三峡工程是国之重器，是治理和开发长江的关键性骨干工程，具有防洪、发电、航运、水资源利用和生态环境保护等巨大的综合效益。三峡水库已投运近20年，于2008年开始进行175 m试验性蓄水，2010年10月，三峡水库试验性蓄水首次达到175 m水位，至2020年10月，三峡水库连续11年实现了175 m蓄水目标。2020年11月1日，三峡工程转入正常运行期。

三峡水库在发挥防洪、发电、航运效益的同时，库区水沙运动特性较之于天然情况也发生了较大变化，随着库区水位抬升，流速减缓，水流挟沙力降低，库区泥沙逐渐淤积。泥沙淤积将侵占防洪库容，降低水库调节能力，影响发电，严重时可造成碍航。可见，泥沙问题是三峡工程建设与运行中的关键技术问题之一，只有妥善处理好泥沙问题，才能保证三峡工程长期使用，维持三峡水库功能的全面发挥，促进长江流域健康可持续发展^[1-2]。针对三峡工程的泥沙问题，早在工程论证及可行性研究期间，全国大专院校和科研设计等部门，投入了大量人力、物力，通过数学模型计算、实体模型试验、原型观测和国内外水库类比等方法，对三峡工程的泥沙问题进行了广泛研究。研究的重点是如何长期保持水库的有效库容不被淤废，预估泥沙淤积对重庆洪水位的影响，防止变动回水区泥沙淤积影响航运，以及坝区和下游的泥沙问题。通过研究，做出了一系列相关的预测，并探索了解决问题的途径和方法，从而为三峡工程建设的决策提供了科学依据^[3]。

在可行性研究阶段之后，三峡工程泥沙专家组会同国内20多个科研、设计、观测、管理等单位，组织、实施了“九五”、“十五”及“十一五”泥沙科研计划。随着工程的建设进程，先是配合设计，重点研究确定通航建筑物引航道的布置；蓄水前后，则是配合运行管理，重点研究在变化来水来沙条件下优化调度，以减少泥沙淤积带来的负面影响^[4-6]。

近十余年来，针对水库泥沙条件的变化和日益增长的社会需求，国内外众多专家学者持续开展水库泥沙淤积方面的研究，取得了很好的科研成果，主要表现在两大方面。一是基于实测的水文泥沙及河道地形资料，对水库来水来沙、水库淤积方面的研究^[7-10]，另一方面是基于数理统计、类比分析、数学模型等手段，对水库优化调度方面的研究^[11-14]，如中国长江三峡集团有限公司和长江水利委员会水文局通过持续的泥沙原型观测和系统研究，实现了泥沙实时监测与预报技术的创新，提出了三峡水库沙峰排沙调度、库尾减淤调度等“蓄清排浑”新技术，为三峡水库实施更为精细化的调度提供了支撑，推动了汛末提前蓄水、沙峰调度、减淤调度、中小洪水调度等一系列优化调度措施的实施。相关成果已经纳入三峡正常运行期调度规程，取得了较好的实践效果，为长期全面发挥三峡工程综合效益提供了重要技术支撑。以上研究成果极大丰富了三峡水库泥沙问题的相关认识，然而，三峡水库已投运近20年，蓄水位达到175 m也有10余年，并刚刚步入正常运行期，关于三峡水库蓄水以来的泥沙淤积及其影响方面的成果值得总结并供将来借鉴^[15]。

本文在已有研究成果的基础上，结合三峡水库蓄水运用以来的实测水文、河道地形观测资料，对近20年来三峡水库泥沙淤积特性及其对防洪、航运、地下电厂等的影响进行了较为全面的分析，研究成果可为三峡水库优化调度以及水库综合效益的全面发挥提供基础。

1 研究区域与数据来源 1.1 研究区域

研究区域为朱沱至三峡大坝的干流河段(河道长723 km)以及支流嘉陵江(北碚站控制流域面积15.7万km²)和乌江(武隆站控制流域面积8.3万km²)(图 1)。关于泥沙淤积对防洪库容影响的研究范围为库区145~175 m高程范围内的库容，库区航道影响的研究范围主要是常年回水区涪陵-大坝段，坝前段是三峡大坝至上游15.1 km的河段范围。

