代水平 牛蘭花 李云中

(長江水利委員會長江三峽水文水資源勘測局，湖北宜昌 443000)

1 河段概況

宜昌河段上起鎮(zhèn)江閣，下至虎牙灘，長約19.6km，是長江由山區(qū)河流向平原河流轉(zhuǎn)變的過渡段，兩岸岸坡較為穩(wěn)固，左岸為宜昌城區(qū)，臨江溪以上均修建有人工護岸;右岸為低山丘陵區(qū)，多為基巖和亂石。河床組成多為礫卵石夾沙，但近來沙質(zhì)愈來愈少，河床粗化明顯(見圖1)?？蓪⒑佣纹矫嫘螒B(tài)分為以下3段。

圖1 宜昌河段河勢

(1)上段為彎道段，自鎮(zhèn)川門至胭脂壩頭(宜枝34－宜枝40)，河段長4.41km，河段洪水河槽下江面寬為700～950 m，其彎道半徑約為5000 m，深槽位于右岸。

(2)中段為分汊段，自胭脂壩頭至胭脂壩尾(宜枝40～宜枝45)，河段長6.34km，河段洪水河槽下河寬為1000～1600 m，深槽靠左岸。河段內(nèi)胭脂壩江心洲將河道分為左右兩汊，主槽(汊)位于左岸，右岸支汊河底高程約為32 m，胭脂壩洲體長約4.6km，寬約800 m，枯水時洲體與右岸相接，高水時全灘淹沒，灘面呈上游低下游高，最高達50 m左右。

(3)下段為順直段，自胭脂壩尾至虎牙灘(宜枝45－宜枝51)，河段長8.88km，深槽位于右岸，

2 水沙特性

2.1 來 水

長江水量豐沛，葛洲壩系低水頭徑流式電站，對宜昌站徑流影響較小。葛洲壩水庫蓄水前，宜昌站多年平均徑流量為4518億m3(1890～1980年)，葛洲壩水庫蓄水后，多年平均徑流量為4348億m3(1981～2002年)。自2003年以來，相比天然時期及葛洲壩水庫獨立運行期，宜昌站徑流量有一定幅度的減少，但年內(nèi)最大流量減小、最小流量增加成為流量演變的新特點［1］(見表1)。

表1 不同時期宜昌水文站水沙特征值統(tǒng)計

2.2 懸移質(zhì)輸沙量

根據(jù)統(tǒng)計，葛洲壩水庫蓄水前后懸移質(zhì)輸沙量分別為 5.15億 t(1950～1980年，為天然時期)、4.59億t(1981～2002年)，蓄水后懸移質(zhì)泥沙來量減少約11%。三峽水庫蓄水運行后，對宜昌站懸移質(zhì)年輸沙量影響明顯，出庫沙量大幅度的減少，多年均輸沙量僅為天然時期的9.5%，懸沙中數(shù)粒徑也逐步細化。

2.3 推移質(zhì)輸沙量

三峽水庫蓄水運行后，沙質(zhì)推移質(zhì)及卵石推移質(zhì)泥沙來量明顯下降，尤其是近兩年來，總量顯著減少，卵石推移質(zhì)幾乎為零，推移質(zhì)(卵、沙)中值粒徑逐步粗化。

3 河床演變

3.1 洲灘、深槽演變

(1)洲灘。河段中有胭脂壩洲灘，位于中段右岸，枯水期洲體出露水面并與右岸相連。當(dāng)流量高于8500 m3/s后，胭脂壩左側(cè)支汊開始分流，胭脂壩成江心洲;當(dāng)流量高于45000 m3/s時，胭脂壩洲體全部淹沒于水下。

由于人工偷采砂石及三峽水庫蓄水的雙重影響，2003年胭脂壩洲體明顯萎縮，洲體頭部向下游回縮約170 m，雖然此后洲體有回淤和沖刷現(xiàn)象，但總體以沖刷萎縮為主，因而導(dǎo)致2007年洲體面積減小約8%。為了保護胭脂壩洲體免受水流沖刷及防止人工偷采砂石，2008年汛前在洲頭實施了保護工程，汛后洲體面積即有所增大。洲頭向上游逐年上延擴展，2008年上延45 m，2010年又上延55 m，說明壩頭保護工程已經(jīng)開始發(fā)揮其保護作用(見表2)。

表2 宜昌河段胭脂壩洲灘尺度變化統(tǒng)計

(2)深槽。宜昌河段中從上至下深槽分布較多，有上段卷橋河深槽、中段胭脂壩深槽、下段臨江溪深槽。受河段年度沖淤變化的影響，各深槽也發(fā)生相應(yīng)的沖淤變化(見表3)。

