許足懷，陳長英，張幸農(nóng)，葛 瑤

(1. 湖南省水運(yùn)管理局，湖南長沙 410076； 2. 南京水利科學(xué)研究院，江蘇南京 210029)

湘江株洲以下河段處于湘江尾閭(圖1)，受湘江來水、長江來水以及洞庭湖區(qū)頂托多重影響，該河段水文特征與一般的天然河流有較大區(qū)別[1]。自2003年三峽水庫蓄水以來，湘江流域一直處于枯水周期，降雨量總體偏少，長沙河段連續(xù)9年出現(xiàn)26 m以下低水位，并且不斷刷新歷史最低值。為了解決日益嚴(yán)重的干旱問題，國家防總采取緊急調(diào)度措施，三峽水庫3次加大下泄流量[2]，受三峽水庫持續(xù)加大下泄的影響，洞庭湖城陵磯水位上漲明顯，但湘江干流的水位仍連創(chuàng)新低。

本文主要根據(jù)近20年來的水文資料，從不同方面對湘江下游長沙段水位變化特征以及與城陵磯站水位的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行研究，以期為深入研究三峽水庫蓄水后湘江河湖兩相河段水位變化特征和三峽水庫的運(yùn)行調(diào)度奠定基礎(chǔ)。

圖1 湘江下游河勢Fig.1 Downstream regime of the Xiangjiang River

1 河道自然條件

湘江是長江一級支流，也是洞庭湖水系最大支流[3]，發(fā)源于廣西臨桂縣海洋坪的龍門界[4-5]，流經(jīng)永州、衡陽、株洲、湘潭、長沙至湘陰的濠河口注入洞庭湖，與資、沅、澧水相匯，沿東洞庭湖湘江洪道經(jīng)岳陽至城陵磯入長江。近年來習(xí)慣將濠河口至城陵磯113 km湘江洪道歸于湘江干流[6-7]，則湘江全長969 km。湘江干流在零陵縣蘋島以上為上游，長252 km，河床平均比降0.607‰；蘋島至衡陽市為中游，長278 km，河床平均比降0.129‰；衡陽以下為下游，至城陵磯長439 km，平均坡降0.082 4‰。湘江干流按9個梯級規(guī)劃進(jìn)行開發(fā)，下游4個梯級依次為土谷塘、大源渡、株洲及長沙樞紐[8-9]，其中大源渡、株洲樞紐分別于2000年、2006年建成，長沙樞紐已于2009年底開工，計(jì)劃2015年底竣工，土谷塘樞紐于2012年開工，2016年竣工。

湘江水量充沛，流域內(nèi)多年平均降水量一般為1 300～1 500 mm，徑流與降水關(guān)系極為密切，年際變化大，年內(nèi)分布不均。湘潭水文站多年平均流量為2 110 m3/s，最大流量20 600 m3/s，最小流量100 m3/s。每年4—9月為汛期，10月至次年3月為枯水期。年內(nèi)水位變幅較大，達(dá)9.5～13 m。湘江是少沙河流，湘潭水文站多年平均懸移質(zhì)含沙量為0.16 kg/m3。

湘江下游長沙以下河段為沙性土，近年來河床變化見圖2。從湘江下游魚尾灘和營田灘典型斷面歷年變化圖可見，總體變化以河床下切為主，局部區(qū)域出現(xiàn)大幅度下切，如魚尾灘斷面出現(xiàn)2個深槽，主槽向右側(cè)移動，最大下切處達(dá)17 m，主槽左側(cè)出現(xiàn)了1個二級深槽，最大下切處達(dá)10 m；2008年?duì)I田灘段面主槽靠近右側(cè)，左側(cè)為灘地，2011年右側(cè)河床沖刷不大，左側(cè)邊灘下切形成深槽，最大下切達(dá)11 m，出現(xiàn)灘槽易位的現(xiàn)象。湘江上樞紐建成運(yùn)行會使壩下河床形成一定沖刷，但斷面局部區(qū)域出現(xiàn)驟然大幅下切的現(xiàn)象，主要受人為采沙影響。由于城區(qū)開發(fā)建設(shè)，沙石用量大量增加，僅湘江河段長沙段年采沙量達(dá)1 500 萬t[4]。因此，湘江下游長沙以下河段受人為采沙以及湘江上樞紐建成運(yùn)行影響，河床以大幅度下切為主。

(a) 魚尾灘 (b) 營田灘圖2 湘江下游典型斷面變化Fig.2 Cross-section of the Xiangjiang River in different years

2 水位流量關(guān)系

圖3 湘江下游水位流量過程Fig.3 Stage-discharge hydrograph of the Xiangjiang River

洞庭湖區(qū)湘江航道水文特征與一般的天然河流有較大區(qū)別。受湘江來水、長江來水以及洞庭湖區(qū)頂托多重影響，且洪季、枯季影響程度有很大差別(圖3)。長江枯季時，洞庭湖區(qū)湘江航道水位過程與湘江湘潭站流量過程走勢基本一致，說明枯季時湖區(qū)湘江航道水位主要與湘江來水相呼應(yīng)；洪季時，受長江來水頂托影響，洞庭湖湖區(qū)處于高水位，湘江株洲以下河道具有明顯滯流現(xiàn)象，水面比降平緩，湘江下游各站水位主要與長江來水過程相呼應(yīng)，而與湘江來水相關(guān)性很差或者基本不相關(guān)。

從湘江下游湘潭站水位流量關(guān)系變化規(guī)律看，同流量下水位呈現(xiàn)下降趨勢，枯水期水位下降較汛期明顯。株洲至濠河口段受湘江上樞紐修建運(yùn)行以及近年來大規(guī)模人工采沙的影響，河床大幅下切，枯水期同流量下水位下降嚴(yán)重。汛期時，受長江頂托的影響，洞庭湖水位抬高，汛期同一流量下水位的變化對河床變化情況的反應(yīng)相對較弱，因此，汛期同流量下水位下降不及枯水期明顯。

