第二十届全国水动力学研讨会文集三峡水库建成后葛洲坝枢纽近坝段治理措施初步研究任昊谢作涛（长江勘测规划设计研究院，武汉，４３００１０）摘要：三峡工程蓄水运用后，水库下游河道含沙量较蓄水前大幅度减小，由此引发下游河道进行较长时期的冲淤变形调整．针对葛洲坝枢纽三江引航道可能出现的碍航局面，初步研究了葛洲坝下游河段治理措施．运用平面二维数学模型对河段治理工程实施效果进行了模拟，研究结果表明治理工程可一定程度缓解三峡蓄水运用后近坝段可能出现的碍航局面．关键词：葛洲坝下游；清水下泄；治理措施１前言葛洲坝水利枢纽自１９７３年动工兴建以来，坝下游河床冲刷下切、近坝段砂石料开挖及荆江裁弯等因素，引起了宜昌站水位特别是枯水位的持续下降。自１９７３—２００３年．宜昌枯水位（流量４０００ｍ３／ｓ）已较葛洲坝设计水位下降了Ｉ．２４ｍ。长江三峡水利枢纽蓄水运用后，水库下游河道含沙量较蓄水前大幅度减小，由此引发下游河道进行较长时期的冲淤变形调整。以适应新的水沙边界条件。葛洲坝枢纽下游河段是首当其冲受到三峡水库蓄水运用影响的河段，坝下游河床自上而下长距离冲刷下切和沿程枯水位下降亦将可能使宜昌站枯水位继续下降，对葛洲坝船闸。已有研究成果表明，宜昌枯水位将有可能继续下降１．Ｏｍ左右，枯水位下降将引起葛洲坝二号、三号船闸下闸槛槛上水深和下引航道航深不足，对船舶安全航行造成威胁。为确保通航，经专家论证，在三峡工程不同运行期规划要求葛洲坝下游枯水期最低水位为：（Ｉ）三峡围堰发电期，三江下游引航道的最低水位为３８．ＯＯｍ（吴淞基面），或三江下游引航道水深３．５ｍ，不影响现有船型船舶的安全通过：（２）三峡工程运行初期，三江下游引航道的最低水位为３８．５０ｍ（吴淞基面），或三江下游引航道水深４．Ｏｍ；（３）三峡工程运行后期，三江下游引航道的最低水位为３９．ＯＯｍ（吴淞基面）或三江下游引航道水深４．５ｍ，以满足三江航道通过万吨级船队的要求．针对三峡工程蓄水后葛洲坝枢纽下游可能出现的碍航局面．结合已有研究成果，初步研Ｅｍａｉｌ：ｘｚｔｌ９７９＠１６３．ＣＯｌｎ－７９８．第二十届全国水动力学研讨会文集究了葛洲坝下游河段治理措施。运用平面二维数学模型对治理工程实施效果进行了模拟．研究结果表明治理工程可一定程度缓解三峡蓄水运用后葛洲坝下游可能出现的碍航局面．２葛洲坝枢纽下游近坝段水位变化分析宜昌水文站为葛洲坝枢纽近坝段的水文控制。１９７０年以前，宜昌站水位流量关系稳定，枯水水位流量关系变化不大，从１９７０年葛洲坝枢纽动工兴建开始。枯水位开始有下降现象。随着葛洲坝水利枢纽运行，桔水水位流量关系逐步下挫。引起宜昌站枯水位下降的主要原因是葛洲坝下游长河段河床整体下切，河床下切的过程与水位下降的过程基本相应的。即河段冲刷一般使枯水位下降，河道淤积一般使枯水位抬升．表１列出了宜昌站枯水位变化情况，宜昌站枯水位（流量４０００ｍ３Ｉｓ）的变化大致经历了以下几个阶段：（１）以１９７３年为准。１９７３－１９８０年为葛洲坝一期工程施工阶段，河段内建筑骨料开采及河床冲刷使河床下切引起水位下降，开采量和冲刷量约８１２．７Ｘ１０４ｍｓ，水位下降了０．２５ｍ；（２）１９８１—１９８６年为葛洲坝一期工程运用期，宜昌河段共计冲刷３９１５．１Ｘ１０４ｍ３，宜昌站枯水位下降０．５０ｍ，平均每年下降０．０８ｍ，是水位下降较快的时期：（３）１９８７－１９９３年属于河床调整期，宜昌河段虽然淤积１１９０．２Ｘ１０４ｍ３，但水位继续下降０．３２ｍ：（４）１９９４－１９９７年属于稳定期，宜昌河段冲刷８８０．７Ｘ１０４ｍ３。枯水位下降０．０３ｍ；（５）１９９８年大洪水，葛洲坝水库的淤沙大量出库，使本河段呈现大量的淤积，淤积量达３２２１．０×１０４ｍ３，汛后宜昌枯水位回升０．５３ｍ：（６）１９９９年后宜昌枯水位又开始缓慢下降。１９９９－２００２年，河段共计冲刷３８５６．５Ｘ１０４ｍ３，宜昌枯水位又下降了０．６７ｍ；（７）自１９７３年以来至２００２年底，宜昌河段累积冲刷了６１６１．９Ｘ１０４ｍ３（含建筑骨料开采量），使宜昌桔水位下降累积值达到最大１．２４ｍ。表’宜昌站不同时期汛后枯水水位流量关系表（国家８５基面）以往研究工作【ｌＪ中，在原型观测资料的基础上，开展了大量的资料分析、数学模型和物理模型科研工作，对葛洲坝坝下游河床冲刷与枯水位下降等问题均进行了研究．