第1章　绪言

1.1　三峡工程概况

1.1.1　工程基本情况

长江三峡水利枢纽工程是治理和开发长江的关键性骨干工程，其开发任务是防洪、发电、航运和水资源等综合利用。通过兴建三峡工程，可防止和减轻长江中下游、特别是荆江河段的洪水灾害；向华中、华东和重庆地区提供电力；改善长江重庆—宜昌河段及中游航道的通航条件等，发挥巨大的综合效益。三峡水库正常蓄水位为175m，汛限水位为145m，死水位为145m。相应于正常蓄水位，水库全长为660km，水面平均宽度为1.1km，总面积为1084km2，库容为393亿m3，其中防洪库容为221.5亿m3，水库调节性能为季调节[1]。

三峡工程采用坝式开发，坝址位于湖北省宜昌市三斗坪镇，距下游已建成的葛洲坝水利枢纽约40km；坝址处控制流域面积约为100万km2，多年平均年径流量4510亿m3，多年平均年输沙量为5.3亿t。三峡工程主要建筑物由拦江大坝、水电站和通航建筑物三大部分组成，工程建设总工期17年，按“一级开发、一次建成、分期蓄水、连续移民”的方案实施[2]。

三峡工程拦河大坝为混凝土重力坝，坝轴线全长2309.5m，底部宽115m，顶部宽40m，坝顶高程为185m，最大坝高181m。泄洪坝段位于河床中部，前缘总长483m，设有22个表孔和23个泄洪深孔，其中深孔进口高程为90m，孔口尺寸为7m×9m（宽×高）；表孔孔口宽8m，溢流堰顶高程为158m，表孔和深孔均采用鼻坎挑流方式进行消能。三峡工程的设计标准可防千年一遇洪水，校核标准是可防万年一遇洪水再加10%，即当峰值流量为98800m3/s的千年一遇洪水来临时，大坝本身仍能正常运行；当峰值流量为113000m3/s的万年一遇洪水再加10%时，大坝主体建筑物不会遭到破坏。三峡工程可将下游荆江河段的防洪标准提高到百年一遇；遇到超过百年一遇至千年一遇洪水，配合分蓄洪工程，也可保障荆江河段的防洪安全。

电站坝段位于泄洪坝段两侧，设有电站进水口，进水口底板高程为108m。电站压力输水管道为背管式，内径为12.4m，采用钢衬和钢筋混凝土联合受力的结构型式。三峡水电站共安装32台单机容量700MW的水轮发电机组，其中左岸14台、右岸12台、地下6台，另外还有2台50MW的电源机组，总装机容量为22500MW，多年平均年发电量为882亿kW·h。

船闸位于左岸山体内，为双线五级连续梯级船闸。单级闸室有效尺寸为280m×34m×5m（长×宽×坎上水深），可通过万吨级船队，年单向通过能力为5000万t。升船机为单线一级垂直升船机，可通过3000t级客货轮，单向年通过能力为350万t。在靠左岸岸坡设有一条单线一级临时船闸，满足施工期通航的需要，其闸室有效尺寸为240m×24m×4m。临时通航船闸停止运用后，该坝段改建成两个冲沙孔。三峡垂直升船机与三峡主体工程同步设计施工，1995年经国务院批准缓建；2013年2月28日，升船机工程进入全面建设阶段，2015年建成。

1994年12月14日，三峡工程正式开工建设；2003年11月，首批6台机组相继投产发电。2006年5月20日，三峡大坝全线建成，达到185m设计高程；2006年11月27日三峡工程蓄水至156m水位，2008年三峡工程试验性蓄水至172.8m，达到防御百年一遇洪水条件，电站26台机组全部投产发电，2009年8月通过了国务院长江三峡工程整体竣工验收委员会关于正常蓄水位蓄至175.0m水位的验收。2010年10月26日，三峡工程首次达到175m正常蓄水位，标志着其防洪、发电、通航和水资源等各项功能达到设计要求[3]。

三峡水库泥沙问题涉及的范围大，三峡库区175m蓄水位的回水影响长度（大坝至江津）约660km，如图1.1-1所示，其中，大坝至涪陵库段为常年回水区，长约500km，涪陵—江津库段为变动回水区，长约160km。三峡水库兴建后，水库常年回水区水深增大，水流流速减缓，滩险消除，航道条件得到根本改善；变动回水区上段的航道、港区较建库前也有明显改善，局部库段在枯季库水位消落时出现淤积碍航情况，采取疏浚等措施可以保证通航条件；库区万县、涪陵等港口将可建成为深水港，有充足的水域为干、支直达或中转提供编队作业区。

