三峡库区万州段水文特性及泥沙分析

邹 敏，刘伟豪，徐 杨，陈胡兰

(1.长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局，重庆 400021；2.重庆三峡学院土木工程学院，重庆 404100)

长江三峡库区是指它泛指175m水位方案淹没范围涉及的20个县(市、区)[1]。长江三峡水利枢纽工程建成之后，三峡库区的生态环境将是影响其发挥效益的重要因素，其水位，泥沙，径流是重要的水文参数，库区内水特性对库区和大坝的稳定运行有重要的支撑意义，万州(县)水文站地处库区上游下段，距三峡大坝约288km，其所得数据有较好的参考价值。

库区内水文特性和泥沙参数受人为调控变化因素的较大影响，表现出非线性、多时间尺度性等特性[2]。因此，分析水文泥沙参数之间的变化趋势和相互间的影响程度，这对掌握库区内水循环机理、库区水文预测等方面均有重要的理论意义与实际价值。

1 研究区概况

万县水文站设立于1951年，位于重庆市万州区牌楼水厂处，东经108°24′，北纬30°47′，集水面积974881km2，是三峡工程库区重要控制站，属于国家基本站。其中流量和泥沙为一类精度站，是库区水文、泥沙、水质监测的重要控制站和代表站。观测项目有最高(低)水位、最大(小)流量、日平均最大(小)输沙率、最大(小)含沙量。下文将对各水文值逐一分析。

2 水文特性分析

2.1 水位分析

三峡水库2003年6月开始蓄水至135m，2007年蓄水至156m，2013年蓄水至175m[3]，详见表1。

表1 三峡库区蓄水水位

三峡水库建成后，按照防洪要求及蓄水发电计划，全年水位调节变化见表2。从此汛期三峡电站维持145～156m之间水位运行，枯季水位维持在156～175m左右。

表2 三峡水库蓄水后水位调节的年内变化

为明确水位变化，万县站采用压力式水位计观测水库水位，各年份水位变化如图2和图3所示。

图2 最高水位变化曲线

图3 最低水位变化曲线

从图2中可以看出：2000—2009年最高水位逐年上升，2009—2018年最高水位比较稳定，基本保持在175m。从图3可以看出：2000—2003年最低水位保持在100m，2004—2006年最低水位在135m，2007—2018年最低水位基本保持在145m。最高水位和最低水位相关性较好，均受大坝调控影响较大，均在2003—2013年均有较大爬升。在2013年蓄水完毕后，最高、最低水位在一较稳定值内波动。

2.2 流量分析

万县站流量采用走航式ADCP常规测验方法[5]，流速仪法为备用方法去测定流量变化过程[6]。从图4可以看出:单测回平均流量和双测回平均流量基本重合。

由图5可知，最大流量在2000—2004年和2006—2014年呈现上升趋势，在2005年和2015年最大流量相较于去年有明显的下降分别从60000m3/s减小到45000m3/s，48000m3/s减小到30000m3/s，直到2017年最大流量下降到26000m3/s。

由图6可知，最小流量在2000—2003年最小流量呈现下降趋势，从2000年的4000m3/s下降到2003年的2750m3/s，2003—2018年最小流量呈现上升趋势，从2003年的2750m3/s上升到2017年的3900m3/s。

图4 单、双测回平均流量

图5 最大流量

图6 最小流量

3 泥沙参数分析

3.1 日平均输沙率分析

日平均最大输沙率变化过程。从图7可以看出:2000—2003年日平均最大输沙率呈现下降趋势，从2000年94t/s下降到2003年70t/s。2003—2013年日平均最大输沙率保持均匀波动，基本保持在75t/s。2014—2017年下降明显，从2013年118t/s下降至2017年10t/s。

图7 日平均最大输沙率

三峡水库蓄水后，库区水深增加，水流流速较小[7]，水流的紊动扩散作用减弱，重力作用相对增强。水流入库后携带的中粗颗粒泥沙沿程沉积，细颗粒泥沙的含量沿程增加。

但悬移质输沙量减小趋势明显[8]。随着坝前水位逐渐抬升，库区水流挟沙能力减小，含沙量处于超饱和状态，有少量入库泥沙淤积在清溪场以上河段，近1/3泥沙淤积在清溪场至万县之间，多于1/3的泥沙淤积在万县至大坝之间。

挟沙时间[9]分布规律:三峡蓄水前挟沙力较大，蓄水初期挟沙力明显降低，之后随着不同运行阶段坝前水位的抬升逐渐降低。宽谷河段的过水面积随着水位的抬升增加明显，其挟沙力大幅度降低，而峡谷河段过水面积增加有限，其挟沙力降低幅度较小。

3.2 水沙关系分析

为了明确蓄水以来水文和泥沙受大坝影响的程度，将2000—2017年泥沙和最大流量关系绘制成曲线，如图8所示。

图8 2000—2017年水沙关系

从图8中可看出：2002—2011年最大日平均输沙率和最大流量波动性基本相同，从2003年最大日平均输沙率70t/s最大流量46000m3/s,2004年分别增长至115t/s，60000m3/s,从2004至2006年分别下降至38t/s，31000m3/s。

4 结语

2000—2017年降雨量总体呈现上升趋势，年均降雨量1175.49mm，其中2000，2017年降雨量最大,分别总降雨量的6.80%，7.93%，2000—2009年最高水位逐年上升，2009—2018年最高水位比较稳定，基本保持在175m，2007—2018年最低水位基本保持在145m，2005—2014年最大流量呈现上升趋势，最大流量达到60000m3/s，2003—2017年最小流量也呈现上升趋势，最小流量为2750m3/s，在2003—2011年最大日平均输沙率和最大流量波动性基本相同，最大日平均输沙率达到118t/s，最大流量达到60000m3/s。

水文特性及含沙量分析是一个很复杂的过程,必须善于总结经验,了解测验流域的水文特性及含沙量。主要采用走航式ADCP测验方法，流速仪法作为备用对流量进行检测，按照流域的实际情况,测出的数据更加精细直观。该方法投入应用以来取得了较好的效果,精度大大提高。随着三峡水库水位的再次升高,万县水文站系统的参数也将随之改变。如何在新环境中取得好的观测精度,还有待于进一步研究验证。