丹江口水库蓄水以来汉江中下游河床冲淤变化研究

白亮 许全喜 董炳江

摘要：丹江口水库蓄水运用后，汉江中下游河床发生了显著调整。为了加深对水库调蓄影响下汉江中下游河床整体冲淤规律的认识，根据大量实测资料，对汉江中下游水沙与河床冲淤变化进行了较为系统的分析。结果表明：丹江口水库蓄水运用后，汉江中下游洪峰削减，枯水期流量增大，中水期延长，径流年内分配更加均匀，坝下游输沙总量大幅度减少。南水北调中线工程运行后，径流年内分配更趋均匀，坝下游输沙量进一步减少。1978～2020年，丹江口至河口河段平滩河槽冲刷了10.75亿m3，冲刷强度自上而下逐步减小;中游丹江口至碾盘山河段仍是冲刷发展最为剧烈的河段。近期河床演变分析结果表明：丹江口至襄阳河段洲滩变化较大，江心滩面积有所淤长且整体下移;襄阳至碾盘山河段洲滩、汊道基本稳定，河道游荡性减弱;碾盘山至仙桃河段深泓线横向摆动频繁，洲滩冲淤变化较为剧烈;仙桃至河口河段河床演变强度相对较小，但局部弯道有裁弯取直现象发生。分析成果可为汉江中下游防洪减灾、规划设计、河道治理、采砂管理、航道整治等提供参考。

关 键 词：水沙变化; 河床冲淤; 汉江中下游; 丹江口水库; 南水北调中线工程

中图法分类号： TV152

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.12.003

0 引 言

汉江发源于陕西省秦岭南麓，是长江中游北岸最大支流，干流流经陕西、湖北两省，全长1 577 km。全流域分3个典型河段：丹江口以上河段为上游，具峡谷、盆地交替特点，河长925 km;丹江口至钟祥河段为中游，流经丘陵地带，河谷开阔、覆盖层深厚，河长270 km;钟祥以下至汉口为下游，流经江汉平原，河道逐渐缩窄，河长382 km。

丹江口水利枢纽是汉江综合利用开发治理的关键性水利工程，也是南水北调中线工程的供水水源工程[1]。丹江口水利枢纽采用分期兴建的方案，初期工程正常蓄水位为157 m，于1967年7月开始拦洪，1973年底建成[2]。为了实施南水北调中线工程，丹江口水库正常蓄水位需从157 m提高至170 m，大坝加高工程于2013年8月通过蓄水验收，2014年12月正式向北方送水，标志着丹江口水利枢纽全面转入正常运行期[3]。根据规划，丹江口水库以下有王甫洲、新集、崔家营、雅口、碾盘山和兴隆6级开发方案，均为平原型河床式水电站，水库容量和调节能力均较小，目前，王甫洲、崔家营、兴隆等电站已陆续建成[4-5]。

大型水库蓄水运用后，坝下游河段均出现了长时间、长距离的冲淤调整[6-8]。丹江口水库蓄水运用后，汉江中下游河床也发生了显著调整，专家学者们对此也开展了大量研究。如毛红梅等分析了碾盘山至仙桃河段1978～2005年河道演变规律，认为受清水下泄影响，整个河段总体呈冲刷态势，且冲淤尚未达到平衡[9];童辉等对汉江河口段1978～2010年河道演变规律进行了分析，认为受两岸堤防和护岸工程的约束，河道横向变形不大，河势基本稳定[10];林云发对汉江中游河段1978～2012年冲刷状况进行了分析，认为坝下游河段冲刷强度随时间及距坝里程的不同而发生变化，重点冲刷河段由丹江口至襄阳河段向下游发展，建议加强坝下河段冲刷的监测与分析[11];卢婧等对兴隆水利枢纽坝下游河段1978～2016年河床演变规律进行了分析，认为在今后较长时期内，该河段河床仍将呈冲刷趋势，但随着河道冲刷下移及自身调整，将逐步向冲淤平衡方向发展，总体河势将趋于稳定[12]。此外，一些专家学者在更小范围和更细分方向，对汉江中下游的河床冲淤进行了分析研究。如唐金武等对汉江中游仙人渡河段1978～2012年河道演变规律及趋势进行了分析，認为该河段深泓平面位置总体基本稳定，呈小幅度冲刷，不管洲中汊发展成为主汊的可能性很小[13];袁达全对汉江河口段河床演变及碍航特性进行了分析，认为白鸽嘴及以上滩段碍航较为严重，白鸽嘴以下滩段碍航情况相对较好，应针对浅滩的碍航特性提出不同的治理思路[14];陈立等对汉江下游典型弯曲河段的单向冲刷特点进行了分析，认为仙桃至小陈家台河段1977～2016年间处于单向冲刷阶段，河床冲刷下切为主，弯曲段凸岸边滩总体呈冲刷后退的趋势，微弯河段凸岸边滩则呈单向切滩后退，表现出枢纽下游弯曲河段由于中枯水期流量增加所呈现的撇弯切滩调整现象[15]。总的来说，通过专家学者们的大量分析研究，使人们对汉江中下游近期河床演变趋势和特点有了更为深刻的认识。但以往研究成果多偏重于局部河段和局部对象，对全河段整体变化规律以及南水北调中线工程通水前后变化规律的分析研究相对较少。

