三峡蓄水后宜昌河段河床演变分析
三峡建成后对下游河床演变的影响
健康长江长江中下游干流与荆江河道治理2007-6-19 来源：长江水利网长江中下游干流河道全长1 893千米，从宜昌到鄱阳湖口为中游，长955千米；湖口以下为下游，长938千米。
沿江两岸有众多支流汇入。
干流流经湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海等6省（直辖市）。
长江中下游干流河道，按照河势河型和控制节点，划分为33个河段，根据河段的重要性和治理的迫切性将33个河段分为三类。
第一类，现有重要堤防、城市、港口和重点工程，在国民经济建设中有重要作用，需要抓紧解决在防洪与航运方面存在问题的河段。
计有上荆江、下荆江、岳阳、武汉、九江、安庆、铜陵、芜裕、马鞍山、南京、镇扬、扬中、澄通、长江口等14个河段。
第二类，在防洪、航运或其他方面存在较突出，需要进行整治的河段。
计有陆溪口、簰洲湾、团风、戴家洲、龙坪、马垱、东流、太子矶、贵池、黑沙洲等10个河段。
第三类，河势基本稳定，存在问题不突出，或虽有某些问题但可暂缓进行整治的河段。
计有宜昌、宜都、嘉鱼、叶家洲、黄州、黄石、田家镇和大通等9个河段。
长江中下游干流河道在一定的水流泥沙条件与河床边界条件相互作用下，岸线常发生崩岸；岸线的崩退不同程度地改变了河道的平面形态，引起上下游河势的调整，给防洪安全和两岸经济发展带来严重影响。
新中国建立初期，长江中下游干流河道基本处于自然演变状态，主流摆动，河势变化十分剧烈，在1 893千米长的河道中，两岸崩岸线长达1500千米，严重威胁着两岸人民生命财产的安全，制约了沿江经济发展。
新中国成立以后，在中央及各级政府的领导下，积极开展了长江中下游河道的治理工作。
据不完全统计，到1998年大水以前，长江中下游护岸累计完成总抛石量约6687万米3，沉排约410万米2，修建丁坝685座。
累计护岸总长度约1189千米。
通过这些治理，初步形成了长江中下游干流河道护岸工程体系，对稳定河势、保障沿江地区的防洪安全发挥了重要作用。
1998年、1999年长江连续发生大洪水，在连续大洪水的作用下，工程破坏较为严重，中下游沿岸出现了不少险情。
三峡水库蓄水后宜昌一杨家脑河段冲刷及粗化
三峡水库蓄水后宜昌一杨家脑河段冲刷及粗化刘怀湘;徐成伟【摘要】水库蓄水引发的下游河道再调整,对河流未来演变与人类活动均有重要影响.根据现场实测水文、地形与床沙资料,对三峡蓄水后下游宜昌-杨家脑河段的河床冲刷下切、粗化等现象进行了统计分析.结果表明,三峡水库蓄水后导致宜昌相同来流情况下来沙剧减,这是导致研究河段冲刷的根本原因.2002-2006年间主要冲刷区逐年下移,冲淤幅度逐渐变小.而2006年汛末与2008年汛末三峡水库水位的抬高均导致冲刷量的突增.2002-2006年各河段曼宁糙率值逐步增大,尤其是坝下河段.床沙组成中卵石含量迅速提高,坝下河段河床中值粒径亦明显增大,而枝城以下河段不明显.这种上、下游河段粗化过程的差异性与河道冲淤、糙率变化是一致的.%The readjustment of reservoir-downstream channels is important to both local fluvial morphology and human activities. According to the observation of hydrology, landform and riverbed sediment, this study analyzed the scour, incision and bed matenal armoring of Yichang-Yangjianao channel, which is located at the downstream of the Three Gorges project (TGP). The results show that the incoming sediment of Yichang station is significantly decreased due to TGP impoundment, thus the study channel is scoured. The main erosion zone moved downwards every year and the scouring amount reached its peak in 2006 and 2008, when the reservoir stage was raised. The roughness coefficient increased during 2003 to 2006 (the near-dam section especially). The proportion of cobbles on bed increased and the median diameter in the near-dam section also increase obviously, while the median diameter downstream ofZhicheng just changes slightly. The difference between the upstream and the downsteam in bed material armoring is coherent with the tendency in distribution of both scouring amounts and roughness coefficients.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】7页(P57-63)【关键词】三峡水库;侵蚀冲刷;河床粗化【作者】刘怀湘;徐成伟【作者单位】南京水利科学研究院水文水资源及水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210029;南京水利科学研究院水文水资源及水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210029【正文语种】中文【中图分类】TV147.5水利枢纽的建设拦蓄了上游来流中的泥沙，常常引起坝下游河道的冲刷［1］.由此带来的河床下切、水位下降等问题对河流的未来演变以及人类活动如航运等均有重要影响，因此得到了学者们的广泛关注［2－3］.葛洲坝枢纽自1973年兴建以来，即由于坝下游河段冲刷下切使得沿程中、枯水位下降.1973—2003年间，宜昌枯水位比葛洲坝枢纽设计水位累计下降了1.24 m(对应流量4000m3/s)，直接影响到下引航道的通航条件.