劉曉群,戴斌祥

(1.湖南省水利水電科學(xué)研究院,湖南 長(zhǎng)沙 410007; 2.中南大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410083)

三峽水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)洞庭湖水文條件變化與對(duì)策

劉曉群1,戴斌祥2

(1.湖南省水利水電科學(xué)研究院,湖南 長(zhǎng)沙 410007; 2.中南大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410083)

為了解三峽水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)洞庭湖區(qū)的水文條件變化和影響,利用實(shí)測(cè)水文地形資料對(duì)三口水沙、城陵磯水位變化與湖泊萎縮、三口河系水源不確定性及洞庭湖變化趨勢(shì)等進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:在三峽水庫(kù)及其上游梯級(jí)水庫(kù)調(diào)節(jié)下,清水下泄及徑流過(guò)程的進(jìn)一步坦化,出現(xiàn)了洪水在城陵磯附近進(jìn)一步集中、三口河系水資源與水環(huán)境的水源缺失的不利影響;未來(lái)水情趨勢(shì)下三口僅松滋口具備不斷流條件,洞庭湖主要以西、南、東洞庭湖內(nèi)深水河道轉(zhuǎn)化為河流形態(tài)。為緩解這些變化的影響,可通過(guò)湖區(qū)防洪工程體系提質(zhì)改造和區(qū)域再劃分,以適應(yīng)城陵磯附近防洪蓄洪的水情變化;通過(guò)穩(wěn)流拓浚,維持三口河系中下游水源條件,以改善該區(qū)域水資源水環(huán)境;通過(guò)城陵磯出口控制調(diào)節(jié)水位,以維護(hù)洞庭湖湖泊水域條件,保障湖泊濕地的生態(tài)安全。

洞庭湖;三峽水庫(kù);水文條件;變化趨勢(shì)

洞庭湖位于長(zhǎng)江中游荊江河段南岸、湖南省北部,為我國(guó)第二大淡水湖,是長(zhǎng)江流域重要的調(diào)蓄湖泊和水源地。洞庭湖匯集湘、資、沅、澧四水及湖周中小河流約30萬(wàn)km2來(lái)水,承接經(jīng)松滋、太平、藕池、調(diào)弦四口(其中調(diào)弦口于1958 年冬建閘控制未再分洪,后文也稱為三口)及四口河網(wǎng)分流長(zhǎng)江的部分水沙入湖,在城陵磯匯入長(zhǎng)江。湖泊范圍地勢(shì)西高東低,被分成東洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖(由目平湖、澧水洪道、七里湖組成),自西向東形成一個(gè)傾斜的水面,據(jù)2003年地形測(cè)量資料和典型洪水水面計(jì)算,相應(yīng)于城陵磯七里山水位31.50 m(凍結(jié)吳淞高程,下同)時(shí)湖泊水面面積2 478 km2,蓄水量110億m3。湖區(qū)氣候溫暖濕潤(rùn),四季分明,優(yōu)越的水熱條件,孕育了豐富的濕地生物資源,其中東洞庭湖濕地被列入《關(guān)于特別是作為水禽棲息地的國(guó)際重要濕地公約》的國(guó)際重要濕地名錄。

長(zhǎng)江宜昌以上集水面積約100萬(wàn)km2,洞庭湖湘、資、沅、澧四水水系約26萬(wàn)km2,根據(jù)目前長(zhǎng)江荊江段與洞庭湖水流的分合狀態(tài),體現(xiàn)江湖關(guān)系演變的主要因素是三口河系水沙和城陵磯水位,長(zhǎng)江河勢(shì)和洞庭湖容積變化對(duì)這些因素也產(chǎn)生影響[1]。自2003年三峽水庫(kù)運(yùn)行以來(lái),三口分流分沙不斷減少,清水下泄長(zhǎng)程沖刷,使得長(zhǎng)江干流水位不斷下降,江湖關(guān)系變化對(duì)洞庭湖區(qū)水文條件趨勢(shì)性影響已顯現(xiàn),但目前針對(duì)三峽水庫(kù)運(yùn)行前后洞庭湖水文條件變化的研究尚不多見(jiàn)。鑒于三峽水庫(kù)運(yùn)行所帶來(lái)的各種影響逐漸凸顯,開(kāi)展三峽水庫(kù)運(yùn)行前后洞庭湖水文條件變化的研究已具有了較為充分的資料基礎(chǔ)。

