盧金友，姚仕明

（長江科學院 水利部江湖治理與防洪重點實驗室，湖北 武漢 430010）

1 研究背景

長江干流河道長度約6 397 km，流域面積約180萬km2。宜昌以上為長江上游，其長度約4 504 km，流域面積約100萬km2；宜昌以下為長江中下游，其長度約1 893 km，流域面積約80萬km2，其中湖口以上長江中游流域面積約68萬 km2，湖口以下長江下游流域面積約12萬km2［1］。長江中下游水系與江湖關系復雜，除了承接長江上游的來水來沙外，右岸主要有清江、洞庭湖水系、鄱陽湖水系等入?yún)R，左岸主要有漢江入?yún)R。1950年代以來，長江流域修建了大量的水庫，據(jù)統(tǒng)計［2］，長江干支流共有水庫51 643座，總庫容3 607億m3，約占長江入海年均徑流量的37.6%。其中：大型水庫282座，總庫容2 880億m3；中型水庫1 543座，總庫容415億m3；小型水庫49 818座，總庫容312億m3。截至目前，長江上游干流與主要支流均建有控制性水庫，這些水庫的庫容大，調蓄能力強，約占長江流域水庫總庫容的60%（圖1，表1）。綜上可看出，長江流域這些水庫的調蓄尤其是控制性水庫的調蓄會顯著改變進入長江中下游江湖系統(tǒng)的水沙條件，引起長江中下游江湖系統(tǒng)的水沙輸移與沖淤演變特性及江湖關系發(fā)生新的變化，進而對長江中下游地區(qū)防洪、航運、水沙資源綜合利用及水生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生影響。

2006年以來，圍繞長江中下游江湖演變及其關系變化研究的項目主要有：國家科技支撐計劃項目“三峽工程運用后泥沙與防洪關鍵技術研究”、“三峽水庫和下游河道泥沙模擬與調控技術”、“水沙變異條件下荊江與長江口北支河道治理關鍵技術”，國家重點研究發(fā)展計劃項目“長江中游通江湖泊江湖關系演變及環(huán)境生態(tài)效應與調控”，國家自然科學基金重點項目“三峽水庫下游河床沖刷與再造過程研究”，國家重點研發(fā)計劃項目“長江泥沙調控及干流河道演變與治理技術研究”等。這些項目通過采用現(xiàn)場調查、原型觀測資料分析、理論分析、數(shù)學模型計算、水槽試驗與實體模型試驗等多種技術手段，運用河流動力學、河床演變學、河流地貌學、水文學、河流模擬、河流生態(tài)學等多學科交叉，綜合研究了長江中下游江湖系統(tǒng)的水沙輸移與沖淤演變特性及江湖關系變化，取得了豐富的研究成果［3-7］。這些成果為長江流域的綜合規(guī)劃與專項規(guī)劃修編、三峽水庫優(yōu)化調度、長江中下游江湖治理開發(fā)與保護等提供了技術支撐，促進了相關學科的發(fā)展。

本文主要在梳理2006年以來長江中下游江湖演變及其關系變化對水沙條件變化響應研究成果的基礎上，進一步總結提煉長江干支流水庫群聯(lián)合作用下中下游江湖系統(tǒng)水沙變化主要特征、江湖沖淤與演變主要特性，闡明長江中下游江湖關系對水庫群聯(lián)合作用下的響應機制，并提出需要進一步開展的研究課題。

表1 長江干支流水系控制性水庫庫容與年均徑流量比較（2003—2016年）

圖1 長江干流與主要支流水系及部分水庫分布示意

2 中下游江湖系統(tǒng)水沙變化主要特征

長江中下游江湖系統(tǒng)水沙輸移與變化關系到江湖演變及其關系變化等一系列問題，目前主要利用原型觀測資料與理論分析的手段開展這方面的研究，局部區(qū)域與具體河段也有采用數(shù)值模擬、實體模型試驗等手段進行相關研究?？紤]到中下游江湖系統(tǒng)水沙變化受其干支流匯入的水沙條件、江湖系統(tǒng)內部邊界條件與人類活動的干擾等影響，江湖系統(tǒng)水沙變化十分復雜，本節(jié)在綜述以往研究成果基礎上，結合最新資料，重點從宏觀與趨勢上闡述中下游江湖系統(tǒng)水沙變化的主要特征。

長江中下游江湖系統(tǒng)的來水來沙組成復雜，徑流量主要來自長江上游、洞庭湖水系、支流漢江、鄱陽湖水系，共計占大通站的84.5%，中下游其它區(qū)間來流占15.5%。三峽水庫蓄水運用前后，長江中下游來水比例組成沒有發(fā)生明顯變化，但來沙組成發(fā)生明顯變化［8-9］，尤其是上游出口控制站宜昌站的來沙量減幅十分顯著，三峽水庫蓄水運用以來（2003—2016）僅為蓄水前的7.8%，約3 816萬t［10］。2012、2013年金沙江下游向家壩、溪洛渡水電站分別開始蓄水發(fā)電，因水庫攔沙向家壩水電站下泄的泥沙量大幅減少，三峽水庫的入、出庫沙量也隨之減少，2013—2016年宜昌站年均輸沙量僅為三峽水庫蓄水前的2.6%，約1 290萬t。隨著長江上游干支流新一批控制性水庫的建設與投入運行、水土保持工程與生態(tài)建設工程的逐步實施，進入三峽水庫的泥沙量會長期維持在相對較低的水平，從而三峽水庫的出庫泥沙量也會長期維持在更低的水平，這會對中下游江湖系統(tǒng)的演變產(chǎn)生長期深遠的影響，也體現(xiàn)了長江上游干支流水庫群聯(lián)合運用對長江中下游來沙長期大幅度減少的影響。

