1 江湖流量分配的巨大变化
长江枝城至城陵矶段称为荆江。其中枝城到藕池口为上荆江,藕池口至城陵矶段为下荆江。在荆江有松滋口、太平口、藕池口、调弦口等四口通过分流河道
有关各站平均年径流量变化经消除水文系列波动和平差处理后的结果
与径流量的变化相应,洪峰流量也发生了相应的变化,即三口河道洪峰流量减小
表1 三口河道径流量与输沙量变化 | ||||||||||||||||||||||
项目 | 时期 |
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| 三口 | ||||||||||||||
枝 城 | 新江口 | 沙道观 | 弥陀市 | 新厂 | 管家铺 | 康家岗 | 监利 | |||||||||||||||
平均 | 1951~1958 |
| 315 | 192 | 207 | 3782 | 661 | 85 | 3036 | 1460 | ||||||||||||
1959~1966 |
| 320 | 157 | 209 | 3810 | 574 | 45 | 3191 | 1305 | |||||||||||||
1967~1972 |
| 332 | 128 | 192 | 3844 | 378 | 23 | 3443 | 1053 | |||||||||||||
1973~1980 |
| 325 | 105 | 161 | 3905 | 239 | 11 | 3655 | 841 | |||||||||||||
1981~1994 |
| 295 | 82 | 133 | 3986 | 177 | 10 | 3799 | 697 | |||||||||||||
1951~1994 | 4496 | 314 | 126 | 173 | 3883 | 376 | 32 | 3475 | 1021 | |||||||||||||
年 | 1951~1958 |
| 3435 | 1941 | 2081 | 44443 | 12706 | 1791 | 29946 | 21954 | ||||||||||||
1959~1966 |
| 3368 | 1801 | 2320 | 44411 | 10084 | 924 | 33403 | 18497 | |||||||||||||
1967~1972 |
| 3389 | 1562 | 2050 | 44899 | 7437 | 566 | 36896 | 15004 | |||||||||||||
1973~1980 |
| 3327 | 1251 | 1879 | 45443 | 4370 | 223 | 40850 | 11050 | |||||||||||||
1981~1994 |
| 3597 | 1173 | 1775 | 45355 | 3306 | 192 | 41857 | 10043 | |||||||||||||
1951~1994 | 51900 | 3448 | 1494 | 1986 | 44971 | 7004 | 672 | 37296 | 14604 | |||||||||||||
| 1951~1958 |
| 1.09 | 1.01 | 1.01 | 1.18 | 1.92 | 2.11 | 0.99 | 1.50 | ||||||||||||
1959~1966 |
| 1.05 | 1.15 | 1.11 | 1.17 | 1.76 | 2.05 | 1.05 | 1.42 | |||||||||||||
1967~1972 |
| 1.02 | 1.22 | 1.07 | 1.17 | 1.97 | 2.46 | 1.07 | 1.42 | |||||||||||||
1973~1980 |
| 1.02 | 1.19 | 1.17 | 1.16 | 1.83 | 2.03 | 1.12 | 1.31 | |||||||||||||
1981~1994 |
| 1.13 | 1.43 | 1.33 | 1.14 | 1.87 | 1.92 | 1.10 | 1.44 | |||||||||||||
1951~1994 | 1.15 | 1.10 | 1.19 | 1.15 | 1.16 | 1.85 | 2.10 | 1.07 | 1.43 | |||||||||||||
表2 监利站80年代较之50年代同频率流量加大值 (单位:m3/s) | ||||||
时 间 | 最 大 | 1% | 5% | 10% | 50% | 最 小 |
1954~1959年 | 35200 | 29400 | 23200 | 18800 | 7810 | 3140 |
1980~1987年 | 45700 | 37900 | 29200 | 26000 | 9080 | 3150 |
差 值 | 10520 | 8500 | 6000 | 7200 | 1270 | 10 |
为了更明确地看出监利流量加大的总趋势,我们利用该站1954~
其实三口径流量减少远不是从50年代开始。例如,
正是由于所述江湖流量分配的这种巨大变化,使荆江径流加大和冲刷,城陵矶(莲花塘
2 荆江冲刷及流量加大引起的水位变化
2.1 荆江冲刷
前面已经指出荆江裁弯后,最初由于坡降加大而冲刷。随着冲刷其径流相应加大,又出现流量加大而冲刷。在这两者作用下,导致了其河床长期冲刷。据荆江河床实验站实测结果
需要指出的是,上述冲刷虽称为裁弯后的冲刷,但是与单一河道裁弯后的冲刷是不一样的。单一河道冲刷仅仅是调整裁弯后的坡降,上冲下淤,冲刷的范围较小,时间也较短。但是荆江不是单一河道,它与三口河道及洞庭湖成一个分汊河道。这种河道裁弯后的冲刷有两种机理
其次从最近几年上荆江水位降低情况看,扩大断面的冲刷仍未停止。1978年以后,陈家湾、沙市、郝穴水位仍有大幅度降低
此外,需要强调的是从文献[7]和文献[6]看出,城陵矶至武汉河段淤积最严重的时间是
2.2 流量加大及冲刷引起的水位变化
2.2.