本文對(duì)三峽水庫(kù)運(yùn)行前后洞庭湖區(qū)的水沙條件、水位下降與河流湖泊萎縮及其產(chǎn)生的影響進(jìn)行了分析和探討,并就應(yīng)對(duì)這種變化提出了相應(yīng)對(duì)策,以供洞庭湖綜合治理參考。

表1 洞庭湖水沙條件分析

注:數(shù)據(jù)均來(lái)自相應(yīng)水文站資料,1954年之前的資料有相關(guān)插補(bǔ)。

表2 三口河系斷流特征

1 湖區(qū)水文條件變化分析

1.1 三口河系水沙變化

長(zhǎng)江上游特別是荊江段河勢(shì)自1949年以來(lái)的變化比較明顯,1958年四口之一的調(diào)弦口建閘控制、1967—1972年下荊江連續(xù)裁灣、1980年干流葛洲壩水電站運(yùn)行、2003年三峽水庫(kù)運(yùn)行等,對(duì)三口河系水沙系列特征均產(chǎn)生了影響,并改變了湖區(qū)的水文條件(表1)。

相對(duì)于1951—2015年長(zhǎng)系列均值,四水來(lái)水波動(dòng)幅度不大,三口呈明顯衰減趨勢(shì)。三峽水庫(kù)運(yùn)行后,年均徑流量474億m3,僅為1951—2015年平均值的54.3%,分別為江湖關(guān)系平穩(wěn)變化的1959—1966年和1981—2002年的35.4%、69.0%,年均徑流量相對(duì)于三峽水庫(kù)運(yùn)行前的1981—2002年減少了213億m3。由于四水來(lái)水對(duì)三口河系沒(méi)有直接影響,三口來(lái)水減少是三口河網(wǎng)出現(xiàn)水資源與水環(huán)境問(wèn)題的主要原因,同時(shí)由于減少的水量絕對(duì)數(shù)巨大,不可避免地影響洞庭湖湖泊狀態(tài)[2]。

隨著梯級(jí)開(kāi)發(fā),入湖懸移質(zhì)泥沙不斷減少。三峽水庫(kù)運(yùn)行后四水相對(duì)于長(zhǎng)系列條件入湖懸移質(zhì)泥沙減少了1 785萬(wàn)t,三口減少了9 873萬(wàn)t,合計(jì)減少了11 658萬(wàn)t,其中三口減少量占總減少量的84.7%。到2005年,三口入湖懸移質(zhì)泥沙總計(jì)69.9億t,四水入湖16.2億t,七里山出湖23.0億t,共63.1億t淤積在洞庭湖,對(duì)三口河網(wǎng)和洞庭湖的地形產(chǎn)生了直接影響[3],表現(xiàn)為三口河道及七里湖、澧水洪道和目平湖洲灘不斷增高,南洞庭湖洪道主槽逐漸明確,而東洞庭湖洲灘向前發(fā)育的平面形態(tài)尤為直觀。2008年后連續(xù)出現(xiàn)出湖沙量大于入湖沙量的情況,每年平均多向長(zhǎng)江補(bǔ)充649萬(wàn)t。需說(shuō)明的是,由于四水控制站以下包括汨羅江、新墻河以及堤垸區(qū)等約5萬(wàn)km2區(qū)域均沒(méi)有泥沙監(jiān)測(cè)資料,2008年以后洞庭湖的沖淤情況有待驗(yàn)證。

三口分流量的進(jìn)一步減少,直接導(dǎo)致洞庭湖北部8 489 km2三口河系965 km河道組成的龐大而復(fù)雜的河網(wǎng)水量不足,洪水漫灘過(guò)洪時(shí)間縮短或根本不過(guò)流,年內(nèi)斷流進(jìn)一步增加到半年以上(表2),區(qū)內(nèi)一直以自流為主的引水工程供水能力降低或者失效。根據(jù)地形資料,1954—1998年在三口河道內(nèi)淤積6.5億m3泥沙,造成河道形態(tài)由寬淺式向窄深式實(shí)質(zhì)性的改變[4],加上清水沖刷,河道深槽可能進(jìn)一步發(fā)育,洲灘失水而逐漸向陸地轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)明顯,洲灘由草本、蘆葦向楊樹(shù)等陸生植物轉(zhuǎn)化,三口河系作為長(zhǎng)江四大家魚(yú)入洞庭湖繁殖育肥的通道基本失效[5-7]。

