章廣越 談廣鳴 張為 李明 尹志 李清韜

摘要：大型水庫的修建引起壩下游的水位調(diào)整，進(jìn)而對河勢、航運(yùn)、防洪及生態(tài)等產(chǎn)生顯著影響。為探究漢口—九江河段水位變化特征及成因，采用M-K分析法分析1988—2022年漢口、黃石港和九江站的水位變化趨勢，并使用基于距平殘差的水位變幅分析方法和一維水動(dòng)力模型，分析河道沖淤、下游水位和阻力變化對不同特征流量下水位變化的影響。研究結(jié)果表明：① 三峽成庫前，除九江站枯水位呈顯著性下降趨勢，各級流量下的水位均沒有顯著性變化趨勢。② 三峽成庫后，九江站的水位變化趨勢與建庫前相同;漢口站、黃石港站在12 000 m3/s和20 000 m3/s下的水位呈顯著性下降趨勢，12 000 m3/s時(shí)降幅分別為0.072、0.045 m/a，20 000 m3/s時(shí)降幅分別為0.048、0.027 m/a;水位變化的臨界轉(zhuǎn)換流量約為30 000 m3/s，在該流量附近水位未出現(xiàn)明顯變化;當(dāng)流量大于30 000 m3/s時(shí)，水位呈非顯著性上升趨勢，45 000 m3/s下的升幅分別為0.037、0.049 m/a。③ 臨界轉(zhuǎn)換流量以下水位下降的主導(dǎo)作用為河道沖刷，臨界流量附近的水位未出現(xiàn)明顯變化源于阻力增大作用接近抵消了河道沖刷的影響，臨界轉(zhuǎn)換流量以上的水位上升源于阻力增大作用更加明顯，個(gè)別年份的洪水位上升顯著源于下游水位頂托作用明顯。

關(guān)鍵詞：水位變化;水位—流量關(guān)系;河道阻力;M-K分析法;漢口—九江河段;三峽水庫

中圖分類號：TV121.4??文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A??文章編號：1001-6791（2024）01-0085-13

大型水庫的修建往往會改變水庫下游的水沙時(shí)空分布過程從而打破流域原有的穩(wěn)定性，造成壩下游的水位產(chǎn)生相應(yīng)的改變，進(jìn)而對河勢、航運(yùn)、防洪及生態(tài)等產(chǎn)生影響。尼羅河阿斯旺大壩、科羅拉多河哥倫峽大壩、密蘇里河福特佩克大壩等建成后，下游河道因?yàn)楹哟蚕虑衅毡槌霈F(xiàn)了水位下降和水面比降變緩的現(xiàn)象［1-3］;漢江丹江口水庫蓄水后，下游黃家港、襄陽、皇莊等水文站中低水水位降低，但高水水位出現(xiàn)了抬升，尤其是皇莊—大同河段的局部工程建設(shè)引起皇莊站2016—2017年較2000—2015年高水位抬高約1.47 m［4-5］;黃河小浪底水庫蓄水后，花園口河段河床下切3.44 m，但由于河床粗化促進(jìn)了更大沙丘的發(fā)展進(jìn)而增加了河道阻力，使得大于6 100 m3/s的洪水位產(chǎn)生了不同程度的升高［6］。綜上，不同河流不同河段的壩下游水位變化表現(xiàn)出巨大的差異性。

長江是世界上內(nèi)河運(yùn)輸最繁忙、運(yùn)量最大的通航河流，其枯水位變化決定著航道條件的優(yōu)劣和取用水的安全，洪水位變化則是防洪關(guān)注的重點(diǎn)。目前針對枯水位變化，已有的研究均一致認(rèn)為上游來沙持續(xù)減少疊加三峽水庫的攔沙作用導(dǎo)致下游河道產(chǎn)生了劇烈沖刷，各水文站同流量下的水位產(chǎn)生了不同程度的降低;針對洪水位變化，已有的研究普遍認(rèn)為洪水位沒有顯著性的變化趨勢，主要原因是河道阻力增大效應(yīng)與河道主槽沖刷效應(yīng)接近［7-10］。但是，水位的變化并不是間斷式的調(diào)整過程，隨著流量的增大，枯水位表現(xiàn)出的下降趨勢肯定在某一流量級下發(fā)生了轉(zhuǎn)變，相關(guān)學(xué)者［7，11-12］的研究雖然提到了該臨界轉(zhuǎn)換流量的存在，但并沒有對其進(jìn)行識別，李義天等［10］通過三峽水庫蓄水后漢口站早期的逐年水位—流量關(guān)系套匯確定了漢口站的臨界轉(zhuǎn)換流量在30 000 m3/s左右，但并未對其成因做出定量解釋。此外，對于不同流量級下的水位變化成因，柴元方等［12］雖然定量識別了荊江河段的洪枯水位變化成因，但針對螺山以下河段不同流量級下的水位變化成因仍需進(jìn)一步闡明。

