三峡水库蓄水后中下游水沙条件变化及采砂管理对策

岳红艳 ，姚仕明 ，2

（1.水利部长江水利委员会长江科学院，430010，武汉；2.清华大学水利水电工程系，100084，北京）

随着流域经济社会的发展，工程建设突飞猛进，对砂石料的需求量越来越大，长江中下游河道采砂已经成为支撑流域经济发展的重要组成部分。但随之带来的河势稳定、防洪与通航安全、水生态环境保护以及沿江涉水工程和设施的安全等问题也越来越严重，盲目和无序开采将不可避免地带来负面影响，因此长江中下游河道采砂管理极为重要。河道采砂管理是一个涉及河道等自然系统、经济社会发展体系以及生态环境系统的大系统的、动态的复杂课题。

自2003年以来，在多种因素的影响下，长江中下游干流河道来沙量和可利用沙量的锐减与沿江地区经济建设对河道砂石的大量需求的矛盾越来越突出。在新的形势下，如何根据实际情况，有效解决供需矛盾，坚持“在经济发展中保护砂源和在砂源保护中发展经济”的双赢理念，将是长江中下游河道采砂管理亟待解决的问题。

一、三峡水库蓄水运用后下游水沙条件变化

长江中下游干流河道泥沙主要来源于长江宜昌以上干支流及中下游两岸的支流、湖泊入汇的泥沙。同时，对于局部河段当其水沙条件或河床边界条件发生较大变化，水流挟沙力处于次饱和状态时，河岸发生崩塌与床面冲刷的泥沙被水流携运其下游堆积，这部分床沙也是其下游河段的泥沙来源。长江中下游干流河道中淤积的泥沙主要是0.05～0.5 mm的泥沙。据长江中下游干支流各站1981—2001年悬移质泥沙输沙量统计，宜昌至大通河段平均每年悬移质泥沙沉积量为7 170万t，其中粒径大于0.05 mm和0.1 mm的悬移质泥沙量分别为4 320万t和2 580万t，这也是长江河道采砂的主体部分。三峡水库蓄水运用后，由于沙量的变化以及由此造成的河床冲淤，长江中下游河道的泥沙供给条件将不可避免地发生新的变化。根据长江干流河段实测水沙资料，对三峡水库下游水沙条件及河床冲淤变化，以及造成的采砂补给条件的变化进行了分析。

1.水沙条件变化

与三峡水库蓄水运用前相比，宜昌2003—2007年径流量变化相对较小，但下泄沙量减少较多，2003—2007年宜昌站年均输沙量仅为6 674万t，较蓄水前减少了86%。三峡水库蓄水运用后，大部分粗颗粒泥沙被拦截在库内，下泄泥沙明显细化，年宜昌站悬沙中值粒径范围为0.0065～0.003 mm，与蓄水前的0.009 mm相比，出库泥沙粒径明显偏细。蓄水后沿程各站输沙量与蓄水前相比，呈明显减小趋势，减小幅度在50%～98%之间。沿程来看，各站输沙量减小幅度递减，表明沿程有泥沙补给。

由于出库含沙量较建库前相比偏小，可能将引起沿程悬沙和床沙的粗化现象发生。以武汉河段汉口站为例分析三峡蓄水运用前后悬移质泥沙特征值变化情况，见表1。

据2005年长江泥沙公报显示，进入20世纪90年代以后，长江上游来沙量明显减少。据长江委水文局研究成果表明，水库拦沙和水土保持减沙是导致三峡水库输沙量减小的主要原因。人类活动是导致三峡水库近期沙量大幅度减小的主要因素。与1990年前相比，1991—2005年人类活动年新减沙量为1.187亿t，占总减沙量的75%。

尽管三峡水库运用后武汉河段的来沙总量有所减少，但悬移质多年平均中值粒径略有增加，悬移质多年（1987—2002年）平均中值粒径由三峡工程蓄水前的0.010 mm增为三峡水库建成后多年（2003—2008年）平均中值粒径的0.014mm。同时悬移质大于0.125 mm的沙重百分比也有所增加，由多年平均（1987—2002年）的7.8%增为三峡水库建成后的22.7%，这一变化表明三峡工程建成后武汉河段悬沙有所粗化。武汉河段上段床沙中值粒径由1999年的0.153 mm变为近几年（2003—2007年）的0.177～0.183 mm，武汉河段下段床沙中值粒径由1998年的0.102 mm变为近几年（2003—2007年）的 0.129～0.156 mm，这一变化表明三峡工程建成后武汉河段床沙也有粗化的迹象。

2.沿程河床冲淤及河床组成变化

2003年10月—2007年10月，宜昌至湖口河段总体表现为 “滩槽均冲”，平滩河槽总冲刷量为4.96亿m3，平均冲刷强度为52万m3/km；河道冲刷以基本河槽为主，其冲刷量为4.31亿m3，平均冲刷强度为45万m3/km，占平滩河槽冲刷量的87%，见表2。

