三峽工程為泥沙研究提供了可貴的經(jīng)驗(yàn)

本刊編輯部

編者按：10月18日至21日，第九次河流泥沙國際學(xué)術(shù)討論會在湖北宜昌三峽壩區(qū)隆重開幕，來自全球40多個(gè)國家和地區(qū)的近500名河流泥沙專家參加了這一盛會。此次會議中心議題是“河流與水利工程的相互作用及其影響”。

在治理江河和流域的長期實(shí)踐中，中國在泥沙問題和處理方面積累了豐富的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，已躋身于世界先進(jìn)行列。會上，各國專家對包括三峽工程在內(nèi)的我國泥沙研究成果給予了高度評價(jià)。我國水利工程為泥沙研究水平的提高作出了哪些貢獻(xiàn)，三峽工程取得了哪些泥沙研究成果，帶著讀者關(guān)心的這些問題，本刊通過摘錄會議發(fā)言，采訪部分專家，組織了以下內(nèi)容，供讀者參閱。

水利部部長汪恕誠：提高泥沙學(xué)科水平推動泥沙科學(xué)治理

當(dāng)今世界，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長，人類對水資源的需求日益增加，在眾多的河流上都修建廠水利工程來調(diào)節(jié)水量、開發(fā)利用水資源。這些工程為人們創(chuàng)造廠防洪抗旱的有利條件，提供了可靠的供水和潔凈的電能，促進(jìn)了內(nèi)河航運(yùn)、水庫漁業(yè)、水上休閑等事業(yè)的發(fā)展，其效益是十分顯著和直接的。然而，這些工程，特別是大江大河上的骨于工程，改變了河流的自然形態(tài)和水文泥沙的天然過程．導(dǎo)致新的河床沖淤變化，水庫泥沙淤積，河道萎縮，灘地、濕地與河門三角洲的消長演變，以及河流水生態(tài)系統(tǒng)的失衡等等。一般而言，這些變化的進(jìn)程比較緩慢，但往往持續(xù)時(shí)間長、影響深遠(yuǎn)。因此，正碗評價(jià)和預(yù)測河流與水利工程的相互作用及其影響，合理兼顧和平衡水利工程的當(dāng)前經(jīng)濟(jì)效益與長遠(yuǎn)環(huán)境后果，是水利、冶河和泥沙工作者面臨的重大課題。

自上世紀(jì)50年代起，中國在黃河干流修建廠13個(gè)水壩工程，其中包括泥沙界著名的1960年建成的三門峽水庫與2001年竣工的小浪底水庫。在長江干流上，三峽工程正在建設(shè)，2003年已開始蓄水，2009年將全部建成。這些工程具有重大效益，也給長江、黃河的自然形態(tài)帶來深刻變化，為泥沙問題的研究和治理提供了生動的實(shí)例和可貴的經(jīng)驗(yàn)。圍繞著黃河小浪底工程與長江三峽工程的建設(shè)開展廣大量的泥沙研究。目前，大規(guī)模的泥沙原型觀測工作正在進(jìn)行。有關(guān)的泥沙研究成果和研究手段，將利用原型資料進(jìn)行檢驗(yàn)和完善，以提高泥沙研究的水平和指導(dǎo)水庫的泥沙調(diào)度。

泥沙問題是許多國家面臨的共同問題。泥沙問題的產(chǎn)生，與水文氣象、地質(zhì)地理、流域環(huán)境、河流特性以及社會經(jīng)濟(jì)條件、人類活動等密切相關(guān)：泥沙問題引起的后果．涉及耕地的存廢與生產(chǎn)能力、河流與河口的生態(tài)環(huán)境、河流的功能以及工程的壽命和效益等：泥沙問題的有效治理，有賴于不同地區(qū)、不同部門、不同專業(yè)和不同階層人們的協(xié)調(diào)一致的共同努力。因此，泥沙研究是一門橫跨多個(gè)領(lǐng)域、多種專業(yè)的學(xué)科。

