馮寶飛 牛文靜 許第兵 鄒振華 陳力

摘要：荊江三口是長(zhǎng)江干流分流至洞庭湖以減輕荊江河段防洪壓力的重要洪道。2017年長(zhǎng)江1號(hào)洪水期間，荊江三口出現(xiàn)歷史罕見(jiàn)的江湖逆流現(xiàn)象。為探明三口逆流現(xiàn)象成因并揭示其在江湖防洪中的作用，基于大量原始數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了近60 a來(lái)尤其是三峽水庫(kù)蓄水以來(lái)主要洪水期間的分流情況，并通過(guò)分析2017年三口逆流期間主要口門(mén)控制站的來(lái)水情況、水位演進(jìn)過(guò)程、洪道沿程比降及同期三峽水庫(kù)調(diào)蓄操作，明確了發(fā)生三口逆流的充要條件。研究成果能夠?yàn)榭茖W(xué)調(diào)度長(zhǎng)江中上游水庫(kù)群、有效緩解洞庭湖區(qū)的防洪壓力提供有益借鑒。

關(guān) 鍵 詞：逆流現(xiàn)象; 負(fù)流量; 荊江三口; 三峽水庫(kù)

長(zhǎng)江枝城至城陵磯河段通稱(chēng)荊江，長(zhǎng)約347 km，中部以藕池口為界分為上荊江和下荊江。荊江地處長(zhǎng)江沖積平原河流的上段，河道多彎，行洪不暢，超額洪水經(jīng)年沖刷，在其南岸形成分流入洞庭湖的松滋河、虎渡河、藕池河和調(diào)弦河[1-2]，四河分流口分別為松滋口、太平口、藕池口和調(diào)弦口[3-4]，自1959年調(diào)弦口建閘封堵后，形成荊江三口洪道[5]。長(zhǎng)江干流的水沙經(jīng)三口洪道分入洞庭湖后納入湖南四水，再經(jīng)由城陵磯匯入長(zhǎng)江干流，江湖關(guān)系頗為復(fù)雜。荊江三口河網(wǎng)及控制站分布情況如表1和圖1所示。

荊江三口洪道的演進(jìn)情況歷來(lái)由各分流口控制站及監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行觀測(cè)，控制站主要包括新江口、沙道觀、彌陀寺、康家崗和管家鋪，監(jiān)測(cè)斷面主要包括陳家灣、太平口、新廠[1，5]。陳家灣站位于長(zhǎng)江干流太平口口門(mén)上游約5.5 km處，太平口站位于太平口口門(mén)內(nèi)2.3 km處，彌陀寺站位于虎渡河太平口口門(mén)下游7.2 km處;陳家灣站距彌陀寺站約12.7 km，太平口站距彌陀寺站約4.9 km。新廠站位于長(zhǎng)江干流藕池口口門(mén)上游約6.2 km，管家鋪站至口門(mén)約14.8 km，康家崗站至口門(mén)約13.4 km。新廠站至管家鋪站距離約21.0 km，新廠站至康家崗站距離約19.6 km，康家崗站至三岔河站（藕池河出口河段）距離約102.7 km。

1 荊江三口分流變化情況

1.1 三口分流變化

自20世紀(jì)60年代以來(lái)，荊江河段經(jīng)歷了下荊江裁彎、葛洲壩水利樞紐截流、三峽水庫(kù)蓄水等重要?dú)v史變化，三口分流情況隨之改變?，F(xiàn)有研究成果顯示，近60 a來(lái)，荊江三口的演變大致可分為5個(gè)階段[3，6-8]，各階段起止時(shí)間及代表事件見(jiàn)表2。