1.2 城陵磯水位變化與湖泊的萎縮

三峽水庫(kù)及其上游水庫(kù)運(yùn)行后,除了三口分流減少的影響外,壩下長(zhǎng)江干流清水長(zhǎng)程沖刷和蓄水時(shí)期,另一明顯影響是使洞庭湖出口城陵磯七里山的水位下降而泄流能力增加,湖泊呈萎縮趨勢(shì)[8]。

根據(jù)實(shí)測(cè)地形資料量算,2002年10月與2013年10月對(duì)比,荊江河段平灘河槽年均沖刷量為0.63億m3,是三峽水庫(kù)蓄水前 1975—2002 年0.14億m3的4.5倍。三峽水庫(kù)運(yùn)行后縱向河床沖刷累計(jì)7.0億m3,平均沖刷深度為1.19 m,七里山年平均水位由三峽水庫(kù)運(yùn)行前的25.28 m下降到運(yùn)行后的24.95 m,下降了0.33 m;每年9—10月三峽水庫(kù)蓄水期城陵磯水位下降約2 m[9](表3)。

表3 城陵磯七里山平均水位 m

2002年以前,非汛期的10月至翌年4月平均水位以及年平均水位均逐漸上升,1980年到三峽水庫(kù)運(yùn)行前,江湖關(guān)系變化以自然水沙條件為動(dòng)因,泥沙淤積在洞庭湖的效果顯現(xiàn),七里山水位體現(xiàn)了這種自然條件下的湖泊特點(diǎn)。1981—2002年,每年7—9月七里山平均水位基本維持在28～30 m[10],歷年超29 m以上所有日期的平均水位為31.32 m,最高35.94 m(1998年),東、南洞庭湖洲灘基本在水下淹沒(méi)約2個(gè)月,按1995年湖泊地形水域面積為2 480 km2;2003年三峽水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)最高水位為34.47 m(2016年),超過(guò)29 m以上的所有日期平均水位不足30 m,比三峽水庫(kù)運(yùn)行前平均下降1.32 m,東洞庭湖局部及南洞庭湖大部分洲灘淹沒(méi)不超過(guò)2個(gè)月,甚至已數(shù)年不過(guò)水,水域不足2 300 km2,相對(duì)于三峽水庫(kù)運(yùn)行前減少了約200 km2。淹沒(méi)時(shí)間縮短,洲灘濕地出露或者長(zhǎng)期不受水,湖泊生態(tài)則逐漸轉(zhuǎn)化。三峽水庫(kù)運(yùn)行前,洞庭湖樹(shù)林以近堤防護(hù)林為主,面積較小,且分布分散,尚未形成規(guī)模[11];而2006年?yáng)|洞庭湖林地有217 km2[12],西洞庭目平湖由1996年的9 km2增加到2013年的89.2 km2[7]。目前洞庭湖洲灘楊樹(shù)已超過(guò)400 km2,沿常德至岳陽(yáng)高速一線橋梁跨越洲灘段均可見(jiàn)大面積楊樹(shù)林,這與湖泊汛期平均水位下降后水域面積減少是相關(guān)的。

9、10月是三峽水庫(kù)關(guān)閘蓄水主要時(shí)期,與此相應(yīng),城陵磯水位下降了0.92～2.01 m,湖泊蓄水快速下泄,10月湖面由三峽水庫(kù)運(yùn)行前的1 100 km2萎縮到不足700 km2;由于偏低的東洞庭湖洲灘濕地一般也在25.00 m高程以上,枯水期1—4月因三峽水庫(kù)調(diào)節(jié)增加流量使干流水位有所抬高,但城陵磯水位卻都在24.00 m以下,不足以對(duì)湖區(qū)產(chǎn)生影響。按照1995年湖泊水下地形條件,根據(jù)1987年2月16日七里山18.91 m和2009年10月20日21.61 m典型枯水水面線分析計(jì)算,洞庭湖水面面積不會(huì)超過(guò)180 km2,蓄水量小于4億m3。

1.3 三口河系水源不確定性與湖區(qū)水情變化趨勢(shì)