三峽水庫運用前后長江中下游干流主要水文站的徑流量和輸沙量比較（表2）可看出，三峽水庫蓄水運用后宜昌、枝城、螺山、漢口、大通站年均徑流量與懸移質輸沙量均減少，其中徑流量減少幅度不大，為4.8%～7.9%；懸移質輸沙量減少幅度很大，為66.7%～92.2%（表2）。由于三峽水庫攔蓄作用，水庫下泄的沙量大幅度減少，水流含沙量低，河床沿程沖刷補給，荊江河段年均輸沙量由三峽水庫運用前沿程減少轉為沿程增加；受洞庭湖、漢江、鄱陽湖等水系匯流及床面沖刷補給等影響，城陵磯以下河段在三峽水庫運用后螺山、漢口、大通站的年均輸沙量也沿程增加，但年平均含沙量沿程變化不大［11］。

表2 中下游主要水文站年均徑流量和懸移質輸沙量統(tǒng)計［10］

三峽水庫蓄水前，懸移質泥沙的多年平均中值粒徑沿程變化不大，宜昌站、枝城站、沙市站、監(jiān)利站、螺山站、漢口站、大通站分別為0.009、0.009、0.012、0.009、0.012、0.010和0.009 mm，粒徑大于0.125 mm的泥沙含量分別為9.0%、6.9%、9.8%、9.6%、13.5%、7.8%、7.8%；三峽水庫蓄水后，大量泥沙被攔在庫內，下泄的沙量少，粒徑細，但因河床沖刷補給、懸沙與床沙交換及兩岸支流入?yún)R等影響，2003—2015年宜昌站、枝城站、沙市站、監(jiān)利站、螺山站、漢口站、大通站分別為0.006、0.009、0.01、0.040、0.014、0.015和0.009 mm，粒徑大于0.125 mm的泥沙含量分別為5.6%、15.4%、26.6%、35.1%、23.0%、20.7%、7.7%。不難看出，除宜昌站、大通站外，三峽水庫運用以來粒徑大于0.125 mm的泥沙含量所占比例較自然條件下增加明顯，主要原因是河床中粒徑大于0.125 mm的泥沙比例高，沖刷補給量大，因此這部分泥沙在河床沖刷補給時恢復相對較快。但長江中下游沿程各站粒徑大于0.125 mm的年均輸沙量均小于三峽水庫蓄水運用前［12-13］。

三峽水庫蓄水運用后推移質泥沙基本被攔在庫內，近壩段的推移質年均輸沙量大幅度減少，宜昌站卵石推移質年均輸沙量由1981—2002年的17.5萬t減少為2003—2016年（2010年以后僅2012年、2014年觀測到4.2萬 t、0.21萬t）的2.7萬 t，沙質推移質年均輸沙量由1981—2002年的137萬t減少為2003—2016年的11.0萬t。宜昌站以下的沙質推移質泥沙輸移量因河床沖刷而得到相應的補充，2003—2016年枝城、沙市、監(jiān)利、螺山、漢口和九江站沙質推移質年均推移量分別為242萬、249萬、313萬（2008—2016年）、142萬（2009—2016年）、160萬（2009—2016年）和30.9萬t（2009—2016年）。

三峽水庫蓄水期由于干流水位降低，荊江三口分流分沙能力隨之減弱，進入三口水量明顯減少，三口斷流天數(shù)增加［14-16］。與1999—2002年相比，2003—2016年三口年均分流量減少144億 m3，分流比從14%減至12%；分沙量從5 670萬t減至916萬t，分沙比從16.4%增至19.9%。當枝城站流量小于25 000 m3/s時，荊江三口的分流能力沒有明顯變化，當枝城站流量大于25 000 m3/s時，荊江三口分流比的點據(jù)變化比較散亂。三峽水庫運用以來荊江三口總體分流能力較蓄水前偏?。?，15］。主要原因是三峽水庫運用以來年均徑流量有所減小、徑流過程發(fā)生一定變化，以及干流河道沖刷與三口分流道沖刷程度不同等導致的。

