三峡工程建成后长江中下游河道冲淤变化对防洪形势的影响及对策初步研究

2023年12月29日发(作者：英语二考研真题)

三峡工程建成后长江中下游河道冲淤变化对防洪形势的影响及对策初步研究宁磊胡维忠王翠平（长江水利委员会长江勘测规划设计研究院规划处武汉４３００１０）摘要：根据数学模型分折计算的三峡工程运用后长江中下游河道的冲淤变化，分析了长江中游各河段泄流能力的变化对防洪形势的影响，针对这些影响，就进一步优化三峡水库防洪调度和上游建库等对策措施进行了初步的研究。关键词：三峡工程泄流能力防洪形势防洪调度１三峡工程对长江中下游的防洪作用三峡工程位于长江于流宜昌市境内，控制流域面积１００万ｋｍ２。工程最终规模１７５ｍ，具有２２１．５亿ｍ３的防洪库容，是一座兼有防洪、发电、航运等综合效益的特大型水利枢纽。三峡工程建成后将成为长江防洪系统的骨干工程，长江中下游各地区防洪能力将有较大提高，特别是荆江地区防洪形势将发生根本性变化：（１）对荆江地区，遇百年一遇及以下洪水，通过水库调蓄，可使沙市水位不超过４５ｍ，不需启用荆江分洪区；遇千年一遇或１８７０年洪水，可控制枝城流量不超过８００００ｍ３／ｓ，配合荆江地区的分洪区运用，可使沙市水位不超过４５．ＯＯｍ，从而保证荆江两岸的行洪安全；此外，根据研究，三峡工程建成后可减少分流人洞庭湖的水沙，减轻洞庭湖的淤积，延缓洞庭湖的调蓄寿命。（２）对城陵矶附近地区，一般年份基本上不分洪（各支流尾间除外）；遇１９３１年、１９３５年、１９５４年和１９９８年大洪水，可减少本地区的分蓄洪量和土地淹没。三峡水库如按初步设计阶段拟定的对荆江补偿或对城陵矶补偿调度方式进行调度，遇１９５４年洪水城陵矶附近区分洪量可由３２０亿ｍ３减少到２８０亿ｍ３或２１８亿ｍ３。（３）对武汉地区，由于长江上游洪水得到有效控制，可以避免荆江大堤溃决后洪水取捷径直趋武汉的威胁；三峡水库调蓄提高了对城陵矶附近区洪水控制的能力，配合丹江口水库和武汉市附近地区的分蓄洪区，避免武汉水位失控。三峡工程建成后，武汉以上控制洪水的能力除了原有的分蓄洪区容量外，增加了三峡水库的防洪库容２２１．５亿ｍｊ，将大大提高武汉防洪调度的灵活性，对武汉市防洪起到保障作用。由于长江中下游河道的安全泄量与长江洪水峰高量大的矛盾十分突出，而三峡工程的防洪库容相对仍是不足的。三峡工程建成后，长江中下游局部地区的防洪形势仍然十分严峻，遇１９５４年型大洪水，中下游于流仍将维持较高水位，还需动用分蓄洪区蓄纳超额洪水。因此，长江中下游防洪仍然要依靠综合措施，防洪工程措施及非工程措施需进一步加强。另一方面，三峡工程建成以后，由于清水下泄，长江中下游河道发生冲淤调整，河段泄流能力及三口分流分沙等发生变化，对防洪形势会带来一定的影响，都还需进一步认真研究。２三峡工程建成后河道冲淤变化对防洪的影响２．１三峡工程建成后长江中下游河道冲淤变化三峡工程建成后，水库将拦截大量泥沙，坝下游将会发生冲刷。为预估三峡工程建成后长江中下游河道冲淤变化，在三峡工程论证阶段和“七五”、“八五”、“九五”期间，各科研单位作了大量的研究，且取得了比较一致的结论。认为三峡水库蓄水运用后，改变了水库下游河道的来水来沙条件，坝下游河道水流输沙能力处于不饱和状态，河道将发生长时段长河段的冲刷，冲刷从上段向下段逐步发展，发展过程中，下段初期还可能发生淤积。长江科学院采用一维水沙数学模型对三峡工程建成后的长江中下游河道冲淤变化进行了模拟计算分析，结论是：由于宜昌至大通河床组成各异，各分河段在三峡水库运用后出现不同程度的冲淤