本文在已有研究成果基础上，基于1933～2020年大量实测资料，以整个汉江中下游干流河段为研究对象，全面系统分析丹江口水库蓄水运用以来以及南水北调中线工程通水前后，汉江中下游水沙及河床冲淤变化，以期加深对水库调蓄影响下汉江中下游干流河段整体冲淤规律的认识，并为汉江中下游防洪减灾、规划设计、河道治理、采砂管理、航道整治等提供参考。

1 数据源、研究区域与研究方法

1.1 数据源与研究区域

本文研究区域选取丹江口大坝至汉江河口的汉江中下游河段。采用数据包括汉江中下游主要水文站和水位站1933～2020年观测资料，汉江中下游1978，1988，2005，2012，2015，2020年的长程河道地形与固定断面观测资料，以上资料均来源于长江水利委员会水文局。汉江中下游干流主要水文站点如图1所示，包括黄家港、襄阳、皇庄、沙洋、潜江、仙桃站等，其中黄家港、皇庄、仙桃站分别可作为汉江中下游上、中、下河段的代表站。

1.2 研究方法

水沙分析采用水文学和数理统计学相结合的方法。以汉江中下游主要水文站流量、泥沙变化情况来反映汉江中下游水沙特性变化。

河道泥沙冲淤计算采用地形断面法，即由某一测次河道实测地形图沿程切割计算断面或采用固定断面，根据各水位（流量）级下（枯水位、平滩水位）各断面过水面积，计算两相邻断面间的槽蓄量;根据不同测次两相邻断面间的槽蓄量差值确定断面间的冲（淤）量，再由断面间的冲（淤）量累加至河段的冲（淤）量。

某一测次、某一水位级下两相邻断面间的槽蓄量计算公式为

Vi=Li3Ai+Ai+1+AiAi+1（1）

V=ni=1Vi（2）

式中：Vi为两相邻断面i、i+1之间的槽蓄量;Li为断面间距;Ai和Ai+1为两相邻断面的过水面积;V为河道总槽蓄量。

2 汉江中下游水沙特性变化

以丹江口水库建成蓄水（1968年）和南水北调中线工程实施运行（2014年）为节点，将研究系列划分为建库前（建站至1968年）、通水前（1969～2014年）、通水后（2015～2020年）3个时段，分析汉江中下游主要站点（黄家港、皇庄、仙桃站）流量和泥沙的变化特性。

2.1 流 量

丹江口水库建成前，黄家港、皇庄、仙桃站多年平均流量分别为1 310，1 570，1 470 m3/s，径流年内分配不均，5～10月径流量约占全年的75%～80%。各站最大流量多出现在7月或9月，历年最大流量分别为27 500，26 700，14 600 m3/s;最小流量多出现在2月，历年最小流量分别为44.2，180.0，198.0 m3/s（见表1）。

南水北调中线工程通水前，黄家港、皇庄、仙桃站多年平均流量分别为1 070，1 430，1 210 m3/s，径流年内分配不均，5～10月径流量约占全年的65%。各站最大流量多出现在8月或9月，历年最大流量分别为20 900，26 100，13 800 m3/s;最小流量多出现在2月，历年最小流量分别为41.0，189.0，165.0 m3/s。

南水北调中线工程通水后，黄家港、皇庄、仙桃站多年平均流量分别为786，1 090，987 m3/s，径流年内分配不均，5～10月径流量约占全年的60%～65%。各站最大流量多出现在7月或10月，历年最大流量分别为7 750，13 600，9 240 m3/s;最小流量多出现在12月或2月，历年最小流量分别为321，500，431 m3/s。

