[PPT]長江三峽工程圍堰蓄水期泥沙問題淺析_ppt

1、長江三峽工程圍堰蓄水期泥沙問題淺析目錄一、 簡述二、論證階段主要研究的泥沙問題三、從圍堰蓄水三年來的泥沙原型觀測 資料看三峽工程的泥沙問題四、結(jié)語簡 述 三峽工程于1993年開工，1997年大江截流。2003年6月三期圍堰開始擋水，工程進(jìn)入圍堰蓄水期。同年6月船閘開始試通航，7月首臺機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。2006年6月三期上游圍堰拆除，三峽工程大壩全線擋水。簡 述 在2003-2006年間，三峽工程除抓緊第三期施工和進(jìn)行樞紐試運(yùn)行外，還開展了大量原型觀測工作，監(jiān)測建筑物的安全性和水庫的環(huán)境影響。其中，工作量最大的一項是泥沙原型觀測。 二. 論證階段主要研究的 泥沙問題 二. 論證階段主要研究的泥沙問題

2、2.1 如何長期保持三峽工程的有效庫容 根據(jù)xx水庫的經(jīng)驗和教訓(xùn)，三峽水庫采用了“蓄清排渾”的運(yùn)用方式，水庫在汛期維持低水位，使泥沙可以順利排出庫外；在非汛期水庫蓄水興利。 三峽水庫“蓄清排渾”示意圖 三峽水庫防洪庫容和調(diào)節(jié)庫容示意圖 二. 論證階段主要研究的泥沙問題 按照數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果，在水庫運(yùn)用100年后，在汛期限制水位145m和正常蓄水位175m之間的防洪庫容可以保持86%(靜態(tài)）；175m和枯水期限制水位之間的庫容可以保持92%（靜態(tài)） 。 因此，三峽工程的大部分有效庫容是可以長期保存的。2.2 三峽水庫泥沙淤積后可能產(chǎn)生的淹沒問題 采用數(shù)學(xué)模型計算了水庫淤積100年后，遭遇百年一

3、遇洪水時的庫區(qū)回水曲線，求得重慶朝天門地區(qū)的洪水位為199m。 但考慮到水庫蓄水和淤積后糙率的不確定性，三峽工程泥沙專家組提出增加1-3m的安全裕量，以決定重慶市區(qū)的防洪范圍。 對于農(nóng)業(yè)地區(qū)，土地按5年一遇回水線征用，居民則按20年一遇回水線遷移。2.3 變動回水區(qū)的航道，港區(qū)泥沙淤積問題 三峽水庫蓄水后，常年回水區(qū)的灘險均被淹沒，除青巖子，金川磧主航道由右槽倒向左槽，需要在新航槽中清除礁石外，其他灘險均可得到明顯改善。 變動回水區(qū)汛期產(chǎn)生淤積，汛后因水庫蓄水，減少沖刷在翌年消落期有短期航深不足現(xiàn)象，需要進(jìn)行航道疏浚和整治工作。 重慶主城區(qū)港口碼頭前沿，在豐沙年泥沙淤積增加，可能影響貨運(yùn)碼頭正

4、常作業(yè)，三峽工程泥沙專家組認(rèn)為：“可以通過優(yōu)化水庫調(diào)度，結(jié)合港口改造，整治和疏浚措施，加以解決。”2.4 壩區(qū)的泥沙淤積問題 三峽水利樞紐工程包括擋水大壩、泄洪閘、電廠、船閘、升船機(jī)等，因此設(shè)置了規(guī)模巨大的壩區(qū)實體模型，研究不同階段壩區(qū)泥沙淤積對河流形態(tài)和各項建筑物的影響，從而為樞紐總體布置提供了科學(xué)依據(jù)。永久船閘上引航道全包隔流堤全包隔流堤150mL=2.6KM2.5 三峽水庫運(yùn)用對下游河床演變的影響 三峽工程建成蓄水后，下游水流含沙量減少，將引起下游河道長時間、長距離的沖刷下切。 依靠數(shù)學(xué)模型，預(yù)報了三峽工程運(yùn)行后下游河道沖刷發(fā)展過程，同流量水位變化以及對防洪、航運(yùn)、供水的影響。 提出了需