本文以漢口—九江河段（以下簡稱漢九河段）為例，使用最新的水文數(shù)據(jù)識別水位變化的臨界轉(zhuǎn)換流量，探究臨界轉(zhuǎn)換流量的成因，并利用分離變量法定量闡明河道沖淤、下游水位和河道阻力變化對洪水、中水及枯水不同流量級下水位變化的影響。該研究可以為水位調(diào)整趨勢預(yù)測和航運(yùn)、防洪等對策的制定提供參考。

1 數(shù)據(jù)及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)概況

漢口站和九江站為漢九河段進(jìn)出口的重要控制水文站，黃石港水位站位于漢九河段中部，距漢口站約126 km（圖1）。收集了1988—2022年漢口站、九江站的逐日平均水位、流量數(shù)據(jù)，1991—2022年黃石港站的逐日水位數(shù)據(jù)和2004年、2008年、2013年、2020年漢九河段的179個(gè)實(shí)測固定斷面資料，上述資料均來源于水利部長江水利委員會水文局。鑒于三峽水庫于2003年開始蓄水，因此將2003年作為分界年，對成庫前后水位變化進(jìn)行研究。三峽水庫于2008年開始進(jìn)行175 m實(shí)驗(yàn)性蓄水［13-14］，于2013年開始受梯級水庫群蓄水影響，文中將2008年和2013年作為劃分時(shí)間節(jié)點(diǎn)。高程系統(tǒng)均采用85高程基準(zhǔn)。

1.2 研究方法

1.2.1 天然狀態(tài)水位變化趨勢分析

Mann-Kendall（以下簡稱M-K）檢驗(yàn)法［15］是水文要素趨勢分析較好的工具，優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布。本文采用非參數(shù)M-K檢驗(yàn)法對水文站的水位時(shí)間序列進(jìn)行趨勢分析，定量反映變化趨勢的顯著性。趨勢的變化由統(tǒng)計(jì)值Z判斷，若Z＞0，表明序列呈上升趨勢，反之為下降趨勢。給定顯著性水平α=0.05，相應(yīng)Z1-α/2=±1. 96，如果|Z|＞1.96，則認(rèn)為水文序列變化趨勢顯著。衡量趨勢大小的指標(biāo)還有Kendall傾斜度（β），表示單位時(shí)間內(nèi)的變化量，β＞0表示上升，β＜0為下降，β值的大小代表平均變化率。

1.2.2 水位—流量關(guān)系分析

（1） 單值型水位—流量關(guān)系在工程實(shí)踐中應(yīng)用最廣泛的形式為［16］

Z=aQb+Z0（1）

式中：Z0為零流量時(shí)的水位，m;Z為水位，m;Q為流量，m3/s;a、b為待定參數(shù)。式（1）基于恒定均勻流得到，其優(yōu)點(diǎn)在于可通過最小二乘法便捷確定參數(shù)，流量和水位之間可雙向換算;其缺點(diǎn)在于恒定均勻流的假定與天然情況不符，對于明顯受回水影響的河段，流量與相應(yīng)水位不能呈密集帶狀分布，用單值型水位—流量關(guān)系表示可能存在較大誤差。

（2） 多值型水位—流量關(guān)系基于恒定漸變流，考慮了河段內(nèi)的回水影響，本文采用孫昭華等［16］提出的考慮回水影響的河道水位—流量關(guān)系：

式中：Zu、Zd分別為進(jìn)口、出口水位，m;a′、b′為待定參數(shù)，可通過Q、Zu和Zd的長系列日均資料共同率定。式（2）的優(yōu)點(diǎn)在于，可以剔除研究河段出口端下游的回水影響，與式（1）相比較可以得到具體的回水影響程度。