重大水利事件的發(fā)生[9-10]和水利工程的實(shí)施[11-12]對(duì)三口分流變化產(chǎn)生了不同程度的影響[13-14]，例如，下荊江裁彎使荊江三口分流分沙受到不同程度的影響，且對(duì)距離裁彎處較近的藕池口影響大于距離較遠(yuǎn)的松滋口[8，15-17]。葛洲壩水利樞紐和三峽水庫(kù)的建成投產(chǎn)則不同程度引起荊江河段來(lái)沙量減少，河道沖刷下切，流量水位降低，同時(shí)加大了口門(mén)進(jìn)口處與干流河底的高程差，對(duì)三口分流具有一定阻礙作用，削弱了荊江三口的分流能力，但同時(shí)三口洪道口門(mén)的沖刷擴(kuò)展又在一定程度上加強(qiáng)了三口分流能力，前者影響小于后者，從而導(dǎo)致三口分流能力有所加強(qiáng)[18-21]。各階段長(zhǎng)江枝城與荊江三口分流情況如表3所示。

第7期? ?馮寶飛，等：三峽水庫(kù)調(diào)蓄作用下荊江三口逆流現(xiàn)象成因解析? ? 人 民 長(zhǎng) 江2019年 針對(duì)三峽蓄水以來(lái)的分流情況進(jìn)行詳細(xì)分析，表4統(tǒng)計(jì)了自2003年以來(lái)主要洪水期間的分流情況[5]?？梢钥闯?，三峽蓄水以來(lái)的三口洪道分流情況展現(xiàn)以下特點(diǎn)：① 三口總分流比隨枝城洪峰流量增大而波動(dòng)增加，但各口門(mén)有所差異，藕池口隨枝城洪峰流量增大而增大的趨勢(shì)最為明顯，松滋口有所增大，太平口變化不明顯;② 三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)行以來(lái)，主要洪水期間三口總分流比有所增加，在洪峰流量基本相同的情況下，三口合計(jì)分流比由20%增加到25%左右，各口門(mén)增幅1.9%～3.9%，以藕池口增幅最大。

1.2 三口負(fù)流量現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)分析

作為洞庭湖分蓄長(zhǎng)江洪水的要塞，三口洪道各口門(mén)的分流情況歷來(lái)備受關(guān)注，其出現(xiàn)罕見(jiàn)負(fù)流量現(xiàn)象應(yīng)該引起足夠重視。自三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)行以來(lái)，三口洪道累計(jì)出現(xiàn)兩次負(fù)流量現(xiàn)象：一次是2015年應(yīng)對(duì)“東方之星”沉船事件期間;另一次是2017年“長(zhǎng)江1號(hào)洪水”期間。兩次三口負(fù)流量現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5，其中，2015年“東方之星”沉船事件期間，長(zhǎng)江防總于6月2日上午啟動(dòng)對(duì)三峽水庫(kù)的連續(xù)3次應(yīng)急調(diào)度，將出庫(kù)流量由17 200 m3/s減小至7 000 m3/s以降低荊江河段水位，為沉船救援創(chuàng)造有利條件，調(diào)度影響于6月2日晚間抵達(dá)事故地點(diǎn)監(jiān)利江段，期間累計(jì)負(fù)流量約為1.27億m3。2017年“長(zhǎng)江1號(hào)洪水”期間，為緩解中下游防洪壓力，三峽水庫(kù)出庫(kù)流量由27 300 m3/s逐漸減至8 000 m3/s，及時(shí)有效地控制了長(zhǎng)江干流荊江河段及洞庭湖區(qū)的水位上漲趨勢(shì)，期間累計(jì)負(fù)徑流量約為0.56億m3。

據(jù)上述分析可知，荊江三口出現(xiàn)的兩次負(fù)流量現(xiàn)象均與三峽水庫(kù)的調(diào)蓄操作密切相關(guān)，2015年“東方之星”沉船事件期間的負(fù)流量現(xiàn)象成因中，人為引導(dǎo)因素占據(jù)主導(dǎo)地位;2017年的負(fù)流量現(xiàn)象則發(fā)生在“長(zhǎng)江1號(hào)洪水”期間，屬于天然洪水作用下，三口洪道因勢(shì)利導(dǎo)自然出現(xiàn)的罕見(jiàn)現(xiàn)象。顯然，后者對(duì)于三口洪道在江湖關(guān)系中的作用分析更具參考性。

