興隆水利樞紐壩下游河段河床演變分析

(長江水利委員會水文局長江中游水文水資源勘測局，湖北 武漢 430012)

興隆水利樞紐位于漢江下游湖北省潛江、天門市境內，上距丹江口樞紐378.3 km，是漢江梯級開發方案中的最下一級樞紐，也是南水北調中線工程漢江中下游治理工程之一，是漢江中下游水資源綜合開發利用的一項重要工程，其開發任務以灌溉和航運為主，兼顧發電。2009年2月26日，興隆水利樞紐正式開工建設，2009年12月份實現漢江截流，2013年建成投入運行。

近年來，有學者對興隆河段的河道演變、水沙特性進行了分析研究，吳娛等[1]基于興隆至新泗港河段在丹江口水庫蓄水運用后的原型觀測資料，分析了這一寬淺彎道段河道的沖淤變化情況，并結合河段水流泥沙運動特性，闡述了該河段淺灘礙航機理。但由于該成果發表于興隆水利樞紐建設前，未能反映興隆水利樞紐建設帶來的河道演變及水流泥沙特性。黃建成等[2-3]通過河工模型試驗研究了興隆樞紐修建后對壩區河段河勢的影響，但研究范圍主要針對興隆水利樞紐壩區河段，未包括興隆壩下游河段的變化特性，且所采用的資料年限較久遠。本文采用了興隆水利樞紐建設前后實測水下地形資料，全面分析了壩下游河段河床演變特征。

1 河道概況

興隆水利樞紐所在河段屬漢江下游，地處江漢平原，河道寬淺，主流擺動較為頻繁，洲灘消長不定，枯水、中水及高水期河寬相差較大，枯水期最小河寬約400 m，大洪水期最大河寬可達2 500 m左右，工程河段兼有游蕩型及彎曲型河道的特點。自丹江口水庫運用以來，受水庫清水下泄的影響，該河段的來水來沙條件發生較大變化，致使河床由原來的以淤積為主的演變趨勢變為以沖刷為主，目前仍以沖刷趨勢為主，但沖刷強度已趨于減弱，并逐步向沖淤平衡方向發展。工程河段河勢圖見圖1。

圖1 工程河段河勢

2 水文泥沙特性

興隆樞紐壩址上游漢江丹江口水利樞紐于1958年開工，1968年蓄水運用，受其運用的影響，興隆樞紐所在河段水沙特性與建庫前天然河道時期相比，發生了較大變化。

表1 丹江口水庫蓄水前后漢江干流下游各站多年水位特征值

表2 興隆水利樞紐建成前后漢江干流下游各站多年水位特征值

2.1 水 位

丹江口水庫建庫前，漢江中下游水位暴漲暴落，峰型尖瘦，干流各站水位年最大變幅在 7.52～13.96 m之間，水位變幅大；最低水位一般出現在3月，最高水位一般出現在7月。

丹江口水庫建成蓄水后，由于水庫調節影響，中下游枯季水位抬高，汛期水位則有所降低，仙桃以上各站水位變幅明顯減小。丹江口水庫蓄水前后漢江干流下游各站多年水位特征值統計見表1。

同時，以2009年興隆水利樞紐截流為節點，分別統計了各站在丹江口水庫建成蓄水后興隆樞紐建成前后的水位特征值(見表2)。

興隆樞紐截流后，回水壅水造成上游沙洋水文站平均水位有所抬高，下游澤口水位站及仙桃水文站多年平均水位降低。

表3 丹江口水庫蓄水前后漢江中下游各站多年流量特征值

2.2 流 量

由于丹江口水庫以防洪為主，削峰調洪是其主要特征和任務。由表3可知，建庫前，中下游流量峰值大，全年水量分配極不均勻，7～9月的水量約占全年的55%。丹江口水庫蓄水運用以后，漢江中下游洪峰大大削減，流量過程變得較為均勻平緩，枯季流量增大，中水期延長，漢江中下游流量過程發生了顯著的變化，主要有洪峰削減調平、年內分配趨于均勻、中水歷時延長、枯水流量加大等特征。各站最大流量大多出現在7月，最小流量則出現在3月。

