岷江流域来水来沙过程对三峡水利枢纽工程运行的影响

岷江流域来水来沙过程对三峡水利枢纽工程运行的影响

1成都平原西部河流岷江是长江的主要支流之一，流域面积13.6万公里。发源于四川与甘肃接壤的墨山南麓，分为东、西两源。东源来自社加岭，西源来自朗加岭，汇入松潘红桥关，向南流经四川中部的茂县、川县和都江堰，向南进入成都平原，分为四川和成都之间的长江。干流河道总长735km,天然落差3560m,平均坡降4.83‰。主要支流有黑水河、杂谷脑河、大渡河、马边河,呈不对称的树枝状。其中大渡河是岷江最大的支流,发源于青海省境内的果洛山东南麓,长1062km,流域面积7.74万km2,上游属川西高山、高原地貌,中游属川西南山地,下游属四川盆地丘陵区;青衣江则是大渡河的支流,长284km,流域面积13700km2。1.1引发洪水分析岷江径流主要来自降水和部分高原融雪,5～10月为丰水期,水量占全年的80%左右,11月至翌年4月为枯水期,水量占全年的20%。上下游气候有一定差别,江源为高寒高压区,年均气温仅5～10℃,年均降雨量700～800mm,沙坝至汶川一带为干燥少雨区,年降雨量仅600mm左右,汶川以下属暴雨区,气候湿润,夏季暴雨较多,年降雨量在1000～2000mm。岷江洪水多出现在7～9月,以7～8月发生大洪水的频率为最高。岷江除干流洪水外还接纳了大渡河、青衣江两大支流洪水。青衣江洪水洪峰与岷江干流洪峰遭遇机会较多,大渡河洪水洪峰与干流洪峰遭遇机会则较少。在同次洪水中,大渡河、青衣江两江洪峰流量一般占五通桥站洪峰流量的66%～70%。岷江干流乐山以上河段的大洪水多由成都平原区间大暴雨引发。支流大渡河洪水历时较长,峰低量大,多发生于6～9月。青衣江流域是著名暴雨区,其洪水峰高但量不大,多发生于7～8月。1.2流域水系及河流水文现状岷江地貌有明显分界,灌县以上全部流经高原和山地,茂县以上属于松潘高原,地势较高;茂县至汶川江面较为开阔,汶川以下河道穿越在海拔2000～3000m的崇山峻岭之间。灌县以下属成都平原,河道分汊,渠系密布;乐山以下属丘陵区,水流平缓,漫滩浅滩发育。都江堰市以上为岷江上游,都江堰至乐山为中游,乐山以下为下游。上游段河流全长340km,流域面积22950km2,落差3009m,全部流经高原和山地,主要支流有大姓沟、黑水河、杂谷脑河;汶川以下有渔子溪、白沙河等。岷江流至都江堰市进入成都平原,为著名的都江堰灌区,河流主要分成内、外江两大水系。外江主流为金马河,长117km,落差305m,平均比降2.6%,内江为灌溉渠系。内、外江汇合于彭山江口镇,向南流进入丘陵区。江口以下至乐山河道长115km,落差67m,平均比降0.6%,水流平缓,漫滩发育,段内主要支流有大南河、斜江等。岷江下游乐山至宜宾段,河道长163km,落差97m,河道比降0.59%,叉流浅滩极为发育,水面宽400～1000m;沿河两岸分布有较宽的台地及漫滩,两岸为低山起伏的丘陵地形;本段主要支流除大渡河、青衣江、马边河外,尚有龙溪河、越溪河等。1.3制造ma主要分布在合成区域中,主要分布于合成沙坪区的水沙流源,占总产沙量的20%岷江流域强产沙区(输沙模数大于1000t/(km2·a))主要分布于岷江下游、大渡河石棉至沙坪段、青衣江多营坪以上干流段,占总面积的10%,产沙量却达到岷江流域总产沙量的49%。流域产沙模数情况见表1。2流域内的水沙变化2.1沙量:沙量沙量明显减少,泥沙含量逐年增加为分析岷江流域主要测站水沙年际变化,点绘其年径流量、年输沙量历年过程线,见图1～4。从各年代水沙量变化来看,岷江干流高场站水沙量以20世纪60年代为最大,其分别达到900亿m3和6240万t,70年代分别减少至822亿m3和3390万t,80年代有所增大,分别为877亿m3和5710万t。近期水沙量与其它年代相比水量相近,沙量与70年代相近,与60年代和80年代相比则均出现较大幅度减少,其沙量分别为60年代和80年代的57%和62%。1950～2003年统计资料表明,1991年前后相比,高场站水量减少63亿m3,减小幅度为7%,沙量则由5260万t减少至3550万t,沙量减少1710万t,减幅33%。水沙年际变化主要特点为:(1)青衣江上游水量有所减少,但沙量有所增加。1991年前后相比,多营坪水文站径流量减少约15亿m3,减幅在13%左右;沙量则由859万t增加至1998～2003年的1190万t,增加331万t,增幅在39%左右。(2)岷江支流大渡河上游水量有所减少,但沙量有所增加。1991年前后相比,安顺场水文站径流量减少约10亿m3,减幅在37%左右;沙量则由130万t增加至166万t,增加36万t,增幅在28%左右。