兴隆水利枢纽坝下游河段河床演变分析

(长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局，湖北 武汉 430012)

兴隆水利枢纽位于汉江下游湖北省潜江、天门市境内，上距丹江口枢纽378.3 km，是汉江梯级开发方案中的最下一级枢纽，也是南水北调中线工程汉江中下游治理工程之一，是汉江中下游水资源综合开发利用的一项重要工程，其开发任务以灌溉和航运为主，兼顾发电。2009年2月26日，兴隆水利枢纽正式开工建设，2009年12月份实现汉江截流，2013年建成投入运行。

近年来，有学者对兴隆河段的河道演变、水沙特性进行了分析研究，吴娱等[1]基于兴隆至新泗港河段在丹江口水库蓄水运用后的原型观测资料，分析了这一宽浅弯道段河道的冲淤变化情况，并结合河段水流泥沙运动特性，阐述了该河段浅滩碍航机理。但由于该成果发表于兴隆水利枢纽建设前，未能反映兴隆水利枢纽建设带来的河道演变及水流泥沙特性。黄建成等[2-3]通过河工模型试验研究了兴隆枢纽修建后对坝区河段河势的影响，但研究范围主要针对兴隆水利枢纽坝区河段，未包括兴隆坝下游河段的变化特性，且所采用的资料年限较久远。本文采用了兴隆水利枢纽建设前后实测水下地形资料，全面分析了坝下游河段河床演变特征。

1 河道概况

兴隆水利枢纽所在河段属汉江下游，地处江汉平原，河道宽浅，主流摆动较为频繁，洲滩消长不定，枯水、中水及高水期河宽相差较大，枯水期最小河宽约400 m，大洪水期最大河宽可达2 500 m左右，工程河段兼有游荡型及弯曲型河道的特点。自丹江口水库运用以来，受水库清水下泄的影响，该河段的来水来沙条件发生较大变化，致使河床由原来的以淤积为主的演变趋势变为以冲刷为主，目前仍以冲刷趋势为主，但冲刷强度已趋于减弱，并逐步向冲淤平衡方向发展。工程河段河势图见图1。

图1 工程河段河势

2 水文泥沙特性

兴隆枢纽坝址上游汉江丹江口水利枢纽于1958年开工，1968年蓄水运用，受其运用的影响，兴隆枢纽所在河段水沙特性与建库前天然河道时期相比，发生了较大变化。

表1 丹江口水库蓄水前后汉江干流下游各站多年水位特征值

表2 兴隆水利枢纽建成前后汉江干流下游各站多年水位特征值

2.1 水 位

丹江口水库建库前，汉江中下游水位暴涨暴落，峰型尖瘦，干流各站水位年最大变幅在 7.52～13.96 m之间，水位变幅大；最低水位一般出现在3月，最高水位一般出现在7月。

丹江口水库建成蓄水后，由于水库调节影响，中下游枯季水位抬高，汛期水位则有所降低，仙桃以上各站水位变幅明显减小。丹江口水库蓄水前后汉江干流下游各站多年水位特征值统计见表1。

同时，以2009年兴隆水利枢纽截流为节点，分别统计了各站在丹江口水库建成蓄水后兴隆枢纽建成前后的水位特征值(见表2)。

兴隆枢纽截流后，回水壅水造成上游沙洋水文站平均水位有所抬高，下游泽口水位站及仙桃水文站多年平均水位降低。

表3 丹江口水库蓄水前后汉江中下游各站多年流量特征值

2.2 流 量

由于丹江口水库以防洪为主，削峰调洪是其主要特征和任务。由表3可知，建库前，中下游流量峰值大，全年水量分配极不均匀，7～9月的水量约占全年的55%。丹江口水库蓄水运用以后，汉江中下游洪峰大大削减，流量过程变得较为均匀平缓，枯季流量增大，中水期延长，汉江中下游流量过程发生了显著的变化，主要有洪峰削减调平、年内分配趋于均匀、中水历时延长、枯水流量加大等特征。各站最大流量大多出现在7月，最小流量则出现在3月。

