三峽水庫消落期庫尾減淤調度效果研究

摘要：三峽水庫庫尾河段的泥沙淤積問題是影響庫尾河段航運的重點問題。依據2022年實測水文數據和河道固定斷面資料，采用體積法進行沖淤量分析計算；并結合減淤調度的實施情況，深入剖析消落期三峽水庫庫尾減淤調度效果；在此基礎上，探討了入庫水沙條件、壩前水位變化幅度以及前期庫尾淤積狀況等因素對減淤調度效果的影響。結果表明：① 2022年重慶市主城區河段泥沙沖刷主要集中在消落期，沖刷量達247萬m3，而汛期及蓄水期則發生泥沙淤積，淤積量為101萬m3。② 2022年嘉陵江河口段、長江干流朝天門以上河段、長江干流朝天門以下河段、銅鑼峽至李渡口鎮河段以及李渡鎮至涪陵河段的泥沙沖刷量分別為13萬，17萬，108萬，606萬m3和99萬m3，分別占消落期泥沙沖刷量的19%，19%，121%，82%和84%。③ 從減淤調度期間入庫水沙條件、壩前水位變化和前期庫尾淤積狀況與河段河道沖淤量相關關系來看，入庫水沙條件是影響減淤調度效果的最主要因素。研究成果可為優化三峽水庫調度策略，有效減少庫尾淤積問題提供重要參考。

關 鍵 詞：泥沙淤積； 減淤調度； 消落期； 庫尾河段； 三峽水庫

中圖法分類號： TV697.2 文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2025.03.027

0 引 言

三峽水庫的泥沙問題直接影響水庫的使用年限、庫尾防洪和航運等方面功能［1-3］，其中庫尾河段的泥沙淤積問題非常重要［4］，關系庫尾河段航運效率。水庫庫尾一般是指水庫蓄水的末尾段，即回水區。三峽水庫初步設計中關于庫尾河段泥沙問題研究的主要結論為：水庫運行的中后期，庫尾河段因泥沙淤積將影響碼頭作業，航道出現不同程度礙航。但研究同時指出，通過實施水庫優化調度、河道整治及疏浚措施［5］，庫尾河段的泥沙問題可以得到有效緩解［6］。

水庫消落期是指汛前水庫為騰空一定庫容，由正常蓄水位降至防洪限制水位的時段。自三峽水庫蓄水運用以來，庫尾河段的走沙期從天然情況下的9月中旬至12月中旬逐漸后移至次年汛前的消落期（4～6月）［7-8］。為應對庫尾河段泥沙淤積問題，提出了針對性的庫尾減淤調度技術。該技術依據消落期的水文泥沙特性，調節庫水位消落過程，促進變動回水區的沖刷作用，從而將前期淤積的泥沙有效沖刷至常年回水區［9-11］。自三峽水庫達到175.00 m蓄水位以來，已成功在2012、2013、2015、2019年及2022年等多個年份實施了庫尾河段消落期減淤調度，均取得了顯著的減淤成效［12］。其中，2022年消落期的減淤調度，由于長江上游來水偏豐［13］、壩前水位消落迅速，減淤調度成效非常突出。

本文基于詳細的實測水文資料和河段固定斷面資料，結合歷年的消落期庫尾減淤調度經驗，深入剖析了2022年減淤調度的具體效果，并進一步探討了入庫水沙條件、壩前水位降幅以及前期庫尾淤積狀況等因素對減淤調度效果的影響。研究成果對于優化三峽水庫的調度方案，減少庫尾泥沙淤積、提升水庫綜合效益具有重要參考價值。

1 研究區域及三峽水庫調度基本情況

1.1 研究區域及數據來源

研究區域為三峽水庫變動回水區［14］的重慶市主城區河段和銅鑼峽至涪陵河段，其中重慶市主城區河段共有長江干流大渡口至銅鑼峽河段約35.5 km和嘉陵江河口段約20 km，銅鑼峽至涪陵河段111.4 km，江津至大渡口河段基本處于天然河道狀態，不統計，具體分布如圖1所示。選取了朱沱站、北碚站、寸灘站的實測水文資料進行來水來沙分析。2022年5月中下旬前后，三峽水庫開展了消落期減淤調度工作。為充分掌握減淤調度工作效果，分別于4月中旬和6月上旬開展了兩次原型觀測，對重慶市主城區河段和銅鑼峽至涪陵河段開展了固定斷面測量。其中，重慶市主城區河段內布置有65個固定斷面，銅鑼峽至涪陵河段布置有59個固定斷面。水文資料和河道固定斷面等基礎資料均來源于水利部長江水利委員會水文局。

