三峽水庫運(yùn)用前后進(jìn)出庫水沙變化分析

黃仁勇，張細(xì)兵

（長江科學(xué)院河流研究所，武漢 430010）

三峽水庫運(yùn)用前后進(jìn)出庫水沙變化分析

黃仁勇，張細(xì)兵

（長江科學(xué)院河流研究所，武漢 430010）

根據(jù)三峽水庫蓄水前后實(shí)測水沙資料，對三峽水庫近期進(jìn)出庫水沙變化進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析。結(jié)果表明：上世紀(jì)90年代以來，三峽水庫進(jìn)出庫水沙均有所減小，其中輸沙量減小更為明顯；蓄水運(yùn)用后三峽水庫汛期進(jìn)出庫水量、沙量占全年的比例仍分別維持在76%以上和96%以上，但從年內(nèi)分配變化上看，汛期進(jìn)庫水、沙量占全年的比例均呈減少趨勢，汛期出庫水量比例呈減少趨勢，出庫沙量比例呈增大趨勢；三峽水庫蓄水運(yùn)用后9－10月份進(jìn)出庫水沙量減小較多，而枯水期2－4月份進(jìn)出庫流量均呈增大趨勢。

三峽水庫；水沙變化；年內(nèi)分配；寸灘；宜昌

1 概 述

三峽工程于2003年6月1日正式下閘蓄水，工程開始進(jìn)入圍堰蓄水期；2006年汛后三峽水庫開始二期蓄水，工程進(jìn)入初期蓄水期；2008年汛末三峽水庫開始進(jìn)行175 m試驗(yàn)性蓄水；2010年10月26日三峽工程首次成功蓄水至175 m，標(biāo)志著三峽工程具備全面發(fā)揮防洪、發(fā)電、航運(yùn)等巨大綜合效益的能力。受多種自然因素和人為因素綜合影響，上個(gè)世紀(jì)90年代以后，長江上游來水來沙出現(xiàn)了一些新的變化，入庫水沙條件改變給三峽水庫調(diào)度運(yùn)用、庫區(qū)泥沙淤積等帶來了較大影響；同時(shí)，受入庫水沙條件改變及三峽水庫蓄水運(yùn)用的疊加影響，長江中下游來水來沙條件也出現(xiàn)了顯著改變，進(jìn)而給長江中下游河道沖淤演變帶來深遠(yuǎn)影響。隨著三峽水庫運(yùn)用時(shí)間的逐步延長和進(jìn)出庫實(shí)測水沙資料的進(jìn)一步積累，及時(shí)進(jìn)行三峽水庫近期進(jìn)出庫水沙變化分析，可為三峽水庫調(diào)度及長江中下游河道治理提供參考。

長江上游水沙變化分析的研究成果比較豐富［1－8］，但以往研究對主要水文控制站徑流量與年輸沙量的變化分析較多，而對水沙年內(nèi)分配變化分析較少；同時(shí)，受三峽水庫運(yùn)用時(shí)間限制，水庫蓄水運(yùn)用后實(shí)測資料的分析時(shí)段往往相對較短。針對上述二方面的情況，本文以長江干流朱沱站、寸灘站、宜昌站、支流嘉陵江北碚站、支流烏江武隆站的最新實(shí)測水沙資料為基礎(chǔ)（見圖1），對三峽水庫近期進(jìn)出庫水沙年際及年內(nèi)分配變化進(jìn)行了比較分析。

圖1 三峽水庫進(jìn)出庫水文測站位置示意Fig.1 Location of hydrological stations for measuring the inflow and outflow of TGR

2 三峽水庫運(yùn)用前后進(jìn)出庫水沙年際變化分析

綜合考慮三峽工程初步設(shè)計(jì)階段取值和三峽水庫開始下閘蓄水時(shí)間，將研究時(shí)段劃分為1990年前、1991－2002年、2003－2010年3個(gè)時(shí)段進(jìn)行三峽水庫進(jìn)出庫水沙變化比較分析。

2.1 干支流來水來沙年際變化

三峽水庫入庫水沙主要來自上游干流、支流嘉陵江和烏江，表1為三峽水庫干支流入庫水文站徑流量與輸沙量分階段統(tǒng)計(jì)表。從表1可以看出：20世紀(jì)90年代以來，三峽水庫干支流入庫水沙量均出現(xiàn)了一定程度的減小，且以輸沙量減小更為明顯。與1990年前相比，干流朱沱站2003－2010年年徑流量和輸沙量分別減小4.2%和43.5%；干流寸灘站2003－2010年年徑流量和輸沙量分別減小6.9%和57.6%；嘉陵江北碚站2003－2010年年徑流量和輸沙量分別減小9.9%和78.8%；烏江武隆站2003－2010年年徑流量和輸沙量分別減小13.5%和77.6%。