洞庭湖水沙除來自荊江三口外，主要來自湘江、沅江、資水、澧水（簡稱“四水”）。1951—2009年四水的總徑流量多年平均為1 673億m3，總輸沙量多年平均2 591萬t。湘江、沅江、資水、澧水年均徑流量分別為657億、640億、229億、147億m3，年均輸沙量分別為959萬、1 051萬、199萬、382萬t，以湘江與沅江的來水來沙量為大。多年來洞庭湖“四水”年徑流量變化趨勢不明顯，輸沙量則明顯減少［17］。另據(jù)統(tǒng)計［18］，“四水”水文控制站湘潭、桃江、桃源、石門多年平均徑流量分別為658.0億（1950—2015）、2 27.7億（1951—2015）、640.0億（1951—2015）、1 46.7億m3（1950—2015），平均輸沙量分別為909萬（1953—2015）、183萬（1953—2015）、940萬（1952—2015）、500萬t（1953—2015）；近10年（2007—2016）的多年平均徑流量分別為641.0億、205.4億、636.9億、143.5億m3，平均輸沙量分別為474萬、41.4萬、99.2萬、120萬t；近10年“四水”年均徑流量之和基本沒有變化，但年均輸沙量之和僅為多年平均的29.0%?！八乃眮砩沉康臏p少主要與其干支流修建水庫、流域降雨及植樹造林等有關，干支流水庫建設運行是來沙量減少的最主要因素。

鄱陽湖水沙主要來自于贛江、信江、撫河、饒河與修水（簡稱“五河”），部分年份長江出現(xiàn)倒灌鄱陽湖的現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計［18］，“五河”外洲、李家渡、梅港、虎山、萬家埠等5個水文控制站的年均徑流量分別為 683.4億（1950—2015）、128.0億（1953—2015）、181.7億（1953—2015）、71.76億（1953—2015）、35.42億m3（1953—2015），之和為1 100.28億m3，年均輸沙量分別為804萬（1956—2015）、137萬（1956—2015）、198萬（1955—2015）、64.4萬（1956—2015）、34.8萬t（1957—2015），之和為1 238.2萬 t；近10年（2007—2016）“五河”年均徑流量分別為703.9億、128.4億、196.1億、73.19億、35.79億m3，之和為1 137.38億m3，年均輸沙量分別為230萬、119萬、116萬、110萬、22.9萬 t，之和為597.9萬t；近10年的年均徑流量變化不大，略有增加，以贛江增加為主，年均輸沙量明顯減少，約為多年平均值的48.3%，以贛江減少為主，但饒河來沙明顯增加?！拔搴印比牒搅髁亢洼斏沉康哪陜确峙湎嘁恢碌疾痪鶆颍饕性?—7月，分別占全年61.1%、77.1%，輸沙量更為集中［19］?？傮w而言，“五河”的年徑流量變化趨勢不明顯，與年降雨量呈顯著的正相關，主要受降雨量的影響?！拔搴印比牒沉繌?980年代中期開始有下降趨勢，2000年以后下降趨勢加劇，下降最為顯著的是贛江外洲站，主要原因是1985年以前“五河”流域水土流失面積增加，輸沙量呈增加趨勢，但隨著水土保持工作的實施生效以及水庫的攔沙作用（尤其是贛江流域的水庫攔沙），1985年以后輸沙量開始逐漸減小。而出湖沙量1956—2000年期間整體呈下降趨勢，2001—2012年呈現(xiàn)上升趨勢，出湖沙量由1988—2000年的約720萬t增加到2001年后的約1 500 t［20］，出湖年均輸沙量大于入湖年均來沙量［21-22］。顯然鄱陽湖湖口入江輸沙量的變化與徑流量變化不相適應，可能與近年來鄱陽湖區(qū)和入江水道的采砂、江湖水體交換過程變化等因素有關。

漢江是長江最大的支流。1968年丹江口水庫蓄水運用后，下泄的水沙條件發(fā)生了較大變化，漢江出口控制站仙桃站年均徑流量變化不大，略有減少，但年均輸沙量明顯減少，僅為蓄水前的23.6%（表3）。隨著丹江口大壩加高工程的實施，干支流其它水庫與南水北調中線工程的建設運行，漢江匯入長江的水沙量會進一步減少。

表3 漢江丹江口建庫前后仙桃水文站多年水沙變化

綜上可看出，進入長江中下游江湖系統(tǒng)的水沙條件發(fā)生了較大變化。盡管進入中下游江湖系統(tǒng)的徑流量與比例組成沒有發(fā)生明顯變化，但徑流過程因干支流水庫群尤其是上游控制性水庫群的調蓄有較大變化，主要表現(xiàn)為高洪水期洪峰流量的削減、枯水期流量增加及中水期時間的延長。進入江湖系統(tǒng)的泥沙總體均呈減少趨勢，兩湖水系自然條件下來沙量并不大，基本為少沙河流，加之兩湖的調蓄，匯入長江干流的含沙量相對較小，如今隨著干支流水庫建設運行與水土保持工程的不斷實施，進入江湖系統(tǒng)的沙量會繼續(xù)減少；漢江在丹江口水庫建設運用前為多沙河流，匯入長江的含沙量大，隨著丹江口水庫的建設運行及其它水庫建設，匯入長江的含沙量大幅度減小；自然條件下長江上游來沙量大，在進入中下游江湖系統(tǒng)中占絕對優(yōu)勢地位，年均輸沙量約5億t，目前這種局面已發(fā)生根本性改變，其進入江湖系統(tǒng)的泥沙量在相當長時期內與洞庭湖四水、漢江仙桃站的相當，平均基本在1 000萬t左右的水平，鄱陽湖五河估計在600萬t左右的水平［8］。因此，長江上游、兩湖水系及漢江累積進入中下游江湖系統(tǒng)的年均沙量會長期維持在3 600萬t左右的水平，僅約為自然條件下宜昌站年均輸沙量的7.2%。