三峡水库蓄水运用后，2003—2007年宜昌站床沙中值粒径分别为0.320 mm、0.402 mm、0.480 mm、0.680 mm和11.7 mm，较蓄水前枯水期床沙中值粒径0.30 mm增大较多，逐年粗化的趋势明显，见表3。三峡水库蓄水运用后，宜昌以下沿程各站如枝城站、沙市站、监利站床沙粒径总体略有粗化，造床的床沙质至监利已基本恢复，这也充分反映了近坝段和荆江河段的沿程冲刷特点，但其床沙粗化趋势不如宜昌站明显。三峡水库蓄水运用后，螺山站、汉口站床沙中值粒径变化不明显，说明坝下游河段的冲刷有自上而下的冲刷过程，城陵矶以下河段冲淤变化相对较小。

表1 汉口站悬移质泥沙特征值

表2 三峡水库蓄水运用后宜昌至湖口河段冲淤统计表

表3 三峡工程蓄水后长江中下游主要水文站床沙变化统计表

3.预测成果

根据长江科学院一维数学模型计算成果，三峡水库运用初期（前20年），由于泥沙在库区的大量淤积，长江中下游河道来沙量普遍减少，其中汉口以上河段的来沙量受水库下泄沙量的影响较大，汉口以下河段因支流、湖泊的入汇，来沙量变化的影响较弱。长江上游水库修建后，进入长江中下游的沙量会进一步减少，三峡水库运用11～20年，螺山、汉口、大通站的年沙 量 分 别 为 2.34 亿 t、2.99 亿 t、2.98亿t，较上游不建库减少了16.4%、15.7%、15.2%，较蓄水前多年平均减少了44%、26%、31%。与蓄水前相比，不同粒径组泥沙来量变化较大，较蓄水前多年平均值0.01～0.1 mm的来沙量减少50%以上，小于0.01 mm的沙量减少20%～30%。

由于沙量的减少，长江中下游产生了自上而下的冲刷，其中三峡工程蓄水运用初期（前20年）冲刷主要集中在荆江河段，城陵矶以下河段冲刷强度较小。由于上游的大幅度冲刷，泥沙不断从河床冲刷补给，同时由于支流入汇的作用，汉口以下河段粒径大于0.1 mm的泥沙沿程增加。因此，定性上来看，三峡水库运用初期，汉口以下河段的泥沙补给影响较小，采砂后采区泥沙仍能得到补给。

二、三峡水库蓄水后长江河道采砂对策

1.加强三峡水库蓄水运用后长江中下游干流河道水沙条件和河势变化的研究

泥沙来量和冲淤部位对于河道采砂至关重要，为了作好三峡水库蓄水后的长江河道采砂规划和管理，首先要加强对三峡水库蓄水后的水沙条件变化及河势变化的研究，摸清沿程各站的泥沙来量、补给情况以及冲淤部位的变化。同时，由于水沙条件直接影响到河势的变化，对于浅滩及航道条件也具有重要的影响，因此，对其进行研究是三峡水库蓄水后长江中下游河道采砂规划和管理的基础。

2.科学确定年度采砂控制总量

考虑到三峡水库蓄水后上游来沙减少的实际情况，应科学合理地控制长江中下游河道采砂的总量。根据沿程主要控制测站的输沙量变化以及区间各段的冲淤情况，分不同时段和不同河段合理调整已有规划。如前所述，三峡水库蓄水后前20年，冲刷主要集中在荆江河段，上游来沙减少对汉口以下河段的影响不大。因此，此时宜昌—武汉河段的年度采砂总量应考虑该段冲刷剧烈的实际情况适当酌减，而汉口以下河段的年度采砂控制总量可大致维持已有规划。同时，考虑到水文系列年自身的丰、中、枯的差异，可适当根据宜昌年下泄沙量的不同情况，对中下游各河段年度采砂控制总量进行动态调整。

3.实行可采区的动态规划

针对三峡水库蓄水后的不同阶段，以及不同河段的演变特点，对可采区的位置确定实行动态规划。根据已有研究可知，随着三峡水库蓄水进程的不断发展，水沙条件的变化会带来不同河段的局部河势调整，对于堤防安全、防洪形势以及航槽位置均可能造成重要影响。主航道的定线不是一成不变，而必须根据水沙条件和洲滩格局的变化不断有所调整。而可采区位置、范围和开采高程的确定，必须考虑上述影响。此外，对于修订后的《长江中下游干流河道采砂规划》中的保留区，经分析研究当开采条件成熟时可在规划期内改变为可采区。

4.进一步加强采砂管理的有效性

依法、科学、有序的管理是维护长江河道采砂安全的有效措施。首先应该理顺管理体制，全力推进保障体系建立。沿江各级水行政主管部门应承担起采砂管理的主体职责，建立水利、航道、海事、公安等部门的有效配合及协调机制，逐步建立和推行责任追究机制，进一步加强队伍建设。其次，应建立采砂管理突发事件的应急反应机制，严厉打击非法采砂，确保采砂管理的可控状态。最后，应加强采砂的规划工作，不断总结经验，提出创新性规划思路，为科学管理提供依据。

三、结 语

随着沿江经济社会的高速发展，对河道砂石的需求不断增加。三峡水库蓄水运用后，由于来沙量的减少以及河床冲淤的变化，长江中下游干流河道来沙量和可利用沙量的锐减与沿江地区经济建设对河道砂石的大量需求之间的矛盾越来越突出。在新的形势下，为了保障长江河道采砂安全，应加强三峡水库蓄水运用后长江中下游干流河道水沙条件和河势变化的研究、科学确定年度采砂控制总量、实行可采区动态规划以及进一步加强采砂管理的有效性。

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