三峽水庫蓄水后漢口水文站水文要素特性分析

王濂 紀(jì)彭 羅興

摘要：通過1952～2020年的實(shí)測水文資料，分析了新形勢下三峽水庫蓄水與漢口水文站水文要素特性變化的相關(guān)性。系統(tǒng)分析了三峽水庫蓄水前后徑流量、含沙量、泥沙中值粒徑等水文要素的變化情況。結(jié)果表明：三峽水庫工程蓄水后，多年平均徑流量、年輸沙率、年平均含沙量均有所減小。每年12月至次年3月三峽水庫蓄水后月平均流量增加22.0%，4～11月份減小8.0%。蓄水后各月輸沙量和平均含沙量呈下降趨勢，5～10月間月平均輸沙量及月平均含沙量最大減小幅度均超過80%。漢口站測驗斷面形態(tài)基本穩(wěn)定，深泓位置基本穩(wěn)定在右岸，且呈沖刷下切的趨勢。研究成果對長江中下游河道治理、水利規(guī)劃、防洪工程具備一定參考價值。

關(guān)鍵詞：測站特性; 水文特性; 水沙分析; 斷面沖淤; 三峽水庫

中圖法分類號：P338文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.05.005

文章編號：1006 - 0081（2022）05 - 0034 - 05

0 引 言

長江中游干流重要控制站——漢口水文站是國家基本水文站，擔(dān)負(fù)著漢江入?yún)R長江后防汛測報的重要職責(zé)，其水文要素的變化將直接影響到防洪安全、水資源利用以及航運(yùn)的規(guī)劃決策。三峽水庫蓄水運(yùn)用后對長江中游干流年徑流量影響不大，但對徑流的年內(nèi)分布有一定影響，對漢口水文站的主要影響表現(xiàn)為：枯季流量增大，主汛期流量減小，年內(nèi)變幅減小[1-2];2003年以后，漢口水文站徑流量和輸沙量的相關(guān)性顯著提高。三峽工程建成后，對泥沙起到攔截作用，含沙量不飽和的水流在沿程沖刷河床的過程中不斷獲取泥沙﹐使長江中下游河段水流的含沙量得以恢復(fù)﹐水沙相關(guān)性較好[3]。本文采用漢口水文站1952～2020年的成果資料，進(jìn)行了大量水沙、斷面分析，進(jìn)一步提煉了漢口水文站的水文特性。

1 水文站概況

漢口（武漢關(guān)）水文站設(shè)立于1865年1月，基本水尺斷面位于武漢關(guān)苗家碼頭左側(cè)， 測流斷面1949年前位于武漢關(guān)下游約400 m處，1949年后改設(shè)至武漢關(guān)下游3 700 m處，1990年9月又遷至距武漢關(guān)下游5 400 m處。流域以上集水面積1 488 036 km2，距河口1 136 km，是控制長江干流在漢江入?yún)R后水情變化的一類精度水文站，同時也是長江干流上的重要控制站。

根據(jù)漢口水文站多年以來的資料統(tǒng)計（表1），三峽水庫蓄水運(yùn)用前 （1950～2002年）漢口水文站多年平均水位為19.10 m， 多年平均流量為22 600 m3/s;三峽蓄水運(yùn)用后 （2003～2020年）漢口站多年平均水位為18.87 m，多年平均流量為21 900 m3/s。年平均水位較蓄水前有所降低，流量有所減小。

漢口水文站流量測驗斷面位于基本水尺下游5 400 m，測驗斷面呈單式河床，左淺右深。左岸河床由粉砂和砂粒組成，沖淤變化較大，右岸河床由卵石組成。河底不平順，主槽偏右較穩(wěn)定，左岸坡度平緩，有寬灘。河段順直，下游呈喇叭型，兩岸均筑有砌石護(hù)坡，大堤腳有防浪林。

近幾十年來，由于河段內(nèi)節(jié)點(diǎn)控制較好，兩岸的崩岸險工段均已實(shí)施護(hù)岸工程，整體河勢格局相對穩(wěn)定，多年來除局部灘槽沖刷變幅較大外，灘槽平面位置和形態(tài)總體而言相對較為穩(wěn)定[4]。漢口水文站測驗河段平面見圖1。

2水文站水沙特性變化分析

2.1 流量、徑流量變化

三峽水庫主要通過減少汛期洪峰流量以及河川徑流、增加旱季徑流來改變和調(diào)蓄洪水過程。三峽水庫蓄水后，漢口水文站多年平均流量減少約5.8%，年徑流量減少約2.9%，年徑流量、年平均流量均有所減小;水庫運(yùn)行后，中下游典型水文站枯季徑流量有所增加，而蓄水期特別是7月徑流量有所減少[5]，漢口水文站年內(nèi)汛期徑流量有所減小，枯期徑流量有所增加。

（1） 年際變化分析。蓄水前后年平均流量、徑流量變化過程見圖2。由圖2可以看到，年際間每年的平均流量、徑流量在三峽水庫蓄水前后總體保持穩(wěn)定，蓄水后年平均流量、徑流量分別減小5.8%和2.9%，總體略呈減少趨勢。三峽工程蓄水對上游來水量基本沒有造成影響。

（2） 年內(nèi)變化分析。漢口水文站月平均流量、徑流量統(tǒng)計見表2。分析可知，三峽水庫蓄水后12月至次年3月月平均流量、徑流量有所增加。12月至次年3月累計月平均流量增加22.0%，月平均徑流量增加27.1%。4～11月月平均流量、徑流量均有不同程度地減少，累計月平均流量減小約8.0%，月平均徑流量減小約4.3%;其中減少幅度最大發(fā)生在10月，月平均流量減少量約6 200 m3/s（23.2%）;月平均徑流量減少約1.41×1 010 m3（19.6%）。

漢口水文站全年徑流量主要集中在汛期5～10月。三峽工程蓄水前，汛期月均徑流量合計約占全年的72.4%;蓄水后汛期徑流量年內(nèi)分配略有減少，其徑流量占全年的70.9%。

2.2 輸沙率、含沙量變化分析

三峽工程建成后，受大壩攔沙和長江上游來沙量減小等因素影響，漢口水文站懸移質(zhì)輸沙量急劇減少。多年（2003～2020年）平均輸沙量為0.965億t，與三峽水庫蓄水運(yùn)用前多年（1952～2002年）平均值3.98億t相比較，年輸沙量約減小75.8%。三峽水庫蓄水后平均含沙量明顯減小，年均含沙量為0.139 kg/m3，較蓄水前減小約75.4%。日平均含沙量在0.013～1.37 kg/m3之間變化。

（1） 年際變化分析。蓄水前后年輸沙量、年平均含沙量變化過程見圖3。由圖3可以看到，從年際變化過程來看年輸沙率、年平均含沙量在三峽水庫蓄水后均呈大幅減少趨勢，且兩者在變幅上大體接近，近5 a總體來看變化不大。

（2） 年內(nèi)變化分析。漢口水文站月輸沙量、平均含沙量統(tǒng)計見表3。分析可知，蓄水后各月輸沙量和月平均含沙量較蓄水前均呈減少趨勢。汛期5～10月月平均輸沙量減小較為明顯，其中最大減少幅度均發(fā)生在10月。汛期月輸沙量減少量均超2 040萬t，基本穩(wěn)定在72.9%～84.6%之間;汛期月含沙量減少量在71.1%～80.3%之間。

2.3中值粒徑變化分析

與蓄水前相比，三峽水庫蓄水后，下泄的不同粒徑組沙量均大幅度減少﹐d <0.125 mm懸移質(zhì)沙量在長江中游沿程恢復(fù)緩慢[6]。

三峽水庫運(yùn)用后，武漢河段的來沙總量有所減少，受河床沖刷補(bǔ)給作用影響，懸移質(zhì)多年平均中值粒徑略有增加。三峽水庫蓄水前懸移質(zhì)多年（1987～2002年）平均中值粒徑由0.010 mm增為三峽水庫建成后（2003～2020年）的0.015 mm。這一變化表明：三峽工程建成后，武漢河段懸移質(zhì)有所粗化，且從趨勢上來看呈逐步增大的態(tài)勢。蓄水前后多年中值粒徑變化見圖4。

3測驗斷面形態(tài)變化分析

3.1蓄水前后斷面形態(tài)變化

28.37 m水位時斷面面積變化見圖5。蓄水前后大斷面變化見圖6～7。通過圖5～7分析三峽水庫蓄水前（1991～2003年）、蓄水后（2003～2020年）多年斷面形態(tài)，分析漢口水文站測驗斷面形態(tài)變化情況可知：三峽水庫蓄水前，斷面總體呈“U”字形態(tài)，1995年斷面左岸因沖刷產(chǎn)生了一個深槽，之后至1999年斷面有所沖刷，右岸主流發(fā)生了沖刷下切。三峽水庫蓄水后斷面形態(tài)總體來看比較穩(wěn)定，年際間未出現(xiàn)明顯的持續(xù)沖刷或淤積的情況，兩岸岸坡較為穩(wěn)固。近年來斷面基本呈現(xiàn)沖淤交替的狀態(tài)，斷面形態(tài)基本保持穩(wěn)定。

3.2 深泓線最低點(diǎn)及平面位置變化

采用1991～2020年實(shí)測大斷面數(shù)據(jù)資料，對歷年漢口水文站大斷面深泓點(diǎn)進(jìn)行分析（圖8）。三峽水庫蓄水前（1991～2002年）河床最低點(diǎn)高程多年平均值為3.53 m，蓄水后河床最低點(diǎn)高程多年平均值為2.64 m。河床最低點(diǎn)受上游來水影響總體呈降低趨勢。