变化，其中宜昌至松滋口河段，在三峡水库运用初期１０年内悬移质强烈冲刷基本完成，最大冲刷量为ｏ．９８亿ｔ，河床平均冲深约１．０ｍ：松滋口至太平口河段在２０年末冲刷最大，冲刷量达１．９３亿ｔ，平均冲深约２．０ｍ；太平口至藕池口河段在３０年末冲刷量最大为５．１８亿ｔ，平均冲深约３．５ｍ：藕池口至城陵矶河段在４０年末冲刷量最大为１６．９４亿ｔ，平均冲深５．０ｍ多；城陵矶至武汉河段最大冲刷量为１４．６９亿ｔ，出现在第５０年末，河床平均冲深约２．５ｍ：武汉至大通河段在７０年末冲刷累计达６．３亿ｔ，河床平均冲刷约０．５ｍ。２．２河道冲淤变化对防洪的影响２．２．１长江中游主要站水位流量关系变化通过三峡水库运用后不同时期计算分析，长江中下游各主要控制站的水位～流量关系随着河床冲刷，过水断面扩大，各站相同流量情况下，水位呈下降趋势。（１）沙市站：沙市站位于上荆江河段，是荆江河段的水文控制站。经计算，三峡工程运用后不同时期，沙市站同流量下水位下降值与１９９３年实测值相比有增大现象，且下降值小流量大于大流量。三峡工程运用后４０年，当流量为５０００ｍ３／ｓ时水位下降约２．０ｍ，流量为５００００ｍ。／ｓ时水位下降约０８ｍ。（２）螺山站：螺山站位于洞庭湖汇口的下游，在三峡水库运用最初１０年内，由于荆江河段的大量冲刷，城陵矶以下河段呈淤积状态，螺山站高水时水位略有抬高。随着河道的冲刷向下游发展，三峡水库运用４０年后，螺山站７０００矗／ｓ流量时水位可下降约１．８ｍ、６００００矗／ｓ流量时水位下降约０．５ｍ。（３）汉口站：汉口站是武汉地区防洪代表站。三峡水库运用初期，武汉以下河段呈淤积状态，但其量较小，对汉Ｅｌ站水位影响较小。此后随着河床冲刷，水位相应降低，由于武汉以下河段的冲刷量及强度相应其上游河段小，汉口站水位下降值也较小，水库运用第７０年末，当流量小于１００００ｍ３／ｓ时，计算水位比１９９３年实测水位下降约ｏ．８ｍ，洪水位基本没有变化。（４）九江站：九江站距宜昌约８７０ｋｍ，下游受鄱阳湖出流顶托。水库运用３０年内，因宜昌至武汉段处于冲刷阶段，特别是下荆江大量冲刷，导致九江以下河段呈淤积状态，但淤积量不大，河床平均淤高０．４ｍ左右。水库运用７０年（即冲刷最大时），当流量为７５００ｍ’／ｓ，九江计算水位比１９９３年实测值降低了Ｏ．３５—０．５５ｍ，中、高水时该站水位基本不变。２．２．２河段槽蓄量、三１：７分流分沙的变化三峡水库运用后，坝下游宜昌至武汉段将发生不同程度的冲刷，河床下切，水位下降，使各河段在各级流量下的槽蓄量相对建库前均有所增加。根据长江科学院江湖联合计算一维恒定流河网数学模型计算结果，三峡水库运用后，长江于流河床冲刷，三口口门水位降低，三口分流分沙随之减少。２．２．３河道泄流能力的变化对防洪的影响三峡工程蓄水运用后，长江中下游各河段槽蓄量及荆江三口分流的变化对防洪总体布局的影响相对较小，本次着重研究各河段泄流能力的变化对长江中下游防洪的影响。在三峡工程初步设计阶段拟定了三峡工程对荆江补偿调度方式和三峡工程对城陵矶补偿调度方式，三峡水库按不同补偿调度方式运用，遇大洪水，长江中下游洪水过程将发生相应的变化。选取二十世纪发生的１９３１年、１９３５年和１９５４年三场大洪水，研究三峡水库蓄水运用后长江中下游各河段泄流能力的变化对防洪的影响。计算结果表明：（１）尽管三峡水库蓄水运用后长江中下游防洪情势发生了变化，但遇１９３１年、１９３５年和１９５４年大洪水，三峡水库无论采取对荆江补偿还是对城陵矶补偿调度方式，荆江地区均不需要分洪，同时长江中下游分蓄洪总量大幅减少。如遇１９５４年洪水三峡水库建成前长江中下游需分蓄洪４９２亿ｍ３，三峡水库蓄水运用后２０年采用荆江补偿调度方式长江中下游分蓄洪总量减少为约４００亿ｍ３，采用城陵矶补偿调度方式长江中下游分蓄洪总量减少为约３２０亿ｍ３。（２）三峡水库蓄水运用２０年后，因螺山同水位条件下的流量增加，导致城陵矶附近区的洪量向下游转移，武汉附近区防洪压力可能会有所增加。３对策措施初步研究三峡水库运用若干年后，随着螺山同水位条件下下泄流量的增加，城陵矶附近区的洪量向武汉附近区转移，武汉附近区的防洪压力可能会有所加重，需研究采取对策措施，以消除三峡工程建成后因河道泄流能力的变化对武汉防洪可能产生的负面影响。本次就进一步优化三峡水库的防洪调度和上游建库等措施进行了初步的研究。