興隆水利樞紐建成前后漢江干流下游各站流量統計見表4。興隆樞紐截流后，上游皇莊站多年平均流量和徑流量均有所減少，沙洋站受回水影響流量和徑流量略有增加，而位于興隆水利樞紐下游的仙桃站的來水量則有顯著減少。

表4 興隆水利樞紐建成前后漢江中下游各站多年流量特征值

2.3 泥 沙

丹江口水庫建成前，中下游沙量年內分布不均勻，輸沙量主要集中在汛期7，8，9三個月，占全年來沙總量的80%以上；枯水期12，1，2三個月輸沙量不到全年總量的1%。

丹江口水庫建庫后，來沙過程得到了全面的調蓄控制，輸沙情況有了很大的改變。主要表現為大量泥沙被攔在庫內，壩下基本是清水下泄。經統計，建庫前黃家港、襄陽、皇莊、仙桃站多年平均含沙量分別為3.24,2.59,2.50 kg/m3和1.90 kg/m3，蓄水后則分別銳減為0.023,0.1,0.295 kg/m3和0.494 kg/m3。

3 河道演變分析

3.1 河道歷史演變概況

興隆樞紐所在河段為新灘和老泗港兩個反向彎道。1936年新灘彎道彎頂在長陀垸，彎曲半徑為2.8 km。1938～1959年，彎道向凹岸發展，彎頂下移。至1978年向凹岸移動 2.5 km，彎頂下移達 5.5 km，彎曲半徑為 0.7 km，形成約30°的急彎。老泗港彎道，彎頂以上向凸岸擺動，離開原來的位置，彎頂以下向凹岸發展。1959年彎頂上下各出現江心洲，1978年江心洲消失。工程河段歷史演變見圖2。

圖2 工程河段歷史演變

3.2 河道近期演變分析

3.2.1 深泓平面變化

工程河段是比較典型的彎道河段，從河段深泓線平面變化圖(見圖3)來看，在興隆水利樞紐下游附近，2005年深泓線居中下行，2012年由于興隆水利樞紐的右岸圍堰施工，水流靠左岸下泄，深泓線亦貼左岸下行。2016年工程建成后流道改為靠近右岸，深泓線亦貼右岸。

圖3 工程河段深泓線平面變化

圖4 工程河段深泓線縱向變化

在下游第一個彎道進口處，2005年深泓線靠凹岸，2012年深泓線從左岸過渡至右岸，2016年由于右岸有引江濟漢干渠支流匯入導致深泓線向左岸有所擺動，進入彎道后深泓緊貼凹岸高石碑鎮一側。在彎道出口段，2016年深泓線較2012年大幅向右岸擺動約280 m。出彎道后在馬家嶺附近深泓線向左岸擺動，其中2016年比2012年左移最大幅度150 m。

在老泗港彎道進口處，2005年深泓貼左岸下行，由于左岸邊灘發展，深泓線由2012年靠左岸擺動至2016年靠右岸，進入彎道彎頂處，受水流沖刷作用，2016年深泓線較2012年進一步向凹岸發展，最大左移幅度約250 m。泗港村附近淤積發展，深泓線由左岸擺動到右岸。

在河段出口巴家洲附近，2005年深泓線靠近右岸，由于靠近左岸的巴家洲洲頭沖刷，導致該處深泓線2012～2016年向左岸擺動，然后緊貼右岸下行至河段出口。

總體來看，2005～2016年間河段內深泓線平面位置擺動頻繁且幅度較為顯著，特別是在彎道及過渡段范圍內，還伴隨著邊灘與江心洲灘的沖淤發展。可見興隆樞紐建成后，下游河道經歷了較大的水流調整。

3.2.2 深泓縱向變化

從工程河段深泓線縱剖面變化圖(見圖4)可以看出，2005～2016年間，河床縱剖面有沖有淤、沖淤交替，且河床沖淤幅度較大。

在引江入漢干渠入漢江河口附近，2005～2012年河床沖刷下切，至2016年河床又顯著抬高，除此之外河床縱剖面沿程總體呈沖刷趨勢，河床高程下降，河床最大下切幅度達10 m，特別是在韓家臺、老泗港、巴家洲河段彎道附近河床沖淤變幅明顯，深泓線下切較顯著。