3 水沙變化條件下中下游江湖沖淤特性

長江中下游江湖系統(tǒng)沖淤過程主要取決于來水來沙條件與系統(tǒng)邊界條件。目前對于中下游長距離、大范圍的江湖系統(tǒng)沖淤特性主要依賴原型實測資料分析，水沙數(shù)值模擬因受泥沙運動基本理論、模擬方法與技術等因素的影響，開展中下游長距離、大范圍的江湖系統(tǒng)沖淤變化精準預測仍存在困難，實體模型試驗只能用于局部區(qū)域與具體河段的沖淤研究。本節(jié)在綜述以往研究成果的基礎上，通過大量的原型觀測資料分析，闡明了不同時期中下游江湖沖淤特性與發(fā)展趨勢。中下游江湖沖淤特性的總體規(guī)律為：自然條件下，因進入江湖系統(tǒng)的水量、沙量均大，總體處于淤積態(tài)勢，淤積主要發(fā)生在湖區(qū)，尤其是洞庭湖區(qū)，年均淤積泥沙約1.28億t。然而，隨著長江干支流大量水庫建設運行、水土保持工程的實施，進入中下游江湖系統(tǒng)的年均徑流量沒有顯著變化，但泥沙量顯著減少，江湖系統(tǒng)整體由淤積狀態(tài)轉為沖刷狀態(tài)。

3.1 中下游干流河道沖淤變化隨著長江上游干支流水庫的陸續(xù)建設運行，尤其是三峽水庫建成運行后，中下游干流河道的來沙量顯著減少，出現(xiàn)長距離沖刷調整。同時，兩湖水系與漢江來沙的減少使得中下游干流河道沿程泥沙補給程度減弱，加劇其下游河道沖刷。表4為三峽水庫運用以來宜昌至湖口河段沖淤量［10］，由表可看出，2002年10月—2016年11月，宜昌至湖口河段（城陵磯至湖口河段為2001年10月—2016年11月）枯水河槽、基本河槽沖刷量分別為19.15億、20.07億m3，年均沖刷強度分別為14.33萬、15.02萬m3/（km·a），沖刷主要集中在枯水河槽，占基本河槽沖刷量的95.4%。

沖淤量沿程分布表現(xiàn)為：宜昌至枝城河段的枯水河槽、基本河槽沖刷量分別為1.50億、1.55億m3，分別占總沖刷量的7.8%、7.7%，年均沖刷強度分別為17.65萬、18.17萬m3/（km·a）；枝城至城陵磯河段沖刷量分別為8.40億、8.76億m3，分別占總沖刷量的43.9%、43.6%，年均沖刷強度分別為17.28萬、18.02萬m3/（km·a）；城陵磯至漢口河段沖刷量分別為4.45億、4.71億m3，分別占總沖刷量的23.2%、23.5%，年均沖刷強度分別為12.67萬、13.40萬m3/（km·a）；漢口至湖口河段沖刷量分別為4.80億、5.06億m3，分別占總沖刷量的25.1%、25.2%，年均沖刷強度分別為11.60萬、12.23萬m3/（km·a）。根據(jù)上述分析，宜昌至湖口河段年均沖刷強度總體沿程減少，但宜昌至城陵磯河段和城陵磯至湖口河段相比，年均沖刷強度差別較大，但這兩個長河段內部的年均沖刷強度差別并不大。

表4 三峽水庫運用以來宜昌至湖口河段沖淤量統(tǒng)計

沖淤量沿時分布表現(xiàn)為：三峽水庫2003年6月進入圍堰蓄水期，壩前水位汛期按135 m、枯季139 m運行，其中蓄水運用前3年（2002年10月—2005年10月）宜昌至湖口河段的枯水河槽、基本河槽沖刷量分別為3.85億、4.96億m3，分別占總沖刷量的20.1%、24.7%，年均沖刷強度分別為13.45萬、17.32萬m3/（km·a）；2006年為特枯水文年，三峽水庫下游的沖刷強度減弱，2005年10月—2006年10月枯水河槽淤積0.105億m3、基本河槽沖刷0.055億m3。2006年10月—2008年10月為三峽工程初期蓄水期，壩前水位汛期按144 m、枯季156 m運行，宜昌至湖口河段枯水河槽、基本河槽沖刷量分別為1.13億、0.61億m3，分別占總沖刷量的5.9%、3.0%，年均沖刷強度分別為5.92萬、3.20萬m3/（km·a）；2008年汛末三峽水庫進行175 m試驗性蓄水以來，宜昌至湖口河段沖刷強度增大，2008年10月—2016年11月，枯水河槽、基本河槽沖刷量分別為14.28億、14.45億m3，分別占總沖刷量的74.6%、72.0%，年均沖刷強度分別為18.70萬、18.93萬m3/（km·a）。

