朱玲玲，羅龍洪，曹 雙

（1.長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局，湖北武漢 430010；2.江蘇省水利工程規(guī)劃辦公室，江蘇南京 210029；3.長(zhǎng)江下游水文水資源勘測(cè)局，江蘇南京 210011）

長(zhǎng)江干流自三峽水庫(kù)以上稱為上游，自三峽水庫(kù)往下至鄱陽(yáng)湖湖口稱為中游，湖口至長(zhǎng)江口為下游，其中湖口至大通為徑流作用河段，大通以下為感潮河段。自然條件下，大通以下的水沙主要來(lái)自于長(zhǎng)江上游，1950—2000年宜昌站多年平均年徑流量占大通站的比例接近5成，年輸沙量更是超過(guò)大通站。三峽水庫(kù)運(yùn)行后，基本截?cái)嗔碎L(zhǎng)江中下游的泥沙來(lái)源，同時(shí)對(duì)長(zhǎng)江上游的徑流過(guò)程具有較強(qiáng)的調(diào)控作用［1］，中下游河道在水沙雙重變化的條件下，河床沖淤調(diào)整在所難免。三峽工程論證階段專家認(rèn)為，三峽水庫(kù)建設(shè)對(duì)中下游河道河床沖淤調(diào)整的影響范圍大致在湖口附近，最遠(yuǎn)可達(dá)大通附近，因此關(guān)于長(zhǎng)江中下游河道沖淤的預(yù)測(cè)計(jì)算范圍一般為宜昌至大通河段［2］。然而，三峽水庫(kù)2003年蓄水后10年，長(zhǎng)江中下游河床發(fā)生了長(zhǎng)距離且較預(yù)測(cè)發(fā)展更快、強(qiáng)度更大的沖刷［3］。尤其是自2010年開(kāi)始，金沙江中游、下游大型水利水電工程陸續(xù)建成運(yùn)行，三峽水庫(kù)入庫(kù)、出庫(kù)的水沙條件進(jìn)一步發(fā)生改變［4］，宜昌站2011—2021年輸沙量均值相較于三峽水庫(kù)蓄水前減少幅度超過(guò)95%，長(zhǎng)江中游河道整體的沖刷強(qiáng)度明顯增大，長(zhǎng)江下游2001年以來(lái)的觀測(cè)資料顯示，自湖口至徐六涇均呈沖刷狀態(tài)［5］。以往關(guān)于三峽及以上梯級(jí)水庫(kù)群運(yùn)行后，下游河道的沖淤調(diào)整關(guān)注重點(diǎn)主要集中在大通以上河段，對(duì)于大通以下河段沖刷沖淤特征的分析尚不多見(jiàn)。本文基于近20年大通至江陰河段的水文、泥沙、固定斷面及水下地形等觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)大通至江陰河段的水沙條件、河床沖淤量開(kāi)展分析計(jì)算，以期為長(zhǎng)江下游河道的綜合規(guī)劃治理及保護(hù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

本研究以長(zhǎng)江下游大通至江陰河段為對(duì)象，采用大通站水文泥沙、大通至江陰河段地形及固定斷面觀測(cè)資料。其中，大通站位于研究區(qū)域入口，控制著大通至江陰河段的徑流水沙條件，分析時(shí)段為1981—2021年，根據(jù)地形資料情況劃分為1981—2000年和2001—2021年各歷時(shí)約20年的2個(gè)時(shí)段，2001—2021年各小時(shí)段的劃分主要依據(jù)觀測(cè)資料的時(shí)間序列。地形和固定斷面資料主要用于分級(jí)計(jì)算河床沖淤量。長(zhǎng)江下游大通至江陰段全長(zhǎng)約452.8 km（含大通河段），根據(jù)河道形態(tài)特征，可以劃分為大通、銅陵、黑沙洲、蕪裕、馬鞍山、南京、鎮(zhèn)揚(yáng)和揚(yáng)中等8個(gè)河段，采用斷面法計(jì)算各河段洪水河槽、平灘河槽和枯水河槽2001—2021年的河床沖淤量。文中河床沖淤量的統(tǒng)計(jì)時(shí)段如2001—2006年實(shí)際是指2001年10月至2006年10月，僅2021年為汛前4月。

