三峽水庫蓄水前后窯監(jiān)河段年內(nèi)河床演變分析

三峽水庫蓄水前后窯監(jiān)河段年內(nèi)河床演變分析

1,2, 左利欽2, 陸永軍2

(1. 河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210098； 2. 南京水利科學(xué)研究院，江蘇南京210029)

摘要：三峽水庫蓄水后，窯監(jiān)河段上游的來水來沙條件發(fā)生改變，使河床發(fā)生相應(yīng)調(diào)整。三峽工程不僅引起該河段年際間水沙特征變化，含沙量顯著減小，年內(nèi)水沙過程也發(fā)生變化，表現(xiàn)為蓄水期流量減少，退水過程加快。根據(jù)現(xiàn)有實(shí)測地形數(shù)據(jù)，對三峽水庫蓄水前后2002和2007年年內(nèi)監(jiān)利河段河床沖淤分布、橫斷面變化與航道條件進(jìn)行了比較，并采用資料分析、數(shù)學(xué)模型等方法對航道條件變化的原因進(jìn)行了分析。研究表明：三峽水庫蓄水后，監(jiān)利河段年內(nèi)仍遵循蓄水前“漲淤落沖”的規(guī)律；汛期淤積強(qiáng)度較蓄水前減弱，汛后沖刷動(dòng)力也有所減小，水沙不利年份時(shí)航道條件仍呈惡化態(tài)勢。

關(guān)鍵詞：年內(nèi)演變規(guī)律; 退水沖刷; 三峽水庫; 窯監(jiān)河段

中圖分類號：TV147

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-640X(2015)03-0045-08

Abstract：Due to the impoundment of the Three Gorges project (TGP), runoff process and sediment conditions in the Yaojian reach of the middle Yangtze River, and the riverbed evolution is also changed correspondingly. Owing to operation adjustment of the TGP, the water and sediment inter-annual characteristics are changed, sediment concentration decreases significantly, and the characteristics of discharge and sediment process within a year are changed. After the impoundment of the TGP, the discharge during storage water period was decreased,and the recession duration after flood was shortened. Based on the measured data in 2002 and 2007 before and after the impoundment of the TGP, the difference between 2002 and 2007 has been analyzed in aspects of the riverbed erosion and deposition, the cross-section changes and the navigation channel conditions. In order to study the influences of the TGP on the navigation channel in the Yaojian reach, water and sediment data, the measured terrain data were collected, water-sediment flux analyzing has been done, and a 2D mathematical model was established and used to calculate the deposition and erosion of the Yaojian reach. The analysis results show that the evolution patterns within a year is characterized by “siltation during flood season and erosion during dry season”. As the sediment concentration decreases during the flood season, siltation in the Yaojian reach decreases compared with that before the impoundment of the TGP. The navigation channel is still under the unfavorable conditions. This is mainly caused by the impoundment of the TGP after the flood season, which changes the flow falling process, decreases the flow discharge, and thus decreases the erosion dynamics.

DOI:10.16198/j.cnki.1009-640X.2015.03.008

收稿日期：2014-11-18

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金委中俄NSFC-RFBR協(xié)議項(xiàng)目(10811120012)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11172334)

作者簡介：彭澤宇(1990—), 男, 湖北洪湖人， 碩士研究生， 主要從事水運(yùn)工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

三峽水庫自2003年蓄水運(yùn)行以來，改變了下游河道的來水來沙條件。位于三峽水庫大壩下游的窯監(jiān)河段是長江中游重點(diǎn)礙航河段，其河道沖淤演變規(guī)律也發(fā)生了變化。受三峽工程“清水下泄”和自身河床演變的影響，本河段河道演變趨勢和航道形勢得到了廣泛關(guān)注。已有研究[1-3]表明：三峽水庫蓄水后，窯監(jiān)河段近年來整體表現(xiàn)為沖刷，總體河勢穩(wěn)定，烏龜洲將保持現(xiàn)有的分汊格局。目前，通過實(shí)施整治工程，本河段深槽穩(wěn)定，但河床演變復(fù)雜，仍需持續(xù)關(guān)注。