5、要控制宜昌水位，整治蘆家河卵石淺灘以及對荊江和城陵磯以下河道河勢控制和堤防安全建設(shè)的課題。三、從圍堰蓄水三年來的泥沙 原型觀測資料看三峽工程的 泥沙問題 在工程論證與設(shè)計中，對泥沙問題開展過大量研究工作，做出了相關(guān)的預(yù)測，并對可能出現(xiàn)的問題提出了相應(yīng)的對策。由于問題的復(fù)雜性與當(dāng)前泥沙研究的水平，這些研究成果尚屬初步的、預(yù)估性的。工程運(yùn)行后，泥沙問題的實際狀況如何？研究的結(jié)論是否符合實際？是否定性準(zhǔn)確、定量合理，并留有安全余度？有無出現(xiàn)未曾預(yù)料的重大問題或存在新問題的苗頭？提出的對策是否有效？研究的手段和方法是否可靠或需要進(jìn)行哪方面的修正和改進(jìn)？所有這些問題只有通過工程的運(yùn)行實踐和原型觀測才能正

6、確回答。 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題 三峽工程于2003年6月開始蓄水發(fā)電，汛期按135m運(yùn)行，枯季按139m水位運(yùn)行，工程進(jìn)入圍堰發(fā)電期。2006年汛后實施二期蓄水，9月20日22時至10月27日8時，三峽水庫蓄水至155.36m水位，水庫防洪庫容達(dá)到110.0億m3。 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題 在三峽工程135-139m蓄水運(yùn)用階段，入庫流量30000m3/s時回水末端距大壩460km（蓄水位135m），入庫流量4850m3/s時回水末端距大壩510km（清溪場站上游約40km，蓄水位為139m）。156m蓄水后，入庫流量414

7、0 m3/s時回水末端距大壩約584km（魚嘴銅鑼峽段，位于寸灘站下游約13km）。（見表1）表 1 135-139m蓄水期回水末端變化表壩前水位（m）入庫流量（m3/s）回水末端距大壩（km）末端地理位溪坊水文站下越0km1394850510清溪坊站上越40km1564140584魚咀銅鑼峽段位于寸灘站下游越10km至2005年底，左岸電站已裝機(jī)14臺，裝機(jī)容量980萬千瓦。累計發(fā)電968.5億千瓦時，緩解了華中、華東、廣東等地區(qū)用電緊張的壓力。庫區(qū)航運(yùn)條件大為改善，運(yùn)輸成本不斷降低，航運(yùn)能力逐步提高，2005年過壩貨運(yùn)量已超過4390萬噸，比歷史最高水平增加一倍，

8、客運(yùn)量超過188萬人次。按照工程建設(shè)進(jìn)度，大壩于2006年汛前全線達(dá)到185米高程，2006年汛后蓄水位抬高到156米，相應(yīng)庫容為262億m3，三峽工程將進(jìn)一步發(fā)揮更大的防洪、發(fā)電、航運(yùn)綜合效益。 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題3.1 近期上游來水來沙變化趨勢及成因分析 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題三峽工程蓄水以來（2003.6 -2006.7 ）入庫泥沙年平均1.9億t，比多年平均來沙量相比減少55%。表2 入庫水沙（寸灘站）年份徑流量（億立方米）與平均值比（%）輸沙量（億噸）與平均值比（%）2003 3918-32.11-5320043

9、898-41.66-6320054297+62.54-43Qmax=59800m3/smax=3.17kg/m3三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題進(jìn)入三峽水庫的泥沙不斷減少，特別嘉陵江北碚站減少因素減少量（近十年平均）占減少總量（%）1徑流減少34003500萬t占3233%2水土保持綜合治理16001800萬t占1517%3水電工程3200萬t占30%4河道采砂及河道淤積20002300萬t占1922%表3 嘉陵江來沙量減少因素分析表除第一項是靠“老天爺”，人力尚無法調(diào)控，只能微調(diào)，如高炮增雨或驅(qū)云，但其增減量極其有限。第二至四項取決于人類活動，“天與人”之比，可能為四

