葛 華，朱玲玲，張細(xì)兵

（1.長(zhǎng)江科學(xué)院，湖北 武漢 430010；2.長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局，湖北 武漢 430010）

1 問(wèn)題的提出

長(zhǎng)江中游荊江河段通過(guò)松滋口、太平口和藕池口三口分流匯入洞庭湖，又在荊江河段出口城陵磯接納洞庭湖出湖水流。一方面長(zhǎng)江上游的來(lái)水及荊江河段的水位流量變化對(duì)三口分流分沙產(chǎn)生復(fù)雜的影響，另一方面城陵磯水位的變化又對(duì)洞庭湖出流形成不同的頂托作用，多種因素相互作用下構(gòu)成復(fù)雜的江湖關(guān)系 （見圖1）。自2003年6月以來(lái)，三峽水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)用改變了荊江河段的來(lái)水來(lái)沙條件，使其年內(nèi)徑流過(guò)程發(fā)生了重大變化，對(duì)荊江河段的河床沖淤產(chǎn)生了顯著的影響，從而使荊江—洞庭湖的江湖關(guān)系變得更為復(fù)雜。因此，針對(duì)荊江三口分流分沙的變化規(guī)律，特別是三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用以來(lái)的變化規(guī)律及其影響已開展了大量的研究［1－5］，這些研究多數(shù)針對(duì)多年來(lái)的分流分沙變化規(guī)律及三峽水庫(kù)運(yùn)行后荊江河段沖刷及汛后蓄水對(duì)三口分流分沙的影響而開展。然而，自2008年三峽水庫(kù)試驗(yàn)性蓄水以來(lái)，為減輕荊江河段及荊南四河的防洪壓力，2009—2012年三峽水庫(kù)在汛期實(shí)施了防洪運(yùn)用，進(jìn)行了中小洪水調(diào)度，從而使得三峽水庫(kù)在汛期也對(duì)洞庭湖的吞吐水量產(chǎn)生明顯影響。本文以江湖河網(wǎng)水流數(shù)學(xué)模型為技術(shù)手段，以三峽水庫(kù)日均入庫(kù)與出庫(kù)流量為邊界條件，計(jì)算分析了三峽水庫(kù)中小洪水調(diào)度對(duì)洞庭湖汛期吞吐水量及長(zhǎng)江干流與洞庭湖區(qū)水位變化的影響，以期為三峽水庫(kù)的優(yōu)化調(diào)度以及江湖防洪減災(zāi)提供一定的技術(shù)支撐。

2 江湖河網(wǎng)水流數(shù)學(xué)模型建立與驗(yàn)證

本文所建立的江湖河網(wǎng)水流數(shù)學(xué)模型以長(zhǎng)江干流宜昌—螺山河段以及洞庭湖區(qū)為計(jì)算河段范圍 （見圖1），計(jì)算河段范圍內(nèi)共概化了63個(gè)汊點(diǎn)、87個(gè)計(jì)算河段和3 726個(gè)計(jì)算斷面，計(jì)算斷面平均間距約440m。數(shù)學(xué)模型的求解采用汊點(diǎn)分組解法［6］，共劃分為5組汊點(diǎn)。

數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證時(shí)，長(zhǎng)江干流采用2006年汛后實(shí)測(cè)地形，洞庭湖區(qū)采用2011年實(shí)測(cè)地形。驗(yàn)證計(jì)算時(shí)段為2006年1月1日至2009年12月31日，干支流流量邊界控制水文站為：長(zhǎng)江干流進(jìn)口為宜昌站，清江入?yún)R為高壩洲站，湘江、資水、沅江和澧水入?yún)R分別為湘潭、桃江、桃源、石門站，模型的出口水位邊界通過(guò)螺山站實(shí)測(cè)水位控制。