針對三峽工程對窯監(jiān)河段的影響已有大量研究，主要集中于年際間演變規(guī)律分析，預(yù)測演變趨勢，并提出相應(yīng)的整治措施[4-7]，而針對三峽工程運(yùn)行前后年內(nèi)演變規(guī)律的定量變化及原因研究較少。由于水庫的調(diào)節(jié)作用導(dǎo)致年內(nèi)水沙動(dòng)力過程變化，這種變化對航道造成的影響值得關(guān)注。本文收集了窯監(jiān)河段在三峽水庫蓄水前2002年及蓄水后2007年水文、地形資料，并對年內(nèi)沖淤量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，比較了不同時(shí)期的沖淤規(guī)律，并根據(jù)水沙資料分析和二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算研究了變化原因。該研究不僅有利于加深對窯監(jiān)河段航道條件變化的理解，且對認(rèn)識三峽水庫蓄水后河床年內(nèi)演變規(guī)律與水沙過程之間的響應(yīng)關(guān)系有很大幫助。

1河段概況

圖1　2014年2月窯監(jiān)河段河勢 Fig.1 River regimes of Yaojian reach in February 2014

窯監(jiān)河段位于長江中游下荊江河段，上起窯集佬，下至太和嶺，為兩頭窄中間寬的彎曲分汊河型。河段兩岸一般為近代或現(xiàn)代新淤積的河漫灘相沉積物，呈土-砂二元結(jié)構(gòu)，下部以中細(xì)沙為主，上部有2~15 cm的河漫灘相黏性土質(zhì)，抗沖性弱。河段主流走向從鵝公凸貼右岸下行，過塔市驛后，基本分成兩股水流，分走烏龜洲左右汊，其中右汊占90%以上，兩股水流出烏龜洲后在太和嶺附近匯流。歷史上該河道變化劇烈，主支汊易位頻繁，灘槽沖淤多變。2000年后，枯季烏龜洲右汊河道寬淺、自然水深嚴(yán)重不足，槽口多變且疏浚后回淤嚴(yán)重，航道條件急劇惡化，2003年三峽水庫蓄水以來，窯監(jiān)河段航行條件進(jìn)一步惡化明顯，2008年1月一度造成極為惡劣的長時(shí)間斷航，2010年窯監(jiān)河段航道整治工程竣工，通航條件趨于好轉(zhuǎn)，至2014年3.5 m深槽貫通，目前航槽穩(wěn)定(見圖1)。雖然目前該河段已處于相對較好時(shí)期，但隨著國家對長江黃金水道發(fā)展戰(zhàn)略的提出，本河段航道水深需進(jìn)一步增加，因此深入分析窯監(jiān)河段航道條件與三峽水庫調(diào)度的響應(yīng)關(guān)系非常迫切。

2三峽水庫蓄水后的水沙特性

本河段徑流及泥沙主要來自宜昌以上長江干流，沿程經(jīng)荊江三口分流一部分入洞庭湖，尾端有洞庭湖來水入?yún)R。監(jiān)利站多年實(shí)測平均徑流量3 600 億m3，實(shí)測最大流量為46 300 m3/s，最小流量為2 650 m3/s；來水集中在汛期5—10月，其中主汛期7—9月占全年的90.32%。

根據(jù)實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，三峽水庫蓄水后，監(jiān)利站枯水期12月至次年4月偏多1%～23%，主汛期(7—9月)流量較蓄水前偏少8%~16%，這主要是流域來水變化引起的。年內(nèi)流量過程較蓄水前坦化，枯水期水量加大，反映了三峽水庫調(diào)洪補(bǔ)枯的特點(diǎn)。根據(jù)三峽工程的運(yùn)行方式，三峽水庫對徑流總量無明顯影響，但對徑流的年內(nèi)過程有一定影響[8-10]，表現(xiàn)在：12月至次年5月水庫下泄流量大于天然徑流量，枯期流量加大；預(yù)泄期(5月至6月上旬)水庫騰空，下泄流量增加；6—9月汛期水庫敞泄，流量與建庫前相比基本不變，僅洪峰流量有所削減，含沙量減??；而9—11月蓄水期則存在明顯的減泄現(xiàn)象，較建庫前同期多年平均值減小約42.7%，如2009年最大減泄流量12 015 m3/s，汛后退水加快。概括來說，三峽工程的徑流調(diào)節(jié)具有汛期流量(除特大水年)改變不大、汛末蓄水期流量陡減、汛前預(yù)泄期流量增大以及枯期流量有所增大的特點(diǎn)。