表1 主要控制站徑流量和輸沙量年均變化對比表Table 1 Average annual changes of runoff and sediment atmain control stations

圖2為點(diǎn)繪的干流朱沱站、嘉陵江北碚站、干流寸灘站和烏江武隆站的多年年徑流量與年輸沙量雙累積曲線圖，從圖中能更清楚地看出三峽水庫干支流各入庫水文站年輸沙量減少的趨勢。由圖2可見：2000年前干流朱沱站和寸灘站水沙量呈一直線，2000年后水沙相關(guān)斜率開始出現(xiàn)變緩的趨勢，表明2000年后三峽水庫干流年入庫沙量有減小趨勢；北碚站和武隆站的年徑流－輸沙量雙累積曲線在1984年后明顯向徑流軸方向偏轉(zhuǎn)，表明嘉陵江北碚站和烏江武隆站出現(xiàn)了明顯減沙的趨勢。

2.2 進(jìn)出庫水沙年際變化

分別以寸灘＋武隆站和宜昌站為三峽水庫進(jìn)出庫控制站，對三峽水庫蓄水前后進(jìn)出庫水沙變化進(jìn)行了分階段統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2，三峽水庫蓄水前后進(jìn)出庫水沙年際變化見圖3和圖4。

圖2 水文站徑流量-輸沙量雙累積曲線圖Fig.2 Curves of the accum ulative runoff versus accum ulative sediment transport at hydrological stations

表2 三峽水庫進(jìn)出庫水沙年均變化對比表Table 2 Average annual changes of inflow and outflow runoff and sediment of the TGR

由圖3、圖4和表2可見：①三峽水庫進(jìn)出庫水沙呈現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，即上世紀(jì)90年代以來，三峽水庫進(jìn)出庫水沙均有所減小，其中輸沙量的減小趨勢更為明顯；②與1990年前相比，1991－2002年、2003－2010年三峽水庫入庫年徑流量分別減小3.6%和7.7%，入庫年輸沙量分別減小23.3%和58.8%；出庫年徑流量分別減小2.3%和9.6%，出庫年輸沙量分別減小25.3%和89.6%；與1991－2002年相比，三峽水庫蓄水后進(jìn)出庫水沙減小幅度在進(jìn)一步加大。

圖3 進(jìn)出庫徑流量年際變化過程Fig.3 Interannual variation of inflow and outflow runoff across 60 years

圖4 進(jìn)出庫輸沙量年際變化過程Fig.4 Interannual variation of inflow and outflow sediment across 60 years

三峽水庫上游干支流建庫攔沙、水土保持工程減沙以及降雨等因素是近期三峽水庫入庫泥沙減少的主要原因；三峽入庫沙量持續(xù)減小和三峽水庫蓄水?dāng)r沙的疊加作用是造成三峽出庫宜昌站輸沙量大幅減小的主要原因。隨著金沙江溪洛渡、向家壩、嘉陵江亭子口等更多水庫的陸續(xù)建成使用，長江上游在較長時(shí)期內(nèi)來沙量將繼續(xù)減少，這對減緩三峽水庫的淤積十分有利，但必將對下游河道沖淤演變產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。

3 三峽水庫運(yùn)用前后進(jìn)出庫水沙年內(nèi)變化分析

3.1 進(jìn)出庫水沙年內(nèi)分配變化

20世紀(jì)90年代以來，隨著長江上游干支流一些大中型水庫的陸續(xù)建成，這些水庫大多采用汛末或汛后蓄水、汛前消落的調(diào)度方式，使得三峽水庫汛期與非汛期進(jìn)出庫水沙量比例發(fā)生了一定程度的改變。針對汛期5－10月份三峽水庫蓄水前后進(jìn)出庫水沙年內(nèi)分配變化進(jìn)行分階段統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

