三峡水库蓄水后荆江段低水期水面线变化分析

(长江水利委员会水文局荆江水文水资源勘测局， 湖北 荆州 434010)

1 研究背景

三峡水库蓄水运行后，坝下游水沙条件发生了较大变化，导致荆江河段发生了不同程度的冲淤变化，从而河段水面线也发生相应改变。许多研究者从荆江河段水位流量关系、河段水位变化、河床冲淤变化等方面对三峡水库蓄水以来荆江河段的水沙变化进行了分析[1-7]，并取得了丰硕的成果，但这些研究所用资料最长系列为2002～2010年，且均未对水面线的变化进行成因分析。因此，本文将利用2002～2016年期间的实测资料对三峡水库蓄水前后荆江河段水面线的变化、主要水文站的低水水位流量关系进行综合分析，以为三峡工程的防洪、发电、航运及水资源优化调度等提供参考。

2 荆江低水期水面线变化分析

2.1 数据来源

三峡水库于2003年6月开始蓄水发电，为了分析蓄水后荆江河段水面线变化情况，本文采用了三峡水库蓄水前后(2002～2016年)荆江干流9个测站(枝城、马家店、陈家湾、沙市、郝穴、新厂、石首、调弦口、监利)的实测水文资料，其中沿程水位变化分析值均已转换为1985国家高程基准。

2.2 水面线变化规律

长江枝城至城陵矶河段俗称为荆江河段，河长347 km。荆江河段分为上、下两段，上荆江属弯曲分汊型河段，下荆江为典型的蜿蜒性河道，河道异常曲折。荆江河段水文情势复杂，尤其是中高水时，水位流量关系更是受到断面冲淤、洪水涨落、回水顶托等多种因素的综合影响，水面线变化非常复杂，因此本文仅对低水(枝城站流量为6 000 m3/s)时的水面线变化情况进行分析。

根据荆江河段近年来水沙特性，选取2002～2016年期间具有代表性的年份，同时尽可能选取各年上下游流量相同时的资料，进行实测水面线的比较。本文以枝城站流量为控制流量，沙市站、监利站各年流量接近时的相应水位进行统计分析。

选取枝城站日均流量为6 000 m3/s左右时，河段各年流量接近时的相应水位进行水面线变化分析，结果见图1和表1～2。从表中可以看出，当枝城站流量为6 000 m3/s时，2003年蓄水第一年，枝城站水位下降0.22 m，2016年较2002年下降0.2 m，水位下降不太明显；沙市站呈逐年下降趋势，且2011年较2008年下降幅度较大，下降0.67 m，2016年较2002年累计下降1.88 m；马家店、陈家湾、郝穴3站基本呈逐年下降趋势，且下降幅度较大，水位累积下降大小分别为1.09，1.83 m和1.48 m；新厂、石首、调弦口3站2006年以前水位略有抬升，但幅度很小，2006年之后，基本呈逐年下降趋势，水位累积降低值分别为1.23，0.96 m和0.52 m；监利站水位下降抬升互现，但2016年较2002年累积抬升 0.2 m。

表1 低水时荆江河段各年水面线统计

表2 低水时荆江河段沿程各测站相应水位差值 m

图1 低水时荆江河段各年水面线比较

综上可以看出，当枝城站流量为6 000 m3/s左右时，三峡水库蓄水后(2003～2016年)与蓄水前(2002年)相比：2003年(蓄水第一年)，枝城至沙市河段，沿程水位明显下降，郝穴、新厂两站变化不大，但石首、调弦口、监利两站有所抬高，分析原因可能是冲刷由上游慢慢发展到下游；2006年以后，水位基本呈明显的逐年下降趋势，但枝城站水位变化不明显，主要原因为枝城河段起点距1 100 m至右岸为礁板河床，不易冲刷；但从整个河段来看，三峡水库蓄水以后，荆江河段水面线呈整体下降趋势。

2.3 主要水文站低水水位流量关系分析

2.3.1 枝城站

三峡水库蓄水前后，根据枝城站2003～2016年实测水位流量成果资料，对低水部分(流量小于10 000 m3/s)水位流量关系进行分析，见表3、图2。由图表可知，当流量为7 000 m3/s时，水位累积降低0.53 m；当流量为10 000 m3/s时，水位累积降低0.74 m。水位基本呈逐年降低趋势， 2016年水位相比2015年有所抬升，但水位流量关系总体有所下降。