前面已经提到目前荆江径流量及洪峰均有大幅度加大,必然引起水位的变化。而且对径流量加大很多的下荆江,流量加大引起的水位抬高,往往大于河床冲刷产生的水位降低,最后表现出水位抬高。特别是大流量尤其如此。前面已指出下荆江监利站
1998年监利最大流量46300m3/s较之
2.2.
下面我们从理论上做一简单分析,以说明流量加大与冲刷引起的水位变化的机理及量级。洪峰流量加大引起的水深加大,可分析如下。由曼宁公式及河相系数关系,当
B/B0 =(Q/Q1)6/11=1.336/11=1.168 | (1) |
只要知道h0,B0则在河床不冲淤的条件下,水深的加大引起的水位抬高便可求出。
据荆江河床实验站资料,下荆江裁弯前当宜昌流量为30000m3/s时,河床尺寸为
ΔH=[2(A-A0)]/(B+B0)=(2×4564)/(1620+1892)=2.60m | (2) |
如果河床不冲不淤,显然此值也就是水位抬高ΔH
另一方面,荆江特别是下荆江自50年代以来一直在冲刷,主要集中在裁弯以后。
ΔZ=0.75m+8.068×10-6 x | (3) |
其中x为自莲花塘起算的距离(以
| (4) |
此处采用了冲刷后糙率加大约3%,即
按(4)式计算的因冲刷降低水位ΔH
表3 下荆江洪峰加大与冲刷引起的洪水位变化 | ||||||||
位置 | 距莲花 | 冲刷 | 1966年 | ΔH/ΔH1.0 | 推算由冲刷引 | 流量加大引起 | 估计的1998 | 1998年较 |
莲花塘 | 0 | 0.75 | 0.00 |
| 0.75 | 2.60 | +1.85 | 1.85 |
洪山头 | 61 | 1.24 | 2.03 | 0.791 | 0.42 | 2.60 | +2.18 |
|
监 利 | 87 | 1.45 | 3.78 | 0.767 | 0.88 | 2.60 | +1.72 | 1.74 |
调 关 | 115 | 1.68 | 6.05 | 0.745 | 1.54 | 2.60 | +1.06 | 1.60 |
石 首 | 151 | 1.97 | 7.71 | 0.717 | 2.18 | 2.60 | +0.42 | 1.05 |
新 厂 | 176 | 2.17 | 8.74 | 0.699 | 2.63 | 2.60 | -0.03 |
|
2.2.3 旁证成果
作为旁证,再引用两个资料,以说明上述观点的正确。长江水利委员会水文局据实测资料采用符合沿程各站水位、流量试算了水面线
另一个资料是武汉水利电力大学王运辉等的研究结果[12,13],他们分析了裁弯前后城陵矶
综合上述资料可以得出下述结果。由于下荆江流量大幅度增加在相同枝城流量下该段水位一般会有所抬高。而且这种抬高是大流量抬高多
3 城陵矶(莲花塘)至武汉河段淤积与水位抬高
3.1 莲花塘以下含沙量加大
表1可见,
表4 江湖关系改变导致螺山含沙量加大 | |||||||||||
时 期 |
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| 推算莲花塘 | ||||||||
实测加大值 | 加大百分数 | 监利 | 四水 | 三口 | 七里山 | ||||||
1951~1958年 | 0.571 | 100 | 29946 | 3414 | 21954 | 6342 | 0 | ||||
1959~1966年 | 0.656 | 115 | 33403 | 3414 | 18497 | 5478 | 7 | ||||
1967~1972年 | 0.686 | 120 | 36896 | 3414 | 15004 | 4604 | 14 | ||||
1973~1980年 | 0.738 | 129 | 40850 | 3414 | 11050 | 3616 | 23 | ||||
1981~1988年 | 0.760 | 133 |
|
|
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| ||||
1981~1994年 |
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| 41857 | 3414 | 10043 | 3364 | 25 | ||||
3.2 莲花塘含沙量加大,破坏了原来的输沙量平衡,从而引起莲花塘至武汉河段淤积
3.2.1 据长江科学院在国家“七五”重点科技攻关已鉴定的成果中据地形图求得淤积量
