三峡大坝竣工运行17年后,我们更多看到的,是其在防洪、发电、灌溉及航运等方面,发挥了巨大的经济效益。
作为世界级的水利工程,除其可以稳定运行十余年,带来可观综合效益外,我们还需关注另一个重点问题,那就是145米高程以下,水库库区干、支流累计淤积泥沙已有18亿吨。
而175米高程下的泥沙淤积量,已经超过20亿吨。单淤积在水库防洪库容内的泥沙,也已超过1.6亿吨。
而且,预估以后每年的淤积量,仍会以1亿吨的速度递增。这种情况一直持续的话,大家肯定会有担忧:大量的泥沙淤积,最终会有何种后果?三峡对此又采取了怎样的清除措施?
从专业角度来说,无论是大中小型水库,或不同含沙量的河流,只要有蓄水,产生泥沙是必然,只是时间长短的问题。
中外各国建成的水库,或多或少都存在这样的问题。
对我国来说,我们在水电开发方面,起步开发比较晚,有前边各国的经验可以借鉴,避免了很多问题,并促使我国在此领域迅猛发展。
而三峡的淤积问题,在设计阶段,我国泥沙专家们,就通过物理和数学模型,对水库不同蓄水方案的泥沙淤积总量、分布,以及淤积可能引起的水库水位抬高等问题,进行了大量研究。
后来,到筹备建设阶段,长江流域上游的水沙条件,发生了显著的变化。
20世纪60年代的沙量较多且粗,但到了20世纪90年代,来沙量仅为之前的70%左右且明显偏细。
故而,专家们又从不同的角度,对水库库区的泥沙淤积问题,重新进行详细研究,并调整了水库方案。
不过,从它开始蓄水至今,水利专家通过分析大量的实测资料发现,作为大型山区河道型水库,实际情况与当时的研究成果,有所出入。
因水库库区干流长江,属于山区河流,水流呈现出明显的陡涨陡落情况,在不受任何外力干扰下,洪枯期的水流量就能相差超过20倍,水位的涨落也可以达到30米。
长江上游地区地貌条件差异明显、产输沙情况复杂、水沙的时空分布不均衡,这都会影响到水库泥沙的淤积及航运情况。
当然,水库自身的调度方式,也是淤积产生的主要影响因素之一。
按照长江泥沙公报的统计,2003年到2019年,平均每年的入库泥沙量为1.419亿吨,年均出库泥沙量为0.336亿吨,年均淤积量为1.077亿吨。
这个数据是平均值,如果具体到每年的话,还是有差别的。比如,2010年的淤积量就达到了1.960亿吨,而2015年的淤积量仅为0.278亿吨。
而2010年的入库泥沙量也是最多的,达到了2.288亿吨。2015年的入库量仅为0.320亿吨。
其实,三峡的上游有几座大型的水库,自它们开始蓄水运行后,也拦截了部分的泥沙,减少了流入三峡水库的量。
只是,部分年份,由于水库调度的需要,入库泥沙量是有变动的。
然而,随着三峡水库水位的抬高,水流流速变缓,原有河道的结构和冲淤情况都受到影响。
这就出现了,虽然入库的泥沙量不多,甚至与蓄水的前十年相比,有大幅回落的情况,但淤积量却有所增加,进而导致了,大坝泄水时,出库的江水中含沙量减少的情况。
也就是人们所说的,三峡水库泄洪时,有时会看到江水很清,或者说是“清水下泄”。
这却让长江下游的情况不太乐观。
就是下游的河床,在江水经年累月的冲刷下,床位加深,如果是同样流量的江水,水位会变低,致使枯水期出现,部分地区的河床高出江水的情况。
了解了水库泥沙的来源,还有淤积情况后,咱们再说说泥沙淤积的影响。客观来说,库区的泥水淤积,是多因素综合作用的结果,其过程也较为复杂。
如果简单进行概述,库区的泥沙淤积过程,也是水流对不同直径颗粒泥沙的“筛选”过程。
大的颗粒会首先被落下,如三角洲的顶坡段,一般是由这样的泥沙组成。
而漂浮在水流中的细沙,或因“絮凝”现象而落淤,或水流中因含沙量的不同,而选择是潜入防洪库底,还是扩散在水库深处进行淤积。
咱们不是专业人士,可能无法说得特别专业,但有一点需要让大家知道:泥沙淤积肯定会影响水库的使用寿命和综合效益的发挥。
具体来说,主要有以下几方面的影响。
一是对库容的影响。大家都知道,水库现在的蓄水位已达175米,而防洪库容内的泥沙淤积量,也随着水位的抬高而不断增多。
按照专家多年的观测来说,现在的泥沙淤积量仍属正常范围,暂时不会对防洪库容造成太大影响。
当然,水库方实施了消落期库尾减淤调度,也非常有效。他们通过人工干预的方式,让库尾淤积的泥沙,回到常年回水区,减少了防洪库容内淤积的泥沙量。