進(jìn)一步對歷年漢口水文站大斷面深泓點(diǎn)對應(yīng)起點(diǎn)距進(jìn)行分析：三峽水庫蓄水前河床最低點(diǎn)在起點(diǎn)距1 200 m附近處出現(xiàn)較頻繁，而在三峽水庫蓄水后河床最低點(diǎn)基本穩(wěn)定在斷面右岸的起點(diǎn)距約1 900 m處。

總體來看，三峽水庫蓄水前，斷面無明顯深槽，深泓線在距起點(diǎn)約800～1 900 m之間存在一定擺動;三峽水庫蓄水后，現(xiàn)階段深泓線基本穩(wěn)定在距右岸起點(diǎn)約1 900 m處。

3.3 各水位級下斷面面積變化

根據(jù)漢口水文站水位級劃分情況，選取低水（14.40 m，凍結(jié)基面，下同），中水（19.00 m），高水（23.62 m）來進(jìn)行斷面面積對比。14.40 m（低水）、19.00 m（中水）和23.62 m（高水）大斷面面積及變化幅度見圖9～11。由圖9～11可知，1998年大洪水前，各級水位下端面面積變化幅度不大，均在10%以內(nèi);1998～1999年斷面面積變化較大，經(jīng)歷了明顯的沖刷-淤積過程。1999～2003年間斷面沖淤交替發(fā)生，斷面面積總體變化不大。

三峽水庫蓄水后，除了在2009～2011年間各水位級下斷面面積變化較為明顯外，其余年份各級水位下的斷面面積變化均未超過9%。

總體來看，各水位級下1991～2002年以及2003～2020年多年平均斷面面積分別增加10.8%，4.7%，1.6%，蓄水?dāng)r沙后直至目前為止對漢口水文站測驗斷面影響不大。

4 結(jié)論與展望

根據(jù)漢口水文站1952～2020年水文資料，分析了三峽水庫蓄水前后漢口水文站水沙變化過程以及流量測驗斷面變化情況，得出以下結(jié)論。

（1） 與三峽水庫蓄水前相比，蓄水后多年平均徑流量略有減小，減小約2.9%，但年輸沙量減少了75.8%。年內(nèi)1～3月三峽水庫蓄水后流量有所增加，均增加29.6%以上，其他月份流量均有不同程度地減少，其中減少最大發(fā)生在10月;三峽水庫蓄水后各月平均輸沙量和平均含沙量較蓄水前均呈下降趨勢，大幅下降均主要發(fā)生在汛期5～10月，其中減少最大發(fā)生在10月。受三峽水庫蓄水影響，流量年內(nèi)變化不大，但較蓄水前分布更加均勻;而含沙量整體下降明顯，年內(nèi)變幅急劇收窄，“清水”狀態(tài)（低于0.10 kg/m3）達(dá)5個月。

（2） 漢口水文站所在長江干流中游河段兩岸堤防條件良好，且基本已實(shí)施守護(hù)，堤岸對水流的控制作用較明顯。三峽工程建成后，漢口（武漢關(guān)）站測驗斷面從斷面形態(tài)、面積等方面來看總體基本保持穩(wěn)定，主要影響表現(xiàn)在深泓逐漸靠向斷面右岸，受蓄水后“清水”下泄作用，斷面最低點(diǎn)略有沖深，但幅度有限。

總的來看，三峽水庫建成后，由于水沙條件的改變，使壩下游河段來水來沙條件發(fā)生較長時期的重新調(diào)整。受河道自然節(jié)點(diǎn)、防洪工程等邊界條件制約，漢口水文水文站測驗斷面整體呈沖淤交替態(tài)勢，基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

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（編輯：唐湘茜）

Characteristics analysis of Hankou Hydrologic Station after impoundment of Three Gorges Reservoir

WANG Lian， JI Peng， LUO Xing

（Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey ， Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources

Commission， Wuhan 430012， China）

Abstract： Based on the measured hydrological data from 1952 to 2020 before and after the impoundment of Three Gorges Reservoir， the correlation between the impoundment of Three Gorges Reservoir and the characteristics of Hankou Hydrologic Station under the new situation is analyzed， including systematical analysis about the changes of hydrological factors such as runoff， sediment concentration and median grain size of sediment before and after impoundment of Three Gorges Reservoir. The results show that the annual average runoff， annual sediment transport rate and annual average sediment concentration decrease after the impoundment of TGR project. The monthly average discharge at Hankou station increased by 22.0% from December to March， and decreased by 8.0% from April to November. After impoundment， monthly sediment transport and average sediment concentration showed a decreasing trend， and the maximum decreasing range of monthly average sediment transport and average sediment concentration from May to October was more than 80%. The cross-section shape of Hankou station is basically stable， and the thalweg position is basically stable on the right bank， which shows a trend of scouring and cutting down. The research results have certain reference value for river regulation， water conservancy planning and flood control project construction in the middle and lower reaches of the Yangtze River.

Key words：station characteristics; water and sediment analysis; cross-section scouring and silting; Three Gorges Reservoir

收稿日期：2021-09-06

作者簡介：王 濂，男，工程師，主要從事水文分析計算、洪水影響評價等工作。E-mail：424482230@qq.com