葛 華，朱玲玲，張細兵

（1.長江科學院，湖北 武漢 430010；2.長江水利委員會水文局，湖北 武漢 430010）

1 問題的提出

長江中游荊江河段通過松滋口、太平口和藕池口三口分流匯入洞庭湖，又在荊江河段出口城陵磯接納洞庭湖出湖水流。一方面長江上游的來水及荊江河段的水位流量變化對三口分流分沙產(chǎn)生復雜的影響，另一方面城陵磯水位的變化又對洞庭湖出流形成不同的頂托作用，多種因素相互作用下構(gòu)成復雜的江湖關(guān)系 （見圖1）。自2003年6月以來，三峽水庫的調(diào)度運用改變了荊江河段的來水來沙條件，使其年內(nèi)徑流過程發(fā)生了重大變化，對荊江河段的河床沖淤產(chǎn)生了顯著的影響，從而使荊江—洞庭湖的江湖關(guān)系變得更為復雜。因此，針對荊江三口分流分沙的變化規(guī)律，特別是三峽水庫蓄水運用以來的變化規(guī)律及其影響已開展了大量的研究［1－5］，這些研究多數(shù)針對多年來的分流分沙變化規(guī)律及三峽水庫運行后荊江河段沖刷及汛后蓄水對三口分流分沙的影響而開展。然而，自2008年三峽水庫試驗性蓄水以來，為減輕荊江河段及荊南四河的防洪壓力，2009—2012年三峽水庫在汛期實施了防洪運用，進行了中小洪水調(diào)度，從而使得三峽水庫在汛期也對洞庭湖的吞吐水量產(chǎn)生明顯影響。本文以江湖河網(wǎng)水流數(shù)學模型為技術(shù)手段，以三峽水庫日均入庫與出庫流量為邊界條件，計算分析了三峽水庫中小洪水調(diào)度對洞庭湖汛期吞吐水量及長江干流與洞庭湖區(qū)水位變化的影響，以期為三峽水庫的優(yōu)化調(diào)度以及江湖防洪減災提供一定的技術(shù)支撐。

2 江湖河網(wǎng)水流數(shù)學模型建立與驗證

本文所建立的江湖河網(wǎng)水流數(shù)學模型以長江干流宜昌—螺山河段以及洞庭湖區(qū)為計算河段范圍 （見圖1），計算河段范圍內(nèi)共概化了63個汊點、87個計算河段和3 726個計算斷面，計算斷面平均間距約440m。數(shù)學模型的求解采用汊點分組解法［6］，共劃分為5組汊點。

數(shù)學模型驗證時，長江干流采用2006年汛后實測地形，洞庭湖區(qū)采用2011年實測地形。驗證計算時段為2006年1月1日至2009年12月31日，干支流流量邊界控制水文站為：長江干流進口為宜昌站，清江入?yún)R為高壩洲站，湘江、資水、沅江和澧水入?yún)R分別為湘潭、桃江、桃源、石門站，模型的出口水位邊界通過螺山站實測水位控制。

圖2為長江干流及洞庭湖區(qū)典型水文站水位流量關(guān)系驗證成果圖。從圖2中可以看出，計算水位流量關(guān)系與實測值基本一致，模型能夠較好地反映計算河段水力特征關(guān)系。圖3為荊江三口分流量與長江干流水位相關(guān)關(guān)系驗證成果圖。從圖3中可以看出，荊江三口計算分流比與實測值符合較好，能夠較好地模擬荊江三口的分流過程及分流能力?？傮w來看，數(shù)學模型計算精度較高，能夠較好地模擬計算河段的水流運動特征。

圖1 研究河段范圍示意圖

圖2 長江干流及洞庭湖區(qū)典型水文站水位流量關(guān)系驗證成果圖

圖3 荊江三口分流量與長江干流水位相關(guān)關(guān)系驗證成果圖

3 三峽水庫中小洪水調(diào)度對洞庭湖吞吐水量的計算分析

3.1 計算邊界條件

三峽水庫自2008年試驗性蓄水以來，在2009—2012年汛期都進行了中小洪水的調(diào)度。其中2009年汛期控泄出庫流量39 000m3／s；2010年對3次入庫流量大于50 000 m3／s的洪水，最大下泄流量均按40 000m3／s左右控制；2011年實施4次中小洪水調(diào)度，累計攔蓄洪量247.16億m3；2012年實施中小洪水調(diào)度共4次，最大下泄流量44 100m3／s。針對以上實際情況，本文進行三峽水庫中小洪水調(diào)度對洞庭湖吞吐水量影響的分析計算時段確定為2009年1月1日至2012年12月31日。進行對比分析計算時共分為2個工況進行，其中工況1采用三峽入庫流量過程作為模型進口邊界條件，工況2則采用三峽出庫流量過程作為模型進口邊界條件。通過對2個工況計算成果的對比分析，對三峽水庫中小洪水調(diào)度對洞庭湖吞吐水量的影響進行研究。三峽入庫和出庫水流過程見圖4。計算時，清江及洞庭湖四水流量則統(tǒng)一采用計算時段內(nèi)實測日均流量，下邊界采用螺山站2009—2012年實測水位流量關(guān)系控制 （見圖5），計算地形與驗證計算相同。

