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三峡大坝截流20多年,库区已拦沙20亿吨,为何不抓紧挖沙清淤?

时间:2022-09-07 10:13:19 | 浏览:4141

三峡水库修建完成后,“高峡出平湖”的愿景终于成真。三峡大坝在拦蓄江水的同时又拦截了泥沙,长江中游的输沙率呈现出减少的趋势,不少人表示疑惑:长江中游流失的泥沙去哪儿了?中游输沙量减少的原因,一是和长江上游的绿化工程有关,从源头上减少了水土流失

三峡水库修建完成后,“高峡出平湖”的愿景终于成真。三峡大坝在拦蓄江水的同时又拦截了泥沙,长江中游的输沙率呈现出减少的趋势,不少人表示疑惑:长江中游流失的泥沙去哪儿了?

中游输沙量减少的原因,一是和长江上游的绿化工程有关,从源头上减少了水土流失;二是和三峡水库的建成、蓄水有关。1993年,大坝成功截流;2003年以来,三峡水库蓄水,2010年首次蓄水至175m的正常水位。据观测,下游枝城站的实测输沙量仍在减少,三峡库区的泥沙淤积量与日俱增。

所以,三峡水库不仅是一个“超级蓄水池”,还是一个“大型拦沙池”,而水和沙都有重要的资源利用价值。从资源储备的角度看,三峡水库无疑是长江最大的“宝库”!

三峡水库的蓄水能力究竟有多强?

无论是水资源的储备能力,还是泥沙的淤积特征,都和三峡水库的蓄水状态密切相关。在长江遭遇严重干旱的背景下,三峡水库的水资源显得愈加珍贵。

从蓄水能力来看,三峡水库在国内水库中首屈一指。根据满库状态下的蓄水量,即393亿m³计算,三峡水库在全国湖库中排名第四,前三位分别是青海湖(1050亿m³)、纳木错(768亿m³)、色林错(630亿m³);如果只在淡水湖库中排名,那么可以排到第一位。

在175m的正常水位下,三峡水库的蓄水量超过了丹江口水库的290亿m³,龙滩水库的273亿m³,也超过了鄱阳湖的260亿m³。作为中国第一大淡水水体,三峡水库为何这么能蓄水呢?

首先,该水库属于河道型水库,两岸高山丘陵连绵不断,提高了蓄水水位,最深处达到了320m深,坝前缓水区的平均深度也超过100米;

其次,三峡水库并不是单独的一段长江干流,还包含流量丰富的支流,比如磨刀溪、澎溪河、乌江、大宁河等等,支流与水库交汇形成了广阔的库湾,提高了蓄水水量;

最后,虽然三峡水库的平均宽度只有1.6km,但在长度上却更有优势,长达663km,因此蓄水面积超过了1000平方公里。

三峡水库的泥沙:不是威胁而是资源?

泥沙淤积是水库面临的一大难题,在长江上游的梯级水库中,淤沙的问题也普遍存在。

2019年发表在《水利水电快报》上的一篇文献显示,大渡河的龚嘴水库运行37年后,库区达到了66.3%的淤积率,兴利库容因此减少了18%。嘉陵江的碧口水库运行38年后,泥沙量也达到了3.05亿m³,损失库容占总库容的58.5%。淤沙对水库库容的影响,由此可见一斑。

三峡水库和重庆河段淤沙模拟图

三峡水库也不例外!在建库之前,水利专家就对三峡工程进行了严谨的论证,充分考虑到了泥沙淤积对水库寿命的影响。专家组分析:三峡水库是一个清水水库,天然输沙量远低于黄河,如果采用“蓄清排浑”的方式,运行80~100年后将达到冲淤平衡。届时,水库仍将保持86%的防洪库容和92%的兴利库容。

再考虑到调度优化(中小洪水排沙)、植树造林固沙、上游金沙江水库提前拦沙等有利影响,三峡水库的运行无须担心泥沙的影响。

实际的水文监测也打消了最初的担忧。我们来看一组数据:在70~80年代,三峡库区上游的年均输沙量高达4.8亿吨,90年代下降到了3.5亿吨,2003年~2009年进一步减少到2.1亿吨。

而最新的数据则显示,三峡库区在2021年仅淤积了0.716亿吨的泥沙,水库排沙比达到13.4%;从2003年蓄水以来,库区近20年的累计淤沙量为20.484亿吨,平均每年淤积1亿多吨。

