三峽水庫運用前后進出庫水沙變化分析

黃仁勇，張細兵

（長江科學院河流研究所，武漢 430010）

三峽水庫運用前后進出庫水沙變化分析

黃仁勇，張細兵

（長江科學院河流研究所，武漢 430010）

根據三峽水庫蓄水前后實測水沙資料，對三峽水庫近期進出庫水沙變化進行了較為系統的分析。結果表明：上世紀90年代以來，三峽水庫進出庫水沙均有所減小，其中輸沙量減小更為明顯；蓄水運用后三峽水庫汛期進出庫水量、沙量占全年的比例仍分別維持在76%以上和96%以上，但從年內分配變化上看，汛期進庫水、沙量占全年的比例均呈減少趨勢，汛期出庫水量比例呈減少趨勢，出庫沙量比例呈增大趨勢；三峽水庫蓄水運用后9－10月份進出庫水沙量減小較多，而枯水期2－4月份進出庫流量均呈增大趨勢。

三峽水庫；水沙變化；年內分配；寸灘；宜昌

1 概 述

三峽工程于2003年6月1日正式下閘蓄水，工程開始進入圍堰蓄水期；2006年汛后三峽水庫開始二期蓄水，工程進入初期蓄水期；2008年汛末三峽水庫開始進行175 m試驗性蓄水；2010年10月26日三峽工程首次成功蓄水至175 m，標志著三峽工程具備全面發揮防洪、發電、航運等巨大綜合效益的能力。受多種自然因素和人為因素綜合影響，上個世紀90年代以后，長江上游來水來沙出現了一些新的變化，入庫水沙條件改變給三峽水庫調度運用、庫區泥沙淤積等帶來了較大影響；同時，受入庫水沙條件改變及三峽水庫蓄水運用的疊加影響，長江中下游來水來沙條件也出現了顯著改變，進而給長江中下游河道沖淤演變帶來深遠影響。隨著三峽水庫運用時間的逐步延長和進出庫實測水沙資料的進一步積累，及時進行三峽水庫近期進出庫水沙變化分析，可為三峽水庫調度及長江中下游河道治理提供參考。

長江上游水沙變化分析的研究成果比較豐富［1－8］，但以往研究對主要水文控制站徑流量與年輸沙量的變化分析較多，而對水沙年內分配變化分析較少；同時，受三峽水庫運用時間限制，水庫蓄水運用后實測資料的分析時段往往相對較短。針對上述二方面的情況，本文以長江干流朱沱站、寸灘站、宜昌站、支流嘉陵江北碚站、支流烏江武隆站的最新實測水沙資料為基礎（見圖1），對三峽水庫近期進出庫水沙年際及年內分配變化進行了比較分析。

圖1 三峽水庫進出庫水文測站位置示意Fig.1 Location of hydrological stations for measuring the inflow and outflow of TGR

2 三峽水庫運用前后進出庫水沙年際變化分析

綜合考慮三峽工程初步設計階段取值和三峽水庫開始下閘蓄水時間，將研究時段劃分為1990年前、1991－2002年、2003－2010年3個時段進行三峽水庫進出庫水沙變化比較分析。

2.1 干支流來水來沙年際變化

三峽水庫入庫水沙主要來自上游干流、支流嘉陵江和烏江，表1為三峽水庫干支流入庫水文站徑流量與輸沙量分階段統計表。從表1可以看出：20世紀90年代以來，三峽水庫干支流入庫水沙量均出現了一定程度的減小，且以輸沙量減小更為明顯。與1990年前相比，干流朱沱站2003－2010年年徑流量和輸沙量分別減小4.2%和43.5%；干流寸灘站2003－2010年年徑流量和輸沙量分別減小6.9%和57.6%；嘉陵江北碚站2003－2010年年徑流量和輸沙量分別減小9.9%和78.8%；烏江武隆站2003－2010年年徑流量和輸沙量分別減小13.5%和77.6%。

表1 主要控制站徑流量和輸沙量年均變化對比表Table 1 Average annual changes of runoff and sediment atmain control stations

圖2為點繪的干流朱沱站、嘉陵江北碚站、干流寸灘站和烏江武隆站的多年年徑流量與年輸沙量雙累積曲線圖，從圖中能更清楚地看出三峽水庫干支流各入庫水文站年輸沙量減少的趨勢。由圖2可見：2000年前干流朱沱站和寸灘站水沙量呈一直線，2000年后水沙相關斜率開始出現變緩的趨勢，表明2000年后三峽水庫干流年入庫沙量有減小趨勢；北碚站和武隆站的年徑流－輸沙量雙累積曲線在1984年后明顯向徑流軸方向偏轉，表明嘉陵江北碚站和烏江武隆站出現了明顯減沙的趨勢。

