三峽水庫蓄水后長江沙市河段水位變化分析

鄔和平

摘 要：以統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，通過對歷史實(shí)測資料進(jìn)行分析，研究三峽蓄水前后沙市河段航道水位變化現(xiàn)象，找出其變化規(guī)律，可為今后長江沙市河段的航道維護(hù)管理工作提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：三峽蓄水 宜昌流量 沙市河段 航道水位

長江沙市河段，上起腰店子，下至柳林洲，全長約17.5km，地處三峽大壩下游，是長江干線著名的淺水道之一，也是影響“暢中游”的關(guān)鍵性河段，歷年來都是長江航道維護(hù)管理工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。自2003年三峽水庫開始蓄水以來，其不斷增加的蓄水庫容，對壩下徑流過程產(chǎn)生巨大的調(diào)節(jié)作用，對長江沙市河段的水位變化產(chǎn)生直接影響，其清水下泄也對近壩河段的河床演變產(chǎn)生影響，從而影響到航道水位的變化。以統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，通過對歷史實(shí)測資料進(jìn)行分析，研究三峽蓄水前后沙市河段航道水位變化現(xiàn)象，找出其變化規(guī)律，可為今后長江沙市河段的航道維護(hù)管理工作提供技術(shù)支持，以減小三峽工程對長江壩下航道維護(hù)帶來的不利方面影響，保障中游航道的暢通安全。

三峽水庫蓄水調(diào)度概況及其影響

三峽工程是中國也是世界上最大的水利樞紐工程，是治理和開發(fā)長江的關(guān)鍵性骨干工程，它具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)等巨大的綜合效益。三峽水庫設(shè)計(jì)正常蓄水位175 m，總庫容393億立方米，防洪調(diào)節(jié)庫容165億立方米。三峽水庫分三期蓄水，首次135 m、首次156 m蓄水分別于2003年6月和2006年10月順利實(shí)現(xiàn)，2008年實(shí)施首次175 m試驗(yàn)性蓄水，2010年175 m試驗(yàn)性蓄水成功。

根據(jù)《三峽水庫優(yōu)化調(diào)度方案》和《2013年度長江上游水庫群聯(lián)合調(diào)度方案》，三峽水庫每個(gè)水文年調(diào)度運(yùn)行可分為四個(gè)階段，分別為汛末蓄水期、枯水期補(bǔ)償調(diào)度期、汛前消落期、汛期防洪調(diào)度期。通常9月中上旬至10月底為汛末蓄水期，11月至次年4月下旬為枯水期補(bǔ)償調(diào)度期，4月下泄至6月上旬為汛前消落期，6中旬-8月為汛期防洪調(diào)度期。

三峽水庫的蓄水調(diào)度運(yùn)行，對壩下的流量、水位過程產(chǎn)生重大影響。汛末蓄水期蓄水截流減小下泄流量外，枯水期補(bǔ)償調(diào)度期、汛前消落期分別因枯水補(bǔ)水、汛期騰庫需要兩個(gè)階段的下泄流量都將較自然條件下增大，汛期防洪調(diào)度期因防洪需要滯洪錯(cuò)峰帶來流量過程的一定改變。2008年，三峽水庫在實(shí)施172 m蓄水，特別是2010年成功實(shí)施175 m蓄水后，流量調(diào)節(jié)能力顯著增強(qiáng)。根據(jù)相關(guān)觀測資料，蓄水后長江中游徑流量與蓄水前沒有大的變化，但是流量過程發(fā)生重大變化。2009-2013年較2003-2008年相比，枯水期補(bǔ)水明顯，最枯期（1、2月）補(bǔ)水量平均達(dá)1500 m3/s；汛期錯(cuò)峰明顯，高水位時(shí)（7月）最大錯(cuò)峰流量達(dá)2600 m3/s；蓄水期截流明顯，9、10月平均截流分別達(dá)6000 m3/s和4000 m3/s。

自2003年三峽水庫實(shí)施首次蓄水至今，由于蓄水改變了壩下水沙條件，引起沙市河段水流和河床演變發(fā)生變化。據(jù)相關(guān)研究，三峽蓄水后對壩下游河床原有的平衡狀態(tài)形成較大沖擊，同流量下沙市至城陵磯段枯水期的水位總體有所下降；從河道沖刷縱向分布來看，宜昌至漢口從上往下沖刷強(qiáng)度逐漸降低，具體表現(xiàn)為荊江河段“灘槽均沖”，城陵磯至漢口河段“沖槽淤灘”；從深泓線縱剖面變化來看，上荊江公安以上，深泓普遍沖深，下荊江深泓沖淤相間，以沖刷為主，調(diào)關(guān)以下沖刷明顯，但江湖匯流段深泓有所淤積，城陵磯至漢口河段深泓縱剖面以沖刷下切為主。

