２０１１年７月 第７期总第４５５期 水运工程 Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｕ１．２０１１ Ｎｏ．７ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．４５５ 三峡蓄水以来青岩子河段的演变规律 刘 勇，胡小庆，王 涛，张皤 （长江重庆航运工程勘察设计院，重庆４０１１４７） 摘要：通过大量的地形、水文、流速流向资料，详细分析了三峡蓄水以来变动回水区下段青岩子河段的泥沙淤积特点， 得到了几点认识：１）三峡蓄水后青岩子河段汛期水位抬高较少，流速约有减缓，以致未大幅淤积，这与模型试验论证成果 略有差别；２）青岩子河段淤积时间主要发生在９—１０月间坝前水位抬升时，淤积部位主要发生在金川碛尾、五羊溪、牛屎 碛深槽及桌子角；３）淤积区域与所处的河型有关；４）随着三峡水库的继续运行，青岩子河段将会发生河型转化。 关键词：三峡；变动回水区；淤积规律；河型转化 中图分类号：Ｔｖ ８１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－－４９７２（２０１１）０７—０１１９一Ｏ６ Ｏｎ．ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｒｕｌｅ ｏｆ Ｑｉｎｇｙａｎｚｉ ｒｅａｃｈ ａｆｔｅｒ ｉｍｐｏｕｎｄｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ—Ｇｏｒｇｅｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ＬＩＵ Ｙｏｎｇ，ＨＵ Ｘｉａｏ－ｑｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｔａｏ，ＺＨＡＮＧ Ｆａｎ （Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ ａｎｄ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１ １４７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｄａｔａ ｏｆ ｔｅｒｒａｉｎ，ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ，ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｒｕｌｅ ｏｆ Ｑｉｎｇｙａｎｚｉ ｒｅａｃｈ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｂａｃｋｗａｔｅｒ ａｒｅａ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｉｍｐｏｕｎｄｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．Ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ａｒｅ ｄｒａｗｎ：１）Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｅｘａｌｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｐａｌｌｉａｔｉｏｎ ａｒｅ ｌｅｓｓ，ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｏｃｃｌｌｒ ｉｎ ｇｅｎｅｒａｌ ｉｎ Ｑｉｎｇｙａｎｚｉ ｒｅａｃｈ．