陳 進(jìn)，黃 薇

（長江科學(xué)院，武漢 430010）

湘江近年枯季低水位的原因及解決對策

陳 進(jìn)，黃 薇

（長江科學(xué)院，武漢 430010）

受氣候變化和人類活動的影響，近年來湘江汛后連續(xù)出現(xiàn)干旱和超低水位，嚴(yán)重影響了長株潭城市群生產(chǎn)和生活用水安全。分析了超低水位出現(xiàn)的原因；根據(jù)地區(qū)供水、用水和節(jié)水潛力，提出了解決干旱缺水的工程和非工程措施。研究表明：流域降雨量少是湘江連續(xù)出現(xiàn)低水位最主要原因，人類活動影響是多方面的，通過采用綜合措施，可以解決湘江枯季低水位及地區(qū)用水問題。

湘江干旱；抗旱管理；東江水庫；對策

1 概 述

2009年汛末，湘江長沙段連續(xù)跌破歷史最低水位，嚴(yán)重影響了長沙市及周邊地區(qū)人們的生活和生產(chǎn)用水安全，甚至影響到人畜飲用水安全。為了解決出現(xiàn)的日益嚴(yán)重的干旱問題，國家防總緊急采取調(diào)度措施，三峽水庫3次加大下泄流量，希望通過加大長江干流流量維持洞庭湖水位，緩解湘江超低水位問題。三峽調(diào)度雖然緩解了洞庭湖水位偏低，但由于在蓄水期多次加大下泄流量，影響了當(dāng)年三峽水庫的蓄水計劃，沒有達(dá)到預(yù)定175 m的蓄水目標(biāo)。事后分析，由于2009年長江流域降雨量偏少，在10月底，包括三峽水庫在內(nèi)的長江上游大型水庫可利用的有效庫容不到100億m3，但這時湘江上游的東江水庫還有幾十億的興利庫容。如果東江水庫同時加大泄量，對于緩解湘江低水位的作用將更加顯著，效果可能更佳。問題是如何實(shí)施跨地區(qū)的大型水庫的聯(lián)合調(diào)度作用，不論從技術(shù)上，還是從管理機(jī)制上都沒有做好必要的準(zhǔn)備。

過去由于長江中下游及洞庭湖區(qū)洪澇災(zāi)害頻發(fā)，人們對于解決洪澇問題積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)，但是在濕潤地區(qū)如何利用水庫調(diào)度解決河流低水位及嚴(yán)重的干旱問題，沒有多少經(jīng)驗(yàn)。近10年來，由于氣候變化和人類活動的雙重影響下，洞庭湖和鄱陽湖等長江傳統(tǒng)的濕潤地區(qū)，干旱缺水問題越來越突出，干旱出現(xiàn)的頻率和嚴(yán)重程度增加，使得在這些地區(qū)迫切需要制定解決干旱問題的應(yīng)急方案。本文根據(jù)湘江低水位發(fā)生的原因和長株潭城市圈供水、用水和節(jié)水潛力，提出解決湘江干旱問題的綜合方法，包括采用三峽和東江等大型水庫跨區(qū)域的聯(lián)合調(diào)度、嚴(yán)格的水資源管理和新建水源工程等綜合措施。

2 湘江及水庫建設(shè)情況

湘江是洞庭湖水系中最大的河流，也是長江七大支流之一，發(fā)源于廣西省臨桂縣海洋坪的龍門界，縱貫于南嶺山地向洞庭湖平原過渡的山丘盤地之間，流經(jīng)永州、衡陽、株洲、湘潭、長沙至湘陰的濠河口，分兩支注入洞庭湖。湘江全長856 km，流域面積94 660 km2，河流平均坡降0．134‰。湘江流域多年平均降雨量和徑流量分別為1 458 mm和2 207 m3／s，是長江流域水資源最為豐富的地區(qū)之一。