相比于丹江口水库建成前，丹江口水库蓄水运用后，汉江中下游洪峰削减明显，枯水期流量增大，径流年内分配更加均匀，中水期延长;南水北调中线工程运行前后相比，工程运行后汉江中下游洪峰减小，枯水期流量略有增加，径流年内分配更趋于均匀。

2.2 泥 沙

丹江口水库建成前，黄家港、皇庄、仙桃站多年平均输沙量分别为0.873亿，1.050亿，0.787亿t，输沙量年内年际变化较大，主要集中在汛期，7～9月输沙量约占全年的80%以上。各站多年平均含沙量分别为2.03，2.04，1.58 kg/m3，最大含沙量多出现在8月，历年最大含沙量分别为31.10，16.90，9.95 kg/m3;最小含沙量多出现在2月，历年最小含沙量分别为0.004，0.038，0.035 kg/m3。

南水北调中线工程通水前，黄家港、皇庄、仙桃站多年平均输沙量分别为0.006亿，0.144亿，0.189亿t，输沙量年内年际变化较大，主要集中在汛期，占全年90%以上。各站多年平均含沙量分别为0.014，0.292，0.451 kg/m3，最大含沙量多出现在7月或10月，历年最大含沙量分别为0.653，6.290，4.820 kg/m3;最小含沙量多出现在3月，历年最小含沙量分别为0，0.004，0.035 kg/m3。

南水北调中线工程通水后，黄家港、皇庄、仙桃站多年平均输沙量分别为0.000 3亿，0.027亿，0.042亿t，输沙量年内年际变化较大，主要集中在汛期，占全年的90%以上。各站多年平均含沙量分别为0.001，0.076，0.128 kg/m3，最大含沙量多出现在7～8月，历年最大含沙量分别为0.016，0.697，1.060 kg/m3;最小含沙量多出现在1～2月，历年最小含沙量分别为0，0.009，0.017 kg/m3。

丹江口水库建成前，汉江中下游各站多年平均输沙量自上而下逐渐减小，泥沙落淤，河道总体上处于微淤状态;丹江口水库蓄水运用后，大量泥沙被拦在库内，清水下泄，汉江中下游各站输沙量和含沙量锐减，多年平均输沙量自上而下逐渐增大，说明泥沙主要来自于沿程补给;

南水北调中线工程运行后汉江中下游各站输沙量和含沙量进一步减小。整体来说，汉江中下游河道总体上由建库前的微淤状态转变为建库后的沿程冲刷状态，而泥沙主要来自沿程的河床冲刷、河岸崩塌以及支流入汇。

3 汉江中下游河床冲淤变化

根據计算需要并结合河道特点，将汉江中游分为丹江口至襄阳、襄阳至碾盘山2段;将汉江下游分为碾盘山至仙桃、仙桃至河口2段。受资料条件限制，时间尺度上主要以2015年为节点，划分为南水北调工程通水前（1978～2015年）和通水后（2015～2020年）2个时段，在此基础上，根据资料情况又划分若干子时段，分别开展河床冲淤变化与演变特点分析。

3.1 河床总体冲淤变化

1978～2020年汉江中下游干流河段河道平滩河槽总体表现为冲刷，总冲刷量为10.75亿m3（见表2）。其中：丹江口至襄阳河段冲刷量为2.83亿m3，襄阳至碾盘山河段冲刷量为3.76亿m3，碾盘山至仙桃河段冲刷量为3.46亿m3，仙桃至汉江河口河段冲刷量为0.70亿m3。

1978～2015年汉江中下游干流河段河道平滩河槽总体表现为冲刷，总冲刷量为9.05亿m3。其中丹江口至襄阳河段、襄阳至碾盘山河段、碾盘山至仙桃河段、仙桃至河口河段冲刷量分别为2.38亿，3.19亿，2.96亿，0.52亿m3。

2015～2020年汉江中下游干流河段河道平滩河槽总体表现为冲刷，总冲刷量为1.69亿m3。其中丹江口至襄阳河段、襄阳至碾盘山河段、碾盘山至仙桃河段冲刷量分别为0.45亿，0.56亿，0.50亿m3，仙桃至河口河段淤积量为0.19亿m3。

从图2可以看出，汉江中下游干流河道冲刷强度随距丹江口水库坝址距离的增长而有所减弱。

3.2 河床演变特点

丹江口水库蓄水运用后，由于汉江中下游水沙特性发生很大变化，加之堤防、护岸等工程影响，使得河床演变特点也随之改变，总体表现为河道游荡性降低，河床冲刷下切，局部滩槽变化剧烈。

