2020年洪水洞庭湖調(diào)蓄作用分析

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北武漢 430010）

長(zhǎng)江是我國(guó)第一長(zhǎng)河，洞庭湖是我國(guó)第二大淡水湖，兩者之間的相互作用和影響歷來(lái)是國(guó)內(nèi)水文及河流動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題［1-3］。作為重要的通江湖泊，江湖之間的水量交換及其過(guò)程等都是江湖關(guān)系的核心研究?jī)?nèi)容［4-6］。湖泊調(diào)蓄能力可用調(diào)蓄量表示，一般認(rèn)為是一定時(shí)間內(nèi)湖泊進(jìn)、出湖水量之差，對(duì)湖區(qū)防洪、水量合理利用等具有重要意義。三峽水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)，荊江三口（松滋口、太平口、藕池口）分流比保持穩(wěn)中略降的趨勢(shì)，分流比的變化主要與長(zhǎng)江干流與三口洪道沖淤、三口口門(mén)河勢(shì)變化及洞庭湖湖容變化等有關(guān)［7-9］。若長(zhǎng)江干流洪水與湖南四水（湘江、資水、沅江、澧水）洪水發(fā)生遭遇，洞庭湖區(qū)洪季仍然面臨較大的防洪壓力。

城陵磯水位變化一直是荊江與洞庭湖區(qū)防洪的重點(diǎn)，1950～1990年城陵磯水位抬升了近2 m，引起了有關(guān)學(xué)者高度重視［10］。韓其為［11］認(rèn)為下荊江流量增大抬高水位高于沖刷降低水位，最終致使城陵磯水位抬升；也有學(xué)者認(rèn)為，三峽水庫(kù)蓄水前洞庭湖圍墾淤積是造成水位抬升的主要原因［12-13］。洞庭湖多年平均最大入湖流量為36 800 m3/s，出湖流量400 m3/s，洪峰削減率達(dá)26%。2020年，湖南省入汛以來(lái)遭遇20輪強(qiáng)降雨過(guò)程，洞庭湖城陵磯水位持續(xù)超警60 d，超警時(shí)長(zhǎng)居21世紀(jì)以來(lái)第一位。本文將基于洞庭湖歷史演變情況，江湖水沙交換規(guī)律，分析洞庭湖在長(zhǎng)江中下游防洪體系中的重要地位及其在2020年洪水中的調(diào)蓄作用。

1 研究區(qū)域概況

長(zhǎng)江干流枝城至城陵磯河段習(xí)稱荊江，全長(zhǎng)約340 km，以藕池口為界，分為上、下荊江，荊江歷史上曾發(fā)生兩次自然裁彎及1次人工裁彎。上荊江通過(guò)松滋口、太平口分流入洞庭湖，下荊江通過(guò)藕池口分流入洞庭湖。洞庭湖是我國(guó)第二大淡水湖，坐落于湖南省，地處北緯28°～30°，東經(jīng)110°～113°之間。四水與三口分泄的長(zhǎng)江水沙，經(jīng)調(diào)蓄后于城陵磯附近再次注入長(zhǎng)江（見(jiàn)圖1）。

2 研究方法及數(shù)據(jù)

本文主要研究方法為實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析法，通過(guò)分析荊江三口分流分沙變化、四水來(lái)水情況變化以及城陵磯流量與水位變化，探究洞庭湖調(diào)蓄能力變化。

水文資料來(lái)源于長(zhǎng)江水利委員會(huì)，包括枝城、新江口、沙道觀、彌陀寺、康家崗、管家鋪等流量和輸沙量，四水來(lái)水流量以及城陵磯流量和水位資料。其中，新江口及沙道觀代表松滋口，彌陀寺代表太平口，康家崗及管家鋪代表藕池口。

圖1 荊江-洞庭湖關(guān)系示意

3 荊江三口分流變化

20世紀(jì)50年代以來(lái)，長(zhǎng)江流域陸續(xù)開(kāi)展了人工裁彎和葛洲壩、三峽水庫(kù)等一系列大型水利樞紐建設(shè)工程，受上游水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行的影響，水庫(kù)下游年內(nèi)徑流過(guò)程、河床沖淤演變發(fā)生改變。荊江河段表現(xiàn)為：河床沖刷下切，同流量條件下河道水位下降，荊江三口口門(mén)段河勢(shì)調(diào)整。與此同時(shí)，三口分流河道內(nèi)的河床在三峽運(yùn)行后由淤轉(zhuǎn)沖。受以上因素的共同作用，荊江三口分流分沙能力出現(xiàn)多次調(diào)整，各時(shí)段分流分沙情況見(jiàn)圖2，表1與表2。