3.2.3 河床形態變化

根據2005～2016年3個測次的實測地形資料，沿本河段分別選取HX088～HX098共11個典型斷面，分析該河段斷面形態變化情況。

從11個斷面變化可以看出，2005～2016年河段河床呈沖淤交替變化，主要以沖刷下切為主。斷面變化較大的位置主要集中在過渡段和彎道段。

3.2.4 洲灘平面變化

套繪工程河段出口處巴家洲30 m等高線來分析其平面變化，見圖5。

圖5 巴家洲平面變化

從平面圖上看，2005～2016年巴家洲洲頭先淤積后沖刷，淤積最大上延700 m，沖刷最大下移464 m，洲尾2005～2012年沖刷下移220 m，2012～2016年相對較為穩定，洲體左、右緣局部有所沖淤，但幅度不大，總體上巴家洲洲體面積先增大后萎縮，2016年較2012年巴家洲洲體面積減小17.5%。

3.2.5 工程河段沖淤變化

根據工程河段2005～2016年的實測地形資料，采用斷面法對工程河段河床沖淤量進行計算分析，計算水位是30 m，計算結果見表5。

表5 河段沖淤計算成果 萬m3

計算結果顯示，2005～2016年本河段總體呈沖刷狀態，30 m平灘水位以下河槽沖刷泥沙：2005～2012年 290.4萬m3，2012～2016年 718.9萬m3。

分段來看，2005～2012年沖刷量較大的位置主要分布在HX088～HX089、HX091～HX092、HX094～HX095，2012～2016年沖刷量較大的位置主要分布在HX092～HX093、HX096～HX097、HX097～HX098之間，特別是HX097～HX098沖刷量有 206.7萬m3。結合地形圖看，河床沖刷集中在兩個S型彎道、過渡段馬家嶺至老泗港以及泗港村至巴家洲之間。

3.3 河床局部沖刷分析

興隆水利樞紐于2009年2月26日正式開工建設，2013年建成投入運行。為進一步了解近樞紐壩址下游局部范圍內河床的沖淤變化，對壩址下游1 km范圍內河床進行了分析。

從沖淤分布圖(見圖6)來看，興隆水利樞紐投入運行后，壩下游局部河床沖淤交替，主河槽河床呈較明顯的沖刷趨勢，近壩址處形成較為明顯的沖刷坑，河床最大下切達7 m。

圖6 興隆樞紐壩址下游局部河床沖淤分布

3.4 河道演變趨勢分析

從上述分析來看，丹江口水庫建庫后，清水下泄，工程河段河床相應沖刷下切，河勢發生調整。受丹江口水利樞紐的影響，興隆樞紐工程所在河段現階段總體呈沖刷變化趨勢，河勢仍處于調整中。

由于興隆樞紐屬于低水頭徑流式水利工程，水庫基本無調節性能，攔蓄的泥沙量很小，并在短時期內達到平衡，基本不改變下游河道的來水來沙條件。工程建成后對漢江下游河勢產生的影響有限，僅會對壩址下游局部范圍內河床變化產生一定的影響，因此對漢江下游河勢影響的主要因素仍然是丹江口水庫運用引起的壩下游河道沖刷。據此預計，在今后較長時期內，工程河段河床仍將呈沖刷趨勢，但隨著丹江口水庫壩下游河道沖刷下移及自身調整，工程河段將逐步向沖淤平衡方向發展，總體河勢將趨于穩定。

4 結 論

受水庫清水下泄的影響，興隆水利樞組工程河段的來水來沙條件發生較大變化，致使河床由原來的以淤積為主的演變趨勢變為以沖刷為主，目前仍以沖刷趨勢為主，但沖刷強度已趨于減弱，并逐步向沖淤平衡方向發展。

從河床演變分析主要結果來看，2005～2016年間河段內深泓線平面位置擺動頻繁且幅度較為顯著，特別是在彎道及過渡段范圍內，還伴隨著邊灘與江心洲灘的沖淤發展。可見興隆樞紐建成后，下游河道經歷了較大的水流調整。2005～2016年河段河床呈沖淤交替變化，主要以沖刷下切為主。斷面變化較大的位置主要集中在過渡段和彎道段。在今后較長時期內，工程河段河床仍將呈沖刷趨勢，但隨著丹江口水庫壩下游河道沖刷下移及河道自身的調整，工程河段將逐步向沖淤平衡方向發展，總體河勢將趨于穩定。