三峡水库运用前后进出库水沙变化分析

黄仁勇，张细兵

（长江科学院河流研究所，武汉 430010）

三峡水库运用前后进出库水沙变化分析

黄仁勇，张细兵

（长江科学院河流研究所，武汉 430010）

根据三峡水库蓄水前后实测水沙资料，对三峡水库近期进出库水沙变化进行了较为系统的分析。结果表明：上世纪90年代以来，三峡水库进出库水沙均有所减小，其中输沙量减小更为明显；蓄水运用后三峡水库汛期进出库水量、沙量占全年的比例仍分别维持在76%以上和96%以上，但从年内分配变化上看，汛期进库水、沙量占全年的比例均呈减少趋势，汛期出库水量比例呈减少趋势，出库沙量比例呈增大趋势；三峡水库蓄水运用后9－10月份进出库水沙量减小较多，而枯水期2－4月份进出库流量均呈增大趋势。

三峡水库；水沙变化；年内分配；寸滩；宜昌

1 概 述

三峡工程于2003年6月1日正式下闸蓄水，工程开始进入围堰蓄水期；2006年汛后三峡水库开始二期蓄水，工程进入初期蓄水期；2008年汛末三峡水库开始进行175 m试验性蓄水；2010年10月26日三峡工程首次成功蓄水至175 m，标志着三峡工程具备全面发挥防洪、发电、航运等巨大综合效益的能力。受多种自然因素和人为因素综合影响，上个世纪90年代以后，长江上游来水来沙出现了一些新的变化，入库水沙条件改变给三峡水库调度运用、库区泥沙淤积等带来了较大影响；同时，受入库水沙条件改变及三峡水库蓄水运用的叠加影响，长江中下游来水来沙条件也出现了显著改变，进而给长江中下游河道冲淤演变带来深远影响。随着三峡水库运用时间的逐步延长和进出库实测水沙资料的进一步积累，及时进行三峡水库近期进出库水沙变化分析，可为三峡水库调度及长江中下游河道治理提供参考。

长江上游水沙变化分析的研究成果比较丰富［1－8］，但以往研究对主要水文控制站径流量与年输沙量的变化分析较多，而对水沙年内分配变化分析较少；同时，受三峡水库运用时间限制，水库蓄水运用后实测资料的分析时段往往相对较短。针对上述二方面的情况，本文以长江干流朱沱站、寸滩站、宜昌站、支流嘉陵江北碚站、支流乌江武隆站的最新实测水沙资料为基础（见图1），对三峡水库近期进出库水沙年际及年内分配变化进行了比较分析。

图1 三峡水库进出库水文测站位置示意Fig.1 Location of hydrological stations for measuring the inflow and outflow of TGR

2 三峡水库运用前后进出库水沙年际变化分析

综合考虑三峡工程初步设计阶段取值和三峡水库开始下闸蓄水时间，将研究时段划分为1990年前、1991－2002年、2003－2010年3个时段进行三峡水库进出库水沙变化比较分析。

2.1 干支流来水来沙年际变化

三峡水库入库水沙主要来自上游干流、支流嘉陵江和乌江，表1为三峡水库干支流入库水文站径流量与输沙量分阶段统计表。从表1可以看出：20世纪90年代以来，三峡水库干支流入库水沙量均出现了一定程度的减小，且以输沙量减小更为明显。与1990年前相比，干流朱沱站2003－2010年年径流量和输沙量分别减小4.2%和43.5%；干流寸滩站2003－2010年年径流量和输沙量分别减小6.9%和57.6%；嘉陵江北碚站2003－2010年年径流量和输沙量分别减小9.9%和78.8%；乌江武隆站2003－2010年年径流量和输沙量分别减小13.5%和77.6%。

表1 主要控制站径流量和输沙量年均变化对比表Table 1 Average annual changes of runoff and sediment atmain control stations

图2为点绘的干流朱沱站、嘉陵江北碚站、干流寸滩站和乌江武隆站的多年年径流量与年输沙量双累积曲线图，从图中能更清楚地看出三峡水库干支流各入库水文站年输沙量减少的趋势。由图2可见：2000年前干流朱沱站和寸滩站水沙量呈一直线，2000年后水沙相关斜率开始出现变缓的趋势，表明2000年后三峡水库干流年入库沙量有减小趋势；北碚站和武隆站的年径流－输沙量双累积曲线在1984年后明显向径流轴方向偏转，表明嘉陵江北碚站和乌江武隆站出现了明显减沙的趋势。

2.2 进出库水沙年际变化

分别以寸滩＋武隆站和宜昌站为三峡水库进出库控制站，对三峡水库蓄水前后进出库水沙变化进行了分阶段统计，统计结果见表2，三峡水库蓄水前后进出库水沙年际变化见图3和图4。

图2 水文站径流量-输沙量双累积曲线图Fig.2 Curves of the accum ulative runoff versus accum ulative sediment transport at hydrological stations