1.2.3 基于距平殘差的水位變幅分析方法

該方法以水位—流量關(guān)系回歸曲線為基礎(chǔ)，以同一特征流量下實(shí)際水位相對多年平均回歸曲線的差值形成的水位殘差時(shí)間序列來定量反映水位的時(shí)間變化特點(diǎn)。相較于直接通過水位—流量關(guān)系計(jì)算水位變幅，所需步驟更少，結(jié)果更加直觀。

水位殘差時(shí)間序列計(jì)算公式可描述為：

1.2.4 一維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型

一維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型理論基礎(chǔ)及數(shù)值離散格式均較為成熟［17］，其基本控制方程為圣維南方程組：

2 水位變化特征分析

2.1 三峽成庫前后水位—流量關(guān)系對比

參考文獻(xiàn)［8］，選取12 000、20 000、30 000、45 000 m3/s分別作為枯水、中低水、中高水、洪水的特征流量（指能反映某流量級的典型流量）。點(diǎn)繪三峽成庫前后漢口站、黃石港站和九江站的水位—流量關(guān)系散點(diǎn)并擬合單值型水位—流量關(guān)系曲線如圖2所示，可以看出枯水流量下，各站蓄水后的散點(diǎn)波動(dòng)范圍有較為明顯的降低，說明同流量下枯水位下降明顯;中水流量下，各站流量較小時(shí)蓄水后的散點(diǎn)波動(dòng)范圍有所降低，流量較大時(shí)蓄水后的散點(diǎn)波動(dòng)范圍基本與蓄水前重合，說明水位降幅隨著流量增加而逐漸減小;洪水流量下，蓄水后的散點(diǎn)波動(dòng)范圍基本與蓄水前重合，但漢口站和黃石港站上邊界的波動(dòng)范圍超出了蓄水前的波動(dòng)范圍，說明漢口站和黃石港站部分年份的洪水位有所上升。

2.2 水位變化趨勢

為分析漢九河段的水位變化趨勢，選取4個(gè)特征流量對三峽建庫前后漢口站、黃石港站和九江站的水位進(jìn)行單變量M-K趨勢分析。統(tǒng)計(jì)量值結(jié)果見表1。由于各年份在同一流量有多個(gè)數(shù)據(jù)且對應(yīng)不同水位，某些年份缺少所選流量數(shù)據(jù)，為了確保各個(gè)年份所選流量對應(yīng)水位的準(zhǔn)確及完整，在趨勢分析中各年均采用典型流量±5%范圍內(nèi)的水位平均值進(jìn)行研究;對于某些年份缺少的水位、流量數(shù)據(jù)，采用水位—流量關(guān)系插值確定。

從表1可以看出，三峽水庫蓄水前后各級流量下的水位呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。三峽水庫蓄水前（1988—2002年），除九江站枯水位表現(xiàn)為顯著性下降趨勢，3站在各級流量下|Z|均小于1.96，呈非顯著性變化趨勢。三峽水庫蓄水后（2003—2022年），九江站的水位變化趨勢與建庫前相同;漢口站、黃石港站在12 000和20 000 m3/s特征流量下Z值均小于-1.96，β值均為負(fù)，水位呈顯著性下降趨勢，12 000 m3/s下水位降幅分別為0.072、0.045 m/a，20 000 m3/s下水位降幅分別為0.048、0.027 m/a，在45 000 m3/s特征流量下Z值均小于1.96，β值均為正，水位呈非顯著性上升趨勢，升幅分別為0.037、0.049 m/a。

由上述分析可知，存在水位下降與抬升的臨界轉(zhuǎn)換流量，為確定該流量，補(bǔ)充了25 000和35 000 m3/s下的M-K趨勢分析，結(jié)果表明各站流量在30 000 m3/s時(shí)Z值以及β值均接近0，可以確定30 000 m3/s左右為水位變化的臨界轉(zhuǎn)換點(diǎn)。

