2020年洪水洞庭湖调蓄作用分析

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉 430010）

长江是我国第一长河，洞庭湖是我国第二大淡水湖，两者之间的相互作用和影响历来是国内水文及河流动力学领域研究的热点问题［1-3］。作为重要的通江湖泊，江湖之间的水量交换及其过程等都是江湖关系的核心研究内容［4-6］。湖泊调蓄能力可用调蓄量表示，一般认为是一定时间内湖泊进、出湖水量之差，对湖区防洪、水量合理利用等具有重要意义。三峡水库运行以来，荆江三口（松滋口、太平口、藕池口）分流比保持稳中略降的趋势，分流比的变化主要与长江干流与三口洪道冲淤、三口口门河势变化及洞庭湖湖容变化等有关［7-9］。若长江干流洪水与湖南四水（湘江、资水、沅江、澧水）洪水发生遭遇，洞庭湖区洪季仍然面临较大的防洪压力。

城陵矶水位变化一直是荆江与洞庭湖区防洪的重点，1950～1990年城陵矶水位抬升了近2 m，引起了有关学者高度重视［10］。韩其为［11］认为下荆江流量增大抬高水位高于冲刷降低水位，最终致使城陵矶水位抬升；也有学者认为，三峡水库蓄水前洞庭湖围垦淤积是造成水位抬升的主要原因［12-13］。洞庭湖多年平均最大入湖流量为36 800 m3/s，出湖流量400 m3/s，洪峰削减率达26%。2020年，湖南省入汛以来遭遇20轮强降雨过程，洞庭湖城陵矶水位持续超警60 d，超警时长居21世纪以来第一位。本文将基于洞庭湖历史演变情况，江湖水沙交换规律，分析洞庭湖在长江中下游防洪体系中的重要地位及其在2020年洪水中的调蓄作用。

1 研究区域概况

长江干流枝城至城陵矶河段习称荆江，全长约340 km，以藕池口为界，分为上、下荆江，荆江历史上曾发生两次自然裁弯及1次人工裁弯。上荆江通过松滋口、太平口分流入洞庭湖，下荆江通过藕池口分流入洞庭湖。洞庭湖是我国第二大淡水湖，坐落于湖南省，地处北纬28°～30°，东经110°～113°之间。四水与三口分泄的长江水沙，经调蓄后于城陵矶附近再次注入长江（见图1）。

2 研究方法及数据

本文主要研究方法为实测资料统计分析法，通过分析荆江三口分流分沙变化、四水来水情况变化以及城陵矶流量与水位变化，探究洞庭湖调蓄能力变化。

水文资料来源于长江水利委员会，包括枝城、新江口、沙道观、弥陀寺、康家岗、管家铺等流量和输沙量，四水来水流量以及城陵矶流量和水位资料。其中，新江口及沙道观代表松滋口，弥陀寺代表太平口，康家岗及管家铺代表藕池口。

图1 荆江-洞庭湖关系示意

3 荆江三口分流变化

20世纪50年代以来，长江流域陆续开展了人工裁弯和葛洲坝、三峡水库等一系列大型水利枢纽建设工程，受上游水库调度运行的影响，水库下游年内径流过程、河床冲淤演变发生改变。荆江河段表现为：河床冲刷下切，同流量条件下河道水位下降，荆江三口口门段河势调整。与此同时，三口分流河道内的河床在三峡运行后由淤转冲。受以上因素的共同作用，荆江三口分流分沙能力出现多次调整，各时段分流分沙情况见图2，表1与表2。

图2 荆江三口分流分沙能力变化

表1 不同时期三口分流能力变化

表2 不同时期三口分沙能力变化

1956年以来，以下荆江系统裁弯、葛洲坝和三峡大坝的修建为主要时间节点，荆江三口分流比的变化主要可分为以下几个阶段：①下荆江系统裁弯之前（1956～1966年），荆江三口分流比基本稳定在29%左右。②裁弯期间（1967～1972年），受荆江河床冲刷的影响，荆江三口分流能力小幅衰减，分流比减小为25%。③裁弯后至葛洲坝修建之前（1973～1980年），随着荆江河床冲刷幅度继续增强，荆江三口分流能力进一步衰减，分流比减小为19%，衰减速度变快。④葛洲坝水利枢纽修建（1981年）后，才减缓了三口分流能力的衰减速率。⑤三峡水库蓄水以前（1999～2002年），与1956～1966年相比，荆江三口年均分流量由1331.6亿m3减至625.3亿m3（减幅约53%），分流比由29%减至14%；分沙量由19 590万t减至5 670万t（减幅约71%），分沙比由35%减至16%。⑥三峡水库蓄水以后（2003～2015年），与1999～2002年相比，长江干流枝城站年均径流量、荆江三口分流量以及荆江三口分流比均有所减小，其中，枝城站年均径流量由4 454亿m3减小为4 099亿m3（减少355亿m3，减幅8%）；三口分流量由625.3亿m3减小为479.6亿m3（减小145.7亿m3，减幅23%），分流比由14%减小至12%。枝城站年均输沙量、荆江三口分沙量大幅减小（减幅均在80%以上），其中，枝城站年均输沙量由34 600万t减小为4 880万t，减幅达86%；三口年分沙量由5 670万t减小为955万t，减幅达83%；但受枝城站来沙量减小的影响，三口分沙比反而呈增大趋势，由16%增加为20%。

