宜昌站枯水位变化趋势分析

钟共恩(长江水利委员会 三峡水文水资源勘测局，湖北 宜昌 443000)

宜昌站枯水位变化趋势分析

钟共恩(长江水利委员会 三峡水文水资源勘测局，湖北 宜昌 443000)

以三峡工程初步设计确定的葛洲坝下游庙咀站最低通航水位为基准，较系统地分析了宜昌站1890年以来年最低水位、1973年至今枯水期同流量条件下水位变化情况等资料。结合宜昌至枝城下游河道冲淤变化成因等对宜昌站枯水位的影响程度和关系，以及下荆江系统裁弯、葛洲坝工程修建和三峡工程运用等不同时期的年最低水位变化趋势等成果，对未来宜昌站枯水期同流量下枯水位变化趋势进行了类比分析和预测，提出了预测结论和应对策略。指出应加强下游河道治理，控制枯水位进一步下降，而目前工作的重点则是控制枝城至马家店河段水位下降对宜昌站水位的带动作用。

水位变化；枯水变化；分析研究；三峡水利枢纽

宜昌站枯水位是保证船队安全通过葛洲坝枢纽船闸下闸槛和下引航道的关键，三峡工程初步设计确定葛洲坝下游庙咀站最低通航水位(资用吴淞，下同)为38.0(三峡水库135 m运行期)，38.5 m(三峡水库156 m运行期)和39.0 m(三峡水库175 m运行期)。经过初步分析计算认为，三峡水库下游宜昌站枯季水位最终下降1.8 m左右，当葛洲坝枢纽下泄流量5 500 m3/s时可以满足枢纽下游引航道最低通航水位39.0 m的要求。庙咀水位站位于葛洲坝水利枢纽下游的三江航道出口处，距下游宜昌水文站2.2 km，2013年观测资料显示两站间落差约为0.17 m。宜昌站水位为冻结吴淞高程(下同)(冻结吴淞高程=资用吴淞高程+0.364 m)，要保证庙咀水位达到39.0 m，宜昌站水位必须达到39.18 m，即39.0+0.364-0.17≈39.19 m。

实际观测表明，三峡工程运用后，2006年汛后宜昌站4 000 m3/s流量时水位为38.37 m，较2002年下降约0.08 m 。三峡工程初期蓄水后，宜昌站枯水位尚未出现明显变化，2008年汛后宜昌站4 000 m3/s流量时水位仍为38.37 m。2004～2008年三峡总公司在胭脂坝河段实施了河床护底加糙试验工程，对遏制宜昌站水位下降有一定作用[1]。2007年和2008年下泄的最小流量分别为4 020 m3/s和4 360 m3/s，宜昌站最低水位分别为38.39，38.50 m，基本达到了设计要求，通航未受影响。

三峡水库试验性蓄水后，2009～2013年宜昌站日平均最低水位分别为39.17，39.17，39.21，39.28 m和39.24 m，均在39.19 m附近。由水位流量关系推算，2012年和2013年枯水流量5 500 m3/s时，宜昌站枯水位为39.20 m和39.18 m，已达39.19 m的临界点。如果宜昌站枯水位继续下降，或遇枯水年最小下泄流量不能保证，则葛洲坝枢纽下游通航水位会突破39 m的下限。因此，分析三峡工程运用后宜昌站枯水位的下降规律，预测未来变化趋势，提出应对策略，具有重要的实际意义[2]。

1 枯水位变化情况

1.1 年最低水位变化

已有的针对宜昌站枯水位变化的分析基本都只基于1950年代以来的观测资料，其实，宜昌站水位观测历史较长，1890年以来，除1942～1945年缺测外，其他年份都有完整观测资料。至2013年，119 a的年最低枯水位累积值变化过程如图1所示。为了更凸显变化趋势，宜昌站年最低枯水位是在减去39 m后累积的。可见，1890～1921年左右，累积曲线基本呈直线，年最低枯水位呈不太明显的下降趋势。1921年左右出现了小的转折，1921～1978年最低枯水位减小趋势较为明显。1978年左右，出现了第1个向下大转折，可能是1967～1972年下荆江系统裁弯后荆江河道冲刷带动宜昌站枯水位下降的结果，也包括了葛洲坝施工影响的结果。1983年左右出现了第2个向下大转折，这应是葛洲坝修建后坝下游河道冲刷引起枯水位下降的结果。2008年后出现了向上大转折，这应是三峡工程试验性蓄水后枯期最小流量增加导致枯水位抬高的结果。可见，长期以来，宜昌站枯水位总体都呈下降趋势，只有在三峡工程试验性蓄水运用后因枯期下泄流量增大才有所抬高。

1.2 枯期同流量下水位变化

三峡工程运用前，宜昌站同流量下枯水位就一直呈降低趋势，如图2所示。当流量为6 000 m3/s时，1973～1978年水位累积下降了0.17 m，至1983年累积下降了0.35 m，至1997年累积下降了1.24 m，1998年大水后由于河道淤积，累积下降值减至0.49 m，至2002年累积下降了1.31 m。

