??章　長江水沙調(diào)控的現(xiàn)狀與趨勢\\r\\n開發(fā)利用長江流域豐富的水資源，不僅可提供大量電力、改善我國能源結(jié)構(gòu)??br />緩解能源緊缺問題，而且有利于促進(jìn)西部經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、提高中下游防洪能力、實(shí)\\r\\n現(xiàn)水資源優(yōu)化配置，以及向北方跨流域調(diào)水、解決北方干旱缺水問題。然而，隨著\\r\\n水資源開發(fā)力度的增加，工程規(guī)模和體系不斷擴(kuò)大，必然將對天然的徑流、泥沙過\\r\\n程造成較大干擾，對上、中、下游的河流環(huán)境造成明顯影響，甚至危及河流系統(tǒng)功??br />整體健康。世界大河流域水資源開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)表明，對河流的水沙過程進(jìn)行科學(xué)有\(zhòng)\r\\n序的調(diào)節(jié)，將其控制在合理的限度之內(nèi)，是避免負(fù)面效應(yīng)的有效途徑。長江流域水\\r\\n資源極為重要，保持流域河流系統(tǒng)功能健康更加重要。如何在水資源開發(fā)利用的\\r\\n同時(shí)，避免負(fù)面效應(yīng)或?yàn)?zāi)害的發(fā)生，已成為最急迫需要研究和解決的重大關(guān)鍵問\\r\\n題。本章結(jié)合長江流域水資源開發(fā)的現(xiàn)狀和趨勢，論述了長江水沙調(diào)控的必要??br />和可行性，結(jié)合當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢以及長江流域的實(shí)際特點(diǎn)，分析了長江??br />沙調(diào)控的特殊性??br />1.1　長江流域水資源開發(fā)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢\\r\\n長江是我國第一大河，流域內(nèi)80%以上的土地面積適宜于人類的生活、生??br />和各類社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，在全球流域面積大??00萬km2的大江大河中舉世無雙??br />長江橫跨我國東、中、西三大經(jīng)濟(jì)區(qū)，東達(dá)太平洋，西控大西南，區(qū)位優(yōu)勢無與倫比??br />長江經(jīng)濟(jì)帶迅速崛起，發(fā)展成為我國基礎(chǔ)原材料、機(jī)電工業(yè)和高新技術(shù)等優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)\\r\\n集中地、現(xiàn)代金融密集區(qū)，比較優(yōu)勢全國領(lǐng)先。隨著西電東送、西氣東輸、青藏鐵??br />和南水北調(diào)等與長江流域息息相關(guān)的四大戰(zhàn)略性工程的實(shí)施，隨著以上海為龍頭??br />以南京、武漢、重慶為中心的開放型一體化經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，長江流域的戰(zhàn)略地??br />更加重要??br />經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展必然帶來越來越高的資源和能源需求。長江流域豐富的\\r\\n水量與水能資源，是維持流域乃至國家經(jīng)濟(jì)社會穩(wěn)定發(fā)展的基本保障。從水資??br />蘊(yùn)藏量來看，多年平均長江流域水資源總量??616億m3，占全國水資源總量??br />36%，其中地表水資源9560億m3，每平方千米水資源量54萬m3，為全國平均??br />??.9倍，是我國水資源較為豐富的地域之一。從水能資源蘊(yùn)藏量來看，長江流域\\r\\n水系龐大，河川徑流豐沛，落差??400m，水能理論蘊(yùn)藏量??.68億kW，約占全\\r\\n國水能資源的40%；可能開發(fā)的約為1.97億kW，占流域總量??9%，占全國??br />能開發(fā)水能資源的53.4%??br />眾所周知，長江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展依賴于水，西部大開發(fā)成敗的關(guān)鍵在于水，解決\\r\\n我國北方干旱缺水問題的“南水北調(diào)”工程的成敗仍在于水，長江的水資源是這些\\r\\n重大經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施中最重要的戰(zhàn)略資源。