中國三峽總公司總經(jīng)理李永安：不斷豐富和完善三峽工程泥沙問題解決方案

興建水利工程的目的是興利除害，改善生態(tài)平衡，促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展，使人類賴以生存的水造福于人類。但是，工程效益的有效發(fā)揮在很大程度上取決于我們對水利工程與河流相互關(guān)系以及相互作用關(guān)系的正確認(rèn)識。在多泥沙河流上修建水利工程時(shí)，正確理解和處理水利工程與河流泥沙的相互作用關(guān)系顯得尤為重要。

三峽工程所在的河流——長江，就正是這樣一條流量大而泥沙又較多的河流。長江是中國第一大河，也是世界上第三大河流。二峽壩址多年平均徑流量是4500億m3，多年平均流量為14300m3/s，多年平均輸沙量為5.2億t，多年平均含沙量為1.2kg/m3，實(shí)測最大含沙量為l0.5kg/m3。因此，三峽工程的泥沙問題被作為二峽水利樞紐八大技術(shù)難題，作為國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，成立“三峽工程泥沙課題專家組”進(jìn)行了研究。經(jīng)過長期的研究和試驗(yàn)，我們采取廠在樞紐布置上設(shè)置沖沙設(shè)施、在水庫運(yùn)行上采用“蓄清排渾”調(diào)度方式等措施，基本解決了這一難題。

然而，大自然是不斷進(jìn)化的，長江也是如此。隨著三峽水庫的形成和運(yùn)行，隨著長江上游水壩的陸續(xù)建成以及河流生態(tài)環(huán)境的演變，長江泥沙特性和泥沙運(yùn)動規(guī)律都會發(fā)生變化。同時(shí)，水庫泥沙淤積也將是一個(gè)漫長的動態(tài)過程。因此，我們必須對這一動態(tài)過程進(jìn)行跟蹤、觀察和研究以不斷地豐富和完善三峽工程泥沙問題解決方案。

中國工程院院士韓其為：水庫的長期使用在中國已是成熟技術(shù)

長江的泥沙問題，是三峽工程需要解決的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。作為全球河流泥沙界的盛會——第幾次河流泥沙國際學(xué)術(shù)討論會，之所以將會址選在長江三峽，我認(rèn)為大致出于以下三點(diǎn)考慮：第一，三峽工程的泥沙問題，因其數(shù)量大、難度高，不僅引起國內(nèi)社會各界的關(guān)注，而且引起國際上泥沙研究界的關(guān)注。第二，有關(guān)三峽工程泥沙問題的研究成果，作為此次會議的重要內(nèi)容之一，將在會議上介紹、討論。這充分說明了中國泥沙科研人員多年來在研究三峽工程的泥沙問題上做了很多卓有成效的工作，并取得了國際泥沙界的贊譽(yù)和某種認(rèn)可。第三，三峽工程的泥沙研究，已處于國際亡的領(lǐng)先水平。舉世矚目的工程，處于領(lǐng)先地位的泥沙科研成果，自然吸引著國際河流泥沙界的目光。

自上世紀(jì)50年代起。在黃河、長江上修建的眾多水電工程，在帶來重大效益的同時(shí)，也給長江、黃河的自然形態(tài)帶來深刻變化。原來的河流是一個(gè)河道，在江河上修建水電工程，建壩蓄水后，庫區(qū)就成了湖泊。另外，河道變成湖泊后，在上游會發(fā)生泥沙的淤積。泥沙淤積到一定的程度，如果得不到有效的解決，就會減少水庫的部分有效庫容，同時(shí)對航道、環(huán)境等也會造成一些影響。與此同時(shí)，下游河道也會產(chǎn)生沖刷。沖刷使河床和水位降低，河勢變化也可能會使河岸發(fā)生一些崩塌。無論是水庫還是江河下游，其效益是主要的，問題是如何降低、防止其負(fù)作用，這是可以防治的。因此，必須解決泥沙問題。

