三峡水库135 m蓄水阶段长江万州—涪陵河段泥沙淤积特性分析

胡 江，张 鹏，黄原森

(1.重庆交通大学 河海学院，重庆400074;2.重庆通洋公路工程公司，重庆400067)

三峡水库从2003年6月—2006年9月按135-139m方式蓄水运行，其回水末端位于涪陵李渡附近，常年库区在丰都以下。三峡水库蓄水运行后的泥沙淤积一直是各方面关注的重要问题，它不仅关系到三峡水库的调度运行及安全营运，也关系到水库运行后库区航道的通航条件。所以，从三峡水库论证阶段开始直到现在，泥沙淤积作为最重要的问题之一被多方面论证，并获得了大量的成果［1-9］。这些成果大多是通过物理模型及数学模型获得的，总体来看，各家研究单位对于三峡水库泥沙问题的基本结论是一致的。但是限于三峡泥沙问题的复杂性、不确定性以及本学科的发展水平，对于三峡成库后具体的泥沙淤积分布、形态、淤积量等，则需要成库后的实际情况来加以检验、修正。笔者主要从三峡水库135 m蓄水阶段万州至涪陵河段的实测资料分析该河段泥沙淤积规律，给科学合理的决策及以后的进一步研究提供依据。

1 河道概况

万州—涪陵李渡河段全长约213 km，距三峡大坝里程约281～494 km。该河段属于长江上游典型的山区型河道，平面呈西南—东北走向，多连续弯道，蜿蜒于低山丘陵地带之中。洪水陡涨陡落，天然情况下洪枯水流量相差超过20倍，水位涨落变幅达30 m;江面坡陡流急，汛期水面平均比降约0.25‰，表面流速达3 m/s，在峡谷河段最大比降可达1.5‰，表面流速超过5 m/s;河床宽窄相间，其河道最宽在忠县皇华城分汊段处近2 000 m，而最窄处在朱家嘴等峡口处不足300 m;河床断面呈典型的“V”型或“U”型，河床地形沿程起伏较大，整体落差约40 m，深泓线最大高差约80 m。

为了研究成库后万州—涪陵河段的泥沙淤积情况，对该河段2002年和2006年进行了两次全河道地形测图，比例为1∶5 000，并在研究河段内布置了102个典型测量断面，每年汛前、汛期及汛后的蓄水期对河道横断面地形、床沙组成等进行了测量。万州—涪陵河段河势及测量断面布置见图1。

图1 万州—涪陵河段河势Fig.1 Schematic diagram of the Yangtze River from Wanzhou to Fuling

2 泥沙淤积特性分析

2.1 泥沙淤积量

三峡水库自2003年6月—2006年9月按照135-139m蓄水后，万州—丰都河段属于常年库区以内，丰都—涪陵李渡河段则属于变动回水区。利用万州—李渡河段在三峡蓄水前2002年12月测图、2006年5月测图，以及全河段内102个固测断面地形，对比分析了该河段的泥沙淤积分布规律。表1统计了该河段泥沙淤积总量的分布。

表1 135-139m蓄水涪陵—万州河段冲淤量计算Tablel 1 Calculated sedimentation from wanzhou to Fuling during 135-139 m operational phase

在三峡水库按照135-139m运行阶段，李渡—万州河段内共有20处淤积，3处冲刷，淤积总量约为1.6 亿 m3，冲刷总量约为0.04 亿 m3，扣除冲刷后全河段淤积净总量约为1.56亿m3。其中，丰都楠竹坝(232#断面，航道里程458 km)以下的河段，发生淤积共计17处，有1处冲刷，泥沙净淤积量约为1.50亿m3，约占全河段淤积量的96.2%。

处于变动回水区的丰都以上河段泥沙淤积较少，仅在乌江交汇口下游郭家嘴(266#断面，航道里程533 km)、土脑子河段(253#断面，航道里程507 km)和凤尾坝洲尾(航道里程480 km)等3处有所淤积，其余河段没有发生明显淤积;在清溪场下游的银锣堆以及李渡附近猴子石河段甚至有所冲刷。丰都凤尾坝以上至李渡河段总共3处淤积、2处冲刷，泥沙净淤积量约为0.06亿m3，约占全河段淤积量的 3.8%。

2.2 淤积的分布

图2为135-139 m蓄水阶段万州—涪陵河段泥沙淤积平面分布。由图可见，李渡—万州河段内没有发生普遍淤积的现象，不管是常年库区内还是变动回水区内，泥沙淤积都不是大面积、连续性分布，且大量泥沙淤积发生在常年库区丰都以下的河段内，尤以楠竹坝、忠县皇华城等河段淤积最为严重。

图2 万州—涪陵河段主要淤积区域分布示意Fig.2 Main area of sedimentation from Wanzhou to Fuling

分析该河段各重点淤积区域可知，泥沙淤积主要发生在以下一些地方:

1)连续弯曲河段，而且河道弯曲半径越小，则泥沙淤积也越严重。位于丰都以下的楠竹坝—武陵镇河段平面上呈连续弯曲的形态，共有16处淤积体分布在该河段内，泥沙淤积最重的皇华城河段也是平面形态最为弯曲的河段，其最大淤积厚度达到33 m(图3(a))。而万州—武陵镇河段仅有2处发生淤积，也发生在较宽的微弯河段。

