三峽水庫一期蓄水對長江泥沙的影響.pdf

1、2003年，三峽工程二期工程完成，并且在6月份一期蓄水，將三峽水庫壩前水位提升到135m(吳淞高程)。三峽工程引起的環(huán)境生態(tài)問題是國內(nèi)外十分關(guān)心的問題，而泥沙研究又是三峽工程的核心問題之一。泥沙問題不僅關(guān)系到三峽水庫的正常運行、水力發(fā)電和長江航運，還與長江三角洲的沖淤演化以及東海的沉積模式緊密相關(guān)。另一方面，長江入海泥沙又與河口近海以及大陸架顆粒態(tài)地球化學(xué)物質(zhì)組成密切相關(guān)，從而影響到河口海岸和大陸架生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境。因此，研究三峽水庫蓄水

2、對長江泥沙的影響有著重要的實際價值和理論意義。 本文依托國家973項目“中國典型河口—近海陸海相互作用及其環(huán)境效應(yīng)”，首先統(tǒng)計分析了中國9條主要河流(長江、黃河、珠江、淮河、松花江、錢塘江、海河、遼河、閩江)入海水沙通量近半個世紀(jì)以來的變化情況，并分析了引起河流入海泥沙通量減少的一些原因。在此基礎(chǔ)上，抓住三峽水庫一期蓄水的有利時機，對蓄水期間和初期的從長江上游到河口以及鄰近海域的泥沙進行了比較及時、比較完整的分析。 本文

3、的主要研究成果如下： 1．中國9條主要河流入海水沙通量變化(1953—2003) 按照近半個世紀(jì)以來河流入海年徑流量和年輸沙量的變化趨勢，中國主要入海河流有兩種類型。入海輸沙量呈減少趨勢的河流包括：自二十世紀(jì)60年代以來輸沙量開始減少的黃河、長江、遼河和淮河，以及分別自二十世紀(jì)80年代和90年代以來輸沙量開始減少的海河和閩江；入海輸沙量變化不大的河流包括：珠江、錢塘江和松花江。另一方面，入海徑流量呈減少趨勢的河流包括：自

4、二十世紀(jì)60年代以來入海徑流量開始減少的黃河、淮河和遼河，以及二十世紀(jì)80年代以來入海徑流量開始減少的海河；入海徑流量變化不大的河流包括：長江、珠江、松花江、錢塘江和閩江。 按照近半個世紀(jì)以來河流入海年徑流量和年輸沙量的相關(guān)性，中國主要入海河流可以分成三種類型：高水沙相關(guān)型河流(R<'2>=0.79～0.88)：海河、黃河、遼河和錢塘江:中水沙相關(guān)型河流(R<'2>=0.59～0.67):淮河、珠江、松花江和閩江;低水沙相關(guān)型河

5、流(R<'2>=0.17):長江。對于高水沙相關(guān)型河流,高(低)入海年徑流量一般伴隨著高(低)入海年輸沙量,反之亦然。中國9條主要入海河流在1953年至2003年期間,雖然入海年總徑流量變化不大(51年平均的入?？倧搅髁繛?4486×10<'8>m<'3>/a),但是,入海年總輸沙量呈明顯下降的趨勢。有趣的是,統(tǒng)計表明,中國主要河流入?？傒斏沉颗c中國的人口、GDP呈一定的負(fù)相關(guān)。河流引水引沙、河道采砂等人類活動,特別是大量河流大壩和水庫

6、的修建,是中國河流入海總輸沙量減少的主要原因。在1953年至2003年期間,中國9條主要河流入海年總輸沙量有明顯的三個階段:高輸沙量階段(1953～1968),年均輸沙量18.98×10<'8>t;中輸沙量階段(1969～1985),年均輸沙量13.85×10<'8>t;低輸沙量階段(1986～2003),年均輸沙量7.60×10<'8>t。中國22個典型水庫淤積泥沙約143.581×10<'8>m<'3>,如果按照干泥沙容重1.3t/

7、m<'3>計算,相當(dāng)于186.66×10<'8>t。 2.三峽水庫泥沙淤積 按照輸沙平衡法,三峽水庫一期蓄水期間及初期淤積泥沙估算如下:(1)2003年5月28日至6月10期間約499.74×10<'4>t(清溪場至黃陵廟陡),其中,約72[％]分布在清溪場至萬縣的庫區(qū);(2)6月1日至6月10日期間,約318.16×10<'4>t(清溪場至黃陵廟陡),其中,約74.6[％]分布在清溪場至萬縣之間的庫區(qū);(3)2003年

8、淤積1.247x10at(寸灘至宜昌),其中,6月淤積3218×104t,占全年的25.8[％],6月至9月淤積11329×104t,占全年的90.8[％],6月到12月淤積12272×10<'4>t,占全年的98.4[％];(4)如果考慮三峽大壩至宜昌的長江河道沖刷,2003年三峽水庫(寸灘至宜昌)淤積約1.359x10<'8>t泥沙。 3.三峽水庫一期蓄水對長江干流泥沙的影響 三峽水庫一期蓄水期間及初期,由于大量泥沙