Ｔｈｉｓ ｉｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ；２）Ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍａｉｎｌｙ ｏｃｃｕｒｓ ｉｎ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ａｎｄ Ｏｃｔｏｂｅｒ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｉｓ ｒａｉｓｉｎｇ，ｍｏｓｔ ｉｎ Ｊｉｎｃｈｕａｎ ｍｏｒａｉｎｅ，Ｗｕｙａｎｇｘｉ，Ｎｉｕｓｈｉ ｍｏｒａｉｎｅ ｄｅｅｐ ｃｈａｎｎｅｌ ａｎｄ Ｚｈｕｏｚｉｊｉａｏ；３）Ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｒｅａ ｒｅｌａｔｅｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｐａｔｔｅｒｎ；４）Ｑｉｎｇｙａｎｚｉ ｒｅａｃｈ ｆａｃｅｓ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ ｐａｔｔｅｒｎ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ；ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｂａｃｋｗａｔｅｒ ａｒｅａ；ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｒｕｌｅ；ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ ｐａｔｔｅｒｎ 青岩子河段位于三峡变动回水区下段，原武 汉水利电力学院于１９８６－－１９８７年对青岩子河段做 了１６０ ｍ，１７０ ｍ和１７５ ｍ泥沙问题实验研究【ｌ＿２】， 但由于三峡提前１７５ ｍ试验性蓄水，上游来沙量 水浅险滩。该河段上下段较直顺，中下段弯曲。河 段上段军田坝至桌子角，两岸石盘、暗碛突出，形 成多个卡口段。河段中段，左岸有桌子石、磨盘滩 等石梁凸人江中，右岸有花园石、板凳角等石梁突 嘴，形成卡口控制节点。其下金川碛纵卧江心，将 河道分为左右两汊。左汊内有许多明礁暗石，枯水 不能过流，中洪水期流态极坏，不能通航；右汊为 有所变化，青岩子河段出现了新的冲淤特征。 １河段概况及天然演变规律 青岩子河段上距重庆８２ ｋｍ，位于长江上游航 道里程５５５～５６７ ｋｍ，全长１２ ｋｍ，是川江著名的枯 收稿日期：２０１０—１２—３１ 基金项目：西部交通建设科技项目（２００７—３２８－－０００－０８９） 主航槽，受桌子石、磨盘堆、腰卡子及青岩子等明 暗礁石的相互作用，航槽弯窄，枯水水深不足。在 作者简介：刘勇（１９８４一），男，硕士，助理工程师，主要从事港航工程的设计与研究工作。 ・１２０・ 水运工程 ２０１１．年 腰卡子和青岩子石梁之间，受弯道环流的影响，形 段水流分为左右两汊，左汊在１ ０００ ｍ左右，而右 汊在１５０ ｍ左右。 成大片浅区，多数年份都要进行维护性疏浚，才能 保证通航。在青岩子石梁以下右侧为茶壶碛卵石边 据天然实测资料分析，青岩子河段有３处淤 沙部位，即沙湾、麻雀堆和燕尾碛，其他位置均 不淤积。淤沙区内的泥沙汛后水流归槽后受到强 烈冲刷，年内冲淤基本平衡。 滩，左侧有麻雀堆等石梁。每年汛期，龙须碛—灯 盘石，金川碛尾—麻雀堆一带有大量淤积，汛后走 沙时有沙漩、边埂，流态较坏。河段中下段，上游 航道里程５５９～５６０ ｋｍ之间为一近乎９０。的急弯。 