郭小虎，渠 庚，朱勇輝

（長江科學(xué)院水利部江湖治理與防洪重點(diǎn)試驗(yàn)室，武漢 430010）

三峽工程蓄水運(yùn)用以來荊江水位流量關(guān)系變化分析

郭小虎，渠 庚，朱勇輝

（長江科學(xué)院水利部江湖治理與防洪重點(diǎn)試驗(yàn)室，武漢 430010）

根據(jù)三峽工程蓄水前后的實(shí)測(cè)資料，分析了荊江河段沿程水位流量關(guān)系變化。研究成果表明：除枝城站在枯水流量下水位略有下降外，上荊江在中、枯流量下水位也均有一定程度的下降，其中沙市站枯水位下降最大，下荊江河段水位在同流量下略有下降。除枝城站枯水位變化受盧家河淺灘形成的沙坎石泓影響外，三峽工程蓄水后影響荊江河段水位流量關(guān)系變化的主要原因是：荊江河段處于沖刷狀態(tài)，尤其沖刷主要集中在枯水河槽。

荊江河道；水位；沖刷

長江枝城至城陵磯河段俗稱為荊江，其中枝城至藕池口為上荊江，藕池口至城陵磯段為下荊江。荊江四口（松滋口、太平口、藕池口、調(diào)弦口）通過分流河道（松滋河、虎渡河、藕池河、華容河）分泄江水入洞庭湖，與四水來量匯合，然后通過城陵磯再匯入長江。由于1959年調(diào)弦口建閘控制，此后實(shí)際只有三口入湖。萬里長江，險(xiǎn)在荊江，荊江河道水位變化規(guī)律歷來都是研究的重點(diǎn)，許多研究工作者從荊江地貌組成、河床組成、江湖關(guān)系變化、裁彎前后荊江河段水沙特性的改變、葛洲壩水庫蓄水后和三峽工程建庫對(duì)荊江河段水沙特性的影響［1－12］等角度對(duì)荊江河段水位、沖淤變化進(jìn)行了大量的研究，取得豐碩的成果。本文將利用三峽工程蓄水前后2002－2009年期間的實(shí)測(cè)資料分析荊江河段水位流量關(guān)系變化，并探討三峽工程蓄水以來荊江河段水位流量關(guān)系變化的主要原因。

1 荊江河段進(jìn)口水沙條件的變化

枝城站是荊江河段的進(jìn)口站，下面將利用該站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析2003－2009年期間荊江河段水沙變化，如表1所示。

從表1可知：除2006年屬于特枯年之外，其它年份的徑流量與多年平均徑流量基本相等，而年輸沙量減小幅度很大，與三峽水庫蓄水前（1955－2002年）平均數(shù)值相比，2003－2009年分別減少了74.2%，84.2%，77.0%，97.6%，86.6%，92.3%及 91.9%。這說明三峽水庫運(yùn)用后進(jìn)入荊江河段的年徑流量基本變化不大，而年輸沙量大幅度地減少。

表1 2003－2009年枝城站水沙變化Table 1 Changes of water and sediment at Zhicheng station during 2003－2009

2 三峽工程蓄水后荊江水位流量關(guān)系變化

為了反映三峽水庫蓄水后荊江河段水位流量關(guān)系的變化，下面根據(jù)蓄水前后的（2002－2009年）實(shí)測(cè)資料分析了荊江干流河道枝城、沙市以及新廠站水位流量關(guān)系的變化，如表2所示。

根據(jù)三峽工程蓄水前后（2002－2009年）荊江干流站點(diǎn)水位流量關(guān)系的變化（表2及圖1）可知，荊江河道進(jìn)口站點(diǎn)枝城站在枯水流量為5 000 m3／s時(shí)水位下降幅度較小，但在流量為10 000 m3／s時(shí)下降幅度較大，下降的數(shù)值約0.58 m，在流量為20 000 m3／s時(shí)水位略有下降，而流量在30 000 m3／s時(shí)該站水位略有抬高；沙市站流量在10 000 m3／s以下水位下降幅度較大，其中在流量為5000m3／s時(shí)水位下降約0.75 m，而在20 000m3／s以上時(shí)水位略有下降；新廠站與沙市站水位下降規(guī)律是一致的，但水位下降幅度略小于沙市站下降幅度。

以下繼續(xù)分析下荊江監(jiān)利水文站水位流量關(guān)系的變化。根據(jù)已有的實(shí)測(cè)資料可知，監(jiān)利站同一年內(nèi)水位流量關(guān)系較為散亂，其主要原因是受洞庭湖出流頂托的影響較為明顯。已有的實(shí)測(cè)資料表明，洞庭湖出流流量為5 000 m3／s和10 000 m3／s時(shí)發(fā)生頻率相對(duì)較高，因此選擇洞庭湖七里山出流流量為5 000 m3／s和10 000 m3／s時(shí)，分析2003年、2005年、2008年以及2009年監(jiān)利站水位流量關(guān)系，以消除洞庭湖因出流流量不同而產(chǎn)生的頂托作用不一致，如圖2所示。

