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1、1论三峡工程建成后长江城汉河段的综合整治摘要：分析了长江城陵矶螺山河段行洪能力的变化和三峡水库运行后该河段面临的防洪形势，指出降低城陵矶河段水位的有效措施之一是恢复河道原有的泄洪能力，实施牌洲裁弯、清淤疏浚和削矶扩卡等为主的工程措施。并以典型洪水为例对牌洲裁弯前后相关河段的水位、水面线及水位流量关系的变化进行了对比分析，论证了牌洲裁弯对降低上游水位的明显作用和该工程实施的必要性。 关键词：三峡工程 长江 城汉河段 泄洪能力变化 河道整治 牌洲裁弯 0 前言长江中游荆江河段，上起湖北枝城，下至湖南城陵矶，以藕池河口分为上下荆江，全长 337km；洞庭湖位于荆江河段南岸，接纳四水及荆江三口以及汩罗
2、河、新墙河等的来水来沙经湖泊调蓄后由城陵矶汇入长江城螺河段。洞庭湖与荆江关系密切，息息相关、相互影响。19671972 年下荆江实施裁弯工程后，河长缩短 78km，上游水位降低、比降加大、河床发生冲刷，位于上荆江的松滋、太平、藕池三口分入洞庭湖的水量、沙量减少，而进入下荆江的水量、沙量增大，城螺河段泥沙淤积加剧，同时，城陵矶进入长江的水量、沙量相应减少，加速了江湖关系的变化，使得长江中游和洞庭湖区与 20 世纪五十年代比较防洪形势发生了很大变化： （1）荆江特别是下荆江因流量加大抬高的水位大于冲刷（包括裁弯冲刷）降低的水位，从而使洪水位在整体上抬高；（2）城陵矶至武汉河段因含沙量加大（约 25
3、%）而淤积，加上牌洲湾和界牌河段的壅水作用，导致城螺河段水位明显抬升，行洪能力下降；（3）三口分流河道因径流量减少，加速了衰退与萎缩，淤积比增大，防洪形势没有缓解；（4）洞庭湖泥沙淤积减缓，对保留更多湖容有利，但城陵矶水位抬高，对东洞庭湖以至南洞庭湖不利。从总体看，目前这种变化对长江中游和洞庭湖区的防洪是不利的，这种不利突出反映在 1998 和 1999 年的洪水中。将来三峡水库的运行，将对长江中游特别是荆江、洞庭湖区的防洪起到调洪削峰的作用，长江城螺河段水位有望下降，湖区防洪压力有所减轻，但防洪形势依然严峻。长期以来，不少专家学者曾对洞庭湖治理提出了一些设想性的方案，如开辟荆北、荆南分洪道方
4、案等。要减轻洞庭湖的洪水灾害，关键问题是大幅度降低城陵矶河段水位，这样既可使洞庭湖泄流畅通，同时又增加了洞庭湖的调洪库容。降低城陵矶河段水位的有效措施之一就是恢复河道原有行洪能力，进行以清淤疏浚、扫障护岸、牌洲裁弯等为主的河道整治工程。本文在对照三峡建库前后典型洪水的调节演算的基础上对牌洲裁弯的必要性进行了简要的分析论证。1 城螺河段现有行洪能力分析长江中游自藕池口至城陵矶河段，习称下荆江，原有河长 245km，12 个河湾，弯曲系数为 2.83，素有“九曲回肠”之称，是典型的蜿蜒型河段。为了扩大洪2水泄量及缩短航程和减少碍航水道的数量，曾分别于 1967 年及 1969 年实施了中洲子和上车
5、弯两处人工裁弯，1972 年沙滩子又发生了自然裁弯，共缩短河长78km，现有河长约 170km，弯曲系数为 1.93（相关河势见附图） 。下荆江裁弯与一般河道裁弯不同之处，在于裁弯之后，其裁弯段上游比降加大，河床发生冲刷，同流量的水位下降，位于上荆江的松滋、太平、藕池三口，分入洞庭湖的水量、沙量减少，而进入荆江的水量、沙量增大。同时由于洞庭湖经城陵矶汇入长江的水量、沙量也相应减少，引起江湖关系新的变化，造成长江城螺河段水位抬升，进而影响到城螺河段的行洪能力，下面对城螺河段的行洪能力衰减作简略对比分析。1.1 三峡建库前城陵矶站水位变化通过点绘城陵矶（七里山）站历年日平均最高水位与相应流量及该站