依據實測斷面資料，采用體積法［15］計算三峽庫區庫尾河段沖淤量，即用某一高程下兩個斷面兩測次間所包圍的體積差值計算沖淤量。

1.2 2022年消落期三峽水庫調度基本情況

2022年消落期三峽水庫上游來流及壩前的水位變動情況如圖2所示。2022年1月，壩前水位自大約171.00 m開始逐漸消落，至3月中旬，已消落至165.00 m左右，此后水位一直在165.00～166.00 m范圍波動。4月16日后隨著長江上游流量的顯著增加，壩前水位再次上升至169.50 m左右。5月5日后，壩前水位再次開始消落，直至6月9日16：00，成功降至汛限水位145.00 m。

自2022年4月份起，長江上游干流的來流量開始呈現逐步增長的態勢，一直持續到5月中旬，寸灘站出現一次較明顯洪水過程，洪峰流量達到18 500 m3/s。而長江上游的泥沙含量，自3月份起便呈現出一種漸進式的增長模式，直至5月份達到泥沙含量的高峰（圖3），寸灘站的沙峰出現時間與洪峰時間大致吻合，且沙峰峰值達0.088 kg/m3。這些變化為消落期三峽水庫減淤調度提供了良好的水沙條件。

2022年三峽水庫的減淤調度時段為5月16～28日。在此期間，壩前水位經歷了快速的下降過程，從162.59 m迅速降至151.03 m，日均水位消落速率達0.89 m/d，這一水位降幅為三峽水庫歷次消落期減淤調度的最高記錄。

在三峽水庫實施消落期減淤調度的關鍵時段，即5月16～28日，寸灘站的平均流量為11 900 m3/s，是三峽水庫歷次消落期減淤調度期間的最大來流量記錄，其對減淤效果產生了重要影響。

2 結果與分析

2.1 2022年庫尾河段水沙特性

圖4展示了2022年三峽水庫入庫和寸灘站的水沙條件。可以看出，2022年三峽水庫的入庫年徑流量達3 147億m3，比2003～2022年的平均值偏少15%。同時，入庫年輸沙量僅為1 358萬t，比2003～2022年均值偏少90%［16］。2022年寸灘站的年徑流量為2 851億m3，同樣比2003～2022年的平均值偏少15%；而寸灘站的年輸沙量為1 450萬t，則比2003～2022年的平均值偏少89%。

2022年實施減淤調度的5月份，三峽水庫入庫月徑流量359億m3，比2003～2022年的平均值偏多43%。而該月的入庫月輸沙量僅為349萬t，比2003～2022年的平均值偏少49%。寸灘站在5月份的月均徑流量為310億m3，比2003～2022年的平均值偏多51%；而寸灘站的月均輸沙量為138萬t，比2003～2022年的平均值偏少41%。這種流量偏多而沙量偏少的水文條件，為減淤調度的有效實施提供了極為有利的外部環境。

2.2 2022年庫尾河段沖淤變化特點

圖5揭示了2009～2022年間庫尾河段泥沙沖淤量的年際波動情況。自2008年三峽水庫試驗性蓄水以來，該河段的泥沙沖淤狀態經歷了顯著變化［17］。在2009～2011年的初期階段，河段整體呈現出泥沙淤積趨勢，累積淤積量高達1 625萬m3，反映了水庫蓄水初期對泥沙淤積的顯著影響。然而，自2012年起，隨著金沙江流域梯級電站的相繼建成并投入運行，上游區域的攔沙效應逐漸顯現，導致庫尾河段開始經歷顯著的沖刷過程。這一趨勢在2012～2019年間尤為明顯，期間河段累積沖刷量達到了6 755萬m3，顯著改變了河段的泥沙沖淤狀態。進入2020～2022年的階段，庫尾河段的泥沙沖淤狀態趨于穩定，基本達到了沖淤平衡。盡管如此，該河段仍出現了輕微的淤積現象，累積淤積量約為1 290萬m3，表明在長時間尺度上，河段仍受到多種因素的綜合影響。

而在2012、2013、2015、2019年和2022年這些實施庫尾減淤調度的年份里，河段的泥沙沖刷量分別達到了654萬，1 512萬，1 425萬，336萬m3和105萬m3。這些數據展示了實施減淤調度對河段泥沙沖淤狀態的有效調控作用。

