2.3　水库下游河道冲刷

根据三峡水库蓄水运用以来水文泥沙观测资料和河道断面观测资料，主要对三峡水库坝下游宜昌—大通河段河道冲淤变化情况进行分析。三峡水库下游宜昌—大通河段全长约1195 km，属于长江中下游（图2.3-1），其中宜昌—湖口955km河段为长江中游。

2.3.1　坝下游河道水沙变化

2.3.1.1　年际水沙量变化

长江中下游干流河道径流来自宜昌以上长江上游以及区间支流水系入汇，宜昌站1951—2013年年平均径流量为4288亿m3，占大通站年径流量的48%。长江中下游干流河道的泥沙主要来自宜昌以上长江上游，且主要为悬移质泥沙，宜昌站1951—2013年悬移质年平均输沙量为4.13亿t，为大通站悬移质年平均输沙量的110%。

60多年来，长江中下游干流各水文站年径流量的多年变化幅度较小，宜昌、汉口和大通站的径流变差系数Cv分别为0.11、0.13和0.15，各站最大年径流量与最小年径流量的比值分别为1.65、1.73和2.01。

60多年来，长江中下游来沙变化可分为三个阶段。第一阶段为1951—1990年，宜昌站年输沙量呈不规则的周期变化，连续几年大于或小于多年平均值交替出现。第二阶段为1991—2002年，首先由于上游新建的水利工程发挥了拦沙作用，其次是水土保持治理工程的拦沙效果，再有，受长江上游地区降雨的时空分布、降雨量和降雨强度等因素的影响，长江中下游来沙量呈现减少趋势，如宜昌站年平均输沙量为3.92亿t，相当于1951—1990年多年平均值的75.2%；年平均径流量为4287亿m3，为1951—1990年多年平均值的97.9%。第三阶段为2003年三峡工程蓄水运用以后，受三峡水库拦蓄的直接影响，宜昌站年输沙量进一步大幅减小。

三峡水库蓄水运用后，受上游来水偏少和水库蓄水等影响，2003—2013年长江中下游除监利站外，其他各水文站径流量均有不同程度的减少，见表2.3-1。如，宜昌站年平均径流量为3958亿m3，较1950—2002年平均值减少了9%；枝城、沙市、螺山、汉口和大通站年平均径流量分别为4051亿m3、3738亿m3，5869亿m3、6663亿m3和8331亿m3，较蓄水运用前分别减少约9%、5%、9%、6%和8%；监利站年平均径流量为3616亿m3，比蓄水运用前的3576亿m3增加约1%。

三峡水库蓄水运用后，长江中下游的输沙量均有大幅度的减少，见表2.3-1。如宜昌站2003—2013年年平均输沙量为4660万t，较蓄水运用前的平均值减少90%；枝城、沙市、监利、螺山、汉口和大通站年平均输沙量分别为5600万t、6670万t、8110万t、9530万t、11200万t和14300万t，较蓄水运用前分别减少约89%和85%、77%、77%、72%和66%。

与此同时，三峡水库蓄水运用后，出库泥沙颗粒变细（表2.3-1）。如，宜昌站2003—2013年悬沙中值粒径为0.005mm，与蓄水运用前的0.009mm相比，泥沙粒径明显偏细；坝下游水流含沙量大幅减小，河床沿程冲刷，干流各水文站粗颗粒泥沙含量明显增多，悬沙中值粒径明显变粗，其中尤以监利站最为明显，由于下荆江河段冲刷剧烈，其悬沙中值粒径由蓄水运用前的0.009mm增大为0.055mm。

2.3.1.2　年内水沙过程变化

三峡水库的运用势必改变坝下游河道的水沙过程，如以175m设计蓄水方案为例，10月蓄满221.5亿m3，则平均减少进入坝下游的流量8241m3/s；1—5月，水库调节水量发电，使坝下游河道流量增加，其余月份则对径流过程影响不大。三峡工程运用后至2013年，宜昌站月径流量和输沙量变化情况见表2.3-2。