湘江中下游干流兩岸地勢平緩，人口眾多，不宜建高壩大庫，主要建成了首尾相連的低水頭的航電工程，如東安、宋家洲（瀟湘）、近尾洲、大源渡、株洲航電樞紐工程及在建的長沙航電工程等。流域內(nèi)的大型水庫都建在湘江的支流上，如雙牌、歐陽海、水府廟、東江和株樹橋等，其中東江水庫是湘江流域調(diào)節(jié)能力最大的水庫。

東江水電站位于湖南省東南部湘江支流耒水上游、距資興市東江鎮(zhèn)上游11 km的峽谷處，壩址以上集水面積4 719 km2，多年平均水量45億m3，水庫正常蓄水位285 m，防洪限制水位284 m。水庫總庫容91．48億m3，防洪庫容15．08億m3，調(diào)節(jié)庫容52．5億m3，死庫容28．7億m3，庫容系數(shù)1．16，具有多年調(diào)節(jié)性能［1，2］。東江水庫以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)、供水、水庫養(yǎng)殖等綜合效益，電站裝機(jī)4臺，總?cè)萘?00 MW。

株樹橋水庫是瀏陽河南源小溪河上控制性水庫，為多年調(diào)節(jié)水庫，控制流域面積564 km2，占小溪河流域集水面積的72%。水庫正常蓄水位165 m，總庫容2．78億m3，調(diào)節(jié)庫容1．905億m3，壩址多年平均流量17．6 m3／s，多年平均徑流量5．56億m3，庫容系數(shù)0．343。由于距離長沙市近，可以作為長沙市的第二供水水源。

3 近年來的低水位情況

從1953年到2009年共57年歷史統(tǒng)計資料來看，長沙最低水位在26 m以下共出現(xiàn)過14年，其中20世紀(jì)60，70，80，90年代分別有2，1，1，3年出現(xiàn)，40多年中僅出現(xiàn)過7次；而2003年以來，湘江流域一直處于枯水周期，降雨量總體偏少，長沙河段連續(xù)7年出現(xiàn)26 m以下低水位，并且不斷刷新歷史最低值，表1給出近7年連續(xù)出現(xiàn)的低水位情況。特別是2009年，湘江干流長沙段自9月8日以來，水位持續(xù)下降，連續(xù)突破歷史最低水位，10月6日14時出現(xiàn)25．05 m，10月23日20時出現(xiàn)25．01 m。雖然11月8－19日，湘江流域出現(xiàn)了一次降水過程，流域平均降雨39 mm，湘江干流主要控制站水位因降雨緩慢上漲，長沙站于11月23日14時回升到25．68 m水位，相應(yīng)流量也達(dá)到987 m3／s。但降雨停止以后，11月26日14時至27日14時又出現(xiàn)24．80 m歷史最低水位。省防辦于11月26日開始加大湘江上游水庫（包括東江水庫）調(diào)水力度：從11月27日8時起，株洲航電日均出庫流量從400 m3／s加大到440 m3／s，從12月3日20時開始再度加大到480 m3／s。

為了應(yīng)對長江中下游嚴(yán)重的枯水過程，國家防總緊急采取調(diào)度措施，在一個月內(nèi)3次向三峽水庫發(fā)出加大下泄水量的調(diào)度命令，10月25日16時，三峽大壩下游葛洲壩水利樞紐的下泄流量已由24日16時的8 260 m3／s提高到了9 160 m3／s，比蓄水方案計劃的6 500 m3／s增加了2 660 m3／s，并自10月27日20時起，三峽水庫下泄流量從9 000 m3／s加大到9 500 m3／s以上。受三峽水庫持續(xù)加大下泄的影響，洞庭湖城陵磯水位上漲明顯。雖然洞庭湖的水漲了，湘江干流的水位仍連創(chuàng)新低，說明長江水位與湘江水位在此水位情況下相關(guān)性不強(qiáng)，城陵磯水位比湘江長沙站低幾米，僅靠長江干流水位頂托洞庭湖水位是不夠的。從此可見，三峽水庫雖然具有巨大的調(diào)節(jié)能力，但由于距離較遠(yuǎn)，而且是通過維持城陵磯水位間接緩解湘江低水位，不可能成為解決湘江低水位問題的主要措施。