随着三峡水库的蓄水运用，该河段将可能再次发生长时期、长距离的剧烈冲刷，带来新的河流治理与工程问题.因此，本研究根据相关实测水文、地形、床沙资料，针对三峡水库2003年蓄水后宜昌—杨家脑河段冲淤情况、河床糙率及床沙粗化等方面的变化进行了分析.宜昌—杨家脑河段河势与固定断面布置如图1所示.整个河段从上游至下游可大致划分为宜昌河段、宜都河段与枝江河段.其中，宜昌至枝城段(含宜昌河段与宜都河段)为顺直微弯河型，流经低山丘陵地带，是长江由山区性河流向冲积平原河流的过渡地带.河道有一定的摆动，有阶地和边滩发育.枝城至杨家脑段(枝江河段)则处于上荆江的上段，为弯曲分汊河型，存在关洲、董市洲等分汊河段.图1 宜昌—杨家脑河段观测断面及主要水文站分布Fig.1 Observation sections and hydrologic stations in Yichang-Yangjianao reach1 水沙过程变化宜昌站为本河段控制水文站.根据图2中对三峡水库蓄水前后多年平均(1981—2002年)水沙资料的对比统计，可见除2006年外宜昌站径流量在三峡水库蓄水前后变化不大，2003—2008年径流量为4001～4593亿m3，与多年平均(1981—2002年)相比，年径流量仅减少约5%，而2006年径流量明显偏少，仅有2849亿m3，减少了34.4%.宜昌站年输沙量在三峡水库蓄水后减少较多，2003—2008年输沙量为3224～10985万t，与多年平均(1981—2002年)相比，年输沙量减少了约80%，2006年输沙量尤其偏小，仅有908万t，减少了98.0%.上世纪90年代以来长江上游来沙已不断减少，但即使如此，三峡水库蓄水前的1981—2002年宜昌站年输沙量仍有4.59亿t，可见三峡水库的修建拦蓄了大量泥沙，使得宜昌站输沙量相比天然水平大幅度减少.2003—2007年，宜昌站沙质推移质(距多年平均)分别为:25.8 万 t(－81.4%)，30.3 万 t(－78.1%)，24.7 万t(－82.2%)，3.7 万 t(－97.3%)和15.4 万 t(－88.9%);卵石推移质(距多年平均)分别为:0.221 万 t(－99.1%)，0.186 万 t(－99.3%)，0.913 万 t(－96.4%)，0(－100.0%)和0.548 万 t(－97.9%)，多年平均资料统计年限为1981—2002年.从以上宜昌站的统计来看，与悬移质相比，推移质输沙量的减少百分比更大，特别是卵石推移质.宜昌站沙质推移质输沙量2003—2007年间多在15.4～30.3万 t之间(除2006年仅3.7万t)，较多年平均减少78.1% ～88.9%.而宜昌站卵石推移质输沙量2003—2007年间降至0.913万t以下，2006年甚至未采集到卵石推移质.因此，三峡工程的兴建，给宜昌—杨家脑河段的水沙过程变化带来了极大的影响.特别是宜昌站上游来沙量明显减少，而径流量相对变化不大，这是造成本河段冲刷的源动力.图2 宜昌站年径流量与年输沙量变化Fig.2 Variation of annual runoff and annual sediment yield at Yichang station2 沿程冲淤强度分布根据2002—2006年间宜昌—杨家脑河段沿程的固定断面测量资料，结合水面线分析可计算宜昌—杨家脑河段在不同流量级别的水位下，沿程断面的冲淤情况.图3给出宜昌流量为40000m3/s对应多年平均水位以下河槽(即洪水河槽)，沿程各断面冲淤强度的分布情况，图中仅列出部分断面名称，其余断面名称见图1.图3 沿程各断面历年冲淤强度(+为淤积，–为冲刷)Fig.3 Erosion and deposition intensity at observation sections(+:deposition，－:erosion) 2002—2003年间，宜昌—杨家脑河段洪水河槽内的冲淤强度分布大致以荆3断面即枝城为界，枝城以上河段冲刷强度较大，冲刷1000m3/m左右的断面较多，若以沿程水面宽1000m左右计算，则冲刷深度约为1 m.其中冲刷最为剧烈的河段出现在胭脂坝附近(宜43断面)与宜都一带(宜61－70断面间).而枝城以下有部分河段则出现大量淤积，总体上有冲有淤，冲淤强度均在1000m3/m以下. 2003年三峡工程为第一年蓄水，故清水下泄使得接近坝下河段出现了剧烈冲刷，而枝城以下部分河段有淤积，这可能是因为上游冲刷所携带的泥沙在此大量落淤的结果.总体上看，2002—2003年间枝江河段的冲刷程度远小于宜昌河段与宜都河段.2003—2004年间，坝下宜昌河段的冲刷幅度急剧变小，平均仅为116.2～138.0m3/m.冲刷最剧烈的河段下移并集中在断面宜69周围即宜都附近，最大冲刷强度2000m3/m左右.宜都河段平均400m3/m以上.枝城以下河段(断面荆3以下)总体上以冲刷为主，但冲刷强度普遍仍小于1000m3/m，枝江河段平均200m3/m左右，关洲一带(断面荆6附近)冲刷强度相对较高.2004—2005年间，枝城以上河段的冲刷强度分布情况与2003—2004年间类似，坝下宜昌河段的冲刷进一步减弱，同时不少断面甚至出现微淤.冲刷最剧烈的河段位置进一步略为下移至断面宜72附近.枝城以下河段亦与2003—2004年间类似，冲刷强度略有降低，关洲河段还出现一定程度淤积.从宜昌—杨家脑河段沿程各断面平均冲刷强度来看，与2003—2004年间基本相同.2005—2006年间，枝城以上河段总体以微淤为主，其中宜昌河段淤积强度平均为100m3/m左右，宜都河段部分断面可达1000m3/m.主要冲刷带下移至枝城以下河段，集中在关洲河段与芦家河浅滩河段两处，芦家河下游部位各断面又以淤积为主.从宜昌—杨家脑河段沿程各断面平均冲淤强度来看，基本上为冲淤平衡，变化不大.2002—2006年间，宜昌—杨家脑河段的河床演变过程基本上是环境条件相对不变情况下的一个典型过程.这一阶段，三峡水库保持在135～139 m水位运行，河流水沙过程亦较为平稳(除2006年外).在这一稳定的环境条件下，宜昌—杨家脑河段的演变总趋势为:主要冲刷区逐年下移，冲淤幅度渐渐变小.结合2007年以后文献数据［4］可得表1.表中结果印证了以上结论，同时由于2006年汛末与2008年汛末三峡水库分别有一次水位抬高过程，导致宜昌—杨家脑河段的来沙进一步减少(如2007—2008年均输沙量仅有2003—2006年的60%左右)，因此2006—2008年与2008年后亦先出现强烈冲刷，随后冲淤幅度渐渐变小，趋向于稳定，即随水沙条件变化出现了新的河床再调整过程.