從含沙量變化而言，三峽水庫蓄水前監(jiān)利站多年平均含沙量為0.996 kg/m3，由于上游大量來沙被攔蓄在庫內(nèi)，本河段來沙量發(fā)生顯著改變[10-11]，出庫及壩下游水流含沙量明顯減小，監(jiān)利水文站含沙量均遠(yuǎn)小于蓄水前多年含沙量，2003—2011年平均含沙量為0.165 kg/m3。

3三峽水庫蓄水后年內(nèi)演變規(guī)律

監(jiān)利河段屬彎曲分汊河型，自然狀態(tài)下的河床演變具有分汊河型與彎曲河型的雙重特征，在汊道變遷和彎道環(huán)流相互影響下，河床演變規(guī)律復(fù)雜。主流在凹岸左汊時(shí)，在彎道環(huán)流作用下產(chǎn)生泥沙不平衡輸移，凹岸(老河下口)崩塌，凸岸(烏龜洲)淤長，彎頂不斷下移，主流線低水坐彎、高水趨直，當(dāng)主流線與河彎半徑不相適應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生切灘撇彎，凸岸右汊發(fā)展成為主汊；當(dāng)來水來沙較大及上游主流直入左汊時(shí)，右汊發(fā)展受到限制，主流又復(fù)向左汊，如此在一定時(shí)間內(nèi)呈周期性變化[3]。

3.1年內(nèi)沖淤規(guī)律

限于資料，本文根據(jù)收集到的窯監(jiān)河段2002年4月和9—11月，2007年8—11月資料進(jìn)行年內(nèi)河床沖淤分析。2002年長江上游總體表現(xiàn)為平水(略偏少)少沙，長江中下游總體表現(xiàn)為豐水少沙年，而2007年長江上游來水較多，下游則在枯季遭遇低水位，在枯期對航運(yùn)實(shí)施流量補(bǔ)償調(diào)度，以滿足枯季通航水位要求。2002年監(jiān)利站的年平均流量11 109 m3/s，2007年平均流量11 570 m3/s，基本屬中水年，二者具有一定的可比性。

表2給出了三峽水庫蓄水前各時(shí)段本河段沖淤分布。根據(jù)河道特性，沖淤統(tǒng)計(jì)河段可分為3段，窯集佬段、右汊進(jìn)口段、右汊段。歷史上航道淺水段主要位于右汊進(jìn)口段，這里以右汊進(jìn)口段為例重點(diǎn)說明。

表2　監(jiān)利河段整治線內(nèi)2002和2007年統(tǒng)計(jì)河床沖淤量

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：2002年4月至9月24日處于汛期，本河段上游泥沙大量淤積，主要分布在窯集佬右岸深槽，新河口邊灘及烏龜洲洲頭，淤積厚度達(dá)2 m以上，右汊進(jìn)口段淤積405.3萬m3。9月24日至10月25日新河口邊灘沖深1～2 m，烏龜洲洲頭后退，右汊進(jìn)口段沖刷94.2萬m3，右汊淤積274.2萬m3；到11月20日，右汊進(jìn)口段沖刷5.3萬m3，右汊沖刷212.4萬m3。由此可見，在三峽水庫蓄水前，右汊進(jìn)口段枯期沖刷量遠(yuǎn)小于汛期淤積量，因此航深不足，導(dǎo)致淺灘礙航。新河口邊灘與烏龜洲心灘變形此消彼長，新河口邊灘及右汊進(jìn)口段淺灘遵循“洪淤枯沖”的演變規(guī)律。落水期由于淺灘段水深較小而深槽段水深較大，挾沙能力淺灘段大于深槽段，淺灘段沖刷，深槽段淤積。

三峽水庫蓄水初期，淺灘年內(nèi)仍保持“洪淤枯沖”的演變規(guī)律。2007年汛期資料僅收集到8月11日至9月19日，比2002年歷時(shí)短了很多，在汛期淤積方面二者不具可比性，但也反映了一定的規(guī)律，該時(shí)段內(nèi)右汊進(jìn)口段淤積了80.5萬m3。退水期9月19日至11月25日，右汊進(jìn)口段合計(jì)沖刷49.1萬m3，小于8—9月的淤積，若再算上8月之前的淤積量，則該段不能沖走的淤沙更多。