6、历年最低水位与相应流量关系图，可以看出，自 1980 年以来，除个别年份（92、94 年）因相应监利站流量较小，不顶托城陵矶出流外，一般枯水位（流量小于 3000 m3/s）较 60 年代前抬高 0.71.2m，中、高水位时（流量为 20000 m3/s 40000m3/s） ，水位抬高约 2.01.8m。根据施修瑞等人的研究，在高、中、低水时，城陵矶站水位流量、水位面积曲线呈左移趋势，同流量下的水位呈上升趋势，同水位下泄洪能力呈减小趋势。1.2 三峡建库前螺山站水位变化通过点绘螺山（二）站历年日平均最高水位与相应流量及该站历年最低水位与相应流量关系图，可以看出枯水时 80 年代以后较 50
7、年代抬高约 1.5m；高水时螺山站水位流量关系受到河段涨落水、河床冲淤、下游水位顶托及上下游河段分流的影响，水位流量关系散乱，但自 1988 年以后，水位抬高趋势是明显的。根据笔者 1999 年的研究，按各个时期分析样本年份的综合落差指数法单值化平均线比较，19941999 年与下荆江裁弯前对比 30000 m3/s 以下对应平均落差时水位抬高量在 1.56m 以上；3000040000m3/s 水位抬高量为1.561.31m；4000050000m3/s 水位抬高量为 1.311.17m。1.3 螺山河段行洪能力下降原因分析1998 年洪水，螺山站最大洪峰流量仅为 64900m3/s, 较
8、1954 年洪峰流量78800 m3/s 小了 13900m3/s，但监利、城陵矶和螺山站的最高水位却比 1954 年高出 1.74m、1.86m 和 1.78m，而汉口站的最高水位仍较 1954 年低 0.3m。也即螺山至汉口河段，长 200km，1998 年水位落差比 1954 年增加了 2.08m。造成这种小流量高水位行洪不畅的原因主要有以下几点： 1.3.1 泥沙淤积下荆江裁弯后，荆江河段比降加大，水流流速增大，河床发生溯源冲刷；同时，三口分流减小，荆江流量扩大，也造成河床冲刷，荆江河道输沙量增大，使荆江出口的城螺河段发生淤积。据统计，螺山水文站断面面积 1967 年1983 年累计淤
9、积 4000 m2,若按河宽1.6km 计算，河床平均以每年 15.6cm 在淤高。近年来的研究表明，由于河床淤积使螺山站水位抬高 0.51.0m。1998 年较 1966 年枯水河床淤高 0.5m ，高水河床略有淤积，使得高水过水断面减小，影响行洪。1.3.2 河床演变城陵矶水位抬高、泄量减小还与汇流河口河床变化有关。自 1975 年后，江湖汇流口由南向北平移约 1000m，荆江出口段的深泓交汇点下移，原交汇点处冲刷坑高程由 1966 年 6 月的黄海-10m 淤为 1987 年的-6m，两股水流交角由小于360变为接近 90，造成洞庭湖出流不畅，致使其水位抬高。另外，洞庭湖区泥沙淤积与围垦
10、使其面积、容积减小，调蓄作用减小，加快加大了螺山流量及其水位抬高。1.3.3 牌洲湾及界牌河段的壅水作用牌洲湾是长江中下游最大的河曲弯道，其入口上游距城陵矶约 130km，出口下游距武汉关约 46km。弯道长约 50km,颈步最窄处不足 5km,弯曲率达 10.0。牌洲湾河段平面形态酷似蜿蜒性河段，实际上由 3 个宽窄相间具有江心洲的分汊河段构成。其洪水河槽狭窄，外形蜿蜒曲折，洪水水流阻力很大，使得城陵矶至螺山河段高水比降（0.42410-40.22110-4）反而小于低水比降（0.49710-40.32410-4） ，对洪水阻滞作用十分明显。相当于一个超长丁坝，对城螺河段起着壅水作用。界牌河
11、段上起螺山，下至石码头全长 28km，河段洪水河床的平面外形呈两端小中间大的顺直展宽分汊型。螺山上游 10km 处的杨林矶、龙头山为土质坚硬的河岸突咀，河宽仅 1050m，螺山、鸭栏处河宽为 1600m，过螺山后河面逐渐放宽，深泓线摆动加大，新堤一带河宽达 3500m,其间横卧南门洲，将水流分成左右两汊，在石码头汇合，该处有护岸工程控制，河宽缩至 1500m，形成一人工卡口。洪水期由于界牌河段卡口作用，导致局部比降加大，上游水位壅高，流速减缓，影响行洪。2 三峡工程运行后城螺河段防洪形势及整治的必要性2.1 三峡工程对城螺河段防洪的作用三峡工程在长江防洪重点保护区 江汉平原与洞庭湖平原上游，可