表2 三峡水库进出库水沙年均变化对比表Table 2 Average annual changes of inflow and outflow runoff and sediment of the TGR

由图3、图4和表2可见：①三峡水库进出库水沙呈现出相同的变化规律，即上世纪90年代以来，三峡水库进出库水沙均有所减小，其中输沙量的减小趋势更为明显；②与1990年前相比，1991－2002年、2003－2010年三峡水库入库年径流量分别减小3.6%和7.7%，入库年输沙量分别减小23.3%和58.8%；出库年径流量分别减小2.3%和9.6%，出库年输沙量分别减小25.3%和89.6%；与1991－2002年相比，三峡水库蓄水后进出库水沙减小幅度在进一步加大。

图3 进出库径流量年际变化过程Fig.3 Interannual variation of inflow and outflow runoff across 60 years

图4 进出库输沙量年际变化过程Fig.4 Interannual variation of inflow and outflow sediment across 60 years

三峡水库上游干支流建库拦沙、水土保持工程减沙以及降雨等因素是近期三峡水库入库泥沙减少的主要原因；三峡入库沙量持续减小和三峡水库蓄水拦沙的叠加作用是造成三峡出库宜昌站输沙量大幅减小的主要原因。随着金沙江溪洛渡、向家坝、嘉陵江亭子口等更多水库的陆续建成使用，长江上游在较长时期内来沙量将继续减少，这对减缓三峡水库的淤积十分有利，但必将对下游河道冲淤演变产生更加深远的影响。

3 三峡水库运用前后进出库水沙年内变化分析

3.1 进出库水沙年内分配变化

20世纪90年代以来，随着长江上游干支流一些大中型水库的陆续建成，这些水库大多采用汛末或汛后蓄水、汛前消落的调度方式，使得三峡水库汛期与非汛期进出库水沙量比例发生了一定程度的改变。针对汛期5－10月份三峡水库蓄水前后进出库水沙年内分配变化进行分阶段统计，统计结果见表3。

由表3可知：①三峡水库进出库水沙年内分配的特点是年内径流量和输沙量均集中于汛期5－10月份，且沙量年内分配更为集中。从时间变化看，三峡水库进出库水沙主要集中于汛期的水沙年内分配规律并未发生大的变化，三峡水库蓄水运用以来，汛期进出库水量、沙量占全年的比例仍分别维持在76%以上和96%以上；②从趋势上看，受上游三峡等水库蓄清排浑运用影响，蓄水后三峡水库进出库水量的年内分配变化趋势是相同的，均呈减小趋势；而进出库沙量的年内分配变化趋势是相反的，汛期入库沙量占全年比例有所减小，汛期出库沙量占全年比例呈增大趋势。

表3 三峡水库汛期（5－10月份）年均进出库水沙量占全年比例Table 3 Changes of the ratio of annual inflow and outflow water and sediment in flood season（from M ay to October）to those in the whole year%

3.2 年内不同月份进出库水沙变化

为进一步比较长江上游干支流水利工程及其他多种自然因素对三峡水库进出库水沙年内变化过程的影响，针对年内不同月份进行了三峡水库进出库月均水、沙变化分阶段统计，统计结果见表4、表5。

表4 三峡水库进出库月均流量变化对比Table 4 Changes of themonthly average inflow and outflow water of the TGR m3／s

表5 三峡水库进出库月均输沙量变化对比Table 5 Changes ofm onthly average inflow and outflow sediment of the TGR万t

3.2.1 蓄水期（9－11月份）进出库水沙变化

由表4、表5统计结果看，近期长江上游汛末、汛后9，10，11月份的流量和输沙量有减小趋势。

与1953－1990年9，10，11月的进出库流量相比：①蓄水前的1991－2000年，三峡水库9，10，11月份的入库流量分别减小4 036，1 910，531m3／s，出库流量分别减小4 011，2 002，302m3／s；进出库流量减小值基本一致，表明三峡水库蓄水前进出库水量关系密切；②蓄水后的2003－2009年，三峡水库9，10，11月份的入库流量分别减小2 263，2 188，120 m3／s，出库流量分别减小3 075，5 642，1 191 m3／s；出库流量减小值明显大于入库流量减小值，表明三峡水库蓄水后出库流量受三峡水库汛后蓄水影响较大。

与1953－1990年9，10，11月进出库沙量相比：①蓄水前的1991－2000年，三峡水库9，10，11月份的入库沙量减小幅度分别为38.5%，32.4%，18.6%，出库沙量减小幅度分别36.8%，31.5%，43.2%；进出库沙量减小幅度基本相当；②蓄水后的2003－2009年，三峡水库9，10，11月份的入库沙量减小幅度分别为54.4%，62.0%，41.4%，出库沙量减小幅度分别为83.0%，96.4%，98.3%；可见受三峡水库汛后蓄水拦沙影响，2003－2009年出库沙量减小幅度明显大于入库沙量。