另外,管理方允许水库库尾河段进行采砂的举措,也在一定程度上,有助于减少库容内泥沙的淤积。
二是对航运的影响。不容否认,水库的修建,大大改善了长江航道水运的情况,提高了其运输效率,增加了经济收益。但是,部分河段还是出现了泥沙淤积,阻碍航行的情况。
这里顺便说一下,库区的淤积主要有三种类型,第一种是河槽的平淤。简单来说,就是随着水库运行年限的增加,河床会逐年被平行抬升,主槽也就慢慢消失不见了。
第二种是沿湿周淤积。这种情况,主要发生在库区比较开阔的河段,就是河床断面比较宽边坡还陡,泥沙就容易沿着河床断面进行淤积。
第三种是近岸或边滩的淤积,它主要出现在湾区的河段。因为处于回流缓流区,泥沙就更容易在这种凸岸区域淤积。
无论是哪种方式的淤积,对航道来说,只要出现淤积,必然会对主航道产生侵蚀和压缩。
如果航道尺度不断变窄,尤其是在枯水期,航道内的水位变浅、水流变小,极容易造成船舶的搁浅,更甚者,可能会让部分航道无法行船。
比如,三峡库区“忠州三弯”之一的皇华城,因为其左侧的航道淤积了大量的泥沙,吨位较大的船舶,就无法在这里通航。
然而,事实不容乐观。如凤尾坝河道,自水库蓄水以来,这里的泥沙淤积,已对航道的航行条件产生影响,甚至在145米防洪限制水位时,航道的尺度是不够的。
事实上,在早些年,我国修建的一些水库,是很少会考虑泥沙淤积的情况。因此,有些水库就出现了泥沙淤积非常严重的情况。
三门峡水库就是最好的例子。当然,它的使用寿命能够延长,得益于国家对其进行的两次大型改建,还扩大了其下泄排沙的规模。
当前,我国在水库排沙方面,主要运用的是“蓄清排浑”的理念。
根据这个理念,三峡的工程师们,发挥自己的聪明才学,研发了气动式深水清淤装置。
如果使用传统的清淤方式,不仅费时费力费财,排沙效果也不太理想。但该装置与使用大型机械挖淤不同的是,它采用高压空气作为动力,将淤积的泥沙和水进行分离。
具体来说,开动机器后,该装置通过高压胶管,将空气动力送入引流管。该管会将进入管内、由气变成的水不断排出,此过程会形成管内外的压力差。
然后,在压力差作用下,将引流管口外的泥沙等吸入引流管内,再利用压缩空气的力量,通过排泥管,将泥浆输送到固定区域。
同时,该装置还可以实现块石与杂物的快速分离,以及淤泥、粗颗粒物的快速脱水。
顺便说一下,它的作业深度可达百米,比普通的清淤器械的挖掘深度深太多,还具有操作方便,作业范围大、无污染等特点。
此外,近些年,按照中央的要求,长江上游各省市都特别重视水土保持工作,经过科学有效的治理,水土流失率正在逐年下降,且趋势明显。土壤侵蚀量也减少了60%以上。
这对三峡库区泥沙量的逐年减少,是有帮助的。因为水土保持,可以从根本上减少泥沙的流入。
在此方面,沿岸各省市主要是采用,种植生态采木的方式,进行固沙护岸。
再者,通过优化三峡水库的运行调度方式,选在最佳的时间,进行泄洪排沙,在一定程度上,也能减少库区泥沙的淤积。
另外,随着大数据和人工智能的发展,再结合水库的推移质观测新技术、泥沙事实预测技术等泥沙检测技术,为库区淤积泥沙的预警,提供了准确的数据和信息。
当然,对于三峡水库淤积泥沙的防治工作,管理方一直在精进各种技术和设备,希望通过融合气候、地形、降雨预测、多库联调等因素,在未来可以准确预测和优化水沙模型。
这为三峡泥沙淤积的预测预警和防治工作,向着可预测性、智能化方向发展,奠定了基础。
现在,三峡库区泥沙的淤积量,与工程论证阶段相比,有减少的趋势。
但是,我们也要看到,水库的淤积,虽暂时未对防洪库容造成影响,可是,库区的泥沙淤积,已侵蚀了部分河道的尺度,会不利于大吨位船舶的通航。
目前,虽然会相关的技术和设备,可以解决泥沙淤积的情况,但如果遇到不利洪水组合的水文年,三峡的泥沙淤积量必定会增加。
所以,三峡的排沙清淤工作,是一项长期的攻坚战,应多加关注。
[1]中国水利杂志-胡春宏:三峡工程重大泥沙问题研究进展
[2]三峡小微-为了解决三峡工程泥沙问题,专家们曾在实验室里建过一座三峡大坝
[3]袁晶,许全喜,董炳江等.近20年来三峡水库泥沙淤积及其对库区的影响[J].湖泊科学,2023,35(02):632-641.
[4]长江科学院院报-任实等|三峡水库坝前深水清淤疏浚技术研究
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