漢江中下游皇莊站年最低水位變化及成因分析

羅興 魏猛

摘要：近年來(lái)漢江中下游多次出現(xiàn)特枯低水位，為探究其原因，分析了1950～2022年漢江中下游干流皇莊站年最低水位變化趨勢(shì)，并分析了斷面、流量、含沙量等引起年最低水位變化的影響因素。結(jié)果表明：1950～2022年，皇莊站年最低水位呈明顯波動(dòng)下降趨勢(shì)?；是f站歷年年最低水位的最高值出現(xiàn)在1954年的1月，為43.59 m；最低值出現(xiàn)在2022年的10月，為38.47 m；多年平均值為41.29 m。 最高值與最低值之間變幅為5.12 m。河段的持續(xù)沖刷下切是影響皇莊站年最低水位變化的最顯著因素；受上游水庫(kù)群的調(diào)蓄及河段內(nèi)丁壩等航道整治工程影響，皇莊站過(guò)水?dāng)嗝娉掷m(xù)沖刷下切，導(dǎo)致皇莊站年最低水位變化。

關(guān)鍵詞：年最低水位；河床下切；皇莊站；漢江中下游

中圖法分類(lèi)號(hào)：TV697 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.02.001

文章編號(hào)：1006-0081（2024）02-0006-05

0 引 言

2022年長(zhǎng)江流域梅雨期開(kāi)始偏早、梅雨量偏少，疊加高溫影響，長(zhǎng)江干流多站水位為有實(shí)測(cè)記錄以來(lái)歷史同期最低。長(zhǎng)江中下游發(fā)生流域性干旱，位于漢江中下游干流的皇莊站在2022年10月底出現(xiàn)歷史最低水位。持續(xù)走低的河道水位給沿河城鎮(zhèn)居民用水及河湖生態(tài)保護(hù)、航道整治工作帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)影響。皇莊站水情是漢江流域水旱災(zāi)害防御及航道開(kāi)發(fā)的重要控制指標(biāo)，對(duì)漢江中下游經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。因此，有必要對(duì)皇莊站河段的低水位變化進(jìn)行成因分析。

本文分析了漢江中下游干流皇莊站1950～2022年的年最低水位變化趨勢(shì)，分析了斷面、流量、泥沙等引起年最低水位變化的影響因素。本文分析采用的水文資料均來(lái)源于長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局，所有資料已通過(guò)年度審查及匯編刊印，真實(shí)可靠。

1 測(cè)站概況

皇莊站始建于1932年，位于湖北省荊門(mén)市鐘祥市郢中街道朝宗橋社區(qū)居委會(huì)，為監(jiān)測(cè)漢江下游水情的基本站。測(cè)驗(yàn)河段順直，長(zhǎng)約5 km。測(cè)驗(yàn)斷面呈復(fù)式河床，主要由細(xì)沙組成，沖淤變化大，主泓偏左。低水位時(shí)主槽寬約400 m，中高水位時(shí)主槽寬約600 m。斷面上、下游約3 km各有一大彎道，上游約50 m處右岸有丁壩（頂高40.80 m）。水位在48.50 m 時(shí)右岸開(kāi)始漫灘，灘地寬約800 m，為農(nóng)田。該站水位-流量關(guān)系受洪水漲落和斷面沖淤綜合影響?；是f站位置見(jiàn)圖1。

2 最低水位年際變化

收集皇莊站1950～2022年（其中缺失1952，1958，1959，1964，1968，1973年）總計(jì)67 a最低水位資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，整理成果見(jiàn)表1。由表1可知，皇莊站歷年最低水位出現(xiàn)時(shí)間存在一定規(guī)律。比較集中的時(shí)期主要在每年的1～3月及12月，出現(xiàn)頻率大致均勻，2月出現(xiàn)頻率占比稍大，達(dá)到近20%?；是f站年最低水位年際變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。由圖2可知：年最低水位的最高值出現(xiàn)在1954年的1月，為43.59 m；最低值出現(xiàn)在2022年的10月，為38.47 m；多年平均值為41.29 m。最高與最低值之間變幅為5.12 m（表2）。

由圖2分析可知：皇莊站年最低水位呈鋸齒型波動(dòng)逐年下降趨勢(shì)，其中1974，1977，2022年呈斷崖式下降，降幅超1 m。

3 相關(guān)要素年際變化

3.1 大斷面

套繪皇莊站歷年大斷面資料，對(duì)比趨勢(shì)見(jiàn)圖3。建站以來(lái)，該斷面河床左右兩岸受堤防限制，岸坡河床基本穩(wěn)定，近右岸灘地略有沖刷，沖淤變化不大，圖中的兩岸堤防位置改變，因測(cè)驗(yàn)斷面遷移變化所致。主河槽沖淤變化較大，1995～2000年河床斷面中部的主河槽發(fā)生大面積沖刷，主泓右移。2000～2005年又淤積回1995年前的狀態(tài)，近左岸的深泓部分河底高程逐年呈鋸齒狀變化，總體河勢(shì)平穩(wěn)，河床呈逐年沖刷下切態(tài)勢(shì)^］。

