三峡水库变动回水区泥沙冲淤特性分析

何艳军，张 璠

（长江重庆航运工程勘察设计院，重庆 401147）

三峡水库变动回水区泥沙冲淤特性分析

何艳军，张 璠

（长江重庆航运工程勘察设计院，重庆 401147）

依据三峡蓄水后变动回水区的实测资料，初步分析了三峡水库175 m正常蓄水下变动回水区输沙过程及该河段冲淤特性，揭示了航道调整的内在机理，总结了水沙条件变化和河段冲淤规律。结果可为减少变动回水区的泥沙淤积及淤沙浅滩的治理提供科学依据。

变动回水区；泥沙淤积；冲淤特性；三峡水库

Biography：HE Yan-jun（1980-），female，engineer.

三峡水库正常蓄水后，枯水期175 m水位回水末端位于江津附近的红花碛，汛期145 m水位回水末端位于长寿附近。长寿以下约500 km的河段为水库常年回水区，航运条件将得到根本改善，而长寿以上河段属水库变动回水区（图1），重庆主城区河段正好处于变动回水区。该区域同时具有水库和天然河道的双重特性，枯期呈现水库特性，汛期呈现天然河道的特性。三峡蓄水后，水沙条件和边界条件的重大变化将使变动回水区的水流条件、冲淤特性及河床演变规律发生调整，并可能使该河段部分滩险的航道条件趋于恶化，甚至可能造成新的碍航滩险。水沙条件变化引起的航道条件调整大多数随着时间推移而缓慢显现，但由于这种调整在长河段内具有普遍性，并且随着时间发展具有累积性，及时发现和预防碍航问题胜于任何补救措施。

长期以来，国内多家研究机构从河床演变理论分析、数学模型计算、实体模型试验等不同角度，对变动回水区、重庆主城区河段等重点位置的航道调整进行了分析，得到了较为深入的认识。然而，一方面以往的预测很多是基于天然的水沙资料和演变规律，与蓄水后的实际情况难免存在出入；另一方面有些极为复杂的问题，如沙质河床的浅滩条件变化，本身就是泥沙学科中长期悬而未解的难题，在蓄水前缺乏资料开展深入研究。限于水沙条件的不确定性以及航道泥沙问题的研究水平，本文根据在蓄水后进行的航道泥沙原型观测资料，分析了三峡蓄水以来航道变化过程中的各种现象和数据，揭示了航道调整的内在机理，总结了水沙条件变化和河段冲淤规律。

图1 三峡水库变动回水区河势图Fig.1 River regime of fluctuating backwater region of the Three Gorges reservoir

1 泥沙冲淤主要因素

变动回水区河段泥沙冲淤受来水来沙、河道边界条件、干支流相互顶托、峡谷河段壅水等诸多因素的影响，泥沙冲淤变化极为复杂。

1.1 来水来沙特性

变动回水区河段来水来沙控制站，长江干流有朱沱、寸滩水文站，嘉陵江有北碚水文站。寸滩站位于朝天门以下7.5 km，朱沱站位于寸滩站上游152 km，北碚站距嘉陵江出口约60 km。长江上游流域来水来沙近期变化的主要特征是：径流量总体变化不大，汛后流量略有减少，而输沙量明显减少。据统计［1］，1990年以来，长江上游各支流水沙条件较1950～1990年发生了较大变化，径流量略有减少，而输沙量明显减少，部分支流如嘉陵江减少幅度高达60%以上。三峡水库蓄水后，变化趋势与20世纪90年代类似，径流量略有减少，但幅度不大，输沙量减少较多。与1950～1990年时期相比，2003～2007年长江上游的金沙江水量基本持平，岷江、沱江和嘉陵江则分别减少10%、32%和12%，金沙江、岷江、沱江和嘉陵江年均输沙量分别减少41%、27%、94%和82%。

1.2 河道边界条件

变动回水区地处长江上游丘陵宽谷河段，从平面形态上看，该河段河道弯曲，特别是长江干流，呈现连续弯道的形态，嘉陵江则自北向南由左岸在朝天门汇入长江。该河段河道断面一般较窄，长江的中、洪水河宽一般在600～1 000 m，个别河段枯、洪水河宽可达250 m和2 000 m。嘉陵江河段两岸陡峭，大多由基岩组成，岸线凹凸不平，较为稳定。该河段的河床多由卵石或卵石夹沙组成，卵石中值粒径在60 mm左右，淤沙中值粒径在2 mm左右，部分河段有基岩出露，形成石梁、暗礁。从河床纵剖面来看，则是深潭与浅脊相间，河床高程起伏不平呈锯齿状。同时，嘉陵江的入汇又使该河段具有河口特性。以上这些河道特点决定了变动回水区河段水流泥沙运动的复杂性。

