三峽水庫(kù)蓄水后守護(hù)型工程對(duì)改善長(zhǎng)江中游航道條件的作用

以統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ),通過對(duì)歷史實(shí)測(cè)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(zhǎng)江沙市河段的航道維護(hù)管理工作提供技術(shù)支持。

分析了位于仙女山斷裂帶的湖北省秭歸縣周坪站傾斜儀2002～2009年的觀測(cè)數(shù)據(jù),并與三峽庫(kù)區(qū)水位資料進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),蓄水前后傾斜儀觀測(cè)曲線的走向發(fā)生了趨勢(shì)性變化,表明三峽蓄水對(duì)附近的斷層活動(dòng)有影響,蓄水期間的短期荷載變化引起的響應(yīng)更為顯著,但蓄水效應(yīng)沒有從根本上改變斷層的活動(dòng)性質(zhì);還發(fā)現(xiàn)3次大的蓄水期間,水位上升量與觀測(cè)曲線的上升量成相同比例的對(duì)應(yīng)關(guān)系,進(jìn)一步說明,周圍斷層對(duì)三峽蓄水引起的荷載變化響應(yīng)明顯,不同的荷載變化引起斷層活動(dòng)變化的程度不同.

本文論述了長(zhǎng)江三峽工程建成后庫(kù)區(qū)旅游景觀的淹沒和“高峽出平湖”的新景觀。據(jù)預(yù)測(cè)，水庫(kù)蓄水后，受淹沒影響的景點(diǎn)３９處，峽區(qū)峽谷氣勢(shì)有所減弱，但雄姿猶存；水庫(kù)正常高水位達(dá)１７５ｍ時(shí)，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(jià)值的峽谷３７條、溶洞１５個(gè)，許多世界級(jí)的自然奇觀可望得到開發(fā)。屆時(shí)，三峽工程庫(kù)區(qū)將成為觀光游樂、度假休閑、科考探險(xiǎn)及從事水上運(yùn)動(dòng)的多功能旅游區(qū)。

三峽工程在2008年基本建成后,將為長(zhǎng)江中游帶來重大的防洪效益;但是,水庫(kù)大量攔沙將使荊江河段泥沙出現(xiàn)嚴(yán)重不平衡泥沙沖刷將會(huì)對(duì)長(zhǎng)江中游帶來深刻的影響和一系列問題。此外,三峽水庫(kù)的有效防洪能力相對(duì)較小,盡管近年來城陵磯附近的防洪形勢(shì)嚴(yán)峻,但是,單靠三峽工程并不能解決城陵磯附近防洪的問題。從最危險(xiǎn)的角度,提出了如果荊江發(fā)生嚴(yán)重沖刷和三峽承擔(dān)城陵磯調(diào)度任務(wù)等將產(chǎn)生的問題,以便供有關(guān)的研究和規(guī)劃參考。

前段時(shí)間,網(wǎng)絡(luò)流傳一條\"三峽防洪能力逐年下降\"的帖子,引發(fā)了公眾對(duì)三峽防洪能力的質(zhì)疑。2010年7月20日,7萬立方米/秒的洪峰抵達(dá)三峽大壩,這是長(zhǎng)江有水文記錄以來的第三大洪峰。三峽工程的防洪能力到底如何?請(qǐng)隨記者走走長(zhǎng)江中游,看看三峽防洪。

為探討三峽水庫(kù)蓄水以來長(zhǎng)江枝城至沙市河段的水質(zhì)變化情況,利用這一河段3個(gè)斷面水質(zhì)實(shí)測(cè)資料,通過模糊評(píng)價(jià)方法與權(quán)重值分析,對(duì)1998～2011年水質(zhì)狀況進(jìn)行了分析評(píng)價(jià).結(jié)果表明,枝城至沙市河段水質(zhì)尚好,鉛為對(duì)沙市河段水質(zhì)影響最大的污染因子.對(duì)比了三峽水庫(kù)蓄水前后的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果,表明水質(zhì)狀況未受明顯影響,分析成果可為相關(guān)機(jī)構(gòu)管理該河段的水資源提供參考.