表1 2003年來湘江長沙段最低水位出現(xiàn)情況Table 1 Lowest water levels at Changsha section in Xiangjiang River since 2003

4 湘江出現(xiàn)歷史低水位的主要原因

根據(jù)文獻(xiàn)［3］，湘江出現(xiàn)低水位的主要原因?yàn)榱饔蚪涤昶佟⒑拥篮硬巯虑?、洞庭湖水位低和河道采砂因素等。湘江河道下切原因主要是人類活動引起的，包括了清水下泄、河道采砂和航道疏浚等多種因素，三峽水庫蓄水期下泄流量減少也會對洞庭湖水位降低有一定的影響，但對湘江水位影響是間接的，所以，我們將近年來湘江連續(xù)出現(xiàn)低水位的原因歸為以下4方面：

（1）流域降雨偏少是最主要的原因之一。2003－2009年期間，長沙最低水位均在25．6 m以下，出現(xiàn)最低水位前一個月湘江流域平均降雨都較歷年均值偏少60%以上。其中2003年10月份湘江流域平均降雨只有13 mm，較歷年同期偏少84%，湘潭流量只有331 m3／s，為6年來的最小值；2007年11月14日至12月14日湘江流域平均降雨量只有4mm，較歷年同期均值偏少93%；2008年9月25日至10月25日，湘江流域平均降雨僅23mm，較歷年同期均值60mm偏少70%。2009年1至9月，湖南全省累計平均降水1 011 mm，較歷年同期偏少14%，其中8月份降雨較歷年同期偏少41%，9月1日以來，湘江流域平均降雨量僅34 mm，較歷年同期均值偏少73%。時間上巧合的是，三峽工程正好是從2003年汛后開始蓄水，雖然會加劇湘江水位降低，但本流域汛后降雨偏小才是最主要的原因。

（2）人類活動致使湘江河槽下切是近年來連續(xù)出現(xiàn)低水位的重要原因。近20年來，由于湘江中游修建了一系列航電工程及河道采砂和航道清淤等人類活動影響，湘潭及長沙河段河床出現(xiàn)明顯沖刷和下切。湘江航電工程的運(yùn)行，壩下游河道沖刷使河槽下切作用明顯，以湘潭站斷面為例：將1979，1990，2000，2008年4個代表年份的湘潭站實(shí)測表明從80年代至今河床斷面在不斷地變化，斷面底部沖刷嚴(yán)重，從1979年到2008年河槽中泓區(qū)域河床沖刷最多下切達(dá)到3 m左右；90年代以來，湘潭斷面最大沖刷下侵也接近2 m，河床沖刷速度明顯比70，80年代快。與上世紀(jì)90年代平均水平相比，由于湘江干流下游河床下切，湘潭站500 m3／s情況下，其水位降低1．1 m以上，長沙站水位也降低0．7 m。另一方面，由于城市建設(shè)的巨大需求，湘江及洞庭湖主河道上的采砂量巨大，長沙主城區(qū)外的湘江河段年采砂量達(dá)1 500萬t，每年用砂量1 500萬t。再一個原因是航道疏浚，如2008年長沙海事局組織力量在湘江香爐州河段清淤5 100 m3，就使該段河床平均下切1 m左右。