綜上所述，從年內(nèi)變化規(guī)律來看，監(jiān)利河段年內(nèi)灘槽沖淤規(guī)律基本沒變，由于右汊進(jìn)口段淺灘在汛期位于緩流區(qū)，而右汊處于主流區(qū)，導(dǎo)致右汊進(jìn)口段淺灘“洪淤枯沖”、右汊則“洪沖枯淤”。由于來沙量減少，2007年監(jiān)利河段淤積強(qiáng)度較2002年減弱，甚至總河段有所沖刷，但右汊進(jìn)口段仍有所淤積，雖然汛期淤積的泥沙大幅減小，但汛后沖刷強(qiáng)度也減弱，該段正是航道出淺段，因此這是引起航道條件持續(xù)惡化的主要原因之一。

3.2橫斷面演變規(guī)律

圖2為斷面1~3(圖1)在三峽水庫蓄水前后的變化規(guī)律，可見，三峽水庫蓄水后，河床斷面整體上年內(nèi)仍遵循“漲淤落沖”的規(guī)律，即汛期淺灘淤積，落水期淺灘沖刷，但各個(gè)斷面的年內(nèi)變化規(guī)律有區(qū)別，具體如下：

(1)三峽水庫蓄水前，窯集佬附近斷面1在進(jìn)入汛期后左邊灘大幅度淤積，汛后9—10月沖刷，枯季沖刷，右深槽發(fā)生淤積，到11月份，最大沖深達(dá)5 m。烏龜洲進(jìn)口斷面2處分布有散亂淺灘，水流較分散，蓄水前，年內(nèi)變化不明顯，整體比較穩(wěn)定。烏龜洲右汊斷面3漲水期右邊灘淤積，進(jìn)入枯水期汊道右邊灘沖刷，烏龜洲灘體右緣沖刷。

(2)三峽水庫蓄水后，斷面1汛期(8—9月)左邊灘淤積約1 m，進(jìn)入退水期后，開始沖刷，到11月20日，沖刷厚度達(dá)4 m。斷面2變化較為活躍，斷面沖刷范圍逐漸左移；由斷面3可以看出，蓄水后，枯水期烏龜洲灘體右汊左側(cè)深槽明顯淤積。

圖2　三峽水庫蓄水前后水深年內(nèi)變化規(guī)律 Fig.2 Changes of water depth in the year before and after impoundment of Three Gorges reservoir

如前所述，三峽水庫蓄水后，長江中下游淺灘延續(xù)了淺灘年內(nèi)“洪淤枯沖”的變化規(guī)律，但由于中枯水歷時(shí)較蓄水前長以及枯水期流量增加，烏龜夾進(jìn)口段斷面變化比較活躍，深槽有左移趨勢，右汊斷面3枯水期左側(cè)深槽淤積。

3.3落沖規(guī)律變化分析

根據(jù)前文分析，三峽水庫蓄水后淺灘段年內(nèi)雖然仍呈現(xiàn)“漲淤落沖”的規(guī)律，但沖淤幅度發(fā)生了變化。對于一個(gè)水文年，淺灘一般表現(xiàn)為漲水期淤積，退水期沖刷；而深槽與此相反?！奥錄_”規(guī)律指的是淺灘在一個(gè)水文年中，汛期過后，流量降低、水位回落過程中，河道沖刷的現(xiàn)象。烏龜夾進(jìn)口段淺灘汛期仍會(huì)淤積，落水時(shí)能否把淤積物沖走，是航道研究中特別關(guān)注的問題，因此本文著重分析這一變化規(guī)律。

3.3.1三峽水庫蓄水前后水情分析根據(jù)三峽建庫前后實(shí)測資料的統(tǒng)計(jì)[12]，在蓄水期9—11月份，與三峽水庫蓄水前的1953—1990年相比，蓄水后的2003—2009年，三峽水庫9，10，11月份的入庫流量分別減小了2 263，2 188和2 120 m3/s，入庫沙量分別減小54.4%，62.0%和41.4%，出庫流量分別減小3 075，5 642和1 191 m3/s，出庫沙量分別減小83.0%，96.4%，98.3%，出庫流量和沙量減小值明顯大于入庫流量和沙量減小值，表明出庫流量沙量受三峽水庫汛后蓄水影響較大。由于水庫蓄水減小了下泄流量，使得洪水期迅速過渡到枯水期，加快了退水過程。