三峽工程蓄水后，庫區(qū)泥沙的淤積和下游沖刷等情況，均在原來預(yù)測之內(nèi)。這也證明了我國河流泥沙的科研成果是可靠的。

上世紀(jì)50年代，我國在北方建造了一些水庫，淤積問題很嚴(yán)重。對此，我國的科研工作者研究了“蓄清排渾”的控制泥沙淤積的水庫運(yùn)用方式，并在60年代初在個(gè)別水庫取得了成功。為解決三峽工程的泥沙淤積問題，我國的科研人員很早就進(jìn)行了大量的科研工作，建立了一整套理論，并從理論上證明了不僅在目標(biāo)單一、排沙有利的小水庫上做到“蓄清排渾”，而且在一般性的水庫上也可以做到“蓄清排渾”。這一理論，已經(jīng)在黃河三門峽等水庫得到證明。三峽水庫正是采用“水庫長期使用”的運(yùn)用方式解決庫容淤積的，使其能最終保留絕大部分防洪與發(fā)電凈庫容。

國際上對中國人解決三峽工程泥沙淤積這一技術(shù)難題給予高度評價(jià)。1987年，曾參與三峽工程建設(shè)可行性論證的加拿大CYJV明確表示，平衡坡降和長期保留庫容，在中國已經(jīng)是一門成熟的技術(shù)。處理三峽水庫泥沙淤積的策略，就是建立在這個(gè)基礎(chǔ)之上的，世界上沒有哪一國家像中國一樣在工程建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中就立足于水庫的長期使用。

當(dāng)然，上面談的是水庫庫容淤積，即全水庫淤積而言。至于因泥沙淤積對航運(yùn)和其它方面的某些影響問題，通過研究，明確措施，也是可以解決的。

英國埃克塞特(Exeter)大學(xué)教授威廉(DesmondE. Walling)：三峽泥沙問題的解決是中國專家成功的典范

埃及的阿斯旺大壩因低估了水庫庫區(qū)泥沙淤積的嚴(yán)重性，從而對牛態(tài)、環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。據(jù)我所知，阿斯旺大壩在建設(shè)前，沒有考慮泥沙淤積給各方面帶來的影響．也沒有數(shù)據(jù)和資料反映這方面的情況。如果阿斯旺大壩在修建初期也像三峽工程這樣，把這些負(fù)面影響考慮進(jìn)去，就不會出現(xiàn)對生態(tài)、環(huán)境造成嚴(yán)重破壞的悲劇。

中國的泥沙專家對三峽工程的泥沙問題進(jìn)行了長達(dá)20多年的深入、透徹的研究，對因修建大壩所造成的各種負(fù)面影響，研究得非常仔細(xì)，并有很多科學(xué)、詳盡的數(shù)據(jù)為論證提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，我認(rèn)為像阿斯旺大壩那種情況是不會在三峽工程出現(xiàn)的。

英國的水電站很少，能源大都來自熱能和核能。另外，英國河流的含沙量很小，因此，英國河流的泥沙問題不是很嚴(yán)重。相比之下，中國河流的含沙量較高。正因?yàn)槿绱耍袊嗌硨＜业慕?jīng)驗(yàn)更為奉富。多年的科學(xué)研究和實(shí)踐，使得他們更加知道如何解決泥沙問題。

清華大學(xué)教授張仁：三峽工程泥沙研究還有哪能些工作要做

在上個(gè)世紀(jì)80年代三峽工程可行性研究階段，有5個(gè)方面的問題人們墓本上取得了共識，正是由于有了這些共識，正是由于有了這些共識，三峽工程才能在1993年順利開工建設(shè)。這幾個(gè)基本的共識是：