由表3可知：①三峽水庫進(jìn)出庫水沙年內(nèi)分配的特點(diǎn)是年內(nèi)徑流量和輸沙量均集中于汛期5－10月份，且沙量年內(nèi)分配更為集中。從時(shí)間變化看，三峽水庫進(jìn)出庫水沙主要集中于汛期的水沙年內(nèi)分配規(guī)律并未發(fā)生大的變化，三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，汛期進(jìn)出庫水量、沙量占全年的比例仍分別維持在76%以上和96%以上；②從趨勢上看，受上游三峽等水庫蓄清排渾運(yùn)用影響，蓄水后三峽水庫進(jìn)出庫水量的年內(nèi)分配變化趨勢是相同的，均呈減小趨勢；而進(jìn)出庫沙量的年內(nèi)分配變化趨勢是相反的，汛期入庫沙量占全年比例有所減小，汛期出庫沙量占全年比例呈增大趨勢。

表3 三峽水庫汛期（5－10月份）年均進(jìn)出庫水沙量占全年比例Table 3 Changes of the ratio of annual inflow and outflow water and sediment in flood season（from M ay to October）to those in the whole year%

3.2 年內(nèi)不同月份進(jìn)出庫水沙變化

為進(jìn)一步比較長江上游干支流水利工程及其他多種自然因素對三峽水庫進(jìn)出庫水沙年內(nèi)變化過程的影響，針對年內(nèi)不同月份進(jìn)行了三峽水庫進(jìn)出庫月均水、沙變化分階段統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4、表5。

表4 三峽水庫進(jìn)出庫月均流量變化對比Table 4 Changes of themonthly average inflow and outflow water of the TGR m3／s

表5 三峽水庫進(jìn)出庫月均輸沙量變化對比Table 5 Changes ofm onthly average inflow and outflow sediment of the TGR萬t

3.2.1 蓄水期（9－11月份）進(jìn)出庫水沙變化

由表4、表5統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，近期長江上游汛末、汛后9，10，11月份的流量和輸沙量有減小趨勢。

與1953－1990年9，10，11月的進(jìn)出庫流量相比：①蓄水前的1991－2000年，三峽水庫9，10，11月份的入庫流量分別減小4 036，1 910，531m3／s，出庫流量分別減小4 011，2 002，302m3／s；進(jìn)出庫流量減小值基本一致，表明三峽水庫蓄水前進(jìn)出庫水量關(guān)系密切；②蓄水后的2003－2009年，三峽水庫9，10，11月份的入庫流量分別減小2 263，2 188，120 m3／s，出庫流量分別減小3 075，5 642，1 191 m3／s；出庫流量減小值明顯大于入庫流量減小值，表明三峽水庫蓄水后出庫流量受三峽水庫汛后蓄水影響較大。

與1953－1990年9，10，11月進(jìn)出庫沙量相比：①蓄水前的1991－2000年，三峽水庫9，10，11月份的入庫沙量減小幅度分別為38.5%，32.4%，18.6%，出庫沙量減小幅度分別36.8%，31.5%，43.2%；進(jìn)出庫沙量減小幅度基本相當(dāng)；②蓄水后的2003－2009年，三峽水庫9，10，11月份的入庫沙量減小幅度分別為54.4%，62.0%，41.4%，出庫沙量減小幅度分別為83.0%，96.4%，98.3%；可見受三峽水庫汛后蓄水?dāng)r沙影響，2003－2009年出庫沙量減小幅度明顯大于入庫沙量。

上世紀(jì)90年代以來，三峽水庫9－10月份進(jìn)出庫水沙量減小較多。三峽水庫蓄水以來，各用水方要求提高三峽水庫蓄水期間泄量，若按三峽水庫汛末蓄水總量221.5億m3，一個(gè)月蓄滿，日均減少下泄流量將達(dá)8 200 m3／s，對下游影響較大。汛后來水量直接關(guān)系到175 m蓄水的成敗和三峽工程綜合效益的發(fā)揮，蓄水期入庫水沙量減少這一新的變化也正是三峽水庫175 m試驗(yàn)性蓄水以來蓄水啟動(dòng)時(shí)間逐年提前的重要原因。

3.2.2 枯水期（2－4月份）進(jìn)出庫水沙變化

水利工程修建后，水庫下游河道徑流量汛期比重一般減小，非汛期比重一般增加，隨著長江上游更多水利工程的逐步建成運(yùn)用，水庫群綜合調(diào)度運(yùn)用對下游河道水沙過程的調(diào)節(jié)作用還將會進(jìn)一步增強(qiáng)。由表4，表5可見，受上游水庫調(diào)蓄影響，三峽水庫枯水期2，3，4月份進(jìn)出庫流量均有增大趨勢，各月進(jìn)出庫沙量均有減小趨勢。