2002年和2007年同屬中水年，但其年內(nèi)流量過程有差異，導(dǎo)致本河段航道沖淤變化有差異(見圖3)。三峽水庫于2006年11月開始蓄水至156 m運(yùn)行，2007年9月25日至10月23日為蓄水期[13]。從圖3中可見，2007年汛后流量大于2002年，汛期由于三峽水庫的攔蓄作用，泥沙減少最為顯著，可達(dá)到80%以上。從年輸沙量變化過程來看，三峽水庫蓄水后，1—4月和9—12月的月平均輸沙量減小百分比小于月平均含沙量減小百分比，說明枯季流量增加，汛期流量降低，與流量過程變化相對應(yīng)。

圖3　2002和2007年監(jiān)利站年內(nèi)流量和含沙量變化 Fig.3 Change of discharge and sediment concentration of Jianli station in 2002 and 2007

3.3.2窯監(jiān)河段年內(nèi)演變規(guī)律變化分析洪水期主流取直，淺灘流速相對較小，因而造成淤積，汛后流量變小后，主流歸槽，開始沖刷。因此，存在某級流量之下淺灘才開始沖刷。陸永軍等[14]統(tǒng)計(jì)的實(shí)測資料表明，當(dāng)流量小于15 000 m3/s時(shí)，長江中游淺灘開始沖刷。李義天等[3]通過對實(shí)測資料分析給出了分汊河段臨界流量的取值，并認(rèn)為下荊江枯水流量臨界值為11 000 m3/s，即當(dāng)流量小于11 000 m3/s時(shí)，主流位于枯水汊深槽，淺灘開始沖刷；洪水流量臨界值為27 000 m3/s，即當(dāng)流量大于該值時(shí)，主流位于洪水汊附近，洪水汊灘槽開始沖刷。流量小于5 500 m3/s時(shí)，對河槽沖刷作用不明顯，本文取枯水流量5 500~11 000 m3/s[3]進(jìn)行沖刷時(shí)間統(tǒng)計(jì)。

由圖3可知，三峽水庫蓄水前，2002年8月27日至9月12日流量從28 300 m3/s降到10 900 m3/s，新河口邊灘、右汊進(jìn)口段開始沖刷；9月24日至10月25日平均流量10 517 m3/s，實(shí)測右汊進(jìn)口段總體平均沖深1～2 m；枯水流量持續(xù)133 d，汛期落淤的泥沙得到?jīng)_刷。三峽水庫蓄水后的2007年9月19日至10月30日，流量從27 700 m3/s降到10 700 m3/s，期間平均流量13 854 m3/s，高于2002年，其水位與最小流量也高于2002年；8月7日進(jìn)入退水期，枯水流量持續(xù)時(shí)間為99 d，比2002年縮短了33 d，另外8月26日至10月3日有一段漲水過程，這是年內(nèi)水文隨機(jī)過程造成的，主流擺離淺灘，淺灘會(huì)由于處于緩流區(qū)而淤積，這兩個(gè)原因?qū)е卵雌诼溆俚哪嗌车貌坏匠浞譀_刷從而出淺礙航。若不考慮三峽工程的影響，從水沙條件來分析，2002年中洪水歷時(shí)小于2007年，從而洪水期淤積少，加之枯水流量持續(xù)時(shí)間大于2007年，導(dǎo)致2007年航道條件比2002年差。

圖4　淺灘沖刷幅度與沖刷流量持續(xù)時(shí)間關(guān)系 Fig.4 Relationships between erosion intensity and duration of scouring flow