宜昌1951—2015年年徑流量4 290億m3,平均流量13 600 m3/s,79%集中在5—10月。隨著長(zhǎng)江上游梯級(jí)群開(kāi)發(fā)運(yùn)行,對(duì)長(zhǎng)江干流徑流的調(diào)節(jié)作用將越來(lái)越大。當(dāng)前枯水期三峽水庫(kù)一般下泄流量為5 000 m3/s,假設(shè)以后11月至翌年4月可調(diào)節(jié)至8 000 m3/s下泄,則另外還需從9—10月汛末中調(diào)節(jié)流量3 000 m3/s、共約470億m3水量至枯水期,而這將受降水等氣候變化及流域產(chǎn)匯流機(jī)制變化、梯級(jí)間河流長(zhǎng)距離傳播、汛前放空和汛后蓄水調(diào)度、發(fā)電利益驅(qū)動(dòng)、下游需水要求等一系列的不確定性因素影響[13]。即使不考慮這些不確定性,在清水下泄、干流沖刷引起水位下降的長(zhǎng)期趨勢(shì)下,即便11月至翌年4月枝城流量穩(wěn)定為8 000 m3/s,三口河系也將只剩松滋口及松滋河西支具備分流的可能(見(jiàn)表2)。由于松滋口到新江口有區(qū)間來(lái)水,水文資料沒(méi)有體現(xiàn)斷流現(xiàn)象,但據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦恼{(diào)查,三峽水庫(kù)運(yùn)行后枯季松滋口多次出現(xiàn)不分流現(xiàn)象。因此,靠當(dāng)前松滋西支確保分流,以保證三口河系中下游的水源條件也極具不確定性。

三峽水庫(kù)運(yùn)行前,宜昌1980—2002年日平均流量大于30 000 m3/s的時(shí)段約占9.7%,但三峽水庫(kù)運(yùn)行后的2003—2015年則約為4.1%,相對(duì)減少了近60%。隨著梯級(jí)不斷開(kāi)發(fā)對(duì)徑流的進(jìn)一步調(diào)節(jié),對(duì)泥沙攔蓄進(jìn)一步加強(qiáng),長(zhǎng)江中下游的水沙條件將呈“更清、更平”的長(zhǎng)期趨勢(shì),特別是汛期中小洪水和平枯水年受到的調(diào)節(jié)影響會(huì)更大。三峽發(fā)電機(jī)組滿發(fā)流量約30 000 m3/s,若汛期連續(xù)2個(gè)月滿發(fā)可泄近1 600億m3水量,約占宜昌多年平均徑流量4 290億m3的37.3%,是歷年最大(1954年)5 740億m3的27.9%,考慮今后降水預(yù)報(bào)更加準(zhǔn)確、三峽入庫(kù)洪水經(jīng)過(guò)約600 km庫(kù)區(qū)長(zhǎng)距離傳播所需要的時(shí)間,以及水庫(kù)水位145～155 m約56.5億m3庫(kù)容調(diào)節(jié)條件,可預(yù)期今后長(zhǎng)江出宜昌流量將主要在5 000～30 000 m3/s之間波動(dòng),將大幅度小于1949年以來(lái)2 960～70 800 m3/s的變化幅度,這也將是洞庭湖分流長(zhǎng)江、調(diào)節(jié)水量的主要水情趨勢(shì)。

1.4 三口河系與洞庭湖的演化趨勢(shì)

隨著水庫(kù)調(diào)節(jié)后的徑流過(guò)程坦化,宜昌流量不超過(guò)8 000 m3/s的時(shí)間延長(zhǎng),干流河道清水沖刷水位降低,三口分流減少并主要維持松滋口一個(gè)口門(mén)分流的情況呈長(zhǎng)期趨勢(shì),斷流將在除松滋河西支以外的地方進(jìn)一步發(fā)展。此外,清水沖刷導(dǎo)致三口河道歷史淤積的泥沙再輸運(yùn),過(guò)流機(jī)會(huì)更多的河道如松滋河主干道,可能深槽進(jìn)一步發(fā)展;過(guò)流較少的河道如藕池河系中下游河道則可能因?yàn)樯嫌文嗌诚蛳掠屋斶\(yùn)淤積而逐漸平坦,并隨著過(guò)水機(jī)會(huì)減少轉(zhuǎn)向平原陸地,當(dāng)前藕池河中西支已呈現(xiàn)這種狀態(tài)。