2.2 進出庫水沙年際變化

分別以寸灘＋武隆站和宜昌站為三峽水庫進出庫控制站，對三峽水庫蓄水前后進出庫水沙變化進行了分階段統計，統計結果見表2，三峽水庫蓄水前后進出庫水沙年際變化見圖3和圖4。

圖2 水文站徑流量-輸沙量雙累積曲線圖Fig.2 Curves of the accum ulative runoff versus accum ulative sediment transport at hydrological stations

表2 三峽水庫進出庫水沙年均變化對比表Table 2 Average annual changes of inflow and outflow runoff and sediment of the TGR

由圖3、圖4和表2可見：①三峽水庫進出庫水沙呈現出相同的變化規律，即上世紀90年代以來，三峽水庫進出庫水沙均有所減小，其中輸沙量的減小趨勢更為明顯；②與1990年前相比，1991－2002年、2003－2010年三峽水庫入庫年徑流量分別減小3.6%和7.7%，入庫年輸沙量分別減小23.3%和58.8%；出庫年徑流量分別減小2.3%和9.6%，出庫年輸沙量分別減小25.3%和89.6%；與1991－2002年相比，三峽水庫蓄水后進出庫水沙減小幅度在進一步加大。

圖3 進出庫徑流量年際變化過程Fig.3 Interannual variation of inflow and outflow runoff across 60 years

圖4 進出庫輸沙量年際變化過程Fig.4 Interannual variation of inflow and outflow sediment across 60 years

三峽水庫上游干支流建庫攔沙、水土保持工程減沙以及降雨等因素是近期三峽水庫入庫泥沙減少的主要原因；三峽入庫沙量持續減小和三峽水庫蓄水攔沙的疊加作用是造成三峽出庫宜昌站輸沙量大幅減小的主要原因。隨著金沙江溪洛渡、向家壩、嘉陵江亭子口等更多水庫的陸續建成使用，長江上游在較長時期內來沙量將繼續減少，這對減緩三峽水庫的淤積十分有利，但必將對下游河道沖淤演變產生更加深遠的影響。

3 三峽水庫運用前后進出庫水沙年內變化分析

3.1 進出庫水沙年內分配變化

20世紀90年代以來，隨著長江上游干支流一些大中型水庫的陸續建成，這些水庫大多采用汛末或汛后蓄水、汛前消落的調度方式，使得三峽水庫汛期與非汛期進出庫水沙量比例發生了一定程度的改變。針對汛期5－10月份三峽水庫蓄水前后進出庫水沙年內分配變化進行分階段統計，統計結果見表3。

由表3可知：①三峽水庫進出庫水沙年內分配的特點是年內徑流量和輸沙量均集中于汛期5－10月份，且沙量年內分配更為集中。從時間變化看，三峽水庫進出庫水沙主要集中于汛期的水沙年內分配規律并未發生大的變化，三峽水庫蓄水運用以來，汛期進出庫水量、沙量占全年的比例仍分別維持在76%以上和96%以上；②從趨勢上看，受上游三峽等水庫蓄清排渾運用影響，蓄水后三峽水庫進出庫水量的年內分配變化趨勢是相同的，均呈減小趨勢；而進出庫沙量的年內分配變化趨勢是相反的，汛期入庫沙量占全年比例有所減小，汛期出庫沙量占全年比例呈增大趨勢。

表3 三峽水庫汛期（5－10月份）年均進出庫水沙量占全年比例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 年內不同月份進出庫水沙變化

為進一步比較長江上游干支流水利工程及其他多種自然因素對三峽水庫進出庫水沙年內變化過程的影響，針對年內不同月份進行了三峽水庫進出庫月均水、沙變化分階段統計，統計結果見表4、表5。

表4 三峽水庫進出庫月均流量變化對比Table 4 Changes of themonthly average inflow and outflow water of the TGR m3／s

表5 三峽水庫進出庫月均輸沙量變化對比Table 5 Changes ofm onthly average inflow and outflow sediment of the TGR萬t