表1 2002—2009年间宜昌—杨家脑河段在不同流量级的冲淤强度Tab.1 Erosion and deposition intensity with different discharges in Yichang-Yangjianao reach during 2002—2009(m3/m)时间河段流量级别/(m3·s－1)(宜昌站数据)5000 10000 20000 30000 40000宜昌河段2002—2003年－527.6 －589.7 －649.7 －687.0 －733.1宜都河段－568.5 －611.1 －657.3 －666.0 －662.6枝江河段－40.1 －83.7 －91.0 －90.4 －51.4全河段－371.1 －416.3 －448.7 －461.1 －453.7宜昌河段2003—2004年－138.0 －135.6 －133.7 －133.5 －116.2宜都河段－412.3 －434.5 －443.2 －442.6 －443.1枝江河段－178.0 －197.8 －216.1 －221.6 －242.9全河段－249.3 －264.1 －273.3 －275.2 －280.9宜昌河段2004—2005年41.9 39.2 39.6 40.8 34.5宜都河段－586.2 －599.0 －612.2 －612.4 －611.1枝江河段－146.2 －160.3 －168.0 －167.0 －174.8全河段－246.1 －255.8 －263.3 －262.6 －270.7宜昌河段2005—2006年109.7 107.4 104.8 106.3 111.9宜都河段－41.6 －41.0 －45.0 －45.3 －44.7枝江河段－55.0 －68.6 －71.6 －71.9 －69.8全河段－7.8 －14.5 －17.5 －17.3 －16.4宜昌河段2006—2007年－160.3 －171.1 －172.2 －169.6宜都河段－476.8 －496.2 －496.7 －503.5枝江河段－172.7 －193.8 －188.9 －193.6全河段－268.6 －287.6 －285.4 －289.6宜昌河段2007—2008年75.3 87.6 117.0 112.9宜都河段－91.9 40.2 －39.4 －39.4枝江河段－10.0 －14.1 －7.8 －6.9全河段－22.9 19.4 1.7 1.5宜昌河段2008―2009年－230.4 －250.0 －278.9 －274.7宜都河段－184.8 －221.5 －217.2 －206.6枝江河段－69.7 －62.7 －65.9 －68.1全河段－132.1 －143.3 －148.2 －145.33 河床糙率计算河床糙率是水力计算中的重要参数，其计算方法如下:如果在计算河段和计算时段内，水流为恒定流，河道横断面沿程均一，那么按照曼宁阻力计算公式，河床曼宁糙率可表达为［5］:式中:J为河段水力坡降;R为水力半径;U为平均流速;Z1，Z2分别为计算河段上下游两端的水位(m);B为计算河段的河宽(m);A为计算河段的过水面积(m2);Q为计算河段计算时段内的平均流量(m3/s);L为计算河段长度(m).然而，由于天然河道形态不会完全规则，因此在实际计算时往往直接采用计算河段进、出口断面形态特征值进行平均，即采用两端断面过水面积及河宽的平均值代入式(1)进行计算.根据公式计算不同流量下各河段2002—2006年的糙率变化.所有流量级(5000，10000，20000，30000和40000m3/s共计5组数据)下的平均值如图4所示. 图4 不同河段的糙率(全流量平均值)变化Fig.4 Roughness variation of different reaches(discharge-averaged)总体而言，2002—2006年各河段的曼宁糙率值有所增大，全河段各级流量平均糙率值由2002年的0.0247增大到2006年的0.0270，增大了9.4%.除了2006年可能由于异常的水沙过程使其曼宁糙率值显得较为偏小外，2002—2005年曼宁糙率值逐步增大，反映了三峡水库蓄水后宜昌—杨家脑河段河床逐步粗化的影响.不同河段之间，以宜都—枝城为界，其下游河段糙率值仅略为增加，其中枝城—马家店河段增大7.9%，马家店—陈家湾河段增大5.2%，宜都—枝城河段甚至减少了8.2%(除2006年外其余年份亦基本不变).而在宜都以上河段为糙率增大较明显的区域，如宜昌—宝塔河河段增大最多(增加35.3%)，艾家镇—磨盘溪河段其次(增加34.4%).这与三峡水库蓄水后宜昌—杨家脑河段的沿程冲淤规律是一致的，即靠近坝下的河段冲刷较严重，而下游河段相对变化不大.4 床沙粗化分析在河道冲刷过程中，除了河床高程随之降低外，河床中的粒径组成也随之变化.床沙中的细颗粒被逐渐带走，粗颗粒的比重会愈加增大，即出现床沙粗化［6－8］. 图5中列出了宜昌—杨家脑河段沿程各断面床沙中值粒径从2002—2008年的变化情况.测量均在当年10月进行，每一个断面上采集多个样点，因此根据测量结果大致可以将其分为沙质样点与卵石采样两个差异很大的组分，分别计算平均值.从资料上看，沙质床沙中值粒径结果较多且变幅相对不大，而卵石床沙中值粒径结果由于测量手段的局限以及自然条件下分布的复杂性，呈现出一定的随机性，其波动振幅可达数十毫米.不过，总体来看，采集到卵石的断面数随时间的推移逐渐增多.如图5(b)所示，2002年10月53个断面中仅5个断面采集到卵石数据，整个河段中以沙质河床为主，因此为沙质或沙夹卵石河床.根据长江委荆江水文水资源勘测局2002年对洲滩床沙组成的调查［9］，宜昌至松滋口河段卵砾石占32%，胶结卵石占3.02%，砂占61.84%，土占3.15%;松滋口至江口河段卵砾石占33.3%，砂占49.3%，土占17.4%;江口至杨家脑河段砂占96.8%，土占3.2%.以上调查与本研究结论基本相符.2003年10月采集到卵石数据的断面数达到11个，反映出三峡水库蓄水后第一年床面组成情况即开始急剧变化，而至2004年后达到20个以上.卵石所占百分比逐渐增大.尤其是宜昌—宜都河段(宜34—宜69)，至2008年10月时床面组成已经以卵石为主，床沙发生明显粗化.图5 2002—2008年床沙中值粒径变化Fig.5 Variation of bed sediment median size during 2002 to 2008沙质河床中值粒径的增大非常明显，特别是枝城(荆3)以上河段.2002年时宜昌－杨家脑河段沙质河床中值粒径普遍在0.100～0.300mm之间，随着时间推移在不断增大，高于0.300mm的断面越来越多，峰值也越来越大，至2008年时最大中值粒径将近1 mm.这些峰值主要出现在枝城以上特别是接近坝下河段，反映出坝下河段床沙粗化较为明显.与此同时，枝城以下河段沙质床沙粗化过程较为缓慢，2002—2008年中值粒径平均仅增大0.1 mm左右.这种上、下游河段粗化过程的差异性与河道冲淤、糙率变化、推移质粒径变化的相关结果是一致的.