分析分析皇莊站大斷面的水位面積關(guān)系變化（圖4），因河床持續(xù)沖刷下切態(tài)勢(shì)的發(fā)展，皇莊站水位面積關(guān)系逐漸右偏，2010年比1983年警戒水位下的斷面面積增大約500 m，2022年比2015年增大了890 m，同水位下的面積越來(lái)越大。尤以2015～2022年中低水部分最明顯，40.00 m水位對(duì)應(yīng)的斷面面積增幅達(dá)72%（表3）。

3.2 流 量

將皇莊站1951～2022年的年最小流量、年最低水位和年平均流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，見(jiàn)圖5～6。年平均流量呈鋸齒狀波動(dòng)減小趨勢(shì)，整體降幅約為-62.4 m/（s·10 a）；年最小流量卻呈變動(dòng)增加趨勢(shì)，增幅約為32.0 m/（s·10 a）。

從圖5可知：在1970年之前，皇莊站年最小流量與年最低水位相關(guān)性較強(qiáng)，且變化幅度保持一致，充分說(shuō)明皇莊站在1969年之前的低水水位與流量、斷面面積的關(guān)系較為穩(wěn)定；1970～2013年，皇莊站年最小流量與年最低水位變化趨勢(shì)仍保持一致，但變幅不一致，年最低水位在波動(dòng)下降，年最小流量基本保持波動(dòng)平衡狀態(tài)，表明斷面下切影響開(kāi)始顯現(xiàn)；2014年丹江口水庫(kù)大壩加高后至今，年最小流量與年最低水位變化趨勢(shì)也不一致，表明斷面下切影響在增加。

從圖6可知：年平均流量的減小，代表該站歷年徑流量整體呈減少趨勢(shì)，波動(dòng)幅度逐年放緩。1983年年平均流量2 990 m/s，達(dá)歷年最高；1990年年平均流量657 m/s，為歷年最低。從時(shí)間軸上看，1969年前，皇莊站年平均流量與年最低水位變化幅度基本保持一致，而1970年后年平均流量的下降幅度逐年放緩，變化幅度明顯小于年最低水位。

套繪皇莊站歷年水位-流量關(guān)系圖，見(jiàn)圖7。從圖7可知，該站的水位-流量關(guān)系呈明顯的右移趨勢(shì)，每年右移幅度不等。流量為1 000 m/s時(shí)的水位從1983年的42.00 m下降至2022年的40.30 m，下降幅度近2 m。水位-流量關(guān)系的右移，預(yù)示著同等的下泄生態(tài)流量下，皇莊站斷面水位會(huì)發(fā)生逐年下降的變化趨勢(shì)。

3.3 年平均含沙量

收集皇莊站1951～2022年懸移質(zhì)年平均含沙量、歷年輸沙量進(jìn)行分析，見(jiàn)圖8～9?？砂l(fā)現(xiàn)：皇莊站年平均含沙量和年輸沙量均呈逐年波動(dòng)減小的明顯趨勢(shì)，尤其是1969年以后，清水下泄直接導(dǎo)致歷年平均含沙量大幅下滑，降至1.0 kg/m以下，此后仍然呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，幅度放緩，約0.12 kg/（m·10 a）。斷面年平均含沙量的減小表明上游來(lái)沙減少，進(jìn)一步導(dǎo)致斷面遭遇沖刷下切。

3.4 其他因素

選取皇莊站上下10 km范圍內(nèi)1985～2022年衛(wèi)星影像圖進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖10。河段整體河勢(shì)較為穩(wěn)定，岸坡相對(duì)固定。2011年衛(wèi)星圖顯示大量丁壩群開(kāi)始出現(xiàn)，該航道整治工程使整個(gè)河段主河槽進(jìn)一步?jīng)_深。除主槽外，河道斷面形狀整體受到控制，不易發(fā)生大的沖淤變化。丁壩壩頭高程約41 m，壩體高2～3 m，寬5 m左右，且較為密集地分布于皇莊站上下游。斷面上下游的洲灘在上游水庫(kù)群調(diào)蓄及河段內(nèi)丁壩作用影響下，逐年趨于穩(wěn)定。

