枝城站水位～流量单值化变化分析探讨

杜兴强

摘 要：三峡2003年蓄水后，清水下泄对三峡坝下河床逐年冲刷，致使河床刷深、河段比降变化，含沙量降低、年最低水位下降等等各项水文特性的改变，其中又以水位～校正流量的关系变化对水文工作的影响最为重要（水位～校正流量关系线为本站流量单值化整编的定线方法，2010年通过分析使用本方法定线整编），为了更好的了解测验断面水位～校正流量关系变化情况和趋势，通过三峡蓄水前后至今（2013年）的水文资料进行分析水位校正流量的变化成因和未来关系线的变化趋势。

关键词：水位～校正流量关系；清水下泄；变化

1 测验断面概况

长江经过三峡后，经宜昌顺流而下至枝城进入荆江，荆江长约340km。历史上多为洪水泛滥区，是长江防洪重点河段。枝城站为荆江入口重要控制站，测验断面位于现在的湖北省宜都市枝城镇，断面上游约99km、61km、18km处分别有三峡和葛洲坝水利枢纽工程以及宜都水位站，19km处有支流清江汇入；下游2km、35km分别为枝城长江大桥和马家店水位站。

测验河段在两弯道之间的顺直过渡段上，顺直段长度约3km，略显上窄下宽状。断面上游700m处有石矶，高水影响主泓摆动，河槽中高水位河宽1200～1400m。断面左岸为沙滩，主泓偏右。

2 问题提出

2009年07月分析的《枝城站水位流量关系单值化分析报告》通过审核后，枝城站从2010年至今（2013年）这4年的流量资料整编采用水位流量单值化（水位～校正流量）定线整编的方法。发现水位～校正流量关系线逐年向右偏移，到2013年关系线又未再向右偏移的迹象。为了更好的了解关系线变化的内在因素，对三峡蓄水前后的关系线变化过程进行综合分析。随机选取年份2001、2002、2006、2007、2012、2013年实测水位流量数据，经09年通过落差指数法分析并批准使用《枝城站单值化分析报告》中的公式对选取代表年份的实测流量进行单值化后，绘制上述几年水位校正流量关系线年际变化图，如图1。

图1 水位校正流量关系线年际变化图

通过图中可以看到三峡蓄水前2001、2002年关系线基本重合，2006、2007年与2001、2002年关系线相比，在中高水位级，同水位下，2006、2007年比2001、2002年校正流量偏小，而2012、2013年又比2001、2002年校正流量偏大，蓄水前后水位校正流量关系线年际变化并不是逐年向右偏移，如果仅仅是因为本断面河床下切，导致同水位下断面面积變大、流量变大而致使水位校正流量关系年际变化图向右偏移，那么应该是关系线逐年向右偏移的现象，然而通过图1发现并非如此，试着通过本水文测验断面河床和本断面上下河段河势变化综合情况来分析是否是关系线变化规律的主要影响因素。

3 水文测验断面冲刷变化情况

2003年三峡水库开始蓄水后，三峡水库长期下泄含沙量较小的“清水”。含沙量的大量减小使从三峡水库一下的河段从某种意义上已经成为了一条新的“长江”，“清水”具有很强的冲刷能力，不断的冲刷着坝下河段河床。

选取蓄水前的1991和2001年份，蓄水后的2006和2013年份等4个代表年份的实测大断面数据绘制大本站水文测验断面变化图，见图2，通过图2清晰展现三峡坝下枝城站水文测验断面在蓄水前到蓄水后，直至到2013年这10年时间对河道断面的冲刷变化情况。蓄水前1991年到2001年这10年时间端面冲刷较小，而从2003年蓄水后，清水下泄，对断面冲刷变得严重，从起点距90m至1050m左右断面一直被冲刷，（起点距1050m往右岸为礁板河床，往左岸为沙质河床）以2001年大断面为参考，与 2013年大断面比较，其中起点距270m至600m断面河床冲刷最为严重，下切基本在10m左右。

断面河床下切，同水位下水道断面面积增大，同一水位下，水道断面面积2006年比2001年增大3000m2左右，2013年比2006年增大5000m2左右，2013年比2001年增大8000m2左右。

4 落差以及同水位下流量变化情况

坝下河道河床的下切，导致同一水位下，面积的变化、流量的变化、上下比降的变化等，这些种种因素导致校正流量的变化，引入枝城站单值化校正流量计算公式：

通过单值化公式可知，校正流量q的大小与实测流量和宜都站水位与枝城水位差值以及枝城站水位与马家店差值大小有关。（枝城站上游为宜都站，其下游为马家店站），2003年三峡蓄水后，清水沿江顺流，对下游河段河床强有力的冲刷，河床冲刷的幅度与水力，江水本身的浊度、河床的组成等等有密切关系。绘制上下站落差变化图以及综合落差图倒数变化图，如图3，通过图中上下站之间落差的变化以及本断面的综合落差的倒数变化，可以初略的了解河道上下河床冲刷的力度和直接影响校正流量q大小的河势变化。

为了避免洪水涨落对同一水位下断面流量的影响，选取代表年份水情平稳期，同一水位下（Z=38.00m），断面流量的变化情况。如图4，因断面下切同水位下流量逐年偏大。

图4 相同水位断面流量变化图

通过图3落差变化图，可以了解河道的比降变化基本趋于稳定，河床冲刷趋于稳定，结合图4相同水位断面流量变化图，正印证了图1水位校正流量关系线的变化情况。

5 结束语

对枝城站水位～校正流量关系的分析，可以得出以下结论：

5.1 本断面河床从蓄水后，水沙条件改变，河床冲刷严重，为沙质河床的左岸下切近10m，同流量下水位降落，2013与2001年相比同水位下增大水道断面面积8000m2左右，通过上下比降可知，本文分析的站点间坝下河道河床均有冲刷，受自上而下沿程河床地质条件的差异和不同江段河水挟沙能力的不同，河床在原始坡降情况下不同程度的下切。

5.2 水位校正流量关系曲线的年际变化主要受本断面同水位下流量大小变化和因河道冲刷引起的落差变化综合影响。

5.3 本文分析的站点间河床冲刷下切，原河床上的砾石、卵石、散粒体泥沙大量冲刷，至2012年已趋稳定，重新建立平衡，水位～校正流量关系曲线逐年向右偏移的情况，从2013年开始明显减缓或不再偏移。