湘水尾閭枯水特性變化及原因分析

周 凱

（湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 410007）

1 概述

湘水發(fā)源于廣西臨桂縣海洋坪的龍門界，流經(jīng)廣西興安、全州和永州、衡陽、株洲、湘潭、長沙至湘陰的濠河口注入洞庭湖。湘江流域面積94 660 km2，其中湖南境內(nèi)約占90.2%，全長856 km，湖南省境內(nèi)長670 km；河流平均坡降0.134‰。湘水自湘潭以下進(jìn)入濱湖尾閭地區(qū)，沿江兩岸基本上均受堤防保護(hù)。自湘潭至城陵磯范圍內(nèi)有湘潭、長沙、湘陰、營田和城陵磯等水文（位）站。

自20世紀(jì)以來，湘水尾閭株洲、湘潭、長沙等地年最低水位連創(chuàng)歷史最低，特別是2010年10月至12月下旬，湘水尾閭水位下降迅速。湘潭站12月5日8時(shí)水位26.44 m，較歷史最低水位26.46 m（2009年11月25日）低0.02 m；長沙站11月18日14時(shí)首次出現(xiàn)年最低水位24.81 m，較歷史最低水位24.80 m（2009年11月26日）僅高0.01 m。2011年2月上旬，湘江中下游水位因降雨不足再次出現(xiàn)低枯水位，2月9日8時(shí)，長沙站水位降至25.17 m，逼近25.10 m的城市供水警戒線，城市用水安全再度受到威脅。

湘水尾閭枯水給沿線人民群眾生產(chǎn)、生活造成了一定影響。2010年長沙市6個(gè)自來水廠中除二水廠取水口高程為24.8 m外，其余水廠的取水口高程均高于25.2 m，6個(gè)水廠中有4個(gè)水廠受到不同程度威脅。湘潭市三水廠、湘潭縣自來水廠因無法正常取水已經(jīng)采取了應(yīng)急提水措施。若水位繼續(xù)下降，兩城市的供水將受到全面威脅。同時(shí)，湘江低水位導(dǎo)致航道變窄、變淺，影響通航。

2 枯水變化特征

2.1 最枯水位變化趨勢(shì)

統(tǒng)計(jì)湘水尾閭湘潭、長沙、湘陰、營田和城陵磯等水文（位）站歷年最枯水位和各年代最枯水位均值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，各站的歷年最枯水位和各年代年最枯水位均值的變化特性各有差異。

湘潭站1990年以前枯水位基本穩(wěn)定，歷年最枯水位均值維持在（28.26～28.37）m，最枯水位維持在（27.89～28.05）m。1990年以后則呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，分別由1981～1990年的28.26 m和27.89 m下降到2001～2010年的27.18 m和26.46 m，分別下降1.08 m和1.43 m。

長沙站1990年以前枯水位稍有變化，但整體上基本穩(wěn)定，歷年最枯水位均值維持在（26.34～26.53）m，最枯水位維持在（25.91～26.10）m。 1990年以后則呈逐漸下降的趨勢(shì)，分別由1981～1990年的26.39 m和25.96 m下降到2001～2010年的25.42 m和24.80 m，分別下降0.97 m和1.16 m。

湘陰站除1981～1990年歷年最枯水位均值和2001～2010年最枯水位有暫時(shí)性抬高外，枯水位整體上呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。歷年最枯水位均值和最枯水位由1981～1990年的23.15 m和22.65 m下降到2001～2010年的22.63 m和22.31 m，分別下降0.5 m和0.34 m。

表1 湘水尾閭歷年最低水位特征值表 m

營田站除1981～1990年枯水位稍有抬高以外，其余時(shí)段內(nèi)的枯水位變化不大，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。歷年最枯水位均值和最枯水位由1951～1960年的21.91 m和21.25 m下降到2001～2010年的21.66 m和20.99 m，分別下降0.25 m和0.26 m；由1981～1990年的22.08 m和21.34 m下降到2001～2010年的21.66 m和20.99 m，分別下降0.42 m和0.35 m。

城陵磯站的枯水位變化特性和前述各站則完全不同，歷年最低水位和各年代最低水位均值都呈逐漸上升的趨勢(shì)。歷年最枯水位均值和最枯水位由1951～1960年的 18.12 m和 17.27 m上升到 2001～2010年的20.17 m和19.32 m，分別上升2.05 m和2.05 m；由1981～1990年的19.77 m和18.90 m上升到2001～2010年的20.17 m和19.32 m，分別上升0.40 m和0.42 m。

從上述分析可以看出，湘潭、長沙、湘陰站枯水位均值都呈下降趨勢(shì)，下降幅度自上而下逐漸減小，營田站枯水位則基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，城陵磯站枯水位呈逐漸上升的趨勢(shì)，說明湘潭站、長沙站的枯水位主要受湘江枯水流量的影響，湘陰站枯水位受湘江枯水流量和洞庭湖枯水位的共同影響，城陵磯站枯水位主要受長江枯水流量的影響，營田站枯水位則受洞庭湖枯水流量的影響。