综合以上各家预测成果．三峡水库１７５ｍ运用后宜昌枯水位将有可能较三峡水库蓄水前下降０．５帖１．２０ｍ左．７９９．第二十届全国水动力学研讨会文集右，枯水位下降将引起葛洲坝二号、三号船闸下闸槛槛上水深和下引航道航深不足，对船舶安全航行造成威胁。为保障葛洲坝三江下游引航道最小通航水深的要求，在三峡水库运用初期，需采取一定的工程措施，遏制河床下切、抑制宜昌水位继续下降、维持葛洲坝三江下引航道通航水深．３治理措施初步研究通过对宜昌至杨家脑重点控制河段以及多种航道整治建筑物分析的基础上，提出了护底加糙的防护型式，通过一维长河段多方案的模拟比较和二维重点河段局部护底工程的模拟计算，初步得出在三峡建库后宜昌至杨家脑河段采取护底加糙的防护措施是切实可行的。采取多处分散护底的形式不仅可达到抬高宜昌水位的目的，而且对局部河段的比降、流速影响较小。基于已有研究成果和近期河演分析成果，初步拟定人公桥、胭脂坝头部、胭脂坝尾部、虎牙滩、红花套、云池、宜都等７处具有对宜昌水位有控制作用的河段，进行护底工程方案比选。为确保护底工程在枯水时雍水效果，同时尽可能减小整治ｊ１二程对河道防洪的不利影响，守护高程初步拟定为宜昌流量６０００ｍ３／ｓ对应时的水位约３８．０ｍ。各处护底工程位置和长度见表２。表２葛洲坝下游护底工程护底长度及厚度在三峡水库蓄水运用后，由于水库调节的作用，枯季水库进入葛洲坝下游河道的流量将较水库蓄水前大幅度增加，分析河段整治工程治理效果时对应的宜昌流量是５０００ｍ３／ｓ。一般来说，河床护底后糙率较原河床糙率将有所增加。由于目前对河床护底加糙后的糙率变化研究还不十分透彻，且采用不同护底方式（如抛石、沉排等）时糙率增加亦有所不同，因此考虑了工程后不同的糙率增加以对比分析护底工程壅水效果。在２００４年１０月地形的基础上，采用平面二维数学模型对大公桥、胭脂坝头部、胭脂坝尾部、虎牙滩、红花套和云池等７处实施护底工程后壅水效果进行了模拟，模拟范围为宜昌至杨家脑河段。本研究采用的平面二维数学模型详细离散及有关处理参见文献【２】．－８００．第二十届全国水动力学研讨会文集３．１不同位置实施护底工程时的壅水效果对比由表３可见，不考虑糙率增加时，单独实施第ｌ￣７处护底工程时，宜昌水位壅高值范围为０．００３－０．０４２ｍ，第７处护底工程即宜都处壅水效果最好．第４处护底工程虎牙滩处壅次之。胭脂坝头部、胭脂坝尾部和红花套护底壅水效果基本相当．大公桥护底和云池护底壅水效果较接近。考虑护底工程实施后不同糙率增加时，各处护底壅水效果亦是以上规律．表３护雇工程实施后宜昌站水位与壅高值（２００４年１０月地形，流量为５０００一／ｓ）单位：ｉｎ３．２不同糙率系数对壅水效果的影响以虎牙滩和红花套护底工程为例分析不同糙率系数对壅水效果的影响，当分别考虑不加糙、加糙２５％、加糙５０９６、加糙１００％时，实施虎牙滩护底：【＝程后宜昌水位壅高值分别为０．０２１ｍ、０．０５０ｍ、０．０８３ｍ和０．１６６ｍ，实施红花套护底工程后宜昌水位壅高值分别为０．００３ｍ、０．０１ｌｍ、０．０２１ｍ和０．０４６ｍ。可见，若护底工程实施后只抬高河床时宜昌水位壅高值较小，随着糙率的抬高，工程实施后宜昌水位壅高值亦明显增加。基予以上分析，可以认为实施护底工程须使河床糙率有较大幅度的增加才能获得较好的壅水效果。３．３护底工程组合方案壅水效果对比在分析各处护底工程单独实施时壅水效果的基础上，进一步对比了护底组合方案对应的宜昌水位壅高值（表４）。由表４可见：自上而下护底工程实施越多，宜昌站壅水效果越好：由于第４处虎牙滩护底工程壅水效果较好，因此护底工程第ｌｏ处组合方案壅水效果要明显好于第１－２组合和ｌ￣３组合方案；护底工程第１～５处、第１－６处和第ｌ￣７块组合方案要好于第１￣４处组合方案，但工程量增加较多；一并实施虎牙滩和宜都护底工程时壅水效果与实施第１－－－４处护底工程时的壅水效果要略好于后～方案．总的来看，采用护底工程有一定的壅水效果。按护底工程实施后糙率增加２５％考虑．实施宜昌至虎牙滩护底可抬高宜昌水位约０．１０ｍ。实施宜昌至宜都护底工程可抬高宜昌水位约０．２０ｍ．－８０１．第二十届全国水动力学研讨会文集表４护庭工程组合方案实施后宜昌站水位与壅高值（２００４年１０月地形，流量为５０００ｍ３／ｓ）单位：ｍ４结论三峡水库蓄水运用后，葛洲坝枢纽下游近坝段可能较现状条件进一步下降。