與1953－1990年2，3，4月份相比：①在進(jìn)出庫流量變化方面，2003－2009年三峽水庫2，3，4月份的入庫流量分別增大661，937，297 m3／s，出庫流量分別增大800，985，569 m3／s；②在進(jìn)出庫沙量變化方面，2003－2009年三峽水庫2，3，4月份的入庫沙量減小幅度分別為10.3%，11.4%，56.7%，出庫沙量減小幅度分別為84.8%，93.3%，97.2%；③受上游水庫調(diào)蓄影響，三峽水庫2－4月份進(jìn)出庫流量均呈增大趨勢，進(jìn)出庫沙量均呈減小趨勢，且三峽水庫蓄水后出庫流量及輸沙量變化幅度均明顯大于入庫。

4 結(jié) 論

（1）從徑流量和輸沙量年際變化來看，上世紀(jì)90年代以來，三峽水庫進(jìn)出庫水沙均有所減小，其中輸沙量減小更為明顯。與1990年前相比，2003－2010年入庫寸灘＋武隆站的年均來水量減小7.7%，來沙量減小58.8%，出庫宜昌站的年均來水量減小9.6%，來沙量減小89.6%，入庫沙量持續(xù)減小和三峽水庫蓄水?dāng)r沙的疊加作用是造成宜昌站出庫輸沙量大幅減小的主要原因。隨著上游干支流更多水庫的陸續(xù)建成使用，三峽在較長時(shí)期內(nèi)來沙量將繼續(xù)減少，這對減緩三峽水庫淤積是有利的，但必將對下游河道沖淤演變產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。

（2）三峽水庫進(jìn)出庫水沙均集中于汛期（5－10月份）的年內(nèi)分配規(guī)律并未發(fā)生大的變化，蓄水運(yùn)用后三峽水庫汛期進(jìn)出庫水沙量占全年的比例仍分別維持在76%以上和96%以上，但從年內(nèi)分配變化上看，汛期進(jìn)庫水沙量占全年的比例均呈減少趨勢，汛期出庫水量比例呈減少趨勢，出庫沙量比例呈增大趨勢。

（3）上世紀(jì)90年代以來，三峽水庫9－10月份的入庫水沙量減小較多，這一變化是三峽水庫175 m試驗(yàn)性蓄水以來蓄水啟動(dòng)時(shí)間逐年提前的重要原因；受上游水庫調(diào)蓄影響，枯水期2－4月份三峽水庫進(jìn)出庫流量均呈增大趨勢，各月進(jìn)出庫沙量均有減小趨勢。三峽水庫近期進(jìn)出庫水沙的年內(nèi)變化特點(diǎn)直接關(guān)系到三峽水庫調(diào)度及長江中下游河道演變，應(yīng)引起重視。

（4）本研究成果可為三峽水庫調(diào)度及長江中下游河道演變及治理研究提供參考，同時(shí)，由于水沙變化問題十分復(fù)雜，且目前三峽水庫還處于蓄水初期，本文對三峽水庫進(jìn)出庫水沙變化的分析還是初步的，還有待于更多觀測資料的檢驗(yàn)和進(jìn)一步的研究。

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（編輯：周曉雁）

Changes of Inflow and Outflow Runoff and Sediment of Three Gorges Reservoir Before and After the Impoundment

HUANG Ren-yong，ZHANG Xi-bing
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

The changes of inflow and outflow runoff and sedimentof the Three Gorges Reservoir before and after the impoundment are systematically analyzed based on the observed data of hydrographic stations.The results reveal that since the 1990s，the inflow-outflow runoff and sediment have both reduced，of which the sediment discharge reduced muchmore remarkably than the runoff.In recent years，the inflow-outflow runoff and sediment during flood season remain above 76%and 96%of the whole year.In terms of annual distribution，the inflow runoff and sediment in flood season both exhibit a tendency of decreasing；whereas the outflow runoff tends to decrease and the outflow sediment tends to increase in flood season.After the impoundment，the inflow and outflow water and sediment decreased sharply in September and October，while increased in dry season from February to April.

Three Gorges Reservoir；water-sediment changes；annual distribution；Cuntan station；Yichang

TV141.3

：A

1001－5485（2011）09－0075－05

2011-07-19

中央級公益性科研院所基金項(xiàng)目（CKSF2011001）；水利部公益性行業(yè)專項(xiàng)（200901002，200901003）；國家科技支撐計(jì)劃研究項(xiàng)目（2008BAB29B08）

黃仁勇（1979-），男，湖北襄陽人，工程師，碩士，主要從事河流數(shù)值模擬研究，（電話）027-82829871（電子信箱）renyonghuang＠163.com。