12、有效地控制长江上游来的洪水，按正常蓄水位（防洪高水位）175m，防洪限制水位145m 计，防洪库容可达 221.5 亿 m3，坝项高程为 185m，比防洪高水位高出10m，每 1m 库容为 10 亿 m3 以上，在特别情况下还能发挥特殊的调洪作用，在规划设计中，三峡工程可满足以下防洪要求：l 使荆江河段防洪标准达到 100 年一遇；l 在遭遇类似 1870 年特大洪水时，配合以中游分蓄洪措施，做到保证荆江河段的行洪安全；l 在满足以上多个条件前提下，应尽量使城陵矶附近地区的分蓄洪量减少。三峡工程的防洪调度方式有对荆江补偿调度方式和对城陵矶地区补偿调度方式两种。对荆江补偿调度方式以控制沙市水位为
13、标准，具体操作规定为：l 遇 100 年一遇以下洪水，控制枝城站最大流量不大于 56700 m3/s，使宜昌枝城区间洪水进行补偿调节，使沙市水位不超过 44.5m（冻结吴淞基面）.l 遇 1001000 年一遇洪水，控制枝城站最大流量不超过 80000 m3/s，并采取分洪措施控制沙市水位不超过 45m。三峡水库调洪控制最高水位 175m，达到175m 后则以保证大坝安全为主。这种调度方式比较适应以长江上游来水为主的典型洪水，例如 1981 年及历史上出现过的 1860 年、1870 年大洪水，调度方式简单，可操作性很好，完全能达到防洪目标，但对减少城陵矶地区的分洪量的作用不够理想。对城陵矶地
14、区补偿调度方式是为了既保证荆江防洪安全又减少城陵矶陵附近分洪量的前提下，将三峡工程 221.5 亿 m3 的防洪库容划分为 3 部分：第 1 部分库容 100 亿 m3，用作对城陵矶和荆江防洪补偿；第 2 部分库容 85.5 亿 m3，仅用作对荆江防洪补偿；第 3 部分库容 36 亿 m3 留作对荆江特大洪水进行调节。具体调度规划如下：4l 当三峡水库水位低于第 1 部分库容（100 亿 m3）相应的水位时，三峡工程下泄量为 q=min(q1,q2)，但不小于 26 台机组发电量 25000 m3/s。其中：q1=56700 - Q1 m3/s(Q1 为当日宜昌枝城区间流量)；q2=60000
15、 - Q2 m3/s（Q2 为第 3 日宜昌城陵矶区间流量） 。l 当三峡水库水位高于上述水位而低于第 1 和第 2 部分库容（185.5 亿 m3）相应水位时三峡允许泄量为：q=56700 - Q1 m3/sl 当三峡水库水位高于上述 185.5 亿 m3 相应水位时，三峡工程当日下泄量：q=80000 - Q1 m3/s,但不大于当日实际入库流量。l 当三峡水库水位达 175m，则以保证大坝安全为主。这种调度方式比较适应以长江中下游来水为主的洪水类型及全流域性洪水，例如 1931、1935、1954、1983、1986 年洪水，调度方式较复杂，但可操作性也很好，能达到防洪目标，特别是减少城
16、陵矶地区分洪量的效果要显著优于第 1 补偿方式。长江三峡工程具有防洪、发电、航运、供水和发展库区经济等巨大的综合效益，是治理和开发长江的关键工程。三峡工程的建成对城螺河段的防洪作用如何，洞庭湖区防汛是不是万事大吉，可以高枕无忧了，今以 1954 年、1969 年、1980年、1988 年、1995 年、1996 年、1998 年、1999 年年最大洪水为典型，探讨三峡建库后城螺河段水位变化的具体情况。模拟实时调度方式采用对城陵矶防洪最为有利的“对城陵矶地区补偿调度方式”：先按城陵矶流量不超过 60000m3/s 控制，三峡工程蓄水 100 亿 m3 后，改按沙市水位不超过 44.5m（冻结吴淞基面）控制。通过三峡水库调度及圣维南方程组、河流动力学模型演算，可得城陵矶三峡建库后各典型洪水最高水位下降幅度，详见表 2.1。表 2.1 城陵矶站三峡建库后各典型洪水最高水位下降幅度计算成果表 单位：m年份1954196919801988年最高水位下降值（建库初期）0.6650.140.060.17年份