圖6展示了2009～2022年的重慶市主城區河段泥沙沖淤量的年際變化情況，可以看出，這一時段內重慶市主城區河段泥沙沖刷活動主要集中在消落期［18］，其泥沙累積沖淤量達2 019萬m3，而全年泥沙累積沖淤量1 939萬m3，可知消落期泥沙沖刷量占全年的絕大部分。這一現象凸顯出消落期對于調節重慶市主城取河段泥沙狀態，維持河道形態穩定的重要性。

表1為2020～2022年三峽水庫分時段重慶市主城區沖淤統計數據。2020年長江上游發生大洪水，對重慶市主城區河段的泥沙淤積狀態產生了顯著影響。在汛期，該河段泥沙的淤積量急劇增加，達到了316萬m3，盡管汛后經歷了一定程度的沖刷，沖刷量達到183萬m3，但整體而言，河段仍處于淤積狀態。

進入2021年，重慶市主城區河段的淤積現象呈現出更加嚴重的趨勢。全部范圍內，無論是朝天門以上段、朝天門以下段還是嘉陵江河口段，均遭受了不同程度的泥沙淤積。其中，朝天門以上段的淤積量達到了71萬m3，朝天門以下段為38萬m3，而嘉陵江河口段的泥沙淤積量更是高達45萬m3。2020～2021年重慶市主城區河段累積淤積量已攀升至347萬m3，其中朝天門以上段和嘉陵江河口段的占比突出，分別淤積泥沙179萬m3和139萬m3，而朝天門以下河段也淤積泥沙28萬m3。2022年主要呈沖刷狀態，且主要是在消落期進行，其中4～6月減淤調度期泥沙沖刷量更是達到138萬m3，該時段寸灘站的平均流量達到10 850 m3/s，接近2020、2021年消落期平均流速的2倍。因此，該系列數據不僅揭示了長江上游洪水對河段泥沙淤積的影響，也凸顯了減淤調度工作的重要性。

在2022年，重慶市主城區河段的泥沙沖淤顯示了年內時段特征，在消落期，該河段經歷了顯著的泥沙沖刷過程，沖刷量達247萬m3，這一數值顯示了消落期水流條件對河段泥沙沖刷的重要作用。相比之下，汛期及蓄水期則出現了泥沙淤積現象，淤積量達101萬m3，這一對比表明，重慶市主城區河段在年度內的泥沙平衡主要依賴于消落期的泥沙沖刷作用。

圖7為2022年三峽水庫庫尾河段泥沙沖淤量分布。可知，2022年，重慶市主城區河段和銅鑼峽至涪陵河段泥沙沖刷總量為104萬m3，然而，全年范圍內，李渡鎮至涪陵河段出現了淤積。而在消落期，全河段的泥沙沖刷量達到1 104萬m3，特別是在減淤調度實施的4～6月，全河段的泥沙沖刷量更是達到843萬m3，占據了消落期總沖刷量的76%，顯示出減淤調度在這一時段內的顯著成效。從各河段的沖刷量分布來看，嘉陵江河口段、長江干流朝天門以上河段、長江干流朝天門以下河段、銅鑼峽至李渡口鎮河段以及李渡鎮至涪陵河段的泥沙沖刷量分別為13萬，17萬，108萬，606萬m3和99萬m3，占消落期泥沙沖刷量的19%，19%，121%，82%和84%。綜上，2022年減淤調度的實施，對于促進長江干流朝天門以下河段至涪陵河段的泥沙沖刷起到了積極作用，顯著提高了消落期的沖刷效率，有助于緩解河道淤積問題，保障庫區長期安全運行。

2.3 歷年消落期減淤調度效果及影響因素分析

2.3.1 消落期減淤調度效果

根據已有研究成果《三峽水庫庫尾泥沙沖淤預測模型研究》，三峽水庫庫尾河段的泥沙輸送特性已發生顯著變化，其主要走沙期已由蓄水前的汛后時期轉變為蓄水后的汛前消落期。這一現象為上游來流量、含沙量及壩前水位等多重因素的共同影響［19］。特別是在消落期，當入庫流量增大時，適時降低壩前水位成為了增強庫尾走沙能力的有效措施。