2.2 同流量下水位變化情況

統(tǒng)計(jì)1991年以后湘潭站出現(xiàn)最小流量情況下湘潭、長沙、湘陰、營田和城陵磯等站相應(yīng)枯水位及各河段的水位差，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，在湘潭站出現(xiàn)同樣枯水流量的情況下，湘潭和長沙站的枯水位呈反而降低、相應(yīng)的水位差呈反而減小的趨勢(shì)。

2009年和1992年相比，在城陵磯水位高1.43 m、湘陰水位僅低0.08 m、湘潭流量小243 m3/s的情況下，湘潭、長沙站的相應(yīng)水位反而低0.89 m和0.91 m，河段的水位差減小0.83 m，長沙站更是出現(xiàn)了自有水位觀測記錄以來的最枯水位24.80 m。

2009年和1996年湘潭枯水流量同為511 m3/s，湘潭～長沙、長沙～湘陰、湘陰～營田、營田～城陵磯的水位差分別減小 0.13，0.94，0.19，0.76 m，按單位河長計(jì)算，長沙～湘陰水位差減小值最大，達(dá)到1.35 m/100 km。

同樣，2008年和1997年湘潭枯水流量基本相近，湘潭～長沙、長沙～湘陰、湘陰～營田、營田～城陵磯的水位差分別減小 0.17，1.56，0.61，1.17 m，按單位河長計(jì)算，長沙～湘陰水位差減小值最大，達(dá)到2.25 m/100 km。

3 原因分析

通過對(duì)湘水尾閭枯水期流量、水位和各河段水位差的變化特性分析，可以看出導(dǎo)致湘潭、長沙河段出現(xiàn)特枯水位的原因主要為河床演變和氣候變化。

（1）長沙～湘陰河段的河床演變是導(dǎo)致湘水尾閭出現(xiàn)特枯水位的主要原因。

自20世紀(jì)90年代以來，長沙～湘陰河段的河床發(fā)生了較大的變化，特別是河道采沙和航道整治工程的實(shí)施，導(dǎo)致本河段的水位流量關(guān)系發(fā)生變化，即同流量下水位降低、同水位下流量加大，致使在上游湘潭出現(xiàn)同流量、下游湘陰出現(xiàn)同水位的情況下，長沙的水位明顯降低。

表2 湘水尾閭近年最枯水位變化特性表

對(duì)比1996年12月29日和2009年11月26日，湘潭站均出現(xiàn)當(dāng)年最小流量511 m3/s，相應(yīng)2009年湘陰站水位僅比1996年低0.58 m，而相應(yīng)長沙站水位卻低了1.52 m。同樣，對(duì)比1997年1月7日和2008年10月25日，湘潭站流量小19 m3/s，相差無幾，相應(yīng)2008年湘陰站水位比1997年還高0.47 m，而相應(yīng)長沙站水位卻低了1.09 m。

根據(jù)多年平均水文資料分析，在湘潭出現(xiàn)500 m3/s流量時(shí)，湘水尾閭近年水位較20世紀(jì)90年代平均降低0.8 m左右，其中長沙站水位降低（0.4～0.5）m 左右。

（2）降雨偏少是導(dǎo)致湘水尾閭河段出現(xiàn)特枯水位的次要原因。

2010年10～12月，全省大部分晴熱干旱天氣為主，湘江流域平均降雨量僅28 mm，較歷史同期均值偏少74%。2011年1～4月，湘江流域平均降雨量不到歷史同期均值的50%。降雨量的減少導(dǎo)致上游來流減少，使湘水尾閭長期處于低枯水位，河道保水和槽蓄量顯著減少，在上游來流稍有減小的情況下，水位則明顯降低。

（3）三峽水庫蓄水運(yùn)行和湘水尾閭河段出現(xiàn)特枯水位沒有直接關(guān)系。

三峽水庫2003年蓄水運(yùn)行后，由于水庫的攔沙作用，致使長江干流出現(xiàn)沿程沖刷。根據(jù)有關(guān)單位的模擬計(jì)算和研究，水庫運(yùn)行至2012年，城陵磯至武漢河段河床基本維持現(xiàn)狀；水庫運(yùn)行至2022年，河床平均沖深0.57 m；水庫運(yùn)行至2032年，河床平均沖深1.27 m。由于上游河道的沖刷在本河段產(chǎn)生一定的淤積，致使本城陵磯河段的枯水位不但沒有降低，反而有一定程度的抬高，近年的水文觀測資料也深刻地說明了這一點(diǎn)。2001～2010年歷年最枯水位平均值比 1981～1990年和1991～2000年相應(yīng)值分別高出0.42 m和0.38 m。

4 結(jié)論

長沙～湘陰河段的河床演變是導(dǎo)致湘水尾閭出現(xiàn)特枯水位的主要原因；降雨偏少是導(dǎo)致湘水尾閭河段出現(xiàn)特枯水位的次要原因；三峽水庫蓄水運(yùn)行和湘水尾閭河段出現(xiàn)特枯水位沒有直接關(guān)系。