圖2為長(zhǎng)江干流及洞庭湖區(qū)典型水文站水位流量關(guān)系驗(yàn)證成果圖。從圖2中可以看出，計(jì)算水位流量關(guān)系與實(shí)測(cè)值基本一致，模型能夠較好地反映計(jì)算河段水力特征關(guān)系。圖3為荊江三口分流量與長(zhǎng)江干流水位相關(guān)關(guān)系驗(yàn)證成果圖。從圖3中可以看出，荊江三口計(jì)算分流比與實(shí)測(cè)值符合較好，能夠較好地模擬荊江三口的分流過(guò)程及分流能力?？傮w來(lái)看，數(shù)學(xué)模型計(jì)算精度較高，能夠較好地模擬計(jì)算河段的水流運(yùn)動(dòng)特征。

圖1 研究河段范圍示意圖

圖2 長(zhǎng)江干流及洞庭湖區(qū)典型水文站水位流量關(guān)系驗(yàn)證成果圖

圖3 荊江三口分流量與長(zhǎng)江干流水位相關(guān)關(guān)系驗(yàn)證成果圖

3 三峽水庫(kù)中小洪水調(diào)度對(duì)洞庭湖吞吐水量的計(jì)算分析

3.1 計(jì)算邊界條件

三峽水庫(kù)自2008年試驗(yàn)性蓄水以來(lái)，在2009—2012年汛期都進(jìn)行了中小洪水的調(diào)度。其中2009年汛期控泄出庫(kù)流量39 000m3／s；2010年對(duì)3次入庫(kù)流量大于50 000 m3／s的洪水，最大下泄流量均按40 000m3／s左右控制；2011年實(shí)施4次中小洪水調(diào)度，累計(jì)攔蓄洪量247.16億m3；2012年實(shí)施中小洪水調(diào)度共4次，最大下泄流量44 100m3／s。針對(duì)以上實(shí)際情況，本文進(jìn)行三峽水庫(kù)中小洪水調(diào)度對(duì)洞庭湖吞吐水量影響的分析計(jì)算時(shí)段確定為2009年1月1日至2012年12月31日。進(jìn)行對(duì)比分析計(jì)算時(shí)共分為2個(gè)工況進(jìn)行，其中工況1采用三峽入庫(kù)流量過(guò)程作為模型進(jìn)口邊界條件，工況2則采用三峽出庫(kù)流量過(guò)程作為模型進(jìn)口邊界條件。通過(guò)對(duì)2個(gè)工況計(jì)算成果的對(duì)比分析，對(duì)三峽水庫(kù)中小洪水調(diào)度對(duì)洞庭湖吞吐水量的影響進(jìn)行研究。三峽入庫(kù)和出庫(kù)水流過(guò)程見圖4。計(jì)算時(shí)，清江及洞庭湖四水流量則統(tǒng)一采用計(jì)算時(shí)段內(nèi)實(shí)測(cè)日均流量，下邊界采用螺山站2009—2012年實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系控制 （見圖5），計(jì)算地形與驗(yàn)證計(jì)算相同。

圖4 2009—2012年三峽進(jìn)出庫(kù)流量過(guò)程圖

圖5 2009—2013年螺山站水位流量關(guān)系圖

3.2 計(jì)算成果分析

2009—2012年汛期三峽水庫(kù)調(diào)度前后洞庭湖進(jìn)、出口的逐日流量過(guò)程對(duì)比見圖6，三峽水庫(kù)進(jìn)行中小洪水調(diào)度期間對(duì)洞庭湖吞吐水量影響計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)情況見表1。其中，洞庭湖吞入水量以荊江三口控制站的統(tǒng)計(jì)值為依據(jù)，吐出水量則以七里山站統(tǒng)計(jì)值為依據(jù)。從表1可以看出，2009—2012年三峽水庫(kù)進(jìn)行中小洪水調(diào)度期間，三峽水庫(kù)攔蓄洪水量約占調(diào)度期間洪水來(lái)量的26.9%～33.7%，下泄洪水量有大幅度的消減。三峽入庫(kù)洪水經(jīng)過(guò)攔蓄后，長(zhǎng)江中游荊江三口分洪水量也相應(yīng)地大幅度減少，其中以藕池口的分洪減少幅度最大，為33.8%～47.4%，是三峽水庫(kù)攔洪幅度的1.3～1.4倍，松滋口和太平口的分洪減少幅度則基本與三峽攔洪幅度相當(dāng)。