（1） 丹江口至襄阳河段。

丹江口至襄阳河段为游荡性河段，既有依附着左右岸的边滩，又有心滩或江心洲。1978～2020年间，该河段主槽冲深下切，水流归槽，游荡性逐渐减弱，原有心滩大量消失，有的汊道支汊淤死，心滩并岸，洲滩兼并进一步发展，江心滩面积有所淤长且整体下移，滩槽格局更加分明（见图3）。

（2） 襄阳至碾盘山河段。

襄阳至碾盘山河段也为游荡性河段，既有依附着左右岸的边滩，又有心滩或江心洲。1978～2020年间，该河段深泓纵剖面起伏变化较大，总体上以冲刷下切为主，水流归槽，游荡性减弱。1978～2012年深泓线基本维持稳定，2012～2020年受采砂等人类活动影响的河段河床下切较严重，深泓走向也受较大影响（见图4）。

（3） 碾盘山至仙桃河段。

碾盘山至仙桃河段有分汊、弯曲和微弯河型。碾盘山至泽口河段河道宽窄相间，宽段主泓摆动，洲滩较多;泽口至仙桃河段河道单一，为微弯段。1978～2020年间，碾盘山至泽口河段洲滩岸线变化剧烈，边滩离岸、心滩并岸频繁发生;泽口至仙桃河段洲滩较少，主流变化相对稳定，岸线变化也相对较小，受河道冲刷影响，河段内深槽均有所发展，但位置基本稳定（见图5）。

（4） 仙桃至河口河段。

仙桃至河口河段弯道较多，河道蜿蜒、窄深，滩槽高差大。河岸土质较好，黏土层较厚，抗中力较强，两岸筑有堤防，在崩岸严重的地段建有护岸工程，故多年来河势变化不大。1978～2020年间，河道河槽冲刷下切，过流能力有所加大，受两岸堤防约束，河床展宽幅度较小。在弯道段仍为凹岸冲刷，局部弯道发生裁弯取直现象。在顺直微弯段，受两岸堤防的约束主要以下切为主，河床下切以后在有些过渡顶冲及主流贴岸部位有崩岸发生（见图6）。

4 结 论

（1） 丹江口水库蓄水运用后，汉江中下游洪峰削减明显，枯水期流量增大，径流年内分配更加均匀，中水期延长。坝下游输沙总量大幅度减少，1969～2014年黄家港、皇庄、仙桃站多年平均输沙量分别由建库前的0.873亿，1.050亿，0.787亿t减少至通水前的0.006亿，0.144亿，0.189亿t;南水北调中线工程通水后，汉江中下游洪峰减小，枯水期流量略有增加，径流年内分配更趋于均匀。坝下游输沙量进一步减少，分别为0.000 3亿，0.027亿，0.042亿t，仅为建库前的0.03%，2.60%和5.30%。

（2） 丹江口水库蓄水运用后，汉江中下游河道发生了长距离冲刷，1978～2020年平滩河槽河床总体冲刷泥沙10.75亿m3。各河段冲刷强度由上至下逐步减小，特别是2012～2020年冲刷强度沿程减小趋势更为明显，说明近期汉江中游丹江口至碾盘山河段仍然是冲刷发展最为剧烈的河段。

（3） 丹江口水库蓄水运用后，受坝下游河道冲刷和航道整治等因素影响，丹江口至襄阳河段洲滩变化较大，江心滩面积有所淤长且整体下移;襄阳至碾盘山河段近年来洲滩、汊道基本稳定，河道游荡性有所减弱;碾盘山至仙桃河段深泓线横向摆动频繁，洲滩冲淤变化也较为剧烈;仙桃至河口段河床演变强度相对较小，但局部弯道有裁弯取直现象发生。

随着丹江口水库大坝加高工程和王甫洲、崔家营、兴隆等水利枢纽以及南水北调中线和引江济汉等调（引）水工程的陆续建成，汉江中下游河道水文情势发生了显著变化。南水北调中线工程通水后，汉江中下游洪峰流量进一步削减，流量年内变化趋于均匀，河道比降变小，河道将向单一、稳定、微弯型的方向发展。由于造床流量减少，河槽将朝窄深方向发展。总体上，随着冲刷下移及河道自身调整，汉江中下游将向冲淤平衡方向发展，但若遇特殊水沙年份，河势河型仍可能发生剧烈调整。

参考文献：

[1] 刘宁.南水北调中线一期工程丹江口大坝加高方案的论证与决策[J].水利学报，2006，37（8）：899-905.