表2 三峽蓄水后荊江河段同流量下水位變化Table 2 Changes of water level in Jingjiang River under the same flow after the im poundment of Three Gorges Reservoir m

圖1 三峽工程蓄水前后荊江干流站點(diǎn)水位流量關(guān)系變化Fig.1 Stage-discharge relations in Jingjiang River before and after the impoundment of Three Gorges Reservoir

圖2 城陵磯流量一定時(shí)監(jiān)利站水位流量關(guān)系變化（2003，2005，2008年與2009年）Fig.2 Stage-discharge relations at Jianli Station when the flow at Chenglingji Station is constant

根據(jù)2003年、2009年七里山流量為5 000 m3／s時(shí)監(jiān)利站水位流量關(guān)系可知：流量在6 000 m3／s時(shí)，該站水位下降約0.37 m；流量在10 000 m3／s時(shí)，下降約0.22 m；流量在20 000 m3／s時(shí)，下降約0.02 m；而流量在30 000 m3／s時(shí)，下降約0.01 m。而七里山流量為10 000 m3／s時(shí)監(jiān)利站水位流量關(guān)系可知：流量在6 000 m3／s時(shí)，該站水位下降約0.3 m；流量在10 000 m3／s時(shí)，下降約0.18 m；流量在20 000 m3／s時(shí)，下降約0.04 m。從上面對(duì)比分析可知，由于洞庭湖出流流量不同，進(jìn)而對(duì)監(jiān)利站同流量水位變化數(shù)值造成一定的影響，但對(duì)水位變化的數(shù)值影響有限。從上面分析成果可知，下荊江監(jiān)利站在同流量下水位下降較小。

3 三峽工程蓄水以來荊江水位流量變化因素探討

下面將從荊江三口分流分沙比的變化、荊江河段河道下邊界水位變化、荊江河道沖刷量變化以及河道特殊地形的影響4個(gè)方面探討三峽工程蓄水運(yùn)用以來荊江河段水位流量關(guān)系變化的主要原因。

3.1 荊江三口分流分沙比變化

荊江三口是連接長江荊江河段與洞庭湖區(qū)的紐帶，其分流分沙的變化對(duì)荊江和洞庭湖區(qū)的洪水及河床沖淤起著決定性作用。50多年的實(shí)測(cè)資料分析表明，在1990年以前荊江三口分流分沙持續(xù)減少（圖3），其中荊江三口多年（1955－2008年）平均年徑流量和輸沙量分別為965億m3和1.18億t，分別占其上游枝城同期來量的19.5%和24.5%，分流比由下荊江裁彎前1955－1966年的29.79%降至裁彎后1973－1980年的18.79%和葛洲壩水利樞紐運(yùn)用后1981－1990年的16.0%，分沙比則由35.24%分別降至21.6%和18.3%。而1990－2009年期間，荊江三口分流分沙比無明顯變化趨勢(shì)。

圖3 荊江三口分流分沙比變化（1955－2009年）Fig.3 Changes of flow and sedim ent diversion ratios of the diversion from three outlets in the Jingjiang River（1955－2009）

3.2 荊江河道下邊界水位變化

荊江河道下游水位變化還受到城陵磯水位變化的影響，但由于受到長江干流、洞庭湖區(qū)雙重頂托作用，城陵磯站水位、流量關(guān)系較為散亂，而城陵磯下游僅30 km的螺山站水位、流量關(guān)系較好，因此分析了該站同流量水位變化來說明下游河段對(duì)荊江河段頂托作用的變化。

圖4表明三峽工程蓄水后螺山站同流量下水位基本變化較小，根據(jù)最新實(shí)測(cè)資料分析可知，2009年與2003年相比，流量為10 000 m3／s，20 000 m3／s及40 000 m3／s時(shí)，該站水位分別下降約0.18 mm，0.08 m以及0.03 m，同流量下水位下降幅度很小。

圖4 三峽工程蓄水后螺山站水位流量關(guān)系變化Fig.4 Stage-discharge relations at Luoshan Station after the impoundment of Three Gorges

以上成果表明，荊江河道出口螺山站同流量水位下降幅度較小，因此可認(rèn)為三峽工程蓄水前后下游河道對(duì)荊江河段的頂托作用基本變化不大。

3.3 荊江河道沖刷量變化

三峽工程蓄水后，干流含沙量大幅度減小，長江干流水位下降是由恢復(fù)含沙量的沖刷所引起，沖刷自上而下發(fā)展，比降調(diào)平，床沙不斷粗化，水流挾沙能力是一個(gè)遞減的過程。由于上游河段宜昌－枝城河段屬于砂卵石河床，蓄水后將會(huì)在一個(gè)較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到?jīng)_淤平衡，而荊江河段也會(huì)較快處于沖刷狀態(tài)。根據(jù)三峽工程運(yùn)用以來荊江河段實(shí)測(cè)地形資料統(tǒng)計(jì)了2002－2009年期間沖淤量變化（如表3所示），其中在枯水河槽沖刷量高達(dá)37 602萬m3，而枯水河槽以上沖刷較小，僅為11 614萬m3，枯水河槽以下沖刷量占76.4%，說明三峽工程蓄水以來主要沖刷枯水河槽以下，這也是荊江河段中低水位下降幅度較大，而中高水位下降幅度較小的原因。