如上所述，枯水流量時(shí)，淺灘處于沖刷狀態(tài)，枯水流量持續(xù)時(shí)間越長，淺灘沖刷越充分，反之，枯水流量持續(xù)時(shí)間越短，易導(dǎo)致淺灘沖刷不足，造成礙航。圖4為淺灘沖刷幅度與枯水流量持續(xù)時(shí)間關(guān)系，可以看出，枯水流量持續(xù)時(shí)間越長，淺灘沖刷幅度越大，且在相同的枯水流量持續(xù)時(shí)間內(nèi)，烏龜洲洲前的過渡段淺灘易因沖刷不足而礙航，其年內(nèi)變化還受到烏龜洲分汊河道形態(tài)阻力及河彎壅阻作用的影響，具體表現(xiàn)在汛期洪水漫灘，水流受到河彎的壅阻及河床、烏龜洲表面阻力與分汊口的形態(tài)阻力的影響而產(chǎn)生壅水，比降減小，進(jìn)而流速降低，挾沙能力降低，泥沙落淤；而到枯水季節(jié)僅受到形態(tài)阻力，壅水很小，比降增大，流速增大，挾沙能力增大，河床沖刷。這樣，在汛期江水?dāng)y帶的大量泥沙在展寬段落淤，如果此時(shí)落水時(shí)間短，則會(huì)由于沖刷不及時(shí)而導(dǎo)致出淺。

3.3.3三峽水庫蓄水期動(dòng)力過程變化利用數(shù)學(xué)模型[7, 15]，將監(jiān)利站2007年流量過程還原到不受三峽水庫調(diào)度影響，計(jì)算了三峽水庫蓄水前后水動(dòng)力過程變化。上游寸灘與武隆站匯流后的流量作為三峽入庫流量Q1，與出庫宜昌站流量Q2之差作為三峽水庫的調(diào)節(jié)流量，將監(jiān)利站實(shí)測流量修正，則可近似認(rèn)為此流量過程還原到不受三峽水庫調(diào)節(jié)，簡稱還原流量，再根據(jù)輸沙率-流量關(guān)系曲線，可得不受三峽水庫調(diào)節(jié)時(shí)的含沙量，即還原含沙量。還原后的流量過程表明，三峽水庫調(diào)度后，由于蓄水期(9月25日—10月23日)水庫蓄水，下泄流量較蓄水前減小8%~34.3%，最大減少6 320 m3/s，該時(shí)段內(nèi)實(shí)測平均流量12 760 m3/s，還原平均流量14 720 m3/s，則三峽水庫蓄水導(dǎo)致流量平均減小了13.3%。

蓄水期流量減少導(dǎo)致本河段水動(dòng)力條件發(fā)生變化，通過對右汊進(jìn)口段(測點(diǎn)如圖1中黑點(diǎn)位置)流速統(tǒng)計(jì)可以看出，實(shí)際流量該點(diǎn)平均流速為1.1~1.43 m/s，還原流量過程下的流速為1.1~1.69 m/s，實(shí)測流量下流速比還原流量下減小2%~22%，輸沙能力與流速的3次方成比例，說明右汊淺區(qū)汛后沖刷動(dòng)力減弱。

3.3.4三峽水庫蓄水期河床沖淤過程變化采用數(shù)學(xué)模型，通過還原三峽水庫蓄水前后水沙條件，比較河床沖淤變化，以期反映三峽工程引起的沖淤變化。以2007年1月地形為起始地形，選取監(jiān)利站2007年1月至2008年1月三峽水庫蓄水前后日均流量過程進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算工況分別為：①實(shí)測水沙條件(有三峽水庫蓄水影響)；②還原流量到三峽水庫蓄水前而含沙量仍為實(shí)測值，以反映三峽水庫蓄水對流量過程改變的影響；③流量和含沙量均還原到三峽水庫蓄水前，認(rèn)為不受三峽水庫蓄水影響。

通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算，本文統(tǒng)計(jì)了右汊進(jìn)口段在以上3種水沙組合條件下的河床沖淤變化，通過對沖淤量統(tǒng)計(jì)，可知實(shí)測水沙過程條件下，烏龜洲進(jìn)口段汛期淤積481.0萬m3，汛后沖刷150.5萬m3，沖刷比31.3%；還原流量過程后，汛期淤積487.1萬m3，汛后沖刷158.2萬m3，沖刷比32.5%，沖刷幅度較實(shí)測工況降低約5%；還原水沙過程后，汛期淤積1 325.2萬m3，蓄水期沖刷221.3萬m3, 沖刷比16.7%。若不考慮三峽工程運(yùn)行后含沙量的變化，僅考慮流量過程變化，汛后蓄水期沖刷幅度略有降低，這與前文所述蓄水期流量減小有關(guān)，加快了退水過程。通過還原水沙過程可以發(fā)現(xiàn)，即把流量、含沙量均還原到?jīng)]有三峽水庫調(diào)節(jié)的情況，對比工況①和③，由于三峽工程大大減小了含沙量，汛期淤積幅度較三峽水庫蓄水期大大減小，從淺灘淤積來說對航深是有利的，但汛后的沖刷仍不足以將淤沙沖走，從而導(dǎo)致窯監(jiān)河段長期以來的礙航態(tài)勢。

