2018年汛期三峡水库上游暴雨产沙特性研究

(长江水利委员会 水文局, 湖北 武汉 430010)

2018年7月以来，长江流域发生了3次明显降雨过程：第一次降雨过程发生在7月1～6日，降雨主要集中在嘉陵江上游和汉江上游；第二次降雨过程发生在7月7～11日，此次降雨过程雨区集中，强度大，强降雨主要集中在嘉陵江、岷沱江和长江干流附近；第三次过程发生在7月13～16日，降雨过程强雨区主要集中在嘉陵江和岷沱江流域，强度以大雨、局地暴雨为主[1]。

受长江上游地区6月29～30日、7月1～6日两场连续强降雨影响，岷江、沱江、嘉陵江等来水大量幅增加。岷江高场站7月3日18：00出现洪峰流量15 800 m3/s，沙峰为2.91 kg/m3，沱江富顺站7月4日08：00出现洪峰流量7 000 m3/s，沙峰为6.49 kg/m3，嘉陵江北碚站7月4日16：00出现洪峰流量20 200 m3/s，沙峰为3.67 kg/m3，寸滩站7月5日02：00出现洪峰流量46 800 m3/s，沙峰为2.23 kg/m3。三峡水库入库流量于7月5日06：00涨至50 000 m3/s，在长江上游形成“长江2018年第1号洪水”，7月5日14：00出现本次洪水过程最大入库洪峰流量53 000 m3/s。

7月11～17日，受低槽和副高外围暖湿气流的共同影响，连续强降雨过程覆盖长江上游支流岷江、沱江、嘉陵江及雅砻江等流域源头。上游支流在长江上游干流寸滩河段恶劣遭遇，来水高位叠加，导致寸滩站水位超保证水位0.55 m，洪峰流量高达59 300 m3/s，形成“长江2018年第2号洪水”。根据泥沙实时浊度报汛成果，寸滩站最大含沙量达到4.47kg/m3，为三峡水库蓄水以来含沙量最大值的第3位[2-3]。

2018年三峡水库入库输沙量为1.43亿t，较2003～2017年均值偏少8%，但较近几年明显偏多。其中，2018年7月三峡水库入库沙量达到了1.10亿t，占全年入库沙量的77%，较2003～2017年同期偏多87%。三峡水库入库沙量集中，仅2号洪水期间(7月11日08：00至17日08：00)，三峡水库入库沙量达到了7 440万t，均大于2014～2017年全年入库输沙量的5 544万，3 202万，4 215万和3 438万t。

本文对2018年汛期三峡水库上游暴雨产沙特性进行了深入分析研究，为长江上游来水来沙研究以及三峡水库进行更好的科学调度提供支撑。

1 2018年三峡水库上游来水来沙

2018年三峡水库入库(朱沱+北碚+武隆，下同)径流量为4 294亿m3，较2003～2017年均值偏多19%，较多年均值偏多13%。其中：朱沱站、北碚站、武隆站年径流量分别为3 161亿，694.2亿和439.1亿m3，与2003～2017年均值相比，朱沱站和北碚站来水分别偏多25%和10%，武隆站来水基本持平。

2018年三峡水库入库输沙量为1.43亿t，较2003～2017年均值偏少8%，较多年均值偏少62%。其中：朱沱站、北碚站和武隆站年输沙量分别为0.682亿，0.722亿和0.024 9亿t，与2003～2017年均值相比，朱沱站和武隆站来沙分别偏少45%和47%，北碚站则偏多185%，见图1。特别是横江站、高场站、富顺站的输沙量分别为0.082 6亿，0.310亿和0.233亿t，较2003～2017年均值分别增多了37%，31%，455%。此外，嘉陵江支流涪江小河坝站、上游武胜站输沙量分别高达0.517亿和0.255亿t，较2003～2017年均值分别增多了804%，211%，见图2。

图1 2018年三峡水库上游主要水文站输沙量与蓄水以来均值比较Fig.1 Comparison of sediment discharge at main hydrological stations in the upper reaches of the Three Gorges Reservior in 2018 with mean values since impoundment

图2 2018年嘉陵江上游主要水文站输沙量与蓄水以来均值比较Fig.2 Comparison of sediment discharge at main hydrological stations in the upper reaches of Jialingjiang River in 2018 with mean values since impoundment

从年内分配来看，2018年三峡水库入库沙量主要集中于7月，仅7月入库沙量就达到了1.10亿t，占全年入库沙量的77%，较2003～2017年同期偏多87%，见图3。特别是在7月11日08:00～17日08:00的2号洪水期间，三峡入库沙量达到了7 440万t，均大于2014～2017年全年入库输沙量的5 544万，3 202万，4 215万和3 438万t。

图3 2018年三峡入库输沙量年内分配与蓄水以来比较Fig.3 Comparison of annual distribution of sediment discharge into Three Gorges Reservoir in 2018 and since impoundment

2 2018年三峡水库入库泥沙组成

从三峡水库入库泥沙地区组成来看，2018年，乌江来沙量占寸滩、武隆两站沙量之和的比例为1.8%(1991～2002年为5.7%，2003～2017年为4.5%)。