三峡工程运用后，枯水位继续下降，至2008年累积下降1.46 m，至2011年累积下降1.80 m。2012年以及2013年汛后，宜昌站枯水位变化趋缓。三峡水库运行后2002～2013年水位共下降了0.59 m，接近1973～2002年下降值的一半。

2 同流量下枯水位变化与河道冲淤间关系及趋势分析

宜昌站枯期同流量下水位变化主要是由宜昌站下游河道冲淤变化引起的，与宜昌至枝城河段冲淤变化关系密切，枝城以下河段枯水位变化对宜昌站枯水位也有一定的带动作用。通过分析宜昌至枝城河段冲淤变化趋势，可以预测宜昌站枯期同流量下水位变化趋势。

2.1 宜昌至枝城河段冲淤变化趋势

宜昌至枝城河段长约61 km，是从山区河流进入平原河流的过渡段，受低山丘陵和阶地控制，河岸抗冲能力较强，河床由卵石夹砂组成，局部有基岩出露。三峡工程运用前，河床总体呈冲刷状态，1975～2002年共冲刷1.44亿m3。其中：1975～1996年宜枝河段平滩河槽冲刷1.35亿m3；受1998年大水的影响，葛洲坝库区冲出的泥沙在坝下游淤积，1997～1998年宜枝河段淤积0.34亿m3；1998年淤积的泥沙很快被冲走，1999～2002年冲刷0.43亿m3。

三峡水库蓄水运用后，宜昌至枝城河段河床冲刷剧烈，2002年10月至2013年10月平滩河槽共冲刷1.44亿m3，与1975～2002年冲刷量相当。河床冲刷主要发生在三峡水库蓄水运用后的前几年，如三峡工程围堰蓄水期，河段冲刷量8 140万m3，约占河段总冲刷量的56%。河床冲刷以下切为主，代水平等[3]对三峡水库蓄水初期宜昌河道演变特点进行了较全面分析。

宜昌至枝城河段平滩河槽年累积冲刷量变化过程如图3所示。三峡工程运用前，1975～2002年冲刷速度逐渐减慢规律明显。1975～1990年左右冲刷较快，1990之后至2002年累积冲刷量增加幅度已较小，下荆江裁弯和葛洲坝工程引起的宜枝河段主要冲刷期持续了15 a左右。

图3表明，三峡工程运用后引起了宜枝河段新一轮冲刷，其冲刷速度逐渐减慢规律同样明显。2012年之后累积冲刷量增加已较小，三峡工程引起的主要冲刷期持续了10 a左右。当然，今后局部冲刷和深泓变化等仍会存在，可能会继续出现少量冲刷。

2.2 宜昌站同流量下枯水位变化与河段冲淤间关系

1975年以来宜枝河段平滩河槽累积冲淤量与宜昌站同流量下枯水位(流量6 000 m3/s)关系如图4所示。由图4可见，两者之间关系较为密切，总体呈线性相关，说明宜昌站枯期同流量下水位变化主要是由宜昌站下游河道冲淤变化引起的。图中点子也有一定的分散，反映了枝城以下河段枯水位变化对宜昌站枯水位有一定的带动作用。孙昭华等[4]通过比较宜昌站、枝城站与沙市站的枯水位变化过程，也得到了宜昌站枯水位变化略滞后于河段冲刷的结论。李义天等[5]和代水平等[6]认为这一现象是因为受卡口性河段冲刷的影响。

2.3 枝城以下河段枯水位变化的带动作用

图5为2013年枯水期观测的宜昌至沙市河段水面线，枝城以下河段枯水位变化对宜昌站枯水位的带动作用可按下面的公式进行估算：

ΔZ=ΔZ0·e-10/3·J·L/h

(1)

式中，ΔZ0为枝城以下河段某处水位下降值，h为该河段平均水深，J·L为该河段落差。

采用宜昌站以下河段的平均水深和河段落差观测数据，根据公式(1)可估算出：沙市水位每下降1 m，将带动宜昌站水位下降0.04 m；马家店水位每下降1 m，将带动宜昌站水位下降0.14 m；枝城站水位每下降1m，将带动宜昌站水位下降0.49 m。可见，枝城至马家店河段水位下降对宜昌站水位的带动作用较大，而马家店以下河段水位下降对宜昌站水位的带动作用已很小。

2.4 同流量下枯水位变化趋势类比分析

三峡工程引起宜昌站枯水位下降过程与荆江裁弯和葛洲坝工程引起宜昌站枯水位的下降过程具有相似性，可以进行类比分析(如表1所示)。荆江裁弯和葛洲坝工程运用后，宜枝河段快速冲刷持续到了1990年左右，约15 a(见图3)，冲刷量约1.34亿m3。水位快速下降期为1975～1996年前后，比冲刷延长了6 a左右。其中1975～1990年下降了1.01 m，1990～1996年水位后续下降了0.36 m。

三峡工程运用后，宜枝河段快速冲刷持续到了2013年，约11 a，冲刷量约1.43亿m3。2002～2013年宜昌站枯水位下降了0.71 m。2012年后，宜枝河段冲刷已减缓，但水位仍在下降过程中。

