三峽工程運用初期荊江河段調(diào)關彎道沖淤演變試驗

荊江河段礙航淺灘分布較多,各分汊河段的進口均分布有礙航淺灘,局部順直過渡段、彎道放寬段也存在淺灘。三峽水庫蓄水后,淺灘年內(nèi)沖淤規(guī)律延續(xù)蓄水前的特點,但受沙量大幅減少的影響,部分邊界條件相對穩(wěn)定的淺灘水深條件有所好轉,邊界條件不穩(wěn)定,且大幅沖刷變形,則淺灘水深并未好轉。引江濟漢工程的運用減少了沙市至漢口段的流量,勢必會對淺灘年內(nèi)沖淤動力造成一定影響。

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,進而可能對防洪產(chǎn)生一定影響。為此,采用數(shù)學模型計算與實測資料分析的手段進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、護岸工程的安全會帶來一定影響,需采取相應的對策措施。

主要依據(jù)三峽工程截流河段施工過程中不同時期的河床演變觀測資料，分析了不同時期的水流條件及河勢變化，揭示了其內(nèi)在規(guī)律，得到了一些新的認識和概念

由于受河床邊界、水沙條件變化、江湖關系調(diào)整和人類活動等因素影響,近10a來,特別是1998年長江大洪水后,盡管荊江河段河勢總體基本穩(wěn)定,但局部河段河勢發(fā)生了較大調(diào)整,河道演變較為劇烈。主要表現(xiàn)為重點河段主支汊易位、水流頂沖點上提或下移、洲灘及河道沖淤等,對護岸工程、堤防及下游河勢等產(chǎn)生了一定影響。根據(jù)大量水文泥沙原型觀測資料,探討荊江河道演變規(guī)律,并針對河道演變對防洪的影響進行了初步研究,可為長江荊江河段河道整治提供參考。

三峽回水變動區(qū)重慶城區(qū)河段的港口與航道變化是自三峽建庫論證以來就被廣泛關注的重大問題之一。此文根據(jù)大比尺物理模型試驗,分析了三峽水庫不同蓄水期重慶河段的演化趨勢和泥沙淤積對重慶港口與航道的影響。結果表明,三峽水庫按156m方案運行期,河段不受壩前水位影響,基本處于天然狀況。隨著水庫175m方案運行期的增長,河段產(chǎn)生累積性淤積,逐漸向著單一、規(guī)順、微彎和高灘深槽方向發(fā)展。此文給出了不同時段的泥沙淤積量、淤積分布、泥沙淤積的灘槽分配和淤積泥沙的粒徑分布。研究表明,泥沙淤積使得航道和港口需要整治才能保持正常運行。最后,把試驗結果與實測數(shù)據(jù)進行了對比,二者基本吻合。結果對重慶航道治理可提供科學依據(jù)。

隨著三峽工程的建成蓄水,重慶庫區(qū)的變動回水區(qū)的泥沙淤積問題,隨著運用年限的增長而日趨嚴重,將嚴重影響重慶市的航運健康快速發(fā)展。針對三峽工程初期蓄水的泥沙淤積問題,分析了淤積的成因,預測了遠景主要航道的淤積量,分析了泥沙淤積對重慶港口航道發(fā)展的影響,提出了相應的解決措施。

本文根據(jù)三峽工程一期圍堰施工期(1994￣1996年),壩區(qū)河段原型觀測資料,對由于工程施工引起的河寬縮窄、過水斷面面積減小,流速增大及河床沖淤變化等泥沙問題進行了分析,并得出該河段河勢變化的特點及河床沖淤變化的一般性規(guī)律。

本文根據(jù)三峽工程一期圍堰施工期(1994￣1996年),壩區(qū)河段原型觀測資料,對由于工程施工引起的河寬縮窄、過水斷面面積減小,流速增大及河床沖淤變化等泥沙問題進行了分析,并得出該河段河勢變化的特點及河床沖淤變化的一般性規(guī)律。

三峽工程蓄水運用以來,荊江局部河段河勢發(fā)生了新的變化,影響了長江航運。在以往工作基礎上,根據(jù)實測資料分析了荊江河段的歷史演變、近期演變及三峽工程蓄水運用以來的河道沖刷和崩岸等概況。根據(jù)數(shù)學模型計算結果,預估了荊江河段的河道變化趨勢,提出了荊江河段河勢控制的初步方案,對沙市河彎、公安河段、石首河彎及監(jiān)利河彎提出了階段性的初步治理設想,可為荊江河勢演變研究和工程治理提供參考。

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關系分析,初步確定了退水過程中最佳的沖刷流量區(qū)間為10000～15000m3/s,三峽蓄水導致退水過程加快,將導致汛后淺區(qū)沖刷不足,枯季礙航。

三峽工程是長江流域治理開發(fā)的關鍵性工程。本文在分析三峽工程蓄水運用以來壩下游水沙特性變化的基礎上,采用長江中游宜昌至湖口多年的實測地形資料,對建庫前后該河段的泥沙沖淤變化及河勢演變特點進行了深入的探討。研究表明:三峽工程蓄水運用以來,壩下游輸沙量大幅減小,荊江三口分流分沙特性尚未發(fā)生明顯變化,長江與洞庭湖的關系進一步調(diào)整;壩下游河勢總體穩(wěn)定,但河床沖刷強度加劇,并由蓄水前的\"沖槽淤灘\"轉變?yōu)閈"灘槽均沖\"。宜昌至枝城河段河床縱向沖刷明顯、洲灘面積萎縮、床沙明顯粗化;荊江河床沖刷下切,河床形態(tài)逐漸向窄深形式發(fā)展;城陵磯至湖口河段部分彎道段主泓橫向擺動、凹岸崩塌,分汊段主泓擺動不定,灘槽沖淤交替仍較為頻繁。