圖2 荊江三口分流分沙能力變化

表1 不同時(shí)期三口分流能力變化

表2 不同時(shí)期三口分沙能力變化

1956年以來(lái)，以下荊江系統(tǒng)裁彎、葛洲壩和三峽大壩的修建為主要時(shí)間節(jié)點(diǎn)，荊江三口分流比的變化主要可分為以下幾個(gè)階段：①下荊江系統(tǒng)裁彎之前（1956～1966年），荊江三口分流比基本穩(wěn)定在29%左右。②裁彎期間（1967～1972年），受荊江河床沖刷的影響，荊江三口分流能力小幅衰減，分流比減小為25%。③裁彎后至葛洲壩修建之前（1973～1980年），隨著荊江河床沖刷幅度繼續(xù)增強(qiáng)，荊江三口分流能力進(jìn)一步衰減，分流比減小為19%，衰減速度變快。④葛洲壩水利樞紐修建（1981年）后，才減緩了三口分流能力的衰減速率。⑤三峽水庫(kù)蓄水以前（1999～2002年），與1956～1966年相比，荊江三口年均分流量由1331.6億m3減至625.3億m3（減幅約53%），分流比由29%減至14%；分沙量由19 590萬(wàn)t減至5 670萬(wàn)t（減幅約71%），分沙比由35%減至16%。⑥三峽水庫(kù)蓄水以后（2003～2015年），與1999～2002年相比，長(zhǎng)江干流枝城站年均徑流量、荊江三口分流量以及荊江三口分流比均有所減小，其中，枝城站年均徑流量由4 454億m3減小為4 099億m3（減少355億m3，減幅8%）；三口分流量由625.3億m3減小為479.6億m3（減小145.7億m3，減幅23%），分流比由14%減小至12%。枝城站年均輸沙量、荊江三口分沙量大幅減?。p幅均在80%以上），其中，枝城站年均輸沙量由34 600萬(wàn)t減小為4 880萬(wàn)t，減幅達(dá)86%；三口年分沙量由5 670萬(wàn)t減小為955萬(wàn)t，減幅達(dá)83%；但受枝城站來(lái)沙量減小的影響，三口分沙比反而呈增大趨勢(shì)，由16%增加為20%。

表3為1956年至今，同流量下荊江三口分流能力變化情況［14］?？v向?qū)Ρ榷裕髁髁考?jí)下，三口合計(jì)分流量與分流比均隨時(shí)間的增長(zhǎng)呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，且減小幅度符合以下規(guī)律：①1956～1966年，不同流量級(jí)下的三口分流比均在40%左右；②至葛洲壩水利樞紐修建前的1980年，三口分流比減小到30%左右；③至三峽水庫(kù)蓄水前的2002年，三口分流比進(jìn)一步減到20%左右；④三峽水庫(kù)蓄水后（2003～2015年），與1981～2002年相比，當(dāng)枝城站流量不大于40 000 m3/s時(shí)，三口分流比變化值在1%以內(nèi)。

表3 各流量級(jí)下三口分流能力變化

4 洞庭湖區(qū)水情變化

三峽水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)，洞庭湖區(qū)水情發(fā)生了較大改變。原因如下：①氣候原因，進(jìn)出湖水量大幅減少；②三峽及“四水”上游水庫(kù)攔蓄大量泥沙，入湖沙量減少，特別是粗顆粒泥沙銳減，致使洞庭湖于2003年后轉(zhuǎn)淤為沖，年均沖刷量154萬(wàn)t，緩解了洞庭湖湖容日益減小的情況。洞庭湖入湖、出湖水沙情況見(jiàn)表4。

