三峡水库一期蓄水对长江泥沙的影响
2003年，三峡工程二期工程完成，并且在6月份一期蓄水，将三峡水库坝前水位提升到135m(吴淞高程)。三峡工程引起的环境生态问题是国内外十分关心的问题，而泥沙研究又是三峡工程的核心问题之一。泥沙问题不仅关系到三峡水库的正常运行、水力发电和长江航运，还与长江三角洲的冲淤演化以及东海的沉积模式紧密相关。另一方面，长江入海泥沙又与河口近海以及大陆架颗粒态地球化学物质组成密切相关，从而影响到河口海岸和大陆架生态系统和环境。因此，研究三峡水库蓄水对长江泥沙的影响有着重要的实际价值和理论意义。
本文依托国家973项目“中国典型河口—近海陆海相互作用及其环境效应”，首先统计分析了中国9条主要河流(长江、黄河、珠江、淮河、松花江、钱塘江、海河、辽河、闽江)入海水沙通量近半个世纪以来的变化情况，并分析了引起河流入海泥沙通量减少的一些原因。在此基础上，抓住三峡水库一期蓄水的有利时机，对蓄水期间和初期的从长江上游到河口以及邻近海域的泥沙进行了比较及时、比较完整的分析。
本文的主要研究成果如下：
1．中国9条主要河流入海水沙通量变化(1953—2003)
按照近半个世纪以来河流入海年径流量和年输沙量的变化趋势，中国主要入海河流有两种类型。入海输沙量呈减少趋势的河流包括：自二十世纪60年代以来输沙量开始减少的黄河、长江、辽河和淮河，以及分别自二十世纪80年代和90年代以来输沙量开始减少的海河和闽江；入海输沙量变化不大的河流包括：珠江、钱塘江和松花江。另一方面，入海径流量呈减少趋势的河流包括：自二十世纪60年代以来入海径流量开始减少的黄河、淮河和辽河，以及二十世纪80年代以来入海径流量开始减少的海河；入海径流量变化不大的河流包括：长江、珠江、松花江、钱塘江和闽江。
按照近半个世纪以来河流入海年径流量和年输沙量的相关性，中国主要入海河流可以分成三种类型：高水沙相关型河流(R<'2>=0.79～0.88)：海河、黄河、辽河和钱塘江:中水沙相关型河流(R<'2>=0.59～0.67):淮河、珠江、松花江和闽江;低水沙相关型河流(R<'2>=0.17):长江。对于高水沙相关型河流,高(低)入海年径流量一般伴随着高(低)入海年输沙量,反之亦然。中国9条主要入海河流在1953年至2003年期间,虽然入海年总径流量变化不大(51年平均的入海总径流量为14486×10<'8>m<'3>/a),但是,入海年总输沙量呈明显下降的趋势。有趣的是,统计表明,中国主要河流入海总输沙量与中国的人口、GDP呈一定的负相关。河流引水引沙、河道采砂等人类活动,特别是大量河流大坝和水库的修建,是中国河流入海总输沙量减少的主要原因。在1953年至2003年期间,中国9条主要河流入海年总输沙量有明显的三个阶段:高输沙量阶段(1953～1968),年均输沙量18.98×10<'8>t;中输沙量阶段(1969～1985),年均输沙量13.85×10<'8>t;低输沙量阶段(1986～2003),年均输沙量7.60×10<'8>t。中国22个典型水库淤积泥沙约143.581×10<'8>m<'3>,如果按照干泥沙容重1.3t/m<'3>计算,相当于186.66×10<'8>t。
2.三峡水库泥沙淤积
按照输沙平衡法,三峡水库一期蓄水期间及初期淤积泥沙估算如下:(1)2003年5月28日至6月10期间约499.74×10<'4>t(清溪场至黄陵庙陡),其中,约72[％]分布在清溪场至万县的库区;(2)6月1日至6月10日期间,约318.16×10<'4>t(清溪场至黄陵庙陡),其中,约74.6[％]分布在清溪场至万县之间的库区;(3)2003年淤积1.247x10at(寸滩至宜昌),其中,6月淤积3218×104t,占全年的25.8[％],6月至9月淤积11329×104t,占全年的90.8[％],6月到12月淤积12272×10<'4>t,占全年的98.4[％];(4)如果考虑三峡大坝至宜昌的长江河道冲刷,2003年三峡水库(寸滩至宜昌)淤积约1.359x10<'8>t泥沙。
3.三峡水库一期蓄水对长江干流泥沙的影响
三峡水库一期蓄水期间及初期,由于大量泥沙在三峡水库落淤,三峡大坝下泻的非正常清水导致宜昌和沙市间的河道严重冲刷。粗略估计在2003年6月1日至6月10日期间,宜昌站和沙市站之间的长江河道冲刷量约为47.59×104t。