1.3 干支流相互顶托作用

变动回水区河段地处长江上游，中部有嘉陵江入汇。两江相互顶托，对入汇口以上河段的比降、流速大小将产生较大影响，若嘉陵江与长江汇流比（QJ/QC）大，嘉陵江对长江干流顶托作用较强，有利于长江干流段的淤积及嘉陵江段冲刷；反之，则有利于嘉陵江淤积及长江干流段冲刷，在朝天门入汇的嘉陵江与长江水流相互顶托，对变动回水区河段冲淤的影响为越远离汇流段作用越小［1］。

1.4 峡谷河段壅水作用

变动回水区的峡谷河段主要是指铜锣峡河段。铜锣峡河段位于变动回水区的出口处，全长2 km左右，其狭窄的峡谷河段严重约束了变动回水区出口的水流，大流量时水位壅高，泥沙落淤，小流量时，水位下降，流速增大，可以把汛期淤落的泥沙冲走。在铜锣峡这一特定的河段内，各蓄水位方案河床边界条件基本不变，河段淤积量主要取决于壅水程度。汛期壅水值的大小决定了泥沙淤积的数量和分布，而枯水消落期壅水值的大小又决定了走沙时的水流条件和冲刷量的多少［2］。

2 变动回水区实测冲淤分析

2.1 实测资料情况

2003年制定《长江三峡工程2003～2009年泥沙原型观测规划（航道部分）》之后，长江重庆航运工程勘察设计院队与长江航道测量中心依据规划及每个水文年的测量计划，对坝上、坝下河段进行了测量，主要内容包括部分重点滩险的水下地形、水面流速流向，部分急流滩险的水面流速流向及航迹线图，重点水道水文断面测验、地质勘察、水位观测等，测量成果符合相关规范要求，满足河床演变分析需求。

2.2 变动回水区重点淤沙浅滩河段的冲淤分析

175 m蓄水前，铜锣峡以上河段未受到三峡蓄水的影响。三峡175 m蓄水变动回水区内重点淤沙浅滩河段主要为猪儿碛河段和九龙坡河段。175 m蓄水前，该河段汛前、汛末主要为冲刷，汛期主要为淤积，但汛期来水来沙减到一定程度后，河床也会发生大量冲刷。在汛末及汛后的冲刷阶段，汛后随着水位消落，水流逐渐归槽，流速增大，水流挟沙能力增强，加上来沙量减少，河床总体为冲，其冲刷量大小主要取决于汛期淤积量的多少［3］。从全年来看，该河段年内冲淤基本平衡［4］。

2.2.1 猪儿碛河段冲淤分析

2009年5月测图与2007年3月、2009年2月实测对比结果见表1［5］。

从淤积情况来看，2008年三峡水库175 m试验性蓄水前，该河段不受三峡水库蓄水影响，其年内冲淤变化一般是汛期淤积、汛末至汛后冲刷，年内冲淤基本平衡。从冲淤部位看，冲淤变化主要分布在猪儿碛、月亮碛、两江交汇口一带。该河段流速相对较大，故河床以卵石冲淤为主；从汛末至年底冲刷过程看，冲刷量主要集中在9月中旬至10月中旬，约占汛末至年底冲刷量的50%。

175 m试验性蓄水之后，枯水期水位抬高8～12 m，流速变缓，消落期抬高水位逐渐减小。汛期该河段恢复天然河道，含沙量较大，造成局部范围的汛期淤积。9～10月坝前水位抬高，汛期淤积的泥沙逐步影响到猪儿碛河段，流速变缓，泥沙无法冲走。在消落期，随着坝前水位的降低，由原来的库区逐渐向天然河道转变，这个过程是该河段主要走沙期，汛期淤积在河道内的泥沙得到基本冲刷，大部分输移到下游；消落期上游输移的部分泥沙主要淤积在该河段的深槽和礁石附近。

