三峡水库蓄水后荆江河段沙质推移质特征分析

谢静红　唐剑　王琴

摘要：为了研究三峡水库蓄水后长江中下游河道冲淤及发展趋势，采用2003～2017年实测水文资料，分析了三峡水库蓄水后荆江河段沙质推移质变化特征，并从来沙条件、断面冲淤及流速、流量变化等方面阐述了变化原因。分析结果表明：三峡水库蓄水运用后，荆江河段沙质推移质输沙量基本呈逐年减小沿程.增加趋势;推移质输沙主要集中在汛期5～10月;枝城站沙质推移质中值粒径变化复杂，沙市站沙质推移质中值粒径基本呈逐年增大趋势，监利站沙质推移质中值粒径变化不大且基本呈沿程减小趋势。沙质推移质中值粒径变化主要受断面冲淤以及流速、流量变化影响。

关键词：沙质推移质;输沙量;中值粒径;冲淤变化;三峡水库蓄水;荆江河段

中图法分类号：TV142.2 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.07.009

三峡水库蓄水运用后，坝下游水沙条件发生变化。由于受枯水流量补偿、河床冲刷的影响，坝下游河段枯水期水位发生不同幅度下降。同时，近年来，坝下游河段悬移质沿程恢复，砾卵石推移质极少，沙质推移质输移成为该河段河床主要运动形式之一。荆江河段为长江中游段重要的航道，尤其是关洲水道、芦家河水道、枝江水道等，河床演变特征对通航和航道整治具有十分重要的意义。

荆江河段上游为沙夹卵石河床，下游为沙质河床。许多研究对三峡水库蓄水以来荆江河段的水沙变化进行了分析的，并取得了丰硕的成果，但针对荆江河段沙质推移质变化特征研究较少。因此，本文将利用2003～2017年间的实测资料，对三峡水.库蓄水后荆江河段沙质推移质的变化特征进行分析，为研究三峡水库蓄水后长江中下游河道冲淤及发展趋势提供科学依据。

1研究区域与数据来源

荆江河段起于湖北枝城，止于湖南洞庭湖口的城陵矶，以藕池口为界分为上、下荆江。上荆江河段河床为微弯分汉河段，千流有枝城、沙市控制站;下荆江河段为蜿蜒型河段，有石首、监利控制站（见图1）。荆江河段北岸为荆江大堤，南岸为荆南长江干堤及岳阳长江千堤，河段南岸有松滋口、太平口、藕池口及调弦口（于1958年建闸）分长江水入洞庭湖[6，8]

三峡水库于2003年6月开始蓄水运用，为分析水库蓄水后荆江河段沙质推移质的变化情况，本文采用的资料为三峡水库蓄水后（2003～2017年）荆江千流3个水文站（枝城站、沙市站、监利站）的实测水沙资料。

2荆江河段水沙变化特征

荆江河段来水量主要由包括宜昌以上长江千流来水量以及清江人汇水量（人汇水量约占宜昌来水量的3%）。上游有玛瑙河和沮漳河人汇，其中玛瑙河人汇水量极小，沮漳河入汇水量约占宜昌来水量的0.6%。以2003年为界，分为三峡水库蓄水运行前（1993～2002年）和运行后（2003～2017年）2个时期，该河段来水来沙特征以枝城、沙市、监利站为代表。荆江河段来水来沙特征见表1。

统计成果表明：三峡水库蓄水运行前、后，荆江河段多年平均来水量（枝城站径流量）分别为4346亿m'和4146亿m'，三峡水库蓄水运行后枝城来水量相对蓄水运行前减少了4.6%。

荆江河段泥沙主要来自枝城以上长江干流，清江来沙量极小。20世纪90年代后长江上游来沙量逐渐减少，三峡水库蓄水运行后，长江上游泥沙大量沉降在库区内，河段来沙量大幅减少，三峡水库蓄水前后多年平均来沙量（枝城站输沙量）分别为38160万t和4339万t，三峡水库蓄水运行后枝城来沙量相对蓄水运行前减少了88.8%。

同时，三峽水库蓄水近13a来，荆江河段沙市站、监利站均未测到卵石沙样，且根据三峡水文泥沙观测河演分析，近期河槽内卵石沙样将不会推移到沙市断面。枝城站卵石沙样也很少，甚至几乎没有。因此，荆江河段泥沙主要为悬移质、推移质及床沙。沙质推移质变化特征

3.1输沙量年际变化

表2为3个水文站的沙质推移质年输沙量统计结果。从表2可看出：三峡水库蓄水以来，枝城站2003～2006年推移质输沙量逐年减小，2007年突然增大，2008～2017年又基本呈减小趋势;沙市站2005～2008年推移质输沙量有明显变小趋势;监利站基本呈逐年减小趋势，但变幅不大。

枝城站2003～2017年间多年平均沙质推移质输沙量为152万t，最大为2003年的520万t，最小为2016年的10.5万t;沙市站2003～2017年多年平均沙质推移质输沙量为183万t，最大为2005年的327万t，最小为2017年的103万t;监利站2009～2017年多年平均沙质推移质输沙量为276万t，最大为2011年的382万t，最小为2016年的177万t。从各年变幅来看，枝城站变幅最大，沙市站其次，监利站最小。

三峡水库蓄水运用后，荆江河段沙质推移质基本呈逐年减小趋势。2017年，枝城站、沙市站、监利站推移质输沙量分别为37.6万、103万t和183万t。从沿程变化来看，枝城至监利河段推移质输沙量沿程增加，由枝城站的37.6万t增至监利站的183万t。各站沙质推移质年输沙量变化见图2。

3.2输沙量年内变化

表3为3个水文站沙质推移质多年月平均输沙量统计结果。由表3可看出：荆江河段沙质推移质主要集中在汛期5～10月，枝城站、沙市站、监利站5～10月沙质推移质输沙量分别占全年的93.4%、78.7%、77.1%。

三峡水库蓄水以来，枝城站、沙市站、监利站沙质推移质多年月平均输沙量变化见图3。从沿程变化来看，荆江河段沙质推移质月输沙量从枝城至监利呈沿程增加趋势，与沙质推移质年输沙量变化规律基本一致。

3.3颗粒粒径变化

表4为3个水文站的沙质推移质年中值粒径统计结果。从表4可以看出，三峡水库蓄水以来，2003～2017年枝城站沙质推移质多年中值粒径为0.348mm，最大为2007年的0.820mm，最小为2003年的0.240mm;2003～2017年沙市站沙质推移质多年中值粒径为0.249mm，最大为2016年的0.297mm，最小为2003年的0.191mm;2009～2017年监利站沙质推移质多年中值粒径为0.213mm，最大为2011年的0.225mm，最小为2013年与2017年的0.203mm。

三峡水库蓄水运用后，荆江河段枝城沙质推移质中值粒径变化复杂：2003～2007年，枝城站沙质推移质中值粒径呈逐年增大趋势，2010～2016年呈逐年减小趋势，这与枝城站床沙变化规律基本一致[10]，即2003～2009年，枝城站断面床沙发生不同程度的粗化，2007年粗化程度最为明显，2010～2017年粗化速率慢于2003～2009年粗化速率。沙市站沙质推移质中值粒径基本呈增大趋势，监利站沙质推移质中值粒径变化不大。2017年3个站年平均中值粒径分别为0.320，0.282mam和0.203mmo从沿程变化来看，枝城至监利河段推移质中值粒径沿程减小，由0.320mm减小至0.203mm。各站沙质推移质年中值粒径变化见图4。

4变化原因分析

荆江河段3个水文站沙质推移质测验均采用Y78-1型采样器，在一定的水沙条件下，床沙、推沙（推移质泥沙）、悬沙（悬移质泥沙）相互交换。因此，荆江河段沙质推移质不仅受采样设备的影响，也受上游来沙条件、河道冲淤以及水力要素等诸多因素的影响。

4.1上游来沙条件

1993年以来，按照三峡水库建设及蓄水过程分为蓄水前（1993～2002年）、围堰蓄水期（2003～2005年）、初期蓄水期（2006～2008年）和试验性蓄水期（2009～2017年）4个阶段，根据3个站实测资料分时段统计荆江河段悬移质含沙量变化特征，见表5。

表5表明：1993～2000年间，河段内年均悬移质含沙量呈现震荡波动变化;2001～2003年间，河段年均悬移质含沙量大幅减小;2003年三峡水库蓄水运行后，河段年均悬移质含沙量沿时震荡减小，枝城站、沙市站、监利站沿程逐渐增大，与三峡水库蓄水运行后坝下游河床冲刷补充悬移质情况相符。

3个站1993年以来历年输沙率及悬移质级配测验整编成果计算分析表明：三峡水库蓄水运行以来，随着上游来沙量逐渐减少，3站含沙量相应减少，各分组（<0.031mm，0.031～0.125mm，0.125～2.00mm）含沙量亦同步减小。受坝下游河床冲刷影响，3站的含沙量沿程逐渐增大，各分组含沙量沿程变化则显现不同特点。其中，对于s0.031mm组含沙量，2003～2017年枝城至监利段沿程无明显变化;对于0.031～0.125mm及0.125～2.00mm组含沙量，2003～2017年枝城至监利段全程补充，且0.125～2.00mm组含沙量补充更加明显，沿程级配粗化愈加明显。

同时，三峡工程运用后大量泥沙在库前淤积，下泄水流含沙量处于严重不饱和状态，下泄清水持续冲刷河床，造成长江中游河段床沙逐年粗化，其中枝城河段粗化情况最为明显，且冲刷部位集中在枯水河槽I9-10]：2003～2017年，枝城站床沙逐年粗化（2007年粗化最为明显）;断面床沙中值粒径总体呈.上升趋势（中值粒径在2007年发生突变），并在2010年以后有一定波动，但波动幅度较小。

总体来看，三峡工程运用后荆江河段来沙大幅减少，但悬移质含沙量从枝城至监利断面沿程增加，同时清水下泄导致河床粗化，沿程级配粗化愈加明显。由于在一定水沙条件下，床沙、推沙（推移质泥沙）、悬沙（悬移质泥沙）相互交换，从而导致荆江河段推移质基本呈逐年减少、但沿程增加变化特点。