2)江心洲的洲尾。丰都上下游约40 km河段仅有1处发生淤积，即凤尾坝洲尾淤积。

3)输沙不畅河段的深槽内。乌江交汇口下游郭家嘴河道窄深，且位于变动回水区末端，受回水影响，泥沙输移至此无法全部输向下游，于是在深槽内堆积起来形成深槽淤积。

4)汛期两岸的回水沱内，如西界沱。

图3 皇华城弯道段淤积示意Fig.3 Sedimentation distribution in Huanghuacheng reach

2.3 河床最大粒径的沿程变化

水库蓄水以后，库区河道比降减缓，水流流速减小，河道输沙能力减弱，必然引起泥沙的沿程淤积，从而导致床沙分布的沿程变化。

对蓄水前与蓄水后万州—重庆河段沿程床沙最大粒径分析(图4)可知，135 m蓄水后的2005、2006两年间，丰都以上河段床沙最大粒径同蓄水前相比没有明显变化;部分河段甚至有所粗化，说明有部分推移质淤积在变动回水区段。而丰都—万州之间，蓄水前该河段最大粒径超过100 mm，蓄水后2005—2006年间采样的最大粒径差不多在0.1～1.0 mm之间;但同时，该河段床沙变细的趋势不连续，河段之间有些部位床沙最大粒径同蓄水前相比变化不大。由此也说明三峡135-139 m蓄水期间，细颗粒泥沙大量淤积在丰都—万州河段，但泥沙淤积不是呈连续分布。

图4 蓄水前后万州—涪陵河段河床最大粒径沿程变化Fig.4 Variation of the maximum particle-size along the Yangtze River from Wanzhou to Fuling

2.4 淤积体组成物级配分析

对万州—丰都河段内蓄水后各淤积体上断面粒径分布及泥沙级配进行对比分析可知，淤积体上泥沙呈逐年变细的趋势。如位于万州思娘溪的淤积体上的175#断面(图5)，自蓄水以来右岸呈逐年累积性淤积的趋势，而淤积体上的床沙中值粒径2004年时约为0.2 mm，2006 年约为0.014 2 mm，2007 年则为0.007 mm;2004年最大最小粒径约为0.5 mm、0.012 mm，2006及2007年最大最小粒径则相差不大，为 0.25 mm 和 0.004 mm 左右。

图5 万州思娘溪淤积体床沙级配变化Fig.5 Gradation variation of sediment body at Siniangxi reach in Wanzhou

从万州—丰都河段内17个淤积体上的级配曲线分析，淤积泥沙中值粒径2004年基本上为0.2 mm，2005年以后一般都在0.02 mm 以下，而粒径在0.1 mm以下的泥沙多数淤积体上占到了95%以上。总体来看，该河段泥沙淤积主要是0.1 mm以下的细沙。

3 分析

三峡水库论证阶段的泥沙研究成果表明［1］，在水库运行的前10年，坝前至涪陵之间的库区河段普遍呈累积性淤积的趋势，其中涪陵至丰都间泥沙淤积量约为2.03亿m3，丰都至三峡坝前泥沙淤积量约为27.73亿m3。而从三峡水库2003年蓄水以后的实际情况来看，不管是在泥沙淤积量上还是淤积分布来看，都存在不小的差别。就其可能的原因:

1)随着近年来长江流域水土保持的加强以及上游建库拦沙，导致来沙量大大减小，三峡原有论证阶段采用的1961—1970水沙系列较1991—2000系列水量相差不大，但来沙量却减少了约60%。

2)由于三峡水库为大型山区河道型水库，河道宽窄相间，河床高低起伏，加上水库在汛期低水位运行排洪排沙，成库后多处峡谷型河段在汛期仍然具有足够的流速冲走淤积下来的泥沙，导致泥沙不能在全河段呈连续的累积性淤积分布。

3)三峡水库常年库区内淤积泥沙较细，一般粒径在0.03 mm以下，目前对于大水深条件下该类泥沙的沉降与悬浮机理认识不够，影响了泥沙预测的精度。

4 结语

利用三峡水库2003年蓄水后的实测资料分析了135-139 m蓄水阶段万州—涪陵河段的泥沙淤积特性。结果表明，该河段内共有20处泥沙淤积，3处冲刷，净淤积量约为1.56亿m3。其中，丰都楠竹坝以下的河段发生淤积共计17处，泥沙净淤积量约为1.50亿m3，约占总淤积量的96.2%。分析结果也表明，该河段内泥沙淤积不是大面积、连续性的分布，而是重点淤积在连续弯曲、宽谷等类型的河段，顺直型或窄槽型河段淤积较少。泥沙淤积导致该河段沿程的床沙粒径逐渐细化，2005年以后，丰都以下淤积的泥沙中值粒径基本在0.02 mm以下。

由于三峡水库的独有特点，其泥沙淤积特性与其他的水库淤积相差较大。考虑到三峡水库175 m蓄水后水位将进一步大幅抬升，泥沙淤积也将进一步加重，因而有必要在大量实测资料分析的基础上，对三峡水库的泥沙淤积趋势及可能的航道碍航问题进行深入的研究。

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