这说明两点信息:一,泥沙淤积远低于预期,不足以影响到水库的安全库容;二,库区泥沙的储备量颇为丰富,具有巨大的利用价值。

在这20亿吨泥沙中,又有粗砂和细沙之分,分别沉降在不同的库段。背后的原理是:根据泥沙的沉积分选效应,上游的带沙水流最先进入回水区的末端,粗泥沙最先沉降;水流继续向大坝方向推进,沉积泥沙的粒径由粗变细;在坝前的常年回水库段,泥沙粒径最细。

中国典型水库的悬沙百分比(红线指示三峡水库)

根据《河流泥沙颗粒分析规程》的规定,粒径位于0.062mm~2mm之间的泥沙才能定义为“砂”,其中,粒径大于0.1mm的为粗砂,小于0.1mm的为细砂。在三峡水库中,粗砂的比例约为13.1%,排出率低,每年的入库量约为6000~7000万吨

粗砂是常见的淤积成分,但经济价值更高。这是因为粗砂粒径适宜,可直接用作建筑材料;长江中的粗砂经过自然的洗涤刷过程,表面清洁圆润,酸碱适中,不存在海砂固有的氯盐问题,安全性也更有保证。在价格方面,天然河砂远高于机制砂和粗骨料,常年在130元/吨以上。

需要指出的是,粗砂不利于水库的安全防洪,采挖粗砂有一定的必要性

粗砂主要沉降在库尾段,而库尾又位于三峡水库的上游,随着常年淤积,上游库段容易出现“翘尾巴”的现象,即河床主槽抬升,导致过洪能力变低,后果不堪设想。例如:黄河流域的三门峡水库就存在“翘尾巴”的问题,导致潼关河段的河床抬升,影响到了渭河的防洪安全。

所以,三峡水库中的粗泥沙可定时处理,合理清淤,一方面能提高上游的过洪能力,另一方面又能变废为宝,可谓一举两得。

长江水位降低,为何不抓紧挖沙清淤?

在长期高温与干旱的影响下,长江的各大湖库都出现了蓄水量减少的状况。截至8月22日13时,三峡水库的水位下降到了145.64m,汛限水位近在眼前。长江各站水位也普遍降低,比如:寸滩站为162.03m,宜昌站为41.62m,汉口站为16.69m,而大通站只有5.95m。

而每当看到“长江支流水位下降”、“鄱阳湖瘦成闪电”等报道时,总有网友在下面评论:正是采砂清淤的好时候!但是,枯水期的采砂清淤还需要慎重。首先我们要明白,现在的长江采砂业受到水利部的严格管理,不能说采就采,说清就清。

上世纪八九十年代,长江采砂业形成规模,到2000年前后,年采砂量超过8000万吨。河砂经济效益突出,被誉为“水下软黄金”,但高价值也催生了偷采、盗采的乱象。

由于诱人的经济效益,个体户大量涌入长江和两湖地区,非法采砂的现象屡禁不止。有些采砂户缺少安全意识,直接将河砂堆放在河道或滩涂,严重威胁汛期行洪、长江航运以及涉河建筑物的安全。

为规范采砂秩序,我国在2001年颁布了《长江河道采砂管理条例》,修改版本于2010年5月1日实施。根据长江河道的采砂规定,采砂可分为以下三种情况。

    一是沿江各省市根据长江河道变迁、河势变化、砂石补给等情况设定采砂规划。

  • 二是长江堤防的吹填固基,以保障防洪安全为目标。

    三是整治长江的主次航道,以维护长江航运为目标。

结合上面三个方面,大规模的采砂在当下并无必要。从河道形势来看,长江来沙量小,河势变动不大,两岸基础相对稳定,河槽深度也保证了航运的安全余量。从防洪角度来看,三峡水库的调度作用比清淤作用更有效,更安全也更省力,不需要通过大规模采砂来加深主槽。

另一方面,不规范的河道采砂反而有很多弊端,比如:采砂船在河床上制造出大小深浅不一的沙坑,会在水中引发漩涡和暗流,扰乱水体的稳定性,不利于航运安全。再者,不同河段的地质结构不同,在薄弱区采砂容易引发地质灾害,增加安全隐患。

不过,大家也无需担心资源无处利用,长江泥沙的资源化利用正在试点当中。在2019年,国内就针对坝前的淤沙进行了试点开采,采砂点距离大坝33.8~43.1km,采砂区域水深近100m,淤沙深度超过10m,并且都不是地质薄弱区和生态敏感区。

根据规划,两个清淤点的累积清淤量超过435万m³,其中有200万m³被投入到了宜昌市的重点项目建设中。总之,三峡库区淤沙的综合利用已受到国内重视,科学合理地“资源化”将充分体现出三峡作为“宝库”的价值。

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