表3 宜昌河段主要深槽變化統(tǒng)計

2003年6月三峽水庫蓄水運用后，壩下游河段的深槽基本上表現(xiàn)為逐年沖刷，雖然深槽最低點高程有沖深與淤高的變化，但深槽的面積總體上卻在逐步擴大，尤其是中段胭脂壩深槽，2006年面積擴大至2002年的2倍，2008年深槽有所回淤，但2010年又有所沖刷。

3.2 縱向沿程變化

由于特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，宜昌河段深泓沿程高程差異較大。自2003年三峽水庫蓄水運行以來，宜昌河段深泓經(jīng)歷了初期大幅度沖刷及后期部分回淤升高的過程，但總體表現(xiàn)以累積沖深為主，整個河段深泓平均沖深下切1.7 m。其中上段深泓平均累積沖深1.3 m，最大累積沖深3.5 m;中段深泓平均累積沖深2.3 m，最大累積沖深5.4 m;下段深泓平均累積沖深1.2 m，最大累積沖深 3.0 m。深泓沖刷累積幅度最大的河段在中段胭脂壩段，但深泓平面變化位置穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯的左右擺動演變情況。

深泓沖刷主要時段是在三峽水庫圍堰高程為135 m時的發(fā)電期，156 m時的初期運行期深泓有一定的回淤升高，175 m試驗性蓄水運行后，深泓又出現(xiàn)一定的沖刷下切，但幅度明顯低于圍堰發(fā)電期(見圖2)。

圖2 宜昌河段深泓縱剖面變化示意

3.3 河段沖淤分布

自2003年三峽水庫蓄水運行后，宜昌河段河床年際間有沖有淤，但總體上表現(xiàn)為沖刷。2002年10月～2011年10月，河段在洪水河槽下總計沖刷1743萬m3，枯水河槽下沖刷1426萬m3。河段以沖刷主河槽為主，主河槽的沖刷量占總沖刷量的82%。

2003年由于三峽水庫首次蓄水至135 m，水庫水位抬高約70 m，大量泥沙落淤庫區(qū)，下泄水流含沙量大幅減少，使壩下游宜昌河段發(fā)生大幅度沖刷，洪水河槽下沖刷量達到1359萬m3，占2003年以來總沖刷量的78%;2004年以后，胭脂壩河段分別于2004、2005、2008年及2011年對胭脂壩主槽進行了人工護底治理，河床抗沖能力逐步增強。此外，兩壩間河段在累積大幅度沖刷出庫泥沙補充的作用下，2005、2006年宜昌河段連續(xù)出現(xiàn)泥沙淤積，此后，宜昌河段年際間沖、淤相間，變化幅度大大減小，該河段的河床沖淤基本達到平衡狀態(tài)(見圖3)。

圖3 蓄水以來宜昌河段沖淤分布過程

沖淤量沿程分布，中段累積沖刷幅度最大，下段次之，上段則相對較小。中段主要沖刷時期在三峽水庫蓄水135 m時的發(fā)電期，以沖刷胭脂壩左側(cè)主槽為主，累積沖刷強度達到 103.5萬m3/km，至156 m初期蓄水后上段的沖刷則明顯減小;下段一直處于持續(xù)沖刷狀態(tài)，尤其在156 m初期蓄水及175 m試驗性蓄水的運行期，相對于其他河段，下段的累積沖刷強度最大(見表4和圖4)。

圖4 宜昌河段多年來斷面間累積沖淤量沿程分布

表4 不同時期宜昌河段沖淤量統(tǒng)計

3.4 河床斷面形態(tài)變化

與河段變化相一致，橫斷面也呈現(xiàn)累積性的沖刷變化，但各河段橫斷面變化各有特點。

(1)上段橫斷面變化部位為主槽，2003年汛后發(fā)生明顯沖刷，最大沖刷達3.0 m。此后，斷面主槽有調(diào)整性的回淤，岸坡及邊灘則沒有變化。

(2)中段胭脂壩河段橫斷面左側(cè)主汊、右側(cè)副汊均有不同程度的沖刷，主汊最大沖刷，最大沖深達7.3 m，副汊最大沖深 2.2 m。但在2005年以后由于護底工程發(fā)揮了作用，因而胭脂壩河段左側(cè)主槽有泥沙回淤。

(3)下段虎牙灘河段主槽、邊灘均有沖刷，且呈持續(xù)性的累積沖刷，主槽累積沖深達3.0 m。

3.5 河床演變趨勢

宜昌河段沖淤的影響因素較多，包括上游水庫來水來沙、人工護底工程、河床組成粗化、人工采砂等。由于水庫滯洪的作用，使得高洪期平灘流量較為常見，水流下泄時間拉長。此外，上游來沙大量在庫區(qū)淤積，壩下游水流含沙量不足，是造成河段沖刷的原因之一;人工采砂也加速河床的沖刷，不過近年來由于打擊采砂效果明顯，宜昌河段基本沒有偷采砂的現(xiàn)象;自2004年以來胭脂壩河段的人工護底工程對河床主槽有一定的保護作用，加之，河段床沙粗化對抑制河床的沖刷也發(fā)揮了一定的作用。