表1 猪儿碛河段淤积变化Tab.1 Changes of deposition of Zhuerqi reach

2.2.2 九龙坡河段冲淤分析

2009年5月测图与2007年3月、2009年2月实测对比结果见表2［5］。

从淤积情况来看，2008年三峡水库试验性蓄水前，该河段不受三峡水库蓄水影响，其年内冲淤变化一般是汛期淤积、汛末至汛后冲刷，年内冲淤基本平衡。从冲淤部位看，该河段冲淤变化主要集中在港前区域，其他部位冲淤变化不明显。从汛末至年底冲刷过程来看，冲刷量主要集中在9月中旬至10月中旬，约占汛末至年底冲刷量的71%。

175 m试验性蓄水之后，9月中旬至10月中旬（三峡坝前水位144.9～157.0 m），九龙坡河段尚未受到三峡水库蓄水影响，水流归槽、主槽流速增大，该河段总体表现为冲刷；10月中旬后（三峡坝前水位157.0～172.76 m），该河段逐渐受到三峡水库蓄水影响，水深增大、流速减小，该河段总体呈淤积状态。

2008年12月中旬～2009年2月上旬，三峡坝前水位从169.56 m逐渐消落至168.10 m，水流归槽，该河段总体上表现为冲刷；2月上旬以后，三峡坝前水位逐渐消落至3月5日的163.72 m，九龙坡河段受三峡水库蓄水影响逐渐变小，河道水面比降逐渐增大，该河段表现为冲刷。

2009年3月上旬以后，三峡坝前水位到4月9日消落至159.83 m，九龙坡河段受三峡水库蓄水影响更小，河道水面比降剧增，河道基本恢复为天然状态，加之上游来流量也有所增大，河床继续表现为冲刷。

由此可见，2008年12月中旬～2009年4月上旬，随着三峡坝前水位的逐渐消落，九龙坡河段水流逐渐归槽，河床逐步冲刷；2009年4月上旬～5月底，三峡坝前水位进一步消落，由159.83 m降至150.37 m，该河段已为天然状态，坝前水位消落使得走沙效应不明显。

表2 九龙坡河段淤积变化Tab.2 Changes of deposition of Jiulongpo reach

3 变动回水区泥沙冲淤特性分析

3.1 淤沙浅滩累积性淤积趋势开始显现

（1）泥沙淤积量变化。

三峡水库蓄水后，变动回水区的淤沙浅滩年际间已出现累积性淤积。139 m蓄水期，水库回水至李渡，根据2003～2006年丰都—李渡河段固定断面观测资料分析，变动回水区总体有冲有淤，泥沙淤积主要发生在宽阔段。土脑子河段遵循天然的汛淤枯冲的趋势，2003年3月～2006年10月，该河段累积泥沙淤积量为165万m3；龙王沱河段蓄水后年内汛冲枯淤，2003年3月～2006年10月，该河段累积泥沙淤积量为37.3万m3。156 m蓄水期，水库回水上延至铜锣峡，青岩子河段成为变动回水区。2006～2007年李渡—铜锣峡段总体表现为淤积，50 000 m3/s流量下淤积561万m3，淤积部位主要集中在宽阔段和回水沱内。2006年10月～2007年12月，青岩子河段产生淤积量97.9万m3，已开始出现了累积性淤积的趋势。

175 m蓄水期，水库回水至江津，2008～2009水文年是175 m试验性蓄水阶段的第一个水文年，从以上对猪儿碛和九龙坡河段的分析可知，淤积已经呈现。随着175 m蓄水进程的不断推进，变动回水区淤沙浅滩的累积性淤积趋势将逐渐显现。

（2）淤积部位变化。

变动回水区各河段的淤积部位主要集中在宽阔段的回流缓流区以及河道主槽内，与三峡论证成果［4］的淤积部位基本一致，但淤积范围和数量明显偏小。

3.2 泥沙淤积与水位壅高的关系

三峡水库变动回水区为典型的山区性河道，两岸峡谷与宽谷相间。狭窄段多为峡谷，水流较急，在岩质河岸的控制下，主流基本常年不变；宽谷段常出现心滩、江心洲，在边界条件的作用下，洪枯期水流流路不一致，往往造成洪淤枯冲，但年内基本平衡。从各浅滩来看，边界不易变形，控制作用较强，浅滩出浅的位置基本固定，随水位的变化而有所不同，碍航特征也较为清楚。三峡水库蓄水后，随着水位洪枯期的变化，无论汛期和枯期，受回水影响河段均存在不同程度的水位壅高，变动回水区的中下段尤为明显，水位壅高造成水流挟沙能力变化以及冲刷历时缩短，将不可避免的造成泥沙淤积。根据三峡论证成果［6］，变动回水区河段水位壅高值与河段的泥沙淤积量有直接关系，当汛期水位壅高值超过3 m后，一般会产生较大的累积性淤积，并可能造成河型演变。