三峽工程是長(zhǎng)江流域治理開發(fā)的關(guān)鍵性工程。本文在分析三峽工程蓄水運(yùn)用以來壩下游水沙特性變化的基礎(chǔ)上,采用長(zhǎng)江中游宜昌至湖口多年的實(shí)測(cè)地形資料,對(duì)建庫(kù)前后該河段的泥沙沖淤變化及河勢(shì)演變特點(diǎn)進(jìn)行了深入的探討。研究表明:三峽工程蓄水運(yùn)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(zhǎng)江與洞庭湖的關(guān)系進(jìn)一步調(diào)整;壩下游河勢(shì)總體穩(wěn)定,但河床沖刷強(qiáng)度加劇,并由蓄水前的\"沖槽淤灘\"轉(zhuǎn)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(dòng)、凹岸崩塌,分汊段主泓擺動(dòng)不定,灘槽沖淤交替仍較為頻繁。

簡(jiǎn)要介紹了長(zhǎng)江中游重點(diǎn)淺灘河段的演變現(xiàn)狀及航道中存在的礙航現(xiàn)象.結(jié)合三峽工程135m蓄水運(yùn)用后水沙條件的變化,預(yù)測(cè)了長(zhǎng)江中游航道演變趨勢(shì)及可能出現(xiàn)的礙航現(xiàn)象,并探討了應(yīng)對(duì)措施

隨著三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)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(duì)長(zhǎng)江中游主要控制站三峽工程蓄水運(yùn)用前后水文數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果表明:三峽工程蓄水運(yùn)用后,清水下泄沖刷下游河道深槽部分,長(zhǎng)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(duì)低水影響明顯。三峽工程蓄水運(yùn)用后,三口河道分流比繼續(xù)減少,斷流時(shí)枝城水位有升高趨勢(shì),分流河道逐漸萎縮,荊江過流量增大。

由于長(zhǎng)江中下游遭受50年未遇的干旱,三峽工程開始發(fā)揮生態(tài)調(diào)度功能,2007年12月4日起加大三峽水庫(kù)下泄流量為下游補(bǔ)水,以緩解當(dāng)前長(zhǎng)江中游通航緊張。2007年12月5日8時(shí),三峽大壩下泄流量加大為5450m3/s,比4日增加250m3/s;6日8時(shí),增為5500m3/s;7日8時(shí),將維持5500m3/s水平。記者注意到,下泄流量增大,已使長(zhǎng)江中游宜昌至沙市水位有所回升。長(zhǎng)江已進(jìn)入一年一度的枯水期,中游水位持續(xù)大幅退落,沙市、漢口、九江11月份水位分別比近5年同期平均值低0.42、1.60和2.03m。因長(zhǎng)江上游降雨量減少,三峽入庫(kù)流量連續(xù)下降,2007年12月4日僅為5200m3/s,比2006年同期的入庫(kù)流量減少1400m3/s,同日長(zhǎng)江宜昌段水位為海拔39.11m,同比下降0.36m,創(chuàng)下2007年入冬以來宜昌段最低水位。長(zhǎng)江航務(wù)管理局副局長(zhǎng)阮瑞文說,針對(duì)當(dāng)前長(zhǎng)江中游通航的嚴(yán)峻形勢(shì),長(zhǎng)江航務(wù)管理局與中國(guó)三峽總公司協(xié)商,加大三峽出庫(kù)下泄流量,并已派出多艘挖泥船對(duì)中游重點(diǎn)淺險(xiǎn)水道實(shí)施疏浚。目前,除太平口、窯監(jiān)水道因間隙施工分時(shí)禁航外,其他航段保持暢通。三峽工程實(shí)施補(bǔ)水調(diào)度緩解長(zhǎng)江中...

2.4　樞紐除險(xiǎn)加固前洪水調(diào)度方案設(shè)計(jì) 在上述工作的基礎(chǔ)上,分別對(duì)將汛限水位降為 52.8m和52.7m2個(gè)方案進(jìn)行了重點(diǎn)研究,并就下面 3種變化對(duì)52.8m和52.7m起調(diào)方案做了計(jì)算分析, 結(jié)果見表3。 表3　100年一遇設(shè)計(jì)洪水各起調(diào)方案最高調(diào)洪水位表 起調(diào)水位/m 最高調(diào)洪水位 方案一方案二方案三 52.8056.4056.3256.37 52.7056.3756.2956.34 　　(1)變化一:即利用洪水預(yù)報(bào),較調(diào)度規(guī)程規(guī)定提 前1個(gè)時(shí)段(3h)起用2100m3/s(簡(jiǎn)稱方案一)。 (2)變化二:即利用洪水預(yù)報(bào),較調(diào)度規(guī)程規(guī)定提 前二個(gè)時(shí)段(6h)起用2100m3/s(簡(jiǎn)稱方案二)。 (3)變化三:即利用洪水預(yù)報(bào),分別較調(diào)度規(guī)程規(guī) 定提前1個(gè)

以長(zhǎng)江三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)行的2003年為分界點(diǎn),將烏江流域1956~2014合計(jì)59年降水、徑流資料分為兩部分,定量分析了三峽水庫(kù)2003年蓄水前后烏江流域降水徑流的趨勢(shì)變化.根據(jù)烏江流域在三峽水庫(kù)2003年蓄水后的降水資料插補(bǔ)出其徑流資料,并與實(shí)測(cè)徑流資料相比較,定量分析在氣候等條件不變情況下,因下墊面條件改變對(duì)徑流有何種程度的影響,為長(zhǎng)江上游控制性水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度,徑流預(yù)報(bào)模型的選用,水資源合理配置提供技術(shù)支撐.