进而可能对葛洲坝枢纽三江船闸通航造成不利影响。为保障葛洲坝三江下游引航道最小通航水深的要求，需采取一定的工程措施，抑制宜昌水位继续下降、维持葛洲坝三江下引航道通航水深。本研究采用平面二维数学模型对葛洲坝枢纽下游护底工程方案进行了初步模拟。（１）采用护底工程有一定的壅水效果，葛洲坝枢纽下游人公桥、胭脂坝头部、胭脂坝尾部、虎牙滩、红花套、云池、宜都等７处的壅水效果进行对比，实施虎牙滩和宜都护底工程壅水效果相对较好。按护底工程实施后糙率增加２５％考虑，实施宜昌至虎牙滩护底可抬高宜昌水位约０．１０ｍ，实施宜昌至宜都护底工程可抬高宜昌水位约０．２０ｍ。（２）鉴于护底后河床糙率变化对护底工程壅水效果影响较大，需进一步对护底工程型式和护底后糙率变化进行深入研究，以保证护底工程的壅水作用。参考文献ｌ三峡工程建设委员会办公室课题专家组．中国长江三峡工程开发总公司三峡工程泥沙专家组主编．长江三峡工程泥沙问题研究１９９６—２０００第六卷；长江三峡工程坝下游泥沙问题（一）．北京：知识产权出版社。２００２．２谢作涛。张小峰，袁晶．一般曲线坐标系平面二维水沙数学模型研究及应用．泥沙研究’２００５（６）：５８－－６４．・８０２．第二十届全国水动力学研讨会文集ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｆｏｒｔｈｅｒｅａｃｈｎｅａｒｂｙＧｅｚｈｏｕｂａｒｅｓｅｒｖｏｉｒａｆｔｅｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅｇｏｒｇｅｓｐｒｏｊｅｃｔ（Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆｓｕｒｖｅｙ，ｐｌａｎｎｉｎｇ．ｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｗｕｈａｎ，４３００１０）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｆｔｅｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＰｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｗｉｌｌｄｅｃｒｅａｓｅｒａｐｉｄｌｙ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｃｈａｎｇｅｔｒｅｎｄｏｆｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｏｆＹｉｃｈａｎｇｓｔａｔｉｏｎａｎｄｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｈａｌｌｏｗｒｅａｃｈｓｌｏｐｅａｆｔｅｒｓｃｏｕｒｉｎｇｏｆＹｉｃｈａｎｇｎｅａｒｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ，ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｍｅ笛ｕｒｅｏｆｔｈｅｒｅａｃｈｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅＧｅｚｈｏｕｂａｒｅｓｅｒｖｏｉｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．ＲｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｓｔｈａｔＣａｎａｍｅｎｄｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｂａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒ－ｃｏｕｒｓｅ．ｄｏｗｎ－ｓｔｒｅａｍ；Ｒｅｌｅａｓｅｏｆｃｌｅａｒｗａｔｅｒ；ＲｅｇｕｌａｔｉｏｎＭｅ雒ｕｍＫｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇｅｚｈｏｕｂａ
