三峡水库蓄水后湘江长沙段低水位变化规律研究

许足怀，陈长英，张幸农，葛 瑶

(1. 湖南省水运管理局，湖南长沙 410076； 2. 南京水利科学研究院，江苏南京 210029)

湘江株洲以下河段处于湘江尾闾(图1)，受湘江来水、长江来水以及洞庭湖区顶托多重影响，该河段水文特征与一般的天然河流有较大区别[1]。自2003年三峡水库蓄水以来，湘江流域一直处于枯水周期，降雨量总体偏少，长沙河段连续9年出现26 m以下低水位，并且不断刷新历史最低值。为了解决日益严重的干旱问题，国家防总采取紧急调度措施，三峡水库3次加大下泄流量[2]，受三峡水库持续加大下泄的影响，洞庭湖城陵矶水位上涨明显，但湘江干流的水位仍连创新低。

本文主要根据近20年来的水文资料，从不同方面对湘江下游长沙段水位变化特征以及与城陵矶站水位的相关关系进行研究，以期为深入研究三峡水库蓄水后湘江河湖两相河段水位变化特征和三峡水库的运行调度奠定基础。

图1 湘江下游河势Fig.1 Downstream regime of the Xiangjiang River

1 河道自然条件

湘江是长江一级支流，也是洞庭湖水系最大支流[3]，发源于广西临桂县海洋坪的龙门界[4-5]，流经永州、衡阳、株洲、湘潭、长沙至湘阴的濠河口注入洞庭湖，与资、沅、澧水相汇，沿东洞庭湖湘江洪道经岳阳至城陵矶入长江。近年来习惯将濠河口至城陵矶113 km湘江洪道归于湘江干流[6-7]，则湘江全长969 km。湘江干流在零陵县苹岛以上为上游，长252 km，河床平均比降0.607‰；苹岛至衡阳市为中游，长278 km，河床平均比降0.129‰；衡阳以下为下游，至城陵矶长439 km，平均坡降0.082 4‰。湘江干流按9个梯级规划进行开发，下游4个梯级依次为土谷塘、大源渡、株洲及长沙枢纽[8-9]，其中大源渡、株洲枢纽分别于2000年、2006年建成，长沙枢纽已于2009年底开工，计划2015年底竣工，土谷塘枢纽于2012年开工，2016年竣工。

湘江水量充沛，流域内多年平均降水量一般为1 300～1 500 mm，径流与降水关系极为密切，年际变化大，年内分布不均。湘潭水文站多年平均流量为2 110 m3/s，最大流量20 600 m3/s，最小流量100 m3/s。每年4—9月为汛期，10月至次年3月为枯水期。年内水位变幅较大，达9.5～13 m。湘江是少沙河流，湘潭水文站多年平均悬移质含沙量为0.16 kg/m3。

湘江下游长沙以下河段为沙性土，近年来河床变化见图2。从湘江下游鱼尾滩和营田滩典型断面历年变化图可见，总体变化以河床下切为主，局部区域出现大幅度下切，如鱼尾滩断面出现2个深槽，主槽向右侧移动，最大下切处达17 m，主槽左侧出现了1个二级深槽，最大下切处达10 m；2008年营田滩段面主槽靠近右侧，左侧为滩地，2011年右侧河床冲刷不大，左侧边滩下切形成深槽，最大下切达11 m，出现滩槽易位的现象。湘江上枢纽建成运行会使坝下河床形成一定冲刷，但断面局部区域出现骤然大幅下切的现象，主要受人为采沙影响。由于城区开发建设，沙石用量大量增加，仅湘江河段长沙段年采沙量达1 500 万t[4]。因此，湘江下游长沙以下河段受人为采沙以及湘江上枢纽建成运行影响，河床以大幅度下切为主。

(a) 鱼尾滩 (b) 营田滩图2 湘江下游典型断面变化Fig.2 Cross-section of the Xiangjiang River in different years

2 水位流量关系

图3 湘江下游水位流量过程Fig.3 Stage-discharge hydrograph of the Xiangjiang River

洞庭湖区湘江航道水文特征与一般的天然河流有较大区别。受湘江来水、长江来水以及洞庭湖区顶托多重影响，且洪季、枯季影响程度有很大差别(图3)。长江枯季时，洞庭湖区湘江航道水位过程与湘江湘潭站流量过程走势基本一致，说明枯季时湖区湘江航道水位主要与湘江来水相呼应；洪季时，受长江来水顶托影响，洞庭湖湖区处于高水位，湘江株洲以下河道具有明显滞流现象，水面比降平缓，湘江下游各站水位主要与长江来水过程相呼应，而与湘江来水相关性很差或者基本不相关。

从湘江下游湘潭站水位流量关系变化规律看，同流量下水位呈现下降趋势，枯水期水位下降较汛期明显。株洲至濠河口段受湘江上枢纽修建运行以及近年来大规模人工采沙的影响，河床大幅下切，枯水期同流量下水位下降严重。汛期时，受长江顶托的影响，洞庭湖水位抬高，汛期同一流量下水位的变化对河床变化情况的反应相对较弱，因此，汛期同流量下水位下降不及枯水期明显。

3 月均水位变化规律

随着湘江下游大源渡、株洲枢纽的建成运用，湘江株洲以下河段河道径流的年内分配发生变化，并且湘江出口城陵矶水位受三峡水库的调蓄作用影响[10-12]，使得长沙段的月均水位变化特征非常复杂，见图4。

(a) 城陵矶站

(b) 长 沙 站图4 城陵矶站和长沙站月均水位变化规律Fig.4 Variation of monthly mean water level in Chenglingji and Changsha stations

从城陵矶月均水位变化特征看，三峡水库蓄水前后枯季月均水位变化较小，蓄水后1—3月月均水位略呈抬高趋势，4—6月，11—12月无明显变化，汛期月均水位变化明显，三峡水库蓄水前年际间没有明显的变化规律，三峡水库蓄水后7—10月月均水位呈明显降低趋势。从长沙站月均水位变化特征看，三峡水库蓄水前后月均水位变化规律一致，总体呈降低趋势，其中1—4月月均水位下降明显，5—6月月均水位下降趋缓，7—10月起月均水位下降加剧，11—12月月均水位下降趋缓。总体上，长沙站汛期月均水位下降较枯水期明显。

长沙站月均水位汛期下降与枯水期下降形成原因不尽相同，枯水期月均水位下降主要是由近年来河床地形下切引起，而汛期月均水位大幅度下降主要与湘江长沙上游枢纽以及长江三峡水库的影响，湘江长沙上游枢纽的运行减小了汛期来流量，而三峡水库运行使城陵矶汛期水位大幅度下降，在上游来流量减小和湘江出口水位降低共同作用下，使得长沙站汛期月均水位大幅度下降。

4 最低水位变化规律

自2003年三峡水库蓄水以来，湘江流域一直处于枯水周期，长沙站不断刷新历史最低值。为深入分析长沙站历年最低水位变化规律以及与城陵矶站水文条件的关系，统计了长沙站和城陵矶站历年最低水位以及长沙站出现最低水位时相关的水文情势(表1)。

表1 长沙站年最低水位以及相关水文情势统计Tab.1 Hydrological regime of the Xiangjiang River at the lowest water level

从表1可见，长沙站和城陵矶站历年最低水位均出现在枯水期，这与三峡水库蓄水前后最低水位变化规律一致。其中湖区出口城陵矶站最低水位略呈抬高趋势；而长沙站最低水位呈下降趋势，尤其是2003年后，历年最低水位均在25.5 m以下，2009—2011年长沙站最低水位甚至低于25 m，一再创下新低。

从长沙站年最低水位出现时相关水文情势看，仅2002年和2012年长沙站和城陵矶站最低水位出现时间基本一致，而长沙站最低水位与湘潭站最小流量出现时间有65%一致。当湘潭站年最小流量遭遇城陵矶站水位低于23.0 m时，长沙站出现年最低水位；当湘潭站年最小流量遭遇城陵矶水位高于23.0 m时，受洞庭湖区水位顶托的影响，长沙站不会出现年最低水位。说明长沙站最低水位主要受上游湘潭站来流控制，但也受城陵矶水位的影响。

三峡水库蓄水后城陵矶站最低水位和枯季水位均略呈抬高趋势，在相同河床以及湘潭来流条件下，其水位抬高对缓解长沙段的旱情是有利的，而不会降低长沙站的水位。因此，三峡水库蓄水以来，长沙站水位连创新低与三峡水库蓄水运行无直接关系，湘江干流枢纽运行以及长沙段人为采沙引起河床下切才是长沙站最低水位连创新低的主要原因。

5 结 语

(1)湘江株洲以下河段处于湘江尾闾，受湘江来水、长江来水以及洞庭湖区水位顶托多重影响，洞庭湖区湘江航道水文特征与一般的天然河流有较大区别。枯季湖区湘江航道水位主要与湘江来水相呼应，洪季洞庭湖区湘江航道具有明显滞流现象，水面比降平缓，水位过程形态主要与长江来水过程相呼应。

(2)三峡水库蓄水后，城陵矶枯季月均水位略呈抬高趋势，洪季月均水位呈明显降低趋势。长沙站洪枯季均呈降低趋势，枯季月均水位下降主要是由河床地形下切引起，而洪季月均水位下降则主要与湘江长沙上游枢纽以及长江三峡水库蓄水运行有关。

(3)三峡水库蓄水后城陵矶站最低水位和枯季水位均略呈抬高趋势，湖区出口水位抬高有利于缓解长沙段的旱情。因此，三峡水库蓄水以来，长沙站水位连创新低与三峡水库蓄水运行无直接关系，湘江干流枢纽运行以及长沙段人为采沙引起河床下切才是长沙站最低水位连创新低的主要原因。

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