三峡工程运用后荆江与洞庭湖关系变化研究进展_柴泽清.pdf

收稿日期：；修回日期：基金项目：水利重大关键技术研究项目（）；长江水科学研究联合基金（，）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（）作者简介：柴泽清（），女，山东泰安人，硕士研究生，主要从事河流动力学方面的研究。：通信作者：朱勇辉（），男，湖南道县人，正高级工程师，博士，主要从事江湖演变与治理、防洪减灾等方面的研究。：，（）：，三峡工程运用后荆江与洞庭湖关系变化研究进展柴泽清，郭小虎，朱勇辉（长江科学院 水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室，武汉）摘 要：荆江与洞庭湖之间存在复杂的江湖水沙交换关系，水沙变化引起江湖冲淤变化，进而影响长江中游地区的防洪安全与水资源利用等。三峡工程运用后坝下游水沙条件发生较大改变，江湖关系进一步调整。从江湖水沙关系变化、荆江特别是分流口门附近河道冲淤演变、三口分流洪道冲淤演变、洞庭湖区冲淤变化及城陵矶水位变化等方面，系统梳理了三峡工程运用后荆江与洞庭湖关系变化研究进展，得到以下结论：荆江三口分流量略有减少，分沙量大幅下降，藕池口河势调整较剧烈，进流条件有所恶化，洞庭湖由淤积转为微冲，湖区水位下降，城陵矶汉口河段冲刷，城陵矶水位下降等，江湖水沙驱动机制仍存在一定不足，在荆江洪水位变化及洞庭湖未来演变趋势方面仍存在争议；指出了目前研究中存在的不足，如缺乏定量分析和系统性与完整性研究，并提出了下一步研究需重点关注的问题。关键词：江湖关系；荆江三口；分流分沙；冲淤演变；城陵矶水位；三峡工程中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，）：，：），），），），第 卷 第 期长 江 科 学 院 院 报 年 月 ：；研究背景长江枝城至城陵矶段称为荆江河段，全长约，以藕池口为界分为上、下荆江，上荆江为微弯分汊河型，长约，下荆江是典型弯曲河型，长约。万里长江，险在荆江，荆江历来是长江中下游的防洪重点，特别是下荆江素有“九曲回肠”之称，水流情形复杂多变，给长江和洞庭湖区带来极大的防洪压力。洞庭湖是我国第二大淡水湖泊，面积约 ，湖区库容 亿，是典型的吞吐调蓄型湖泊，承担着分蓄长江超额洪水的繁重任务，对长江中游的防洪调蓄具有重要意义。荆江在松滋口、太平口与藕池口处分流分沙，分别由松滋河、虎渡河与藕池河汇入洞庭湖，经洞庭湖的调蓄作用由城陵矶处出流汇入长江，形成连通且复杂的江湖关系（见图）。图 荆江洞庭湖区域概况 江湖关系可以定义为连通的江湖水系之间的相互关系，包括江湖水系之间的水沙交换、河床湖盆的自然演变及其产生的物质能量交换。长江与洞庭湖之间的相互关系非常复杂，一直是众多学者关心的问题。根据韩其为的研究，荆江与洞庭湖关系主要包括三口分流变化、荆江冲淤演变、分流河道冲淤、洞庭湖冲淤以及城汉河段冲淤 个方面。近年来，随着三峡工程等上游水利枢纽工程的建设运行，长江与洞庭湖关系面临新一轮调整变化，本文将从江湖水沙关系、河道冲淤演变、城陵矶水位变化及洞庭湖水生态方面出发，梳理三峡工程运用前后荆江与洞庭湖关系变化研究进展，分析目前研究中存在的不足。本文技术路线如图 所示。图 技术路线 江湖关系水沙变化分析 荆江水沙变化三峡水库蓄水后，上游来水量偏枯导致荆江年径流量略有减小；受三峡水库年内调蓄影响，枯水期流量有所增加，中水流量持续时间明显延长，径流过程坦化。三峡水库清水下泄使干流输沙量大幅减少，荆江河段沿程冲刷使沿程含沙量有所恢复，但并未恢复到建库前的水平；年内分配更集中于汛期，非蓄水期输沙量占比有所增大，主蓄水期占比有所减小。另外，三峡工程运用后，推移质大幅减少，出库泥沙粒径偏细，河床沿程冲刷使干流泥沙粒径逐渐粗化。荆江三口分流分沙比变化 荆江三口分流分沙比变化规律众多学者均认为三口分流分沙以调弦口堵口、下荆江裁弯、葛洲坝蓄水运行、三峡工程蓄水运行为时间节点呈较明显的阶段性变化。