2 大通站水沙變化

水沙條件改變是引起河床沖淤的動(dòng)力和物質(zhì)因素，大通站位于大通至江陰河段進(jìn)口，可以代表研究河段的水沙條件變化。1981年以來(lái)大通站年徑流量和年輸沙量逐年變化過(guò)程如圖1，其中1998年徑流量最大，為12 440億m3，年徑流量以周期性波動(dòng)變化為主，無(wú)明顯的趨勢(shì)性調(diào)整，1981—2000年和2001—2021年2個(gè)時(shí)段，大通站多年平均年徑流量大致相當(dāng)，后者略偏小2.0%。三峽水庫(kù)蓄水后以2007—2011年徑流量均值為最小，其中2011年是1981年以來(lái)，年徑流量最小的年份，僅6 671億m3，時(shí)段平均年徑流量為7 933億m3，較之1981—2000年偏小12.4%。此后，大通站徑流持續(xù)恢復(fù)，至2017—2021年間，其時(shí)段平均年徑流量增至9 669億m3，較之1981—2000年偏大6.8%。同時(shí)，從年內(nèi)的徑流過(guò)程來(lái)看，1981—2000年期間，大通站年內(nèi)超過(guò)平灘45 000 m3/s以上的出現(xiàn)歷時(shí)較2001—2021年偏大，尤其是60 000 m3/s以上洪水歷時(shí)偏大近1倍。30 000～45 000 m3/s中水持續(xù)時(shí)間變化較小，10 000～30 000 m3/s中低水持續(xù)時(shí)間明顯延長(zhǎng)，年均延長(zhǎng)34 d，小于10 000 m3/s持續(xù)時(shí)間明顯縮短，自2007年起日均不再出現(xiàn)小于10 000 m3/s的流量。

圖1 1981—2021年大通站逐年徑流量、年輸沙量變化

大通站輸沙變化相對(duì)劇烈（表1），1981年以來(lái)就開(kāi)始出現(xiàn)輸沙減少的趨勢(shì)，統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)年最大輸沙量為1981年的5.37億t，年最小輸沙量為2011年的0.718億t。1981—2000年和2001—2021年的年輸沙量均值分別為3.82億t和1.46億t，后者偏少61.8%，年均含沙量由0.422 kg/m3下降至0.165 kg/m3。尤其是2017—2021年，在徑流量整體偏豐的背景下，年輸沙量均值下降至1.18億t，相較于1981—2000年下降69.1%，含沙量均值減小至0.122 kg/m3，相較于2001—2006年偏小48.1%。可見(jiàn)，近20年受長(zhǎng)江上游及其他流域大型控制性水利樞紐工程建設(shè)運(yùn)行的影響，大通站的輸沙量持續(xù)減少，含沙量大幅減小，進(jìn)而對(duì)河床沖淤產(chǎn)生顯著影響。

表1 南京站降水量變化趨勢(shì)分析

3 河床沖淤變化

在三峽水庫(kù)蓄水前的1975—2001年歷時(shí)26年的時(shí)間里，大通至江陰河段平灘河槽累計(jì)沖刷0.515億m3［5］，年均沖刷量為0.020億m3/a。三峽水庫(kù)蓄水后，統(tǒng)計(jì)2001—2021年，在大通來(lái)流為60 000 m3/s、45 000 m3/s和10 000 m3/s（分別代表洪水河槽、平灘河槽和枯水河槽）的水面線下，大通至江陰河段分別累計(jì)沖刷14.2億m3、12.5億m3和11.3億m3（表2），平灘河槽年均沖刷量為0.625億m3/a，是蓄水前的30多倍?？梢?jiàn)，三峽水庫(kù)蓄水后，長(zhǎng)江下游大通至江陰河段河床的年均沖刷強(qiáng)度明顯加大，主要與水流含沙量大幅減小有關(guān)。

表2 2001—2021年大通至江陰河段不同水位下河槽沖淤量

3.1 平面分布

從平面分布來(lái)看，河床沖刷呈現(xiàn)“灘槽均沖”的分布特征，其中高灘部分沖刷量（洪水河槽與平灘河槽沖刷量差值）為1.7億m3，中低灘部分沖刷量（平灘河槽與枯水河槽沖刷量差值）為1.2億m3，高中低灘累積沖刷2.9億m3，占洪水河槽沖刷總量的20.4%，灘體的累積沖刷量和占比明顯地大于長(zhǎng)江中游宜昌至湖口河段的不足8%［5］。各河段灘體沖刷量占比在1.8%～42.8%之間不等，其中馬鞍山河段最小，黑沙洲河段最大。相較于長(zhǎng)江中游段，一方面大通以下長(zhǎng)江下游干流河道的河寬較為發(fā)育，分布有大量的規(guī)模不一的灘體，具有典型的多分汊屬性；另一方面，長(zhǎng)江中游典型的中低灘體目前基本已實(shí)施護(hù)灘工程，因而下游河道的灘體沖刷特征更為明顯。