三峽蓄水前后沙市河段絕對水位變化分析

為了研究三峽蓄水后沙市河段的絕對水位變化情況，先對沙市站歷史水位數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算其不同時(shí)段特征值。時(shí)段主要以三峽水庫開始蓄水以前10年（1993-2002年）、首次135 m蓄水至175 m蓄水間（2003-2008年）、175 m蓄水以后（2009-2013年）來區(qū)分；特征值主要包括月最小值、月平均值、月最大值和月水位波動(dòng)幅度（月水位最大值與最小值間差值）。具體特征值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 沙市水位特征值情況表 單位：m

分析三峽水庫蓄水前后20年以來沙市水位特征資料，可知三峽水庫蓄水后，沙市水位呈現(xiàn)一定的變化趨勢，具體規(guī)律歸納如下：①三峽水庫實(shí)行175 m蓄水后，枯水期（1-3月）沙市站水位值較蓄水前總體要高，水位提高幅度在0.2-0.7 m左右，沙市河段受水庫調(diào)度補(bǔ)水明顯。②三峽水庫實(shí)行175 m蓄水后，受三峽水庫調(diào)控作用，枯水期（1-4月）沙市水位得到均化，水位波動(dòng)幅度減小，每月水位均值與最小值間的差值減小，12月～次年3月期間的水位變幅亦大幅減小。③三峽水庫實(shí)行175 m蓄水后，枯水末期（4月）沙市河段沙市站水位值較蓄水前略微偏低，偏低幅度在0.3-0.5 m左右。究其原因，應(yīng)該是三峽水庫調(diào)控作用阻礙了春季桃花汛對水位的影響。④三峽水庫實(shí)行175 m蓄水后，汛期（6-8月）沙市站水位峰值較蓄水前明顯偏低，偏低幅度在0.8-1.2 m左右，三峽水庫滯洪錯(cuò)峰效果明顯。⑤三峽水庫實(shí)行175 m蓄水后，三峽蓄水期內(nèi)（9、10月）沙市水位較之前降低，月均值及月最小值降幅達(dá)1.5 m以上，三峽水庫截流影響較大。

三峽蓄水前后沙市河段相對水位變化分析

上節(jié)分析了三峽蓄水后沙市河段絕對水位變化規(guī)律，此規(guī)律是一個(gè)綜合情況的體現(xiàn)。要充分掌握沙市河段水位變化規(guī)律，還需對同流量下沙市水位變化情況進(jìn)行分析研究，即沙市河段相對水位變化分析。

利用論文《長江宜昌流量與荊江河段航道水位關(guān)系數(shù)學(xué)模型推算》（中國水運(yùn)2013年第9期）中關(guān)宜昌流量與沙市水位關(guān)系原理，將三峽蓄水后年份分為2003-2005年、2006-2008年、2009-2011年、2012-2013年四個(gè)時(shí)段，分別求出各時(shí)段內(nèi)宜昌流量與沙市水位關(guān)系數(shù)學(xué)模型圖（如圖1、圖2、圖3、圖4）。

利用各時(shí)段宜昌流量與沙市水位關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，分別計(jì)算出各宜昌特征流量下沙市水位對應(yīng)值，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同時(shí)段宜昌特征流量與沙市水位對應(yīng)情況表 單位：m

對表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，可以看出，三峽蓄水后同流量情況下沙市水位下降明顯，流量級別越低，同流量情況下水位下降幅度越大。其中5000 m3/s級別下，三峽水庫175米蓄水后與三峽水庫蓄水初期相比，沙市水位值下降達(dá)1.26 m左右；7000 m3/s級別下，175米蓄水后與蓄水初期相比，沙市水位值下降達(dá)1.05 m左右；10000 m3/s級別下，175米蓄水后與蓄水初期相比，沙市水位值下降達(dá)0. 8 m左右。

結(jié)論

通過對近20年歷史數(shù)據(jù)的分析，可知三峽水庫蓄水對沙市河段航道水位影響明顯。與蓄水前自然條件下相比，三峽水庫175米蓄水后，由于受水庫調(diào)度左右，枯水期沙市水位絕對值有一定提高，同時(shí)水位波動(dòng)減?。豢菟┢谏呈兴唤^對值略有降低；洪水期三峽水庫滯洪錯(cuò)峰作用明顯，高洪水位值明顯降低；蓄水期水庫截流影響較大，水位絕對值明顯下降。與此同時(shí)，在同流量情況下，沙市水位值下降較大。

通過對三峽蓄水后沙市水位變化的分析研究，掌握其變化規(guī)律，將可為沙市河段的航道維護(hù)管理工作提供幫助。

（作者單位：長江武漢航道局）