長江流域的水能資源可開發(fā)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)\\r\\n超過世界其他大河，充分開發(fā)利用長江水能資源，無疑對促進(jìn)西部大開發(fā)、改善我\\r\\n國能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)西電東送等均有不可替代的作用??br />1.1.1　水量資源開發(fā)利用趨??br />水資源是世界各國公認(rèn)的最根本、最基礎(chǔ)的戰(zhàn)略資源。雖然長江流域水資源\\r\\n豐富，但目前長江流域的用水、耗水量約為總水量的20%，大大低于國際通行??br />35%??0%的標(biāo)準(zhǔn)，尚有較大的開發(fā)余地，而我國的水資源分布呈現(xiàn)南多北少、汛\\r\\n枯分明的不均衡局面，進(jìn)一步開發(fā)長江水資源對于提高流域乃至全國的水資源??br />障能力具有重要意義??br />第一，長江流域的洪水是中華民族的心腹之患。據(jù)歷史記載??］，從公元前206\\r\\n年（西漢）至公元1911年（清末）的2117年間，長江共發(fā)生洪災(zāi)214次，平均??0\\r\\n年一次。其中，唐代平均18年一次，宋、元時(shí)期平均5年一次，明、清時(shí)期平均4??br />一次。近代以來，長江中下游連續(xù)發(fā)??931年??935年??954年??998年特大洪\\r\\n水，嚴(yán)重威脅著兩岸人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。因而，利用水資源調(diào)節(jié)工程對徑流??br />程實(shí)施調(diào)節(jié)，降低洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，是保障流域經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要［2］??br />第二，長江徑流主要由降雨產(chǎn)生，季風(fēng)對水資源的年內(nèi)、年際分配影響很大??br />以宜昌以上的長江上游為例????月主汛期的降雨量占了年均總量??9.1%，枯\\r\\n期僅??0.9%，而大氣環(huán)流異常常造成周期性的干旱事件。研究表明，我國的西\\r\\n南、長江中下游等區(qū)域存在以5??0年為周期的春季干旱缺水［3］，2004年大氣環(huán)\\r\\n流異常導(dǎo)致長江南部出??951年以來最為嚴(yán)重的秋季干旱事件??］，2006????\\r\\n月持續(xù)的高溫與少雨導(dǎo)致長江上游出現(xiàn)大范圍嚴(yán)重干旱，長江上??月份來水??br />比歷史同期平均值偏少超??0%，長江上游水位大幅下降，8??日宜昌出現(xiàn)歷??br />最小流量。這些事實(shí)表明，長江流域內(nèi)的水資源利用程度仍需提高，尤其需要更??br />完備的水資源保障工程體系來提高水資源調(diào)蓄能力，使汛期洪水能夠資源化［5］，??br />加可供水源??br />第三，我國水資源分布總體呈現(xiàn)南多北少的局面，北方地區(qū)??0世紀(jì)80年代\\r\\n以來水資源短缺的矛盾日趨嚴(yán)重，采用南水北調(diào)工程實(shí)現(xiàn)跨流域調(diào)水，將長江流域\\r\\n一部分水量輸送至北方可緩解該區(qū)域的水資源短缺。根據(jù)規(guī)劃，南水北調(diào)工程??br />東、中、西三條線路合計(jì)年調(diào)水量380億～480億m3，占長江水資源總量??%??br />右［6］，相當(dāng)于在北方增加一條黃河的供水量??br />第四，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長對水資源的需求越來越高。