為了解三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)大壩上下游水質(zhì)的影響,同時(shí)為三峽江段水質(zhì)保護(hù)提供參考,根據(jù)長(zhǎng)江三峽水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心在三峽庫(kù)區(qū)官渡口和壩下南津關(guān)兩個(gè)重要斷面1998～2012年間的水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料,比對(duì)分析了水庫(kù)蓄水前后部分水質(zhì)指標(biāo)的年際和年內(nèi)變化特征,并探討其成因.結(jié)果表明,2003年三峽水庫(kù)135m蓄水成功后,水體中ss和重金屬等指標(biāo)濃度下降,tp等營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)濃度呈不同程度減小do等氧平衡指標(biāo)濃度總體下降.由此可得:三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)庫(kù)區(qū)及壩下游水體水質(zhì)有積極影響;水庫(kù)運(yùn)行后,水流變緩,泥沙沉降,使得水體含沙量明顯減少,污染物濃度也相應(yīng)降低,泥沙吸附沉降作用對(duì)減少大多數(shù)水體污染物的作用不可小覷;但庫(kù)區(qū)中吸附了大量水體污染物的泥沙,如果再懸浮,會(huì)對(duì)長(zhǎng)江干流水質(zhì)產(chǎn)生不利影響,應(yīng)密切關(guān)注庫(kù)區(qū)水體泥沙含量的變化規(guī)律.

本文從闡述三峽工程對(duì)長(zhǎng)江中游防洪的作用以及長(zhǎng)江中游防洪工程自身存在的問題等方面入手,分析了三峽工程建成后長(zhǎng)江中游的防洪形勢(shì),進(jìn)而提出近期在長(zhǎng)江中游工程防洪和非工程防洪建設(shè)上都要有適當(dāng)?shù)耐度搿?/p>

為了分析三峽工程運(yùn)行后泄洪對(duì)長(zhǎng)江中游溶解氣體過飽和的影響,建立了長(zhǎng)江中游溶解氧數(shù)學(xué)模型,對(duì)不同流量下長(zhǎng)江中游的溶解氧過飽和演變進(jìn)行了模擬預(yù)測(cè)。模擬結(jié)果表明,三峽和葛洲壩過壩水流的溶解氧飽和度在流量40000～50000m3/s和100000m3/s附近存在2個(gè)峰值,長(zhǎng)江中游河道天然情況下溶解氧過飽和恢復(fù)速度較為緩慢,平均每100km降低5%,洞庭湖水的匯入能顯著降低長(zhǎng)江干流的溶解氧過飽和度。當(dāng)三峽出庫(kù)流量超過40000m3/s時(shí),其影響范圍可達(dá)400km以上。討論了溶解氣體過飽和的不同指標(biāo)間的關(guān)系,對(duì)氣體過飽和可能造成的影響以及對(duì)長(zhǎng)江中游魚類目前的影響進(jìn)行了闡述,認(rèn)為通過三峽水庫(kù)的調(diào)度減少出庫(kù)高流量次數(shù)和歷時(shí)是減緩下游溶解氣體過飽和的有效手段。

三峽大壩建成后庫(kù)區(qū)水位上升,常年水面面積也將大幅增加,庫(kù)區(qū)下墊面將發(fā)生變化,從而導(dǎo)致局地氣候特征的變化。為了解三峽大壩對(duì)庫(kù)區(qū)降水量的影響,基于三峽庫(kù)區(qū)37個(gè)雨量站點(diǎn)1958-01-01～2008-12-31逐日有效降水量資料,采用氣象診斷旋轉(zhuǎn)正交經(jīng)驗(yàn)函數(shù)(reof)方法計(jì)算并分析了三峽庫(kù)區(qū)和大壩南北部年均降水量、四季降水量的時(shí)空變化情況,并通過reof模態(tài)圖時(shí)間系數(shù)分析了建壩前后降水量的波動(dòng)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn),三峽水庫(kù)運(yùn)行后庫(kù)區(qū)降水量存在一定的波動(dòng),三峽大壩在運(yùn)行前45年與運(yùn)行后6年的時(shí)間內(nèi),年均、四季整個(gè)庫(kù)區(qū)與北部降水量差值波動(dòng)幅度并不明顯。