3.2 洞庭湖沖淤變化洞庭湖不僅承接“四水”的來水來沙，而且還匯聚荊江四口（調弦口1959年建閘控制）分泄的水沙量。自然條件下，荊江四口與“四水”的來沙量大，荊江四口的來沙量占絕對優(yōu)勢，然而湖區(qū)河網(wǎng)水系復雜、湖面開闊、流速較緩，挾沙能力有限，因此洞庭湖區(qū)長期處于淤積狀態(tài)［23-24］。例如，1955—1966年期間洞庭湖區(qū)年均淤積量約1.65億t，而1967—1980年、1981—1990年湖區(qū)年均淤積量分別約為1.15億和1.01億t；受1990年代以來長江上游來沙量減少的影響，由荊江三口進入洞庭湖的泥沙也減少近4成，同時四水進入湖區(qū)的泥沙也不斷減少，導致1991—2002年期間洞庭湖區(qū)淤積量有所減少，約為0.60億t。三峽水庫蓄水運用以來，由荊江三口進入洞庭湖的泥沙進一步大幅減少，年均輸沙量僅956萬t，同期四水來沙量減為816萬t，這期間年均入湖沙量小于年均出湖沙量，因此洞庭湖區(qū)總體表現(xiàn)略有沖刷（表5）。可以預見，未來洞庭湖區(qū)會因荊江三口與四水的來沙量之和與洞庭湖出口輸沙量相比，或稍有富余或相當或略有不足，相應洞庭湖區(qū)表現(xiàn)為微淤、相對平衡或微沖，總體而言，洞庭湖區(qū)呈現(xiàn)微沖的幾率會更大。

表5 不同時段洞庭湖區(qū)泥沙淤積量（輸沙量法）

3.3 鄱陽湖沖淤變化鄱陽湖為吞吐型湖泊，除了承接以五河為主的來水來沙外，有時會出現(xiàn)長江水沙倒灌的現(xiàn)象。三峽水庫蓄水運用前，五河年均入湖沙量1 425萬t，出湖沙量991萬t，在不含“五河”控制水文站以下水網(wǎng)區(qū)入湖沙量的情況下，湖區(qū)年均淤積泥沙434萬t。三峽水庫蓄水運用后的2007—2016年“五河”年均入湖沙量597.9萬t，出湖沙量明顯增多，達到1 100萬t，超過自然條件下的出湖沙量，這可能與湖區(qū)及入江水道的采砂［25］、江湖水沙交換過程發(fā)生變化等有關。未來隨著鄱陽湖水系水庫工程建設與水土保持工程的進一步實施，進入湖區(qū)的沙量還會進一步減少，因此鄱陽湖的泥沙淤積會進一步減輕或轉為沖刷。

4 水沙變化條件下中下游江湖演變主要特點

長江中下游江湖演變關系到防洪、航運、河勢、岸線利用與保護、水生態(tài)環(huán)境等諸多方面，以往通過原型資料分析、理論分析、實體模型試驗與數(shù)值模擬等多種手段開展過江湖演變特性研究，取得豐富研究成果。近年來，中下游江湖系統(tǒng)的來水來沙條件、河道邊界條件、人類活動干擾強度等均發(fā)生較大變化，江湖演變呈現(xiàn)新特點，需要在以往研究成果的基礎上，結合最新資料，深入對水沙變化條件下中下游江湖演變規(guī)律的認識。

4.1 干流河道演變特點

4.1.1 長距離不平衡輸沙特性 三峽入庫泥沙大幅度減少，同時三峽水庫的攔沙作用顯著，使水庫下泄的水流含沙量很低，下游河道將面臨嚴重不飽和含沙水流的長期持續(xù)沖刷，沿程沙量會得到一定程度的補給，但因受到中下游河道形態(tài)的復雜性、河床組成的差異性、懸移質泥沙級配的不同、沿程支流水系的入?yún)R等因素的影響，沿程泥沙沖刷補給較為復雜。已有資料分析與研究表明，水庫下游河床沖刷、沙量恢復過程中，各粒徑組輸沙量均不會超出建庫前水平［26］；水庫下游發(fā)生長距離沖刷的主要原因是床沙補給不足，尤其是細沙補給嚴重不足［27］；三峽水庫下游低流量級與高流量級含沙量恢復速度較快，而中水流量級含沙量恢復速度較慢［28］。

三峽水庫運用后下泄的不同粒徑組沙量均大幅度減少，但由于水庫下游河床組成中不同粒徑沙量的不同，懸移質不同粒徑組沙量恢復速率與距離均截然不同，水庫下游河道d＞0.125 mm粒徑沙量在監(jiān)利站附近基本接近恢復飽和，而水庫下游發(fā)生長距離沖刷的主要原因是d＜0.125 mm的泥沙補給不足?？紤]到長江上游干支流水庫的陸續(xù)建設與運行，三峽水庫入庫與下泄的沙量均在相當長的時期內保持較低水平，水庫下游河道會因此而出現(xiàn)長時期、長距離的沖刷，水庫下游水流輸沙量因河床沖刷補給而增加，其中懸移質中粗顆粒部分因河床中大量存在，補給的距離短、恢復程度高，但細顆粒因河床中所占比例低，補給的距離長、恢復程度相對較低。