表3 枝城－城陵磯河段2002－2009年沖淤量變化［13］Table 3 Changes of erosion in the river reach from Zhicheng to Chenglingji during 2002－2009

3.4 河道特殊地形的影響

枝江河段屬于沙卵石河床，根據(jù)以上實(shí)測(cè)資料表明：荊江河道進(jìn)口枝城水文站在枯水流量為5 000 m3／s時(shí)水位下降幅度較小，但在流量為10 000m3／s時(shí)下降幅度較大，下降的數(shù)值約0.58 m；而在流量為20 000m3／s以上，水位基本變化不大。其主要原因估計(jì)與該站下游蘆家河淺灘形成的沙坎石泓密切有關(guān)，在枯水流量情況下，沙坎石泓使上下游水位關(guān)聯(lián)性較差；而在中水流量以上情況下，由于水位抬高，沙坎石泓對(duì)上下游水位關(guān)聯(lián)性影響相對(duì)較弱，因此中水流量下水位下降幅度較大。

從以上分析可知，除枝城水文站在枯水流量下水位下降較小之外，上荊江河段中、低流量下水位均有一定程度下降，而下荊江河段水位略有下降，其中沙市站枯水位下降最大。根據(jù)以上實(shí)測(cè)資料分析可知，三峽工程蓄水后荊江三口分流比無明顯變化趨勢(shì)，這種流量分配變化對(duì)荊江河段沖刷影響較小。因此除枝城站在枯水流量下水位變化主要與盧家河淺灘形成的沙坎石泓有關(guān)之外，三峽工程蓄水后影響荊江河段水位變化主要原因是荊江河段處于沖刷狀態(tài)，尤其是沖刷主要集中在枯水河槽，而其根本實(shí)質(zhì)在于進(jìn)入荊江河道的水流含沙量大幅度減小。

4 結(jié) 論

本文根據(jù)三峽工程蓄水前后實(shí)測(cè)資料分析荊江河道水位流量關(guān)系的變化，并探討了其主要原因，得到如下結(jié)論：

（1）三峽水庫運(yùn)用后進(jìn)入荊江河段的年徑流量基本變化不大，而年輸沙量大幅度地減少。

（2）除枝城水文站在枯水流量下水位下降較小之外，上荊江河段在中、低流量下水位也有一定程度的下降，而中、高流量下水位變化不大，下荊江河段同流量下水位下降幅度較小。

（3）除枝城站在枯水流量下水位變化受盧家河淺灘形成的沙坎石泓影響之外，三峽工程蓄水后影響荊江河段水位變化主要原因是荊江河段處于沖刷狀態(tài)，尤其是沖刷主要集中在枯水河槽，而在枯水河槽以上沖刷量相對(duì)較小。

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［13］長江水利委員會(huì)水文局.2009年度三峽水庫泥沙淤積及壩下游河道沖刷專題匯報(bào)材料之一——三峽水庫進(jìn)出庫水沙特性、水庫淤積及壩下游河道沖刷簡(jiǎn)要分析［R］.武漢：長江水利委員會(huì)水文局，2010.（Bureau of Hydrology of ChangjiangWater Resources Commission.Report on Sedimentation in the Three Gorges Reservoir and Channel Erosion in the Downstream Yangtze River——A Brief Analysis on the Characteristics of Incoming and ReleasingWater and Sediment，Reservoir Sedimentation and Downstream River Channel Scouring of the Three Gorges Reservoir［R］.Wuhan：Bureau of Hydrology of ChangjiangWater Resources Commission，2010.（in Chinese） ）

（編輯：劉運(yùn)飛）

Changes of the Stage-Discharge Relation in Jingjiang River after the Impoundment of Three Gorges Reservoir

GUO Xiao-hu，QU Geng，ZHU Yong-hui
（Laboratory of River Regulation and Flood Control of MWR，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

The change of stage-discharge relation along the Jingjiang river is analyzed based on the field data before and after the impoundment of Three Gorges Reservoir.Results show that the water level during low flowrate at Zhicheng station decreased slightly.Apart from that，the water level duringmedium and low flowrate decreased to some extent at stations in the upper Jingjiang reach，amongwhich Shashistation witnessed the largest decline of low water level.Thewater level in lower Jingjiang reach also decreased slightly under the same flowrate.Moreover，the change of stage-discharge relation in Jingjiang reach ismainly caused by the Jingjiang river erosion，in particular，the erosion in the low water river channel.In addition，the changes of low water level at Zhicheng station is caused by the sand hole and stone pond formed by the shallows of the Lujia River.

Jingjiang river；water level；scouring

TV147

A

1001－5485（2011）07－0082－05

2010-05-13

水利部水利前期項(xiàng)目（QQ0871／HL15）；水利部公益性行業(yè)專項(xiàng)（2007SHZ1－3）

郭小虎（1981-），男，湖北荊門人，博士，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)方面的研究，（電話）84238177-802（電子信箱）xiaohu001328＠163.com。