李义天等拟合了分流经验公式，即 分流量（干流口门）（干流口门），其中 分流量、干流、口门分别为分流流量、口门附近干流站点水位、口门高程，、为系数；实测值与计算值拟合较好。三口分流分沙比在三峡工程运用前变化基本一 长江科学院院报 年 致，呈持续减小的趋势，三峡工程运用以来，三口分流比略有减小，分沙比有所上升，分沙量大幅减少。三峡工程运用前，三口分流主要集中在汛期 月份，沙量的年内分配与径流过程相应；三峡工程蓄水后，年内分流量变化曲线趋于平坦，月份分流明显减少。目前对于三口分流比未来变化趋势还存在争议，有学者认为三口分流比变化不大，将基本维持目前格局，也有学者认为三口分流比将继续减小。荆江三口分流分沙比变化原因对于影响三口分流分沙变化的原因，相关学者进行了深入研究。三峡工程运用前，三口分流受分流河道口门淤积、干流水位下降及口门附近干流河势变化影响较大。郭小虎等认为口门附近干流水位与口门高程变化是影响分流分沙最直接的因素，这与前述研究结论类似。三峡工程运用后，荆江河道水流中泥沙处于严重次饱和状态，泥沙沿程恢复是导致荆江河段强烈冲刷的根本原因。荆江河段中枯水河槽强烈冲刷引起枯水位下降，同时三口河道也发生冲刷，一定程度上抵消了荆江河段同流量水位降低对三口分流的影响，故三峡工程运用后三口分流无明显变化趋势。三峡水库年内调度运行调蓄了洪水，使出库流量更加均匀，对三口年内分流产生影响。此外，近年来上游来水量偏枯也是三口分流量减小的重要原因之一，如 年和 年出现极干旱情况。洞庭湖四水水沙变化洞庭湖径流主要来自湘、资、阮、澧“四水”，四水年均入湖水量上下波动，总体无明显变化趋势，入湖沙量有明显起伏，总体显著下降；三峡工程运用后，三口水沙占洞庭湖来水来沙的比例逐渐减小，四水占比增加。四水径流年内分配不均，输沙量分配更加不均，且呈愈发不均的趋势。洞庭湖水沙均呈下降趋势，水沙序列除四水径流无突变外其余均发生较大变化。四水中的资水桃江站泥沙粒径呈减小趋势，其余三站泥沙粒径有所粗化。江湖是一个整体，江变将引起湖变。三峡工程运用后，上游来水量偏枯导致荆江干流径流量略有减小，清水下泄导致出库沙量大幅减少，干流沿程冲刷，同流量水位降低，引起三口分流量减少，输沙量大幅降低；另外，三峡工程年内调度运行使干流径流及三口分流年内过程逐渐坦化。受此影响，洞庭湖入湖水量有所减少，入湖沙量大幅下降。荆江冲淤演变大量研究表明三峡工程运用后荆江河段整体呈冲刷状态，局部有所淤积，且冲刷主要集中在枯水河槽，。同流量枯水位大幅下降，洪水位变化不大，部分学者认为 年荆江河段同流量洪水位为先降低后抬高的“凹”线型变化。荆江的冲淤演变特征主要表现在主冲刷带向下转移、河床组成粗化、断面向窄深化方向发展、宽窄河段河相系数变幅不同等常规响应；此外还有上荆江分汊河段“支汊冲刷发展”以及下荆江急弯段的“撇弯切滩”等异常响应。荆江三口口门附近干流河段河势演变可能影响三口分流，下面着重分析三口口门附近河段演变。（）松滋口口门附近干流河段：松滋口口门的进流条件与关洲、芦家河浅滩演变息息相关。关洲汊道段是典型的主流年内交替型分汊河道，下接芦家河浅滩，浅滩右岸有松滋口分流。三峡工程运用后，关洲河段整体冲刷，冲刷形式由冲刷下切逐渐转变为冲刷左侧低滩及河床组成较细的左汊。左汊河槽整体冲刷，进口主要表现为北展拓宽，出口切深降低，河床高程下降；右汊河床略有冲深，但深槽与深泓位置基本稳定，深泓高程由左高右低变为左低右高，右汊的主汊地位被削弱，一定程度上削弱了松滋口的分流能力。芦家河浅滩冲刷进一步发展，主要在石泓区域，河段枯水位下降，影响松滋口分流。此外，陈立等试验研究结果表明若在石泓处进行大开挖，石泓进口处河床高程下降，过水面积增大，使松滋口分流比有所减小，松滋河断流流量增大。年关洲河段实施河道整治工程后，岸线处于稳定状态，目前关洲河段与芦家河浅滩深泓纵剖面变化不大，河势基本稳定，松滋口口门的进流条件较为稳定。（）太平口口门附近干流河段：太平口口门的进流条件与太平口心滩的演变密切相关。太平口心滩将河道分为南、北两槽，南槽进口处有太平口分泄长江流量。