根據(jù)三峽工程蓄水初期2003年6月-2006年10月壩區(qū)河段實測水文及地形資料,對三峽壩區(qū)泥沙模型進行了泥沙淤積驗證,分析了模型試驗成果與原形實測資料間產(chǎn)生偏差的原因,認為三峽壩區(qū)泥沙模型的試驗結果與原型實測資料基本一致,模型的泥沙淤積規(guī)律和淤積分布與原型基本相同,定量預報具有一定精度;造成原型與模型淤積偏差的主要原因是,模型沙的相似性、模型含沙量比尺和沖淤時間比尺的適應性、模型異重流運動的相似性。在此基礎上,提出了進一步開展三峽壩區(qū)泥沙問題研究和適當調(diào)整模型部分比尺的建議。

介紹三峽工程二期施工通航建筑物臨時船閘和導流明渠上、下游連接河段整治前后通航水流條件的變化；通過水工及船模試驗成果的綜合分析，向設計部門推薦采用規(guī)劃設計ⅱ方案（流荒背炸礁按ⅱ′方案）。

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河道原有的泄洪能力,實施牌洲裁彎、清淤疏浚和削磯擴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河段的水位、水面線及水位流量關系的變化進行了對比分析,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。

長江中游城陵磯-螺山河段水文泥沙運動變化極其復雜。2003年6月1日三峽工程開始蓄水,10日達到壩前水位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。

水電站引水區(qū)的河床演變特點和水沙運動規(guī)律,對電站引水發(fā)電具有重要影響。根據(jù)三峽工程蓄水初期2006年4月至2011年8月地下電站引水區(qū)3次實測地形資料和模型試驗成果,分析了地下電站引水區(qū)泥沙沖淤變化特點和電站排沙孔開啟后的排沙效果。認為三峽工程運用后地下電站引水區(qū)受河段邊界條件和水流運動特性的影響,河床泥沙呈累積性淤積,地下電站排沙孔的作用主要是形成沖刷漏斗保持電站廠前門前清,而對整個引水區(qū)的排沙作用有限。為此,建議進一步開展三峽工程地下電站排沙孔排沙效果試驗研究,優(yōu)化排沙措施,以保證地下電站引水安全。

淺析了三峽工程大江截流堤頭坍塌機理，并研究了用小粒徑材料截流，平拋墊底以減小水深的兩種解決措施。研究結果認為：采用先平拋墊底到高程４０ｍ或４５ｍ再立堵截流的方案比較現(xiàn)實可行。

根據(jù)三峽工程蓄水前后的實測資料,分析了荊江河段沿程水位流量關系變化。研究成果表明:除枝城站在枯水流量下水位略有下降外,上荊江在中、枯流量下水位也均有一定程度的下降,其中沙市站枯水位下降最大,下荊江河段水位在同流量下略有下降。除枝城站枯水位變化受盧家河淺灘形成的沙坎石泓影響外,三峽工程蓄水后影響荊江河段水位流量關系變化的主要原因是:荊江河段處于沖刷狀態(tài),尤其沖刷主要集中在枯水河槽。

本刊從長江三峽通航管理局獲悉,三峽大壩至葛洲壩之間的樂天溪航道整治工程已通過竣工驗收。該工程位于三峽大壩至葛洲壩兩壩間上段的黃陵廟與青魚背之間,處于三峽大壩下游交通管制區(qū)。工程自2010年12月起開工。總投資超過1.5億元,建設過程中共炸除樂天溪錨地和樂天溪河段船舶航行水域礙航礁石36.71萬m3,清渣34.25萬m3,航道疏浚1.5萬m3。整治后錨地面積增加至46.8萬m3,錨地水深增加到5.5m30

根據(jù)大江截流期間監(jiān)測、收集到的成果資料，對長江水全部改由導流明渠下泄，所觀測到的大江圍堰戧堤進占對導流明渠分流及流速流態(tài)的變化，河床沖淤及淤積量縱、橫向分布進行了闡述，得到了該河段水流及沖淤變化的一般性規(guī)律

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”，表達治理長江，建設三峽的遠大理想。1958年4月6日，中共中央下發(fā)關于三峽工程的的第一個正式文件《關于三峽水利樞紐和長江流域規(guī)劃的意見》。

簡要回顧了三峽工程論證及初步設計階段擬定的防洪任務及防洪調(diào)度方案。圍繞三峽工程的防洪任務,研究了工程建成初期的防洪調(diào)度方式。主要針對現(xiàn)狀長江中下游江湖行蓄洪水能力,分析了三峽工程對荊江補償調(diào)度、對荊江兼顧對城陵磯補償調(diào)度2種方案及其防洪作用。結果表明,對荊江補償調(diào)度方式能發(fā)揮較好的防洪效用。確定了對城陵磯補償調(diào)度方式的3部分防洪庫容,為三峽工程防洪調(diào)度方式的研究提供了基礎論據(jù)。