10、六，雖然不能“人定勝天”，人類是有作為的。 由此可見，上游來沙減少的趨勢將繼續(xù)保持。特別是金沙江上有一系列大型水電樞紐將陸續(xù)建成投入，三峽入庫泥沙將進(jìn)一步減少。由于入庫泥沙量對三峽工程上下游的泥沙問題具有重大影響，準(zhǔn)確預(yù)報今后三峽水庫入庫的泥沙量是泥沙研究工作首先需要解決的問題。 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題 3.2 重慶主城區(qū)河道的泥沙淤積情況 重慶主城區(qū)河段的泥沙淤積問題是三峽工程可行性論證中的一個重要技術(shù)問題，為了保證重慶主城區(qū)港口和航道的安全運(yùn)行，三峽工程論證期間，確定了“分期蓄水”的建設(shè)方案。三年來，泥沙原型觀測表明，由于入庫泥沙量減少，重慶河段的泥沙淤積

11、的數(shù)量和分布發(fā)生了很大的變化，從年內(nèi)沖淤平衡轉(zhuǎn)變成累積性沖刷。三年來，共沖刷泥沙989萬m3 （見表4），使重慶河段內(nèi)泥沙淤積問題大為減輕，有利于進(jìn)行河道和港口的治理工作。 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題 表4 重慶主城區(qū)河段沖淤情況 (2003-2005) (單位:萬m3)時 段長江干流支流(22.1 km)全河段(57.6 km)匯口以上（21.1 km）匯口以下（14.4 km）02.12-03.1253.3-81.9-147.4-176.003.12-04.12-76.8-332.8-98.1-507.704.12-05.12-332.089.0-62.1-3

12、05.1三年總計-355.5-325.7-307.6-988.8三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題2004年三峽工程泥沙專家組建議采用1991-2000年的來水來沙系列研究重慶主城區(qū)的泥沙淤積問題，認(rèn)為論證時提出采用港口整治、疏浚和優(yōu)化調(diào)度等措施后，泥沙問題是可以得到解決的。因此，在其他條件具備時，三峽工程可以早日抬至正常蓄水位175米，以發(fā)揮三峽工程的綜合效益。 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題 3.3 三峽水庫庫區(qū)淤積情況由于三峽水庫入庫泥沙量減少，庫區(qū)的泥沙淤積比預(yù)計的數(shù)量減少。在可行性論證期間，曾用數(shù)學(xué)模型預(yù)估三峽水庫的淤積過程，在第一個十

13、年期間，平均每年入庫泥沙4.81億t，出庫泥沙1.45億t，排沙比30%，庫區(qū)淤3.36億t。三峽工程蓄水三年來（2003年至2005年），平均每年入庫泥沙量為2.10億t，出庫泥沙量0.85億t（黃陵廟站），排沙比40.5%，庫區(qū)淤積泥沙1.25億t。水庫庫區(qū)內(nèi)淤積速度慢，淤積量少，對保留有效庫容有利，也有利于庫區(qū)航道的維護(hù)工作。因此，我們認(rèn)為蓄水三年來水庫淤積情況比預(yù)計要好（見表5）。 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題表5 2003至2005年三峽庫區(qū)淤積體積（斷面法）年 月李渡-萬縣萬縣-大壩全庫區(qū)03.3

14、-03.100.5191.4251.94303.10-04.100.4910.7581.24904.10-05.100.2320.6940.926三年合計1.2422.8764.117 （單位：億m3） 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題3.4 三峽庫區(qū)泥沙淤積分布 據(jù)長江委水文局水下實測地形表明，2003年3月2006年10月間，泥沙以寬谷段淤積為主，占庫區(qū)總淤積量的94%，窄深段淤積相對較少或略有沖刷。從淤積量沿程分布來看，越往壩前，淤積強(qiáng)度越大，例如，近壩段（大壩至廟河）長度僅15.1km，共淤積泥沙約0.73億m3，最大淤積厚度達(dá)53.4m，但絕大部分泥沙淤積在9

