论三峡工程建成后长江城汉河段的综合整治

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

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。1967～1972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%）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0.7～1.2m，中、高水位时（流量为20000 m3/s ～40000m3/s），水位抬高约2.0～1.8m.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。来源：www.examda.com

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，1994～1999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；30000～40000m3/s水位抬高量为1.56～1.31m；40000～50000m3/s水位抬高量为1.31～1.17m. 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年累计淤积4000 平米，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0.5～1.0m.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60°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（0.424×10-4～0.221×10-4）反而小于低水比降（0.497×10-4～0.324×10-4），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

大湾之间按河势裁划。老谷洲至大湾按现河长量算为51.4km，按裁后引河量测为11.0km，扣除两段旧河轴心到水边距离部分，实际开挖引河轴线长6.5km.牌洲裁弯实际缩短河长40.4km，裁弯比为7.9.牌洲裁弯后的计算，设想稳定后旧河上段淤死，下段留为东荆河入江道。裁弯引河内不布设计算断面，其过水断面设想已与上下游河道相适应。

3.2 牌洲裁弯对洞庭湖防洪影响的水文分析根据中国水利科学研究院等单位的研究，三峡水库运行初期，城陵矶至螺山河段呈冲淤交替状态，城陵矶站、螺山站水位在各级流量下基本不变。现即假设三峡水库运行后城螺河段的洪水位基本不变，应用定床不恒定流水力学差分解法模型来分析牌洲裁弯对城螺河段的防汛影响。选择1983年6～10月莲花塘流量和水位过程为典型，计算步长取△t=1d，资料以日均值代替，确定边界条件，分别对现状和牌洲裁弯后两种情况进行计算，对比分析并整理成果如下。

3.2.1 相同莲花塘流量过程条件下，牌洲裁弯对上下游水位的影响3.2.1.1 相同来水条件下，牌洲裁弯对上下游水位的影响牌洲裁弯后上游水位降低明显，其降低程度自引河口向上游递减。表3.1列出了弯道上游重要断面水位降低计算成果。

在相同的来水情况下，牌洲裁弯对于下游水位的影响较小。裁弯对下游水位的影响主要是由于河道缩短，槽蓄减小及比降增加流速加大造成。以汉口断面为例：1983年典型洪水牌洲裁弯前后水位差为-0.07～0.12m.通常在峰前裁弯后水位抬高，而峰后则水位降低，表明牌洲裁弯后洪水传播加快。

3.2.1.2 牌洲裁弯对水面线的影响以t=48d（7月18日）最高水面线说明，该天莲花塘流量达最大59300 m3/s，计算得现状莲花塘水位33.87m，牌洲裁弯后莲花塘水位33.40m，降低水位0.47m，螺山降低水位0.59m，龙口降低水位0.78m，裁弯引河入口老谷洲降低0.97m.水面线与裁弯前比较明显变陡。

3.2.1.3.牌洲裁弯前后莲花塘～螺山水位落差的变化分析表明，牌洲裁弯前后莲花塘～螺山水位落差有所增大，增大关系为：△Z增=0.296-0.0063Z莲上式表明牌洲裁弯后莲花塘～螺山水位差值，低水增加较多，而高水增加相对较少。

3.2.1.4 牌洲裁弯前后螺山水位流量关系的变化由计算成果分别点绘牌洲裁弯前后以日涨落率为参数的螺山断面水位流量关系，其中螺山流量考虑支流顶托影响，支流顶托系数采用长江中下游防汛总指挥部办公室1980年汇编的“长江中下游防汛基本资料《水情》”中刊布的成果。将裁弯后、前螺山水位流量关系相减，即得牌洲裁弯后螺山水位流量关系变化，可以得出：牌洲裁弯后螺山同水位过流能力明显增大，增大的特点是水位越高涨率越大则增加越多，反之则相对增加较少。

3.2.2 相同莲花塘水位过程条件下，牌洲裁弯对河道泄量和上下游水位的影响

3.2.2.1 相同莲花塘水位条件下，牌洲裁弯对于河道泄量的影响计算结果表明，牌洲裁弯对于扩大弯道上游泄量起到了明显的作用，相同莲花塘

水位过程（1983年）裁弯后可加大泄量1400～3200 立方米/s.经分析，对于弯道上游同一断面，裁弯后泄量增值与水位高低有关，断面水位越高泄量增值越大。如莲花塘断面，25m水位裁弯后泄量增值约为1200立方米/s左右，而30m水位裁弯后泄量增值约为2500 立方米/s左右。点绘牌洲裁弯后莲花塘泄量与水位相关图，推知当莲花塘水位达34.40m时，牌洲裁弯后可增加泄量3300 m3/s左右。

3.2.2.2 相同莲花塘水位条件下，牌洲裁弯对比降的影响牌洲裁弯后由于河长缩短，弯道以上河段水面比降增大，对于相同的莲花塘水位过程裁弯前后比较，一方面弯道上游泄量明显增加，另一方面莲花塘以下断面水位亦有所变化。莲花塘以下至引河入口，水位普遍降低，其规律是引河口水位降低最多，为0.39～0.74m，向上游则降低值递减。由于这种水位降低是裁弯前后相同莲花塘水位条件下的比较，因此它反映了裁弯后上游比降的增加。经计算牌洲裁弯后上游比降绝对值增加0.003～0.0054‰，平均增加0.0042‰左右

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