3 水位變化成因分析

3.1 河道沖淤變化

采用斷面法統(tǒng)計(jì)三峽水庫蓄水至2020年漢九河段枯水河槽、基本河槽、平灘河槽和洪水河槽的沖淤量。枯水河槽、基本河槽、平灘河槽和洪水河槽分別是指當(dāng)宜昌站流量為5 000、10 000、30 000和50 000 m3/s時(shí)所對應(yīng)的水面線以下的河槽，對應(yīng)漢口站的水位為11.59、17.26、20.98和24.21 m［10，18-19］。2003—2020年，枯水河槽、基本河槽、平灘河槽和洪水河槽的累積沖刷量分別為64 089萬、63 733萬、61 315萬和63 163萬m3;其中，2014—2020年，累積沖刷量分別為42 252萬、45 011萬、45 228萬和48 447萬m3。可以看出，沖刷主要發(fā)生在枯水河槽，2013年梯級水庫蓄水后，三峽水庫的入出庫沙量較2003—2012年平均值減幅均超過65%［20］，漢九河段沖刷強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。在河道斷面圖上也可以看出，斷面主要以“U”型和“V”型為主［21］，且斷面擴(kuò)大范圍主要集中在枯水河槽，枯水河槽以上變化不大（圖3，HL13-1、HL13-4位于武漢河段，CZ87位于黃石河段，CZ105位于田家鎮(zhèn)河段）。計(jì)算平灘水位下各斷面要素的變化，平均水深增加約1.2～2.7 m。

為了研究河槽沖淤沿程分布，分別統(tǒng)計(jì)了漢口—黃石港（漢黃）河段和黃石港—九江（黃九）河段枯水河槽累積沖淤強(qiáng)度隨時(shí)間的變化關(guān)系（圖4），可以看出漢黃河段的累積沖淤強(qiáng)度明顯大于黃九河段，梯級水庫蓄水前，沖刷主要發(fā)生在漢黃河段，梯級水庫蓄水后，漢黃河段、黃九河段沖刷量分別由2013年以前的13.7萬m3/（km·a）、3.8萬m3/（km·a）增加為26.2萬m3/（km·a）、21.9萬m3/（km·a），全河段由弱沖刷階段轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)沖刷階段。

統(tǒng)計(jì)漢口站、黃石港站和九江站枯水、中低水、中高水和洪水水位的累積降幅與相應(yīng)的武漢河段、黃石河段、九江河段河槽的累積沖淤強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系，枯水和中低水水位的累積降幅與累積沖刷強(qiáng)度表現(xiàn)出較好的相關(guān)性，漢口站、黃石港站和九江站枯水位的相關(guān)系數(shù)（R2）分別由2013年以前的0.63、0.50、0.01增大為0.67、0.70、0.62，漢口站中低水位的R2由2013年以前的0.45增大為0.63;中高水和洪水水位的累積降幅與累積沖刷強(qiáng)度未表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性;說明河槽沖刷下切是三峽水庫蓄水后枯水和中低水流量下水位下降的重要原因。

3.2 下游水位變化

選取2004年、2020年分別作為建庫初期和現(xiàn)狀的代表年份，擬合漢口站、黃石港站和九江站的單值型水位—流量關(guān)系，并計(jì)算特征流量下的水位變化（表2）。可以看出，枯水流量（12 000 m3/s）下，黃石港站和九江站的水位有明顯下降，但小于漢口站的降幅，即漢口站枯水位下降是下游控制水位的降低和河道沖刷累積作用的結(jié)果，河道沖刷為主導(dǎo)因素;中水流量（30 000 m3/s）下，黃石港站和九江站的水位均變化較小，但漢口站中低水流量（20 000 m3/s）下水位降幅明顯，中高水流量下水位無明顯變化，初步分析認(rèn)為，這與漢黃河段的沖刷強(qiáng)度大于黃九河段的沖刷強(qiáng)度且沖刷主要發(fā)生在枯水河槽有關(guān)（圖3）;洪水流量（45 000 m3/s）下，漢口站、黃石港站和九江站的水位均有明顯上升，即下游水位有明顯上升時(shí)，其頂托作用對上游洪水位的升高有顯著影響。

此外，由于建庫前九江站枯水位已經(jīng)出現(xiàn)了顯著性下降，為分析其原因，根據(jù)蓄水前九江站枯水流量±5%的范圍，選取了對應(yīng)日期湖口站（鄱陽湖匯入長江控制站，九江站距離鄱陽湖入口約21 km）逐日水位、流量進(jìn)行了M-K趨勢分析，結(jié)果表明Z值為-2.91，即蓄水前湖口站的水位出現(xiàn)了顯著性降低，而湖口站與九江站的水位呈線性正相關(guān)關(guān)系［22］，持續(xù)采砂和水流沖刷等因素造成入江水道區(qū)域湖盆高程顯著下降［23-24］，也是建庫前九江站枯水位顯著性下降的主要原因。

漢口站下游約6.2 km處的鄂東北段有府、環(huán)河入泄，在約80～180 km處有倒、舉、巴、浠河等支流匯入，在約250 km處的九江站下游有鄱陽湖來流匯入，以上入流的大小及遭遇組合存在較大隨機(jī)性，一旦這些支流發(fā)生暴雨性洪水，將對上游水位產(chǎn)生頂托。同時(shí)，氣候變暖背景下，長江中下游暴雨頻發(fā)［25-27］，因此，有必要分析下游水位頂托對近年來洪水位升高的影響。

選取建庫前的水位、流量數(shù)據(jù)，分別使用式（1）的單值型水位—流量關(guān)系和式（2）考慮回水影響的水位—流量關(guān)系進(jìn)行擬合，得到漢口站和黃石港站的2種水位—流量關(guān)系如下：

漢口站的單值型水位—流量關(guān)系和考慮黃石港站回水影響的水位—流量關(guān)系：

黃石港站的單值型水位—流量關(guān)系和考慮九江站回水影響的水位—流量關(guān)系：

分別使用式（7）—式（8）和式（9）—式（10）計(jì)算1988—2022年漢口站和黃石港站洪水特征流量（45 000 m3/s）下的水位殘差，并繪制距平水位殘差變化，如圖5—圖6所示?？紤]到在殘差計(jì)算中，特定流量所對應(yīng)的數(shù)據(jù)較少，因此將其拓展為具有一定范圍的、以特征流量為中心的流量區(qū)間，即45 000 m3/s洪水特征流量區(qū)間為40 000～50 000 m3/s。漢口站1988—2022年共篩選了748個(gè)數(shù)據(jù)，圖5—圖6中給出了洪水特征流量區(qū)間內(nèi)的各流量值按年取平均后的均值變化，并繪制了洪水特征流量參考線?？梢?，各年平均流量基本在洪水特征流量的±5%范圍內(nèi)，部分年份由于來水偏枯，平均流量較低，但也未超出-10%，因此認(rèn)為計(jì)算的殘差能夠反映同流量下的洪水位變化。但要注意的是，三峽水庫蓄水后，洪水平均流量普遍小于特征流量，且平均流量減少超過5%的來水偏枯的年份均在三峽水庫蓄水以后（尤其是2008年以后），根據(jù)黃仁勇等［13］的研究，2008年以后三峽水庫汛期開展了中下洪水調(diào)度，出庫40 000 m3/s以上的大流量減少，因此，2008年以后洪水平均流量普遍小于特征流量是由于大的洪峰流量被削減導(dǎo)致。

剔除黃石港站水位頂托影響時(shí)，漢口站年均殘差基本在±0.5 m內(nèi)波動(dòng)，見圖5（a），考慮黃石港站水位頂托影響時(shí)，漢口站年均殘差基本在±1.5 m內(nèi)波動(dòng)，見圖5（b）;剔除九江站水位頂托影響時(shí)，黃石港站年均殘差基本在±0.5 m內(nèi)波動(dòng)，見圖6（a），考慮九江站水位頂托影響時(shí)，黃石港站年均殘差基本在±2 m內(nèi)波動(dòng)，見圖6（b）;且三峽蓄水后洪水位均表現(xiàn)出先減小后上升的趨勢，除2016年水位殘差偏高外，三峽水庫蓄水后水位殘差均未超過蓄水前的波動(dòng)范圍。而2016年漢口站水位殘差偏高主要是因?yàn)闈h九河段的中小支流來流異常偏大，導(dǎo)致漢口站下游同流量下水位較往年偏高，從而使?jié)h口站的水位受下游頂托升高明顯。以上分析表明，漢口站和黃石港站的洪水位在三峽水庫蓄水前后并未發(fā)生明顯趨勢性改變，下游水位頂托作用增加了每年洪水位的波動(dòng)幅度，個(gè)別年份的洪水位極端升高主要受下游水位頂托影響。此外，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，沿江排澇能力（特別是城市）顯著增強(qiáng)，強(qiáng)降雨期間，雨洪漬水通過抽排快速直接入江，迅速轉(zhuǎn)換為河道洪水推高河道水位，也是洪水位升高的原因之一。