1.2 数据来源

所用数据为长江水利委员会所属三峡水库入、出库主要水文控制站朱沱、北碚、寸滩、武隆、清溪场、黄陵庙等站1950-2021年径流量、输沙量及泥沙级配等实测资料，以及三峡库区江津至三峡大坝2003-2021年固定断面观测资料。水库的淤积总量(2.1节)采用输沙量法计算得到，即不考虑区间支流，根据入库控制站朱沱、北碚和武隆以及出库控制站黄陵庙站计算所得；水库的冲淤量分布则采用断面法计算得到。

2 水库淤积及其分布特性

三峡水库蓄水运用以来，入库径流量略有偏少。2003-2021年三峡入库年均径流量为3744亿m³，较蓄水之前1956-1990年均值偏多3%，较1991-2002年均值基本持平。2003-2021年，三峡年均入库沙量为1.48亿t，较1956-1990年均值和1991-2002年均值分别偏少70%、58%。

2.1 水库淤积量

三峡工程蓄水运用以来，由于入库泥沙较初步设计值大幅减小，三峡库区泥沙淤积大为减轻。根据三峡水库主要控制站水文泥沙观测资料统计分析，2003年6月-2021年12月，不考虑区间来沙(来沙量约占总入库沙量的20%)，三峡入库悬移质泥沙26.807亿t，出库悬移质泥沙6.323亿t，水库淤积泥沙20.484亿t，近似年均淤积泥沙1.102亿t，仅为论证阶段(数学模型采用1961-1970系列年预测成果)的33%，水库排沙比为23.6%。库区淤积物中以粒径d≤0.062 mm的泥沙为主，其淤积量为17.797亿t，占总淤积量的86.9%，对应水库排沙比为25.4%，0.062 mm < d≤0.125 mm和d>0.125 mm的泥沙淤积量分别为1.453亿和1.227亿t，对应排沙比分别为7.1%和11.7%。三峡水库入出库泥沙与水库淤积量见图 2。

2.2 冲淤量沿程分布

三峡水库175 m试验性蓄水后，回水末端上延至江津附近(距大坝约660 km)，变动回水区为江津至涪陵段，长约174 km，占库区总长度的26%；常年回水区为涪陵至大坝段，长约486 km，占库区总长度的74%。

三峡工程蓄水运用以来，主要受入库沙量大幅减小、河道采砂和水库调度等影响，水库变动回水区总体表现为冲刷，泥沙淤积主要集中在涪陵以下的常年回水区。根据三峡库区固定断面观测资料计算，2003年3月至2021年10月库区干流累计淤积泥沙17.835亿m³，其中变动回水区累计冲刷泥沙0.694亿m³；常年回水区淤积量为18.529亿m³。

从库区冲淤量沿时分布来看，三峡水库围堰发电期(2003-03-2006-10)，库区淤积泥沙5.436亿m³，年均淤积量为1.81亿m³，泥沙主要淤积在丰都至奉节段和奉节至大坝段；初期运行期(2006-10-2008-10)，库区累计淤积泥沙2.502亿m³，年均淤积量为1.25亿m³；进入175 m试验性蓄水后，2008年10月-2021年10月库区累计淤积泥沙9.897亿m³，年均淤积量为0.76亿m³，见表 1。

与三峡水库蓄水前相比，库区大坝-李渡镇河段平均淤积抬高8.5 m，最深点和最高点高程分别淤高10.8和3.2 m。深泓抬高较大的断面多集中在近坝段、香溪宽谷段、臭盐碛河段、黄花城河段等淤积较大的区域。其中，近坝段河床淤积抬高最为明显(图 3)，变化最大的深泓点淤高67.9 m(位于坝上游5.6 km)，淤后高程为38.9 m。库区变动回水区李渡以上河段深泓点冲淤变化不大，平均淤高0.1 m。

2.3 典型横断面变化

三峡库区多年岸线基本稳定，断面变化主要表现在河床的垂向冲淤变化(图 4)。自蓄水以来，三峡库区淤积形态主要有：

1) 主槽平淤。此淤积方式主要出现在局部窄深型河段，如坝前段、臭盐碛河段、黄花城河段等。如位于坝前段的S34断面，是全河段抬升最大断面；位于臭盐碛河段的S113断面，蓄水以来，主槽最大淤积厚度达35.3 m，主槽淤积后过水面积减少了17.5%。

