洞庭湖泥沙輸移和淤積分布特性研究

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(1.湖南省水利水電勘測設計研究總院 規(guī)劃處，長沙 410007； 2.湖南省洞庭湖研究中心 防洪研究室，長沙 410007；3.中國水利水電科學研究院 泥沙研究所，北京 100048)

洞庭湖位于湖南省北部、長江荊江河段南岸，地跨湖南、湖北兩省。洞庭湖北有松滋、太平、藕池和調(diào)玄四口(調(diào)玄口已于1958年冬堵閉)分泄長江來水來沙，西南有湘水、資水、沅水、澧水四水匯入，湖區(qū)周邊還有汨羅江、新墻河等中小河流直接入湖，經(jīng)湖泊調(diào)蓄后，由城陵磯注入長江。根據(jù)地形地貌特點，可以赤山、磊石山為界將洞庭湖分為西洞庭湖(包括七里湖和目平湖)、南洞庭湖和東洞庭湖(詳見圖1)。由于承接來流的水沙條件不同，各湖的泥沙輸移和淤積的時空分布有較大差異。分析研究洞庭湖的泥沙輸移和淤積分布規(guī)律，對科學制定洞庭湖區(qū)河道整治和綜合治理規(guī)劃、合理利用和保護水資源，具有十分重要的意義。

圖1 洞庭湖區(qū)示意圖

1 三峽水庫運行前的泥沙輸移和淤積分布特性

1.1 西洞庭湖區(qū)

西洞庭湖主要承納松滋河、虎渡河、沅水、澧水的來水來沙。水系中沅水、澧水的徑流量占來水總量的55%，松滋河、虎渡河輸沙量大約占來沙總量的79%。據(jù)1956—2002年資料統(tǒng)計，松滋、太平兩口多年平均入西洞庭湖的輸沙量為6 465萬t，沅水、澧水兩水入湖沙量為1 658萬t，分別占入湖總沙量的79.6%，20.4%；多年平均出湖沙量為4 464萬t，占入湖沙量的55%，沉積在西洞庭湖與洪道內(nèi)的沙量占入湖總沙量的45%。見表1[1-2]。

同時，松滋、太平兩口年均進入西洞庭湖的沙量明顯減少,經(jīng)南嘴的出湖沙量變化不大，而從小河咀出湖的沙量呈遞減變化。年淤積量由4 774萬t減少至1 573萬t，減少了67.1%。

表1 西洞庭湖入出湖年平均輸沙量統(tǒng)計

1992年長江水利委員會水文局在目平湖區(qū)域布設接港口、肖家灣、牛望咀3個斷面進行流量、含沙量測驗。據(jù)1992年巡測資料，出口輸沙率占進口的59.2%,區(qū)域內(nèi)輸沙率衰減26.6%～56.8%，平均衰減40.8%。其中洪道中衰減26.6%、目平湖衰減14.2%，說明西洞庭湖萎縮已處于晚期，區(qū)域內(nèi)的淤積不是以湖泊為主，而是以洪道為主。

表2 1990年6月27日至8月15日南洞庭湖入出湖沙量統(tǒng)計

1.2 南、東洞庭湖區(qū)

東、南洞庭湖之間無水文測站控制，長江水利委員會水文局于1990年在挖口子、白沙、荷葉湖布置了巡測斷面，觀測水位、流量、含沙量。據(jù)觀測資料分析，從北部入湖的沙量扣除從草尾河進入東洞庭湖的部分外，有64.2%的沙量進入南洞庭湖。進入南洞庭湖的總沙量中，沉積在湖內(nèi)的泥沙占43.4%(表2)。根據(jù)湘水、資水、小河咀、南嘴及廠窖來沙統(tǒng)計，1952—1972年進入南洞庭湖的泥沙為8 891萬t/a，以后為6 480萬t/a，按上述淤積比例計算，裁彎前后年平均分別淤積在南洞庭湖的泥沙為3 859萬t/a及2 812萬t/a[1-2]。

南洞庭湖屬洪道型湖泊，湖內(nèi)水系復雜，相互頂托干擾。長江四口洪水晚于四水，含沙量較大的水流自西北流向東南，因而湖內(nèi)的淤積分布特點為：北面淤積嚴重，西北部大于東南部；東南湖、黃土包、活水洲、蝦湖洲、荷葉湖等地的淤積量約為整個南洞庭淤積量的80%。北部的泥沙主要淤積在西起拐棍洲、東至九條溝，東西長約53 km，黃土包河以南寬3～13 km，面積400 km2的湖面上[3-4]。