3.2.1 蓄水期（9－11月份）進出庫水沙變化

由表4、表5統計結果看，近期長江上游汛末、汛后9，10，11月份的流量和輸沙量有減小趨勢。

與1953－1990年9，10，11月的進出庫流量相比：①蓄水前的1991－2000年，三峽水庫9，10，11月份的入庫流量分別減小4 036，1 910，531m3／s，出庫流量分別減小4 011，2 002，302m3／s；進出庫流量減小值基本一致，表明三峽水庫蓄水前進出庫水量關系密切；②蓄水后的2003－2009年，三峽水庫9，10，11月份的入庫流量分別減小2 263，2 188，120 m3／s，出庫流量分別減小3 075，5 642，1 191 m3／s；出庫流量減小值明顯大于入庫流量減小值，表明三峽水庫蓄水后出庫流量受三峽水庫汛后蓄水影響較大。

與1953－1990年9，10，11月進出庫沙量相比：①蓄水前的1991－2000年，三峽水庫9，10，11月份的入庫沙量減小幅度分別為38.5%，32.4%，18.6%，出庫沙量減小幅度分別36.8%，31.5%，43.2%；進出庫沙量減小幅度基本相當；②蓄水后的2003－2009年，三峽水庫9，10，11月份的入庫沙量減小幅度分別為54.4%，62.0%，41.4%，出庫沙量減小幅度分別為83.0%，96.4%，98.3%；可見受三峽水庫汛后蓄水攔沙影響，2003－2009年出庫沙量減小幅度明顯大于入庫沙量。

上世紀90年代以來，三峽水庫9－10月份進出庫水沙量減小較多。三峽水庫蓄水以來，各用水方要求提高三峽水庫蓄水期間泄量，若按三峽水庫汛末蓄水總量221.5億m3，一個月蓄滿，日均減少下泄流量將達8 200 m3／s，對下游影響較大。汛后來水量直接關系到175 m蓄水的成敗和三峽工程綜合效益的發揮，蓄水期入庫水沙量減少這一新的變化也正是三峽水庫175 m試驗性蓄水以來蓄水啟動時間逐年提前的重要原因。

3.2.2 枯水期（2－4月份）進出庫水沙變化

水利工程修建后，水庫下游河道徑流量汛期比重一般減小，非汛期比重一般增加，隨著長江上游更多水利工程的逐步建成運用，水庫群綜合調度運用對下游河道水沙過程的調節作用還將會進一步增強。由表4，表5可見，受上游水庫調蓄影響，三峽水庫枯水期2，3，4月份進出庫流量均有增大趨勢，各月進出庫沙量均有減小趨勢。

與1953－1990年2，3，4月份相比：①在進出庫流量變化方面，2003－2009年三峽水庫2，3，4月份的入庫流量分別增大661，937，297 m3／s，出庫流量分別增大800，985，569 m3／s；②在進出庫沙量變化方面，2003－2009年三峽水庫2，3，4月份的入庫沙量減小幅度分別為10.3%，11.4%，56.7%，出庫沙量減小幅度分別為84.8%，93.3%，97.2%；③受上游水庫調蓄影響，三峽水庫2－4月份進出庫流量均呈增大趨勢，進出庫沙量均呈減小趨勢，且三峽水庫蓄水后出庫流量及輸沙量變化幅度均明顯大于入庫。

4 結 論

（1）從徑流量和輸沙量年際變化來看，上世紀90年代以來，三峽水庫進出庫水沙均有所減小，其中輸沙量減小更為明顯。與1990年前相比，2003－2010年入庫寸灘＋武隆站的年均來水量減小7.7%，來沙量減小58.8%，出庫宜昌站的年均來水量減小9.6%，來沙量減小89.6%，入庫沙量持續減小和三峽水庫蓄水攔沙的疊加作用是造成宜昌站出庫輸沙量大幅減小的主要原因。隨著上游干支流更多水庫的陸續建成使用，三峽在較長時期內來沙量將繼續減少，這對減緩三峽水庫淤積是有利的，但必將對下游河道沖淤演變產生更加深遠的影響。

（2）三峽水庫進出庫水沙均集中于汛期（5－10月份）的年內分配規律并未發生大的變化，蓄水運用后三峽水庫汛期進出庫水沙量占全年的比例仍分別維持在76%以上和96%以上，但從年內分配變化上看，汛期進庫水沙量占全年的比例均呈減少趨勢，汛期出庫水量比例呈減少趨勢，出庫沙量比例呈增大趨勢。