由于数据精度等原因，图5(b)所示的卵石河床中值粒径变化较为杂乱，但基本规律与沙质河床相同，即坝下河段卵石粒径也出现一定粗化，2003—2008年中值粒径普遍高于2002年中值粒径，而枝城以下河段无明显粗化现象.5 结语通过对三峡下游宜昌—杨家脑河段河床冲刷粗化状况的分析，得到了以下结论: (1)三峡工程的兴建使得宜昌站上游来沙量明显减少，而径流量相对变化不大，这是造成本河段冲刷的源动力.(2)2002—2006年间宜昌—杨家脑河段的演变总趋势为主要冲刷区逐年下移，冲淤幅度渐渐变小.同时由于2006年汛末与2008年汛末三峡水库分别有一次蓄水位抬高过程，导致宜昌—杨家脑河段的来沙进一步减少，因此这两次抬高后河床均出现了再调整过程.(3)2002—2006年各河段曼宁糙率值基本上逐步增大，全河段各级流量平均糙率值由2002年的0.0247增大到2006年的0.0270，增大了9.4%.反映了三峡水库蓄水后床沙逐步粗化的影响.不同河段之间，靠近坝下的河段为糙率增大较明显的区域，而下游河段相对变化不大.(4)2002年10月，宜昌—杨家脑河段主要为沙质或沙夹卵石河床，此后卵石所占床沙百分比逐渐增大.尤其是宜昌—宜都河段(宜34—宜69)，至2008年10月，床面组成已经以卵石为主，冲刷粗化为卵石夹沙河床.坝下河段沙质河床中值粒径亦明显增大，与此同时，枝城以下河段沙质床沙粗化过程较为缓慢.卵石河床的变化规律相似.这种上、下游河段粗化过程的差异性与河道冲淤、糙率变化的相关结果是一致的.参考文献:［1］HARRISON A S.Report on special investigation of bed sediment segregation in a degrading bed［R］.California:University of California，1950.［2］VERICAT D，BATALLA R J，GARCIA C.Breakup and reestablishment of the armour layer in a large gravel-bed river below dams:The lower Ebro 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三峡水库下游近坝沙卵石河段演变规律研究
枯 水期 水 位 流 量 关 系 （ 根 据 距 离 远 近 分 别 采 用 了 宜
昌、 枝城 、 沙 市 的 流量 资 料 ， 见图２ ） 。 由 图 ２可 见 ， 枯
流量／ （ ｍ ｛ ） （ ｃ ） 沙市
水位 最为 稳定 的位 置 主要 集 中在 陈二 口附 近 ， 其 上 下
游 的枯水 位均 已不 同程度 地下 降 。
道 的纽 带 ， 在三峡 水库 蓄水 后 的长期 清水 冲刷 过程 中 ， 宜 昌 一大布街 河 段河 道 形 态 以 及沿 程 水 位 、 比降 等水 力 因素 的调 整 过 程 对 航 道 产 生 影 响 ， 主要表现在 ： ①
自２ ０ ０ ３年 ６月 三峡 水库 蓄水 以来 ， 宜 昌至 大 布街 河 段 已经 历 了近 １ ０ ａ的 冲刷 ， 在河 床 冲 淤调 整 等 方 面
表现 为 冲刷 ， 主要 是周 家河 边滩 切割 ， 南 阳碛右 汊 明显 呈 冲刷趋 势 。 （ ３ ）关 洲 河段 。２ ０ ０ ３～２ ０ １ ０年 ， 关洲 右 汊 冲淤 幅
表 ３ 宜 昌枝 城 河 段 床 沙 中值 粒 径 变 化
年份
ｍ ｍ
度不大 ， 左 汊有 明显 冲刷 迹 象 ， 倒 套 不 断 上延 ， 左 岸 的
表 １ ５ ０ ０ ０ ｍ ／ ｓ流 量 下 沿 程 水 位 变 化
下 。近 些年来 陈 二 口附 近枯 水 位 十 分稳 定 ， 因 而沙 市
枯水位 下 降对宜 昌水 位 产 生 明显 影 响 ， 宜 昌水 位 下 降
主要是 由陈二 口以上 的河 床 冲刷 所 引起 的。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
３ ． ２ 河 床 冲 淤 变 化
三 峡 水 库 下 游 近 坝 沙 卵 石 河 段 演 变 规 律 研 究
三峡水库蓄水后荆江河段河床冲淤及水位变化特点分析
水 位 下 降 幅 度 较 小 ，而 紧邻 砂 卵 石 河 床 段 的 沙 市 附 近 水 位 下 降
幅度较 大 。 Ｉ 、 枝 城 水位 变化
流 量ｆ ｍ３ ／ ｓ ）
５ ０ ０ ０
１ ０ ０ ０ ０ ２ ０ ０ ３
． ０ ２ ５
． ０ｌ ２ ． ０ ０ ３ ． ０ ０ １
２ ０ ０ ３ ． ２ ０ ０ ５
． ０ ３
． Ｏ１ ． ０ ０ ８ ． ０ ０ ４
根据 三峡工 程蓄 水前 后 （ ２ ０ ０ ２ — ２ ０ １ ０年 期 间 ）沙 市 站 同 流 量 下水 位 的变化 （ 表 ３ ）可 知 ，２ ０ １ ０年 与 ２ ０ ０ ２年 相 比 ， 沙 市 站 流量在 ５ ０ ０ ０ ｍＴ ｓ 时 水 位 下 降 幅 度 较 大 ，约 １ ． ０ ６ ｍ。 表 ３ 三 峡 工 程 蓄 水 后 沙 市 站 同 流 量 下 水 位 的 变化 （ 单 位 ：ｍ）
Ｃｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ Ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ／航道 整治
段 的河 床 冲刷 ，这 固 然 能 够 增 加 受 冲河 段 的 过 流 面 积 ，但 航 道
水 深 与 过 流 面 积 并 没 有 简 单 的线 性 对 应 关 系 ，而 是 取 决 于 河 槽 的冲刷部位 与航槽位置 是否一致 。
１ ９ ８ ０年水 位 略 有 回升 约为 ０ ． ２ ｍ。此 后 至 １ ９ ９ ８年水 位 基 本 稳
定 ，１ ９ ９ ８年 后 受 河 段 冲 刷 量 加 大 影 响 ，水 位 有 所 下 降 。
选择湖 区 出流流量 为 ５ ０ ０ ０ ｍ ｆ ｓ一 定 时 ， 分 析 ２ ０ ０ ３年 、 ２ ０ ０ ５年 、２ ０ ０ ８年 以 及 ２ ０ ０ ９年 监 利 站 水 位 流 量 ： 根 据 ２ ０ ０ ３ —
三峡水库蓄水初期宜昌河道演变特点及趋势分析
１２ ．１ ０ ２ ．４
０４６ ．３ １８ ３
注： 葛洲坝水库蓄水前悬移质输沙量及 含沙量统计时段为 １５ ９ ０～１８ ９０年 ； 汛期指 ５～１ 。 ０月
２ ２ 悬 移质 输沙 量 ．
（ 江水 利 委 员会 长 江 三峡水 文水 资 源勘 测局 ， 北 宜 昌 ４３０ ） 长 湖 ４０ ０