整理長江水利委員會水文局1990年在荷葉湖斷面巡測資料與同期有關測站實測資料分析，見表3[2]。東洞庭湖汛期來沙量的82.2%淤積在湖內(nèi)。多年來，淤積在湖內(nèi)的泥沙約占來沙量的74.2%，如按這個淤積比計算東洞庭湖的沉積量，則根據(jù)南洞庭湖、草尾河及藕池河東支匯入東洞庭湖的泥沙資料統(tǒng)計，1972年以前，每年入湖為11 328萬t/a，以后為7 018萬t/a，其中藕池河東支來沙分別占入湖沙量的41.1%及29.3%。若考慮藕池河的來沙中有20%淤積在河道中，那么進入湖內(nèi)的總沙量分別為10 396萬t/a及6 618萬t/a，淤積在湖內(nèi)泥沙分別為7 714萬t/a及4 910萬t/a；相應湖內(nèi)年平均淤厚分別為0.047 m/a及0.030 m/a，1952—1995年累計平均淤厚1.63 m。東洞庭湖的淤積主要發(fā)生在注滋口三角洲和上、下飄尾。漉湖至湖心一帶，后期地形圖高程不但沒有增高反而有所降低。

表3 1990年6月27日至8月25日東洞庭湖入出湖沙量統(tǒng)計

1.3 全洞庭湖區(qū)

由于三口、四水大量泥沙入湖，特別是三口泥沙數(shù)量大，致使洞庭湖泥沙淤積嚴重。1951—1990年的40 a間共淤積55.78億t。年均淤積1.39億t,相應的總來沙75.20億t，出湖19.31億t，排沙比0.257。1991—2002年四水和三口入湖沙量，均有明顯減小，此時12 a總淤積量為7.32億t，年均淤積0.610億t，相應的來沙量10.32億t，出湖2.88億t，排沙比0.279。1951—2002年洞庭湖區(qū)總淤積量為63.10億t[3，5]。

上述淤積用進出泥沙之差代替，不單代表湖區(qū)淤積，也包括了三口河道和四水尾閭。長江水利委員會荊江局據(jù)1952年和1995年地形圖，采用切割斷面的方法，求出三口河道共淤積5.69億m3，平均每年淤積1 300萬m3。其中松滋河淤積1.67億m3，虎渡河淤積0.708億m3，松虎洪道0.44億m3，藕池河淤積2.87億m3。考慮到三口口門外淤積0.35億m3，以及圍墾侵占河道的淤積，估計三口河道44 a淤積量應在6.05億～7.25億m3之間,即淤積占同期洞庭湖總淤積59.08億m3的13.3%～16.1%。

從全湖看，東洞庭湖淤積分布為西部大于東部、南部大于北部。其具體淤積分布特征：①南部淤積日趨嚴重；②新墻河入湖三角洲的沉積較快。據(jù)1990年3月實地查勘結果，新墻河與入湖交匯處口門區(qū)，湖心洲灘相繼隆現(xiàn)，兩側(cè)邊灘淤高加寬；③藕池河東支河口東移，西部洲灘急劇增長；④下飄尾至君山間淤積速度加快。隨著下荊江裁彎后來沙量減少，特別是藕池河東支沙量明顯減少，東洞庭湖淤積速度也比50年代至70年代減慢。

綜上所述，三峽工程運用前，洞庭湖區(qū)的泥沙絕大多數(shù)淤積在3大湖泊中(約占95%)，其中東洞庭湖淤積占總量的39.5%。由于湖泊面積東洞庭湖最大，西洞庭湖最小，所以在平均淤積速率上，西洞庭湖最大，每年為0.067 m；東洞庭湖最小，每年為0.027 m；南洞庭湖居中，每年為0.028 m。如與上世紀50年代至70年代初淤積速度比較,荊江裁彎后，西、東洞庭湖均有減緩，而南洞庭湖則基本接近。

對比1978年、1989年洞庭湖全區(qū)遙感圖像以及1995年地形圖，可以看出，最近20 a泥沙淤積使各湖洲灘不斷延伸，東洞庭湖的注滋口三角洲最快，飄尾三角洲次之。而泥沙很難淤留的南洞庭湖的南部，東洞庭湖的漉湖至湖心一帶，以及東洞庭湖的西北角和原調(diào)弦口入湖口處等水域，均無淤高痕跡甚至有加大加深之勢。

2 三峽工程運用后的泥沙輸移和淤積分布特性

2.1 西洞庭湖區(qū)

2.1.1 年沖淤量變化

據(jù)2003—2010年資料統(tǒng)計，松滋、太平兩口年平均入西洞庭湖的輸沙量818萬t，沅水、澧水兩水入湖沙量369萬t，分別占入湖總沙量的68.9%，31.1%；年均出湖沙量1 023萬t，其中從南嘴出湖的泥沙879萬t，從小河咀出湖的泥沙為144萬t，年平均沉積在西洞庭湖與洪道內(nèi)的沙量164萬t，占入湖總沙量的13.8%，見表4[2]。與三峽工程運用前比，由于入湖沙量大幅減小，出湖沙量也大為減小，沉積量同步減小，沉積率也相應減小。