2 荊江三口逆流現(xiàn)象及成因分析

前已述及，三口洪道負(fù)流量現(xiàn)象、尤其是豐水期負(fù)流量現(xiàn)象歷史罕見(jiàn)，其出現(xiàn)對(duì)于長(zhǎng)江流域的防洪調(diào)度及江湖關(guān)系演變具有十分重要的意義。但值得注意的是，洪道控制水文站出現(xiàn)負(fù)流量?jī)H表示水文站附近河段內(nèi)流向發(fā)生變化，而“三口逆流”現(xiàn)象所表達(dá)的含義則為“長(zhǎng)江干流分洪入洞庭湖”轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸赐ズ至魅腴L(zhǎng)江”，根據(jù)水力學(xué)概念，其定義應(yīng)包含口門(mén)控制站負(fù)流量及倒比降兩個(gè)層次，僅出現(xiàn)負(fù)流量現(xiàn)象尚不足以定義為三口逆流。考慮到2015年“東方之星”沉船事件期間三口負(fù)流量現(xiàn)象的特殊背景，本節(jié)以2017年“長(zhǎng)江1號(hào)洪水”為例，結(jié)合三口逆流期間長(zhǎng)江干流和洞庭湖水系的來(lái)水情況，及三口洪道沿程比降分析，探討逆流現(xiàn)象出現(xiàn)成因，并結(jié)合長(zhǎng)江中上游水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度情況、尤其是三峽水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行提出針對(duì)性建議。

2.1 洪水期間江湖來(lái)水情況

2017年6月22日至7月2日，長(zhǎng)江中下游地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)2次大范圍強(qiáng)降雨過(guò)程，長(zhǎng)江發(fā)生中游型大洪水。受連續(xù)強(qiáng)降雨影響，洞庭湖水系湘江、資水、沅水水位快速上漲，7月1日“洞庭四水”合成流量漲至50 000 m3/s，湖區(qū)水位快速上漲，城陵磯（七）站水位7月1日0：00超警戒水位，向保證水位逼近。長(zhǎng)江上中游水庫(kù)群進(jìn)行聯(lián)合防洪調(diào)度，三峽水庫(kù)出庫(kù)流量自7月1日08：00的27 300 m3/s逐漸減少至7月3日01：00的8 000 m3/s，7月4日6時(shí)宜昌站出現(xiàn)7月歷史同期最小流量6 570 m3/s，水位累計(jì)降幅約7 m，長(zhǎng)江干流荊江河段水位也急劇下降。

7月3日后，荊江三口五站中除新江口外，其它各站均觀察到負(fù)流量現(xiàn)象，松滋口新江口站、沙道觀站、太平口彌陀寺站、藕池口康家崗站、管家鋪站最小流量分別為317 m3/s（6日12：00）、-16.6 m3/s（5日01：00）、-321 m3/s（5日08：00）、-59.2 m3/s（4日16：00）、-277 m3/s（5日12：00），其中彌陀寺、康家崗、管家鋪連續(xù)3～4 d觀測(cè)流量為負(fù)值，三口五站流量過(guò)程如圖2所示。

2.2 口門(mén)控制站水位過(guò)程演變

受荊江干流來(lái)水急劇減小、洞庭湖湖區(qū)水位快速上漲影響，荊江干流及三口洪道內(nèi)的水流流速、流態(tài)變得更為復(fù)雜，區(qū)域內(nèi)控制站持續(xù)數(shù)日觀測(cè)到負(fù)流量，初步判斷在較大范圍河系內(nèi)出現(xiàn)逆流現(xiàn)象。以下分析分流河道與洞庭湖連接的主要水道水位高低情況（各站水位均轉(zhuǎn)換為黃?；妫?，以判定是否發(fā)生江湖逆流現(xiàn)象。

