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三峽大壩截流和建設過程

生活 更新时间:2024-09-04 23:15:36

三峽水庫修建完成後,“高峽出平湖”的願景終于成真。三峽大壩在攔蓄江水的同時又攔截了泥沙,長江中遊的輸沙率呈現出減少的趨勢,不少人表示疑惑:長江中遊流失的泥沙去哪兒了?

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中遊輸沙量減少的原因,一是和長江上遊的綠化工程有關,從源頭上減少了水土流失;二是和三峽水庫的建成、蓄水有關。1993年,大壩成功截流;2003年以來,三峽水庫蓄水,2010年首次蓄水至175m的正常水位。據觀測,下遊枝城站的實測輸沙量仍在減少,三峽庫區的泥沙淤積量與日俱增。

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所以,三峽水庫不僅是一個“超級蓄水池”,還是一個“大型攔沙池”,而水和沙都有重要的資源利用價值。從資源儲備的角度看,三峽水庫無疑是長江最大的“寶庫”!

三峽水庫的蓄水能力究竟有多強?

無論是水資源的儲備能力,還是泥沙的淤積特征,都和三峽水庫的蓄水狀态密切相關。在長江遭遇嚴重幹旱的背景下,三峽水庫的水資源顯得愈加珍貴。

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從蓄水能力來看,三峽水庫在國内水庫中首屈一指。根據滿庫狀态下的蓄水量,即393億m³計算,三峽水庫在全國湖庫中排名第四,前三位分别是青海湖(1050億m³)、納木錯(768億m³)、色林錯(630億m³);如果隻在淡水湖庫中排名,那麼可以排到第一位。

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在175m的正常水位下,三峽水庫的蓄水量超過了丹江口水庫的290億m³,龍灘水庫的273億m³,也超過了鄱陽湖的260億m³。作為中國第一大淡水水體,三峽水庫為何這麼能蓄水呢?

首先,該水庫屬于河道型水庫,兩岸高山丘陵連綿不斷,提高了蓄水水位,最深處達到了320m深,壩前緩水區的平均深度也超過100米;

其次,三峽水庫并不是單獨的一段長江幹流,還包含流量豐富的支流,比如磨刀溪、澎溪河、烏江、大甯河等等,支流與水庫交彙形成了廣闊的庫灣,提高了蓄水水量;

最後,雖然三峽水庫的平均寬度隻有1.6km,但在長度上卻更有優勢,長達663km,因此蓄水面積超過了1000平方公裡。

三峽水庫的泥沙:不是威脅而是資源?

泥沙淤積是水庫面臨的一大難題,在長江上遊的梯級水庫中,淤沙的問題也普遍存在。

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2019年發表在《水利水電快報》上的一篇文獻顯示,大渡河的龔嘴水庫運行37年後,庫區達到了66.3%的淤積率,興利庫容因此減少了18%。嘉陵江的碧口水庫運行38年後,泥沙量也達到了3.05億m³,損失庫容占總庫容的58.5%。淤沙對水庫庫容的影響,由此可見一斑。

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三峽水庫和重慶河段淤沙模拟圖

三峽水庫也不例外!在建庫之前,水利專家就對三峽工程進行了嚴謹的論證,充分考慮到了泥沙淤積對水庫壽命的影響。專家組分析:三峽水庫是一個清水水庫,天然輸沙量遠低于黃河,如果采用“蓄清排渾”的方式,運行80~100年後将達到沖淤平衡。屆時,水庫仍将保持86%的防洪庫容和92%的興利庫容。

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再考慮到調度優化(中小洪水排沙)、植樹造林固沙、上遊金沙江水庫提前攔沙等有利影響,三峽水庫的運行無須擔心泥沙的影響。

實際的水文監測也打消了最初的擔憂。我們來看一組數據:在70~80年代,三峽庫區上遊的年均輸沙量高達4.8億噸,90年代下降到了3.5億噸,2003年~2009年進一步減少到2.1億噸。

而最新的數據則顯示,三峽庫區在2021年僅淤積了0.716億噸的泥沙,水庫排沙比達到13.4%;從2003年蓄水以來,庫區近20年的累計淤沙量為20.484億噸,平均每年淤積1億多噸。

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這說明兩點信息:一,泥沙淤積遠低于預期,不足以影響到水庫的安全庫容;二,庫區泥沙的儲備量頗為豐富,具有巨大的利用價值。

在這20億噸泥沙中,又有粗砂和細沙之分,分别沉降在不同的庫段。背後的原理是:根據泥沙的沉積分選效應,上遊的帶沙水流最先進入回水區的末端,粗泥沙最先沉降;水流繼續向大壩方向推進,沉積泥沙的粒徑由粗變細;在壩前的常年回水庫段,泥沙粒徑最細。