2.1.2 枯期沖淤變化

西洞庭湖枯期1至4月及9月15日至12月31日進出湖泥沙統(tǒng)計如表5。2003—2010年枯水期松滋、太平兩口年平均入西洞庭湖的輸沙量為62.0萬t，沅水、澧水兩水入湖沙量為11.4萬t，分別占入湖總沙量的84.5%，15.5%；枯水期年均出湖沙量為132.7萬t，區(qū)間年平均沖刷量為59.3萬t。由于區(qū)間全年平均為淤積164萬t，因此汛期應為淤積223.3萬t，說明三峽工程運用后西洞庭湖也是具有汛期淤積，枯期沖刷的特點。

表4 三峽工程運用后(2003—2010年)西洞庭湖年輸沙量統(tǒng)計

表5 三峽工程運用后(2003—2010年)西洞庭湖枯期輸沙量統(tǒng)計

表6 三峽工程運用后(2003—2010年)東、南洞庭湖年沙量統(tǒng)計

表7 三峽工程運用后(2003—2010年)東、南洞庭湖枯期入出湖沙量統(tǒng)計

2.2 南、東洞庭湖區(qū)

2.2.1 年沖淤量變化

南洞庭湖屬洪道型湖泊，湖內(nèi)水系復雜，南洞庭湖與東洞庭湖間的泥沙輸移缺少詳細資料，這里把南洞庭湖與東洞庭湖作為一個整體進行泥沙輸移分析。

三峽工程運用后，2003—2010年年平均入南洞庭湖和東洞庭湖的沙量為2 016萬t，城陵磯年均出湖沙量為1 680萬t，南洞庭湖與東洞庭湖年平均淤積量為336萬t，占入湖總沙量的16.7%，見表6。與三峽工程運用前比，由于入湖沙量大幅減小，出湖沙量也大為減小，區(qū)間沉積量大為減小，除2007年出現(xiàn)淤積外，2006年以后的其他各年份均出現(xiàn)沖刷。

2.2.2 枯期沖淤變化

南洞庭湖和東洞庭湖枯期1—4月和9月15日至12月31日進出湖泥沙統(tǒng)計如表7。2003—2010年枯期年平均入南洞庭湖和東洞庭湖的沙量為297萬t，年均出湖沙量為906萬t，區(qū)間年平均沖刷量為609萬t，見表7。由于區(qū)間全年平均為淤積336萬t，因此汛期應為淤積945萬t，說明三峽工程運用后南洞庭湖與東洞庭湖也具有汛期淤積、枯期沖刷的特點。

2.3 全洞庭湖區(qū)

三峽水庫運行后的2003—2010年，進入洞庭湖的泥沙為2 356萬t，入湖泥沙大大減少，僅占運行前入湖泥沙的15.9%，其中來自三口的泥沙為1 234萬t，來自四水的泥沙為1 121萬t。從城陵磯進入長江的泥沙為1 680萬t，洞庭湖年均淤積676萬t。從年內(nèi)分月情況來看，整個洞庭湖從入湖控制站至出湖區(qū)間，1—5月和10—12月出現(xiàn)沖刷，6—9月出現(xiàn)淤積，全年總體上出現(xiàn)淤積。

整個洞庭湖從入湖控制站至出湖區(qū)間，2003—2005年年均淤積1 477萬t，其中汛期淤積2 002萬t，枯期沖刷525萬t。2006—2010年年均淤積86萬t，已接近沖淤平衡，其中汛期淤積840萬t、枯期沖刷754萬t。

3 結 語

自上世紀50年代以來，由于江湖關系的變化和下荊江裁彎的影響，進入洞庭湖的泥沙減少，三峽水庫運行后，這種變化更進一步加劇。由于入湖泥沙的減少，洞庭湖泥沙淤積大大減少，三峽水庫運行后的2003—2010年年均淤積量僅為運行前的6.3%。

由于西洞庭湖、東南洞庭湖的地形地貌特點、水力學條件和承接來流的水沙條件不同，各湖的泥沙輸移和淤積的時空分布有較大差異。西洞庭湖已基本達到?jīng)_淤平衡，近年泥沙淤積主要發(fā)生在河道。東南洞庭湖是洞庭湖泥沙淤積的主要場所，但淤積率也呈逐步降低趨勢。

三峽水庫運行后，在不考慮區(qū)間來沙的條件下，洞庭湖區(qū)沖淤呈現(xiàn)汛期淤積、非汛期沖刷的規(guī)律， 2003—2010年，全年僅6—9月出現(xiàn)淤積，而1—5月和10—12月均出現(xiàn)沖刷。

洞庭湖泥沙輸移和淤積分布的變化，有利于延長洞庭湖壽命和對長江洪水的調(diào)蓄作用，同時為洞庭湖區(qū)河道進行全面整治創(chuàng)造了條件。

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