摘要 ： 原型观测资料基础上 ， 在 对三峡 水库蓄水运行 以来坝下游近 坝 宜昌河段 河床 冲淤演 变特 点进 行 了详 细分析 。结果表 明 ， ０ ２ ３年以来 ， 下游近 坝 宜昌河段 经历 了三峡 水库 不 同的蓄水运 行期 ， 多种 因 ０ 坝 受 素的影响 ， 河床 冲淤变化呈现不 同的 演 变特 点， 受宜 昌河段 冲 淤影响 ， 宜昌枯水位 有时会 出现 下降或保 持 稳定不 变的情 况。近年 来， 由于坝下游长程河道 冲刷 带下移及 宜昌以下枯 水控 制河段 冲刷幅度加 大 ， 宜 使
枝 ４ 宜 枝 ５ ） 河段 长 ８ ８ ｍ， ５一 １， ． ８ｋ 深槽 位 于右 岸 ，
（ 边滩洲碛 二 … 一 固定断面
来 愈少 ， 床粗 化 明显 （ 图 １ 。可 将 河 段 平 面 形 河 见 ）
态 分 为 以下 ３段 。
（ ）上段 为 弯 道 段 ， １ 自镇 川 门 至 胭 脂 坝 头 （ 宜 枝３ ４一宜 枝 ４ ） 河段 长 ４ ４ ｍ， ０ ， ． １ｋ 河段 洪 水河 槽 下
上 均修 建有 人工 护岸 ； 岸为 低 山丘 陵区 ， 为基 岩 右 多
和乱石 。河 床组 成 多 为砾 卵石 夹 沙 ， 近 来 沙 质 愈 但
心洲将河道 分为左 右两 汊 ， 主槽 （ ） 汊 位于 左岸 ， 右岸 支 汊河底 高程 约为 ３ 胭 脂坝洲体 长约 ４６ｋ 宽 ２ｍ， ． ｍ， 约 ８０Ｉ， ０ 枯水 时洲体 与右岸 相接 ， ｎ 高水 时全 滩 淹没 ， 滩 面呈上游低 下游高 ， 高达 ５ 最 ０Ｉ ｎ左右 。 （ ）下 段 为 顺 直 段 ， ３ 自胭 脂 坝 尾 至 虎 牙 滩 （ 宜
三峡水库蓄水后宜昌枯水位的时变特征及成因
三峡水库蓄水后宜昌枯水位的时变特征及成因郭怡;孙昭华;罗方冰【摘要】Since the impoundment of the Three Gorges hydroproject, the decline of the low-water level along the Zhicheng river reach near the dam downstream of the Gezhouba hydrocomplex is small, but the falling amplitude of the low-water stage along the Yichang-Yidu river reach has greatly decreased. And the changes of the low-water level show the characteristics of non-uniform decline with time. This paper analyzes the time-variation characteristics of each factor in order to reveal the causes of this phenomenon, on the basis of the prototype observed data, including the water level, topography and composition of river bed of the Yichang river reach and its downstream, and a separation of variables method is applied to analyze the mechanism of the non-uniform drop in low-water level. The analysis results show that the falling process of the low-water level along the Yichang river reach was different before and after 2008. The decline in the low-water level along the Yichang river reach was small and slow down before 2008. After 2008, the falling amplitude of the low-water level increased and its falling speed was quicker. The scour from the Yidu reach to the Zhicheng reach is the main cause of the decline of low-water level in the Yichang river reach, and the deformation of the riverbed above the Yidu reach and the decline of water level in Zhicheng reach are the secondary causes. The adjustment of riverbed resistance caused by riverbed material armoring was a main cause of the decreasing amplitudeof the low-water level along the Yichang river reach before 2008. After 2012, there was a little room for river bed deformation and resistance adjustment in the Yichang to Zhicheng river reach. The stability of the low-water level along the Yichang reach depends mainly on the fluctuation of water level along the Zhicheng river reach.%三峡水库蓄水后,葛洲坝枢纽下游近坝河段内枝城枯水位降幅较小,但宜昌及宜都等位置枯水位降幅较大,且随时间变化显示出非均匀下降的特征.为揭示该现象成因,依据宜昌至枝城河段内枯水位、地形、河床组成等实测资料分析了各因素的时变特征,并采用分离变量法计算分析了枯水位非均匀下降的机理.结果表明:宜昌枯水位在2008年前降幅小且下降速度慢,2008年以后降幅增大且下降速度加快;宜都至枝城区间冲刷是引起宜昌枯水位下降的主导因素,宜都以上河床变形、枝城水位下降为次要因素;宜都以上河床粗化引起阻力调整,是导致2008年前宜昌枯水位降幅小的主要原因;2012年后,宜昌至枝城段河床变形和阻力调整余地都已不大,未来宜昌枯水位稳定性主要取决于枝城水位变幅.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】8页(P35-42)【关键词】坝下游;枯水位;河床冲淤调整;阻力变化【作者】郭怡;孙昭华;罗方冰【作者单位】武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室, 湖北武汉 430072;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室, 湖北武汉 430072;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室, 湖北武汉 430072【正文语种】中文【中图分类】TV143宜昌枯水位是影响葛洲坝枢纽通航条件的重要指标。