宜昌站2003—2013年年平均径流量为3958亿m3，其中1—5月为909亿m3，占全年的23%；6—8月为1807亿m3，占全年的45%；9—10月为863亿m3，占全年的22%；11—12月为380亿m3，占全年的9.6%。三峡水库蓄水运用对宜昌站径流过程产生了一定影响，如与蓄水运用前（1952—2002年）比较，1—5月径流量增加104亿m3，6—8月减少197亿m3，9—10月减少277亿m3，11—12月减少37亿m3；若从径流分布比例看，1—5月增加13%，6—8月和9—10月分别减少10%和24%。

2.3.2　坝下游河道冲刷

三峡水库蓄水运用后至2013年，宜昌—湖口河段总体表现为“滩槽均冲”，以基本河槽为主，约占平滩河槽冲刷量的90%。从冲淤量沿程分布来看，河道冲刷以宜昌—城陵矶河段为主，见表2.3-3。

2.3.2.1　宜昌—枝城河段

宜昌—枝城河段长约60.8km，是从山区河流进入平原河流的过渡段，为顺直微弯型河道，右岸有清江入汇，两岸有低山丘陵和阶地控制，河岸抗冲能力较强，河床为卵石夹砂，局部有基岩出露。由于受两岸边界条件的制约，河道平面形态和洲滩格局长期以来保持基本不变，河势相对稳定，河床冲淤年内呈周期性变化，年际冲淤维持相对平衡。

三峡水库蓄水运用后，宜昌—枝城河段河床冲刷剧烈。2002年10月—2013年10月，该河段平滩河槽累计冲刷泥沙量为1.44亿m3，河段年平均冲刷量为0.13亿m3，不仅大于葛洲坝水利枢纽建成后1975—1986年的0.069亿m3（其中还包括采砂量），也大于三峡水库蓄水运用前1975—2002年的0.053亿m3。

从冲淤量的时间分布来看，河床冲刷主要集中在三峡水库蓄水运用后的前几年，如三峡工程围堰蓄水期，冲刷量为8140万m3，约占该河段总冲刷量的56.5%；之后冲刷强度逐渐减弱。

宜昌—枝城河段河床冲刷以纵向下切为主。2002年10月—2013年10月，枯水河槽平均冲刷深度为2.12m，深泓纵剖面平均冲刷下切3.9m，最大冲刷深度为19.3m，发生在大石坝附近（距葛洲坝枢纽约57.9km），如图2.3-2所示。

2.3.2.2　荆江河段

枝城—城陵矶河段称为荆江，长约347.2km。其中，枝城—藕池口为上荆江，长约171.7km，为弯曲分汊型河道，河床组成主要为中细沙，床沙平均中值粒径约为0.2mm，上段枝城—江门段河床有砾卵石；藕池口—城陵矶为下荆江，长约175.5km，自然条件下属典型的蜿蜒型河道，河岸大部分为现代河流沉积物组成的二元结构，河岸抗冲能力较上荆江弱。河床由中细沙组成，卵石层深埋床面以下，床沙平均中值粒径约为0.165mm。

三峡工程修建前，荆江河床冲淤变化频繁。1966—1981年在下荆江裁弯期及裁弯后，荆江河床一直呈持续冲刷状态，累计冲刷泥沙量为3.46亿m3；1981年葛洲坝水利枢纽建成后，荆江河床继续冲刷，1981—1986年冲刷泥沙量为1.72亿m3。至三峡水库蓄水运用前，荆江河床仍以冲刷为主，但冲刷强度减小。三峡水库蓄水运用以来，根据断面观测资料统计，2002年10月—2013年10月，荆江河段累计泥沙冲刷量为6.98亿m3，年平均冲刷量为0.63亿m3，远大于三峡水库蓄水运用前1975—2002年年平均冲刷量（0.14亿m3）。荆江在三峡水库蓄水运用之初冲刷强烈，其中：围堰蓄水期冲刷量为3.28亿m3，约占总冲刷量的47%，年平均冲刷量为0.82亿m3；初期蓄水期冲刷量为0.357亿m3，年平均冲刷量为0.177亿m3；试验性蓄水期冲刷量为3.34亿m3，年平均冲刷量为0.67亿m3。从冲淤量沿程分布来看，上、下荆江冲刷量分别占总冲刷量的56%和44%。