北岸红眼碛潜布河心，其下关刀碛、燕尾碛暗浅， ２三峡水库调度过程 伸出河心较开，与南岸湾内子船帮石盘及火炉石、 老鹰石、碓窝滩、猪槽梁、虾子梁石梁相对，枯水 三峡工程２ｏ０３年６月实现首次蓄水，坝前水 位按１３５ ｍ运行，汛后坝前水位按１３９珊运行； 期航槽浅窄，其中燕尾碛与碓窝滩间尤为窄狭、流 急。牛屎碛自南岸伸出河心，与北岸读书滩、香炉 滩突出石嘴间，枯水航道弯窄。尤以牛屎碛下翅潜 布河心甚开，逼近北岸湾内，致使长路板至香炉滩 一２００４－－２００６年９月，库水位按１３５～１３９ ｍ方式运 行（枯季坝前水位１３９ ｍ，汛期坝前水位１３５ ｍ）； ２００６年９月开始，三峡水库按１５６～１４４ ｍ方式蓄 水；２００８年汛后三峡进入１７５ ｒｎ试验性蓄水阶 段，具体蓄水过程见图１。 带水浅流急。当水位超过１５１．５ ｍ时，牛屎碛河 日期 图１蓄水以来坝前水位过程 ３蓄水后水流条件变化 ３．１水位变化 北拱水位站位于长江上游航道里程５５３ ｋｍ 处，上距青岩子约１２ ｋｍ，可用北拱站作为研究河 段的控制站。在三峡１３９ ｍ蓄水阶段，北拱为天 然河道，基本不受三峡水库蓄水的影响。１５６ ｍ蓄 水阶段，北拱水位有所抬高，但抬高幅度不大。 １７５ ｍ试验性蓄水后，北拱水位大幅抬高，特别 表１北拱水位站在汛期不同流量下的水位抬高值 （坝前１４５／／１） 流量／（ｍ ｓ ） １０ ０００ ２０ ０００ ３０ ０００ ３５ ０００ ４０ ０００ 水位抬高值，ｍ ２．８ ２．４ ０．９ ０ ０ ３．２汛期流速流向变化 川江河道淤积主要发生在汛期，汛期流速流 向的变化，决定着淤积数量和淤积分布。因此分 析汛期青岩子河段的流速流向变化，对分析青岩 子河段的淤积状况至关重要。选用多年汛期平均 流量Ｑ＝２０ ０００ ｍ３／ｓ对其进行分析。 由于没有流量为２０ ０００ ｍ３／ｓ的蓄水前后实测 流速流向资料，故只能依靠平面二维数学模型进 行分析。 是在蓄水期。从图２可以看出，２００９年全年受到 坝前水位的影响，最大抬高值为３０．０８ ｍ。 在汛期，当来流为１０ ０００ ｍ３／ｓ时，北拱站水 位抬高２．８ ｍ；当来流为２０ ０００ ｍ３／ｓ时，水位抬 高２．４ ｍ；当来流为３５ ０００ ｍ３／ｓ以上时，基本不 受坝前水位影响（表１）。 第７期 刘 勇，等：峡蓄水以来青岩子河段的演变规律 ・１２ｌ・ 根据工程河段的河势，并考虑计算需要的 Ｅ 进出口长度，选取计算区域为：进口位于上游 石沱镇（长江上游航道里程５６７ ｋｍ），出口位于 艇 ＊ 下游扁担梁（长江上游航道里程５５４ ｋｍ），总长 约１３ ｋｍ。 流量／（ｍ Ｓ。。） 平面二维数模在计算域内共布置６００ｘ６０个网 格点，经正交计算后得到如图３所示的正交网格 图，网格线的交角除岸边个别节点以外均为８８。～ ９２。，基本保持正交。网格沿流向间距ｌ０～４５ １＂Ｉ１， 沿河宽方向间距为２Ｏ一２８ ｍ。 图２北拱站水位流量关系 ３．２．１模型的建立 根据水流运动方程及拉普拉方程用Ｆｏｒｔｒａｎ语 言建立平面二维数学模型【３Ｉ。 鼍鼍 ｌ壤 寨 图３正交网格 ３．２．２模型的验证 据２００８年９月实测流速（Ｑ＝１９ ０００ ｍ３／ｓ）流 向对模型进行验证。结果显示：流速的大小和分 布以及最大值、最小值的位置均与实测资料较为 一致（图４）。各测点流速的计算值与实测值之间 ｂ１ 的差值大多小于０．１５ ｒｎ／ｓ。说明水流数模模拟的流 态、流速分布及其大小与实际水流基本吻合。 图４典型断面验证 ３．２．３计算结果 １）水位变化。 通过演算，三峡蓄水后，汛期（坝前１４５ ｍ） 平距／ｍ ａ１ １ 来流为２０ ０００ ｍ３／ｓ时，青岩子河段水位略有抬高， 抬高值约为２．１５ ｍ，抬高值不大。 ，１２２・ 水运工程 ２０１１生 ２）分流比变化。 ３．３消落期流速流向变化 三峡大坝修建前，来流为２０ ０００ ｒｎ７ｓ时左右 槽的分流比为１：２．６９；在坝前１４５ ｍ水位时，相 为分析汛期淤积的泥沙是否能冲走，于２０１０ 年５月对研究河段消落期流速流向进行了实测， 在来流为８ ２４０ ｍ３／ｓ时，该河段大部分流速０．