三峽工程蓄水后荊江河勢變化及整治方案

隨著三峽水庫的蓄水運用,清水下泄使壩下游河床受到不同程度的沖刷,江湖關(guān)系發(fā)生改變,引起水沙特性的改變。對收集到的三峽蓄水前后監(jiān)利站實測水沙資料進(jìn)行分析,結(jié)果表明:三峽蓄水運用后監(jiān)利站年平均流量減小,年內(nèi)汛期流量削減,枯季流量增大,其中主汛期6～9月份平均流量建庫后較建庫前減少了6%～15%,主汛后10月份和11月份流量減小幅度分別為12%與15%,枯水期1～4月流量平均增幅6%～13.3%,年內(nèi)流量變幅減小,同流量條件下水位降低。蓄水后監(jiān)利河段含沙量顯著減少,減少率最多達(dá)到74.6%。懸沙中值粒徑和床沙中值粒徑均增大,河床呈粗化趨勢。

通過對三峽庫區(qū)干支流水文斷面蓄水前后多年水質(zhì)資料進(jìn)行整理分析,分析了蓄水前后庫區(qū)河流水質(zhì)變化趨勢。研究結(jié)果表明:三峽庫區(qū)135m蓄水及156m蓄水后,庫區(qū)水質(zhì)指標(biāo)變化不明顯。庫區(qū)溶解氧濃度有所降低,懸浮物濃度在平水期和枯水期也大幅下降,和懸浮物密切相關(guān)的污染物質(zhì)總磷、codmn、重金屬等也隨之降低。長江沿程干流及上游支流烏江、嘉陵江水質(zhì)受蓄水影響不大,下游支流小江、大寧河則受長江壅水影響,局部水環(huán)境趨復(fù)雜化。

三峽水庫修建后,由于水庫調(diào)蓄作用,進(jìn)入壩下游荊江河道的水沙過程發(fā)生了顯著變化。荊江河道產(chǎn)生較明顯的沖刷,已引起局部河段的河勢調(diào)整,將在相當(dāng)長時期內(nèi)對兩岸堤防、已建護(hù)岸工程和河道整治工程及河道的穩(wěn)定產(chǎn)生不同程度影響,進(jìn)而影響該地區(qū)的防洪、航運、生態(tài)與環(huán)境,以及河流的綜合服務(wù)功能的正常發(fā)揮。采用長江防洪實體動床模型試驗,研究了三峽工程運用初期不同時期荊江重點險工段調(diào)關(guān)彎道的沖淤變化過程,并在此基礎(chǔ)上預(yù)測河勢調(diào)整趨勢。研究成果可為該段河道的治理和河勢控制工程規(guī)劃、設(shè)計等提供技術(shù)參考。

本文論述了長江三峽工程建成后庫區(qū)旅游景觀的淹沒和“高峽出平湖”的新景觀。據(jù)預(yù)測，水庫蓄水后，受淹沒影響的景點３９處，峽區(qū)峽谷氣勢有所減弱，但雄姿猶存；水庫正常高水位達(dá)１７５ｍ時，將新增湖泊１１處、島嶼１４處，支流上可提高旅游開發(fā)利用價值的峽谷３７條、溶洞１５個，許多世界級的自然奇觀可望得到開發(fā)。屆時，三峽工程庫區(qū)將成為觀光游樂、度假休閑、科考探險及從事水上運動的多功能旅游區(qū)。

論述了與三峽水庫提前蓄水有關(guān)的工程要求,及對庫區(qū)移民、地質(zhì)災(zāi)害防治、水環(huán)境治理等所采取的措施。

荊江河勢控制工程早期主要采用塊石護(hù)坡及混凝土護(hù)坡兩種型式,隨著時代發(fā)展,越來越多的新工藝在荊江河控中應(yīng)用.其中鋼絲網(wǎng)石墊有效實現(xiàn)了水與土體之間的自然交換,是一種綠色環(huán)保的水利工程施工工藝.近兩年來,在荊江河勢控制中逐步推廣,為穩(wěn)定河勢發(fā)揮了明顯作用.

據(jù)國家環(huán)保部長江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測公報(簡稱三峽公報)發(fā)布的1996—2008年三峽庫區(qū)的水質(zhì)監(jiān)測實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理。以2003年和2006年作為標(biāo)志性節(jié)點,分析其水質(zhì)變化趨勢。結(jié)果表明:三峽庫區(qū)沿程干流及遠(yuǎn)壩支流烏江除2006年及嘉陵江除20042、006年外,其余年份水質(zhì)均達(dá)到或優(yōu)于ⅲ類水質(zhì)斷面,受蓄水影響不大;近壩支流澎溪河(小江)、大寧河則受大壩壅水影響,與蓄水前相比,支流口流速減緩,甚至呈靜流狀態(tài),其斷面水質(zhì)由1999年的ⅱ類降為2005年開始的ⅳ類,局部水環(huán)境趨復(fù)雜化,并且?guī)靺^(qū)內(nèi)\"水華\"現(xiàn)象近年有所加重。分析水質(zhì)變化的原因主要有成庫后庫區(qū)江段流速迅速減小,二期蓄水后庫區(qū)全江段斷面平均流速下降為0.17m/s,僅為天然河道平均流速的1/4,天然河道斷面平均流速的1/5,以及庫區(qū)各種污染物質(zhì)排放等。最后從加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和庫區(qū)坡耕地整治以及完善水環(huán)境監(jiān)測體系和法律法規(guī)等4個方面提出保護(hù)水質(zhì)的措施和建議。