值得說明的是2007年三峽水庫蓄水位僅156 m，2010年后已提高到175 m，調(diào)節(jié)的流量變化更大，計(jì)算工況以2007年自然條件為基準(zhǔn)，未考慮整治工程作用。本文僅分析了總體沖淤量級的變化，三峽工程引起的下游沖淤變化還包括洲灘分布變化，對航道的影響也是一個(gè)復(fù)雜的過程，值得進(jìn)一步深入研究。

根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)[16]，三峽水庫蓄水后總體來水來沙偏枯，淺灘沖刷時(shí)間長，這樣的水沙條件對航道而言總體有利，加上整治工程的作用，窯監(jiān)河段的航行態(tài)勢目前良好(圖1)。但通過本文2002和2007年的實(shí)測資料對比發(fā)現(xiàn)，2007年落水期明顯比2002年短，使得礙航淺段出淺，這說明窯監(jiān)河段航道條件與來水來沙情況、三峽水庫蓄水調(diào)節(jié)都存在關(guān)系。若今后出現(xiàn)不利年份，三峽水庫蓄水期減泄是否會(huì)加重航道不利變化需要引起關(guān)注。

4結(jié)語

本文在分析三峽水庫蓄水前后監(jiān)利站水沙條件變化的基礎(chǔ)上，收集2002和2007年地形資料分析了下荊江窯監(jiān)河段三峽水庫蓄水前后的年內(nèi)演變規(guī)律，根據(jù)水沙資料分析和二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算對退水期沖刷變化原因進(jìn)行了分析，得到主要結(jié)論如下：

(1)從年內(nèi)變化規(guī)律來看，監(jiān)利河段年內(nèi)灘槽沖淤規(guī)律基本沒變，右汊進(jìn)口段淺灘“洪淤枯沖”、右汊則“洪沖枯淤”。由于含沙量大幅減少，2007年監(jiān)利河段汛期淤積強(qiáng)度較2002年減弱，甚至總河段有所沖刷，但右汊進(jìn)口段仍有所淤積。2007年汛后沖刷強(qiáng)度仍不足以將淤沙沖走，航道條件仍呈惡化態(tài)勢。

(2)三峽水庫蓄水引起的年內(nèi)流量過程變化表現(xiàn)為蓄水期流量減少，退水過程加快，沖刷流量持續(xù)時(shí)間減少，從而減弱了沖刷動(dòng)力。將監(jiān)利站2007年流量過程還原到不受三峽水庫調(diào)度影響，計(jì)算了三峽水庫蓄水前后水動(dòng)力及河床沖淤過程變化。計(jì)算表明，汛后蓄水流量平均減小13.3%，右汊進(jìn)口段淺區(qū)垂線平均流速減小2%~22%，相應(yīng)沖刷強(qiáng)度減弱5%。

(3)限于資料，本文僅分析了2002和2007年沖淤變化，利用實(shí)測資料和數(shù)學(xué)模型等分析了年內(nèi)沖淤變化，今后還需進(jìn)一步加強(qiáng)對洲灘分布演變、不同蓄水過程的影響分析研究。

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Annual analysis of Yaojian reach riverbed evolutionbefore and after impoundment of the Three Gorges reservoir

REN Fang-fang1,2, ZUO Li-qin2, LU Yong-jun2

(1.StateKeyLaboratoryofHydrology-WaterResourcesandHydraulicEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China; 2.NanjingHydraulicResearchInstitute,Nanjing210029,China)

Key words： evolution law within a year; erosion during flow falling; the Three Gorges reservoir; Yaojian reach

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E-mail: 503185042@qq.com通信作者：劉祚秋(E-mail：eeslzq@mail.sysu.edu.cn)