三峡大坝蓄水近20年，泥沙淤积有多严重？排沙量为何变少了？

　　众所周知，长江是亚洲的第一长河，而三峡工大坝则是长江上最重要的骨干水利工程，堪称＂国之重器＂。自2003年下闸蓄水开始，三峡大坝稳定运行将近20年，每年在汛期拦蓄的洪水量多达数百亿立方米，大大减轻了下游的防洪压力。
　　除了防洪，三峡大坝的发电效益也相当可观，每年发电量超过900亿千瓦时。2020年三峡发电机组再创佳绩，全年共发电1118亿千瓦时，打破了世界单座水电站的年发电纪录！
　　而在三峡大坝上游，由于拦蓄作用还形成了一个长达600多公里、集水面积超1000平方公里的大型水库。库区各种鱼类共计140多种，经济鱼类30多种，不仅有＂青草鲢鳙＂四大家鱼，还有胭脂鱼、铜鱼等特有珍稀鱼种，是国内规模最大、最有发展潜力的＂天然鱼库＂。
　　不可否认，三峡水库在防洪、发电、渔业等方面都具有开创性意义，是国内的标杆工程。也正因为三峡工程实在太重要了，这座水坝从起草规划、工程设计乃至建成投产，一直都伴随着巨大的争议，总结起来主要有10项，比如建与不建之争、使用寿命之争、泥沙之争等等。当然，最热门的话题还是使用寿命之争。
　　大家都知道，三峡大坝是使用混凝土浇筑形成的重力水坝，工程质量毋庸置疑。大坝主体分为拦河坝和泄洪坝，坝体采用了当时最先进的混凝土浇筑方案、温控防裂技术，而且所有的施工原料均属于一级规格。工程采用破碎的花岗岩作为人工骨料、选用优良的一级粉煤灰作为混凝土掺合料，另外还搭配高性能的外加剂，使混凝土的综合性能达到了最优水平。
　　水利部发布的《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》（SL 654-2014）中明确指出，国内一级壅水建筑物的设计使用寿命为150年。实际上，三峡大坝的设计标准要高于这一基础标准，工程施工按照1000年一遇的洪水设计，10000年一遇的洪水加10%校核，最大可抵御12.43万m³/s的洪水流量冲击。
　　要知道，1998年长江特大洪水的最大入库流量也只不过6.3万m³/s，甚至都还没超过三峡大坝的设计洪水流量（9.8万m³/s）。由此可见，上游洪水对三峡大坝寿命的威胁不足为惧。只要能做好维修工作与日常核验，实际的使用寿命预计可达300~500年。
　　除了上游来水的冲击，水坝的实际寿命还受到很多自然因素的影响，比如自然老化、风化溶蚀、泥沙淤积等等。在这些因素中，泥沙淤积带来的威胁最容易被忽视，但其潜在危害却很大。在黄河中游运行的小浪底水库和三门峡水库，泥沙淤积甚至已经成为了威胁水库寿命的＂头号杀手＂。
　　那么，在天然输沙量更少的长江流域，三峡水库是否又面临着同样的困境呢？
　　现实情况似乎并不像人们想象中的那么乐观。事实上，三峡库区内部局部地区的泥沙淤泥已经影响到了正常的航运，显著改变了河床地形。比如库区有＂忠州三弯＂之一的皇华城江段，淤积导致左侧河床不断升高，部分航道开始壅塞，一些吨位较大的货船因吃水较深已经无法通航。
　　在三峡库区，朱沱站、武隆站等属于入库水文站，宜昌水务站则是干流出库水文站。从各大水文站的监测数据来看，2019年三峡库区的入库输沙量为0.685亿吨，和2003~2018年间的平均数输沙量相比减少了56%。
　　另有数据显示，自2003年蓄水发电以来，三峡水库平均每年来沙1.37亿吨。截止到2019年，三峡库区的入库泥沙总量达到了24.13亿吨，通过中小洪水泄洪带走的泥沙为5.71亿吨，淤积在库区的泥沙为18.42亿吨（见下表）。
　　值得注意的是，宜昌站监测到的来沙量（也就是水库的实际排沙量）一直呈减少趋势：2003~2007年，来沙量为0.6亿吨，2008~2013年减少为0.26亿吨，2014~2018年进一步减少到0.12亿吨。可以明显看出，三峡水库的排沙量在持续减少！
　　总体来看，三峡水库淤积量持续缓慢增加，目前小于初步设计阶段的论证值，不会对使用寿命造成影响。但随着时间往后延长，库区的泥沙依然是个不小的隐患，不仅会导致有效库容减少，增加防洪压力，而且库尾淤积产生的＂翘尾巴＂现象也会使两岸河道被淹没，妨碍支流行洪，影响上游河道主槽的过洪能力。
　　库区泥沙淤积的危害，曾给国际上多座水库带来＂血的教训＂。以美国为例，自从1948年以来，美国开始大兴水利工程，在全国修建了11000多座防洪大坝，但由于没有考虑到水库泥沙淤积的问题，不少大坝很快就失去了预期功能，有时甚至不得不拆坝、炸坝，教训不可谓不深刻。
　　三峡水库的出库泥沙减少，对下游有什么危害呢？
　　黄河小浪底水库的泄洪排沙经验表明：下泄洪水的泥沙含量过高具有很大隐患，容易导致河道淤塞，但反过来，泥沙含量过少也不见得是一件好事，宜昌下游江段就因此饱受＂摧残＂。
　　近年来，三峡出库水的含沙量仅有2003年之前的7%左右，下泄流量可达2~3万m³/s，最大曾达到7.12万m³/s。下泄洪水拥有强大动能，持续不断地冲刷下游河道，部分江段河床下切严重。从湖北宜昌到鄱阳湖河口，每年被江水冲刷掉的土方量多达1亿立方米，而在宜枝江段，部分河道还被冲刷出了近20米深的＂巨坑＂，荆江江段则被冲深1.8米，汉城江段枯水河槽平均冲深0.9米，沿岸伴有垮塌风险。
　　问题来了，如何才能同时化解坝前泥沙淤积、坝后冲淤过多的难题呢？
　　原理很简单，其实就是要提高冲沙效率，把三峡库区淤积的泥沙冲到下游，实现动态平衡。从过去19年的统计来看，三峡水库的年均排沙比为21%，平均每5吨泥沙可冲出1吨，效率有待提升。
　　至于提高效率的方法，优化水库的调度或许值得一试。大家都知道，黄河流域的三门峡水库自建成以来就饱受泥沙淤积的侵扰，建成后又被迫进行了两次大规模的改建，扩大了泄洪排沙的规模。
　　后来，夏迈定等水利专家又摸索出了＂蓄清排浑＂的冲沙方式，同时辅以＂高渠拉沙＂和＂引浑灌溉＂等手段，这才得以延长三门峡水库的运行寿命。作为万里黄河第一坝，三门峡大坝在治理泥沙方面具有难得的经验，对长江三峡的调度具有珍贵的借鉴价值。
　　目前，三峡水库的冲沙模式是＂中小洪水冲沙＂，如何借鉴三门峡的治沙经验、利用异重流提高排沙效率是一项亟待研究的科研课题，这还需要专家学者们的不懈努力。相信随着治沙、排沙体系的不断完善，我国终能完美解决三峡库区的泥沙问题！
　　对于三峡库区的泥沙淤积，您有什么好的建议吗？欢迎在评论区留言讨论。