(1)三峽水庫的有效庫容能長期保持。通過采用水庫蓄清排渾的運(yùn)行方式，145米-175米之間的庫容的大部分可長期保存下來；

(2)確定了重慶市的洪水水位。經(jīng)過計(jì)算，當(dāng)水庫運(yùn)用了100年，泥沙沖淤平衡之后，發(fā)生百年一遇的洪水時(shí)，重慶市的洪水位將達(dá)到199米，再加3米的安全系數(shù)，確定了重慶市移民的范圍。

(3)重慶港的泥沙淤積問題是可以解決的。三峽工程建成后，重慶港的泥沙淤積問題，可以通過優(yōu)化水庫調(diào)度方式和進(jìn)行港口與航道整治加以解決。

(4)確定了枯水期的通航限制水位。在145米至175米間的變動回水區(qū)，通過確定枯水期的通航限制水位，解決廠枯水期通航問題。

(5)三峽大壩攔沙對長江口不會造成嚴(yán)重影響．由于小于0.01mm的細(xì)泥沙不會在水庫中淤下來，同時(shí)，水流從宜昌到長江口在1800多公里的沖積河槽中可以得到細(xì)泥沙的補(bǔ)給，預(yù)計(jì)三峽水庫不至于對長江口帶來嚴(yán)重的不利影響。

三峽工程去年蓄水之后，上面水庫淤了，下面河道沖了，水庫開始要進(jìn)行調(diào)度運(yùn)用，從而產(chǎn)生了一系列新的問題。泥沙研究今后大致要做這幾個(gè)方面的工作。

一、三峽水庫泥沙的入庫量

測量表明，90年代進(jìn)入三峽水庫的泥沙比過左少了，嘉陵江的泥沙平均每年比過去減少約8000萬噸，金沙江的泥沙每年比過去減少約2000萬噸，到達(dá)宜昌的總沙量每年比過去減少了約l億噸。

經(jīng)過對嘉陵江流域的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)大致可以歸納為4個(gè)原因。①嘉陵江上游修了很多水庫，攔沙效果很好；②上世紀(jì)90年代有幾個(gè)旱年，平均年徑流量比過去少了約150億立方米，徑流量減少泥沙也就減少；③水土保持起子作用。1989年以后，國家在長江中上游進(jìn)行水土保持建設(shè)，禁伐森林、種草種樹，水文部門估算，平均每年可以減少泥沙1200萬噸；④沿岸城市建設(shè)每年挖沙大概有三、四百萬噸。

這四個(gè)原因除了雨下得少了是隨機(jī)的，以后可能要恢復(fù)，其他3個(gè)方面都不會有很大改變。而且，國家今后還將繼續(xù)在長江上游干支流上修建水庫。如金沙江上的溪洛渡、向家壩兩個(gè)大型水電站，這兩個(gè)電站一旦修成，就將會攔截進(jìn)入三峽水庫一半以上的泥沙，這對三峽泥沙問題的解決有很大的作用。例如重慶地區(qū)的泥沙問題，現(xiàn)在上面來沙少了，重慶港也就淤得少了，解決問題也就容易了。但這個(gè)問題仍需要繼續(xù)研究。這個(gè)問題解決好了，就可以把水位盡早地蓄上去，使三峽水庫發(fā)揮更大的作用。

二、三峽水庫防洪調(diào)度問題

(1)枝城補(bǔ)償調(diào)度方案與城陵磯補(bǔ)償調(diào)度方案

三峽工程在可行性論證階段討論過兩個(gè)防洪調(diào)度方案：補(bǔ)償調(diào)度方案和城陵磯補(bǔ)償調(diào)度方案。采用后者，可以長江中下游的分洪量，減少需要建設(shè)的分蓄洪區(qū)的數(shù)量，增加三峽水庫防洪運(yùn)用的機(jī)率，增加水庫的泥沙淤積。行性論證階段，為了使三峽不經(jīng)常攔洪和少淤泥沙，決定先采用枝城補(bǔ)償調(diào)度方案。現(xiàn)在三峽水庫即將建成了，就要進(jìn)行正常的運(yùn)用，這個(gè)問題就要研究了。