根據(jù)預(yù)計(jì)，??020年全\\r\\n國年用水總量將達(dá)6000億～6500億m3，是2002年的1.1??.2倍［7］。長江流??br />人口密集度高，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，需水增加更快。相關(guān)預(yù)測表明，長江流域2010年總需??br />量約3029億m3??030年總需水量??926億m3，遠(yuǎn)景水資源利用率將可能達(dá)到\\r\\n40%??0%??］。如果不安排新的供水工程，開源與節(jié)流并舉，水資源供需矛盾將會\\r\\n隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展而日益突出??br />1.1.2　水能資源開發(fā)利用趨??br />除了水資源利用方面的需求之外，開發(fā)長江水能資源也是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)??br />的必然趨勢。近幾十年來，我國的GDP年增長率持續(xù)保持??%以上，預(yù)計(jì)達(dá)\\r\\n2020年國內(nèi)生產(chǎn)總值要??000年“翻兩番”。經(jīng)濟(jì)增長必然伴隨能源需求的高??br />增長，根??003年國內(nèi)發(fā)電總裝機(jī)容??.91億kW計(jì)算，估??020年裝機(jī)容??br />將達(dá)9.5億kW以上。我國的能源結(jié)構(gòu)組成中，煤電??4%左右，居于主導(dǎo)地位??br />然而，我國的人均煤炭占有量只有世界平均水平??5%，煤炭屬于不可再生資源，\\r\\n按照當(dāng)前的開采速度17億t／a??0年后我國的煤炭資源將會耗竭。除此之外，??br />力發(fā)電還造成環(huán)境污染、交通運(yùn)輸?shù)确矫娴膲毫�，從發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)來看，采用水\\r\\n力發(fā)電改善能源結(jié)構(gòu)成為一種普遍趨勢。我國的水能資源居世界第一位，人均??br />近世界平均水平，水能是我國現(xiàn)有能源中唯一可以大規(guī)模開發(fā)的可再生能源，其開\\r\\n發(fā)兼有一次能源建設(shè)與二次能源建設(shè)的雙重功能，并且有利于減少環(huán)境污染、緩??br />交通壓力。然而，目前我國的水電裝機(jī)容量僅占全國電力的24%，開發(fā)程度僅\\r\\n22.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于世界其他國家。因此，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)決定今\\r\\n??5??0年內(nèi)將是我國水電的快速發(fā)展期??］??br />長江流域是我國水能資源的“富礦”，流域內(nèi)可開發(fā)水能資??.97億kW，占\\r\\n全國??3.4%，而煤炭和石油資料蘊(yùn)藏量僅為全國的7.7%??.4%，水能占長江\\r\\n流域能源資源總量??0%以上??0］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，長江流域的水能全部開發(fā)之后，年均\\r\\n發(fā)電量將??0275億kW·h，相當(dāng)于12個(gè)三峽電站，每年可節(jié)省發(fā)電用??br />5.6億t，少排CO2??2億t、SO2??400萬t以及大量廢渣、飄塵［6］。因此，長江\\r\\n流域的能源分布情況決定了在電力結(jié)構(gòu)上必須“因地制宜”，把優(yōu)先發(fā)展水力發(fā)??br />作為搞好長江流域能源平衡的戰(zhàn)略性措施，加快水能資源開發(fā)。除此之外，長江??br />域的可開發(fā)水能資源主要集中于上游，占全流??9%，加快西部水電開發(fā)，加大\\r\\n“西電東送”的力度，也是推進(jìn)西部開發(fā)，實(shí)行區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略最有效最可行的戰(zhàn)\\r\\n略措施??br />綜上所述，今后一段時(shí)期內(nèi)長江流域水資源（包括水能資源）開發(fā)將是大勢所\\r\\n趨，優(yōu)先開發(fā)建設(shè)綜合效益大的大型工程將是其主要途徑。