三峽水庫蓄水后荊江段低水期水面線變化分析

(長江水利委員會水文局荊江水文水資源勘測局， 湖北 荊州 434010)

1 研究背景

三峽水庫蓄水運行后，壩下游水沙條件發生了較大變化，導致荊江河段發生了不同程度的沖淤變化，從而河段水面線也發生相應改變。許多研究者從荊江河段水位流量關系、河段水位變化、河床沖淤變化等方面對三峽水庫蓄水以來荊江河段的水沙變化進行了分析[1-7]，并取得了豐碩的成果，但這些研究所用資料最長系列為2002～2010年，且均未對水面線的變化進行成因分析。因此，本文將利用2002～2016年期間的實測資料對三峽水庫蓄水前后荊江河段水面線的變化、主要水文站的低水水位流量關系進行綜合分析，以為三峽工程的防洪、發電、航運及水資源優化調度等提供參考。

2 荊江低水期水面線變化分析

2.1 數據來源

三峽水庫于2003年6月開始蓄水發電，為了分析蓄水后荊江河段水面線變化情況，本文采用了三峽水庫蓄水前后(2002～2016年)荊江干流9個測站(枝城、馬家店、陳家灣、沙市、郝穴、新廠、石首、調弦口、監利)的實測水文資料，其中沿程水位變化分析值均已轉換為1985國家高程基準。

2.2 水面線變化規律

長江枝城至城陵磯河段俗稱為荊江河段，河長347 km。荊江河段分為上、下兩段，上荊江屬彎曲分汊型河段，下荊江為典型的蜿蜒性河道，河道異常曲折。荊江河段水文情勢復雜，尤其是中高水時，水位流量關系更是受到斷面沖淤、洪水漲落、回水頂托等多種因素的綜合影響，水面線變化非常復雜，因此本文僅對低水(枝城站流量為6 000 m3/s)時的水面線變化情況進行分析。

根據荊江河段近年來水沙特性，選取2002～2016年期間具有代表性的年份，同時盡可能選取各年上下游流量相同時的資料，進行實測水面線的比較。本文以枝城站流量為控制流量，沙市站、監利站各年流量接近時的相應水位進行統計分析。

選取枝城站日均流量為6 000 m3/s左右時，河段各年流量接近時的相應水位進行水面線變化分析，結果見圖1和表1～2。從表中可以看出，當枝城站流量為6 000 m3/s時，2003年蓄水第一年，枝城站水位下降0.22 m，2016年較2002年下降0.2 m，水位下降不太明顯；沙市站呈逐年下降趨勢，且2011年較2008年下降幅度較大，下降0.67 m，2016年較2002年累計下降1.88 m；馬家店、陳家灣、郝穴3站基本呈逐年下降趨勢，且下降幅度較大，水位累積下降大小分別為1.09，1.83 m和1.48 m；新廠、石首、調弦口3站2006年以前水位略有抬升，但幅度很小，2006年之后，基本呈逐年下降趨勢，水位累積降低值分別為1.23，0.96 m和0.52 m；監利站水位下降抬升互現，但2016年較2002年累積抬升 0.2 m。

表1 低水時荊江河段各年水面線統計

表2 低水時荊江河段沿程各測站相應水位差值 m

圖1 低水時荊江河段各年水面線比較

綜上可以看出，當枝城站流量為6 000 m3/s左右時，三峽水庫蓄水后(2003～2016年)與蓄水前(2002年)相比：2003年(蓄水第一年)，枝城至沙市河段，沿程水位明顯下降，郝穴、新廠兩站變化不大，但石首、調弦口、監利兩站有所抬高，分析原因可能是沖刷由上游慢慢發展到下游；2006年以后，水位基本呈明顯的逐年下降趨勢，但枝城站水位變化不明顯，主要原因為枝城河段起點距1 100 m至右岸為礁板河床，不易沖刷；但從整個河段來看，三峽水庫蓄水以后，荊江河段水面線呈整體下降趨勢。

2.3 主要水文站低水水位流量關系分析

2.3.1 枝城站

三峽水庫蓄水前后，根據枝城站2003～2016年實測水位流量成果資料，對低水部分(流量小于10 000 m3/s)水位流量關系進行分析，見表3、圖2。由圖表可知，當流量為7 000 m3/s時，水位累積降低0.53 m；當流量為10 000 m3/s時，水位累積降低0.74 m。水位基本呈逐年降低趨勢， 2016年水位相比2015年有所抬升，但水位流量關系總體有所下降。

