三峡工程蓄水运用以来荆江水位流量关系变化分析

郭小虎，渠 庚，朱勇辉

（长江科学院水利部江湖治理与防洪重点试验室，武汉 430010）

三峡工程蓄水运用以来荆江水位流量关系变化分析

郭小虎，渠 庚，朱勇辉

（长江科学院水利部江湖治理与防洪重点试验室，武汉 430010）

根据三峡工程蓄水前后的实测资料，分析了荆江河段沿程水位流量关系变化。研究成果表明：除枝城站在枯水流量下水位略有下降外，上荆江在中、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，下荆江河段水位在同流量下略有下降。除枝城站枯水位变化受卢家河浅滩形成的沙坎石泓影响外，三峡工程蓄水后影响荆江河段水位流量关系变化的主要原因是：荆江河段处于冲刷状态，尤其冲刷主要集中在枯水河槽。

荆江河道；水位；冲刷

长江枝城至城陵矶河段俗称为荆江，其中枝城至藕池口为上荆江，藕池口至城陵矶段为下荆江。荆江四口（松滋口、太平口、藕池口、调弦口）通过分流河道（松滋河、虎渡河、藕池河、华容河）分泄江水入洞庭湖，与四水来量汇合，然后通过城陵矶再汇入长江。由于1959年调弦口建闸控制，此后实际只有三口入湖。万里长江，险在荆江，荆江河道水位变化规律历来都是研究的重点，许多研究工作者从荆江地貌组成、河床组成、江湖关系变化、裁弯前后荆江河段水沙特性的改变、葛洲坝水库蓄水后和三峡工程建库对荆江河段水沙特性的影响［1－12］等角度对荆江河段水位、冲淤变化进行了大量的研究，取得丰硕的成果。本文将利用三峡工程蓄水前后2002－2009年期间的实测资料分析荆江河段水位流量关系变化，并探讨三峡工程蓄水以来荆江河段水位流量关系变化的主要原因。

1 荆江河段进口水沙条件的变化

枝城站是荆江河段的进口站，下面将利用该站的实测数据分析2003－2009年期间荆江河段水沙变化，如表1所示。

从表1可知：除2006年属于特枯年之外，其它年份的径流量与多年平均径流量基本相等，而年输沙量减小幅度很大，与三峡水库蓄水前（1955－2002年）平均数值相比，2003－2009年分别减少了74.2%，84.2%，77.0%，97.6%，86.6%，92.3%及 91.9%。这说明三峡水库运用后进入荆江河段的年径流量基本变化不大，而年输沙量大幅度地减少。

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

2 三峡工程蓄水后荆江水位流量关系变化

为了反映三峡水库蓄水后荆江河段水位流量关系的变化，下面根据蓄水前后的（2002－2009年）实测资料分析了荆江干流河道枝城、沙市以及新厂站水位流量关系的变化，如表2所示。

根据三峡工程蓄水前后（2002－2009年）荆江干流站点水位流量关系的变化（表2及图1）可知，荆江河道进口站点枝城站在枯水流量为5 000 m3／s时水位下降幅度较小，但在流量为10 000 m3／s时下降幅度较大，下降的数值约0.58 m，在流量为20 000 m3／s时水位略有下降，而流量在30 000 m3／s时该站水位略有抬高；沙市站流量在10 000 m3／s以下水位下降幅度较大，其中在流量为5000m3／s时水位下降约0.75 m，而在20 000m3／s以上时水位略有下降；新厂站与沙市站水位下降规律是一致的，但水位下降幅度略小于沙市站下降幅度。

以下继续分析下荆江监利水文站水位流量关系的变化。根据已有的实测资料可知，监利站同一年内水位流量关系较为散乱，其主要原因是受洞庭湖出流顶托的影响较为明显。已有的实测资料表明，洞庭湖出流流量为5 000 m3／s和10 000 m3／s时发生频率相对较高，因此选择洞庭湖七里山出流流量为5 000 m3／s和10 000 m3／s时，分析2003年、2005年、2008年以及2009年监利站水位流量关系，以消除洞庭湖因出流流量不同而产生的顶托作用不一致，如图2所示。