由于河势控制工程的作用，荆江总体上平面变形不大，以冲刷下切为主，如图2.3-3所示。2002年10月—2013年10月，荆江河段枯水河槽平均冲刷深度为1.60m，深泓纵剖面平均冲刷深度为1.19m，最大冲刷深度为15.0m（位于乌龟洲附近的荆145断面）。局部河段主流线摆动频繁，使局部河势处于不断调整之中，特别是在一些稳定性较差的分汊河段（如上荆江的沙市河段太平口心滩、三八滩和金城洲段），弯道段（如下荆江的石首河弯、监利河弯和江湖汇流段），以及一些长顺直过渡段，水流顶冲位置的改变对河岸及已建护岸工程的稳定造成不利影响，部分河段发生河道崩岸；下荆江调关弯道段、熊家洲弯道段主流摆动导致出现切滩撇弯现象。

2.3.2.3　城陵矶—汉口河段

城陵矶—汉口河段长约251km，三峡水库蓄水运用前总体表现为淤积；三峡水库蓄水运用以来，河道河床有冲有淤，总体表现为冲刷。2002年10月—2013年10月，平滩河槽冲刷量为1.11亿m3，冲刷强度为3.7万m3/（km·a），远小于同期荆江河段的冲刷强度[18.27万m3/（km·a）]，也小于汉口—湖口河段的冲刷强度。城陵矶—汉口河段冲刷也主要集中在枯水河槽，冲刷量为0.83亿m3，占总冲刷量的75%。

城陵矶—汉口河段河床断面形态未发生明显变化，河势总体稳定，局部河段河势变化较明显：界牌河段螺山边滩冲刷下移，新堤夹分流比减小，新淤洲头部冲刷坑面积扩大，簰洲湾进口段深泓左摆。城陵矶—汉口河段枯水河槽平均冲刷深度为0.28m，深泓平均冲刷深度仅为0.19m，冲刷主要在嘉鱼及其下游河段，最大冲刷深度为8.0m（簰洲湾附近），如图2.3-4所示。

2.3.2.4　汉口—湖口河段

汉口—湖口河段长约295km。三峡水库蓄水运用前，河段河床冲淤大致可以分两个阶段：第一阶段为1975—1998年，河床持续淤积，累计泥沙淤积量为5.0亿m3，年平均淤积量为0.217亿m3；第二阶段为1998—2001年，河床大幅冲刷，累计泥沙冲刷量为3.34亿m3，年平均冲刷量为1.11亿m3。

三峡水库蓄水运用以来，汉口—湖口河段河床有冲有淤，总体为冲刷。2002年10月—2013年10月，该河段平滩河槽冲刷量为2.37亿m3，冲刷强度为6.68万m3/（km·a）；冲刷也主要集中在枯水河槽，枯水河槽至平滩河槽间同期略有淤积，淤积量为0.25亿m3。

从沿程分布看，汉口—湖口河段冲刷主要集中在九江—湖口河段，冲刷量为1.12亿m3，占河段总冲刷量的43%；九江以上河段，以黄石为界，主要表现为“上冲下淤”，汉口—黄石的回风矶河段（长约124.4km）冲刷量较大，其平滩河槽累计泥沙冲刷量为1.33亿m3，黄石—田家镇段河段（长约84km）泥沙淤积量为0.565亿m3。

深泓纵剖面有冲有淤，除黄石、韦源口及田家镇河段深泓平均淤积抬高外，其他各河段均以冲刷下切为主。汉口—湖口河段枯水河槽平均冲刷深度为0.72m，河道深泓线平均冲刷深度为0.94m，最大冲刷深度为7.4m，如图2.3-5所示。