4.1.2 河道演變特點 60多年來，長江中下游河道實施了大量的護岸工程與河（航）道整治工程，增強了河道邊界的穩(wěn)定性與抗沖性，限制了河道橫向變形范圍與幅度，有效控制了河道的總體河勢，但受長江干支流水庫建設運行、水土保持工程的實施、降雨分布等因素影響，進入中下游的水沙條件發(fā)生了較大變化，河道演變呈現(xiàn)新的特點［1，29-30］。

三峽水庫單獨運行下數(shù)學模型計算預測表明，中下游河道將在相當長的時期內會維持總體沖刷狀態(tài)，而且沖刷隨時間會自上向下發(fā)展，最終達到相對平衡狀態(tài)，總體沖淤規(guī)律為“沖刷-回淤-相對平衡”（圖2）［31］。三峽水庫運用以來，中下游干流河道由總體沖淤基本平衡轉為總體持續(xù)沖刷，而且呈現(xiàn)沖刷強度大、發(fā)展速度快、沖刷距離長等特點。2002—2016年，宜昌至湖口河段基本河槽累計沖刷量為20.07億m3，尤其是2012年以來，城陵磯至湖口的沖刷強度與沖刷量均明顯增大，這主要與三峽水庫下泄沙量的進一步減少、河道沖刷自上向下發(fā)展、區(qū)間來水過程及來水量大小等有關?？紤]到長江干支流水庫群的建設運行、水土保持工程的逐步實施，人類活動的影響程度會持續(xù)增強，進入中下游江湖系統(tǒng)的泥沙量會在長時間維持在較低水平。因此，在相當長時間內中下游河道會出現(xiàn)持續(xù)沖刷，沖刷發(fā)展過程與中下游江湖系統(tǒng)來水過程與組成、沿程泥沙補給條件、河道形態(tài)及河床組成等有關。

圖2 三峽水庫下游河道沖淤計算預測結果

宜昌至枝城近壩段受三峽水庫蓄水影響時間最早，其砂卵石河床沖刷粗化速度快，伴隨河床沖刷，床沙粗化明顯，床沙d50由2003年11月的0.638 mm增大到2012年10月的23.59 mm，根據(jù)泥沙起動公式計算，在水深為3～20 m范圍內，其起動流速由0.61～0.84 m/s增加為1.32～1.81 m/s，由此可看出本河段河床的抗沖性隨床面粗化而明顯增強，河道的沖刷幅度會隨河床的進一步?jīng)_刷粗化而逐漸減小，漸趨于沖淤相對平衡的狀態(tài)。

三峽水庫運用后，中下游河道盡管總體持續(xù)沖刷發(fā)展，但受河勢控制工程、河（航）道整治工程及護岸工程邊界條件的制約，總體河勢基本穩(wěn)定可控，但局部河段河勢仍出現(xiàn)較大調整，部分河段因河勢調整或近岸岸坡沖刷變陡而發(fā)生崩岸，彎道凸岸邊灘與單一河段的高程較低的邊灘因低含沙水流的長期作用而出現(xiàn)累積性沖刷，斷面形態(tài)向偏“U型”或“U型”或“W型”方向調整（圖3）；七弓嶺等過度彎曲的彎道，凸岸河床沖刷過程中發(fā)生切灘撇彎（圖4）。

三峽水庫下泄水流含沙量大幅度減小，有利于分汊河道總體沖刷，但具體到不同亞類的分汊河道影響會不同。分汊河道演變對來沙減少的響應主要表現(xiàn)為灘槽演變幅度總體會有所減小，分流區(qū)在遵循“洪淤枯沖”規(guī)律的基礎上總體偏向沖刷，短汊因阻力小發(fā)展占優(yōu)，距離大壩越近的分汊河道受其影響越大。城陵磯以下分汊河道主汊基本比支汊短，三峽水庫運用10余年來主要汊道段的沖淤也表現(xiàn)出短（主）汊發(fā)展占優(yōu)的演變規(guī)律。

圖3 下荊江調關彎道段典型橫斷面沖淤變化

圖4 熊家洲至城陵磯段深泓線平面變化

4.2 洞庭湖與鄱陽湖主要演變特點自然條件下，洞庭湖區(qū)的來沙量大，泥沙淤積較為嚴重，1955—1990年期間，湖區(qū)年均淤積泥沙量約1.28億t，累積淤積46.14億t。湖區(qū)泥沙絕大多數(shù)淤積在東洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖這三塊水域較寬的部位，約占總淤積量的90%以上，其中，東洞庭湖淤積總量約占50%以上［32］。三峽水庫運用以來，進入中下游河道的沙量大幅減少，尤其是2013年以來，宜昌站的來沙量減為自然條件下的2.6%，通過荊江三口分流進入湖區(qū)的泥沙也大幅減少，加之四水的來沙也逐漸減少并維持在較低水平，因此洞庭湖區(qū)在未來相當長時間內進、出沙量可基本保持相對平衡或出現(xiàn)微沖。近期沖刷主要是因為長江上游水庫蓄水引起湖區(qū)出口水位快速下降而導致湖區(qū)出口段的比降加大、流速增加而引起湖區(qū)出口段的沖刷，未來沖刷有可能溯源向湖區(qū)發(fā)展。