2) 沿湿周淤积。此淤积方式一般出现在宽浅型、滩槽差异较小的河段，主槽在前期很快淤平，之后淤积则沿湿周发展，如S32+1断面。

3) 以一侧淤积为主的不对称淤积。此淤积形态主要出现在弯曲分汊河段，以黄花城、土脑子河段为典型。黄花城河段上游分流段的S207断面左侧明显淤积，其最大淤积厚度为62.6 m，淤后高程约138.4 m。土脑子河段的S253断面右侧也出现累积性淤积，最大淤积厚度30.6 m，淤后高程154.1 m。

对于冲刷来讲，主要表现为主槽冲刷和沿湿周冲刷，一般出现在河道水面较窄的峡谷段和回水末端。如瞿塘峡S109断面，2003年以来主槽累计刷深8 m，为全河段刷深量最大的断面。

3 观测与研究成果对比

在三峡工程初步设计阶段和“九五”、“十五”、“十一五”攻关阶段^[3-6]，国内多家科研院所采用数学模型对三峡库区泥沙淤积及排沙比进行了较为系统的研究和对比，计算采用的水沙条件和主要成果分别见图 5和表 2。由于早期各阶段研究所采用的水沙条件等因素与实际情况存在一定的差别，计算结果与实测成果也存在差异。考虑到“十一五”攻关阶段，中国水利水电科学研究院和长江科学院对三峡水库的泥沙淤积进行了计算和预测，当时两家单位所采用的计算条件与现状条件较为接近，均考虑了金沙江下游溪洛渡、向家坝等水库蓄水运用给三峡水库入库水沙条件带来的影响^[14]，本文将近20年三峡水库的泥沙淤积情况与其进行了对比分析。

实测结果表明：2003年6月以来，三峡多年平均入库沙量为1.481亿t，库区干流累计淤积泥沙17.835亿m³，其中变动回水区累计冲刷泥沙0.694亿m³；常年回水区淤积量为18.529亿m³，水库排沙比为23.6%。“十一五”攻关阶段研究表明：三峡水库运用的20年内^[6]，考虑2013年金沙江下游溪洛渡、向家坝等水库蓄水运用，中国水利水电科学研究院采用年平均入库沙量为1.722亿t，计算得到2008-2027年库区干流累计淤积27.156亿m³，水库排沙比为21.15%，其中变动回水区淤积0.788亿m³；长江科学院采用年平均入库沙量为1.993亿t，计算得到淤积量为25.42亿m³，水库排沙比为36.23%，其中变动回水区淤积1.005亿m³。对比库容变化的计算成果来看，中国水利水电科学研究院计算得到水库运用20年175 m高程下库容损失约27.1亿m³，145~175 m间防洪库容损失1.4亿m³。长江科学院则计算得到防洪库容减少1.46亿m³，库容保留99.4%，与中国水利水电科学研究院计算结果基本一致，较实测库容损失量1.648亿m³略偏小，但前者计算仅考虑了嘉陵江和乌江两条主要支流，后者考虑了所有支流。

综上所述，两家单位计算得出的水库多年平均淤积量及排沙比较实测值均有所偏大，变动回水区冲淤则出现反向的情况，主要原因是近年来河道采砂、入库沙量偏小以及开展沙峰排沙调度和消落期库尾减淤调度等影响。

1) 河道采砂的影响。根据《长江上游干流宜宾以下河道采砂规划(2015~2019年)》，宜宾以下干流河道规划可采区年度采砂总量控制在1530万t左右。长江委水文局2017年开展的采砂调查表明，江津至涪陵段由采砂引起的地形变化量为1232万m³(约合1691万t)。

2) 入库泥沙边界条件的影响。长江上游径流量变化不大，输沙量减少趋势明显。特别是进入21世纪后，三峡上游来沙减小趋势仍在持续(图 6)，2003年以来，三峡平均年入库沙量为1.481亿t，较论证值减少了71%，“十一五”期间，中国水利水电科学研究院采用年平均入库沙量为1.722亿t，长江科学院采用年平均入库沙量为1.993亿t，分别较近20年来实测输沙量偏大14%和26%。

