3 水库对航运的影响
川江航运在国民经济发展中具有极重要的地位,新中国成立以来经各方努力整治,航道条件已有很大改善。但由于受河道自然条件的限制,一直存在着几个难点尚未克服:
(1)水面坡降太大,而且受峡谷地形制约,水域不宽,水流湍急,宽浅段又受礁岩滩浅影响(“洪水阻于峡,枯季阻于滩”),反映在每单位马力拖轮的拖带能力上,至今每马力拖带量仍只有0.8t左右,远小于长江中下游马力可拖带10t以上或国外更高的指标。
(2)船型船队受到很大限制,长江中下游的通用船队难以进出川江,因而川江船队不能完全兼代,经济上很不合理。
(3)天然扎水影响实际航运时间,而且由于(1)、(2)等原因尚难以实现夜航。
建造水库和航运梯级渠化河道,改善航运条件是国内外行之有效的科学方法,而且无论美国哥伦比亚河,苏联伏尔加河的航运开发,都强调因地制宜,并无先支流而后干流的开发程式。葛洲坝水利枢纽一期工程建成以后,葛洲坝库区的航运条件已经得到了很大的改善。一方面,青滩、泄滩、空岭水田角等滩险已被壅水淹没而消失,航运安全有了保障;另一方面,巴东宜昌间由于水面坡降减小,流速降低,航行时间明显缩短。此外,45000m3/s以上的流量建库前船队扎水不通航,而建库后实际上5万m3/s流量也能顺利通航。
三峡工程最受关注的问题是:建库后变动回水区长期泥沙淤积在多大程度上影响航运?
从1960年开始,长江水利水电科学研究院和武汉水利电力学院就对这一问题开展了调查分析计算和自合江至涪陵的变动回水区推移质泥沙模型试验工作,两年来水利科学研究院、清华大学、武汉水利电力学院、交通部天津水运工程科研所和长江水利水电科学研究院又针对蓄水位150米的方案开展了数学模型分析计算和库尾典型河段泥沙模型试验等工作,经过各单位努力,正提出一大批说明变动回水区泥沙淤积冲刷规律的科学成果,将另有专文。这里仅从水文、规划及水库运用调度条件进行宏观分析,已可把视野进一步缩小和集中。
(1)每年5月、6月至次年3月都可有足够航深。三峡工程建库后,汛期6—9月,坝前水位135.00m,变动回水区的宽浅段虽有淤积,但入库流量大,能保持5m以上的航深,10月份(建库以后)虽因蓄水不能完全像建库前天然状况那样走沙冲槽,但蓄水升高水位,直至11月、12月和次年1月都能保持5m以上航深;另一方面尽管按调度库水位在次年2—4月都将消落,且5月底要消落至135.00m,但由于5月份的多年平均流量已高达12000m3/s(即使特枯年份,如1960年5月也有6770m3/s),变动回水区也有足够航深。
(2)2—4月只有在同时遇上特定几个条件时,才可能航深不足,必要的条件包括以下3点:
1)在宽浅河段局部地形特别不利处前一段严重的泥沙淤积在十月份以前未能冲走。
2)按调度坝前水位消落至很低,如135.00~130.00m。
3)入库流量很小,如2500~3000m3/s,从对1958—1975年共18年水文系列进行的水库调度规划看出,这18年中2月份的库水位最低(1960年)也有140.40m,说明2月份尚有足够航深,3月只有1960年、1963年和1973年这三年消落至134.60~133.80m,4月份只有1960年和1963年这两个特枯年分别降至130.00m及135.00m。
原型河段观测和20世纪60年代推移质泥沙模型试验都一致表明,重庆涪陵间不连续的淤积发生的部位多在宽浅开阔河段的下述部位:
1)礁、梁或局部障碍物的背水面。
2)近岸的回流区。
3)弯道下口河床展宽部。
4)洲碛(如忠水碛、金碛、平绥坝)的尾端(一般不碍航)。
5)较大的紧贴弯道的深槽上。
不连续的淤积形态常呈带状或散堆。开阔展宽带可出现沙波。深槽则多呈三角堆,在一定条件下也可有卵石波出现,但由于淤积既是局部性的,又受局部地形影响因而位置比较稳定,出浅的时间又较短暂,因之既可考虑工程措施(整治、疏浚),又可因其短暂而从调度上(推迟蓄水、短暂提高水位)加以解决。
宏观分析已可以定性说明,只“可能”在特枯年份3月、4月坝前水位极低而来流量很小时,在个别开阔段短暂出浅,至于到底在哪几个局部发生多么短暂的和什么程度的出浅,当由专门的变动回水区各个典型开阔河段泥沙模型试验的成果具体加以说明。
三峡水库蓄水运用后,出库水流含沙量小因而葛洲坝下游河床会发生长距离冲刷。20世纪60年代以来对宜昌以下的河床地质及床沙组成做过大量勘探、观测和数学模型分析计算,得出建库20余年后宜昌枯季同流量水位约降低1.5m。但如前所述,水库调蓄增大了枯季流量,可以补偿河床冲刷水位降低的影响,不致妨碍船队通过葛洲坝船闸及下游航行。
建库后三峡水电站进行日调节下泄不稳定流时,有可能1h内三峡坝下出现较大的水位涨落变幅。60年代已经做过长河段模型试验,证明在有葛洲坝水库壅水反调节的情况下,不致影响三斗坪至葛洲坝之间的航运。近年的水力学整体模型和无线电遥控船模进行的探索性试验,也表明在1小时内1m左右的涨率不影响航行,美国哥伦比亚河航运部门的规程的允许冬(枯)季邦涅维尔水电站(装机100万kW)进行日调节时1h内涨率达0.9m。
三峡水库枯水季蓄水至150.00m的方案,重庆长寿间航道仍是建库前的天然状态。但由于三峡坝高程为175.00m,有可能在进一步设计研究或调度运用中考虑抬高枯季蓄水位,以使重庆以下的航道能充分改善,使单位马力拖带能力达到中下游同等水平,并使未来川江船队能完全适用于中下游;反之亦然,这个前景是现实的。