表2 三峡蓄水后荆江河段同流量下水位变化Table 2 Changes of water level in Jingjiang River under the same flow after the im poundment of Three Gorges Reservoir m

图1 三峡工程蓄水前后荆江干流站点水位流量关系变化Fig.1 Stage-discharge relations in Jingjiang River before and after the impoundment of Three Gorges Reservoir

图2 城陵矶流量一定时监利站水位流量关系变化（2003，2005，2008年与2009年）Fig.2 Stage-discharge relations at Jianli Station when the flow at Chenglingji Station is constant

根据2003年、2009年七里山流量为5 000 m3／s时监利站水位流量关系可知：流量在6 000 m3／s时，该站水位下降约0.37 m；流量在10 000 m3／s时，下降约0.22 m；流量在20 000 m3／s时，下降约0.02 m；而流量在30 000 m3／s时，下降约0.01 m。而七里山流量为10 000 m3／s时监利站水位流量关系可知：流量在6 000 m3／s时，该站水位下降约0.3 m；流量在10 000 m3／s时，下降约0.18 m；流量在20 000 m3／s时，下降约0.04 m。从上面对比分析可知，由于洞庭湖出流流量不同，进而对监利站同流量水位变化数值造成一定的影响，但对水位变化的数值影响有限。从上面分析成果可知，下荆江监利站在同流量下水位下降较小。

3 三峡工程蓄水以来荆江水位流量变化因素探讨

下面将从荆江三口分流分沙比的变化、荆江河段河道下边界水位变化、荆江河道冲刷量变化以及河道特殊地形的影响4个方面探讨三峡工程蓄水运用以来荆江河段水位流量关系变化的主要原因。

3.1 荆江三口分流分沙比变化

荆江三口是连接长江荆江河段与洞庭湖区的纽带，其分流分沙的变化对荆江和洞庭湖区的洪水及河床冲淤起着决定性作用。50多年的实测资料分析表明，在1990年以前荆江三口分流分沙持续减少（图3），其中荆江三口多年（1955－2008年）平均年径流量和输沙量分别为965亿m3和1.18亿t，分别占其上游枝城同期来量的19.5%和24.5%，分流比由下荆江裁弯前1955－1966年的29.79%降至裁弯后1973－1980年的18.79%和葛洲坝水利枢纽运用后1981－1990年的16.0%，分沙比则由35.24%分别降至21.6%和18.3%。而1990－2009年期间，荆江三口分流分沙比无明显变化趋势。

图3 荆江三口分流分沙比变化（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 荆江河道下边界水位变化

荆江河道下游水位变化还受到城陵矶水位变化的影响，但由于受到长江干流、洞庭湖区双重顶托作用，城陵矶站水位、流量关系较为散乱，而城陵矶下游仅30 km的螺山站水位、流量关系较好，因此分析了该站同流量水位变化来说明下游河段对荆江河段顶托作用的变化。

图4表明三峡工程蓄水后螺山站同流量下水位基本变化较小，根据最新实测资料分析可知，2009年与2003年相比，流量为10 000 m3／s，20 000 m3／s及40 000 m3／s时，该站水位分别下降约0.18 mm，0.08 m以及0.03 m，同流量下水位下降幅度很小。

图4 三峡工程蓄水后螺山站水位流量关系变化Fig.4 Stage-discharge relations at Luoshan Station after the impoundment of Three Gorges