3) 水库优化调度的影响。近几年，根据泥沙实时监测与预报成果，三峡水库在进行防洪、航运调度的基础上，消落期利用水库库尾的泥沙冲淤特性及走沙时机，提出了消落期减淤调度方案，在2012、2013、2015、2019、2022年消落期进行了减淤调度试验，进一步减少了库尾特别是变动回水区的泥沙淤积；汛期利用入库洪峰、沙峰在水库内传播时间的差异，提出了沙峰排沙调度模式，并在2012、2013、2018、2020年汛期进行了初步试验；取得了较好的排沙和减淤效果，为水库有效库容的长期保留提供了有利的基础支撑。

4 水库淤积影响研究 4.1 对防洪库容的影响

2003年3月-2021年10月，175 m高程下库区干、支流累计淤积泥沙20.004亿m³，其中145 m高程以下淤积泥沙18.356亿m³，淤积在水库防洪库容内的泥沙为1.648亿m³，占175 m高程下库区总淤积量的8%，占水库防洪库容(221.5亿m³)的0.74%；175 m高程下库区干流累计淤积泥沙17.440亿m³，145 m高程下累计淤积泥沙15.923亿m³，库区干流防洪库容内淤积泥沙1.517亿m³。其中，江津至铜锣峡段防洪库容内冲刷0.693亿m³，铜锣峡至大坝段防洪库容内淤积2.210亿m³。从淤积量的沿程分布来看，库区干流防洪库容内泥沙主要淤积在涪陵-云阳河段，占铜锣峡-大坝段防洪库容内总淤积量的75%(长度占33%)(图 7)。

三峡水库防洪库容淤损与上游来水来沙、水库调度、人类活动等密切相关。上游来水来沙越多，防洪库容内泥沙淤积量也相对较多，汛期坝前水位上浮一定程度也增加了防洪库容内的泥沙淤积。如2020年长江上游发生大洪水，寸滩站洪峰流量达77400 m³/s，坝前最高调洪水位达到了167.65 m，坝前水位高于160 m的滞洪时间长达31天，干流防洪库容内淤积泥沙达2443万m³；2021年秋汛期三峡较大入库沙峰过程正处于水库蓄水期，干流防洪库容内淤积泥沙1124万m³。

有必要指出，虽然2020年和2021年库区干流静防洪库容内淤积量较三峡水库蓄水以来年均值有所偏多，但从多年观测分析成果来看，该淤积量仍在正常范围内，仅占水库防洪库容(221.5亿m³)的0.068%，不会对防洪库容造成影响。而且，近几年，三峡水库实施了消落期库尾减淤调度，尽可能多地将库尾淤积的泥沙输移至常年回水区，对于减少防洪库容内泥沙淤积是有利的，2012、2013、2015、2019年分别实施了库尾减淤调度，汛前消落期，重庆主城区河段分别冲刷了302万、330万、251万、139万m³，铜锣峡至涪陵河段分别冲刷了540万、867万、1237万、141万m³。另外三峡库尾河段河道采砂对于减少防洪库容内泥沙淤积也起到了一定的作用。

4.2 对航运的影响

三峡水库的蓄水大大改善了库区航运环境，促进了长江航道船舶大型化、标准化，提高了长江水路运输效率。在三峡工程发挥巨大效益的同时，在特定时段、局部区段出现泥沙淤积碍航的问题，主要表现为：常年回水区上段水深增加较大，航道水流条件变化明显，汛期流速明显减小，在三峡蓄水初期泥沙累积性淤积非常显著，部分重点水道短期内出现主航道出浅碍航的现象，其他重点淤沙水道泥沙淤积不断侵蚀和压缩主航道，可利用的航道尺度逐年缩窄；变动回水区中下段，由于汛期受坝前水位和上游来水交替影响，主要淤积颗粒较大的卵砾石，淤积速度相对常年回水区慢，但淤积物颗粒较大，汛后不易冲刷，且汛后蓄水提前，冲刷力度减弱，造成淤积不断发展，对航道尺度造成威胁；变动回水区上段，受三峡蓄水影响天然航道冲淤规律被打破，河道泥沙冲淤过程发生改变，由天然河道汛期淤积汛后冲刷改变成汛期淤积消落期冲刷，但消落期上游来流小，航道水深浅、流速小，冲刷强度弱，无法完全冲走淤积的泥沙，消落期主航槽流速和水深相对较大，输沙强度较大，造成枯水主航道成为泥沙主要输移通道，泥沙淤积和泥沙输移运动对航道条件影响很大，极易造成船舶出浅碍航。