（3）三峽蓄水影響。從表1可見，湘江出現(xiàn)最低水位的時間，除2007年外，都出現(xiàn)在三峽水庫蓄水后期附近，再加上三峽水庫蓄水影響到城陵磯斷面要滯后2 d左右［4］，湘江出現(xiàn)超低水位顯然與三峽汛后蓄水有一定的關(guān)系。城陵磯水位對湘水干流下游水位維持有明顯作用，湖區(qū)水位高會致使湘江干流出流慢，湘江會出現(xiàn)小流量、高水位的現(xiàn)象（如1966，1972年）?？菟冢橇甏壦唤档?，會加大湘江下游河段與洞庭湖水面比降，加大流速，使湘江同流量情況下水位降低。近幾年來，湘潭枯水期流量在未達(dá)歷史最小的情況下，長沙水位多次在25．5 m以下，與城陵磯水位偏低有一定關(guān)系。由長沙與城陵磯水位變化關(guān)系分析資料可知，在枯水情況下，湘潭流量在500 m3／s左右，城陵磯水位在22～23 m時，若城陵磯水位變化1 m，影響長沙水位0．2 m左右。

（4）經(jīng)濟(jì)發(fā)展，地區(qū)用水增加，地區(qū)用水對湘江水的依賴程度增加。湘江流域流經(jīng)衡陽、株洲、湘潭、長沙等城市，隨著湘江沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，流域用水需求逐年遞增。1990年、2000年、2007年，湘江流域總用水量分別為136，153，176億m3，現(xiàn)在，僅長株潭城市群每天從湘江取水量都在600～700萬m3，沿岸城市從湘江取用水量大量增加。

5 長沙及周邊地區(qū)供水和用水情況

長株潭（長沙、株洲、湘潭）城市群是湖南省城鎮(zhèn)人口最集中、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，由于城市群擴(kuò)大及區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對湘江水資源的需求量增加。據(jù)統(tǒng)計，三市公共供水廠分別為6，4，4座，直接從湘江中提水的取水口分別有6，5，3個，設(shè)計日綜合供水能力分別為167，125，42．5萬m3，服務(wù)人口分別為247，61，37萬人，3市供水嚴(yán)重依賴湘江水。同時，由于排污量的增加，水環(huán)境容量降低，特別是枯水季，由于水量小，湘江用水水質(zhì)難以保證，再加上河道下切，同流量情況下水位下降，遇流域嚴(yán)重干旱或者湘江低水位，城市取水常常遇到困難。

2007年6－8月，湘中以南及湘東等地區(qū)發(fā)生了1973年以來最嚴(yán)重的旱災(zāi)。入冬后，湘江湘潭、長沙段出現(xiàn)歷史最低水位，省政府及時啟動水資源調(diào)度預(yù)案，從11月10日至l2月31日加大上游東江水庫下泄流量（保證不小于200 m3／s），共調(diào)水8．64億m，保障了湘江中下游特別是長沙、株洲、湘潭三市生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水安全。

2008年，長沙市降雨量總體偏少，尤其是12月份，全市平均降雨僅9．8 mm，較歷年同期均值偏少80%，整個湘江流域降雨還不足歷史同期均值的40%，湘水湘潭站10月24日出現(xiàn)實(shí)測歷史最低水位26．81 m。長沙站10月25日出現(xiàn)實(shí)測年最低水位25．17 m，湘江下游段的長株潭地區(qū)取水、用水安全受到嚴(yán)重威脅。針對這種嚴(yán)峻形勢，省、市防辦2次（2008年10月24日至10月30日和2008年12月11日至2009年3月2日2次及時采取從上游東江水庫調(diào)水的措施，共從東江水庫調(diào)水15．24億m3）從東江水庫調(diào)水緩解下游長株潭地區(qū)的燃眉之急。由于及時采取從東江水庫和長江三峽水庫調(diào)水、補(bǔ)水的措施，城陵磯和湘潭、長沙水位下降趨勢才得到有效控制。

從各水廠設(shè)計取水口高程情況可以看出：當(dāng)湘江長沙段水位在25 m（吳淞基面）以下時，各水廠正常取水工作將受到影響。根據(jù)《湖南省水資源調(diào)度方案及系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃》，在湘江易家灣到長沙樞紐河段枯水季節(jié)維持最小生態(tài)需水流量為603 m3／s，湘江枯期最小流量不能滿足最小生態(tài)需水量要求，對長沙飲水水質(zhì)將產(chǎn)生影響。