3.2.2 长江科学院在“七五”国家重点科技攻关研究中[4],给出了莲花塘至武汉深泓线历年平均高程统计。从中看出,
3.3 淤积引起的水位抬高
3.3.1 实测洪峰水位与流量关系
图1 1953~1966年螺山高水位时水位流量关系 |
|
3.3.2 实测年水位流量关系线
3.3.3 由平衡坡降关系推求
Jk=47.3[(n2ξ0.4S0.678ω0.73 )/Q10.2] | (5) |
可看出,当其它因素不变仅含沙量变化时,有
Jk= Jk.0(S1/S0)0.678 | (6) |
其中Jk为平衡坡降,
3.3.4 淤积引起的水位抬高的理论分析
J/ J0 = (n/ n0) 2(B/ B0)4/3(A0 /A)10/3 | (7) |
此处采用面积而不是水深h,是因为我们仅有淤积面积资料而缺乏水深的资料。上式中加下标
据实测资料淤积沿程分布大体是下段少,上段多。可设淤积面积ΔA由汉口向上线性增加,即
ΔA=kx |
式中k为常数。该段总淤积量为
|
按前述资料莲花塘至汉口L0=246000m,W=6.24×
K=0.02062m |
于是汉口至其上x处某一断面的落差为
| (8) |
其中ΔH0(x)=J0(x)为
ΔH=1.176ΔH0 |
50年代该段ΔH0 =5.52m, 1998第六次洪峰则较之
δ=ΔH-ΔH0 =ΔH0(1.176-1)=0.97m |
需要指出的是如淤积面积沿程为均匀分布, 则Δ
Δ
则对于螺山δ=1.12m。另按A0沿程线性增加,据
综上所述,从上述四个方面分析和估计,当流量在55000m3/s~
3.4 对莲花塘至武汉河段的淤积和水位抬高的其它研究成果
对莲花塘至武汉河段淤积及螺山水位抬高,其实早有一些成果。谢鉴衡院士曾从理论上论证了四口分流水沙减少,会导致城陵矶以下含沙量加大,河床淤高
中国水利水电科学研究院陆吉康、李小佩等点绘了螺山1954年、
4 洞庭湖淤积减缓、水位变化及七里山水位抬高
4.1 洞庭湖淤积减缓
由于进入四口入湖泥沙量大幅度减少,加之洞庭湖淤积比
4.2 城陵矶与湖尾落差减少
尽管控制松滋河、虎渡河以及藕池河中、西支、澧水和西洞庭湖出口的南咀水文站,目前属于湖区尾闾,由于淤积同流量水位不断抬高,后面将指出每年抬高约
|
|
图3 南咀至城陵矶间水位差随时间变化 | 图4 北景港至城陵矶水位差随时间变化 |
这两处的落差减小,代表了洞庭湖尾闾至湖口的情况。它表明目前较50年代,湖区坡降减缓、水流在湖内滞留的时间增长。这与一般水库湖泊情况是相反的
4.3 城陵矶(七里山)流量减小和水位抬高
根据前面介绍目前较之50年代入湖径流量及洪峰流量均有很大幅度减小,相应的出湖流量也随着减小。而且如果追溯至30年代,减少更多。在图5中绘出了自1930年以来七里山流量及水位变化过程[3]。其中为了简化起见,仅给出了年最大流量大于30000 m3/s的资料;因为流量太小,七里山受(长江)顶托明显,流量与水位关系差别大。从图中和表中看出明显的趋势:洪峰流量大幅度减小,相应的水位逐渐抬高。按趋势看,最大流量大约减少10000 m3/s以上。进一步按30年代8年最大流量平均为42000 m3/s,而80年代9年平均为25700 m3/s,即减少16300 m3/s。 |
|
而水位抬高更为明显,例如以流量35000 m3/s~
七里山流量减少,完全由四口河道径流量减小所致。事实上是七里山1951~
而七里山水位抬高原因主要是荆江出口莲花塘水位抬高引起。由于两处相距较近,水位几乎同步抬升。其次由于流量减小,出口口门段淤积,也有一些作用。根据长科院研究
4.4 七里山水位抬高的其它成果
关于七里山水位抬高,一些单位的研究工作者,从不同角度已陆续有一些成果,显示了水位抬高的现象。上面则是从江湖关系整体变化提出了它的流量减少和水位抬高的根据,以及水位抬高的主次原因。
4.4.1 武汉水利电力大学王运辉等分析了裁弯前后七里山水位抬高
4.4.2 段文忠用历年最高水位相关与相应流量相关,分析了七里山水位流量关系
4.4.3 长江科学院
4.4.4 根据前面提到的长江水利委员会水文局在文献
4.4.5 据“九五”三峡工程泥沙问题研究,下游专题第四子题长委会水文局研究成果
尽管上述这些研究对七里山水位抬高原因的分析存在差别,或者有所避开,但是对于抬高的事实都是承认的。并且彼此结果颇为相近。大都在
5 分流河道衰退及对防洪的影响
5.1 分流河道衰退以至萎缩
5.1.
5.1.