兴隆水利枢纽建成前后汉江干流下游各站流量统计见表4。兴隆枢纽截流后，上游皇庄站多年平均流量和径流量均有所减少，沙洋站受回水影响流量和径流量略有增加，而位于兴隆水利枢纽下游的仙桃站的来水量则有显著减少。

表4 兴隆水利枢纽建成前后汉江中下游各站多年流量特征值

2.3 泥 沙

丹江口水库建成前，中下游沙量年内分布不均匀，输沙量主要集中在汛期7，8，9三个月，占全年来沙总量的80%以上；枯水期12，1，2三个月输沙量不到全年总量的1%。

丹江口水库建库后，来沙过程得到了全面的调蓄控制，输沙情况有了很大的改变。主要表现为大量泥沙被拦在库内，坝下基本是清水下泄。经统计，建库前黄家港、襄阳、皇庄、仙桃站多年平均含沙量分别为3.24,2.59,2.50 kg/m3和1.90 kg/m3，蓄水后则分别锐减为0.023,0.1,0.295 kg/m3和0.494 kg/m3。

3 河道演变分析

3.1 河道历史演变概况

兴隆枢纽所在河段为新滩和老泗港两个反向弯道。1936年新滩弯道弯顶在长陀垸，弯曲半径为2.8 km。1938～1959年，弯道向凹岸发展，弯顶下移。至1978年向凹岸移动 2.5 km，弯顶下移达 5.5 km，弯曲半径为 0.7 km，形成约30°的急弯。老泗港弯道，弯顶以上向凸岸摆动，离开原来的位置，弯顶以下向凹岸发展。1959年弯顶上下各出现江心洲，1978年江心洲消失。工程河段历史演变见图2。

图2 工程河段历史演变

3.2 河道近期演变分析

3.2.1 深泓平面变化

工程河段是比较典型的弯道河段，从河段深泓线平面变化图(见图3)来看，在兴隆水利枢纽下游附近，2005年深泓线居中下行，2012年由于兴隆水利枢纽的右岸围堰施工，水流靠左岸下泄，深泓线亦贴左岸下行。2016年工程建成后流道改为靠近右岸，深泓线亦贴右岸。

图3 工程河段深泓线平面变化

图4 工程河段深泓线纵向变化

在下游第一个弯道进口处，2005年深泓线靠凹岸，2012年深泓线从左岸过渡至右岸，2016年由于右岸有引江济汉干渠支流汇入导致深泓线向左岸有所摆动，进入弯道后深泓紧贴凹岸高石碑镇一侧。在弯道出口段，2016年深泓线较2012年大幅向右岸摆动约280 m。出弯道后在马家岭附近深泓线向左岸摆动，其中2016年比2012年左移最大幅度150 m。

在老泗港弯道进口处，2005年深泓贴左岸下行，由于左岸边滩发展，深泓线由2012年靠左岸摆动至2016年靠右岸，进入弯道弯顶处，受水流冲刷作用，2016年深泓线较2012年进一步向凹岸发展，最大左移幅度约250 m。泗港村附近淤积发展，深泓线由左岸摆动到右岸。

在河段出口巴家洲附近，2005年深泓线靠近右岸，由于靠近左岸的巴家洲洲头冲刷，导致该处深泓线2012～2016年向左岸摆动，然后紧贴右岸下行至河段出口。

总体来看，2005～2016年间河段内深泓线平面位置摆动频繁且幅度较为显著，特别是在弯道及过渡段范围内，还伴随着边滩与江心洲滩的冲淤发展。可见兴隆枢纽建成后，下游河道经历了较大的水流调整。

3.2.2 深泓纵向变化

从工程河段深泓线纵剖面变化图(见图4)可以看出，2005～2016年间，河床纵剖面有冲有淤、冲淤交替，且河床冲淤幅度较大。

在引江入汉干渠入汉江河口附近，2005～2012年河床冲刷下切，至2016年河床又显著抬高，除此之外河床纵剖面沿程总体呈冲刷趋势，河床高程下降，河床最大下切幅度达10 m，特别是在韩家台、老泗港、巴家洲河段弯道附近河床冲淤变幅明显，深泓线下切较显著。

