金中武,郭 炜，范北林
长江科学院河流所，湖北 武汉 430010
摘要：本文通过分析三峡水库运用前后的入库水沙特点和变动回水区泥沙冲淤变化规律后认为：建库前该河段年际间河床冲淤基本平衡，三峡水库运用5年来，入库沙量比建库前有较大的减少；该河段总体淤积，主要淤积在边滩，深槽淤积较少甚至有冲刷，土脑子河段发生河型转化；由于长江上游水库拦沙的作用，变动回水区河段的泥沙淤积速率会比原来预计的要小。
关键词：三峡库区；变动回水区；冲淤规律
引言
三峡工程在兴建过程中和建成以后，在135m（139m）、156m、175m蓄水期，会形成三个时期不同的变动回水区，整个变动回水变动范围在重庆江津羊角滩至丰都之间。由于水库状态和天然河道状态交替出现，变动回水区泥沙冲淤特点有较大的变化，其可能出现的泥沙冲淤规律变化、河型转化、通航等问题，在三峡工程论证和设计建设阶段已有一些研究成果[1]-[5]。目前三峡水库已经运行5年，已经历135m（139m）、156m蓄水位方案，丰都至李渡河段位于135m和156m蓄水位变动回水区，在175m蓄水期将处于常年回水区。因此，选取丰都至李渡河段，分析和研究三峡水库运用前后的该河段泥沙冲淤规律，对于研究三峡变动回水区河道冲淤规律和该河段河床演变特点都具有检验和参考价值。
1 河道概况
丰都至李渡河段上起涪陵的李渡镇，下至丰都的兴义镇，河道长约80.9km，河床平均宽度850.00米。支流乌江在涪陵城区汇入长江，见图1。河道自上而下由李渡至黄旗、黄旗至郭家嘴三个连续弯道段、清溪场顺直段和丝瓜碛弯道段组成。河道上游3个弯道段宽窄相间，中水河宽约500～900m，位于该段下游的涪陵市区河道岸线参差不齐，并常有石盘和岩石突咀伸入江中，加之该河段河床底部起伏不平，急流险滩与缓流深沱交替存在，以及两江汇流相互顶托作用，使该河段水流结构十分复杂。清溪场峡谷段全长约5公里，水面宽为300～500米，断面成V形，两岸山谷陡峭，水流湍急。平绥坝分汊段系由常年不过水的碛坝将河道分为左右两汊，左汊为主汊，右汊枯季断流，洪水时河宽最大达2300m。丝瓜碛弯道由上、中、下丝瓜碛三段组成，上、中、下丝瓜碛是位于弯道凹岸的岩石碛坝，全长约6.5公里，宽约150～500米。再往下就是丰都顺直微弯段，河道两边为低山丘陵，地势较平缓，河段平面呈微弯顺直型，河道较宽，平均宽约1.2km左右，河床纵剖面起伏较大。河道上段较窄深下段较宽浅，最窄处宽约530m，往下江面逐渐展宽，最宽处约有1750m左右；该河段中有蚕背梁、麻坝、凤尾坝等石梁纵卧于江中。
丰都至李渡河段地处四川盆地东南边缘过渡地带，属低山深丘河谷地貌。横跨长江南北，纵贯乌江东西，地势大致为东南高而西北低，西北～东南断面呈向中部长江河谷倾斜的对称马鞍状。区内地貌类型多样，以丘陵、台地为主，其次为低山、中山、平坝。地貌整体格局形成条岭状背斜低山与宽缓的向斜故地相间的有序排列。
图1 丰都至李渡河段河势图
2 三峡水库运用前河床演变
天然情况下该河段的泥沙冲淤与来水来沙、河床形态及局部地形的关系密切。此外还受长江与乌江入汇相互顶托及汛期窄段壅水的影响。就全河段而言，无论是悬移质还是卵石推移质均在汛期产生淤积，汛后水位降落过程中发生冲刷，年内基本冲淤平衡。对比多年水道地形图可知，年际间河床变化甚微，本河段河道年际间冲淤变化不大[1]。从1967年至1996年的29年中，约16km长的涪陵河段冲刷了163.8万m3，29年间河床平均下切0.17m，平均每年不到0.01m。