[2] 洪庆余.对丹江口水利枢纽若干问题的看法[J].人民长江，1982，13（4）：1-9，80.

[3] 张睿，张利升，饶光輝.丹江口水利枢纽综合调度研究[J].人民长江，2019，50（9）：214-220.

[4] 邓志民，刘扬扬，樊皓.鄂北调水工程对汉江中下游水文情势的影响[J].中国农村水利水电，2017（4）：125-128，136.

[5] 马方凯，李小芬，尹维清，等.梯级开发对汉江中下游航运的改善作用研究[J].中国水运（下半月），2014，14（2）：34-35.

[6] 韩其为，童中均.丹江口水库下游分汊河道河床演变特点及机理[J].人民长江，1986，17（3）：28-34.

[7] 李义天，孙昭华，邓金运.论三峡水库下游的河床冲淤变化[J].应用基础与工程科学学报，2003（3）：283-295.

[8] 许全喜.三峡水库蓄水以来水库淤积和坝下冲刷研究[J].人民长江，2012，43（7）：1-6.

[9] 毛红梅，白亮，童辉.汉江碾盘山-仙桃河道近期演变规律分析[J].人民长江，2006，37（12）：102-103.

[10] 童辉，袁晶，陈泽方.汉江河口段近期河道演变规律分析[J].人民长江，2012，43（增1）：108-110.

[11] 林云发.汉江中游近期冲刷状况浅析[J].长江科学院院报，2015，32（9）：1-5.

[12] 盧婧，许朝勇.兴隆水利枢纽坝下游河段河床演变分析[J].水利水电快报，2018，39（10）：46-50，60.

[13] 唐金武，陈肃利，周冬妮，等.汉江中游仙人渡河段河道演变规律及趋势分析[J].水电能源科学，2014，32（11）：97-100.

[14] 袁达全.汉江河口段河床演变及碍航特性分析[J].水运工程，2018（10）：161-165.

[15] 陈立，宋涛，吕孙云，邴建平.汉江下游典型弯曲河段的单向冲刷特点分析[J].武汉大学学报（工学版），2018，51（4）：283-288.

（编辑：胡旭东）

Study on riverbed erosion and deposition change in middle and lower reaches of Hanjiang River since impoundment operation of Danjiangkou Reservoir

BAI Liang，XU Quanxi，DONG Bingjiang

（Hydrology Bureau，Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China）

Abstract：

Since the impoundment operation of the Danjiangkou Reservoir，the riverbed of the middle and lower reaches of the Hanjiang River adjusted significantly.To deeply understand the riverbed evolution law under the impact of reservoir regulation，we analyzed the changes of flow，sediment，riverbed erosion and deposition in the middle and lower reaches of Hanjiang River based on long time series of measured data.After the initial impoundment of Danjiangkou Reservoir，the flood peak in the middle and lower reaches of Hanjiang River reduced，the flow rate in dry season increased，and the middle water period prolonged.So the annual distribution of runoff was more uniform，and the total sediment transport downstream of the dam was greatly reduced.After the operation of the Middle Route of South-to-North Water Diversion Project，the annual runoff distribution becomes more uniform，and the sediment discharge in the downstream of the dam furtherly decreases.From 1978 to 2020，the bankfull channel of Danjiangkou to Hekou reach scoured 1.075 billion m3，and the scour intensity gradually decreased from upstream to downstream，and the middle reach of Danjiangkou to Nianpanshan reach was still the most intensely scoured section.The results of recent river bed evolution analysis showed that the sand bars and beaches in Danjiangkou to Xiangyang reach changed greatly，and the beach area in river center became large and moved downstream in overall.The beaches and branches of Xiangyang to Nianpanshan reach were basically stable，and the river channel wandering was weakened.The horizontal swing of the thalweg line from Nianpanshan to Xiantao reach was frequent，and the erosion and deposition of the beach were more intense.The evolution intensity of riverbed from Xiantao to estuary reach was relatively small，but the local bend had the phenomenon of river bend straightening.The analysis results can provide reference for flood control and disaster reduction，planning and design，river regulation，sand mining management and waterway regulation in the middle and lower reaches of Hanjiang River.

Key words：

water-sediment change;riverbed scouring and silting;middle and lower reaches of Hanjiang River;Danjiangkou Reservoir;Middle Route of South-to-North Water Diversion Project