湖南汨羅江流域典型水文斷面查勘研究

劉海 唐哲

摘要：由于1973年汨羅江水文查勘資料已無(wú)法滿足當(dāng)今水文地質(zhì)研究的需求，為了全面掌握汨羅江流域40余年自然變遷和人為影響造成的水文特性變化，2017年重新對(duì)汨羅江流域進(jìn)行了水文查勘。簡(jiǎn)要概述了該流域典型水文斷面的地貌、河床變化以及水質(zhì)等情況，研究了汨羅江河道行洪能力、水情預(yù)報(bào)特性。此次水文查勘為洞庭湖流域的水污染治理、水資源開(kāi)發(fā)、水生態(tài)保護(hù)奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：典型水文斷面;水文查勘;水生態(tài)保護(hù);汨羅江流域

1 流域概況

汨羅江古稱汨水，發(fā)源于湘贛邊境幕阜山脈金鳳山南麓，于湖南省汨羅市磊石鎮(zhèn)注入東洞庭湖，流域面積5 543.2 km2，全長(zhǎng)253.2 km，總落差249.8 m，河道平均坡降0.46 ‰。汨羅江沿程接納5 km以上支流達(dá)173條，其中流域面積大于100 km2的支流有10條，呈不對(duì)稱羽狀水系。汨羅江主要流經(jīng)平江縣、汨羅市，是南洞庭湖濱湖區(qū)最大河流，為平江、汨羅地區(qū)提供灌溉和生活用水。

為加強(qiáng)洞庭湖流域的水污染治理[1]、水資源開(kāi)發(fā)、水生態(tài)保護(hù)[2-3]，收集汨羅江河道行洪能力[4]、水情預(yù)報(bào)等水文資料，國(guó)家水文部門(mén)于1951年在汨羅江干流設(shè)立了加義、平江、黃旗塅（2005年遷至伍市）3個(gè)基本水文（位）站，長(zhǎng)期收集并整理水文基礎(chǔ)資料。同時(shí)，為了彌補(bǔ)水文站網(wǎng)分布稀少導(dǎo)致的水文資料缺失，水利部在1973～1975年組織了大型水文查勘[5] 來(lái)補(bǔ)足流域內(nèi)水文資料，探索汨羅江流域河流演變和洪水特征[6-7]。

2 汨羅江水文查勘情況

1973年汨羅江水文查勘使用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、平板儀等測(cè)量設(shè)備，收集的資料精度低[8]、范圍不廣、項(xiàng)目不全，已不能滿足當(dāng)今水文地質(zhì)研究的需求。為了全面掌握汨羅江流域歷經(jīng)40多年自然變遷和人為影響的水文特性變化，亟待對(duì)汨羅江流域水文資料進(jìn)行更新完善。

2017年，岳陽(yáng)市水文局采用全站儀、GPS、ADCP聲學(xué)多普勒流速儀[9]、無(wú)人機(jī)[10]等新儀器新設(shè)備，歷時(shí)2 a，對(duì)汨羅江流域開(kāi)展了高效、精確、全面的水文查勘。采用無(wú)人機(jī)航拍，收集了汨羅江河流地貌形態(tài);更新完善了汨羅江流域40 a來(lái)河流演變、洪水特性、水質(zhì)水量等水文資料;對(duì)典型河段的斷面高程及周邊地形進(jìn)行了測(cè)量，調(diào)查了歷史洪水及洪澇災(zāi)害情況，并計(jì)算了洪調(diào)年份的洪峰流量。

3 查勘成果分析

對(duì)38個(gè)河段縱橫斷面、橋梁、水利工程建筑及歷史洪痕情況進(jìn)行的查勘表明，1983年、1995年和2000年均發(fā)生了幾次較大場(chǎng)次洪水，對(duì)平江縣、汨羅市部分地區(qū)造成了較為嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。對(duì)比1973年水文查勘資料，攔河修閘、河道挖砂等人為活動(dòng)，對(duì)汨羅江流域河流生態(tài)系統(tǒng)健康造成了較大破壞，嚴(yán)重影響了河流的行洪能力。

3.1 典型水文斷面地貌變化

選取汨羅江干流平江、伍市，支流昌江河打樹(shù)坪、車田2個(gè)河段進(jìn)行了分析，河流分布形態(tài)見(jiàn)圖1～2。

經(jīng)水文查勘后，汨羅江平江河段順直長(zhǎng)約300 m，無(wú)岔流，河槽寬約100 m。斷面上下游有水草生長(zhǎng)?；舅邤嗝嫘螤顬椤癠”形，河床為細(xì)砂組成，逐年有淤積變化，右岸為平江縣新建的防洪大堤，左岸為沙壤土。汨羅江伍市河段河道順直，河段右岸水位在約38.50 m開(kāi)始漫灘，漫灘寬度在280 m左右。右岸斷面有沖淤現(xiàn)象，河床由細(xì)沙組成。