三峡水库对坝下游的影响直至长江河口，目前冲刷主要发生在宜昌至湖口的长江中游河段，长约955km；湖口以下的长江下游河段，长约938km，输沙量也大幅度减少。三峡水库的调节作用增加了坝下游河道枯水流量，试验性蓄水后枯水期流量提高至5500m3/s以上，且流量、水位的波动幅度明显减小，对航运有利；险滩被淹没，航道尺度扩大，航运水流条件改善，航道维护费用减少，船舶运输效益明显提高，运输周转加快，为保证航运安全及促进长江航运事业发展创造了极为有利的条件，对加速西南地区经济发展具有积极的促进作用。

1.1.2　工程泥沙问题研究概述

三峡工程泥沙问题的研究从可行性论证阶段即开始，针对规划、设计、建设、运行不同阶段关注的泥沙问题，组织国内有关科研院所、高校和设计单位进行持续的研究。自1983年国家计委审批长江三峡水利枢纽可行性研究以来，1984年，三峡工程水文泥沙研究工作开始就不同水位方案展开研究论证；1986年，根据中共中央、国务院《关于三峡工程论证有关问题的通知》的要求，开展了泥沙专题的论证工作，论证工作结束后，专门成立了三峡工程泥沙专家组，继续开展跟踪研究。在“七五”“八五”国家重点科技攻关期间进行了泥沙与航运问题的专题研究[4]。

在三峡工程规划、设计、建设和运行的不同阶段，三峡工程泥沙专家组组织国内有关单位对三峡工程的水文泥沙问题进行了持续研究。

“九五”期间（1996—2000年），由于三峡工程已正式开工，而永久船闸上引航道的布置尚未确定，三峡总公司对此十分关注，确定“坝区”的科研项目由三峡总公司科技委直接组织实施。为此，按任务紧急程度，确定了“一坝、二下、三上”的任务安排。“一坝”即坝区作为第一位任务；“二下”主要是葛洲坝水利枢纽下游近坝段通航水位问题，涉及芦家河以上河段整治方案，特别是控制河床下切，防止水位下降导致葛洲坝三江船闸闸坎通航水深不足；“三上”主要是对上游来水来沙的观测分析，重庆主城区河段走沙规律的观测分析，以及变动回水区的冲淤变化对航运、港口的影响和整治对策。“九五”水文泥沙科研成果汇编入文集《长江三峡工程泥沙问题研究（1996—2000）第八卷》[5]，并应用于工程建设之中。

“十五”期间（2001—2005年），水文泥沙研究工作是“九五”科研工作基础上的继续，除保持研究工作的连续性外，侧重围绕2003年三峡工程开始围堰蓄水运用展开研究工作，研究蓄水运用前后上下游的变化，检验以往的研究成果，修正或作出新的预测，为三峡水库调度运行提供了技术支撑。“十五”研究成果汇编入文集《长江三峡工程泥沙问题研究（2001—2005）第六卷》[6]。

“十一五”期间（2006—2010年），水文泥沙研究工作包括三部分：一是“十一五”长江三峡工程泥沙问题研究计划，二是长江三峡工程2003—2009年泥沙原型观测资料分析项目，三是配合三峡工程试验性蓄水进行的专题研究和调研。研究涵盖的范围主要自三峡枢纽上游流域至下游杨家脑河段，距葛洲坝枢纽约90km。研究内容主要包括：三峡水库近期入库水沙系列研究，三峡水库淤积观测成果分析与近期水库淤积计算，重庆主城区河段冲淤变化与整治方案试验研究，三峡水库变动回水区河段冲淤规律分析和二维泥沙数学模型计算，三峡工程坝区河段泥沙原型观测成果分析和试验研究，宜昌—杨家脑河段河床冲淤及其控制宜昌枯水位下降的工程措施研究，三峡水库试验性蓄水运行方案研究及查勘调研报告，以及三峡工程“十一五”泥沙研究综合分析[7]。研究成果为三峡水库调度运行、重庆港区治理、控制宜昌枯水位下降的工程措施的制定提供了技术支撑。