以上成果表明，荆江河道出口螺山站同流量水位下降幅度较小，因此可认为三峡工程蓄水前后下游河道对荆江河段的顶托作用基本变化不大。

3.3 荆江河道冲刷量变化

三峡工程蓄水后，干流含沙量大幅度减小，长江干流水位下降是由恢复含沙量的冲刷所引起，冲刷自上而下发展，比降调平，床沙不断粗化，水流挟沙能力是一个递减的过程。由于上游河段宜昌－枝城河段属于砂卵石河床，蓄水后将会在一个较短时间内达到冲淤平衡，而荆江河段也会较快处于冲刷状态。根据三峡工程运用以来荆江河段实测地形资料统计了2002－2009年期间冲淤量变化（如表3所示），其中在枯水河槽冲刷量高达37 602万m3，而枯水河槽以上冲刷较小，仅为11 614万m3，枯水河槽以下冲刷量占76.4%，说明三峡工程蓄水以来主要冲刷枯水河槽以下，这也是荆江河段中低水位下降幅度较大，而中高水位下降幅度较小的原因。

表3 枝城－城陵矶河段2002－2009年冲淤量变化［13］Table 3 Changes of erosion in the river reach from Zhicheng to Chenglingji during 2002－2009

3.4 河道特殊地形的影响

枝江河段属于沙卵石河床，根据以上实测资料表明：荆江河道进口枝城水文站在枯水流量为5 000 m3／s时水位下降幅度较小，但在流量为10 000m3／s时下降幅度较大，下降的数值约0.58 m；而在流量为20 000m3／s以上，水位基本变化不大。其主要原因估计与该站下游芦家河浅滩形成的沙坎石泓密切有关，在枯水流量情况下，沙坎石泓使上下游水位关联性较差；而在中水流量以上情况下，由于水位抬高，沙坎石泓对上下游水位关联性影响相对较弱，因此中水流量下水位下降幅度较大。

从以上分析可知，除枝城水文站在枯水流量下水位下降较小之外，上荆江河段中、低流量下水位均有一定程度下降，而下荆江河段水位略有下降，其中沙市站枯水位下降最大。根据以上实测资料分析可知，三峡工程蓄水后荆江三口分流比无明显变化趋势，这种流量分配变化对荆江河段冲刷影响较小。因此除枝城站在枯水流量下水位变化主要与卢家河浅滩形成的沙坎石泓有关之外，三峡工程蓄水后影响荆江河段水位变化主要原因是荆江河段处于冲刷状态，尤其是冲刷主要集中在枯水河槽，而其根本实质在于进入荆江河道的水流含沙量大幅度减小。

4 结 论

本文根据三峡工程蓄水前后实测资料分析荆江河道水位流量关系的变化，并探讨了其主要原因，得到如下结论：

（1）三峡水库运用后进入荆江河段的年径流量基本变化不大，而年输沙量大幅度地减少。

（2）除枝城水文站在枯水流量下水位下降较小之外，上荆江河段在中、低流量下水位也有一定程度的下降，而中、高流量下水位变化不大，下荆江河段同流量下水位下降幅度较小。

（3）除枝城站在枯水流量下水位变化受卢家河浅滩形成的沙坎石泓影响之外，三峡工程蓄水后影响荆江河段水位变化主要原因是荆江河段处于冲刷状态，尤其是冲刷主要集中在枯水河槽，而在枯水河槽以上冲刷量相对较小。

［1］ 谢鉴衡.下荆江系统裁弯后河床演变探讨［C］／／谢鉴衡论文集.武汉：武汉水利电力大学出版社，1995：21－27.（XIE Jian-heng.Evolution of Riverbed after the Cutoff in the Lower Jingjiang River［C］／／Collected Papers of XIE Jian-heng.Wuhan：Press ofWuhan Institute of Hydraulic and Electric Engineering，1995：21－27.（in Chinese））

［2］ 潘庆燊，卢金友.长江中游近期河道演变分析［J］.人民长江，1999，（2）：23－33.（PAN Qing-shen，LU Jinyou.Recent Evolution of River Channel in Middle Reaches of Yangtze River［J］.Yangtze River，1999，（2）：23－33.（in Chinese））

［3］ 卢金友，何广水.长江中游下荆江调弦口治理方案探讨［J］.长江科学院院报，2009，（3）：1－4.（LU Jinyou，HE Guang-shui.Discussion on Regulation Scheme of Tiaoxiankou in Lower Jiangjiang River of Middle Reaches of Yangtze River［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2009，（3）：1－4.（in Chinese））