总起来看,与2002年和2001年以及多年(1953～2000)平均值相比,虽然三
峡水库上游的寸滩站2003年逐月、年含沙量和输沙量减少，但是2003年三峡大坝下游(宜昌、沙市、汉口和大通)含沙量和输沙量的减少量比三峡大坝上游寸滩站的减少量大得多，这无疑说明三峡大坝下游的长江泥沙明显受到三峡水库蓄水的影响。4．三峡水库一期蓄水对长江进入河口泥沙的影响长江大通站2003年5月15日至7月15日期间涵盖三峡水库一期蓄水前后的逐日流量和含沙量变化，明显地存在三个阶段：(1)蓄水前阶段(5月15日至5月24)，长江进入河口的泥沙仍然属于自然状态，含沙量和输沙量随着流量的增加而增加；(2)蓄水阶段(5月25日至6月10日，包括5月25日至5月31日期间蓄水准备阶段、6月11日至6月10日期间正式蓄水阶段)，长江进入河口的含沙量、输沙量随着流量的减少而减少，是受三峡水库蓄水影响的阶段；(3)蓄水后阶段 (6月10日后)，在这个阶段中，至6月底前，长江进入河口的流量、含沙量、输沙量依旧保持在较小的值，从6月底至7月初开始，虽然含沙量和输沙量随着流量的增加逐渐增加，但是没有增加到自然状态，而是处于一个较低值，这是由于大量泥沙在三峡水库中落淤，出入三峡水库的泥沙不再相等，长江进入河口区的河水较以往清澈的缘故，因此这个阶段也不属于长江进入河口泥沙的自然阶段，而是受三峡蓄水影响的阶段。
三峡水库一期蓄水开始后，强烈影响到长江进入河口流量、含沙量的时间分别约为5天和1天；三峡水库一期蓄水完成后，强烈影响到长江进入河口流量、含沙量的时间分别为约20天和18天。
总起来看，与2002年和2001年以及多年(1953～2000)平均值相比，虽然大通站2003年径流量变化不大，但是2003年年均中值粒径、含沙量、输沙量都明显减小。类似地，与2002年和2001年对应月份以及多年(1953～2000)对应月份平均值相比，大通站2003年6月至12月含沙量、输沙量也明显偏小。
5．三峡水库一期蓄水对长江入海泥沙的影响三峡水库一期蓄水初期(2003年6月14日～24日)实测调查显示，长江冲淡水呈双峰状向外扩展，一股朝东南，一股朝东北，主轴明显地朝东北向扩展，这种扩展形态与当时长江径流量偏小有关。观测期间，长江冲淡水产生的羽状锋十分明显，大致位于10 m水深之上，位于河口东侧的水下河谷西侧有上升流、东侧有下降流现象。2003年6月中下旬长江冲淡水呈双锋状向外扩展，而高悬沙量在近岸侧也以双锋状分布，两者的位置基本一致，这说明高浓度的悬沙分布与长江冲淡水的扩展有关。
在分析三峡水库一期蓄水初期长江口及其邻近海域实测悬沙量的基础上，为了进一步研究三峡水库一期蓄水对长江入海泥沙的影响，运用国内外广泛应用的ECOMSED模式，考虑潮汐和河流入海水沙的情况下，数值模拟了有没有三峡水库一期蓄水情况下，2003年6月长江入海泥沙输运情况。
比较三峡水库一期蓄水和没有三峡水库一期蓄水的情况发现，2003年6月长江口及其邻近海域的悬沙分布，既有相同的地方，也有不同的地方。相同的地方：悬沙量随时空变化趋势是一致的，简单的说，就是无论大小潮，垂向上，悬沙量从表层往底层增加，在平面上，悬沙量在河口附近最大，其次过渡到杭州湾内，然后过渡到其他近岸海域，在口门附近，存在一个边缘悬沙浓度梯度最大的最大浑浊带：在时间上，悬沙量的分布既有大小潮变化，又有潮周期内的变化，简单地说，就是悬沙量在大潮时比小潮时大，潮周期内，悬沙量在涨潮时高于落潮时。不同的地方：悬沙量发生了变化，无论大小潮，虽然最大浑浊带以外的区域悬沙量变化不大，但是最大浑浊带的空间范围大大缩小，具体体现在：不但>100 mg/L等值线的空间分布范围缩小，而且最大浑浊带内同一位置的悬沙量，从表层到底层一般减少了约50mg/L。
这些研究成果可以为三峡水库、三峡大坝下游的长江干流、长江口及其邻近海域的环境整治和基础研究提供理论依据，以便采取相应措施，更好地发挥三峡工程在经济、社会和生态环境各方面的综合效益。同时，有助于各行业学者更好地了解三峡水库蓄水所产生的影响。
三峡水库;一期蓄水;长江泥沙
中国海洋大学
博士
海洋地质
翟世奎
2006
中文
TV145
118
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）