9、在三峽水庫落淤,三峽大壩下瀉的非正常清水導(dǎo)致宜昌和沙市間的河道嚴(yán)重沖刷。粗略估計在2003年6月1日至6月10日期間,宜昌站和沙市站之間的長江河道沖刷量約為47.59×104t。 總起來看,與2002年和2001年以及多年(1953～2000)平均值相比,雖然三 峽水庫上游的寸灘站2003年逐月、年含沙量和輸沙量減少，但是2003年三峽大壩下游(宜昌、沙市、漢口和大通)含沙量和輸沙量的減少量比三峽大壩上游寸灘站的減少量大

10、得多，這無疑說明三峽大壩下游的長江泥沙明顯受到三峽水庫蓄水的影響。4．三峽水庫一期蓄水對長江進入河口泥沙的影響長江大通站2003年5月15日至7月15日期間涵蓋三峽水庫一期蓄水前后的逐日流量和含沙量變化，明顯地存在三個階段：(1)蓄水前階段(5月15日至5月24)，長江進入河口的泥沙仍然屬于自然狀態(tài)，含沙量和輸沙量隨著流量的增加而增加；(2)蓄水階段(5月25日至6月10日，包括5月25日至5月31日期間蓄水準(zhǔn)備階段、6月11日至6月1

11、0日期間正式蓄水階段)，長江進入河口的含沙量、輸沙量隨著流量的減少而減少，是受三峽水庫蓄水影響的階段；(3)蓄水后階段 (6月10日后)，在這個階段中，至6月底前，長江進入河口的流量、含沙量、輸沙量依舊保持在較小的值，從6月底至7月初開始，雖然含沙量和輸沙量隨著流量的增加逐漸增加，但是沒有增加到自然狀態(tài)，而是處于一個較低值，這是由于大量泥沙在三峽水庫中落淤，出入三峽水庫的泥沙不再相等，長江進入河口區(qū)的河水較以往清澈的緣故，因此這個階段也

12、不屬于長江進入河口泥沙的自然階段，而是受三峽蓄水影響的階段。 三峽水庫一期蓄水開始后，強烈影響到長江進入河口流量、含沙量的時間分別約為5天和1天；三峽水庫一期蓄水完成后，強烈影響到長江進入河口流量、含沙量的時間分別為約20天和18天。 總起來看，與2002年和2001年以及多年(1953～2000)平均值相比，雖然大通站2003年徑流量變化不大，但是2003年年均中值粒徑、含沙量、輸沙量都明顯減小。類似地，與2002年和

13、2001年對應(yīng)月份以及多年(1953～2000)對應(yīng)月份平均值相比，大通站2003年6月至12月含沙量、輸沙量也明顯偏小。 5．三峽水庫一期蓄水對長江入海泥沙的影響三峽水庫一期蓄水初期(2003年6月14日～24日)實測調(diào)查顯示，長江沖淡水呈雙峰狀向外擴展，一股朝東南，一股朝東北，主軸明顯地朝東北向擴展，這種擴展形態(tài)與當(dāng)時長江徑流量偏小有關(guān)。觀測期間，長江沖淡水產(chǎn)生的羽狀鋒十分明顯，大致位于10 m水深之上，位于河口東側(cè)的水下河

14、谷西側(cè)有上升流、東側(cè)有下降流現(xiàn)象。2003年6月中下旬長江沖淡水呈雙鋒狀向外擴展，而高懸沙量在近岸側(cè)也以雙鋒狀分布，兩者的位置基本一致，這說明高濃度的懸沙分布與長江沖淡水的擴展有關(guān)。 在分析三峽水庫一期蓄水初期長江口及其鄰近海域?qū)崪y懸沙量的基礎(chǔ)上，為了進一步研究三峽水庫一期蓄水對長江入海泥沙的影響，運用國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的ECOMSED模式，考慮潮汐和河流入海水沙的情況下，數(shù)值模擬了有沒有三峽水庫一期蓄水情況下，2003年6月長江入

15、海泥沙輸運情況。 比較三峽水庫一期蓄水和沒有三峽水庫一期蓄水的情況發(fā)現(xiàn)，2003年6月長江口及其鄰近海域的懸沙分布，既有相同的地方，也有不同的地方。相同的地方：懸沙量隨時空變化趨勢是一致的，簡單的說，就是無論大小潮，垂向上，懸沙量從表層往底層增加，在平面上，懸沙量在河口附近最大，其次過渡到杭州灣內(nèi)，然后過渡到其他近岸海域，在口門附近，存在一個邊緣懸沙濃度梯度最大的最大渾濁帶：在時間上，懸沙量的分布既有大小潮變化，又有潮周期內(nèi)的變

16、化，簡單地說，就是懸沙量在大潮時比小潮時大，潮周期內(nèi)，懸沙量在漲潮時高于落潮時。不同的地方：懸沙量發(fā)生了變化，無論大小潮，雖然最大渾濁帶以外的區(qū)域懸沙量變化不大，但是最大渾濁帶的空間范圍大大縮小，具體體現(xiàn)在：不但>100 mg/L等值線的空間分布范圍縮小，而且最大渾濁帶內(nèi)同一位置的懸沙量，從表層到底層一般減少了約50mg/L。 這些研究成果可以為三峽水庫、三峽大壩下游的長江干流、長江口及其鄰近海域的環(huán)境整治和基礎(chǔ)研究提供理論依據(jù)