三峡水库蓄水后，太平口心滩基本遵循“小滩相并呈大滩，大滩冲刷切割呈小滩”的演变规律，河槽年内遵循“涨淤落冲”演变规律，南北槽整体处于冲刷状态，太平口心滩淤积抬高，头部淤积上延，太平口分流减小。年以来南槽深泓走向相对稳定，太平口分流口附近略有摆动，但幅度不大，太平口口门处的进流条件相对稳定。（）藕池口口门附近干流河段：藕池口口门的 第 期柴泽清 等 三峡工程运用后荆江与洞庭湖关系变化研究进展进流条件与天星洲及藕池口水道的演变密不可分。藕池口水道为顺直放宽的喇叭型河道，藕池口心滩将河道分为左右两汊，其中右汊靠近藕池口分流口门；当右汊冲刷，主流走右汊时，分流口门紧贴干流主流，有利于藕池口分流，反之则不利于分流。年以来，河段内主流上提下挫，经历了左右汊的周期性兴衰交替与左汊内左右槽的交替演变过程，目前主汊仍为左汊左槽，右汊淤积衰亡，藕池口分流比减小。三峡工程运用以来，天星洲洲体基本保持完整，滩头年际间呈往复冲淤变化，头部淤积上延，过渡段主流不稳，左右摆动频繁；主流贴近天星洲左缘，导致天星洲左缘易发生崩岸。荆江一期航道整治工程实施后，天星洲滩体头部逐渐淤积上延，左缘冲刷后退，滩面有所淤积，进流条件有所恶化。综上所述，三峡工程运用后松滋口、太平口口门附近河段整体河势相对较为稳定，而藕池口附近河段河势调整较为剧烈，深泓由左岸过渡至右岸的顶冲点不断下移，导致天星洲洲头不断淤长上延，致使口门进流条件有所恶化，因此为保持藕池口进流条件稳定，需进一步开展藕池口口门河段综合整治工程方案的研究。洞庭湖区冲淤变化 三口洪道冲淤变化一般普遍认为三峡工程蓄水运用前三口分流河道经历了发展相对稳定淤积萎缩阶段，藕池河淤积萎缩最严重，其次是虎渡河，最后是松滋河。三峡工程运用后，三口口门段均处于冲刷状态，其中藕池口口门高程下降幅度最大，太平口次之，松滋口最小。松滋河进口段处于山区平原过渡段，口门区的平面形态变化较小。窦身堂等研究 年松滋河的冲淤变化，结果表明冲刷主要集中在东支的苏支河下口小望角，其余河段以淤积为主。陈帮等研究 年松滋河冲淤变化，结果显示东西支局部分水河段、青龙窑九张台以淤积为主，九张台小望角、松滋虎渡河汇流河段以冲刷为主。年三峡工程蓄水后藕池河河道以冲刷为主，年藕池口进水段逐渐缩窄变小，河道平均河宽整体呈缩窄趋势；年藕池河东支河段冲淤交替演变，表现为上游河段冲刷，下游河段淤积；中支以冲刷为主，鲶鱼须河与西支河段整体呈淤积状态。魏强强等根据水沙模型计算认为三峡工程运用后，荆南三河整体为冲刷态势且短期内变化不大，但冲刷强度逐渐降低，直至达到下一轮冲淤平衡。洞庭湖冲淤变化 年三峡工程运用后拦截大量上游来沙，从根本上减缓了洞庭湖区泥沙沉积量与沉积率，洞庭湖从以淤积为主转为以冲刷为主，淤积量明显减少。泥沙淤积量减少使湖区水面面积及湖容的减速趋缓，且水位越低，水面萎缩幅度越小。余德清等认为三峡工程运用后，水沙条件的变化对洞庭湖内的洲滩冲淤速率及湖容影响较大，对洞庭湖面积影响不大。泥沙淤积量减少使洞庭湖洲滩扩展速率明显减小，进入缓慢扩张期，洲滩高程以 的速率降低。三峡工程运行后，东洞庭湖继续淤积，淤积速率有所减小，但淤积仍最严重，主要淤积部位为北部；南洞庭湖冲刷加深但面积不会变小，主要淤积在中部；目平湖变化不大，淤积速度略有减小，淤积主要在南部。东、南洞庭湖年内呈“汛淤枯冲”的变化特点。受流域内季节性降水及三峡水库年内调度运行影响，月份主汛期水面面积最大，月份及 月份枯水期水面面积最小，丰水期水面面积变幅最大，枯水期变幅最小，表现为洪水期汪洋一片，枯水期仅存几条带状水域的显著季节性变化特征，湖容年内变化与水面面积变化基本一致。对于洞庭湖未来演变趋势，多数学者认为构造沉降运动虽在一定程度上抑制了洞庭湖日益萎缩的趋势，但洞庭湖仍会逐渐走向衰亡，而部分学者认为受构造沉降影响，洞庭湖有扩张趋势。洞庭湖水位变化洞庭湖水位呈明显的阶段性变化，年前东、西、南洞庭湖水位总体呈上升趋势，三峡工程运用后呈下降趋势，洞庭湖水情整体上呈由丰转枯的变化趋势。洞庭湖水位具有明显的季节性变化特征，秋季洞庭湖水位受三峡水库蓄水等影响呈下降趋势且降幅较大，汛