長江中游城陵磯-螺山河段水文泥沙運動變化極其復(fù)雜。2003年6月1日三峽工程開始蓄水,10日達(dá)到壩前水位135m,這對該河段的水沙運動規(guī)律產(chǎn)生了影響。通過分析比較1981～2002年及2003年城陵磯和螺山兩站的水沙特征,得出了三峽工程蓄水前后該河段的水沙變化情況。

以統(tǒng)計學(xué)為基礎(chǔ),通過對歷史實測資料進(jìn)行分析,研究三峽蓄水前后沙市河段航道水位變化現(xiàn)象,找出其變化規(guī)律,可為今后長江沙市河段的航道維護(hù)管理工作提供技術(shù)支持。

估算水庫對下游的防洪作用,是水利工程設(shè)計與運用中極為重要的一環(huán),特別是隨著人民生活水平的逐漸提高,其重視程度也隨之增長。本文通過對水庫下游防洪風(fēng)險的計算,論水庫下游河段由于受水庫調(diào)節(jié)等諸多因素的影響,其水位序列往往不能滿足一般的理論分布,而采用mnte-carlo方法模擬天然的洪水過程,然后再考慮各種地水位的影響,是解決防洪可靠性問題的有效途徑。最后,通過三峽水庫下游荊江河段的防洪風(fēng)險分析,證明

介紹了長江宜昌至枝城河段的基本情況,分析了來水來沙特征,論述了河段近期的演變情況。

隨著三峽水庫蓄水運行,清水下泄導(dǎo)致壩下游河段受到不同程度的沖刷,使得江湖關(guān)系發(fā)生變化。對長江中游主要控制站三峽工程蓄水運用前后水文數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果表明:三峽工程蓄水運用后,清水下泄沖刷下游河道深槽部分,長江河段總體同流量下水位下降,其中以漢口以上河段水位下降明顯,且對低水影響明顯。三峽工程蓄水運用后,三口河道分流比繼續(xù)減少,斷流時枝城水位有升高趨勢,分流河道逐漸萎縮,荊江過流量增大。

本文從開發(fā)性移民政策、三峽工程對庫區(qū)旅游資源開發(fā)價值的提升、西部大開發(fā)、加入wto等四個方面,分析了三峽庫區(qū)旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢。

分析了長江城陵磯～螺山河段行洪能力的變化和三峽水庫運行后該河段面臨的防洪形勢,指出降低城陵磯河段水位的有效措施之一是恢復(fù)河道原有的泄洪能力,實施牌洲裁彎、清淤疏浚和削磯擴(kuò)卡等為主的工程措施。并以典型洪水為例對牌洲裁彎前后相關(guān)河段的水位、水面線及水位流量關(guān)系的變化進(jìn)行了對比分析,論證了牌洲裁彎對降低上游水位的明顯作用和該工程實施的必要性。

三峽水庫蓄水后,荊江河段沖刷以枯水河槽沖刷為主,對航道條件將產(chǎn)生顯著影響,其中窯監(jiān)河段近年來航道條件持續(xù)惡化。分析不同年份監(jiān)利河段洲灘形態(tài)與刪除礙航程度,認(rèn)為三峽蓄水后洲灘受到?jīng)_刷是航道條件惡化的原因之一;而通過對淺灘段橫斷面年內(nèi)變化及各年汛后退水過程中水位變化與航道水深變化對應(yīng)關(guān)系分析,初步確定了退水過程中最佳的沖刷流量區(qū)間為10000～15000m3/s,三峽蓄水導(dǎo)致退水過程加快,將導(dǎo)致汛后淺區(qū)沖刷不足,枯季礙航。

2003年6月1—10日為長江三峽工程一期蓄水期,為了研究長江三峽工程蓄水對長江口環(huán)境的影響,2003年6月15—25日組織了長江口及其鄰近海域環(huán)境綜合調(diào)查,對該次調(diào)查所取得的懸浮體樣品進(jìn)行了顯微觀察和x射線衍射測定,分析了不同水體中懸浮體顆粒的形態(tài)特征和物質(zhì)組成。結(jié)果表明:從徐六涇到長江口鄰近海域,懸浮體顆粒形態(tài)特征不同,徐六涇至南支主槽,懸浮體顆粒以單顆粒為主;攔門沙最大渾濁帶,懸浮體顆粒以大絮團(tuán)、團(tuán)狀絮團(tuán)和絮網(wǎng)為主;長江口鄰近海域,懸浮體顆粒以有機(jī)質(zhì)絮團(tuán)和單顆粒并存為主。長江口區(qū)懸浮體礦物顆粒主要以粒狀或片狀形式存在。懸浮體礦物顆粒主要由石英、長石等碎屑礦物和黏土礦物組成。從河道到長江口外的鄰近海域,石英和長石含量逐漸降低,伊利石和綠泥石含量逐漸增加,高嶺石含量先降低后增加。與蓄水前相比,蓄水后徐六涇附近小絮團(tuán)數(shù)量有所增加,蓄水前后攔門沙和長江口鄰近海域懸浮體形態(tài)特征和長江口地區(qū)懸浮體物質(zhì)組成并未發(fā)生明顯變化。