(2)多汛限的調(diào)度方案

林秉南先生提出，當(dāng)汛期大洪水來的時(shí)候，可以把水庫的水位降下來，讓上面來水把水庫里的泥沙沖掉，同時(shí)，又騰出了一定的防洪庫容。所以采用多汛限方案對減少三峽水庫的泥沙淤積和增加三峽水庫的防洪能力是有利的。但降低水位對發(fā)電和航運(yùn)有些不利的影響，所以對這個(gè)問題要進(jìn)行綜合的研究。

三、重慶河段泥沙問題

重慶河段泥沙問題是汛期泥沙要淤積，三峽水庫蓄水后汛后不能把泥沙沖完。現(xiàn)在有兩個(gè)辦法來解決這個(gè)問題。一是改變原來蓄水的過程，推遲蓄到正常(175米)水位的時(shí)間。比如，今年淤得多了，推遲蓄滿水庫，增加沖刷的時(shí)間，明年淤積量少了，就正常蓄水。當(dāng)然，這就需要有準(zhǔn)確的水文預(yù)報(bào)。另外一個(gè)辦法是通過工程措施，調(diào)整碼頭的岸線，縮窄河提高流速，減少泥沙淤積。但是，流速快了又于行船不利。這些問題還沒研究透，還需要繼續(xù)研究。

四、大壩下游河道沖刷問題

三峽大壩建成后，泥沙大約只有30%～40%能夠泄人下游，特別是粗的泥沙都留到了庫里。清水放下去，下游的河床就被沖了，于是導(dǎo)致3個(gè)問題。①葛洲壩船閘下游水位降低，造成船閘底坎和引航道水深不足。目前解決這個(gè)問題的辦法是，利用三期圍堰的超高蓄水，增加枯水期的流量；再就是在下游河道的關(guān)鍵河段進(jìn)行護(hù)底工程建設(shè)，避免河道進(jìn)一步?jīng)_深。還可以疏浚葛洲壩下游引航道，增加水深，但船閘底坎上的水深無法增加；另外一個(gè)辦法是改進(jìn)調(diào)度方法，改進(jìn)船型，提高船閘通航效率。②蘆家河河段是沙卵石河床，產(chǎn)家河以下是沙質(zhì)河床。清水一沖，沙質(zhì)河床很容易沖下去，但卵石河床沖不下去，將來這地方會形成一個(gè)陡坡，進(jìn)而造成礙航，需要及時(shí)加以整治。③沙市以下細(xì)沙河床的沖刷問題。三峽水庫建成后，下游河道將會產(chǎn)生長時(shí)間長距離的沖刷，造成河床降低，水位下降，這對防洪是有利的。但是，沖刷可能導(dǎo)致護(hù)岸底部淘空，進(jìn)而導(dǎo)致護(hù)岸垮塌決口，這是很危險(xiǎn)的。現(xiàn)在問題是，哪兒會被淘空?河勢將會怎么變化?這些問題需要研究。

五、長江與洞庭湖的關(guān)系問題

三峽工程修建前長江的洪水是需要通過洞庭湖來調(diào)節(jié)的，長江通過松滋口、藕池口、太平口3個(gè)分洪道與洞庭湖相連。下荊江裁彎和葛洲壩工程修建以后，荊江水位下降，洞庭湖對長江洪水的調(diào)節(jié)能力已經(jīng)大大降低。五六十年代，洞庭湖每年可以分蓄洪水1300億立方米，到了90年代，分蓄水量減少到了700億立方米左右。三峽建成后，荊江水位還要下降，因此分洪能力還要下降。今后洞庭湖究竟應(yīng)該分擔(dān)多少長江的防洪任務(wù)，洞庭湖究竟應(yīng)該如何治理，這個(gè)問題需要研究。

因此，三峽工程的建設(shè)現(xiàn)在雖已接近尾聲，但關(guān)于三峽工程泥沙研究仍然是任重道遠(yuǎn)的。