由于经过1998年、1999年两个大水年，1999年与1967年相比，河道淤积了77.7万m3，河床平均抬高0.08m。1967~2003年的36年间河床平均下切0.25m，平均每年下切不到0.01m。另根据南科院研究成果[6]，自1980年3月至1985年3月的五年里，自黄草峡出口到清溪场约45.5km长的涪陵河段仅仅冲刷了71万m3，平均每公里不到2万m3，五年间河床平均下切深度不到0.05m，平均每年0.01m。总的来说，整体河势稳定，深泓基本稳定，平面形态变化很小，多年来岸线基本较稳定。
表1 涪陵河段河床冲淤计算表
注：“-”表示冲刷，“+”表示淤积
另根据统计1996年12月至2003年3月，大坝至清溪场段总淤积量为0.17亿m3，单位河长淤积量为3.4万m3/km，其中洲滩冲刷0.10亿m3，主槽淤积0.27亿m3，表现为“滩冲槽淤”，但量均不大，说明蓄水前三峡库区年际间冲淤是基本平衡的。
3 三峡水库运用以来河床冲淤分析
3.1 三峡水库运用以来入库水沙特征变化
分别以寸滩及武隆站作为长江干流和支流乌江的来水来沙入库控制站，统计分析三峡水库运用前后入库水沙变化，见表2。
2006年，长江上游来流量偏小，寸滩站径流量为2479亿m3，比蓄水前多年均值约少28％；悬移质输沙量为1.09亿t，比蓄水前多年均值少75％。乌江来水量也急剧减少，武隆站径流量仅为266亿m3，比蓄水前多年均值少47％；悬移质输沙量仅为0.034亿t，较蓄水前多年均值少88％。
2007年，长江来水量相对2006年较丰，寸滩站径流量为3124亿m3，比蓄水前多年均值少9％；悬移质输沙量为2.1亿t，比蓄水前多年均值少51％。武隆站径流量为525亿m3，与多年平均均值较为接近，相对蓄水前多年均值偏丰5％左右；悬移质输沙量为0.104亿t，比蓄水前多年均值少62％。
三峡水库运用5年来，寸滩站和武隆站的入库沙量比建库前有较大的减少，寸滩站2003～2007年的平均径流量为3232亿m3，平均输沙量为1.98亿t，2003～2007年平均径流量和输沙量分别比多年平均偏少6%和53.9%；武窿站2003～2007年的平均径流量为427亿m3，平均输沙量为0.144亿t；2003～2007年平均径流量和输沙量分别比多年平均偏少14.8%和47.2%。
3.2 三峡水库运用以来河床冲淤变化
3.2.1 河道深泓变化
根据2003年3月固定断面资料统计，蓄水前变动回水区丰都～李渡河段深泓最低点高程为42.8m，位于磨盘石附近（S248），距坝里程为444.6km；深泓最高点高程为129.6m，位于永安场附近（S258），距坝里程为468.0km，深泓起伏较大，最高点与最低点高差为86.8m。沿程深泓纵剖面形态呈锯齿状。
蓄水后河道纵剖面总体呈淤积态势，除少数断面有较大淤积外，绝大多数断面深泓高程变化不大，河床起伏仍为锯齿状，纵剖面形态特征未发生根本性改变。
图2 丰都～李渡河段纵剖面图
3.2.2 河段冲淤量的变化
2003～2006年水库按135～139m方案运行，2006年汛后水库开始按156m方案运行，不同蓄水位阶段其泥沙淤积规律也不一样，分别见表3、表4。由表可知，丰都至李渡河段泥沙冲淤变化规律大体上是上段冲下段淤、宽浅段淤窄深段冲。全河段总体表现为淤积，2003～2007年共淤积740万m3，平均单位河长淤积量为9.1万m3/km；淤积主要在滩地，滩地表现为累积性淤积，丰都至涪陵80.89km长的河道里2003～2006年滩地淤积909.6万m3，2003～2006年滩地淤积1226.6万m3；主槽淤积较少，2003～2006年主槽淤积509.6万m3，但是经过2006年小水少沙年，2003～2007年主槽全河段共冲刷486.6万m3。