3.3 累积性淤积将造成变动回水区浅滩段的碍航问题

在三峡工程论证及可行性研究阶段，对于水库变动回水区泥沙冲淤变化，参加试验研究的各科研单位基本上都有这样的共识［4］：三峡水库建成后，由于水位壅高，变动回水区中、下段将产生累积性泥沙淤积，使原河床边界对水流的控制作用减弱，局部河段会发生河势调整，河道逐步向单一、规顺、微弯形态发展，航道、港区较建库前有较大改善。但在特枯年的枯水期或在丰沙年后的水位消落后期，原有某些宽浅河段和凸岸港区，由于走沙冲刷推迟，短期可能出现航道尺度和港区水域宽度深度不足的情况。

4 结论与建议

（1）变动回水区河段泥沙冲淤受来水来沙、河道边界条件、干支流相互顶托、峡谷河段壅水等诸多因素的影响，泥沙冲淤变化极为复杂。

（2）三峡蓄水后，变动回水区上游来沙量逐渐减少。随着三峡175 m蓄水不断推进，变动回水区虽仍遵循天然情况下“洪淤枯冲”的规律，但无论从年际淤积过程、淤积部位、深泓线的平面和纵剖面变化、典型横断面的变化，还是从年内不同时期的淤积过程来看，变动回水区的淤沙浅滩已经呈现出累积性淤积的趋势。

即使在目前来沙大幅减少的情况下，变动回水区的宽阔段也已产生了累积性的淤积，并且已经对变动回水区的航道条件产生了不利影响。水库正常蓄水运用后，上述碍航问题可能更加严峻。建议继续加强对变动回水区的原型观测工作，继续对重点河段进行关注和重点研究。

［1］倪晋仁，惠遇甲.嘉陵江入汇对重庆河段水力特性影响的水力学分析［J］.泥沙研究，1991（2）：29-37.

NI J R，HUI Y J.Hydraulic analyses of the effect of inflow of Jialing-Jiang on flow characteristics of Chongqing Reach［J］.Journal of Sediment Research，1991（2）：29-37.

［2］郭继明，陈子湘.三峡水库变动回水区铜锣峡河段演变研究［J］.长江科学院院报，1998（3）：1-5.

GUO J M，CHEN Z X.Evolution research of Tongluoxia river reach in changing backwater region of TGP reservoir［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，1998（3）：1-5.

［3］钱宁，万兆惠．泥沙运动力学［M］．北京：科学出版社，2003.

［4］彭万兵，刘德春.重庆市主城区河段冲淤特性分析［J］.泥沙研究，2005（6）：44-50.

PENG W B，LIU D C.Analyses on erosion and deposition characteristics of the river reach in Chongqing City［J］.Journal of Sediment Research，2005（6）：44-50.

［5］长江航道规划设计研究院，长江重庆航运工程勘察设计院.长江三峡工程航道泥沙原型观测2008-2009年度分析报告［R］.重庆：长江重庆航运工程勘察设计院，2009.

［6］三峡工程泥沙专家组.长江三峡工程泥沙问题研究［M］.北京：知识产权出版社，2002.

Characteristics of scouring and deposition in fluctuating backwater region of the Three Gorges reservoir

HE Yan-jun，ZHANG Fan
（Changjiang Chongqing Harbour and Waterway Engineering Investigation and Design Institute，Chongqing401147，China）

According to the measured data in fluctuating backwater region of the Three Gorges reservoir，the sediment transport and the scouring and deposition characteristics under the normal storage water level 175 m condition were primarily analyzed in this paper.The inherent mechanism of channel adjustment was revealed，then the changes of water and sediment condition and the regularity of scouring and deposition in this reach were summarized.The results can provide scientific basis for future navigation channel regulation and sediment transport research.

fluctuating backwater region；sediment deposition；characteristic of scouring and deposition；the Three Georges reservoir

TV 142；TV 853

A

1005-8443（2010）05-0473-05

何艳军（1980-），女，辽宁省绥中县人，工程师，主要从事港口与航道设计和研究工作。