汨羅江打樹(shù)坪河段為洪調(diào)河段，處于平江縣梅仙鎮(zhèn)竹嶺村口上組，兩岸均為高山，河床砂卵石較為穩(wěn)定。調(diào)查河段左岸相對(duì)平坦，植被良好，為沙壤土，河流生態(tài)具有一定的自我恢復(fù)能力。車田河為典型山溪性河流，河床較狹窄，河道蜿蜒曲折，不同河段河道寬窄變化大，洪水暴漲暴落。汨羅江車田河段處于平江縣梅仙鎮(zhèn)板口村板口電站下游，河床由砂石構(gòu)成，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。調(diào)查河段順直，左岸沖刷，右岸淤積，兩岸居民較多，植被良好，為沙壤土;上斷面有采砂場(chǎng)，河道采砂破壞了河床的穩(wěn)定性，產(chǎn)生了大量砂坑;加之河道的沖刷能力增強(qiáng)，河床下切嚴(yán)重，嚴(yán)重制約了河段的行洪能力。

通過(guò)查閱現(xiàn)有水文資料、歷史洪水資料和當(dāng)?shù)鼐用褡咴L記錄，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)洪水?dāng)嗝?、河段周邊地形測(cè)量和無(wú)人機(jī)拍攝的地貌全景，發(fā)現(xiàn)該河段于1983年和1995年發(fā)生了兩場(chǎng)較大的洪水，由于河道行洪能力不足，山溪性河流洪水來(lái)水快、水量大，造成河岸崩塌、河道堵塞、水位壅高，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、居民生活產(chǎn)生了極大不利影響。

3.2 典型水文斷面河床分析

對(duì)比1973年，受涉河水利工程運(yùn)行和河道采砂等活動(dòng)的影響，汨羅江河道發(fā)生了明顯變化：河床不斷下切，河道斷面演變成“V”形或 “U”形，詳見(jiàn)圖3。斷面沖淤明顯，左右岸坡面呈直線或曲線，谷底與谷坡之間通常無(wú)明顯分界限。河面狹窄，河道沙石裸露，河床破壞致使水生生物棲息生存環(huán)境惡化。水流不暢破壞了河床的完整性和穩(wěn)定性，河道行洪能力下降，危及防洪安全。

2017年8月12日，汨羅江昌江流域發(fā)生了特大暴雨，最大3 h降雨量的重現(xiàn)期超過(guò)100 a一遇，降水主要集中在昌江上游。8月12日06：00，因暴雨強(qiáng)度大、產(chǎn)流匯流速度快，冬塔和石漿的洪水在南江橋高南村匯集后向下游迅速涌去。昌江流域上游洪水06：00開(kāi)始起漲，昌江北源洪峰于10：00經(jīng)過(guò)冬塔鐘家，昌江洪峰于10：40經(jīng)過(guò)石漿毛家，11：30經(jīng)過(guò)南江鎮(zhèn)高南村，水位漲幅達(dá)7.93 m;洪峰于13：00經(jīng)過(guò)大洲鄉(xiāng)大江村，于16：15經(jīng)過(guò)下游梅仙鎮(zhèn)，梅仙水文站水位漲幅達(dá)7.40 m，洪峰流量1 400 m3/s，于當(dāng)日22：30經(jīng)過(guò)汨羅江干流伍市水文站，洪峰流量達(dá)1 920 m3/s。洪水發(fā)生示意圖見(jiàn)圖4。

根據(jù)汨羅江流域的實(shí)際情況，洪水調(diào)查洪峰流量一般采用曼寧公式[11]計(jì)算：

由式（1）可知，影響流量的水力因素主要有斷面面積、水面比降、糙率和水力半徑。由于河床不斷下切，河床采砂嚴(yán)重，河岸未經(jīng)保護(hù)，水力半徑變小，糙率變大，行洪能力下降，導(dǎo)致在通過(guò)相同流量的情況下過(guò)水?dāng)嗝婷娣e變大，水位壅高，對(duì)河流沿線的堤岸造成影響。此次暴雨強(qiáng)度大，洪量集中，洪水來(lái)勢(shì)猛，破壞力強(qiáng)，大洲鄉(xiāng)以上河段底水偏高，導(dǎo)致洪水經(jīng)過(guò)時(shí)洪峰峰值偏高，冬塔鐘家大屋集賢大橋和大洲鄉(xiāng)大江電站被沖毀，洪水破壞現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖5。