(3)岷江干流水量减少不大,沙量减少主要集中在彭山以上地区、彭山—五通桥及以下区域。彭山水文站沙量减少约640万t,占流域总减沙量的37%;五通桥水文站沙量减少约1000万t,占流域总减沙量的58%。2.2输沙量及流域地区沙量变化规律根据岷江流域各站多年水沙资料统计分析,其来水来沙特性见表2、3。由表可知,岷江流域水沙组成总体未发生明显变化,以岷江干流水量最丰,五通桥站多年平均径流量达771亿m3,占高场站89.6%;青衣江多营坪站和大渡河安顺场站径流量分别为110亿m3和17.8亿m3,分别占高场站12.8%和2.1%。岷江流域悬移质泥沙主要来自岷江五通桥以上地区,五通桥站多年平均输沙量4010万t,占高场站输沙量的83.2%。但相对全流域沙量变化平均水平而言,1990年以来由于各地区植被条件、水资源开发利用、人类活动等方面存在的差异,使得各地区水沙量及流域地区组成呈现出不同的变化特点,主要表现为青衣江和大渡河沙量有所增加,岷江上游干流及中下游干流地区沙量减少明显。受上游来水来沙条件变化影响,岷江干流五通桥水文站水沙量也发生相应变化。其多年平均径流量和输沙量分别为771亿m3和4010万t,分别为高场站的89.6%和83.2%(其控制面积为高场站的93.4%)。从1991年前后对比情况来看,水量减少幅度不大,沙量则相对有所减少,年均输沙量虽由1990年前的4350万t减少至1991～2003年的3370万t(减沙幅度为77%),但其占高场站同期输沙量的百分数则由82.7%增加至94.9%。说明岷江五通桥以上地区输沙量减少幅度小于流域平均水平。根据岷江流域各站多年水沙资料统计分析,岷江流域水沙组成总体未发生明显变化,以岷江干流水量最丰,悬移质泥沙主要来自岷江五通桥以上地区,1990年以来由于各地区植被条件、水资源开发利用、人类活动等方面存在的差异,主要表现为青衣江和大渡河沙量有所增加,岷江上游干流及中下游干流地区沙量减少明显。2.3情况对比,分析从高场站1987年前后平均悬沙级配变化对比情况来看,见图5。悬沙有所变细,其中值粒径由1964～1987年的0.030mm变细为1988～2003年的0.018mm。2.4输沙量相关趋势分析根据岷江流域主要测站不同时期的年径流量—年输沙量相关趋势分析,见图6。岷江水沙关系1991年前无明显变化,但近期水沙关系发生明显变化,较其它年代同水量下沙量相对减小。3上游水土保持综合治理减沙机制岷江流域植被条件良好,目前未被列入长江上游水土保持综合治理重点范围,水土保持措施等减沙作用不明显。其减沙主要由两方面原因造成:流域降雨条件变化;水库拦沙作用。3.1径流减少后实际含沙量对比限于条件,本文仅收集了岷江流域内7个雨量站1950～2003年年降雨量资料。经分析,1990年前和1991～2003年流域年平均降雨量分别为1053mm和985mm,减少约70mm,减少幅度在7%左右,与径流量减少幅度基本相同。其中,青衣江和大渡河分别减少约60mm和40mm,减少幅度均在4%左右;岷江干流区间减少约90mm,减少幅度9%。流域面上降雨量减小导致水文控制测站天然来水来沙的减小,高场水文站1991年后年径流量减少63亿m3(减幅7%)。根据高场站多年平均含沙量资料初步分析,其减沙量约350万t,约占高场站总减沙量的20%。同时由1954～1990年和1991～2003年年径流量—年输沙量关系来看,由径流量减少引起的减沙量约在400万t左右,约占高场站总减沙量的23%。因此,岷江流域由于径流量减少引起的减沙量在350～400万t,约占高场站总减沙量的20%～23%。3.2水库年堆积率及年适用减沙量根据长江水利委员会水文局1994年7月的长江上游地区水库统计资料,截至20世纪80年代末,岷江流域已建成各类水库893座,总库容16.01亿m3,年淤积率约为0.81%,即年均淤积泥沙约1300万m3。据此初步估算,1961～1990年水库共拦截泥沙3.9亿m3,占总库容的24%,因此这部分水库目前还在发挥一定的拦沙作用。岷江、沱江部分水库年淤积率及年淤积量统计见表4。据不完全统计,1990年以来流域内(主要是在支流上)修建的水库(水电站)总库容为3.64亿m3。如按1994年水库淤积调查的流域内水库平均年淤积率0.81%计算,并结合水库淤积调查资料分析,1990年以来流域内水库年淤积泥沙约1650万m3,合2150万t(主要是铜街子水库拦沙)。统计1950～1989年资料分析表明,由于龚嘴水库距离高场站较近,其拦沙量往往占到高场站减沙量的61%左右;而铜街子水库位于龚嘴水库下游约32km,其拦沙对高场站减沙作用系数在0.65左右。按此初步推算,铜街子拦沙对高场站减沙量在1300万t左右;其他水库(水电站)由于拦沙