6 解決長株潭城市圈供水安全的綜合措施

湘江及洞庭湖區(qū)是長江流域水資源最豐富地區(qū)之一，湘江多年平均徑流量696億m3，2008年流域用水總量171億m3，水資源利用率不到25%，無論從水資源總量和水資源利用率來看，都有條件通過綜合措施解決長株潭城市圈地區(qū)用水需求，關(guān)鍵是采取什么樣的措施效果最好、投入最低和對環(huán)境影響最小。解決長株潭城市圈枯季供水問題的措施包括非工程措施和工程措施2類。

6．1 非工程措施

非工程措施包括調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高水的重復(fù)利用率，節(jié)約用水，減少廢污水排放，保護(hù)水資源，制定枯水期用水應(yīng)急預(yù)案、調(diào)節(jié)水價和水庫群優(yōu)化調(diào)度等。在出現(xiàn)嚴(yán)重的干旱時，及時啟動應(yīng)急預(yù)案，實(shí)行嚴(yán)格的需求管理，限制高耗水用水戶等。

2008年湘江流域人均綜合用水量、萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量分別為473，285，175 m3，而同年全國平均人均用水量、萬元GDP用水量和萬元工業(yè)增加值用水量分別為446，193，108 m3，與全國平均情況比較，地區(qū)用水指標(biāo)仍然偏高，如果與節(jié)水先進(jìn)的省市比較，差距就更大。在洞庭湖流域，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“大水漫灌”，城市和工業(yè)用水跑冒滴漏現(xiàn)象，比比皆是，計劃用水和節(jié)水用水還處在起步階段。在長株潭城市群，工業(yè)用水的重復(fù)利用率只有60%左右，中水回用率僅為15%左右，城市節(jié)水器具普及率不足50%，而通過價格杠桿調(diào)控水資源分配與使用，也處于初級的階段，說明還有較大的節(jié)水潛力。

在出現(xiàn)嚴(yán)重干旱時，湘江水量仍然夠用，主要問題是水質(zhì)和水位難以保證。通過三峽水庫和東江水庫聯(lián)合調(diào)度，可以解決這些問題，前者穩(wěn)定洞庭湖水位，后者可以直接向湘江中下游地區(qū)供水，再加上其他水利工程配合調(diào)度，可以在很大程度上解決地區(qū)干旱缺水問題。

6．2 工程措施

工程措施包括新建水源工程或者尋找、改建備用水源地等，可以考慮選取流域內(nèi)的東江水庫和株樹橋水庫作為長株潭城市群第二飲用水源地。根據(jù)規(guī)劃，近期2010年將從株樹橋水庫取水70萬m3／d，引水流量8．1 m3／s，遠(yuǎn)期2020年從株樹橋水庫飲水95萬m3／d，引水流量11．0m3／s，分別占株樹橋壩址徑流量的44．5%和60．8%。在湘江枯水期或水質(zhì)受到嚴(yán)重污染情況下及時啟用第二水源，確保安全用水。對于取水口取水困難問題，可以對取水口設(shè)施進(jìn)行改造，延長和降低主要取水口高程，這可能是投入最小，環(huán)境影響最小，而且十分有效的工程措施。

湘江長沙綜合樞紐壩址位于望城縣蔡家洲，屬于低水頭徑流式電站，是一座以改善湘江通航為主，并兼有保障供水、灌溉發(fā)電、改善環(huán)境、公路交通等多重功能的綜合性樞紐工程。樞紐下游湘江河段長期受洞庭湖水位頂托，正常蓄水位29．70 m，相應(yīng)庫容6．75億m3，樞紐裝機(jī)容量57 MW，年發(fā)電量2．32億kW·h。工程建成后，正常蓄水位遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出25 m供水警戒線，湘江長沙段因水位下降造成供水之憂將成為歷史，將從根本上解決湘江出現(xiàn)超低水位情況，也可以解除三峽水庫蓄水影響問題。