表3 枝城站同流量水位變化

圖2 枝城站低水部分水位流量關系曲線

2.3.2 沙市站

根據沙市站2003～2016年實測流量資料，逐年擬定低水水位流量關系曲線，成果見表4和圖3。結合圖表可以看出，2016年與2003年相比，當流量為6 000 m3/s時，水位下降約2.01 m；當流量為10 000 m3/s時，水位下降約1.70 m；當流量為14 000 m3/s時，水位下降約1.06 m。2016年與2003年相比，隨著流量增大，水位降低值逐漸收窄。整體來看，同一流量下水位下降明顯。

表4 沙市站同流量水位變化

圖3 沙市站低水部分水位流量關系曲線

3 水面線變化原因分析

三峽水庫蓄水后，三峽大壩下游河段水沙過程發生變化，荊江河段來沙大幅減少，普遍沖刷。本文利用2002年以來，枝城、沙市、監利3站的實測斷面資料，為統一起見，選取每年汛后斷面，簡要分析三峽水庫蓄水以來3座水文站的斷面沖淤對水面線及比降變化的影響。

3.1 枝城站

枝城站斷面河槽中高水位河寬1 200～1 400 m，左岸為沙質河床，起點距1 100 m至右岸為礁板河床，不易沖刷。

結合枝城站2002～2016年實測大斷面資料(圖4)可見，期間左岸沙質河床沖刷明顯，右岸礁板河床基本穩定，但總體趨勢為大斷面呈逐年沖刷，變幅越來越小，深泓線變化很小，河床基本處于穩定狀態，與該站低水部分水位流量關系逐年降低、水面線下降的趨勢一致。

圖4 枝城站實測大斷面

3.2 沙市站

沙市站斷面形狀偏“U”型，河床由沙質和黏土組成，三八灘、金成洲的分流分沙作用及洲灘形態變化對其斷面沖淤變化影響較大。

結合沙市站2002～2016年的實測斷面資料(圖5)可見，三峽水庫蓄水前后，清水下泄使沙市斷面年際間變化沖淤互現，但低水部分沖刷明顯，近岸部分岸坡變陡，深泓不斷加深，2016年較2002年河床下切了約 5.9 m，導致其低水水位流量關系有不同程度的下降。

圖5 沙市站實測大斷面

3.3 監利站

監利站河槽呈偏“V”型，左淺右深，河床為中細沙組成，近幾年左岸淤積嚴重，灘地不斷加高，右岸為陡坡，沖淤互現，由于近岸有六邊形水泥塊護岸，較穩定。

結合監利站2002～2016年的實測斷面資料(圖6)可見，三峽水庫蓄水前后，監利大斷面變化劇烈，但未有明顯的沖深變化趨勢，分析原因可能是監利站受到上游來水和洞庭湖頂托等多種因素影響，導致其斷面沖淤變化劇烈，無明顯規律，同時也與監利站水位抬升下降互現一致。

圖6 監利站實測大斷面

4 結 論

本文利用三峽水庫蓄水前后(2002～2016年)的實測資料對荊江河段水面變化進行分析，得出以下結論。

(1)當沙市站流量為6 000 m3/s(低水)時，2003年，枝城至沙市河段，沿程水位明顯下降，郝穴、新廠兩站變化不大，但石首、調弦口、監利兩站有所抬高；2006年以后，水位基本呈明顯的逐年下降趨勢，但枝城站水位變化不明顯；從整個河段來看，三峽水庫蓄水以后，荊江河段水面線呈整體下降趨勢，陳家灣與沙市兩站下降幅度最大，水位分別累積下降 1.83 m和 1.88 m；枝城站下降幅度較小，水位僅累積下降了 0.2 m；監利站水位下降抬升互現，整體抬高了 0.2 m。

(2)三峽水庫蓄水以來(2003～2016年)，荊江河段主要水文站的低水水位流量關系發生了一定變化：枝城站、沙市站枯水時同流量下，水位均有一定程度下降，但枝城站水位下降較小，沙市站水位下降較大。

(3)荊江河段水面線下降，低水水位流量關系變化受河道局部沖淤的影響較大。