漢江通常以丹江口水庫(kù)以上為上游，丹江口水庫(kù)至鐘祥碾盤(pán)山水利樞紐之間為中游，碾盤(pán)山水利樞紐以下為下游。漢江中下游梯級(jí)開(kāi)發(fā)工程包括丹江口、王甫洲、新集、崔家營(yíng)、雅口、碾盤(pán)山及興隆等7個(gè)梯級(jí)水利樞紐工程。其中，丹江口水利樞紐、王甫洲水利樞紐、崔家營(yíng)航電樞紐、雅口航運(yùn)樞紐及興隆水利樞紐已經(jīng)建成并投入運(yùn)用，新集水利樞紐、碾盤(pán)山水利樞紐正在建設(shè)中。梯級(jí)開(kāi)發(fā)工程改變了漢江中下游水文特征，使下游地區(qū)年內(nèi)和年際水量發(fā)生顛覆性變化。丹江口水庫(kù)建庫(kù)后，上游來(lái)沙98%左右都淤積在丹江口水庫(kù)庫(kù)內(nèi)，清水下泄致使?jié)h江中游河床發(fā)生嚴(yán)重沖刷，而中下游泥沙主要來(lái)自丹江口水庫(kù)以下干流河床沖刷與唐白河、南河等支流入?yún)R，年輸沙量大幅度減少，泥沙組成也逐漸粗化，王甫洲水利樞紐和崔家營(yíng)航電樞紐建庫(kù)后對(duì)泥沙分布的影響很小。因此，漢江中下游梯級(jí)水利工程的開(kāi)發(fā)對(duì)皇莊站年最低水位下切影響較為明顯。

4 最低水位變化原因分析

綜合上述相關(guān)要素年際變化分析結(jié)果來(lái)看，對(duì)年最低水位變化影響最為顯著的因素應(yīng)為斷面的沖刷變化。受皇莊站斷面上游丹江口水庫(kù)等的清水下泄影響，以及丁壩本身阻水效應(yīng)及其配套護(hù)岸、護(hù)底等航道整治工程的修建，河段底部糙率增加，皇莊站斷面主槽主要表現(xiàn)為逐年持續(xù)沖深、河床粗化，尤其是近10 a來(lái)的主槽沖深幅度較大，斷面的大幅下切致使同流量級(jí)水位下降明顯，導(dǎo)致皇莊站年最低水位呈整體波動(dòng)下降趨勢(shì)。

皇莊站懸移質(zhì)年平均含沙量和年輸沙量呈明顯的波動(dòng)下降趨勢(shì)，與歷年最低水位發(fā)展態(tài)勢(shì)一致，尤其是1970年后呈斷崖式下降。這充分表明皇莊站上游水利工程清水下泄致使來(lái)沙急劇減少，進(jìn)一步導(dǎo)致皇莊站所在河段泥沙組成粗化和主槽斷面沖刷；年平均流量呈小幅波動(dòng)減小趨勢(shì)，表明皇莊站年際來(lái)水整體呈減小態(tài)勢(shì)。值得一提的是，與年最低水位對(duì)應(yīng)的年最小流量卻是呈波動(dòng)緩慢增大態(tài)勢(shì)，表明并非因斷面流量的減小導(dǎo)致水位降低，反而是因?yàn)樗幻娣e關(guān)系曲線的右移引起水位-流量關(guān)系隨之右偏。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)皇莊站1950～2022年的年最低水位及其影響因素進(jìn)行分析，得到以下初步結(jié)論：

（1） 皇莊站1950～2022年的年最低水位呈明顯波動(dòng)下降趨勢(shì)。

（2） 受上游水庫(kù)群的調(diào)蓄及河段內(nèi)丁壩等航道整治工程影響，皇莊站過(guò)水?dāng)嗝娉掷m(xù)沖刷下切，這是影響皇莊站年最低水位變化最顯著的因素。2012～2022年下切幅度較大，致使枯水同流量下的水位下降明顯，并導(dǎo)致皇莊站年最低水位整體波動(dòng)下降。

（3） 其他方面如降水量、水溫、斷面流量，對(duì)皇莊站年最低水位的年際變化影響有限。

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（編輯：江 文）

Change and cause analysis of annual lowest water level of Huangzhuang

Station in middle and lower reaches of Hanjiang RiverLUO Xing，WEI Meng

（Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey，Bureau of Hydrology of Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430012，China）

Abstract： In recent years，the low water level of middle and lower reaches of Hanjiang River had appeared for many times. In order to study and analyze the potential causes，we analyzed the trend of annual lowest water level change of Huangzhuang Station from 1950 to 2022.The influencing factors of annual lowest water level change，such as section，discharge and sediment were analyzed. The results showed that during the period from 1950 to 2022，the annual lowest water level of Huangzhuang Station showed an obvious trend of fluctuation and decreased.The highest value of annual lowest water level in Huangzhuang Station appeared in January 1954，with a value of 43.59 m. The lowest value occurred in October 2022，with a value of 38.47 m. The average annual value was 41.29 m. The variation between the highest and lowest values was 5.12 m. Continuous erosion down-cutting of river reaches was the most significant factor affecting the variation of annual lowest water level at Huangzhuang Station. Affected by the regulation and storage of upstream reservoirs and the channel improvement projects such as the groin dam in the river reach，the crossing section of Huangzhuang Station continued to erode and cut，resulting in the decreasing of annual lowest water level of Huangzhuang Station．

Key words： annual lowest water level；riverbed down-cutting；Huangzhuang Station；middle and lower reaches of Hanjiang River