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(fā)生了較大變化，導(dǎo)致荊江河段發(fā)生了不同程度的沖淤變化，從而河段水面線也發(fā)生相應(yīng)改變。許多研究者從荊江河段水位流量關(guān)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(jìn)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(jìn)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(guān)系進(jìn)行綜合分析，以為三峽工程的防洪、發(fā)電、航運及水資源優(yōu)化調(diào)度等提供參考。

2 荊江低水期水面線變化分析

2.1 數(shù)據(jù)來源

三峽水庫于2003年6月開始蓄水發(fā)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(diào)弦口、監(jiān)利)的實測水文資料，其中沿程水位變化分析值均已轉(zhuǎn)換為1985國家高程基準(zhǔn)。

2.2 水面線變化規(guī)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(fù)雜，尤其是中高水時，水位流量關(guān)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(fù)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(jìn)行分析。

根據(jù)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(jìn)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(jiān)利站各年流量接近時的相應(yīng)水位進(jìn)行統(tǒng)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(yīng)水位進(jìn)行水面線變化分析，結(jié)果見圖1和表1～2。從表中可以看出，當(dāng)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(diào)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(jiān)利站水位下降抬升互現(xiàn)，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(tǒng)計

表2 低水時荊江河段沿程各測站相應(yīng)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(dāng)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(diào)弦口、監(jiān)利兩站有所抬高，分析原因可能是沖刷由上游慢慢發(fā)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(guān)系分析

2.3.1 枝城站

三峽水庫蓄水前后，根據(jù)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(guān)系進(jìn)行分析，見表3、圖2。由圖表可知，當(dāng)流量為7 000 m3/s時，水位累積降低0.53 m；當(dāng)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(guān)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(guān)系曲線

2.3.2 沙市站

根據(jù)沙市站2003～2016年實測流量資料，逐年擬定低水水位流量關(guān)系曲線，成果見表4和圖3。結(jié)合圖表可以看出，2016年與2003年相比，當(dāng)流量為6 000 m3/s時，水位下降約2.01 m；當(dāng)流量為10 000 m3/s時，水位下降約1.70 m；當(dāng)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(guān)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(fā)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(jiān)利3站的實測斷面資料，為統(tǒng)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(zhì)河床，起點距1 100 m至右岸為礁板河床，不易沖刷。

結(jié)合枝城站2002～2016年實測大斷面資料(圖4)可見，期間左岸沙質(zhì)河床沖刷明顯，右岸礁板河床基本穩(wěn)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(wěn)定狀態(tài)，與該站低水部分水位流量關(guān)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(zhì)和黏土組成，三八灘、金成洲的分流分沙作用及洲灘形態(tài)變化對其斷面沖淤變化影響較大。

結(jié)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(xiàn)，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(dǎo)致其低水水位流量關(guān)系有不同程度的下降。

圖5 沙市站實測大斷面

3.3 監(jiān)利站

監(jiān)利站河槽呈偏“V”型，左淺右深，河床為中細(xì)沙組成，近幾年左岸淤積嚴(yán)重，灘地不斷加高，右岸為陡坡，沖淤互現(xiàn)，由于近岸有六邊形水泥塊護(hù)岸，較穩(wěn)定。

結(jié)合監(jiān)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(jiān)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(jiān)利站受到上游來水和洞庭湖頂托等多種因素影響，導(dǎo)致其斷面沖淤變化劇烈，無明顯規(guī)律，同時也與監(jiān)利站水位抬升下降互現(xiàn)一致。

圖6 監(jiān)利站實測大斷面

4 結(jié) 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(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

(1)當(dāng)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(diào)弦口、監(jiān)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(jiān)利站水位下降抬升互現(xiàn)，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(guān)系發(fā)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(guān)系變化受河道局部沖淤的影響較大。