2.3.2.5　湖口—江阴河段

湖口—江阴河段长约659km，为宽窄相间、江心洲发育、汊道众多的藕节状分汊型河道。2001—2011年，湖口—江阴河段平滩河槽泥沙冲刷量为6.88亿m3，其中大通至江阴段冲刷量为5.32亿m3，冲刷强度为10万m3/（km·a）。由于各分汊河段的河型和河床边界组成各不相同，不同河段的冲淤变化有所不同。湖口—大通河段，在平滩水位下除马当河段表现为淤积外，其他河段均出现冲刷，冲刷量最大的是贵池河段，最小的是上下三号河段。

2.3.3　坝下游河道水位流量关系变化

随着坝下游河道冲刷下切，沿程水文站水位-流量关系有所变化，主要表现为低水时同流量下的水位有不同程度的降低。

2.3.3.1　宜昌站

宜昌站枯水水位流量关系在1970年以前变化不大，从1970年葛洲坝水利枢纽动工兴建开始，枯水位开始有下降现象。随着葛洲坝水利枢纽的运行，枯水同流量下的水位逐步下降（表2.3-4），1973—2002年宜昌站流量4000m3/s对应枯水位累计下降1.24m。

三峡水库蓄水运用以来，宜昌水位呈缓慢下降趋势，2013年汛后与2002年汛后比较，当宜昌站流量为5500m3/s时，其相应水位累计下降了0.52m。其中：三峡水库围堰发电期，宜昌站枯水位仅微有下降，2006年汛后较2002年下降约0.10m。初期蓄水后至2008年，宜昌站枯水位尚未出现明显变化，其原因一方面是宜昌站以下的控制性河段尚未发生明显冲刷，另一方面是胭脂坝段护底试验性工程已完成，对河床有一定的保护和加糙作用。三峡水库试验性蓄水后，宜昌站枯水位出现明显下降，当流量为5000m3/s时，2009年汛后宜昌相应水位为39.02m，与2002年比较下降0.39m，其原因主要是宜昌—枝城河段枯水河床及控制节点冲刷较明显，河段内的采砂对比也有一定的影响。

2.3.3.2　枝城站

根据枝城站2003年以来实测水位-流量关系，三峡水库蓄水运用以来，随着宜昌-枝城河段河床的持续冲刷，枝城站枯水位有所下降。2003—2013年，流量7000m3/s对应水位累计降低0.58m，流量10000m3/对应，水位累计降低0.75m，水位降低主要发生在2006—2013年。

2.3.3.3　沙市站

根据沙市站2003—2012年实测水位-流量成果，三峡水库蓄水运用至2012年，沙市站流量6000m3/s对应水位下降约1.50m。随着流量的增大，水位降低值逐渐减小，流量8000m3/s对应水位降低1.34m，流量10000m3/s对应水位下降1.11m左右，流量14000m3/s对应水位下降0.84m左右。

2.3.3.4　螺山站

根据三峡水库蓄水运用以来螺山站的水位-流量关系，2003—2013年水位流量关系线年际有所摆动，总体有所下降。2013年与2003年相比，流量8000m3/s对应水位下降约0.95m，流量18000m3/s对应水位下降0.84m。

2.3.3.5　汉口站

2003年三峡工程蓄水运用以来，特别是三峡水库试验性蓄水以来，螺山—汉口河段河床的持续冲刷使汉口站枯水位有所下降。2003—2013年，流量10000m3/s对应水位累积降低1.18m，流量20000m3/s对应，水位累积降低0.87m。随着流量增大，水位累积降低幅度缩窄，水位降低主要发生在2006—2013年。

2.3.3.6　大通站

根据2003—2013实测水位-流量关系，大通站历年水位-流量关系变幅不大，点据带状分布无趋势性变化，没有系统偏移。三峡水库蓄水运用作，至2013年，大通站的水位流量关系基本没有变化。