３１三峡水库防洪调度研究３．１．１三峡对荆江补偿调度（１）按水位控制调度三峡水库蓄水运用后，荆江河段发生冲刷，同水位下泄流量加大。按前述长江科学院计算的初步成果，三峡水库蓄水运用后２０年、３０年和５０年，沙市水位４４．５０ｍ时的枝城泄量分别增加为６００００ｍ３，ｓ、６２０００ｍ３／ｓ和６４５００ｍ３／ｓ。三峡水库蓄水运用后２０年、３０年和５０年，遇１９５４年洪水，如三峡水库仍按沙市水位４４．５ｍ控制，由于补偿的枝城泄量增加，则水库蓄量将会有所减少，由初期的９４．７亿一分别减少为５６．８亿甜、３５３亿一和１７．８亿ｍ３，而长江中下游分蓄洪量则由初期的约４００亿ｍｊ增加为４３０～４６０亿ｍｊ。（２）减少三峡补偿泄量三峡水库按拟定的对荆江补偿调度方式，遇１９５４年实际洪水，三峡水库蓄洪９４．７亿ｍ。。在预留３６亿ｍ３防御特大洪水防洪库容条件下，三峡尚有９０．８亿ｍ３的防洪库容可以利用。设想将三峡水库１８５．５亿ｍｊ全部用于对荆江进行补偿，遇１９５４年实际洪水，可控制枝城泄量不超过５１２００ｍ３／ｓ。按这种方式调度，在三峡水库蓄水运用后３０—５０年，沙市最高水位均可降低约ｏ．６ｍ，城陵矶附近分洪量可进一步减少，但武汉附近区的超额洪量仍超过规划的分蓄洪量。由于汉口以上的来流，除宜昌外，还有洞庭湖四水、汉江及区间，其中宜昌至汉１２区间的集水面积占汉口站集水面积的３２％，宜昌至汉口区间多年平均洪水来量占汉口站洪水来量的３４％。因此仅控制枝城流量并不能有效控制汉口及以下地区的超额洪量。三峡水库运用若干年后，遇１９５４年洪水城陵矶附近区分蓄洪量向武汉附近区转移，主要是由于螺山同水位条件下流量增大引起的，单纯依靠减少三峡水库对荆江补偿泄量不能解决武汉附近区超额洪量增大的问题。因此，三峡工程建成运用后，在荆江河段泄流能力发生较大变化的情况下仅仅考虑对荆江补偿调度，不利于充分发挥三峡水库的防洪作用。３．１．２三峡对城陵矶补偿调度在三峡工程初步设计阶段设想的对城陵矶补偿调度方式是：为了既保证荆江防洪安全又对城陵矶附近区分洪量的减少有较好的作用，将三峡工程的防洪库容２２１．５亿稃划分为三部分：第一部分库容用作既对城陵矶防洪补偿也对荆江防洪补偿：第二部分库容仅用作对荆江防洪补偿；第三部分库容留作对荆江特大洪水进行调节。在未考虑坝下游河道冲淤对河段泄流能力影响的情况下，设想三部分的库容分别为１００亿矗、８５．５亿ｍ’、３６亿矗。三峡水库蓄水运用２０年后，相应于沙市４４．５ｍ的枝城泄量会增加，三峡保障荆江河段防洪安全的补偿流量可适当增加；城陵矶河段在三峡水库蓄水运用２０年后，泄量也有所增加，但如果三峡对城陵矶补偿流量随之加大，会加重汉口及其以下河段的防洪压力，因而三峡对城陵矶补偿流量不能增加。由于三峡对荆江补偿流量可适当加大，对荆江补偿需要三峡预留的防洪库容则可相应减少，从而使三峡对城陵矶补偿防洪库容可相应增加。通过对１９３１年、１９３５年和１９５４年洪水的计算，本次研究初步拟定三峡水库蓄水后不同时期对城陵矾补偿调洪库容分配方案见下表。三峡水库对城陵矶补偿调洪库窖分配表时期对城陵矶补偿库容（亿ｍ３）１００１３５】５０对荆江补偿库容（亿ｍ３）８５．５为特大洪水预留库容（亿ｍ３）３６３６３６３６三峡工程建成初期三峡蓄水后２０年三峡蓄水后３０年三峡蓄水后５０年５０．５３５．５１７０１５．５采用此库容分配方案，对１９３１年、１９３５年和１９５４年洪水，均可做到荆江地区不需要分洪；对１９３１年和１９３５年洪水，长江中下游分蓄洪总量将进一步减少；而对１９５４年洪水长江中下游分蓄洪量变化不大，这主要是因为初设调度方式和本次调整的调度方式防御１９５４年洪水三峡水库均蓄满了１８５．５亿ｍ３的库容。３．２三峡工程建成后上游建库作用研究三峡工程完建后，长江中下游防洪状况虽有很大改善，但防洪问题特别是城陵矶以下河段的防洪问题仍然突出，必须按照规划采取综合措施进一步提高抗洪能力。其中的重要措施就是继续结合４８１