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中國典型水庫的懸沙百分比(紅線指示三峽水庫)

根據《河流泥沙顆粒分析規程》的規定,粒徑位于0.062mm~2mm之間的泥沙才能定義為“砂”,其中,粒徑大于0.1mm的為粗砂,小于0.1mm的為細砂。在三峽水庫中,粗砂的比例約為13.1%,排出率低,每年的入庫量約為6000~7000萬噸

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粗砂是常見的淤積成分,但經濟價值更高。這是因為粗砂粒徑适宜,可直接用作建築材料;長江中的粗砂經過自然的洗滌刷過程,表面清潔圓潤,酸堿适中,不存在海砂固有的氯鹽問題,安全性也更有保證。在價格方面,天然河砂遠高于機制砂和粗骨料,常年在130元/噸以上。

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需要指出的是,粗砂不利于水庫的安全防洪,采挖粗砂有一定的必要性

粗砂主要沉降在庫尾段,而庫尾又位于三峽水庫的上遊,随着常年淤積,上遊庫段容易出現“翹尾巴”的現象,即河床主槽擡升,導緻過洪能力變低,後果不堪設想。例如:黃河流域的三門峽水庫就存在“翹尾巴”的問題,導緻潼關河段的河床擡升,影響到了渭河的防洪安全。

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所以,三峽水庫中的粗泥沙可定時處理,合理清淤,一方面能提高上遊的過洪能力,另一方面又能變廢為寶,可謂一舉兩得。

長江水位降低,為何不抓緊挖沙清淤?

在長期高溫與幹旱的影響下,長江的各大湖庫都出現了蓄水量減少的狀況。截至8月22日13時,三峽水庫的水位下降到了145.64m,汛限水位近在眼前。長江各站水位也普遍降低,比如:寸灘站為162.03m,宜昌站為41.62m,漢口站為16.69m,而大通站隻有5.95m。

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而每當看到“長江支流水位下降”、“鄱陽湖瘦成閃電”等報道時,總有網友在下面評論:正是采砂清淤的好時候!但是,枯水期的采砂清淤還需要慎重。首先我們要明白,現在的長江采砂業受到水利部的嚴格管理,不能說采就采,說清就清。

上世紀八九十年代,長江采砂業形成規模,到2000年前後,年采砂量超過8000萬噸。河砂經濟效益突出,被譽為“水下軟黃金”,但高價值也催生了偷采、盜采的亂象。

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由于誘人的經濟效益,個體戶大量湧入長江和兩湖地區,非法采砂的現象屢禁不止。有些采砂戶缺少安全意識,直接将河砂堆放在河道或灘塗,嚴重威脅汛期行洪、長江航運以及涉河建築物的安全。

為規範采砂秩序,我國在2001年頒布了《長江河道采砂管理條例》,修改版本于2010年5月1日實施。根據長江河道的采砂規定,采砂可分為以下三種情況。

  • 一是沿江各省市根據長江河道變遷、河勢變化、砂石補給等情況設定采砂規劃。
  • 二是長江堤防的吹填固基,以保障防洪安全為目标。
  • 三是整治長江的主次航道,以維護長江航運為目标。

結合上面三個方面,大規模的采砂在當下并無必要。從河道形勢來看,長江來沙量小,河勢變動不大,兩岸基礎相對穩定,河槽深度也保證了航運的安全餘量。從防洪角度來看,三峽水庫的調度作用比清淤作用更有效,更安全也更省力,不需要通過大規模采砂來加深主槽。

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另一方面,不規範的河道采砂反而有很多弊端,比如:采砂船在河床上制造出大小深淺不一的沙坑,會在水中引發漩渦和暗流,擾亂水體的穩定性,不利于航運安全。再者,不同河段的地質結構不同,在薄弱區采砂容易引發地質災害,增加安全隐患。

不過,大家也無需擔心資源無處利用,長江泥沙的資源化利用正在試點當中。在2019年,國内就針對壩前的淤沙進行了試點開采,采砂點距離大壩33.8~43.1km,采砂區域水深近100m,淤沙深度超過10m,并且都不是地質薄弱區和生态敏感區。

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根據規劃,兩個清淤點的累積清淤量超過435萬m³,其中有200萬m³被投入到了宜昌市的重點項目建設中。總之,三峽庫區淤沙的綜合利用已受到國内重視,科學合理地“資源化”将充分體現出三峽作為“寶庫”的價值。

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