圖8為歷次減淤調度期間庫尾河段河道沖淤量。自三峽水庫實施175.00 m試驗性蓄水以來，2009～2022年重慶市主城區每年消落期平均泥沙沖刷量164萬m3，而在2012、2013、2015、2019年和2022年減淤調度實施年份，每年消落期平均泥沙沖刷量達254萬m3，超出54.9%。通過多次成功的庫尾河段消落期減淤調度［20］，庫尾河段的淤積問題得到了有效緩解。表2詳細記錄了歷次減淤調度的基本條件，寸灘站在這些時期內的平均流量范圍為5 600～11 900 m3/s，水位平均日降幅在0.31～0.89 m之間。而2022年的減淤調度期間，寸灘站的平均流量達到了歷次之最，同時水位平均日降幅也最為顯著（0.89 m）。

在2022年的消落期，長江上游來水充沛，加之壩前水位快速消落，為三峽水庫庫尾河段的泥沙沖刷創造了極為有利的條件。加之2020、2021年庫尾河段淤積較多，使得2022年的減淤調度成效尤為顯著。據統計，2022年減淤調度期間，三峽水庫庫尾河段泥沙沖刷量達843萬m3，這是歷次減淤調度中沖刷量最大的一次。

進一步分析歷次減淤調度的數據，可以發現，銅鑼鎮至涪陵河段在每次調度中均展現出較高的沖刷量占比，成為全河段泥沙沖刷的主要貢獻者。而在2022年，這一河段的沖刷量占比更是達到84%。這一成果給未來三峽水庫及類似流域的泥沙治理提供了寶貴的經驗和參考。

2.3.2 入庫水沙過程的影響

入庫水沙過程作為庫尾沖淤量的關鍵影響因素。本文以寸灘站為庫尾水沙控制站，深入分析歷次減淤調度期間的水沙動態及其對河道沖刷量的作用。圖9統計了寸灘站在歷次減淤調度期間的斷面平均流速、平均含沙量與庫尾河段河道沖刷量之間的關系。寸灘站2012、2013、2015、2019年和2022年的減淤調度期間斷面平均流速分別為1.73，1.77，1.94，1.55 m/s和2.13 m/s，斷面平均含沙量分別為0.125，0.081，0.048，0.023 kg/m3和0.033 kg/m3。通過分析，發現含沙量在決定河道沖刷量上反面的作用比斷面流速更為顯著。如2019年減淤調度期間，盡管斷面平均流速1.55 m/s是歷次減淤調度最小，但是其含沙量同樣處于極低水平，為0.023 kg/m3，仍實現了較大的泥沙沖刷量，達543萬m3。而2022年，斷面平均流速2.13 m/s是歷次減淤調度最大，含沙量卻較小（0.033 kg/m3），這一組合條件促使了歷次調度中最大的泥沙沖刷量達到843萬m3，進一步印證了含沙量在沖淤過程中的主導作用。

2.3.3 壩前水位下降幅度的影響

壩前水位下降幅度是庫區徑流過程的重要調控因素。由圖10可以看出，寸灘站的平均流速與壩前水位日降幅之間存在著緊密的相關性，相關系數高達0.809 6。但寸灘站的徑流變化并非僅受上游來流單一因素的影響，三峽水庫的攔截與控制作用同樣不可忽視。實際上，壩前水位下降幅度的主要調控來源于三峽水庫的下泄流量管控。當水庫通過調節下泄流量來控制水位時，不僅直接影響了壩前的水位變化，還間接作用于庫尾區域的徑流過程，包括寸灘站的水文特征。

因此，在探討庫尾減淤調度效果時，壩前水位下降幅度成為了一個不可忽視的關鍵因素。它通過影響庫區內的水流動力條件，如流速、流向等，進而對泥沙的輸移、沉積過程產生重要影響。在減淤調度實踐中，合理利用并控制壩前水位下降幅度，有助于優化庫尾區域的沖淤平衡，提升水庫的綜合效益。

2.3.4 前期庫尾泥沙淤積的影響

前期庫尾泥沙淤積厚度作為庫區地形條件的一個重要方面，也對減淤調度的效果產生了顯著的影響。具體而言，2012、2013、2015、2019年和2022年在175.00 m水位下，寸灘站的相應斷面面積分別為12 942，12 871，12 877，12 878 m2和12 732 m2，斷面面積略有波動，呈先減小后增加再減小的趨勢。其中2022年是沖刷量最大的年份，其對應的斷面面積也是最小的。因此，前期庫尾泥沙淤積對減淤調度會產生一定影響。