三峡水库蓄水后宜昌-杨家脑河段冲刷及粗化
（ 枝江河段） 则处于上荆江的上段 ， 为弯曲分汊河型 ， 存在关洲 、 董市洲等分汊河段．
收 稿 日期 ： ０ １ ０ — ０ ２ １— ９ ２
基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目（ １０ ０６ ； ５ ０９ ９ ） 南京水利科学研究 院院基金 资助项 目（ ２ ０ ０ ） Ｙ １０ ３ 作者简介 ： 怀湘（ ９２ ） 男 ， 刘 １８ － ， 新疆乌鲁木齐人 ， 工程师 ， 主要从 事河床 演变与水 生态研究 ．Ｅｍａ ：ｉｈ ＠ｎｒ （ ． ｉ ｌ ｘ ｈｉ ３ ｌ ｕ ．／ １
摘要 ： 水库蓄水引发的下游河道再调整 ， 对河流未来演变与人类活动均有重要影响． 根据现场实测水文、 地形
与床沙资料 ， 对三峡蓄水后下游宜 昌一 杨家脑河段 的河床 冲刷下 切 、 化等 现象进行 了统计 分析． 果表 明 ， 粗 结 三 峡水库蓄水后导致宜 昌相同来 流情况下来 沙剧减 ， 这是 导致 研究 河段 冲刷 的根本原 因．０ ２ ２ ０ ２０ － ０ ６年间主要 冲
值粒径亦 明显增大 ， 而枝城 以下河段不 明显． 这种上 、 下游 河段 粗化过程 的差异性 与河道冲淤 、 糙率变 化是 一致
的．
关 键 词 ： 三峡水库； 侵蚀冲刷； 河床粗化
中图分 类号 ： Ｖ ４ ． Ｔ １７ ５
文献标 志码 ： Ａ
文章 编 号 ：１０ — ４ Ｘ（０ １ ０ — ０ ７ ０ ０９ ６０ ２ １ ）４ ０ ５ — ７
比天然 水平 大 幅度减昌站沙 质 推 移 质 （ 多 年 平 均 ） 别 为 ：５ ８万 ｔ 一 １４ ）３． 宜 距 分 ２． （ ８．％ ，０ ３万 ｔ 一 ８ １ ） （ ７． ％ ， ２． ４７万ｔ一 ２２ ）３ ７万 ｔ一 ７ ３ ） １． （ ８ ．％ ，． （ ９ ．％ 和 ５４万 ｔ一 ８９ ） 卵石 推移 质 （ 多年平 均 ） 别 为 ：．２ 万 ｔ （ ８ ．％ ； 距 分 ０２１
三峡工程蓄水前后坝下游河段河道演变趋势分析
三峡生态环境监测Ecology and Environmental Monitoring of Three Gorges2018年3月Mar.2018第3卷第1期V ol.3No.1收稿日期：2017-09-22基金项目：国家自然科学基金（D011003）。
作者简介：方馨蕊（1993—），男，重庆人，硕士研究生，主要从事环境生态学研究。
E-mail:*******************.cn *通信作者：吴胜军（1971—），男，湖北崇阳人，研究员，博士，主要从事地理信息工程与环境生态学研究。
E-mail:************.cn三峡工程蓄水前后坝下游河段河道演变趋势分析方馨蕊1，2，黄远洋1，吴胜军1，2*，温兆飞1，陈吉龙1（1.中国科学院重庆绿色智能技术研究院/水库水环境重点实验室，重庆400714；2.中国科学院大学，北京100049）摘要：三峡工程是当今世界上最大的水利工程项目，对我国水利发展有着重要意义。
但蓄水运用以来，清水下泄，坝下游河道发生长距离、长时间的沿程冲刷。
河道原有自然属性发生改变，下游河段出现水土流失、河岸崩塌、泥沙淤积、环境污染等一系列问题。
这给沿岸地区生态环境、居民生产生活带来了不利影响。
本文以坝下游河道自然演变特征为基础，结合主要水利工程措施对河道的影响，通过对大量文献资料进行分析总结，揭示了三峡工程蓄水前后约60年间坝下游河段河道演变情况。
研究表明，自然条件下，荆江河曲高度发展，河道问题严重；下荆江裁弯工程改善了下荆江的边界条件，河道演变基本按照人工疏导方向进行；葛洲坝工程运行5年后，荆江河段基本平衡；三峡工程运行初期，相近河段受影响程度较大，部分河段河势变化明显，但由于运行时间较短，深彻变化还未进一步凸显，从目前变化规律来看，仍将保持“冲刷-平衡-回淤”的演变过程。
关键词：三峡工程；河道演变；坝下游河段；葛洲坝工程；下荆江裁弯工程引用格式：方馨蕊，黄远洋，吴胜军，等.三峡工程蓄水前后坝下游河段河道演变趋势分析[J].三峡生态环境监测，2018，3（1）:1-6.Citation format :FANG X R,HUANG Y Y,WU S J,et al.The evolution trend along the downstream channel of the Three Gorges Dam before and after impoundment[J].Ecology and Environmental Monitoring of Three Gorges ，2018，3（1）：1-6.中图分类号：TV147文献标识码：A文章编号：2096-2347（2018）01-0001-06□研究论文The Evolution Trend along the Downstream Channel of the Three Gorges Dam before and after ImpoundmentFANG Xinrui 1,2,HUANG Yuanyang 1,WU Shengjun 1,2*,WEN Zhaofei 1,CHEN Jilong 1(1.Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology/Key Laboratory of reservior water environment,Chinese Academy ofSciences,Chongqing 400714,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)Abstract :The Three Gorges Dam is the largest hydrological engineering project in the world,and is of great sig⁃nificance to China.However,since the Three Gorges Dam ’s impoundment in 2002,clear water discharged through the spillway of the dam has been scouring the river-beds and river banksfiercely.The originally naturalproperty of the river has been changed,and a series of problems has occurred such as soil erosion,riparian col⁃lapse,sediment deposition and environmental pollution.These have adverse effects on the ecosystem and the people ’s daily life along the coastal areas.Based on the natural evolution characteristics of the lower reaches and combined with the influence of the hydraulic project on the river channel,this paper analyzed the evolution trend along the downstream channels of the dam by using the historical records of nearly 60years before and after the impoundment.Different evolution features are found to exit during different time periods.The Jingjiang river ’smeander was highly developed under the natural conditions and caused serious riverway problems.The Cut-offs project has improved the boundary conditions of the river and made the riverway evolved basically following theDOI ：10.19478/ki.2096-2347.2018.01.01三峡生态环境监测 第3卷2三峡工程是当今世界上规模最大的水电站。
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收稿日期：2009-05-13作者简介：刘金（1987—），男，硕士研究生，主要从事环境与工程泥沙和治河防洪方面的研究。
1概况1.1河道概况宜昌—虎牙滩河段上接镇川门，下游与宜都水道相连接，全长19.4km ，处于山区河道与平原河道之间的过渡段，为顺直分汊河段。
本河段有较大的洲滩胭脂坝，胭脂坝将河道分为左汊及右汊，左汊为主汊，右汊为支汊。
胭脂坝以上江面宽度约为650~900m ，胭脂坝处河道宽度达到1500m ，以下河道宽度逐渐从1500m 收窄到虎牙滩处的800m 。
三峡蓄水后宜昌河段河床演变分析刘金，陈立，周银军，许文盛（武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072）摘要：三峡水库蓄水运用以后，改变了宜昌河段的来水来沙条件，引发了河流的再造床过程。
依据蓄水前后原型观测资料结合宜昌河段的来水来沙及边界条件，分析了宜昌河段的冲淤变化、深泓线、深泓纵剖面、洲滩等变化规律，并对其演变趋势做了预测。
关键词：三峡；宜昌河段；演变中国分类号：TV 147文献标志码头：A文章编号：1002-4972（2009）11-0116-05Evolution of Yichang reach after impoundment of the Three Gorges ReservoirLIU Jin,CHEN Li,ZHOU Yin-jun,XU Wen-sheng(State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science,Wuhan University,Wuhan 430072,China)Abstract:Since the impoundment of Three Gorges Reservoir,the water and sediment to the reach haschanged,resulting in the process of river transformation.Based on the prototype observation data before and after the impoundment,as well as the boundary condition,this paper analyzes the river channel change,thalweg and evolution of the shoal,and predicts the trend of evolution of Yichang reach.Key words:Three Gorges;Yichang reach;river process图1葛洲坝下游宜昌河段形势图2009年11月第11期总第434期Nov.2009No.11Serial No.434水运工程Port &Waterway Engineering第11期1.2航道概况宜昌至虎牙滩河段的航道条件优良，河道的冲淤变化未给本河段带来不利影响，但是宜昌至虎牙滩河段的冲刷下切是引起宜昌枯水位下降重要因素之一，而宜昌枯水位的下降直接影响葛洲坝船闸的通航。
2河床边界条件[1]宜昌河段洪枯水位之间的河床岸坡地质结构主要是基岩质、土砾质和硬土质3种类型，局部为软土质和砂土质岸坡，抗冲性较高。
总的看来该河段的右岸抗冲刷强度大于左岸。
宜昌至虎牙滩河段的河床组成抗冲性较高。
宜枝#34~#45断面长10.6km范围内，河床以砾卵石和砂砾石为主，其次是细砂，此段河床为卵石夹砂质。
宜枝#46~#51断面长8.8km，为砂夹砾质河床。
3水文泥沙特征宜昌河段上游宜昌站的水位资料和流量资料可以作为参考。
根据宜昌站水文资料的统计，多年平均径流量为4364亿m3，年平均流量为14300m3/s，多年平均输沙总量为4.7亿t，年平均含沙量为1.08kg/m3。