（1） 澧水尾閭。松滋口分西支、中支與澧水貫通，西支設(shè)有官垸水位站、中支設(shè)有自治局水位站，交匯后下游（澧水尾閭）設(shè)有石龜山水位站，7月上旬3站水位對(duì)比見(jiàn)圖3。石龜山水位低于自治局、官垸站水位，因此，洞庭湖水不可能由澧水尾閭倒流至松滋西、中支進(jìn)而流向荊江干流。

（2） 虎淞合流。松滋河?xùn)|支與虎渡河匯合后，在流向洞庭湖湖區(qū)沿途依次設(shè)有安鄉(xiāng)、肖家灣水位站，7月上旬2站水位對(duì)比見(jiàn)圖4。肖家灣站水位低于安鄉(xiāng)站水位，因此洞庭湖水不可能由虎淞合流倒流至松滋河、虎渡河進(jìn)而流向荊江干流。

（3） 藕池河。藕池河?xùn)|支設(shè)有管家鋪站，西支設(shè)有康家崗站，兩站與出口控制站三岔河水位站7月上旬水位對(duì)比見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，在7月2～8日，三岔河水位持續(xù)高出管家鋪站、康家崗站水位，而在此期間管家鋪、康家崗站流量持續(xù)為負(fù)值，即可認(rèn)為洞庭湖水由此水道倒流至荊江干流。

綜上所述，洞庭湖水不可能由松滋河、虎渡河倒流至荊江，新江口沒(méi)有出現(xiàn)倒流現(xiàn)象，沙道觀僅在較短時(shí)間內(nèi)流量為負(fù)，更多時(shí)候表現(xiàn)為斷流狀態(tài)，而彌陀寺站持續(xù)多日出現(xiàn)負(fù)流量?？傮w而言，彌陀寺流量為負(fù)期間，新江口流量大于彌陀寺流量絕對(duì)值（見(jiàn)圖2），因此可認(rèn)為荊江自新江口分流水量，一部分經(jīng)彌陀寺流回荊江干流。

2.3 三口洪道沿程比降分析

伴隨水位過(guò)程的演變，三口洪道可分別觀察到倒比降現(xiàn)象。藕池口口門(mén)段7月4～7日出現(xiàn)明顯的倒比降，太平口口門(mén)段7月4～6日出現(xiàn)明顯的倒比降（見(jiàn)圖6）;太平口至虎渡河彌陀寺站落差過(guò)程見(jiàn)圖7，太平口及藕池口口門(mén)段干支流落差沿時(shí)程變化見(jiàn)圖8。

康家崗至三岔河段在統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)正負(fù)落差相差2.52 m，新廠至管家鋪段同步最小落差接近為0，兩站距離約21 km，長(zhǎng)江干流部分未觀測(cè)到逆流?？梢酝茢?，藕池河靠近長(zhǎng)江分流口門(mén)的局部河段水位應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)負(fù)落差及倒比降。統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)，藕池口口門(mén)段及虎渡河口門(mén)段出現(xiàn)倒比降，與藕池口進(jìn)口控制站及虎渡河進(jìn)口站流量觀測(cè)出現(xiàn)負(fù)值的時(shí)間基本同步，而各口門(mén)控制站沿程比降變化過(guò)程與三峽水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行過(guò)程基本一致，見(jiàn)圖9。

2.4 逆流現(xiàn)象成因分析及建議

綜上分析，荊江三口分流情況的變化與長(zhǎng)江上中游梯級(jí)水庫(kù)群的建設(shè)和運(yùn)行，尤其是三峽水庫(kù)的調(diào)蓄操作關(guān)系密切，現(xiàn)從以下3個(gè)方面對(duì)三口分流的演進(jìn)過(guò)程，尤其是2017年罕見(jiàn)的逆流現(xiàn)象及其成因進(jìn)行定性分析。

2.4.1 三口分流比的定性

三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)行以來(lái)，三口年均分流比略有下降，但主要洪水期間明顯上升，這意味著在此期間，枝城同流量條件下，由長(zhǎng)江干流經(jīng)荊江三口分入洞庭湖的水量有所增加，無(wú)疑加大了洞庭湖區(qū)的防洪壓力，在發(fā)生中游型大洪水時(shí)，尤為明顯。