三峽水庫蓄水運用前，荊江三口洪道處于淤積狀態(tài)，其淤積速率與荊江三口分沙量有關，分沙量越大，淤積越嚴重。1952—2003年三口洪道共淤積泥沙6.52億m3（年均淤積泥沙0.13億m3），其中：松滋河淤積1.71億m3，占淤積總量的26.2%；虎渡河淤積0.86億m3，占淤積總量的13.2%；松虎洪道淤積0.43億m3，占淤積總量的6.6%；藕池河淤積3.51億m3，占淤積總量的53.9%。三峽水庫蓄水運用后，三口洪道河床出現(xiàn)了一定的沖刷。2003—2011年三口洪道洪水河槽總沖刷量為0.75億m3。其中：松滋河總沖刷量為0.35億m3，占三口洪道總沖刷量47%；虎渡河沖刷量為0.15億m3，占總量的20%；松虎洪道沖刷量為0.074億m3，占總量的10%；藕池河總沖刷量為0.18億m3，占總量的23%?？紤]到宜昌站的來沙量在相當長時期內會維持在很低水平，三口分洪道也會在一定時期內維持沖刷狀態(tài)，但沖刷幅度會小于干流河道。

鄱陽湖五河來沙量相對較少，自然條件下年均淤積量不大。來沙主要淤積在水網(wǎng)區(qū)的分支口、擴散段、彎曲段凸岸和湖盆區(qū)的東南部、南部、西南部的各河入湖擴散區(qū)。在水網(wǎng)區(qū)河道的淤積表現(xiàn)為中洲（心灘）、淺灘、攔門沙等形態(tài)，在湖盆表現(xiàn)為扇形三角洲、“自然湖堤”等形態(tài)。從年內沖淤規(guī)律來看，鄱陽湖4月之前為河相，比降較大，流速相對較快，且五河處于漲水階段，入湖流量增加，流域來沙能順利通過鄱陽湖進入長江，主要沖刷主航道附近的淤積泥沙，出湖沙量大于入湖沙量；4月開始，五河進入汛期，流域入湖的水、沙驟增，湖水位升高，洲灘逐漸淹沒，鄱陽湖呈湖相景觀，比降減小，流速減緩，泥沙落淤，出湖沙量小于入湖沙量；7月之前長江水位不高，五河流量大，雖然湖內大量淤沙，但出湖沙量的比重仍較大；7—9月為長江干流汛期，湖水受頂托或發(fā)生江水倒灌，入湖泥沙大部分淤積在湖內，江沙倒灌則更增加泥沙淤積幅度；10月以后，湖水隨長江洪水退落而泄量增加，洲灘逐漸顯露，鄱陽湖再成河相，湖區(qū)泥沙開始沖刷?？梢?，鄱陽湖泥沙年內沖淤變化規(guī)律一般為低水沖、高水淤。三峽水庫蓄水運用以來，主要是蓄水期減少下泄流量，湖口水位會相應降低，會提前并加速湖區(qū)水體外泄，有利于湖區(qū)及入江水道的輸沙與沖刷。

4.3 江湖關系變化三峽工程運用以來，入洞庭湖懸移質沙量多年平均（2003—2015）僅為1 772萬t，經(jīng)由城陵磯輸出沙量為1 929萬t，年均沖刷量為157萬t，洞庭湖區(qū)出現(xiàn)自然條件下的累積性大量淤積轉變?yōu)槿龒{水庫運用以來的輕微淤積或沖刷。隨著人類活動的繼續(xù)作用及自然因素的影響，洞庭湖四水入湖水量不會明顯變化，入湖沙量將進一步減少，在相當長時期內，荊江三口入湖的水沙量將持續(xù)減少并維持在較低水平，江湖關系會隨著江湖水沙交換過程的變化而持續(xù)發(fā)生調整，荊江三口洪道會因沖刷而維持高水的分流能力，洞庭湖會因來沙減少而維持湖容，這些對洞庭湖調蓄能力的保持和防洪大為有利。

通過采用數(shù)學模型的還原計算表明，三峽工程蓄水運用以來，2006—2009年洞庭湖出口七里山站在汛前水庫預泄期水位平均抬高0.31～0.65 m，最大抬高0.40～1.12 m；汛后水庫蓄水期水位平均下降0.69～1.28 m，最大下降1.26～2.64 m，水位降低影響時間為50～78 d。湖區(qū)其它各站，越往上游水位影響越?。?3］。