3.2.3 河床形态变化

根据2005～2016年3个测次的实测地形资料，沿本河段分别选取HX088～HX098共11个典型断面，分析该河段断面形态变化情况。

从11个断面变化可以看出，2005～2016年河段河床呈冲淤交替变化，主要以冲刷下切为主。断面变化较大的位置主要集中在过渡段和弯道段。

3.2.4 洲滩平面变化

套绘工程河段出口处巴家洲30 m等高线来分析其平面变化，见图5。

图5 巴家洲平面变化

从平面图上看，2005～2016年巴家洲洲头先淤积后冲刷，淤积最大上延700 m，冲刷最大下移464 m，洲尾2005～2012年冲刷下移220 m，2012～2016年相对较为稳定，洲体左、右缘局部有所冲淤，但幅度不大，总体上巴家洲洲体面积先增大后萎缩，2016年较2012年巴家洲洲体面积减小17.5%。

3.2.5 工程河段冲淤变化

根据工程河段2005～2016年的实测地形资料，采用断面法对工程河段河床冲淤量进行计算分析，计算水位是30 m，计算结果见表5。

表5 河段冲淤计算成果 万m3

计算结果显示，2005～2016年本河段总体呈冲刷状态，30 m平滩水位以下河槽冲刷泥沙：2005～2012年 290.4万m3，2012～2016年 718.9万m3。

分段来看，2005～2012年冲刷量较大的位置主要分布在HX088～HX089、HX091～HX092、HX094～HX095，2012～2016年冲刷量较大的位置主要分布在HX092～HX093、HX096～HX097、HX097～HX098之间，特别是HX097～HX098冲刷量有 206.7万m3。结合地形图看，河床冲刷集中在两个S型弯道、过渡段马家岭至老泗港以及泗港村至巴家洲之间。

3.3 河床局部冲刷分析

兴隆水利枢纽于2009年2月26日正式开工建设，2013年建成投入运行。为进一步了解近枢纽坝址下游局部范围内河床的冲淤变化，对坝址下游1 km范围内河床进行了分析。

从冲淤分布图(见图6)来看，兴隆水利枢纽投入运行后，坝下游局部河床冲淤交替，主河槽河床呈较明显的冲刷趋势，近坝址处形成较为明显的冲刷坑，河床最大下切达7 m。

图6 兴隆枢纽坝址下游局部河床冲淤分布

3.4 河道演变趋势分析

从上述分析来看，丹江口水库建库后，清水下泄，工程河段河床相应冲刷下切，河势发生调整。受丹江口水利枢纽的影响，兴隆枢纽工程所在河段现阶段总体呈冲刷变化趋势，河势仍处于调整中。

由于兴隆枢纽属于低水头径流式水利工程，水库基本无调节性能，拦蓄的泥沙量很小，并在短时期内达到平衡，基本不改变下游河道的来水来沙条件。工程建成后对汉江下游河势产生的影响有限，仅会对坝址下游局部范围内河床变化产生一定的影响，因此对汉江下游河势影响的主要因素仍然是丹江口水库运用引起的坝下游河道冲刷。据此预计，在今后较长时期内，工程河段河床仍将呈冲刷趋势，但随着丹江口水库坝下游河道冲刷下移及自身调整，工程河段将逐步向冲淤平衡方向发展，总体河势将趋于稳定。

4 结 论

受水库清水下泄的影响，兴隆水利枢组工程河段的来水来沙条件发生较大变化，致使河床由原来的以淤积为主的演变趋势变为以冲刷为主，目前仍以冲刷趋势为主，但冲刷强度已趋于减弱，并逐步向冲淤平衡方向发展。

从河床演变分析主要结果来看，2005～2016年间河段内深泓线平面位置摆动频繁且幅度较为显著，特别是在弯道及过渡段范围内，还伴随着边滩与江心洲滩的冲淤发展。可见兴隆枢纽建成后，下游河道经历了较大的水流调整。2005～2016年河段河床呈冲淤交替变化，主要以冲刷下切为主。断面变化较大的位置主要集中在过渡段和弯道段。在今后较长时期内，工程河段河床仍将呈冲刷趋势，但随着丹江口水库坝下游河道冲刷下移及河道自身的调整，工程河段将逐步向冲淤平衡方向发展，总体河势将趋于稳定。