3 結 論

本文以2022年減淤調度前后實測的水文、固定斷面資料為主要研究對象，并結合2012、2013、2015年及2019年的減淤調度情況為參照，系統剖析了減淤調度的成效及其多種影響因素，尤其聚焦于入庫水沙特性、壩前水位下降的幅度以及前期庫尾泥沙淤積狀況對調度效果的影響作用。主要研究結論如下：

（1） 2022年消落期，長江上游來水偏豐，同時含沙量較低。寸灘站在5月份的月均徑流量為310億m3，比2003～2022年的平均值偏多51%，而寸灘站的月均輸沙量138萬t，比2003～2022年的平均值偏少41%。此間，減淤調度實施過程中，壩前水位快速消落，日均降幅達0.89 m，這一速度為三峽水庫歷次消落期三峽水庫減淤調度中的最大記錄。

（2） 在2022年消落期，全河段的泥沙沖刷量達1 104萬m3，特別是在減淤調度實施的4～6月，全河段的泥沙沖刷量更是達到843萬m3，占據了消落期總沖刷量的76%。從各河段的沖刷量分布來看，嘉陵江河口段、長江干流朝天門以上河段、長江干流朝天門以下河段、銅鑼峽至李渡口鎮河段以及李渡鎮至涪陵河段的泥沙沖刷量分別為13萬，17萬，108萬，606萬m3和99萬m3，分別占消落期泥沙沖刷量的19%，19%，121%，82%和84%。2022年減淤調度的實施，對于促進長江干流朝天門以下河段至涪陵河段的泥沙沖刷起到了積極作用，顯著提高了消落期的沖刷效率。

（3） 通過全面分析歷次減淤調度的成效以及驅動因素，認為入庫水沙條件的變動是決定減淤調度效果的首要因素；壩前水位的變化幅度則間接影響著減淤調度的實施效果；此外，前期庫尾泥沙的淤積狀況也會深刻影響調度過程中的沖刷量。

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（編輯：郭甜甜）

Study on sediment reduction operation effect at tail reach of Three Gorges Reservoir during drawdown period

XIAO Xiao1，DONG Bingjiang1，XING Long2，ZHU Lingling1

（1.Hydrology Bureau，Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China; 2.China Three Gorges Corporation，Yichang 443100，China）

Abstract：

The problem of sediment deposition at the tail reach of the Three Gorges Reservoir is a significant issue affecting navigation in the reservoir tail section.Based on the measured hydrological data and the fixed-section of the river in 2022，the sampling volume method was used to analyze and calculate the amount of erosion and deposition.Combined with the sediment reduction operations，the effect of sediment reduction operations at the tail of the Three Gorges Reservoir during the drawdown period was analyzed in depth.On this basis，the effects of inflow water and sediment conditions，water level variations in front of the dam，and previous sedimentation at the reservoir tail on the effectiveness of sediment reduction operations were discussed.The results show that：① In 2022，sediment erosion in the main urban area of Chongqing was mainly concentrated during the drawdown period，with the erosion amount reaching 2.47 million m3，while sediment deposition occurred during the flood season and impoundment period，with the deposition amount of 1.01 million m3.② In 2022，the amounts of sediment erosion in the Jialing River reach，the reach above Chaotianmen of the Changjiang River，the reach below Chaotianmen of the Changjiang River，the reach from Tongluoxia to Lidukou，and the reach from Lidukou to Fuling were 130 000 m3，170 000 m3，1 080 000 m3，6 060 000 m3，and 990 000 m3，respectively，accounting for 19%，19%，121%，82%，and 84% of the sediment erosion during the drawdown period.③ From the correlation analysis among inflow water and sediment conditions，water level changes in front of the dam，previous erosion and deposition at reservoir tail，and the erosion and deposition in river channels，it was found that inflow water and sediment conditions are the most critical factors affecting the effectiveness of sediment reduction operations.The research results can provide an important reference for optimizing the operation strategy of the Three Gorges Reservoir and effectively mitigating the sediment deposition problem at reservoir tail.

Key words：

sediment deposition； sediment reduction operation； drawdown period； reservoir tail reach； Three Gorges Reservoir

收稿日期：2024-08-27 ；接受日期：2024-11-18

基金項目：國家自然科學基金長江水科學研究聯合基金項目（U2040218）；中國長江三峽集團有限公司科研項目（0704220）

作者簡介：肖 瀟，女，高級工程師，博士，主要從事水文、泥沙、河道演變分析等方面的研究。E-mail：282663754@qq.com