本河段泥沙主要来自于上游河段，且径流量与沙量的变化大体上是对应的，但沙量变幅大于水量。
该河段历年最高水位55.92m (黄海高程，下同)，最低水位38.30m。
4历史演变胭脂坝分汊河道，在长江河道发育早期即已形成，但在整个历史时期内，胭脂坝均以心滩形态存在。
明清之际虽然演变为江心洲，但在同治年初即因特大洪水又回复为心滩形态。
说明心滩分汊形态属这一河段的稳定河型[2]。
宜昌河段在自然条件下由于两岸边界条件的限制，河道平面形态及河势相对稳定。
河床演变特点为年内冲淤呈周期性变化，年际间河段冲淤维持相对平衡状态，没有单向累积性冲刷和淤积趋势。
至葛洲坝枢纽修建及运用以来宜昌河段的相对平衡状态遭到破坏，出库泥沙大量减少引起下泄水流冲刷河床。
在水库基本达到冲淤平衡后下游宜昌河段由集中冲刷转为冲淤交替进而随来水来沙条件变为略有淤积。
但1998年长江流域的大洪水过后，宜昌河段的冲淤出现了显著的变化，主要表现为大冲大淤的交替形势[3]。
5三峡蓄水运用后河床演变三峡工程蓄水运用后，上游的来水来沙条件发生改变，相应的下游宜昌河段冲淤变化也会作出调整。
河床的变化主要体现在漫滩河槽的下切及扩宽。
5.1河床冲淤变化依据2003—2008年6年来的河道地形图计算得冲淤量见表1和表2。
总体上来看，三峡工程蓄水运用后，近6年来河道处于持续冲刷状态，滩槽皆冲，以冲槽为主。
具体来说，2003年3月—2008年3月宜昌河段累积冲刷量为2294.9万m3，河床平均冲深达0.92m。
其中2003—2004年冲刷量为1112.1万m3，占近6年来的冲刷量的48.5％,河床平均冲深为0.49m，冲刷为全河段冲刷，主要集中在宜昌城区河段，胭脂坝段及临江坪段，局部冲刷深度达到6m，不过在虎牙滩附近呈现淤积现象。
2004—2005年河道依然呈现自上而下的冲刷特点，表1蓄水运用后宜昌河段冲淤量万m3时段冲刷量淤积量净冲刷量200303—2004021693.9452.81241.1 200402—200503789.8684.2105.6 200503—2006031395.0805.8589.2 200603—200703960.7829.1131.6 200703—200803601.2373.8227.4表2洪、中、枯水河槽冲淤变化万m3时段枯水河槽中水河槽洪水河槽200303—200402-1165.5-30.2-25.7 200402—200503-110.3-18.20.8 200503—200603-521.2-66.0-29.5 200603—200703-11.2-56.7-23.5 200703—20083-159.0-28.6-28.4注：负号代表冲刷，正号代表淤积。
刘金，等：三峡蓄水后宜昌河段河床演变分析117··2009年水运工程但河道冲刷量显著减少，在某些局部河段如紧挨胭脂坝尾河段，其冲淤特性由第1年的冲刷变成了淤积。
在枢纽运行的第3年中，河道左岸自上而下冲刷，而右岸自上而下淤积，尤以胭脂坝左缘淤积最为严重。
2006—2007年河道自上而下呈现微淤微冲的特点。
2007—2008年河道整体上仍呈冲刷态势，但冲淤幅度小于0.5m 。
虽然宜昌河段6年来持续冲刷，但冲刷强度有减弱趋势。
宜昌至虎牙滩河段枯水与平滩河槽均累计为冲刷，枯水河槽2003年到2008年累计冲刷1967.2万m 3，高水河槽2003年到2008年累计冲刷106.2万m 3，冲刷主要发生在枯水河槽。
5.2深泓线变化5.2.1深泓平面变化宜昌水道的横向约束性较强，年际间深泓摆幅不大，只是在最近3年深泓线在从深槽到深槽之间的过渡段有明显下移趋势（图2）。
究其原因可能为来水量的减少致使水流动力轴线弯曲。
图2三峡水库蓄水后宜昌河段深泓线平面变化5.2.2深泓纵剖面深泓纵剖面变化见图3。
自三峡工程蓄水以后，不管小水大水年，河道均冲刷，由于冲刷主要集中在主槽中，深泓高程也相应降低，尤其在三峡工程蓄水初期，河床下切强烈。
深泓下切幅度较大的位置年际间没有大的变化，主要集中在胭脂坝坝段到临江坪段。
从图中也可以看出局部河段特别是高程较高断面的深泓高程并没有明显下降。
表3给出了三峡蓄水后宜昌河段深泓高程平均值及其变化，从表中可以看出，深泓高程从2003年3月到2004年2月下降了0.773m ，2004年2月到2005年3月下降了0.503m ，深泓冲刷幅度小于上年，而2005年3月到2008年3月共4年当中深泓累计下降了0.535m ，只相当于2004年2月到2005年3月1年的深泓下降值。
这说明河道整体呈冲刷状态，但深泓高程的下降已经有趋缓的现象。
深泓的下降将引起断面同流量的水位的降低，而枯水水位的降低直接影响到宜昌航道的通航[4]。
5.3横断面变化河床演变过程一般包括纵向和横向变形两方面，为了解其横向变形，在19.4km 河段内切取了4个横断面，断面位置见图1。
各横断面年际变化见图4。
河床横断面的冲淤变化，反映了本河段来水图3年际间深泓高程变化表3宜昌河段深泓高程平均值及其变化时段深泓平均高程/m冲刷变化值/m20030323.74220040222.9690.77320050322.4670.50320060322.1560.31120070322.1100.04620080321.9310.178注：深泓高程为以断面间距为权重的加权平均值。
118··第11期图5胭脂坝0m线变化示意来沙特征。
通过4个典型断面的变化可以看出三峡蓄水以后该河段的变化主要表现为冲刷、河床下切，所不同的只是冲刷的强度和冲刷侧重部位有所不同。
具体的来说，#1断面和#4断面以左边滩和主槽冲刷较为明显，其中#4断面最大冲刷深度达5m ，自2006年后左边滩每年淤积，但淤积幅度不大。
宜枝#43断面位于胭脂坝中部，从图4可以看出左汊底部高程明显高于右汊。
右汊河床逐年下切，而左汊河床则有冲有淤。
宜枝#51断面位于宜昌河段的出口段，自三峡工程蓄水以后右岸边滩不断的冲刷后退，而左岸及主槽呈年际间冲淤交替的态势。
5.4洲滩变化洲滩形态主要有江心洲、边滩、浅滩、心滩等几种常见的地貌类型。
宜昌—虎牙滩河段内主要有宜昌城区凸岸边滩，胭脂坝洲滩以及临江溪溪口滩。
宜昌城区凸岸边滩有冲刷后退的趋势，2008年3月与2003年3月0m （航行基准面为37.29m ，下同）线相比冲刷后退最大达到55m 。
图5为胭脂坝0m 线变化示意图，从图中可看出胭脂坝总的表现为冲刷萎缩。
坝头段在200303—200603整体呈现出冲淤相间平衡的变化规律，200603—200803坝头开始出现单向性的冲刷后退。
坝尾在200303—200603是冲刷萎缩的，原因是主流线经胭脂坝左汊在胭脂坝尾逐渐过渡到右岸时主流线发生弯曲，促使胭脂坝坝尾段左侧逐渐向右切割萎缩，自三峡蓄水到156m 后坝尾出现淤长，淤长达159m 。