科技部、水利部和三峡集团公司等部门组织国内科研、高校、设计等单位开展了大量的三峡工程水文泥沙研究工作，研究内容不仅包括论证阶段提出的水文泥沙问题，还对长江上游水沙变化、三峡水库泥沙淤积、三峡水库调度方式、三峡水库下游河道水文泥沙情势变化及河道冲刷、江湖关系变化等方面开展了系统研究，具体总结如下。

1.1.2.1　长江上游水沙变化研究

针对三峡入库水沙的持续变化，国内有关单位对其影响做了大量的研究。在“十一五”期间，初步剖析了三峡工程运用初期水沙变化的内在原因，分析了气候变化、水库建设、水土保持、河道采砂等因素对三峡水库上游干支流水沙变化的影响[8]。揭示了上游干流和主要支流产流输沙差异及河道沿程输沙变化的特点，估算了长江上游推移质输移量，研究了新建水库群对三峡水库入库水沙条件产生的影响，预测了上游水沙变化趋势。国家重大基础研究973项目“长江流域水沙产输及其与环境变化耦合机理”也有相关研究内容。

1.1.2.2　三峡水库泥沙淤积研究

三峡水库泥沙淤积模拟研究成果较多，在工程论证、设计、施工、蓄水各阶段都针对备受关注的泥沙问题进行了跟踪研究，尤其是蓄水后的“十一五”期间，中国水利水电科学研究院和长江科学院等单位开展了“三峡工程水库泥沙淤积及其影响与对策研究”[9]，分析了干流泥沙沿水深分布规律，明晰了泥沙传播滞后于洪水传播的现象及其影响等；开发了能模拟复杂边界和水沙条件的水库淤积数学模型，定量预测了不同入库水沙条件和运行方案下的水库淤积规律及库容变化，提出了三峡水库泥沙淤积影响的对策与措施。

1.1.2.3　三峡水库调度方式研究

三峡水库调度方式的研究经历了三个阶段：三峡水库初期运行期方案研究、三峡水库正常运行期方案研究和三峡水库优化调度方案研究。在“十一五”国家科技支撑项目“三峡工程运用后泥沙与防洪关键技术研究”中，长江水利勘测设计研究院等单位提出了三峡水库的综合调度方式，重点考虑了蓄水调度与防洪调度。随着长江上游干支流梯级水库的建设，在新的水沙形势下，三峡工程泥沙专家组组织国内相关单位对三峡水库汛期中小洪水调度、提前蓄水、汛期水位动态变化和城陵矶补偿调度方式等进行了探索和实践，优化了三峡水库的防洪调度方式，提出了考虑防洪、泥沙、生态、航运诸因素要求的三峡水库综合优化调度措施，三峡工程运用初期的荆江河道治理方案，以及洞庭湖区、鄱阳湖区防洪综合治理措施，制定了三峡工程蓄水运用后的两湖生态保护对策，完善了长江中下游防洪体系的调度方式。

1.1.2.4　三峡水库下游河道水文泥沙情势影响研究

三峡水库下游河道泥沙研究成果也很丰富、长江委水文局对下游河道水文泥沙变化进行了连续观测和分析；“十一五”期间，中国水利水电科学研究院、长江科学院、南京水利科学研究院等单位利用数学模型和长江防洪实体模型研究了三峡水库运用初期长江中下游河道的冲淤变化，发展了中下游水沙数学模型和实体模型的模拟技术，揭示了三峡工程蓄水运用以来长江中下游干流河道与洞庭湖区冲淤变化特性，分析了坝下游河势、河型变化的机理并预测了河势、河型变化趋势[10]。

1.1.2.5　江湖关系变化研究

“十一五”国家科技支撑计划课题对长江中下游干流河道与洞庭湖及鄱阳湖冲淤变化特性等方面进行了研究，初步提出了江湖关系变化的应对措施[11]。定量计算了三峡工程运用后初期江湖关系的调整变化对长江中下游江湖蓄泄能力的影响，揭示了坝下河道冲刷、江湖蓄泄能力变化与长江中游防洪布局之间的相互作用关系，分析了两湖重要湿地对三峡工程蓄水运用的生态响应，揭示了长江中下游防洪与生态保护的相互关系。