（3）上世紀90年代以來，三峽水庫9－10月份的入庫水沙量減小較多，這一變化是三峽水庫175 m試驗性蓄水以來蓄水啟動時間逐年提前的重要原因；受上游水庫調蓄影響，枯水期2－4月份三峽水庫進出庫流量均呈增大趨勢，各月進出庫沙量均有減小趨勢。三峽水庫近期進出庫水沙的年內變化特點直接關系到三峽水庫調度及長江中下游河道演變，應引起重視。

（4）本研究成果可為三峽水庫調度及長江中下游河道演變及治理研究提供參考，同時，由于水沙變化問題十分復雜，且目前三峽水庫還處于蓄水初期，本文對三峽水庫進出庫水沙變化的分析還是初步的，還有待于更多觀測資料的檢驗和進一步的研究。

［1］ 陳顯維，許全喜，陳澤方.三峽水庫蓄水以來進出庫水沙特性分析［J］.人民長江，2006，37（8）：1－3.（CHEN Xian-wei，XU Quan-xi，CHEN Ze-fang.Flow-Sediment Features of Three Gorges Reservoir Since Impoundment［J］.Yangtze River，2006，37（8）：1－3.（in Chinese））

［2］ 許全喜，石國鈺，陳澤方.長江上游近期水沙變化特點及其趨勢分析［J］.水科學進展，2004，15（4）：420－426.（XU Quan-xi，SHIGuo-yu，CHEN Ze-fang.Analysis of Recent Changing Characteristics and Tendency Runoff and Sediment Transport in the Upper Reach of Yangtze River［J］.Advances in Water Science，2004，15（4）：420－426.（in Chinese））

［3］ 魏 麗，盧金友，劉長波.三峽水庫蓄水后長江上游水沙變化分析［J］.中國農村水利水電，2010，（6）：1－4.（WEILi，LU Jin-you，LIU Chang-bo.An Analysis of Changing Characteristics of Runoff and Sediment Transport in Upper Changjiang River after the Impounding of Three Gorges Reservoir［J］.China Rural Water and Hydropower，2010，（6）：1－4.（in Chinese））

［4］ 渠 庚，沈 俊，鞏艷國.長江上游地區來水來沙變化趨勢及其影響研究［J］.水利科技與經濟，2005，11（12）：752－755.（QU Geng，SHEN Jun，GONG Yanguo.Analysis on Flow and Sediment Trend of Upper Reaches of Yangtze River and Its Affects［J］.Water Conservancy Science and Technology and Economy，2005，11（12）：752－755.（in Chinese））

［5］ 藺秋生，黃 莉，姚仕明.長江上游干流近期水沙變化規律分析［J］.人民長江，2010，41（10）：5－8.（LIN Qiu-sheng，HUANG Li，YAO Shi-ming.Analysis on Variation of Runoff and Sediment Load in Main Stream of Upper Yangtze River in Recent Period［J］.Yangtze River，2010，41（10）：5－8.（in Chinese））

［6］ 劉同宦，藺秋生，姚仕明.三峽工程蓄水前后進出庫水沙特性及徑流量時間序列變化周期分析［J］.四川大學學報（工程科學版），2011，43（1）：58－62.（LIU Tong-huan，LIN Qiu-sheng，YAO Shi-ming.Analysis of Three Gorges ReservoirWater-Sediment and the Period of Change of Temporal Series of Annual Runoff［J］.Journal of Sichuan University（Engineering Science Edition），2011，43（1）：58－62.（in Chinese））

［7］ 張莉莉，陳 進.長江上游水沙變化分析［J］.長江科學院院報，2007，24（6）：34－36.（ZHANG Li-li，CHEN Jin.Analysis on Change of Water Flow and Sediment in Upstream of Yangtze River［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2007，24（6）：34－36.（in Chinese））

［8］ 戴會超，王玲玲，蔣定國.三峽水庫蓄水前后長江上游近期水沙變化趨勢［J］.水利學報，2007，（增刊1）：226－231.（DAI Hui-chao，WANG Ling-ling，JIANG Ding-guo.Water Flow and Silt Concentration Variation Trend of Yangtze River Before and After Impounding of Three Gorges Reservoir［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2007，（Sup.1）：226－231.（in Chinese） ）

（編輯：周曉雁）

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

中央級公益性科研院所基金項目（CKSF2011001）；水利部公益性行業專項（200901002，200901003）；國家科技支撐計劃研究項目（2008BAB29B08）

黃仁勇（1979-），男，湖北襄陽人，工程師，碩士，主要從事河流數值模擬研究，（電話）027-82829871（電子信箱）renyonghuang＠163.com。