3.3 河道阻力變化

利用一維水動(dòng)力模型，根據(jù)2004年、2008年、2013年和2020年漢九河段實(shí)測179個(gè)固定斷面地形以及漢口站、黃石港站和九江站的實(shí)測水文數(shù)據(jù)，由單值型水位—流量關(guān)系計(jì)算4個(gè)流量級下的水位，率定了4個(gè)流量級下河道的曼寧糙率系數(shù)。由表3可知，2004—2020年，各流量下糙率均呈現(xiàn)明顯增大趨勢，尤其是2013年以后，增大趨勢更加明顯。這主要源于2013年以后枯水河槽沖刷更加明顯，床沙進(jìn)一步粗化，且洲灘植被覆蓋增加，涉水工程密集增多［7-8，27］。

為了進(jìn)一步明確水位變化的臨界轉(zhuǎn)換流量和下游水位變化的影響程度，基于控制變量原則，分別將漢九河段2004年、2020年的實(shí)測地形資料、下游控制水位（九江站）和計(jì)算得到的曼寧糙率（表3）輸入一維水動(dòng)力模型中，計(jì)算得到河道沖淤、下游控制水位及綜合糙率調(diào)整對不同特征流量下漢口站和黃石港站水位的影響。采用2004年漢九河段的糙率和九江站控制水位，根據(jù)2004年和2020年實(shí)測地形進(jìn)行計(jì)算，相減得到地形調(diào)整對水位的影響值（Ht）;采用2004年漢九河段的糙率和實(shí)測地形，根據(jù)2004年和2020年九江站控制水位進(jìn)行計(jì)算，相減得到下游控制水位變化對水位的影響值（Hw）;采用2004年漢九河段的實(shí)測地形和九江站控制水位，根據(jù)2004年和2020年的糙率進(jìn)行計(jì)算，相減得到綜合糙率變化對水位的影響值（Hn），具體結(jié)果見表4。結(jié)果表明：

（1） 2004—2020年間，4個(gè)特征流量下的實(shí)測水位變化值約等于三因素線性疊加作用對水位的影響值。

（2） 4個(gè)特征流量下下游控制水位（九江站）變化對黃石港站的影響程度明顯大于漢口站，且九江站水位降低對漢口站和黃石港站的影響較小，而九江站的水位頂托對漢口站和黃石港站的影響較大。進(jìn)一步使用漢九河段2004年的實(shí)測地形，統(tǒng)計(jì)深泓線與12 000、45 000 m3/s下的水面線，并對比計(jì)算控制水位分別下降1 m的水面線（圖7）。可以看出，深泓起伏較大，河床縱剖面形態(tài)存在著不連續(xù)現(xiàn)象，枯水流量下東槽洲、戴家洲、牯牛洲等位置產(chǎn)生了多個(gè)明顯跌坎并形成“過水堰”，其卡口作用阻斷或削弱了枯水流量下下游水位下降向上游的傳播，而洪水流量下該作用并不明顯。這也是三峽水庫蓄水前，枯水流量下九江站水位顯著性下降的影響沒有傳遞到黃石港站的原因。

（3） 當(dāng)流量為30 000 m3/s時(shí)，實(shí)測水位變化值和三因素線性疊加作用對水位的影響值均接近于0，即水位變化的臨界轉(zhuǎn)換流量約為30 000 m3/s。分析認(rèn)為臨界轉(zhuǎn)換流量約為30 000 m3/s的原因主要有3點(diǎn)：① 該流量下的水位較高，河槽形態(tài)主要以“V”型或“U”型為主，斷面擴(kuò)大范圍主要集中在枯水河槽，沖刷引起的水位下降幅度在該流量附近已經(jīng)明顯削弱，且河槽形態(tài)在此流量以上明顯放寬（圖3）;② 三峽蓄水后水流漫灘天數(shù)明顯縮短，植被面積擴(kuò)張?jiān)黾恿藶┑刈枇Γ?］;③ 近年來橋梁、碼頭、整治工程等涉水工程密集增多，涉水工程的樁基主要集中在枯水河槽以上，且在30 000 m3/s左右時(shí)影響明顯增大，增加了河床局部阻力和河道形態(tài)阻力，并引起河道水位和流場的疊加影響［7，28］。