實(shí)際上，大壩是具有??br />洪、水資源開發(fā)、清潔能源生產(chǎn)、航運(yùn)等綜合功能的基礎(chǔ)設(shè)施，長江上游大型水庫群\\r\\n的建成，不但使長江流域的水資源保障工程體系得到加強(qiáng)，而且能夠滿足本流域綜\\r\\n合治理和開發(fā)的多項(xiàng)需求??br />1.2　長江流域水沙輸移特點(diǎn)及其效應(yīng)\\r\\n長江流域呈東西長、南北短的狹長形，其中宜昌以上的上游長度??500km??br />控制流域面積100萬km2。長江上游主要流經(jīng)山地、丘陵，河谷深切，河道窄深，??br />降較大，河床穩(wěn)定；長江中下游進(jìn)入沖積平原，河道比降變小，水流平緩，河道邊??br />易于沖淤變形。這些地質(zhì)、地貌特點(diǎn)決定了長江水沙來量主要源于上游，而天然情\\r\\n況下水沙輸移引起的邊界條件變化，主要集中于中下游的沖積平原區(qū)??br />1.2.1　來水來沙特點(diǎn)\\r\\n長江流域內(nèi)雨量豐沛，多年平均降雨量為1100mm左右，降雨量自西向東??br />減，降雨主要集中于夏秋季節(jié)，4??0月的雨量占全年降雨量??0%以上。由于上\\r\\n游面積占了流域面積的絕大部分，因而盡管中下游存在著洞庭湖水系、鄱陽湖水系\\r\\n以及漢江等眾多支流沿程入?yún)R，但宜昌水量仍占大通入海水量的50%左右\\r\\n，洞庭湖、鄱陽湖各占大通流??6%??2%。由于支流眾多，干流相繼\\r\\n承泄各支流來水，因而長江干流徑流年際變幅不大，變差系數(shù)??.11??.16。長\\r\\n江干流徑流的多年變化主要是豐枯水年的交替。以出現(xiàn)頻率P??5%者為豐水\\r\\n年，P??5%者為枯水年，對長江各站年平均流量做頻率分析，表明在宜昌、漢口兩\\r\\n??00年左右的系列中，連續(xù)豐水期和枯水期交替出現(xiàn)各????次，平均15??6\\r\\n年出現(xiàn)一次連續(xù)豐水期與連續(xù)枯水期的循環(huán)過程??br />盡管長江中下游的洪水徑流也主要來源于上游，但洞庭湖、漢江、鄱陽湖幾大\\r\\n支流水系的作用也不可忽視。一般情況下，上游與中下游干支流洪水匯集時(shí)間??br />后錯(cuò)開，且中間有湖泊、河槽調(diào)蓄，不致釀成嚴(yán)重洪水，但由于洪水來源眾多，相??br />迭加，自上而下使得洪水歷時(shí)逐漸延長，洪峰緩漲緩落，宜昌站一次洪水過程在\\r\\n20??0d，漢口、大通超??0d。超長的洪水歷時(shí)使得較長時(shí)段內(nèi)江湖水位較高，一\\r\\n旦天氣反常，上游洪水與中下游洪水遭遇，將造成潰口分洪的不利局面??br />長江泥沙含量不大，但因徑流量大，總輸沙量仍然較大。類似于徑流量主要來\\r\\n源于上游的特點(diǎn)，長江干流來沙量也集中于宜昌以上，并且其集中程度較徑流更加\\r\\n明顯。從天然情況下多年平均的沿程含沙量變化來看，干流屏山站含沙量??br />1.71kg／m3，隨著沿途嘉陵江、烏江水量不斷入?yún)R，至宜昌站含沙量減??br />1.20kg／m3，進(jìn)入中下游后，隨著洞庭湖四水、鄱陽湖水系低含沙水流的不斷匯入??br />干流含沙量減小為0.5??.0kg／m3；從沿程的懸移質(zhì)輸沙量來看，屏山站為2.4??br />t，宜昌為5.3億t，大通站多年平均輸沙量約4.7億t。宜昌以下輸沙量減小的原\\r\\n因主要在于中下游河湖系統(tǒng)的沉積所致，以洞庭湖為例，三峽水庫蓄水前長江干流\\r\\n輸入洞庭湖的泥沙占洞庭湖入湖沙量??7%??7%，大部分淤積在湖內(nèi)，年淤??br />量超??億t。長江泥沙輸移的年內(nèi)特征主要表現(xiàn)為來沙量集中于汛期，宜昌站汛\\r\\n期輸沙量占全年的85%??8%。其中，7??月占57%??9%，較徑流量更加集\\r\\n中。金沙江干流汛期????月）輸沙量占年輸沙量??4.1%??7.5%，汛期與枯期\\r\\n相差6??0倍，其中最大月平均輸沙量是最小月平均輸沙量的80??400倍??br />長江的輸沙量年際也存在波動(dòng)，除了受徑流量影響之外，與主要產(chǎn)沙區(qū)的降雨\\r\\n情況也緊密相關(guān)。