兴利逐步建设上中游干支流水库，拦蓄洪水，以逐步减少中下游地区的分洪量。根据长江干支流的开发条件，金沙江具有安排大规模防洪库容的潜力，在《长江流域综合利用规划简要报告》（１９９０年修订）中，推荐金沙江石鼓～宜宾河段分９级开发，总库容达８００亿ｍ３以上。梯级水库控制了长江上游５０％流域面积，在三峡水库完建后配合三峡水库对长江中下游防洪可以起到显著的作用。同时，根据西电东送的战略部署，溪洛渡、向家坝两枢纽为金沙江梯级开发的第一期工程。设想在三峡水库蓄水运用后２０年．金沙江梯级水库为长江中下游防洪预留６０亿ｍｊ的防洪库容，在三峡水库蓄水运用后３０年，金沙江梯级水库为长江中下游防洪预留１００亿ｍｊ的防洪库容。如遇１９５４年洪水，由于有了三峡水库，上游水库与三峡水库联合对中下游进行补偿调度，可以发挥更好的防洪作用：（１）上游水库与三峡水库联合对中下游进行补偿调度，对城陵矶超额洪量转移至武汉的问题有一定缓解。（２）若金沙江梯级水库在三峡水库蓄水运用２０和３０年后为长江中下游防洪预留６０亿ｍ３和１００亿ｎ１３的防洪库容，与三峡水库联合对城陵矶补偿调度，汉口调度运行水位按防洪控制水位２９７３ｍ进行控制，武汉附近区分蓄洪量可不超过规划的分蓄洪量，城陵矶附近区分蓄洪量可逐步减少到２００亿ｍ’以下。４结论与建议三峡工程建成后，长江中下游各地区防洪能力将有较大提高，特别是荆江地区防洪形势将发生根本性变化。同时，由于水库蓄水拦沙，“清水下泄”将引起长江中下游河道发生冲淤调整，河湖蓄泄关系相应发生改变，也会对防洪形势有一定的影响。初步分析表明，通过进一步优化三峡水库的防洪调度和上游建库对中下游发挥防洪作用等措施，可以减弱由于河湖蓄泄关系变化引起的可能对某些局部地区不利的影响。本次研究提出的三峡工程建成后长江中下游河道泄流能力的变化是一维恒定水流数学模型的计算结果，计算在水沙系列的选取、模型的概化和率定等方面都存在进一步优化、完善的余地，加之一些河床条件的不确定性．因此计算结果只是阶段性的。而在此基础上提出的三峡工程建成后对长江中下游防洪形势的影响和对策措施，尚未全面考虑三峡水库动库容调洪、三峡水库泥沙淤积、上游建库拦水拦沙、中下游三口分流分沙的变化、各河段槽蓄能力的变化等影响，因而只是一个初步的研究成果。三峡工程建成后长江中下游防洪形势和对策研究需要研究的问题多且复杂．许多问题不可能一时解决或研究透彻，需要分阶段进行，有些问题还要结合原型观测成果开展研究，因此该项研究工作是一项长期的工作。～—…，一—＿－、，……—，一天不任汩（ｇｎ）鸿，鸱（Ｃｈｉ）龟曳（ｙ§）衔，鲧何听焉？永遏在羽山，夫何三年不施？纂就前续，遂成考功。洪泉极深，何以填之？应龙何画，河海何历？【译文】鲧治洪水不能胜任，众人为何把他推举？鸱龟拖拉衔走土石，鲧为什么听任他们？鲧长期被囚禁羽山，为何多年仍不释放？大禹继续进行治水，父业终于大功告成。洪水泉源深得无底．禹用何物把它填平？应龙如何划地疏水？江河人海流经何处？…～—●—、…一～问（节选）俭日何忧，顺欲成功，佰禹腹鲧，何续初继业地方九则，鲧何所营？何不课而行之？帝何刑焉？夫何以变化？而厥谋不同？何以坟之？禹何所成为何不能考察试用帝尧为何对鲧施刑这是如何变化育成禹的方法会有不同依据什么标准划分禹成就了哪些事情屈原｜师何以尚之？～～—…—～—～一山海经第十八大家都说何必担忧，治理洪水将要成功，鲧的腹中生出禹来，为何鲧禹前后治水，他把土地分成九等，鲧经营了哪些事情？海内经洪水滔天。鲧窃帝之息壤以湮洪水，不待帝命。帝令祝融杀鲧于羽郊。鲧复生禹。帝乃命禹卒布土以定九州。