4.2河道冲淤变化

由枝城站、沙市站、监利站3个站2003～2017年典型年份實测大断面资料点绘大断面图（图5～7）可见：枝城断面左岸沙质河床冲刷明显，右岸礁板河床基本稳定，但大断面总体呈逐年冲刷趋势，且变幅越来越小，深泓线变化很小，河床基本处于稳定状态。沙市断面年际间变化冲淤互现，低水部分冲刷明显，近岸部分岸坡变陡，深泓不断加深。监利大断面变化剧烈，但未有明显的冲深变化趋势。

从沿程变化来看，荆江河段千流从枝城至监利沿程冲刷，整体趋势增强：枝城站断面近几年河床较为稳定，冲刷逐年减弱、变幅越来越小;沙市站断面冲淤互现，低水部分冲刷明显;监利站断面冲淤变化剧烈。

根据该河段2003～2017年实测资料计算成果，枝城至监利河段枯水河槽、平均河槽、平滩河槽（相应宜昌流量5000，10000，30000m'/s水面线下河槽）的冲淤量计算成果见表6。

计算结果表明：2003～2005年围堰蓄水期，河段河床加速冲刷，以枯水河槽冲刷为主，枯水河槽冲刷量占平均河槽冲刷量的93.3%。2005～2008年初期蓄水期，河段枯水河槽继续冲刷，但冲刷强度较围堰蓄水期有所减缓，10000m'/s水面线以上至30000m'/s水面线有所复淤。2008～2017年试验蓄水期，河段河床再次加速冲刷，并以枯水河槽冲刷为主，枯水河槽冲刷量占平滩河槽冲刷量的97.6%。总体来看，自2003年以来，研究河段河床以枯水河槽冲刷为主，平均河槽至平滩河槽之间则略有淤积。

由于枝城断面一直呈冲刷状态，冲刷逐年减弱、变幅越来越小。沙市站断面冲淤互现，低水部分冲刷明显。监利站断面冲淤变化剧烈。因此，荆江河段枝城至监利段推移质输沙量逐年减少，但沿程增加。推移质中值粒径变幅沿程减小。同时，2003～2005年河段河床加速冲刷，2005～2008年冲刷强度减缓，2008～2017年该河段河床再次加速冲刷，枝城站推移质输沙量变化明显，沙市站2005～2008年推移质输沙量有所减小。

4.3断面流速、流量影响

枝城站采用与流速建立指数公式的方法对2003～2007年沙质推移质输沙量进行拟合推求，采用与流量建立指数公式的方法对2008～2017年沙质推移质输沙量进行拟合推求;沙市站采用与流速建立指数公式的方法对2003～2009年沙质推移质输沙量进行拟合推求，采用与流量建立指数公式的方法对2010～2017年沙质推移质输沙量进行拟合推求;监利站采用与流量建立指数公式的方法对2009～2017年沙质推移质输沙量进行拟合推求。总体来看，3站沙质推移质输沙量随着流量（或流速）的增大而增大则。汛期流速、流量均较大，与沙质推移质输沙量年内分配规律吻合。

根据实测流量资料，点绘枝城站2004～2007年断面平均流速变化图（见图8）。由图8可看出，2007年汛期枝城站流速较大，导致该站推移质输沙量及中值粒径均发生突变。

同时，2007年枝城站沙质推移质中值粒径较大的原因还包括：①汛期（6～9月）沙质推移质粒径较大，导致年中值粒径也大;2枝城段河床泥沙粒径逐年粗化，粒径范围变宽，并在2007年发生突变[I0d。6～9月枝城站沙质推移质月平均颗粒级配成果见表7。

5结论

本文利用三峡水库蓄水后（2003～2017年）的实测资料对荆江河段沙质推移质变化特征进行分析，得出以下结论。

（1）三峡水库蓄水运用后，荆江河段沙质推移质输沙量基本呈逐年减小趋势。从沿程变化来看，枝城至监利河段沙质推移质量沿程增加，多年平均值由152万t增至276万t。

（2）荆江河段的沙质推移质输沙量主要集中在汛期5～10月，枝城站、沙市站、监利站5～10月沙质推移质输沙量分别占全年的93.4%、78.7%和77.1%。

（3）三峡水库蓄水运用后，2003～2009年间，枝城站沙质推移质中值粒径呈逐年增大趋势，2010～2016年呈逐年减小趋势，与该站床沙变化规律基本一致。沙市站沙质推移质中值粒径基本呈逐年增大趋势。监利站沙质推移质中值粒径变化不大。从沿程变化来看，枝城至监利河段推移质中值粒径沿程减小，多年平均值由0.348mm減全0.213mm。

（4）荆江河段沙质推移质主要受上游来沙条件、河道冲淤以及水力要素等诸多因素的影响。但由于长江中下游水沙条件变化复杂，且泥沙之间相互交换多变，其内在机理有待进一步研究。

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（编辑：李慧）