表4 洞庭湖入湖、出湖水沙情況

圖3顯示了2002～2016年1～3月荊江與洞庭湖水流交匯情況。從圖中可以看出：①自三峽水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)，隨著枯期補(bǔ)水天數(shù)及補(bǔ)水量不斷增加，監(jiān)利站1～3月月均流量呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，2009～2015年枯季月均流量相較2003～2008年同期增大1 300 m3/s以上；②與之對(duì)應(yīng)，干流來(lái)流的增長(zhǎng)增強(qiáng)了洞庭湖出口的頂托作用，可以看出七里山1～3月流量均有所減小，特別是2～3月呈顯著下降趨勢(shì)，月均流量減小1 000 m3/s以上。湖區(qū)出流的減少有利于保持枯期湖內(nèi)水位，對(duì)飲水及生態(tài)有一定的幫助。

圖4顯示了2002～2016年6～8月荊江與洞庭湖水流交匯情況。從圖中可以看出：①由于三峽水庫(kù)運(yùn)行主要以錯(cuò)峰為主，因此汛期月均流量沒(méi)有明顯變化趨勢(shì)；②由于洞庭湖區(qū)雨季早于長(zhǎng)江干流約1個(gè)月左右，因此七里山6月月均流量有增長(zhǎng)趨勢(shì)，2009～2015年枯季月均流量相較于2003～2008年同期增大2 000 m3/s左右，7月與8月月均流量保持穩(wěn)定（見(jiàn)表5）。

圖3 荊江與洞庭湖枯季流量匯流情況

圖4 荊江與洞庭湖洪季流量匯流情況

表5 監(jiān)利、七里山月均流量變化情況 m3/s

5 洞庭湖洪水調(diào)蓄作用

截至2020年8月31日，湖南省先后遭遇24輪強(qiáng)降雨過(guò)程，累計(jì)雨量1 325.5 mm，較多年同期偏多15.6%。其中，入汛以后20輪，累計(jì)雨量900.8 mm，較多年同期偏多3.7%。2020年7月2日，長(zhǎng)江2020年第1號(hào)洪水在長(zhǎng)江上游形成，湖南省內(nèi)湘中以北地區(qū)也暴雨連連，長(zhǎng)江來(lái)水和四水對(duì)洞庭湖形成“夾攻”之勢(shì)。2020年7月4日18：00，城陵磯水位達(dá)到32.5 m，直至2020年9月1日18：00，城陵磯水位降至32.47 m，洞庭湖城陵磯水位持續(xù)超警60 d，超警時(shí)長(zhǎng)居21世紀(jì)以來(lái)第一位。圖5為洞庭湖三口、四水以及城陵磯流量過(guò)程，圖6為洞庭湖調(diào)蓄量與城陵磯水位變化過(guò)程。

圖5 2020年洪水洞庭湖區(qū)來(lái)水過(guò)程

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出：2020年7月4～9日、7月19～20日、7月24～26日以及8月19～25日共計(jì)18 d，洞庭湖調(diào)蓄量為正值，共計(jì)調(diào)蓄62.35億m3?？傮w來(lái)看，洞庭湖調(diào)蓄量與城陵磯水位呈現(xiàn)正向關(guān)系，即當(dāng)城陵磯水位處于高值時(shí)，受湖區(qū)頂托作用洞庭湖出流受阻，湖區(qū)調(diào)蓄水量增大。

圖6 2020年洪水洞庭湖調(diào)蓄量與城陵磯水位變化

6 結(jié)論

（1）三峽水庫(kù)運(yùn)行以前（1999～2002年），與1956～1966年相比，荊江三口年均分流量由1331.6億m3減至625.3億m3（減幅約53%），分流比由29%減至14%。三峽水庫(kù)建成以后（2003～2015年），與1999～2002年相比，三口分流量由625.3億m3減為479.6億m3（減小145.7億m3，減幅23%），分流比由14%減至12%。

（2）在2020年洪水過(guò)程中，城陵磯水位持續(xù)超警60 d，其中，18 d洞庭湖入湖流量大于出湖流量，共計(jì)調(diào)蓄洪水62.35億m3。

（3）鑒于洞庭湖在長(zhǎng)江中下游防洪體系中的重要地位，建議盡快開(kāi)展洞庭湖四口（松滋口、太平口、藕池口、調(diào)弦口）水系綜合整治工程，通過(guò)河道疏浚等工程措施，加大荊江三口分流能力，提高洞庭湖調(diào)蓄能力，減輕長(zhǎng)江中下游地區(qū)的防洪壓力。