６～ 同的来流条件下，左右槽的分流比为１：２．５６。可 见，三峡蓄水后，青岩子河段流向有所趋直，但 １．１ ｍ／ｓ之间，根据沙莫夫起动流速公式，可起动 由于水位抬高不大，导致分流比变化不大。 ３）流速流向变化。 由于水位约有抬高，过水面积加大，流速有所 减缓，但减小幅度不大，流向也没有大的改变，并 且流速仍然较大，泥沙较难大规模淤积（图５）。 鞭２３．０ ｝ ＿ 、 平距／ ａ］金川碛进口 ｂ）金川碛 平距／ｍ ｄ）牛屎碛深槽 图５蓄水前后典型断面流速变化 １．５－９．０ ｍｉＤ＿的泥沙。 通过蓄水前后水位、汛期及消落期流速流向 的变化分析可以得到： １）在汛期水位抬高较少，左右槽分流比略有 变化，流速约有变缓，但汛期流速仍然较大，泥 沙不易大规模淤积。但在五羊溪、金川碛尾及下 梁沱部位是缓流或回流区，是汛期可能淤积的部 位。 ２）通过消落期实测资料分析，消落期流速较 大，可冲刷１．５～９．０ ｍｍ的泥沙，泥沙不易发生累 积性淤积，但在桌子石流速较缓，易发生淤积。 ４冲淤特性分析 ４．１三峡蓄水以来的淤积量 笔者收集了蓄水前后多年实测河床地形资料， 以分析该河段在三峡蓄水以来泥沙冲淤变化情况。 １３９ ＩＴＩ运用期回水末端在涪陵李渡附近，青岩 子河段处于天然状态，年内虽有冲淤变化，但年 际间变化不大，基本保持冲淤平衡。 １５６ ｍ运用期间，回水末端上延至铜锣峡附近 ，青岩子河段进入变动回水区。从三峡原型观测 ２００６－－２００７年度分析报告结果【ｓ】看出，青岩子河 段在２００７年以前未造成较大范围的冲淤变化，无 累积性淤积的现象；从三峡原型观测２００７－－２００８ 年度分析报告结果看出，青岩子河段出现较大范 围的淤积，年际间淤积总量约为７６万ｍ，。青岩子 淤积情况见表２。 在１７５ ＩＴＩ试验Ｉ生蓄水阶段，青岩子河段水位抬 升幅度进一步加大，淤积强度进一步加大。２００８— ２００９水文年青岩子河段淤积约１００．５万ｎｌ ；２ｏ０９— ２０１０年继续呈现累积性淤积趋势，并且淤积范围、 部位有所扩展，但由于２０１０年消落期金川碛尾河道 采砂，缓解了青岩子河段的淤积，见表２。 由于在２００７年之前青岩子河段冲淤变化不明 显，因此用２０１０年４月份的测图与２００７年３月 份测图进行对比，用于分析三峡工程蓄水以来青 第７期 刘 勇，等：峡蓄水以来青岩子河段的演变规律’ －１２３・ 注：２００７年３月～２０１Ｏ年４月年际统计时未统计牛屎碛河段冲淤变化，但总共统计时考虑了牛屎碛的冲淤变化。 岩子河段淤积分布。通过测图对比，蓄水以来淤 其次是五羊溪、牛屎碛深槽（图６），这与水流条 积最大的部位是金川碛，淤积量约为９０万ｍ，的， 件变化分析成果基本一致。 注：１．图中冲淤变化根据２０１０年４月与２００７年３月实测河床地形比较得到。２．本图高程系统为吴淞高程。 图６青岩子河段泥沙淤积分布 ４．２主要淤积时间分析 通过２００８年４月一２０Ｏ９年５月间多次地形图 川江来水来沙主要发生在汛期，在天然时川 对比发现，淤积主要发生在蓄水期，其中２００８年 江的输沙属于次饱和状态，且近些年长江来水量 ４月一９月总共淤积了２９．３万ｍ。，蓄水期淤积了 较建库前没有改变，但来沙量大大减小。以寸滩 约８Ｏ万１１＂１ ，消落期约有冲刷。 站为例，三峡运行后年平均径流量为３ ２３０亿ｍ，， ４．３淤积物特征 较蓄水前平均径流量３ ４４０亿ｍｓ，相差不大；三 ２００９年对青岩子河段的淤积物进行取样（图 峡运行后年平均输沙量为１９ ８００万ｔ，较蓄水前 ７），所取沙样中值粒径为０．０８ ｍ／ｌｑ，属于沙粒范 年平均输沙量４３ ０００万ｔ减少了５４％。目前，川 围，以致采沙事件频发。 江含沙量是处于不饱和状态。 青岩子河段位于变动回水区下游，在汛期水 位抬高较少，流速改变不大，由于本身输沙不饱 和，泥沙不易淤积。