根據(jù)三峽工程大江截流期間收集到的截流河段、導(dǎo)流明渠、二期上下圍堰口門區(qū)的水位、流速、流量、河床地形、水面流態(tài)等監(jiān)測資料，分析研究了截流河段（尤其是動態(tài)的龍口）水力要素的變化規(guī)律及其相互關(guān)系。分析表明，龍口縱、橫斷面的流速分布受戧堤進(jìn)占與平拋墊底施工和上游來水來沙的綜合影響。圍堰滲流量的監(jiān)測對分析明渠分流比、石渣戧堤穩(wěn)定研究起到了補充作用

1919年，孫中山在《建國方略》中提出開發(fā)長江三峽水利資源的構(gòu)想。1956年，毛澤東在《水調(diào)歌頭·游泳》（文7-13）中吟唱“高峽出平湖”，表達(dá)治理長江，建設(shè)三峽的遠(yuǎn)大理想。1958年4月6日，中共中央下發(fā)關(guān)于三峽工程的的第一個正式文件《關(guān)于三峽水利樞紐和長江流域規(guī)劃的意見》。

針對三峽水庫入庫水沙條件及實際運行方式的變化,計算分析了三峽水庫蓄水方案變化對水庫泥沙運動及變動回水區(qū)航運條件造成的影響.采用一維水沙數(shù)學(xué)模型,計算了不同蓄水方案對水庫泥沙淤積情況的影響及各方案間的差別,進(jìn)而對方案調(diào)整后變動回水區(qū)重點淺灘的水深變化進(jìn)行了研究.結(jié)果表明,在新的水沙條件及考慮上游建庫的影響下,蓄水方案調(diào)整帶來的影響主要集中在6~11a,并隨水庫運行時間的延長而縮小,不會對變動回水區(qū)淺灘河段通航條件產(chǎn)生不利影響.

為了研究三峽水庫蓄水后長江中游干流江灘釘螺密度消長態(tài)勢,在沿岸江灘先后設(shè)置了25個螺情監(jiān)測點,包括11個長江委水文站點和14個地方血防單位共同參與設(shè)置的站點。其中,15個監(jiān)測點查到釘螺,且各監(jiān)測點測到的活螺密度差異較大。與2003年比較,2014年活螺平均密度大幅下降,未見人患血吸蟲病例。長江中游干流江灘有螺面積并不隨洲灘面積擴(kuò)大而增加,釘螺向堤內(nèi)擴(kuò)散機(jī)率大幅降低。

針對第i部分提出的三峽建成后長江中游防洪形勢和問題,用相同模型研究了多種代表性措施的防洪效果,提出了應(yīng)對長江中游防洪問題的綜合解決方案。研究顯示,牌洲裁彎、提高城陵磯設(shè)計洪水位和南北分洪等工程和調(diào)度措施單獨使用,在三峽水庫提供和《長江流域防洪規(guī)劃》確定的條件下都難以保證長江中游再現(xiàn)1954年洪水的安全。按防御1954年洪水和保障荊江安全目標(biāo),本文通過大量方案計算比較,提出基于牌洲裁彎與南北分洪組合,以適當(dāng)提高城陵磯設(shè)計洪水位為調(diào)度余地的綜合方案。該方案在調(diào)度和運用條件等方面有較大的安全余地,可以更好適應(yīng)三峽水庫等影響下長江中游的河流變化。

三峽工程建成運用后,改變了水庫下游河道的水沙條件,壩下游河道水流輸沙能力處于不飽和狀態(tài),河道將發(fā)生沿程沖刷,并可能引起河勢的調(diào)整,進(jìn)而可能對防洪產(chǎn)生一定影響。為此,采用數(shù)學(xué)模型計算與實測資料分析的手段進(jìn)行了三峽工程建成后長江中下游江湖水沙變化及河道沖淤演變及其對防洪影響的初步研究。結(jié)果表明,三峽工程蓄水運用后,長江中下游河道發(fā)生大量沖刷,同流量水位降低。各河段沖刷量達(dá)到最大時,荊江河段河床平均沖深約2.0~5.3m,槽蓄量約增加13億m3,城陵磯至武漢河段河床平均沖深約2.5m,槽蓄量約增加8.5億m3;由于干流河床沖刷,荊江三口分流分沙減少,洞庭湖湖區(qū)淤積減緩,增加調(diào)蓄量約23.8億m3;水沙過程改變、河床沖刷及局部河勢調(diào)整對河道穩(wěn)定及堤防、護(hù)岸工程的安全會帶來一定影響,需采取相應(yīng)的對策措施。