表3为1956年至今，同流量下荆江三口分流能力变化情况［14］。纵向对比而言，各流量级下，三口合计分流量与分流比均随时间的增长呈现减小趋势，且减小幅度符合以下规律：①1956～1966年，不同流量级下的三口分流比均在40%左右；②至葛洲坝水利枢纽修建前的1980年，三口分流比减小到30%左右；③至三峡水库蓄水前的2002年，三口分流比进一步减到20%左右；④三峡水库蓄水后（2003～2015年），与1981～2002年相比，当枝城站流量不大于40 000 m3/s时，三口分流比变化值在1%以内。

表3 各流量级下三口分流能力变化

4 洞庭湖区水情变化

三峡水库运行以来，洞庭湖区水情发生了较大改变。原因如下：①气候原因，进出湖水量大幅减少；②三峡及“四水”上游水库拦蓄大量泥沙，入湖沙量减少，特别是粗颗粒泥沙锐减，致使洞庭湖于2003年后转淤为冲，年均冲刷量154万t，缓解了洞庭湖湖容日益减小的情况。洞庭湖入湖、出湖水沙情况见表4。

表4 洞庭湖入湖、出湖水沙情况

图3显示了2002～2016年1～3月荆江与洞庭湖水流交汇情况。从图中可以看出：①自三峡水库运行以来，随着枯期补水天数及补水量不断增加，监利站1～3月月均流量呈显著增长趋势，2009～2015年枯季月均流量相较2003～2008年同期增大1 300 m3/s以上；②与之对应，干流来流的增长增强了洞庭湖出口的顶托作用，可以看出七里山1～3月流量均有所减小，特别是2～3月呈显著下降趋势，月均流量减小1 000 m3/s以上。湖区出流的减少有利于保持枯期湖内水位，对饮水及生态有一定的帮助。

图4显示了2002～2016年6～8月荆江与洞庭湖水流交汇情况。从图中可以看出：①由于三峡水库运行主要以错峰为主，因此汛期月均流量没有明显变化趋势；②由于洞庭湖区雨季早于长江干流约1个月左右，因此七里山6月月均流量有增长趋势，2009～2015年枯季月均流量相较于2003～2008年同期增大2 000 m3/s左右，7月与8月月均流量保持稳定（见表5）。

图3 荆江与洞庭湖枯季流量汇流情况

图4 荆江与洞庭湖洪季流量汇流情况

表5 监利、七里山月均流量变化情况 m3/s

5 洞庭湖洪水调蓄作用

截至2020年8月31日，湖南省先后遭遇24轮强降雨过程，累计雨量1 325.5 mm，较多年同期偏多15.6%。其中，入汛以后20轮，累计雨量900.8 mm，较多年同期偏多3.7%。2020年7月2日，长江2020年第1号洪水在长江上游形成，湖南省内湘中以北地区也暴雨连连，长江来水和四水对洞庭湖形成“夹攻”之势。2020年7月4日18：00，城陵矶水位达到32.5 m，直至2020年9月1日18：00，城陵矶水位降至32.47 m，洞庭湖城陵矶水位持续超警60 d，超警时长居21世纪以来第一位。图5为洞庭湖三口、四水以及城陵矶流量过程，图6为洞庭湖调蓄量与城陵矶水位变化过程。

图5 2020年洪水洞庭湖区来水过程

从统计结果可以看出：2020年7月4～9日、7月19～20日、7月24～26日以及8月19～25日共计18 d，洞庭湖调蓄量为正值，共计调蓄62.35亿m3。总体来看，洞庭湖调蓄量与城陵矶水位呈现正向关系，即当城陵矶水位处于高值时，受湖区顶托作用洞庭湖出流受阻，湖区调蓄水量增大。

图6 2020年洪水洞庭湖调蓄量与城陵矶水位变化

6 结论

（1）三峡水库运行以前（1999～2002年），与1956～1966年相比，荆江三口年均分流量由1331.6亿m3减至625.3亿m3（减幅约53%），分流比由29%减至14%。三峡水库建成以后（2003～2015年），与1999～2002年相比，三口分流量由625.3亿m3减为479.6亿m3（减小145.7亿m3，减幅23%），分流比由14%减至12%。

（2）在2020年洪水过程中，城陵矶水位持续超警60 d，其中，18 d洞庭湖入湖流量大于出湖流量，共计调蓄洪水62.35亿m3。

（3）鉴于洞庭湖在长江中下游防洪体系中的重要地位，建议尽快开展洞庭湖四口（松滋口、太平口、藕池口、调弦口）水系综合整治工程，通过河道疏浚等工程措施，加大荆江三口分流能力，提高洞庭湖调蓄能力，减轻长江中下游地区的防洪压力。