宜昌以上的沙量來源主要集中于金沙江與嘉陵江流域，金沙江\\r\\n多年平均懸移質(zhì)輸沙量約占宜昌??6%，嘉陵江??7%，兩者合計(jì)占宜昌站的\\r\\n73%，特大年份如1974年高??0%。由于產(chǎn)沙區(qū)較為集中，因而很大程度上這兩\\r\\n個(gè)流域的降雨影響著年際沙量的波動(dòng)，汛期降雨量大小、時(shí)空分布直接影響水沙量\\r\\n的組合搭配，這些將引起中下游河床年內(nèi)、年際的沖淤變形??br />1.2.2　河湖邊界的沖淤特??br />長江自宜昌出三峽進(jìn)入中下游沖積平原區(qū)，其中宜昌—江口為山區(qū)河流向平\\r\\n原河流的過渡段，河床組成主要為沙卵石。該河段內(nèi)兩岸多低山丘陵，河岸抗沖??br />強(qiáng)，河道外形穩(wěn)定少變，在荊江裁彎、葛洲壩蓄水等原因引起的沖刷過程中，河床??br />整主要表現(xiàn)為縱向沖刷引起的深泓變化和水位降低??br />長江中下游自江口以下為沙質(zhì)河床，其中又以城陵磯為界，上下游分別呈現(xiàn)彎\\r\\n曲和分汊的河型特征。枝城—城陵磯河段習(xí)稱荊江，該河段的演變特征主要表??br />為凹岸沖刷、凸岸淤積引起的彎頂曲率、頂沖點(diǎn)位置等方面變化，尤其以藕池口??br />下的下荊江河段最為典型，歷史上不斷蜿蜒擺動(dòng)，反復(fù)裁彎取直。除此之外，由于\\r\\n沙質(zhì)河床抗沖性弱，易于因外界條件的變化而產(chǎn)生明顯沖淤變化，20世紀(jì)60年代\\r\\n末至70年代初實(shí)施的下荊江人工裁彎工程縮短河??8km，造成了劇烈的溯源??br />刷，裁彎前后沙市枯水位下降達(dá)1m以上。雖然隨著兩岸護(hù)岸工程的逐漸完善，近\\r\\n期以來江口以下彎曲河段的平面輪廓已比較穩(wěn)定，但以邊心灘切割消長，主泓移位\\r\\n為主的局部河勢變化一直存在??br />城陵磯以下分汊河段的形成與兩岸分布的低山、基巖等控制性節(jié)點(diǎn)有密切??br />系，呈現(xiàn)出順直放寬型、鵝頭型等不同特征。除了鵝頭型分汊段周期性的主支移位\\r\\n之外，長江中下游的分汊河段比較穩(wěn)定，汛、枯期之間支汊分流比周期性調(diào)整，使得\\r\\n支汊能夠長期維持沖淤平衡。然而，由于泥沙易于在分汊段進(jìn)出口的分匯流區(qū)??br />積，在一些水沙條件較為不利的年份，汊道進(jìn)出口會形成礙航的淺區(qū)??br />總體來看，長江中下游的各段河道經(jīng)歷了復(fù)雜的歷史演變過程，雖有部分山丘\\r\\n階地的控制而沒有發(fā)生重大遷徙和改道，但主流擺動(dòng)、河道形態(tài)的變化仍然十分??br />繁。近代以來，兩岸的堤防、護(hù)岸工程逐漸完善，河道擺動(dòng)逐步得到控制，長江的??br />體河勢輪廓已基本穩(wěn)定，但一些局部河段的河勢變化依然存在，主要表現(xiàn)為主流局\\r\\n部擺動(dòng)，主支汊易位，江心洲灘的切割、淤并，彎曲河段頂沖點(diǎn)擺動(dòng)等，這些變化與\\r\\n水沙條件的年際波動(dòng)，尤其是一些特大洪水事件有關(guān)??br />長江中下游河道邊界變化的另一種主要形式是泥沙淤積引起的河湖關(guān)系調(diào)\\r\\n整。長江中下游沿岸分布著眾多通江湖泊與洼地，這些湖泊主要位于古云夢澤??br />長江泥沙長期淤積而形成湖積平原上，其中以洞庭湖、鄱陽湖及江漢湖群最為典\\r\\n型。這些湖泊與長江干支流之間存在著復(fù)雜的連通關(guān)系，對于長江洪水起著重要\\r\\n的分泄、調(diào)蓄、滯納作用，同時(shí)也是泥沙沉積的主要場所。長期以來，隨著干支流泥\\r\\n沙的逐年淤積，湖泊變淺，洲灘不斷被圍墾開發(fā)利用，湖泊面積日益減小，其調(diào)蓄??br />水的功能日趨減少。目前，平原區(qū)內(nèi)最大的兩個(gè)湖泊——洞庭湖和鄱陽湖仍與??br />江相通，它們的演變與長江河道演變息息相關(guān)，同時(shí)也制約著區(qū)域內(nèi)防洪形勢、生\\r\\n態(tài)環(huán)境等方面發(fā)展趨勢??br />1.2.3　人類因素對水沙輸移及河床演變的影??br />長江流域開發(fā)歷史悠久，各種人類活動(dòng)顯著影響著流域內(nèi)的水沙輸移過程??/p>