7 結(jié) 論

湘江近年來連續(xù)出現(xiàn)低水位問題首要原因是進(jìn)入枯季期流域降雨量較少，其次是由于梯級航電工程引起下游河道沖刷及河道采砂等引起湘江河槽下切。三峽水庫蓄水期遇湘江干旱會加劇洞庭湖及湘江水位下降。解決湘江低水位問題有許多解決途徑，建議應(yīng)該首先采用非工程措施，如節(jié)水措施、用水應(yīng)急方案、水庫聯(lián)合調(diào)度和水資源保護(hù)，然后配合必要的工程措施，特別是對取水口進(jìn)行改造，兩者結(jié)合可以解決湘江干旱缺水問題。今后值得研究的問題有三峽水庫、東江水庫和湘江航電梯級如何聯(lián)合調(diào)度，抗旱緊急調(diào)度的體制和機(jī)制如何建立；湘江航電梯級全部完工后，湘江水環(huán)境保護(hù)措施如何實(shí)施，

這些工程對湘江及洞庭湖生態(tài)系統(tǒng)長期影響如何，

長株潭城市群節(jié)水潛力分析等等，這些問題有待進(jìn)一步研究。

［1］ 薛聯(lián)芳．東江水電站對環(huán)境影響的研究［J］．水電站設(shè)計，1997，13（3）：79－83．（XUE Lian-fang．A re-search on Dongjian hydropower station on environmental impact［J］．Hydropower Design，1997，13（3）：79－83．（in Chinese））

［2］ 萬 俊，張 勤，劉 胡，等．東江水庫分期控制運(yùn)用［M］．北京：科學(xué)出版社，2009．（WAN Jun，ZHANG Qing，LIU Hu，et al．Duration Control Running of Dongjian Reservoir［M］．Beijing：Science Press，2009．（in Chinese））

［3］ 邱俊杰，何 良，陳集中．湘江長沙段枯水期低水位對長沙取水影響及應(yīng)對措施［J］．中國防汛抗旱，2009，（5）：21－24．（QIU Jun-jie，HE Liang，CHEN Ji-zhong．Low water level impact on water use of Changsha during dry on season at Changsha station in Xiangjiang River［J］．China Flood and DroughtManagement，2009，（5）：21－24．（in Chinese））

［4］ 陳 進(jìn)．三峽水庫抗旱調(diào)度問題的探討［J］．長江科學(xué)院院報，2010，27（5）：19－23．（CHEN Jin．A ap-proach drought relief operation of the Three Gorges Reser-voir［J］．Journal of Yangtze River Scientific Research In-stitute，2010，27（5）：19－23．（in Chinese））

（編輯：周曉雁）

Reasons of Low W ater Level Occurrence in Xiangjiang River in Resent Years and Relief M easures

CHEN Jin，HUANGWei
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

For climatic change and human activity influence，ultra low water levels in Xiangjiang River presents continuously in recent years，there is serious influence on production and domestic water use for city groups of Changsha，Zhuzhou and Xiangtan．This article has analyzed the reasons of the ultra low water level appearance．According to the potential of the local water supply，water use and of saving water，some proposes on engincering and non-enginceringmeasures to solve droughtand water shortagewere put forward．The research results indicated that the basin little rainfall amount ismost primary cause for ultra low water level in Xiangjiang River．The human activity influence is complex．As soon as the synthesis measures are used，the low water level and drought in Xiangjiang River can be solved．

drought of Xiangjiang River；drought reliefmanagement； Dongjiang Reservoir

TV211

A

1001－5485（2010）10－0001－04

2010-08-19

陳 進(jìn)（1959-），男，湖北武漢人，教授級高級工程師，博士，主要從事流域水資源研究，（電話）027-82829755（電子信箱）chenjin＠m(xù)ail．crsri．cn。