三峽水庫運用以來，受水庫蓄水和自然因素的雙重影響，鄱陽湖區(qū)枯水位出現(xiàn)新的變化，不僅枯水出現(xiàn)時間大幅提前，枯水持續(xù)時間顯著延長，而且湖區(qū)控制站普遍出現(xiàn)歷史最低水位（表6）。受長江干流水位降低引起溯源沖刷及采砂影響，鄱陽湖入江水道河床下切明顯，15 m水位以下斷面面積明顯增大。2012年與2002年相比，當湖口站水位分別為6、8和10 m時，星子站水位分別降低1.05、0.54和0.20 m?？紤]到長江上游水庫的調度運行方式，對鄱陽湖出口湖口站水位的影響會是常態(tài)，湖口站水位的快速退落會加大鄱陽湖入江水道的比降，增加入江水道的流速，可能會引起入江水道的沖刷，并溯源向湖區(qū)發(fā)展，有利于維持鄱陽湖的湖容，這對鄱陽湖調蓄能力的保持和防洪大為有利。

根據(jù)數(shù)學模型的還原計算，三峽工程蓄水運用以來，2006—2009年鄱陽湖出口湖口站在三峽水庫汛前預泄期水位平均抬高0.14～0.31m，最大抬高0.18～0.61 m；水庫蓄水期水位平均下降0.38～0.74 m，最大下降0.74～1.78 m，水位降低影響天數(shù)為49～76 d，湖區(qū)其它各站，越往上游水位影響越?。?3］。

表6 鄱陽湖各站9月至次年3月月平均水位變化［34］

5 需要進一步研究的課題

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，人類活動對長江水沙、江河湖庫演變的影響越來越強烈，且持續(xù)時間長，長江流域江、湖、庫、河口等系統(tǒng)進入劇烈調整的時期，必將對河流功能的充分發(fā)揮產(chǎn)生影響。因此，需要借助新的理論、方法與技術手段從整體與局部、近期與遠期、宏觀與微觀、理論與實踐等多角度動態(tài)開展長江流域水沙變化趨勢、江河湖庫的演化和平衡狀態(tài)及其影響與調控策略等重大問題的深入研究。一是長江流域水沙變化趨勢研究，重點研究來水來沙的主要影響因素及其權重、干支流來水來沙變化趨勢；二是自然變化與人類活動影響雙重因素驅動下江河湖庫的演化和平衡狀態(tài)及其影響研究，重點研究新水沙條件下江河湖庫的演變機理與趨勢、江湖關系變化趨勢及長江口演變機理與趨勢，以及對長江防洪、航運、岸灘利用、水環(huán)境與水生態(tài)等影響；三是長江泥沙調控研究［35］，重點研究滿足河流多功能需求的干支流水庫群泥沙調控理論、技術和方案，長江河道和航道整治工程適應性與整治新技術，江湖復雜水系閘控工程聯(lián)合調控技術與方案，泥沙資源化配置理論、方法與技術，長江口綜合整治技術與方案等。

6 結論

受自然因素變化與人類活動不斷增強的雙重影響，特別是長江干支流水庫的建設運行，長江的徑流與輸沙過程發(fā)生了一系列變化，進入長江中下游江湖系統(tǒng)的水沙條件也隨之變化，尤其是來沙條件發(fā)生了顯著變化，引起江湖系統(tǒng)水沙輸移、沖淤演變及江湖關系等發(fā)生新的變化，呈現(xiàn)新的特點。主要認識如下：（1）在長江干支流水庫群的聯(lián)合作用下，長江中下游江湖系統(tǒng)的徑流量及比例組成沒有明顯變化，但徑流過程因水庫的調蓄發(fā)生一定的變化，輸沙量及比例組成發(fā)生顯著變化，長江干流宜昌站的來沙量劇減，中下游主要支流水系的來沙量雖然也有所減少，但減幅相對要小，占比增加。（2）長江中下游河道由自然條件下的中沙河流變?yōu)樯偕澈恿?，江湖系統(tǒng)由自然條件下的累積性淤積轉為持續(xù)沖刷，江湖系統(tǒng)會在較長時間內進行重新塑造與調整。三峽水庫運用以來宜昌至湖口河段累計沖刷約20億m3，中下游干流河道的總體河勢基本穩(wěn)定可控，但局部河段河勢調整仍較為劇烈，近岸河床沖刷會增加崩岸風險。（3）水庫群的聯(lián)合作用對江湖水沙交換與湖區(qū)沖淤產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)為，荊江三口分流入湖的徑流量與輸沙量均有所較少，長江與兩湖匯流區(qū)域水沙交換過程發(fā)生新的變化并將常態(tài)化，兩湖枯水期有所提前，湖區(qū)泥沙沉積率顯著下降，甚至有可能出現(xiàn)微沖，江湖關系總體趨于向好的方向調整。（4）鑒于水沙條件的不確定性，人類活動影響的加劇與江湖系統(tǒng)演變的復雜性，仍須加強變化環(huán)境下長江流域水沙變化趨勢、自然變化與人類活動影響雙重因素驅動下江河湖庫的演化和平衡狀態(tài)及其影響與泥沙調控研究。

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