三峽水庫蓄水運行以來，雖然在發(fā)電期宜昌河段沖刷現(xiàn)象較為明顯，但在初期蓄水期及175 m試驗性運行期，受多種有利因素的影響，河床的沖刷幅度已經(jīng)明顯降低，年際間河段開始有沖有淤，基本達到?jīng)_淤平衡狀態(tài);兩岸邊坡穩(wěn)固，深泓、主河槽位置穩(wěn)定，胭脂壩洲體也保持動態(tài)的沖淤狀態(tài)，河床抗沖性愈來愈強，宜昌河段將隨著上游來水來沙的變化而發(fā)生沖淤變化［2－4］。

4 河床沖刷對枯水位的影響

(1)20世紀70年代以來，葛洲壩樞紐工程的修建、建筑骨料開采及工程運行引起的壩下游河床沖刷已經(jīng)導(dǎo)致宜昌枯水位下降明顯，1973～2002年，宜昌4000 m3/s流量時的相應(yīng)水位累積下降1.24 m。

(2)2003年三峽水庫蓄水后，2002～2006年發(fā)電期由于壩下游宜昌河段受到明顯沖刷，宜昌4000 m3/s流量時的相應(yīng)水位下降0.08 m，5500 m3/s流量的相應(yīng)水位下降0.10 m。

(3)2006～2008年初期蓄水運行期壩下游宜昌河段整體變化不大，宜昌枯水位流量關(guān)系也較為穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)下降。

(4)175 m試驗性蓄水運行后，由于壩下游長程河道沖刷帶的明顯下移，以及宜昌以下關(guān)鍵節(jié)點河段沖刷的加劇，造成宜昌枯水位新一輪的下降?；诳菟緣蜗掠紊鷳B(tài)補水、航道水深、河道沖刷等問題，2009年汛后三峽水庫加大枯水季下泄流量，最小限制下泄流量為5000 m3/s，2011年汛后又加大限制下泄流量至5500 m3/s。2008～2011年，宜昌流量5500 m3/s相應(yīng)枯水位下降 0.36 m。河床的沖刷造成枯水位的下降非常明顯。

5 結(jié)語

(1)自三峽水庫蓄水運行以來，出庫徑流量有一定幅度的減少，年內(nèi)最大流量減小、最小流量增加已成為流量演變的新特點，出庫懸移質(zhì)及推移質(zhì)輸沙量出現(xiàn)大幅度的減少。

(2)自三峽水庫蓄水運行以來，宜昌河段表現(xiàn)為明顯沖刷——一般沖刷——微量淤積的過程，但總體上表現(xiàn)為沖刷。2002年10月～2011年10月，河段洪水河槽下總計沖刷1743萬m3，枯水河槽下沖刷1426萬m3，以沖刷主河槽為主，但河段岸坡穩(wěn)定，河段基本達到?jīng)_淤平衡。

(3)河槽位置穩(wěn)定，胭脂壩洲體雖然在三峽工程發(fā)電期有所沖刷萎縮，但由于后期人工護底及護灘工程發(fā)揮了防護作用，使洲體穩(wěn)固，未出現(xiàn)持續(xù)的沖刷萎縮現(xiàn)象，在一定程度上也減緩了宜昌枯水位的下降。

(4)壩下游河段在三峽水庫不同運行期沖淤程度不一。宜昌枯水位有降有穩(wěn)，近年來雖然宜昌河段基本達到?jīng)_淤平衡，但由于壩下游長程河道關(guān)鍵節(jié)點河段沖刷的加劇及沖刷帶的明顯下移，又造成了宜昌枯水位新一輪的明顯下降。因此，僅僅對宜昌河段的枯水控制點進行防護是遠遠不夠的，還應(yīng)對其他關(guān)鍵段的控制點進行防護。

［1］ 李云中.長江宜昌河段低水位變化研究［J］.中國三峽建設(shè)，2002，(5):12 －14.

［2］ 牛蘭花，張小峰，等.葛洲壩樞紐下游河床護底結(jié)構(gòu)型式比選試驗［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2008，(1):50－54.

［3］ 李云中，牛蘭花.葛洲壩樞紐下游宜昌河段河道演變分析［J］.長江三峽工程泥沙問題研究，1996－2000，(6):35－58.

［4］ 牛蘭花，劉天成，成金海.1998年洪水前后三峽至葛洲壩(兩壩間)及壩下游近壩段水沙及河床訓(xùn)淤變化規(guī)律分析［J］.長江三峽工程泥沙問題研究，2001－2005，(4):21 －45.