从河道分段情况来看，泥沙冲淤表现为下段淤积、上段淤积较少甚至冲刷，丰都河段（S236～S245）内共19.21km长河段表现为累积性淤积，2007年累积平均单位河长淤积量为54.4万m3/km；土脑子河段（S252～S255）是川江三大淤沙河段之一，蓄水前每年的淤沙数量仅次于臭盐碛、兰竹坝，而居于第三位。三峡水库13５～139m运用期，土脑子河段处于水库变动回水区，水位约壅高1.0～5.5m，流速较蓄水前约减小7～80％，河床总体呈累积性淤积；三峡水库144～156m运用期的2007年，本河段处于水库常年回水区上段，水位约壅高3.5～12m，流速较蓄水前约减小17～95％，泥沙淤积进一步发展，2007年累积平均单位河长淤积量达到138.6万m3/km；而S266～S273长37.31km的河段总体为冲刷，2007年单位河长冲刷量为21.7万m3/km。
3.2.3 断面冲淤规律
该河段典型断面冲淤变化见图3。总体来看，该河段呈现出宽浅段淤积、窄深段冲刷的特点，如S241宽浅断面，其深槽和边滩都有淤积；S246窄深断面，其深槽和边滩都有所冲刷。一般来讲，下游河道断面淤积、上游河道断面冲刷，如S273断面深槽发生明显的冲刷。
值得注意的是，土脑子河段沿程右侧深槽普遍有年际累计淤积现象，并发生了河型转化。虽然蓄水前后土脑子河段受边界条件的限制，河段岸线基本稳定，河型仍然为弯曲河段，但蓄水后其右侧深槽普遍有年际累计淤积，局部深潭已经被淤平，而左岸浅滩、碛坝河床淤积变形则很小，断面形态发生明显变化。河段宽深比明显增大。凸岸深槽、凹岸碛坝即左浅右深的分汊偏 “V”形断面发生了变化，现阶段已经变成 “U”形断面，随着三峡蓄水位的进一步抬升，凹岸的河床高程不会发生大的变化，而凸岸的淤积将进一步发展，深槽将回归到凹岸。即河型从凸岸深槽的弯曲型逐渐向凹岸深槽的弯曲型过渡。
4 河床演变趋势分析
施工三期正常蓄水位156m运行时期，该河段处于水库变动回水区。正常蓄水位175 m运行时期，河段已处于水库常年回水区，汛期壅水3～10.5m，枯水期壅高39m左右。由于长江上游及乌江卵石来量不大，三峡建库后估计长江干流卵石推移质主要淤积在重庆市区大渡口以上河段，对本河段起主要造床作用的将是悬移质泥沙中的中细沙。
丰都至李渡河段在156m方案运行时，汛期仍基本保持天然的冲淤规律，悬移质淤积部位也基本一致，但汛后“走沙”期推迟到次年的4～5月，河段汛期悬移质淤积量较天然略有增加，汛后由于水位抬高，使河段改变了原有的“汛淤枯冲”规律，河段断面流速减缓，年际间泥沙淤积出现累积性增长的趋势。三峡水库坝前水位按175 m方案运用后，该河段已处于水库常年回水区，水位较天然情况有较大抬高。随着本河段及下游河段泥沙淤积的发展，水位抬高值还会进一步增大。175 m方案运用初期，悬移质泥沙大量淤积，随着泥沙淤积和水库运用年限的增加，主要淤积区淤高淤厚，泥沙淤积速率缓慢减小。随着水库运用年限的增加，涪陵河段的水位继续缓慢抬高，河段内泥沙仍累积性淤积，在以往主要淤积区继续淤高淤厚，但淤积速率已比以前减小。当水库运行至第50年时，河道淤积形态与30年末相似。总的趋势是库区河道向单一、归顺和微弯方向发展。根据涪陵河段泥沙模型试验研究成果[7] [8]，采用1961～1970年水沙系列，2009年平均单位河长淤积量为54.4万m3/km；水库运用30年、50年平均单位河长淤积量分别为479.7m3/km、670.9m3/km。淤积后河床演变出现三个显著特点：①从平面来看，河道进一步向顺直微弯、单一方向发展；②从横断面形态来看，原有的复式断面演变成单一断面，滩槽普遍淤积，大部分泥沙淤积在两岸边滩，弯道凸岸淤积较多；③从河道纵剖面来看，原来起伏较大的深槽在淤积后高差变得相对较小。