从三峡水库蓄水初期库区淤积分布来看，三峡库区泥沙主要淤积在长寿以下库段内，以“点”淤积为主，泥沙间或性的淤积在弯曲段、宽谷段、分汊段以及支流入汇等河段。长寿以下库段内典型水道发生明显累积性淤积，其中黄花城、兰竹坝、凤尾坝、土脑子、青岩子-牛屎碛等水道最为明显(表 3)，泥沙淤积已经对库区航道条件产生影响，部分水道在三峡坝前为145 m防洪限制水时航道尺度不够，随着蓄水过程的不断推进，这种影响将更加明显，目前解决泥沙淤积碍航的手段主要是实施维护性疏浚。

4.3 对地下电厂取水口的影响

坝前河段(全长15.1 km)，2003年3月至2021年10月累积淤积泥沙1.929亿m³。坝前河段深泓平均累积淤厚39.1 m，最大淤厚67.9 m(距离大坝5.6 km)，见图 8所示。

目前坝前泥沙淤积体低于电厂进水口的底高程，淤积物颗粒很细，对发电取水未造成影响。右岸地下电厂前沿引水区域，2006年3月至2021年10月累积淤积泥沙521万m³，年均淤积34万m³/a。从泥沙淤积空间分布上看，关门洞以上区域的泥沙淤积较为明显，而关门洞以下靠近大坝的区域淤积幅度相对较轻。目前地下电厂前沿20~70 m范围内河床淤积面平均高程为104.5 m，高出地下电厂排沙洞进口底板高程(102 m)2.5 m，低于地下电厂进水口底板高程8.5 m，虽然泥沙淤积目前尚没有影响地下电厂取水口，随着蓄水过程的不断推进，应持续加以关注。

5 结论

三峡水库蓄水至今近20年，为反映蓄水以来库区泥沙的淤积情况，本文采用原型观测资料，对库区泥沙淤积及其影响进行了研究，并与已有研究成果进行了对比，得出主要结论如下：

1) 三峡水库蓄水以来，三峡年均入库径流量和悬移质泥沙量分别为3956亿m³和1.489亿t。与三峡工程论证和初步设计阶段相比，径流量和输沙量分别减少5.7%和70.7%。不考虑区间来沙，水库淤积泥沙20.484亿t，近似年均淤积泥沙1.102亿t，仅为论证阶段的33%，水库排沙比为23.6%。

2) 从淤积分布来看，库区干流段累计淤积泥沙17.835亿m³，其中变动回水区冲刷0.694亿m³，常年回水区淤积18.529亿m³。常年回水区平均淤积抬高8.5 m，近坝段河床淤积抬高最为明显，最大淤高67.9 m，变动回水区河床则冲淤变形不大。“十一五”攻关阶段计算得出的多年平均淤积量及排沙比较实测值均有所偏大，变动回水区冲淤则出现反向的情况，主要原因是两家单位计算采用的入库沙量偏大、河道采砂以及水库优化调度等影响。

3) 三峡水库蓄水以来，淤积在高程145~175 m静防洪库容内的泥沙为1.648亿m³，占水库总防洪库容的0.74%，水库淤积对防洪库容的影响尚小；地下电厂前沿20~70 m范围内河床淤积面平均高程为104.5 m，高出地下电厂排沙洞进口底板高程2.5 m，低于地下电厂进水口底板高程8.5 m，目前尚没有影响地下电厂取水。水库淤积对库区部分水道航道条件产生了一定的影响，目前解决泥沙淤积碍航的手段主要是实施维护性疏浚，应加以关注。