三峡工程与荆江裁弯和葛洲坝工程影响的对比说明，两者在宜枝河段的冲刷量上相当，但前者冲刷持续时间和水位下降幅度都约为后者的70%。荆江裁弯和葛洲坝工程引起的主要冲刷期结束后宜昌站枯水位还快速下降了约6 a左右，下降幅度均为0.36 m。根据有关研究，三峡工程运用后荆江河段冲刷期对宜昌站枯水位的带动作用也将持续几年。根据两者相似性类比可预测，宜昌站枯水位下降过程可能将持续至2018年前后，2014～2018年流量6 000 m3/s时水位下降估计为0.25 m。因此，至2018年，流量6 000 m3/s时宜昌站水位将下降至39.22 m左右，接近39.18 m的临界点，流量5 500 m3/s时宜昌站水位将下降至38.94 m左右，低于临界值0.25 m。

注：表中斜体项为类比推算值。

3 结论与建议

3.1 结 论

(1) 1890年以来宜昌站年最低水位变化趋势经历了3次转折。观测资料表明，1890～1921年左右，宜昌站年最低水位值基本稳定，1921～1978年总体呈减小趋势。1978年前后和1983年前后出现了两次向下大转折，年最低水位快速下降，下荆江系统裁弯和葛洲坝工程修建是主要影响因素。

三峡工程运用后，虽然坝下游河道冲刷，同流量下枯水位下降，但年最低枯水位并未下降，而于2008年后出现了向上大转折，应是三峡工程试验性蓄水后枯期最小流量显著增加的结果。

(2) 宜昌站同流量下枯水位总体与宜枝河段冲淤变化关系密切。1975～2013年观测资料表明，宜昌站同流量下枯水位与宜枝河段累积冲淤量之间关系密切，总体呈线性相关。枯水位快速下降过程比河段快速冲刷时间更长，应主要是受枝城以下至马家店河段枯水位下降带动的结果。

(3) 宜枝河段冲刷速度逐渐减慢规律明显。荆江裁弯和葛洲坝工程运用后，1975～2002年宜枝河段冲刷速度逐渐减慢规律明显。三峡工程运用后，宜枝河段冲刷速度逐渐减慢规律同样明显，2012年之后总冲刷量增加已较小。

(4) 宜昌同流量下枯水位还将有所下降，葛洲坝枢纽下游通航水位可能会突破下限要求。三峡工程运用后至2013年，宜昌站枯水位仍在下降过程中。类比预测表明，宜昌站枯水位下降过程将持续至2018年前后，流量6 000 m3/s时水位将下降至39.22 m左右，接近39.19 m的临界点；流量5 500 m3/s时宜昌站水位将下降至38.94 m左右，低于临界值0.24 m。三峡水库需要保持枯期最小下泄流量6 000 m3/s，否则葛洲坝枢纽下游通航水位会突破39 m的下限。

3.2 建 议

初步预测表明，未来几年宜昌站枯水位快速下降期过后，流量5 500 m3/s时，水位将低于临界值0.24 m，应引起充分重视。由于未来可能向下突破39.0 m的幅度不大，三峡水库可以通过提高最小下泄流量至6 000 m3/s维持坝下最低水位要求，随着三峡水库上游干支流水库的不断修建，三峡水库有提高枯期最小下泄流量的潜力。

宜昌站枯水位长期呈下降趋势，未来宜昌站枯水位还是一个长时期的缓慢下降过程，三峡工程仍然存在不能保证庙咀站水位高于39.0 m的可能。建议加强下游河道治理，并尽早制定和实施宜昌至杨家脑河段的综合治理方案。由于宜昌至枝城河段主要冲刷期已基本完成，现重点应是控制枝城至马家店河段枯水位下降对宜昌站水位的带动作用。同时，要制止非法采砂，控制宜昌站的枯水位进一步下降。

[1] 牛兰花，张小峰，李云中.葛洲坝枢纽下游河床护底结构型式比选试验[J].武汉大学学报(工学版)，2008,41(1)：50-54.

[2] 饶冠生,孙乐雨,李发政.葛洲坝下游水位下降问题初探[J].人民长江，1999,30(9)：28-30.

[3] 代水平，牛兰花，李云中.三峡水库蓄水初期宜昌河道演变特点及趋势分析[J].水利水电快报，2012,33(7)：45-49.

[4] 孙昭华，李义天，李明，等.长江中游宜昌-沙市段河床冲淤与枯水位变化[J].水利水运工程学报，2007,(4):14-20.

[5] 李义天，葛华，孙昭华.葛洲坝下游局部卡口对宜昌枯水水位影响的初步分析[J].应用基础与工程科学学报，2007,15(4)：435-444.

[6] 代水平,闫金波,邹涛,等.葛洲坝下游沿程节点演变对宜昌枯水位影响研究[J].水利水电快报，2012,33(7)：40-44.

2014-11-17

钟共恩，男，长江水利委员会三峡水文水资源勘测局，技师.

1006-0081(2015)01-0022-04

P338.3

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