河道冲刷以宜都、沙市河下河槽)冲淤量。段冲刷量较大，冲刷强度较大部分也是位于上述两河2002年lO月～2008年l0月，宜昌至沙市河段总段。宜昌河段、枝江河段的冲刷量及冲刷强度相对较冲刷量为2．59亿In，以枯水河槽冲刷为主，占总冲刷小，分别占宜昌至沙市冲刷总量的6％，15．6％，见图量的91％(见表1)。2、表2。收稿日期：2010—04—17作者简介：熊超，男，工程师，主要从事河流泥沙、河道测绘等方面的研究X-作。E—mail：jjxionge@ejh．corn．en 第14期熊超，等：三峡水库蓄水后宜昌至沙市河段冲淤变化分析29图1宜昌至沙市河道示意表2三峡水库蓄水运用以来宜昌至沙市河段河道表3宜昌至枝城中水运行时间及相应河段冲淤变化泥沙冲淤强度万m／km宜昌枝城沙市时段／(年，月)中水流量河段冲中水流量河段冲中水流量河段冲天数／d淤量／万in天数／d淤量／万m天数／d淤量／万m200211—2003l05l—l3596ll574—12342003．11—2004．10112—4l3l15一l303【18—130l2004．I】一2005．1078l2883一ll0o90一l7l02005．Il一2006l03824337—37l25—3062006．11—2007．1O54—32955—123955一l4872007．11—2008．1O902l988—4482198河段三峡水库蓄水后，来沙的最显著变化表现在：年内LjL_器蓬输沙更为集中；坝下游下泄沙量大幅减少。三峡水库蓄水前，汛期7～9月输沙量占全年的比例约为74％，露蓄水后约98％；蓄水前枯期1～3月约占全年的0．4％，蓄水后约占0．3％。宜昌站蓄水前后月均输沙变化见图3。宜昌来沙量过程线见图4。三峡水库蓄水运行以来，一方面三峡上游来沙继续明显减少，另一图2宜昌至沙市各分河段冲淤强度方面大量的泥沙被拦截在库区，使得下泄沙量大幅度3河段冲淤影响因素分析减少。三峡水库蓄水后，上游来沙的70％被拦蓄在库内，出库及坝下游含沙量大幅减小，水流明显变清。由3．1来水来沙量于水流含沙量的减少，水流所挟带的泥沙未达饱和，河三峡水库蓄水后，宜昌以上河段来水量未发生趋床发生较大强度的冲刷。枝城站、沙市站含沙量的变势性变化，但受三峡水库调度运行影响，三峡水库下游化在相应断面荆3、荆45冲淤变化上有一定体现，随来水过程发生显著变化，最明显的是河段的枯水期流着含沙量的减小，断面发生冲刷，面积变大，见图5。量变大、中水运行时间加长，荆江河段的造床作用加水沙综合作用是决定河床变形的主要条件，不同强，平滩以下河床的冲刷会加剧，宜昌至沙市河段在三流量级及水流含沙量对河床泥沙的作用不同¨，引入峡水库蓄水后发生冲刷，中水运行时间加长起到一定水沙综合作用强度指标，以表征上游来水来沙对河床作用。表3统计了宜昌、枝城、沙市站各时段中水流量泥沙冲淤变化的影响大小：运行天数及所在河段河床冲淤变化。宜昌河段、枝江／7=譬．㈩河段、沙市河段与相应河段来水量过程的关系表现为：在其他因素基本相同的条件下，中水流量持续的天数式中，9为流量，m／s；S为各流量对应含沙量，越长，河段的冲刷量就越大。kg／m；T为各流量出现时间，d；宜昌至沙市河段平滩 30人民长江水位下冲淤变化与进口水沙作用强度大小呈一定的正水流结构影响很大，在相同的来水量及变化过程条件比关系，平滩水位以下河槽和高滩部分的泥沙冲淤与下，若河段的河床形态不同，水流条件也不相同，从而一一一一一一。一进口水沙强度的关系比较散乱，规律性不强。影响河床的冲淤变化。统计分析表明，河段河宽对河段冲淤厚度产生影响，河段束窄段冲淤变化较小，河段放宽段冲刷强度较大，宜昌至沙市河段河床冲刷主要发生在放宽段。河段岸线和平面形态基本稳定，河宽较窄，宽深比较小，河床横断面就趋于稳定，冲淤变化相对较小。河床形态对流速产生影响，河段束窄处横断面水面面积较小，流速相对增大，水流挟沙力较大；放宽段水流分散，流速较小。在高水期，当上游来沙量较大时，放宽段容易引起泥沙淤积，枯水期水流归槽，放宽段与束窄段流速差别相对较小；当上游来沙量较小时，放宽段易发生冲刷。图3宜昌站月均输沙率的变化3．3河床组成河床冲刷导致床沙粗化明显，同时河床粗化又阻碍冲刷发展。三峡水库蓄水运用后，宜昌至沙市河段床沙中值粒径明显增大。宜昌、宜都、枝江、沙市等河段在三峡水库蓄水后冲淤强度与中值粒径的变化过程表明，随着河床的逐渐冲刷，河床中值粒径逐渐增大，河床粗化。宜昌、宜都河段河床冲淤也在逐渐变化。睾=荤量量=辜=量=誊晕军=委=鬟=量量三兰宜昌及宜都河段距离三峡水库较近，冲刷及河床年份粗化反应就较快，河床粗化到一定程度，抗性逐渐增图4宜昌站年均输沙量(悬沙)过程线强，也就容易较快趋于冲淤平衡。