3.2 沿程分布

從沿程分布來(lái)看，長(zhǎng)江干流安徽境內(nèi)的大通、銅陵、黑沙洲、蕪裕、馬鞍山河段總河長(zhǎng)為195.5 km，占大通至江陰總長(zhǎng)的43.2%，其洪水河槽、平灘河槽和枯水河槽沖刷量占大通至江陰段總沖刷量的比例分別為46.9%、42.5%和34.7%。江蘇境內(nèi)的南京、鎮(zhèn)揚(yáng)和揚(yáng)中河段總河長(zhǎng)為257.3 km，占大通至江陰總長(zhǎng)的56.8%，其洪水河槽、平灘河槽和枯水河槽沖刷量占大通至江陰段總沖刷量的比例分別為53.1%、57.5%和65.3%?？梢?jiàn)，安徽境內(nèi)干流河道的灘體沖刷較之江蘇境內(nèi)的更為明顯，枯水河槽的沖刷南京以下河段強(qiáng)度偏大。

3.3 沿時(shí)分布

從沖刷發(fā)展過(guò)程來(lái)看，前10年，洪水河槽、平灘河槽和枯水河槽河床沖刷量占總量的比例分別為44.6%、43.3%和41.4%，近10年，三級(jí)河槽沖刷量占總量的比例分別為55.4%、56.7%和58.6%，河床沖刷強(qiáng)度呈發(fā)展的態(tài)勢(shì)。再?gòu)?年時(shí)間尺度的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，前3個(gè)5年內(nèi)，沿程都還呈現(xiàn)一定的沖淤交替的分布特征，如2001—2006年期間，上段銅陵和黑沙洲河段的沖刷強(qiáng)度最大，其下游的蕪裕、馬鞍山、南京和鎮(zhèn)揚(yáng)河段有所淤積或少量沖刷；2006—2011年期間，上段前期沖刷強(qiáng)度偏大的銅陵和黑沙洲河段進(jìn)入沖刷間歇期，前期沖刷較少的蕪裕、南京、鎮(zhèn)揚(yáng)和揚(yáng)中河段沖刷強(qiáng)度加大；2011—2016年期間，沿程又呈現(xiàn)出沖淤交替式分布特征。近5年，來(lái)流量顯著增大，但含沙量仍持續(xù)下降，水流沖刷強(qiáng)度加大，大通至江陰沿程各河段均呈現(xiàn)沖刷狀態(tài)，是河段整體沖刷強(qiáng)度最大的時(shí)期，但仍然有上段偏大、下段偏小的交替發(fā)展特征。

綜上可見(jiàn)，長(zhǎng)江下游大通至江陰段自2001年以來(lái)的強(qiáng)沖刷狀態(tài)是十分明顯的，其主要原因在于大通以上來(lái)流的含沙量大幅減小，高強(qiáng)度的次飽和水流要不斷地從河床沖起泥沙攜帶輸移。同時(shí)，下游河道河床的沖刷發(fā)展具有一定的沖積河流屬性，在時(shí)空發(fā)展過(guò)程中，都有一定的交替式特征。上游沖多，下游就淤積或者沖少，如2001—2006年期間。上一時(shí)段沖多，下一時(shí)段就可能少，反之亦然，如2006—2011年期間，大通站含沙量相較于2001—2006年進(jìn)一步減小，且前期沖刷量相對(duì)偏少，盡管年內(nèi)45 000 m3/s以上高水持續(xù)時(shí)間偏短，但這一時(shí)期的洪水河槽和中高灘的沖刷量都明顯比2001—2006年偏大。再對(duì)比2006—2011年和2016—2021年，2個(gè)時(shí)段內(nèi)大通站的含沙量和45 000 m3/s以上高水持續(xù)時(shí)間均基本相當(dāng)，前一時(shí)段灘體沖刷1.22億t，后一時(shí)段灘體就基本處于微沖狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）2001—2021年，長(zhǎng)江下游大通站徑流量相較于1980—2000年變化較小，輸沙量減少61.8%，尤其是在金沙江中游和下游梯級(jí)水庫(kù)陸續(xù)建成運(yùn)行后，大通站的含沙量進(jìn)一步減小，2017—2021年均值相較于2001—2006年再度下降近50%。

（2）受來(lái)沙減少的影響，長(zhǎng)江下游大通至江陰河段2001—2021年各級(jí)河槽均出現(xiàn)沖刷，平灘河槽累計(jì)沖刷12.5億m3，年均沖刷量較1975—2001年偏大30多倍。

（3）2001—2021年期間，長(zhǎng)江下游大通至江陰河段呈“灘槽均沖”的態(tài)勢(shì)，且灘體沖刷量的占比明顯高于長(zhǎng)江中游河段。河床沿程和沿時(shí)沖淤都具有交替式發(fā)展的特征，并逐漸由沖淤交替發(fā)展為全程沖刷，整體沖刷強(qiáng)度呈增大趨勢(shì)。