針對(duì)第i部分提出的三峽建成后長(zhǎng)江中游防洪形勢(shì)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(duì)長(zhǎng)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(jì)洪水位和南北分洪等工程和調(diào)度措施單獨(dú)使用,在三峽水庫(kù)提供和《長(zhǎng)江流域防洪規(guī)劃》確定的條件下都難以保證長(zhǎng)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(jì)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(jì)洪水位為調(diào)度余地的綜合方案。該方案在調(diào)度和運(yùn)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(kù)等影響下長(zhǎng)江中游的河流變化。

針對(duì)三峽水庫(kù)入庫(kù)水沙條件及實(shí)際運(yùn)行方式的變化,計(jì)算分析了三峽水庫(kù)蓄水方案變化對(duì)水庫(kù)泥沙運(yùn)動(dòng)及變動(dòng)回水區(qū)航運(yùn)條件造成的影響.采用一維水沙數(shù)學(xué)模型,計(jì)算了不同蓄水方案對(duì)水庫(kù)泥沙淤積情況的影響及各方案間的差別,進(jìn)而對(duì)方案調(diào)整后變動(dòng)回水區(qū)重點(diǎn)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(kù)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(kù)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而縮小,不會(huì)對(duì)變動(dòng)回水區(qū)淺灘河段通航條件產(chǎn)生不利影響.

三峽工程建設(shè)的目標(biāo)是保證荊江防洪安全。幾十年來長(zhǎng)江中游河道泄洪和湖泊調(diào)蓄能力發(fā)生較大變化,關(guān)鍵控制點(diǎn)城陵磯洪水位抬高,使得洞庭湖和城陵磯附近防洪形勢(shì)更加嚴(yán)峻,對(duì)三峽水庫(kù)控制下的下荊江也構(gòu)成較大威脅。本文依據(jù)三峽梯級(jí)和長(zhǎng)江上游水庫(kù)群數(shù)學(xué)模型、長(zhǎng)江中游河網(wǎng)水動(dòng)力學(xué)模型仿真模擬了當(dāng)前條件下的1998、1954年全流域洪水。結(jié)果表明,1954年全流域洪水長(zhǎng)江中游需要分洪量顯著增加,當(dāng)前建設(shè)和規(guī)劃建設(shè)的分蓄洪區(qū)規(guī)模偏小,城陵磯高洪水位壅高下荊江水位、監(jiān)利等地洪水位超出堤防設(shè)計(jì)水位,三峽水庫(kù)全面攔洪條件下的長(zhǎng)江中游防洪形勢(shì)仍十分嚴(yán)峻。下荊江在1954年洪水條件下存在較大危險(xiǎn),應(yīng)引起高度重視。

全面解決長(zhǎng)江中游防洪問題,穩(wěn)定長(zhǎng)江中游河勢(shì),需要更多的措施和途徑以及全面的研究。在前文提出三峽工程建成后長(zhǎng)江中游在河道沖淤、防洪和生態(tài)環(huán)境等方面可能出現(xiàn)一些問題的基礎(chǔ)上,提出了解決上述問題的一系列初步的對(duì)策和建議。結(jié)合三峽工程的防洪優(yōu)勢(shì),認(rèn)真研究、處理好長(zhǎng)江中游可能出現(xiàn)的問題,并結(jié)合工程和優(yōu)化調(diào)度,長(zhǎng)江中游防洪等問題可以得到更好的解決。

為了研究三峽水庫(kù)蓄水后長(zhǎng)江中游干流江灘釘螺密度消長(zhǎng)態(tài)勢(shì),在沿岸江灘先后設(shè)置了25個(gè)螺情監(jiān)測(cè)點(diǎn),包括11個(gè)長(zhǎng)江委水文站點(diǎn)和14個(gè)地方血防單位共同參與設(shè)置的站點(diǎn)。其中,15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)查到釘螺,且各監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)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(zhǎng)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。

羅湖洲水道是目前長(zhǎng)江中游實(shí)施了航道整治工程的幾個(gè)礙航淺水道之一,該水道航道整治工程是順利開展長(zhǎng)江中游航道系統(tǒng)整治的基礎(chǔ)。在介紹羅湖洲水道整治工程具體布置的基礎(chǔ)上,通過工程建成后幾個(gè)水文年實(shí)際的工程效果分析,總結(jié)了該工程在工程設(shè)計(jì)或施工中取得的經(jīng)驗(yàn)。