宜昌、宜都河段河床由基岩、卵石或卵石夹沙组成，枝江、沙市河段由卵石夹沙或沙质河床组成，其中，沙市河段的河底沙层较厚，沙层粒径差别不大，因此河床易冲刷，且冲刷后粗化程度较小，达到平衡的时间相对较长。断面冲淤变化与床面组成也有一定关系。如荆3断面(见图6)所示，断面不同部位组成差别较大，由基岩、卵石组成部位冲淤变化较小，断面冲淤变化主要发生在沙质断面，这些断面位于宜都、枝江河段。年份(a)枝城站554曼：j5龌2I5图6荆3断面冲淤变化3．4比降图5含沙量与断面面积关系河段比降对冲淤变化的影响，实际就是水流条件3．2河床形态对冲淤的影响，河段比降大，水流速度大。比降与河段河床形态及地质情况决定河床的边界条件，对的冲淤变化相互影响、交互调整，河段比降大，水流挟 第l4期熊超，等：三峡水库蓄水后宜昌至沙市河段冲淤变化分析31沙力大，河床可能发生冲刷，河床冲刷又促使比降调(1)上段水面比降随上游来水增大而增大，汛期整。宜昌至枝城、枝城至沙市两段比降的逐月变化过水面比降远大于枯期，下段比降随水量增大而变小，枯程见图7。水期的比降大于高水期；(2)三峡水库蓄水后，上段水面枯水期比降变小，下段比降变大。这两段水面比降变化的差异对冲淤变化的影响主要表现为：在枯水期，下段冲刷强度明显大苦于上段。窘逝4结语丑三峡水库蓄水运行后(2002～2008年)，坝下游宜昌至沙市河段发生了普遍冲刷，总冲刷量为2．59亿月份In，以主槽冲刷为主。河道冲淤变化的影响因素主要(a)宜昌至枝城表现在来水来沙、河床形态、河床组成和河床比降等方面，最主要的影响因素是来沙量的大幅减少。各影响68因素对不同河段的影响程度也存在差异：宜昌至枝城2河段冲淤变化很大程度上受河床组成制约；枝城至沙瞠丑市河段冲淤变化与河床平面相关性较好，河宽大，河床冲淤强度大。参考文献：月份[1]武汉水利电力大学．河床演变及整治[M]．北京：水利水电出版(b)枝城至沙市社，1990．图7蓄水前后水面比降逐月变化[2]长江水利委员会水文局．三峡_T-程蓄水运用初期长江中下游河道宜昌至枝城段(简称上段)与枝城至沙市河段(简泥沙冲淤规律研究[R]．武汉：长江水利委员会水文局，2007年．(编辑：李慧)称下段)的水面比降变化存在明显差异。Analysisonerosion——depositionvariationofYichang—-Shashireachafterimpoundment0fTGPXIONGChao，PENGYuming，GUOHuanlin(JingjiangBureauofHydrologyandWaterResourcesSurvey，ChangjiangWaterResourcesCommission，Jingzhou434020，China)Abstract：ThedischargesedimentamountdecreasessharplyafterimpoundmentofTGP．Weanalyzederosion—depositionvar—iationofYichangtoShashireachusingcrosssectiontopographymethod，andstudiedtheinfluentialfactorsoferosion—depositionvariationintheaspectsofinflowwaterandsedimentprocess，bedconfiguration，bedcompositionandgradientratio．Theresultsshowthaterosion—depositionvariationisinfluencedbyriverflowandsediment，bedcompositionandbedconfigurationcompre—hensively，inwhichtheremarkabledecreaseofinflowsedimentisdominate；theinfluentialfactorsindifferentreachesaffecttheerosion—depositionvariationindiferentdegrees，anderosion—depositionintensityofZhichengtoShashireachislargerthanthatofYichangtoZhichengreach．Keywords：erosion—depositionvariation；influentialfactors；Yichang—Shashireach；ThreeGorgesReservoir