９月中下旬，三峡工程开始蓄 水，坝前水位逐步抬高，但来水来沙量仍然较大， 可能造成泥沙淤积。 粒径／ｍｍ 图７青岩子河段淤积物颗粒级配 ・１２４・ 水运工程 ２０１１点 ５与三峡论证成果比较 武汉水电学院于１９８７年采用平面比尺１：２５０， 终向单一河道转化；研究河段下段位于急弯下游， 弯道半径仅为１ ０００ ｍ，蓄水后冲淤规律发生改 变，在弯道背后牛屎碛深槽已经出现累积性淤积， 随着水位受库区淤积影响，在汛期会水位大幅抬 垂直比尺１：１５０对青岩子河段做了１７５ ｍ蓄水方案 （前１Ｏ年采用１５６—１３５—１４０ ｍ，第１１年起采用 １７５—１４５—１５５ ｍ蓄水方案）的动床模型试验 。试 高，将水流趋直，牛屎碛深槽发生大规模淤积。 ４）随着三峡水库的继续运行，库区泥沙大幅 淤积，变动回水区汛期水位将会抬高，流速减缓。 泥沙普遍淤积，青岩子河段将会发生河型转化。 ５）航道部门及水利部门要关注青岩子河段的 验结果表明：前ｌＯ年，枯水蓄水期比天然情况下 水位壅高约１４ ｍ，汛期泄洪期，水位壅高近２ ｍ。 河势变化趋势为金川碛左槽略有淤积，右槽原深 槽逐渐淤满成为边滩，左槽成为新的航道，河型 发生变化。 通过分析，蓄水后淤积部位基本与武汉水利 淤积情况，及时掌握其淤积规律及航道演变情况。 参考文献： ［１１］ 武汉水利电力学院．三峡工程１６０ ｍ方案和１７０ ｍ方 电力学院成果基本相同，但淤积量及淤积范围比 模型试验成果要小，模型成果显示前１Ｏ年全河段 淤积量约为１ ３００万ｍ，，而实测资料表明三峡蓄 水以来（２００３－－２０１０年）淤积量为１７２．４万ｍ。左 右，这主要是由于近年来上游来沙量大大减少的 缘故。 案青岩子河段泥沙问题实验研究【Ｒ】．武汉：武汉水利电 力学院，１９８６． ［２】武汉水利电力学院．三峡工程１７５ ｍ方案青岩子河段 泥沙问题实验研究【Ｒ】．武汉：武汉水利电力学院，１９８７． ［３】刘勇，夏文颖．潼南县双坝村涪江采砂方案数学模 型【Ｊ】．水运工程，２００９（８）－１０７—１ １２． ６结语 ［４］长江科学院．三峡工程１７５ ｍ方案水库泥沙数学模型 计算成果分析［ｒｑ．武汉：长江科学院，１９８７． 【５】长江重庆航运工程勘察设计院．三峡航道泥沙原型观测 １）通过研究河段蓄水前后水流条件变化及蓄 水以来的冲淤变化，可以得出：青岩子河段在汛 期及消落期流速仍然较大，未发生大规模淤积。 ２）青岩子河段淤积时间主要发生在９月一１０ 月间坝前水位抬升时，淤积部位主要发生在金川 碛尾、五羊溪、牛屎碛深槽及桌子角；在汛期也 有少量淤积，主要淤积在金川碛尾、五羊溪及牛 （２００６－－２００９年）［Ｒ】．武汉：长江重庆航运工程勘察设计 院，２００９． 【６】李艳红，周华君，时钟．山区河流平面二维流场的数值 模拟［Ｊ］．水科学进展，２００３（４）：３７－４２． 【７１余利仁．正交贴体坐标系的生成【耶．河海大学学报， １９８８，１ ７（５）：７８—８５． 屎碛。 ３）青岩子上段为典型的分汊河段，其右汊道 【８］吴持恭．水力学（上册）【Ｍ】．北京：高等教育出版社， １９８４． 和洲尾易形成缓流，现已出现累积性淤积，随着 ｆ９９】 王昌杰．河流动力学【Ｍ】．北京：人民交通出版社，２００１． （本文编辑武亚庆） 三峡蓄水的继续运行，其淤积规模将会扩大，最 ・消 ，电・ 一航局承建的大连港３Ｏ万吨级码头升级改造工程竣工 ６月２３日，由一航局承建的大连港３０万吨级矿石码头升级改造工程竣工。 该码头是一航局２００４年建成的全国首座３０万吨级矿石码头，位于大连大孤山半岛东南岸，工程主 体为沉箱重力墩式结构。此次改造工程主要是在码头原有基础上，对港池进行开挖加深，并对沉箱基础 进行加固升级，使其具备靠泊４０万吨级矿石船的能力。 摘编自《中国交通建设股份有限公司新闻中心》