［4］ 熊治平.上荆江河床演变规律探讨［J］.泥沙研究，1996，（2）：38－44.（XIONG Zhi-ping.Evolution of Riverbed in Upper Jingjiang River Reach［J］.Journal of Sediment Research，1996，（2）：38－44.（in Chinese））

［5］ 罗敏逊，卢金友.荆江与洞庭湖汇流区演变分析［J］.长江科学院院报，1998，（3）：11－16.（LUO Min-xun，LU Jin-you.Analysis on Fluvial Processes of Confluence Area of Jingjiang River and Dongting Lake［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，1998，（3）：11－16.（in Chinese））

［6］ 李义天，邓金运，孙韶华，等.河流水沙灾害及其防治［M］.武汉：武汉大学出版社，2004：151－205.（LIYitian，DENG Jin-yun，SUN Shao-hua，et al.River and Sediment Disaster and Their Prevention［M］.Wuhan：Wuhan University Press，2004，151－205.（in Chinese））

［7］ 卢金友.荆江三口分流分沙变化规律研究［J］.泥沙研究，1996，（4）：54－60.（LU Jin-you.Study on Laws of Runoff and Sediment Diverted from Three Outlets in the Jingjiang Reach of the Yangtze River［J］.Journal of Sediment Research，1996，（4）：54－60.（in Chinese））

［8］ 卢金友，罗恒凯.长江与洞庭湖关系变化初步分析［J］.人民长江，1999，（4）：24－26.（LU Jin-you，LUO Heng-kai.The Changing Relationship of the Yangtze River and Dongting Lake［J］.Yangtze River，1999，（4）：24－26.（in Chinese））

［9］ 方春明，曹文洪，鲁 文，等.荆江裁弯造成藕池河急剧淤积与分流分沙减少分析［J］.泥沙研究，2002，（2）：40－45.（FANG Chun-ming，CAOWen-hong，LU Wen，et al.The Analysis of OuchiRiver＇s Heavy Deposit and Rapid Reduction of Discharge and Sediment Caused by Jingjiang Truncation［J］.Journal of Sediment Research，2002，（2）：40－45.（in Chinese））

［10］韩其为.江湖流量分配变化导致长江中游新的洪水形势［J］.泥沙研究，1999，（5）：1－12.（HAN Qi-wei.Changes of Flood Situation Along the Middle Yangtze River［J］.Journa1 of Sediment Research，l999，（5）：1－12.（in Chinese））

［11］高俊峰，张 琛，姜加虎，等.洞庭湖的冲淤变化和空间分布［J］.地理学报，2001，（3）：269－277.（GAO Jun-feng，ZHANG Chen，JIANG Jia-hu，et al.Changes in SedimentDeposition and Erosion and Their Spatial Distribution in the Dongting Lake［J］.Journal of Geographical Sciences，2001，（3）：269－277.（in Chinese））

［12］李义天，孙昭华，邓金运，等.泥沙输移变化与长江中游水患［J］.泥沙研究，2004，（2）：33－39.（LI Yi-tian，SUN Zhao-hua，DENG Jin-yun，et al.Variation of Sediment Transport and Flood Disaster in the Middle Reach of Yangtze River［J］.Jouma1 of Sediment Research，2004，（2）：33－39.（in Chinese））

［13］长江水利委员会水文局.2009年度三峡水库泥沙淤积及坝下游河道冲刷专题汇报材料之一——三峡水库进出库水沙特性、水库淤积及坝下游河道冲刷简要分析［R］.武汉：长江水利委员会水文局，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） ）

（编辑：刘运飞）

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

水利部水利前期项目（QQ0871／HL15）；水利部公益性行业专项（2007SHZ1－3）

郭小虎（1981-），男，湖北荆门人，博士，主要从事水力学及河流动力学方面的研究，（电话）84238177-802（电子信箱）xiaohu001328＠163.com。