上世纪90年代以来，三峡水库9－10月份进出库水沙量减小较多。三峡水库蓄水以来，各用水方要求提高三峡水库蓄水期间泄量，若按三峡水库汛末蓄水总量221.5亿m3，一个月蓄满，日均减少下泄流量将达8 200 m3／s，对下游影响较大。汛后来水量直接关系到175 m蓄水的成败和三峡工程综合效益的发挥，蓄水期入库水沙量减少这一新的变化也正是三峡水库175 m试验性蓄水以来蓄水启动时间逐年提前的重要原因。

3.2.2 枯水期（2－4月份）进出库水沙变化

水利工程修建后，水库下游河道径流量汛期比重一般减小，非汛期比重一般增加，随着长江上游更多水利工程的逐步建成运用，水库群综合调度运用对下游河道水沙过程的调节作用还将会进一步增强。由表4，表5可见，受上游水库调蓄影响，三峡水库枯水期2，3，4月份进出库流量均有增大趋势，各月进出库沙量均有减小趋势。

与1953－1990年2，3，4月份相比：①在进出库流量变化方面，2003－2009年三峡水库2，3，4月份的入库流量分别增大661，937，297 m3／s，出库流量分别增大800，985，569 m3／s；②在进出库沙量变化方面，2003－2009年三峡水库2，3，4月份的入库沙量减小幅度分别为10.3%，11.4%，56.7%，出库沙量减小幅度分别为84.8%，93.3%，97.2%；③受上游水库调蓄影响，三峡水库2－4月份进出库流量均呈增大趋势，进出库沙量均呈减小趋势，且三峡水库蓄水后出库流量及输沙量变化幅度均明显大于入库。

4 结 论

（1）从径流量和输沙量年际变化来看，上世纪90年代以来，三峡水库进出库水沙均有所减小，其中输沙量减小更为明显。与1990年前相比，2003－2010年入库寸滩＋武隆站的年均来水量减小7.7%，来沙量减小58.8%，出库宜昌站的年均来水量减小9.6%，来沙量减小89.6%，入库沙量持续减小和三峡水库蓄水拦沙的叠加作用是造成宜昌站出库输沙量大幅减小的主要原因。随着上游干支流更多水库的陆续建成使用，三峡在较长时期内来沙量将继续减少，这对减缓三峡水库淤积是有利的，但必将对下游河道冲淤演变产生更加深远的影响。

（2）三峡水库进出库水沙均集中于汛期（5－10月份）的年内分配规律并未发生大的变化，蓄水运用后三峡水库汛期进出库水沙量占全年的比例仍分别维持在76%以上和96%以上，但从年内分配变化上看，汛期进库水沙量占全年的比例均呈减少趋势，汛期出库水量比例呈减少趋势，出库沙量比例呈增大趋势。

（3）上世纪90年代以来，三峡水库9－10月份的入库水沙量减小较多，这一变化是三峡水库175 m试验性蓄水以来蓄水启动时间逐年提前的重要原因；受上游水库调蓄影响，枯水期2－4月份三峡水库进出库流量均呈增大趋势，各月进出库沙量均有减小趋势。三峡水库近期进出库水沙的年内变化特点直接关系到三峡水库调度及长江中下游河道演变，应引起重视。

（4）本研究成果可为三峡水库调度及长江中下游河道演变及治理研究提供参考，同时，由于水沙变化问题十分复杂，且目前三峡水库还处于蓄水初期，本文对三峡水库进出库水沙变化的分析还是初步的，还有待于更多观测资料的检验和进一步的研究。

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（编辑：周晓雁）

Changes of Inflow and Outflow Runoff and Sediment of Three Gorges Reservoir Before and After the Impoundment

HUANG Ren-yong，ZHANG Xi-bing
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

The changes of inflow and outflow runoff and sedimentof the Three Gorges Reservoir before and after the impoundment are systematically analyzed based on the observed data of hydrographic stations.The results reveal that since the 1990s，the inflow-outflow runoff and sediment have both reduced，of which the sediment discharge reduced muchmore remarkably than the runoff.In recent years，the inflow-outflow runoff and sediment during flood season remain above 76%and 96%of the whole year.In terms of annual distribution，the inflow runoff and sediment in flood season both exhibit a tendency of decreasing；whereas the outflow runoff tends to decrease and the outflow sediment tends to increase in flood season.After the impoundment，the inflow and outflow water and sediment decreased sharply in September and October，while increased in dry season from February to April.

Three Gorges Reservoir；water-sediment changes；annual distribution；Cuntan station；Yichang

TV141.3

：A

1001－5485（2011）09－0075－05

2011-07-19

中央级公益性科研院所基金项目（CKSF2011001）；水利部公益性行业专项（200901002，200901003）；国家科技支撑计划研究项目（2008BAB29B08）

黄仁勇（1979-），男，湖北襄阳人，工程师，硕士，主要从事河流数值模拟研究，（电话）027-82829871（电子信箱）renyonghuang＠163.com。