2003～2012年占寸滩站沙量比重最大的为金沙江，达75.9%(1956～1990年、1991～2002年分别为53.4%，83.4%)，受溪洛渡、向家坝水库蓄水拦沙影响，金沙江来沙量明显减少。2018年向家坝站沙量仅为166万t，仅为寸滩站的1.2%(2003～2012年平均为75.9%)。

2018年占寸滩站沙量比重最大的为嘉陵江，北碚站输沙量高达0.722亿t，占寸滩站的54.3%(1956～1990年、1991～2002年和2003～2012年分别为30.9%，11.0%和15.6%，2013～2017年为31.3%)。此外，高场站和富顺站的沙量分别占寸滩站的23.3%，17.5%(高场站1956～1990年、1991～2002年和2003～2012年分别为11.4%、10.2%和15.7%，2013～2017年为22.1%；富顺站1956～1990年、1991～2002年和2003～2012年分别为2.5%，1.1%和1.1%，2013～2017年为14.8%)，见图4。

而北碚站泥沙主要来自于涪江和嘉陵江上游，涪江小河坝站输沙量为0.517亿t，占北碚站的71.6%，嘉陵江上游武胜站输沙量为0.255亿t，占北碚站的35.3%。

值得一提的是，在2018年长江2号洪水期间(7月11日08：00至17日08:00)，嘉陵江北碚站、岷江高场站和沱江富顺站来水分别占寸滩洪峰的53%，25%和14%。期间三峡水库入库沙量达到了7 440万t，入库泥沙主要来自于嘉陵江和沱江，北碚站、富顺站的输沙量分别为5 540万t、1 490万t，分别占入库沙量的74%，20%，其中：小河坝站、武胜站输沙量分别为3 940万t，1 800万t，分别占北碚站沙量的71%，32%。可见，2018年三峡水库入库泥沙主要来源于涪江、嘉陵江上游、岷江和沱江。

图5 2018年7月份长江上游主要控制站流量和含沙量过程Fig.5 Flow and sediment processes of main control stations in the upper reaches of Yangtze River in July 2018

图4 入库沙量地区组成变化Fig.4 Composition changes of sediment into the reservoir

3 三峡入库泥沙增多原因分析

3.1 上游强降雨，含沙量高，流域产沙量大

2018年7月2～6日，受强降雨影响，金沙江下游、岷沱江、嘉陵江等河流出现明显涨水过程，部分中小河流出现超警洪水，7月5日，三峡水库迎来洪峰流量超过50 000 m3/s的洪水。7月11日11：00，岷江上游出现超历史最高水位洪水，嘉陵江支流白水江出现超保证水位洪水，尚德水文站洪峰流量达2 300 m3/s，涪江的涪江桥水文站超历史最高水位，洪峰流量12 200 m3/s。金沙江中游干流出现超警戒水位洪水，嘉陵江亭子口水库出现超50 a一遇的入库洪水，7月11～13日，岷江、嘉陵江流域出现大到暴雨、局地大暴雨过程，累积面雨量20～60 mm，局部可达100 mm左右。嘉陵江刘家河站7月2日雨量298.50 mm；岷江青龙站7月26日雨量209.00 mm；沱江马井站7月10日雨量193.50 mm。岷江支流青衣江孔坪站7月降雨量达到660 mm，嘉陵江干流骑马场降雨量达607 mm，接近多年平均降雨量的一半。长江上游各水系2018年7月面雨量见表1。

受连续强降雨影响，长江上游岷江、沱江及嘉陵江等支流暴发洪水，部分洪水量级重现期在50 a以上。其中，沱江三皇庙站7月11日18:40出现洪峰流量7 810 m3/s，重现期超50 a，沱江出口控制站富顺站13日13：00洪峰流量9 510 m3/s，居建站以来第5位，洪水重现期约10 a。嘉陵江支流涪江的涪江桥站11日10：00出现洪峰流量12 200 m3/s，重现期约30 a，支流白水江尚德站11日04：00出现洪峰流量2 300 m3/s，重现期约200 a，嘉陵江广元站11日15:00洪峰流量10 600 m3/s，重现期约50 a，嘉陵江北碚站还原后洪峰流量达到38 000 m3/s(13日08:00)，洪水重现期约15 a。

表1 长江上游2018年7月面雨量及最大站雨量Tab.1 Surface rainfall and maximum station rainfall in the upper reaches of the Yangtze River in July 2018 mm

嘉陵江上游支流西汉水、白龙江中游、岷沱江等流域均属于强产沙地区[4-6]，受暴雨洪水影响，出现了大含沙量沙峰过程。期间，沱江富顺站沙峰达到了21.0 kg/m3，同时含沙量大于5.0 kg/m3的过程持续了3 d左右，嘉陵江支流涪江小河坝站沙峰达到了22.0 kg/m3，含沙量大于5.0 kg/m3的过程持续了4 d左右，嘉陵江北碚站沙峰达到了11.8 kg/m3，含沙量大于5.0 kg/m3的过程持续了2 d左右；在上游共同影响下，长江干流寸滩站出现4.47 kg/m3的沙峰，见图5。长江上游强降雨，流域产沙量大，增加了三峡水库入库沙量。

