20世纪60年代初期,黄河三门峡水库蓄水运用后,水库严重淤积。水库淤积问题引起毛泽东主席和周恩来总理的重视,并关心三峡水库的寿命问题。
1964年初,林一山主任组织长江科学院河流研究室开展水库长期使用课题研究。当年8月,他亲自和文伏波带领我和张植堂赴永定河官厅水库、浑河大伙房水库、柳河闹得海水库、老哈河红山水库、黄河青铜峡水库和三门峡水库、清水河长水头水库和张家弯水库进行调查研究。
调查的8个水库中,张家弯水库已淤废;官厅水库、三门峡水库淤积十分严重。经过分析研究,提出“水库淤积调查报告”。报告根据水库淤积的基本规律,提出了水库长期使用运用方式:汛期丰沙季节降低库水位运用,泄洪排沙,并腾出库容调蓄洪水。汛后少沙季节蓄水运用。这种调度运用方式既有利于水库长期使用,又有利于发挥水库的综合利用效益。这一方式后来成功运用于三峡水库。根据模型试验和计算分析:三峡工程175米正常蓄水位方案运用100年后在不考虑上游建库拦沙和水土保持减沙的情况下,防洪库容能保留86%,调节库容能保留92%。
1970年12月,毛主席批准兴建长江葛洲坝工程为三峡工程作实战准备。1971年9月,水利部决定在汉口九万方兴建第一座葛洲坝工程坝区悬沙模型,长江科学院副院长杨贤溢兼组长,南京水利科学院窦国仁为副组长。当时正处于“文革”时期,试验大厅难以建成,他俩和科技人员在芦席棚里日夜工作,取得了大量的试验成果。
1972年后,武汉水利电力学院、清华大学水利系、南京水利科学研究院、长江科学院分别兴建葛洲坝工程全沙模型,全面开展坝区河势规划,研究枢纽泄洪排沙、通航、发电问题。参加和主持研究的院士、教授、专家有杨贤溢、张瑞瑾、谢鉴衡、钱宁、惠遇甲、张仁、林秉南、范家骅、窦国仁、李昌华、戴定忠等。葛洲坝工程位于长江南津关弯道下游。建坝后,坝区主流左移居中。坝区河势规划是面迎主流布置主要泄洪排沙建筑物——二江泄水闸。泄水闸的两侧布置航运和发电建筑物,其中航道布置在靠近左右两侧岸边,在航道与二江泄水闸之间布置电站。由于二江泄水闸右侧位于南津关弯道凸岸,为减轻右侧航道和电站泥沙淤积,科研人员曾对坝区河势规划进行“单槽方案”、“双槽方案”和“单槽分汊方案”试验研究。
“单槽方案”:坝区可以形成较稳定、窄深的主河槽,有利于泄洪排沙。泄水闸两侧的航道可以采用张瑞瑾总结提出的“静水过船、动水冲沙”的措施解决。泄水闸右侧的大江电站应布置在弯道凸岸边滩的滩唇以内,加大电站引水口与主河槽的高差,以减小电站过机含沙量和泥沙粒径;大江电站14台机组可以不减少。“双槽方案”:在南津关下游修建分水鱼嘴工程;减少大江电站4台机组,并在电站右侧修建5孔泄洪排沙闸,将坝上游主河槽形成双槽。
“单槽分汊方案”:保留并加高大江电站上游的纵向围堰,并建鱼嘴工程。减少大江电站4台机组,并在电站右侧修建5孔泄洪排沙闸。
1985年11月,水利部在成都召开全国水电站泥沙会议,对上述方案进行深入讨论,决定采用“单槽方案”。葛洲坝工程于1988年9月建成投产。大江14台机组前淤积的泥沙为悬移质,中值粒径为0.002~0.019毫米。电厂前可以保持“门前清”;机组磨损量较轻,在行业标准一级范围内。直到20世纪90年代,对三峡工程下游泥沙问题除开展过原型观测调查和一维数学模型冲刷计算外,尚未开展全沙模型试验和河道整治工程研究。
1967年11月,汉江丹江口水库蓄水运用。1997年4月由长江科学院、长江委水文局和中国水利水电科学研究院共同组织对丹江口水库下游丹江口至武汉河段进行现场调查。调查方法:以“实地勘测调查为主,辅以民访”并根据实测水文、泥沙、地质、地形资料,进行分析研究。调查取得丹江口水库蓄水运用后枢纽下游河床冲刷、水库下游河势调整特点、护岸工程等成果。
根据以上调查资料,三峡水利枢纽下游应抓紧开展全沙模型试验研究河床冲刷、河势变化,并重点研究荆江大堤护岸工程加固措施。