表3 枝城站同流量水位变化

图2 枝城站低水部分水位流量关系曲线

2.3.2 沙市站

根据沙市站2003～2016年实测流量资料，逐年拟定低水水位流量关系曲线，成果见表4和图3。结合图表可以看出，2016年与2003年相比，当流量为6 000 m3/s时，水位下降约2.01 m；当流量为10 000 m3/s时，水位下降约1.70 m；当流量为14 000 m3/s时，水位下降约1.06 m。2016年与2003年相比，随着流量增大，水位降低值逐渐收窄。整体来看，同一流量下水位下降明显。

表4 沙市站同流量水位变化

图3 沙市站低水部分水位流量关系曲线

3 水面线变化原因分析

三峡水库蓄水后，三峡大坝下游河段水沙过程发生变化，荆江河段来沙大幅减少，普遍冲刷。本文利用2002年以来，枝城、沙市、监利3站的实测断面资料，为统一起见，选取每年汛后断面，简要分析三峡水库蓄水以来3座水文站的断面冲淤对水面线及比降变化的影响。

3.1 枝城站

枝城站断面河槽中高水位河宽1 200～1 400 m，左岸为沙质河床，起点距1 100 m至右岸为礁板河床，不易冲刷。

结合枝城站2002～2016年实测大断面资料(图4)可见，期间左岸沙质河床冲刷明显，右岸礁板河床基本稳定，但总体趋势为大断面呈逐年冲刷，变幅越来越小，深泓线变化很小，河床基本处于稳定状态，与该站低水部分水位流量关系逐年降低、水面线下降的趋势一致。

图4 枝城站实测大断面

3.2 沙市站

沙市站断面形状偏“U”型，河床由沙质和黏土组成，三八滩、金成洲的分流分沙作用及洲滩形态变化对其断面冲淤变化影响较大。

结合沙市站2002～2016年的实测断面资料(图5)可见，三峡水库蓄水前后，清水下泄使沙市断面年际间变化冲淤互现，但低水部分冲刷明显，近岸部分岸坡变陡，深泓不断加深，2016年较2002年河床下切了约 5.9 m，导致其低水水位流量关系有不同程度的下降。

图5 沙市站实测大断面

3.3 监利站

监利站河槽呈偏“V”型，左浅右深，河床为中细沙组成，近几年左岸淤积严重，滩地不断加高，右岸为陡坡，冲淤互现，由于近岸有六边形水泥块护岸，较稳定。

结合监利站2002～2016年的实测断面资料(图6)可见，三峡水库蓄水前后，监利大断面变化剧烈，但未有明显的冲深变化趋势，分析原因可能是监利站受到上游来水和洞庭湖顶托等多种因素影响，导致其断面冲淤变化剧烈，无明显规律，同时也与监利站水位抬升下降互现一致。

图6 监利站实测大断面

4 结 论

本文利用三峡水库蓄水前后(2002～2016年)的实测资料对荆江河段水面变化进行分析，得出以下结论。

(1)当沙市站流量为6 000 m3/s(低水)时，2003年，枝城至沙市河段，沿程水位明显下降，郝穴、新厂两站变化不大，但石首、调弦口、监利两站有所抬高；2006年以后，水位基本呈明显的逐年下降趋势，但枝城站水位变化不明显；从整个河段来看，三峡水库蓄水以后，荆江河段水面线呈整体下降趋势，陈家湾与沙市两站下降幅度最大，水位分别累积下降 1.83 m和 1.88 m；枝城站下降幅度较小，水位仅累积下降了 0.2 m；监利站水位下降抬升互现，整体抬高了 0.2 m。

(2)三峡水库蓄水以来(2003～2016年)，荆江河段主要水文站的低水水位流量关系发生了一定变化：枝城站、沙市站枯水时同流量下，水位均有一定程度下降，但枝城站水位下降较小，沙市站水位下降较大。

(3)荆江河段水面线下降，低水水位流量关系变化受河道局部冲淤的影响较大。