4 結(jié)? 論

本文采用M-K法分析了三峽水庫蓄水前后漢九河段的水位變化趨勢，通過一維水動(dòng)力模型識別了水位變化的臨界轉(zhuǎn)換流量并解釋了其成因，利用分離變量法，闡明了河道沖淤、下游水位和河道阻力變化對洪水、中水、枯水不同流量級下水位變化的影響程度。主要結(jié)論如下：

（1） 三峽成庫前，除九江站枯水位呈顯著性下降趨勢，漢九河段各級流量下的水位均表現(xiàn)為非顯著性變化趨勢。三峽成庫后，漢九河段的洪水、中水、枯水流量下水位呈現(xiàn)出不同的變化特點(diǎn)。九江站的水位變化趨勢與建庫前相同;漢口站、黃石港站在12 000和20 000 m3/s下的水位呈顯著性下降趨勢;當(dāng)流量大于30 000 m3/s時(shí)，水位呈非顯著性上升趨勢;個(gè)別年份的洪水位上升明顯。

（2） 漢九河段水位變化的臨界轉(zhuǎn)換流量約為30 000 m3/s，臨界轉(zhuǎn)換流量以下的水位顯著性下降主要是河道沖刷和阻力增大綜合作用的結(jié)果，主導(dǎo)作用為河道沖刷，臨界轉(zhuǎn)換流量附近的水位未出現(xiàn)明顯變化源于阻力增大作用接近抵消了河道沖刷的影響，臨界轉(zhuǎn)換流量以上的水位非顯著性上升源于阻力增大作用更加明顯。

（3） 漢九河段河槽有多個(gè)明顯跌坎并形成“過水堰”，枯水流量下，其卡口作用阻斷或削弱了下游水位下降向上游的傳播，而洪水流量下該作用并不明顯，個(gè)別年份的洪水位上升顯著源于下游明顯的水位頂托作用。

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Characteristics and causes of the water level variations following the operation of the Three Gorges Dam with special reference to the Hankou—Jiujiang reach of the Middle Yangtze River

Abstract：The construction of large reservoirs causes water level adjustment downstream of dams，which exerts a significant impact on river regimes，navigation，flood control and ecology.To explore the characteristics of water level variations and their causes in the Hankou—Jiujiang reach of the Middle Yangtze River following the operation of the Three Gorges Dam （TGD），the trend in water level change from 1988 to 2022 was analyzed by the Mann-Kendall analysis method.With the use of the analysis method for the water level amplitude based on the abnormal residual and a one-dimensional hydrodynamic model，in this paper，the contributions of river erosion and silting，downstream control water level and resistance variation to water level change under different discharge levels were estimated.The results showed the following：① Before the operation of the TGD，the water level at all discharge levels showed nonsignificant changes except for a significant decrease in the low water level （at low discharge levels） at the Jiujiang station.② After the operation of the TGD，the variation trend in the water level at the Jiujiang station was the same as that before TGD operation.However，the water levels at the Hankou and Huangshigang stations showed significant decreases with decreasing amplitudes of 0.072 and 0.045 m/a and 0.048 and 0.027 m/a，respectively，under discharge levels of 12 000 and 20 000 m3/s，respectively.The critical conversion discharge of water level change was approximately 30 000 m3/s，and there was no obvious water level change near this discharge value.When the discharge was higher than 30 000 m3/s，the water level showed a nonsignificant upward trend，and the increase amplitudes at 45 000 m3/s were 0.037 and 0.049 m/a，respectively.③ The main reason for the observed water level decrease is river erosion when the discharge is lower than the critical conversion discharge.The main reason why there is no obvious water level change near the critical conversion discharge is that the effect of an increased resistance nearly offsets the influence of river erosion.The main reason for the water level increase is the higher resistance when the discharge exceeds the critical conversion discharge.The obvious increase in the flood water level in individual years is due to the effect of downstream water level jacking.

Key words：water level change;stage—discharge rating;channel resistance;M-K analysis method;Hankou—Jiujiang reach;Three Gorges Dam