圖4 2009—2012年三峽進出庫流量過程圖

圖5 2009—2013年螺山站水位流量關(guān)系圖

3.2 計算成果分析

2009—2012年汛期三峽水庫調(diào)度前后洞庭湖進、出口的逐日流量過程對比見圖6，三峽水庫進行中小洪水調(diào)度期間對洞庭湖吞吐水量影響計算結(jié)果的統(tǒng)計情況見表1。其中，洞庭湖吞入水量以荊江三口控制站的統(tǒng)計值為依據(jù)，吐出水量則以七里山站統(tǒng)計值為依據(jù)。從表1可以看出，2009—2012年三峽水庫進行中小洪水調(diào)度期間，三峽水庫攔蓄洪水量約占調(diào)度期間洪水來量的26.9%～33.7%，下泄洪水量有大幅度的消減。三峽入庫洪水經(jīng)過攔蓄后，長江中游荊江三口分洪水量也相應地大幅度減少，其中以藕池口的分洪減少幅度最大，為33.8%～47.4%，是三峽水庫攔洪幅度的1.3～1.4倍，松滋口和太平口的分洪減少幅度則基本與三峽攔洪幅度相當。

從三峽水庫進行中小洪水調(diào)度后洞庭湖匯入長江水量變化來看，盡管在三峽水庫進行中小洪水調(diào)度期間洞庭湖的吞入水量有所減少，但受長江干流洪量減少、洪水位降低影響，洞庭湖的出流條件好轉(zhuǎn)，受長江干流頂托作用降低，因此洞庭湖出湖水量有大幅度增加，增加幅度為45.7%～119.6%。

表1 三峽水庫中小洪水調(diào)度期間攔蓄幅度及洞庭湖吞吐水量變化表 %

圖6 三峽水庫調(diào)度前后洞庭湖進、出口的逐日流量過程對比圖

圖7為2009—2012年汛期三峽水庫調(diào)度前后洞庭湖進、出口的逐日水位過程對比圖，表2為三峽水庫進行中小洪水調(diào)度期間長江干流及洞庭湖區(qū)部分控制站洪水位變化的平均值表。從表2可以看出，三峽水庫進行中小洪水調(diào)度后，長江荊江河段干流水位有大幅的降低，離三峽水庫越近，水位降幅就越大，枝城、沙市、蓮花塘站的水位降幅分別為1.54～2.44，1.42～2.27，0.52～1.24m。與此同時，由于三口分流量減少、長江干頂托作用降低，洞庭湖區(qū)的水位也有所降低，石龜山、三岔河和楊柳譚站的水位降幅分別為0.69～1.08，0.44～0.85，0.22～0.76m。

表2 三峽水庫中小洪水調(diào)度期間長江干流及洞庭湖區(qū)水位變化表

4 結(jié) 語

文章以江湖河網(wǎng)水流數(shù)學模型為技術(shù)手段，以三峽水庫入庫與出庫日均流量為邊界條件，計算分析了三峽水庫中小洪水調(diào)度對洞庭湖汛期吞吐水量的影響及長江干流與洞庭湖區(qū)水位變化，計算分析主要結(jié)論如下：

（1）三峽水庫進行中小洪水調(diào)度后，荊江三口分流量有一定幅度的降低，其中以藕池口分洪減少幅度最大，是三峽水庫攔洪幅度的1.3～1.4倍，松滋口和太平口的分洪減少幅度則基本與三峽攔洪幅度相當。同時，受長江干流洪量減少、洪水位降低影響，三峽水庫進行中小洪水調(diào)度后洞庭湖洪水期的出流條件好轉(zhuǎn)，因此出湖水量大幅度的增加，能有效降低洞庭湖防洪壓力。

（2）三峽水庫進行中小洪水調(diào)度后，長江荊江河段干流水位有大幅的降低，離三峽水庫越近，水位降幅就越大。同時，洞庭湖區(qū)的水位也有所降低，能夠有效緩解荊江及洞庭湖區(qū)的防洪壓力。

圖7 三峽水庫調(diào)度前后洞庭湖進、出口的逐日水位過程對比圖

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