2.4.2 2017年大水三口逆流的定性

2017年大水期間，三口口門(mén)段發(fā)生罕見(jiàn)逆流現(xiàn)象，并同時(shí)出現(xiàn)負(fù)流量和倒比降現(xiàn)象，構(gòu)成三口逆流充要條件。其主要原因可歸納為以下兩點(diǎn)。

（1） 洪水期間洞庭湖來(lái)水多，湖區(qū)水位高。2017年6月22至7月2日，受連續(xù)出現(xiàn)的2次大范圍強(qiáng)降雨過(guò)程影響，長(zhǎng)江發(fā)生中游型大洪水，洞庭湖湘、資、沅水系及湖區(qū)支流先后出現(xiàn)特大洪水過(guò)程，來(lái)水較歷史同期明顯偏多，造成湖區(qū)水位快速上漲。

（2） 三峽水庫(kù)出庫(kù)流量驟減，干流水位低。三峽水庫(kù)自7月1日12：00至7月2日22：00，出庫(kù)流量由27 300 m3/s逐漸減至8 000 m3/s，荊江河段各站水位快速下降，太平口口門(mén)段7月4～6日出現(xiàn)明顯的倒比降，藕池口口門(mén)段7月4～7日出現(xiàn)明顯的倒比降。

2.4.3 水庫(kù)調(diào)度的效益及建議

通常情況下，上中游梯級(jí)水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用，尤其是三峽水庫(kù)的調(diào)蓄操作，將顯著改變荊江徑流過(guò)程，由于荊江流量大時(shí)三口分流比也大，如水庫(kù)汛期調(diào)蓄，消減洪水流量，將導(dǎo)致三口分流量減少，進(jìn)而降低洞庭湖區(qū)水位，有效緩解洞庭湖區(qū)的防洪壓力。

3 結(jié) 語(yǔ)

長(zhǎng)江發(fā)生中游型大洪水時(shí)，洞庭湖防洪壓力驟增，湖區(qū)水位高漲，對(duì)于沿湖地區(qū)的防洪減災(zāi)非常不利。在這種情況下，充分利用上中游水庫(kù)的調(diào)節(jié)能力，通過(guò)控制其出庫(kù)流量，尤其是三峽水庫(kù)的出庫(kù)流量，以改變干流水位，引導(dǎo)洞庭湖水經(jīng)三口逆流入江，對(duì)于緩解洞庭湖區(qū)的防洪壓力具有積極作用。針對(duì)2017年長(zhǎng)江1號(hào)洪水進(jìn)行計(jì)算分析，荊江三口負(fù)流量過(guò)程中累計(jì)逆流水量約1.27億m3。若按多年綜合分流比計(jì)算，三口合計(jì)分流流量將達(dá)到4 920 m3/s，分洪量達(dá)到25.5億m3，通過(guò)水位蓄量初步估算，可平均降低洞庭湖水位約0.95 m。由此可見(jiàn)，逆流現(xiàn)象的發(fā)生對(duì)于應(yīng)對(duì)長(zhǎng)江中游型大洪水、尤其是降低洞庭湖區(qū)的防洪壓力是非常有利的。

然而，荊江三口分流流量對(duì)于荊南地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水生態(tài)環(huán)境保護(hù)等至關(guān)重要，若頻繁出現(xiàn)逆流現(xiàn)象、破壞江湖水體連通，對(duì)于河道的天然發(fā)育和演變極有可能產(chǎn)生不利影響。因此，在實(shí)際防洪調(diào)度過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)長(zhǎng)江干流和洞庭湖區(qū)具體防洪形勢(shì)，合理安排上中游水庫(kù)群、尤其是三峽水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行，充分利用三口洪道實(shí)現(xiàn)江湖兩利。

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[21] 郭小虎，韓向東，朱勇輝，等.三峽水庫(kù)的調(diào)蓄作用對(duì)荊江三口分流的影響[J].水電能源科學(xué)，2010，28（11）：48-51.

（編輯：胡旭東）