3 月均水位變化規(guī)律

隨著湘江下游大源渡、株洲樞紐的建成運(yùn)用，湘江株洲以下河段河道徑流的年內(nèi)分配發(fā)生變化，并且湘江出口城陵磯水位受三峽水庫的調(diào)蓄作用影響[10-12]，使得長沙段的月均水位變化特征非常復(fù)雜，見圖4。

(a) 城陵磯站

(b) 長 沙 站圖4 城陵磯站和長沙站月均水位變化規(guī)律Fig.4 Variation of monthly mean water level in Chenglingji and Changsha stations

從城陵磯月均水位變化特征看，三峽水庫蓄水前后枯季月均水位變化較小，蓄水后1—3月月均水位略呈抬高趨勢，4—6月，11—12月無明顯變化，汛期月均水位變化明顯，三峽水庫蓄水前年際間沒有明顯的變化規(guī)律，三峽水庫蓄水后7—10月月均水位呈明顯降低趨勢。從長沙站月均水位變化特征看，三峽水庫蓄水前后月均水位變化規(guī)律一致，總體呈降低趨勢，其中1—4月月均水位下降明顯，5—6月月均水位下降趨緩，7—10月起月均水位下降加劇，11—12月月均水位下降趨緩?？傮w上，長沙站汛期月均水位下降較枯水期明顯。

長沙站月均水位汛期下降與枯水期下降形成原因不盡相同，枯水期月均水位下降主要是由近年來河床地形下切引起，而汛期月均水位大幅度下降主要與湘江長沙上游樞紐以及長江三峽水庫的影響，湘江長沙上游樞紐的運(yùn)行減小了汛期來流量，而三峽水庫運(yùn)行使城陵磯汛期水位大幅度下降，在上游來流量減小和湘江出口水位降低共同作用下，使得長沙站汛期月均水位大幅度下降。

4 最低水位變化規(guī)律

自2003年三峽水庫蓄水以來，湘江流域一直處于枯水周期，長沙站不斷刷新歷史最低值。為深入分析長沙站歷年最低水位變化規(guī)律以及與城陵磯站水文條件的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)了長沙站和城陵磯站歷年最低水位以及長沙站出現(xiàn)最低水位時相關(guān)的水文情勢(表1)。

表1 長沙站年最低水位以及相關(guān)水文情勢統(tǒng)計(jì)Tab.1 Hydrological regime of the Xiangjiang River at the lowest water level

從表1可見，長沙站和城陵磯站歷年最低水位均出現(xiàn)在枯水期，這與三峽水庫蓄水前后最低水位變化規(guī)律一致。其中湖區(qū)出口城陵磯站最低水位略呈抬高趨勢；而長沙站最低水位呈下降趨勢，尤其是2003年后，歷年最低水位均在25.5 m以下，2009—2011年長沙站最低水位甚至低于25 m，一再創(chuàng)下新低。

從長沙站年最低水位出現(xiàn)時相關(guān)水文情勢看，僅2002年和2012年長沙站和城陵磯站最低水位出現(xiàn)時間基本一致，而長沙站最低水位與湘潭站最小流量出現(xiàn)時間有65%一致。當(dāng)湘潭站年最小流量遭遇城陵磯站水位低于23.0 m時，長沙站出現(xiàn)年最低水位；當(dāng)湘潭站年最小流量遭遇城陵磯水位高于23.0 m時，受洞庭湖區(qū)水位頂托的影響，長沙站不會出現(xiàn)年最低水位。說明長沙站最低水位主要受上游湘潭站來流控制，但也受城陵磯水位的影響。

三峽水庫蓄水后城陵磯站最低水位和枯季水位均略呈抬高趨勢，在相同河床以及湘潭來流條件下，其水位抬高對緩解長沙段的旱情是有利的，而不會降低長沙站的水位。因此，三峽水庫蓄水以來，長沙站水位連創(chuàng)新低與三峽水庫蓄水運(yùn)行無直接關(guān)系，湘江干流樞紐運(yùn)行以及長沙段人為采沙引起河床下切才是長沙站最低水位連創(chuàng)新低的主要原因。

5 結(jié) 語

(1)湘江株洲以下河段處于湘江尾閭，受湘江來水、長江來水以及洞庭湖區(qū)水位頂托多重影響，洞庭湖區(qū)湘江航道水文特征與一般的天然河流有較大區(qū)別?？菁竞^(qū)湘江航道水位主要與湘江來水相呼應(yīng)，洪季洞庭湖區(qū)湘江航道具有明顯滯流現(xiàn)象，水面比降平緩，水位過程形態(tài)主要與長江來水過程相呼應(yīng)。

(2)三峽水庫蓄水后，城陵磯枯季月均水位略呈抬高趨勢，洪季月均水位呈明顯降低趨勢。長沙站洪枯季均呈降低趨勢，枯季月均水位下降主要是由河床地形下切引起，而洪季月均水位下降則主要與湘江長沙上游樞紐以及長江三峽水庫蓄水運(yùn)行有關(guān)。

(3)三峽水庫蓄水后城陵磯站最低水位和枯季水位均略呈抬高趨勢，湖區(qū)出口水位抬高有利于緩解長沙段的旱情。因此，三峽水庫蓄水以來，長沙站水位連創(chuàng)新低與三峽水庫蓄水運(yùn)行無直接關(guān)系，湘江干流樞紐運(yùn)行以及長沙段人為采沙引起河床下切才是長沙站最低水位連創(chuàng)新低的主要原因。

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