15、0m高程以下，且顆粒較細(xì)，不會影響水庫的運(yùn)行（圖1-圖4）。 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題圖1 2003年3月至2004年10月三峽工程壩前河段深泓變化過程 圖2 距三峽大壩5.6公里圖3 距三峽大壩160.1公里圖4 距三峽大壩356公里 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題3.5 變動回水區(qū)的泥沙淤積問題蓄水三年來，在水庫135 m至139m的運(yùn)行期間，土腦子河段處于變動回水區(qū)內(nèi)。根據(jù)土腦子河段的原型觀測成果，可以得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識： 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題圖 5 土腦子河段固定斷面布置圖 三、從圍堰蓄水以來的

16、泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題土腦子河段位于三峽庫區(qū)涪陵珍溪鎮(zhèn)至南沱鎮(zhèn)之間，長約3 km，兩岸由巖石組成，庫底由砂卵石覆蓋，江中有巨大的兔耳磧和下絲瓜磧，深槽緊貼右岸，汛期主流左移，河道形成緩流深水區(qū)，泥沙大量淤積，汛后水流歸槽，右槽泥沙被沖刷，航線回歸右槽，年內(nèi)呈周期性擺動（圖5，6)，三峽工程蓄水以來的三年中，土腦子河段有沖有淤，在一年中包括兩個淤積階段，即上年末至翌年消落前的淤積階段和汛期淤積階段。兩個沖刷走沙階段，即汛末和汛后的沖刷階段和消落期沖刷階段。表6是三年來各時段土腦子河段的沖淤情況。 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題圖6 土腦子河段典型斷面（S2

17、53）沖淤變化 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題 表6 蓄水以來土腦子河段沖淤量 （單位：萬m3）時段總淤積量2003.3-03.12+84.22003.12-04.12+226.92004.12-05.12+126.12003.3-05.12+437.6 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題由表6可見，在135-139m運(yùn)用條件下，由于受水庫水位壅水影響，不再能保持年內(nèi)沖淤平衡，三年來，產(chǎn)生累積性淤積437.6萬 m3。但是由于水位抬高，航道的水深和寬度相應(yīng)增加，從維護(hù)一定的航運(yùn)條件出發(fā)，每年需要清除的礙航淤積量并未增加很多。例如，在2003年的汛

18、期8月19日至10月8日，土腦子河段共淤積泥沙719.68萬m3，但翌年5-6月水庫水位消落時，疏浚的礙航淤積量僅僅是7.4萬m3，就保證了航道暢通。當(dāng)水庫正常蓄水位抬升至156m 或175m后，變動回水區(qū)將向上游延伸，范圍也相應(yīng)擴(kuò)大，還會產(chǎn)生新的情況和問題，需要結(jié)合實際情況，予以研究解決。 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題3.6 宜昌水位的控制問題三年來，宜昌河段（宜昌至枝城）沖刷8128萬m3，宜昌站4000m3/s水位，2005年比2002年下降8cm，10000m3/s水位下降22cm。在清水繼續(xù)沖刷的條件下，預(yù)計水位還要進(jìn)一步下降，對保證葛洲壩3號船閘下閘坎上

19、的通航水深不利。葛洲壩3號船閘下閘坎坎頂高程為34.5m（吳淞資用水位），因此，船閘下游宜昌最低通航水位為39.0 m。在三峽工程近期156m運(yùn)用時，宜昌最低通航水位為38.5m，相應(yīng)最小通航流量為4000 m3/s。 三、從圍堰蓄水以來的泥沙原型觀測資料看三峽工程的泥沙問題鑒于宜昌4000m3/s水位目前已經(jīng)接近38.5 m（參見圖7），總公司根據(jù)泥沙專家組的意見，開始實施宜昌下游河床抗沖護(hù)底工程(見圖8）。但上述工作受到河道挖沙活動的嚴(yán)重干擾。根據(jù)長江委水文局的調(diào)查，三年來（2003-2005年）宜昌至沙市河段的挖沙量可能達(dá)到2070-3830萬m3。宜昌-沙市河段原為禁止采沙區(qū)，采沙活動如果不能得到制止，將對未來的船舶通航造成難以彌補(bǔ)的影響。宜昌站歷年水位流量關(guān)系圖胭脂壩護(hù)底 實驗工程施工砼板軟排 沉放現(xiàn)場 三、從圍堰蓄水以來的泥沙