從三峽水庫(kù)進(jìn)行中小洪水調(diào)度后洞庭湖匯入長(zhǎng)江水量變化來(lái)看，盡管在三峽水庫(kù)進(jìn)行中小洪水調(diào)度期間洞庭湖的吞入水量有所減少，但受長(zhǎng)江干流洪量減少、洪水位降低影響，洞庭湖的出流條件好轉(zhuǎn)，受長(zhǎng)江干流頂托作用降低，因此洞庭湖出湖水量有大幅度增加，增加幅度為45.7%～119.6%。

表1 三峽水庫(kù)中小洪水調(diào)度期間攔蓄幅度及洞庭湖吞吐水量變化表 %

圖6 三峽水庫(kù)調(diào)度前后洞庭湖進(jìn)、出口的逐日流量過(guò)程對(duì)比圖

圖7為2009—2012年汛期三峽水庫(kù)調(diào)度前后洞庭湖進(jìn)、出口的逐日水位過(guò)程對(duì)比圖，表2為三峽水庫(kù)進(jìn)行中小洪水調(diào)度期間長(zhǎng)江干流及洞庭湖區(qū)部分控制站洪水位變化的平均值表。從表2可以看出，三峽水庫(kù)進(jìn)行中小洪水調(diào)度后，長(zhǎng)江荊江河段干流水位有大幅的降低，離三峽水庫(kù)越近，水位降幅就越大，枝城、沙市、蓮花塘站的水位降幅分別為1.54～2.44，1.42～2.27，0.52～1.24m。與此同時(shí)，由于三口分流量減少、長(zhǎng)江干頂托作用降低，洞庭湖區(qū)的水位也有所降低，石龜山、三岔河和楊柳譚站的水位降幅分別為0.69～1.08，0.44～0.85，0.22～0.76m。

表2 三峽水庫(kù)中小洪水調(diào)度期間長(zhǎng)江干流及洞庭湖區(qū)水位變化表

4 結(jié) 語(yǔ)

文章以江湖河網(wǎng)水流數(shù)學(xué)模型為技術(shù)手段，以三峽水庫(kù)入庫(kù)與出庫(kù)日均流量為邊界條件，計(jì)算分析了三峽水庫(kù)中小洪水調(diào)度對(duì)洞庭湖汛期吞吐水量的影響及長(zhǎng)江干流與洞庭湖區(qū)水位變化，計(jì)算分析主要結(jié)論如下：

（1）三峽水庫(kù)進(jìn)行中小洪水調(diào)度后，荊江三口分流量有一定幅度的降低，其中以藕池口分洪減少幅度最大，是三峽水庫(kù)攔洪幅度的1.3～1.4倍，松滋口和太平口的分洪減少幅度則基本與三峽攔洪幅度相當(dāng)。同時(shí)，受長(zhǎng)江干流洪量減少、洪水位降低影響，三峽水庫(kù)進(jìn)行中小洪水調(diào)度后洞庭湖洪水期的出流條件好轉(zhuǎn)，因此出湖水量大幅度的增加，能有效降低洞庭湖防洪壓力。

（2）三峽水庫(kù)進(jìn)行中小洪水調(diào)度后，長(zhǎng)江荊江河段干流水位有大幅的降低，離三峽水庫(kù)越近，水位降幅就越大。同時(shí)，洞庭湖區(qū)的水位也有所降低，能夠有效緩解荊江及洞庭湖區(qū)的防洪壓力。

圖7 三峽水庫(kù)調(diào)度前后洞庭湖進(jìn)、出口的逐日水位過(guò)程對(duì)比圖

［1］許全喜，胡功宇，袁晶.近50年來(lái)荊江三口分流分沙變化研究 ［J］.泥沙研究，2009 （5）：1－8.

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