图7 2018年7月长江流域降雨量实况Fig.7 Rainfall map of the Yangtze River Basin in July 2018

图6 龙门山附近断裂带分布Fig.6 Distribution of fault zone near Longmenshan

3.2 地震松散堆积体增加产沙量

2018年输沙量较大河流——岷江、沱江、涪江和白龙江的上游均流经龙门山断裂带，再由龙门山出山口进入冲积平原或丘陵区，见图6。龙门山区地质构造复杂(断层、裂层交错)，其岩石尤以风化严重易碎、层理发育的灰岩、泥岩和沙岩为主，这些岩石抗侵蚀极差，而且沿层面或裂隙易滑动或崩塌。

近年来，在龙门上断裂带附近相继发生了汶川地震、芦山地震、九寨沟地震[7-9]。2008年5月12日，四川汶川发生8.0级地震，地震释放主要位于龙门山北川至映秀地区；2013年4月20日，四川省芦山县发生7.0级地震，震中位于龙门山断裂带上的西南段；2017年8月8日，四川省阿坝州九寨沟县发生7.0级地震，震中位于岷江断裂、塔藏断裂和虎牙断裂之间。地震在上游产生了上百亿方的松散堆积体[10-11]，随着时间的推移，松散体中的细小颗粒泥沙会随水流向下游地区输移。

2018年7月，长江上游发生强降雨过程，强雨区主要集中在嘉陵江和岷沱江流域，见图7。降雨带主要沿龙门山断裂带呈带状分布，位于扬子板块与青藏板块的地缝合线上。前期地震在山坡、山谷产生大量的松散体，在大暴雨或特大暴雨的诱发下，形成滑坡和泥石流，而进入河流，导致入库泥沙增多。7月12日舟曲县南峪乡江顶崖发生大型山体滑坡，滑坡体体积约500万m3，山体崩塌后滑入白龙江中部，形成堰塞湖。涪江支流通口河自汶川地震至今，沟道松散堆积物仍很多，7月份洪水导致通口河支流都坝河发生大规模的泥石流，大量泥沙进入河道，使河床大幅抬高。

3.3 水库拦沙有限，遇到大洪水时输沙量突增

岷江、沱江、嘉陵江流域修建了大量的水电、航电枢纽以及水利设施[12-14]，如岷江修建了渔子溪、映秀湾、姜射坝、铜钟、宗渠、紫平铺等电站，其大多为引水式电站；沱江流域干流没有大型水库，但沿线修建了流滩坝、黄葛浩、黄泥滩等低水头电站和马井镇滚水坝、敖平镇滚水坝等水利设施，涪江中下游修建了三江、龙凤、富金坝、渭沱等低水头水利枢纽，白龙江流域修建了尼傲峡、腊子口、虎家崖、南峪等水利枢纽。

三峡水库上游大量的低水头航电枢纽和闸坝水利设施已建成多年，部分已达到淤积平衡，拦沙作用减弱，遇到大洪水时，水库往往开闸畅泄，库区大量泥沙被携带出来，导致下游输沙量突然增大。同时在这次洪水过程中，涪江的永安、龙凤和三块石水电站大坝两侧护堤发生严重水毁现象，特别是三块石水电站，由于建成年代久远，在7月份的大洪水过程中大坝已基本被摧毁，上游河道冲刷严重，并发生大幅度和大范围的崩岸，一定程度增加了下游输沙量。

此外，随着三峡水库上游一些大型水库运行时间的增加，库区泥沙淤积增加，拦沙能力逐渐减弱。如大渡河铜街子水库1994年底建成蓄水，由于淤积严重，至2009年总库容损失62%，拦沙能力大幅减弱[15]。白龙江碧口水库(1976年建成)淤积严重[16]，截至2013年总库容已损失59%，死库容损失96%，库区已基本成为河道形态，不具备拦沙功能，大多数悬移质泥沙直接随水流进入下游河道。

4 结 语

本文对2018年汛期三峡上游暴雨产沙特性进行了深入分析研究。2018年7月，长江上游岷江、嘉陵江等流域出现特大暴雨洪水过程，此次暴雨过程笼罩面积小、降雨量和降雨强度大，沱江、涪江、白龙江等流域多个水文站记录到有水文资料记录以来的最大洪水或仅次于1982年的大洪水。由于降雨带主要沿龙门山断裂带呈带状分布，与汶川地震影响区高度重合，诱发大量滑坡和泥石流，再加上地震后坡面土体变松散，更易发生侵蚀，沱江、涪江、白龙江等河流来沙量大幅度增加；沱江、涪江、白龙江的低水头水电工程淤积严重，拦沙能力很小，嘉陵江部分大中型水库前期淤积严重，失去拦沙能力，综合导致大量泥沙进入三峡库区。