在1961～1970年系列中，寸滩站10年的平均径流量为3690亿m3，平均输沙量为4.83亿t，2003～2007年平均径流量和输沙量分别偏少12.4%和59%；武窿站10年的平均径流量为503.8亿m3，平均输沙量为0.281亿t；2003～2007年平均径流量和输沙量分别偏少15.2%和48.8%。随着长江上游一批大中型水库的陆续开工建设和投入使用，三峡水库上游的水库群拦沙作用呈递增趋势，1956～1990年三峡水库年均拦沙5890万t，1991～2005年均拦沙达到12510万t，占三峡入库总减沙量的51%[9]。近年来又一批大型水库如溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩、亭子口等的相继开工建设，拦沙作用会越来越大。因此，今后相当长一段时期内入库沙量会越来越小，该河段的泥沙淤积速率会比原来预计的要小，但该河段总体泥沙冲淤变化规律不变。
5 结论
（1）该河段岸线参差不齐，宽窄相间，三峡水库运用前年际间河道冲淤变化不大，长期以来河床呈缓慢冲刷下切状态。
（2）三峡水库运用5年来，寸滩站和武隆站的入库沙量比建库前有较大的减少，寸滩站2003～2007年平均径流量和输沙量分别比多年平均偏少6%和53.9%；武窿站2003～2007年平均径流量和输沙量分别比多年平均偏少14.8%和47.2%。
（3）丰都至李渡河段泥沙冲淤变化规律大体上是上段冲下段淤、宽浅段淤窄深段冲。全河段总体表现为淤积，滩地出现累积性淤积，主槽淤积较少甚至冲刷。土脑子浅滩河段沿程右侧深槽普遍有年际累计淤积现象，并发生了河型转化。
（4）随着泥沙淤积的发展，河道将向单一、归顺和微弯方向发展。由于近年来入库水沙明显减少及上游水库拦沙作用，今后相当长一段时期内入库沙量会越来越小，该河段的泥沙淤积速率会比原来预计的要小，但该河段总体泥沙冲淤变化规律不变。
参考文献
[1] 长江流域规划办公室长江科学院.三峡水利枢纽工程泥沙问题研究成果汇编[G].武汉：长江科学院，1986.
[2] 谢葆玲.长江三峡水库对变动回水区河段的再造床问题[J].水利学报，1994（4）：50-54.
[3] 舒安平，黄金堂，丁君松.水库变动回水区分汊河型转化问题的试验研究[J].泥沙研究，1992（4）：54-62.
[4] 林木松. 水库变动回水区分汊型河道河型转化研究[J].长江科学院院报，1994，11（2）：18-26.
[5] 潘庆，陈子湘，郭继民. 三峡水库变动 回水区河道演变研究[J].长江科学院院报，1992，（29）：27-34.
[6] 陆长石.三峡蓄水初期涪陵河段泥沙模型试验研究报告[R].南京：南京水利科学研究院，1996.
[7] 金中武，马秀琴.重庆市涪陵城区移民迁建防护工程及长、乌江汇合口防洪整治工程河势分析和物理模型试验研究报告[R].江科学院，2000年.
[8] 金中武. 重庆涪陵港区羊驼背和群沱子作业区防洪评价报告[R].长江科学院，2006年.
[9] 许全喜.长江上游河流输沙规律变化及其影响因素研究[D].武汉大学博士论文.2007.4