對(duì)于湖泊而言,水位不斷下降,入湖水量減少且調(diào)蓄時(shí)間縮短,以及出流能力加大,均減少了水面面積和湖泊蓄水量,使洲灘濕地淹水時(shí)間減少,洲灘出露時(shí)機(jī)增加,較高洲灘出現(xiàn)長(zhǎng)期不過(guò)水情形,土壤含水量減少,退水時(shí)間縮短,隨著水流歸槽作用不斷演化,湖泊河道化加劇,當(dāng)前七里湖—澧水洪道—目平湖的西洞庭湖范圍表現(xiàn)明顯,在清水沖刷作用下,這一趨勢(shì)將向洲灘發(fā)育巨大的南洞庭湖和東洞庭湖延伸。

在三峽水庫(kù)及其上游水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行后,長(zhǎng)江中下游壩下沖刷將會(huì)維持更長(zhǎng)的時(shí)間,現(xiàn)狀江湖關(guān)系條件下中低水位下降的趨勢(shì)難以改變,目前枝城流量6 000 m3/s情況下三口僅松滋河西支不斷流,太平口、藕池口均斷流,對(duì)應(yīng)于枯水期洞庭湖水域?qū)H由湘、資、沅、澧和松滋河西支等具備水源條件的水面組成,水位下降趨勢(shì)下洞庭湖持續(xù)萎縮的趨勢(shì)不可避免[14]。

2 湖區(qū)水文條件變化的影響

2.1 洪水在城陵磯附近更集中的可能性出現(xiàn)

2016年汛期城陵磯蓮花塘最高水位34.29 m,比1954年的實(shí)際最高水位33.95 m超出0.34 m,接近防洪分洪控制水位34.40 m,洞庭湖區(qū)7月3—28日共25天維持在防汛水位32.50 m以上,三峽水庫(kù)最大下泄流量30 300 m3/s;江湖匯合后控制站螺山最大下泄流量?jī)H50 000 m3/s左右,比相關(guān)防洪規(guī)劃采用的65 000 m3/s小近15 000 m3/s,表明高洪水位或者大流量情況下,螺山至漢口泄流能力沒(méi)有因?yàn)殚L(zhǎng)程沖刷而增加,而是相反,上游較大而下游較小的沖刷導(dǎo)致河道內(nèi)洪水坡降減小,高洪水位條件下水動(dòng)力條件減弱,螺山泄流能力呈現(xiàn)進(jìn)一步減小的特點(diǎn)。同期上游沙市最高水位41.07 m(比防洪控制水位45.00 m低3.97 m),下游漢口最高水位28.37 m(比防洪控制水位29.73 m低1.36 m),上下游均具有抬高城陵磯水位進(jìn)一步利用河道安全下泄流量泄洪的能力[15]。

根據(jù)長(zhǎng)江水利委員會(huì)關(guān)于長(zhǎng)江流域相關(guān)的規(guī)劃,即使在三峽及其上游梯級(jí)開(kāi)發(fā)完成運(yùn)行多年以后,城陵磯附近仍會(huì)有超過(guò)200億m3的超額洪量需要使用分蓄洪區(qū)[9]。長(zhǎng)江流域中下游防洪目標(biāo)為1954年型洪水,當(dāng)年中下游潰垸分洪超額洪量1 023億m3,洞庭湖與洪湖調(diào)蓄了其中的60%[16-18]。目前,洪湖通過(guò)1980年圍堤重建及“98”大洪水后堤防加固,已在長(zhǎng)江干堤的保護(hù)之下。由于洞庭湖與長(zhǎng)江自然連通,沖刷導(dǎo)致城陵磯附近洪水進(jìn)一步集中,考慮洪湖已經(jīng)圈圍的實(shí)際情況,洞庭湖應(yīng)對(duì)超額洪量的措施面臨新的變化,加上這一區(qū)域超額分洪量絕對(duì)數(shù)巨大,對(duì)長(zhǎng)江中游防洪安全影響深遠(yuǎn),洞庭湖區(qū)分蓄洪的壓力可能更大。

2.2 對(duì)湖區(qū)水資源水環(huán)境產(chǎn)生影響

三口河系中下游屬于湖南范圍約5 000 km2區(qū)域的水源來(lái)自長(zhǎng)江,除最上游側(cè)松滋河西支未記載斷流情況外,一般都斷流180天以上,水源性缺失對(duì)這一區(qū)域的影響巨大。

過(guò)去春季4、5月和秋季9、10月,上游外河水位會(huì)維持一段時(shí)間高于堤垸進(jìn)水閘,而下游外湖水位略低又可自排,堤垸由此引水保證飲用水和灌溉用水,也客觀上連通了垸內(nèi)水系,改善了垸內(nèi)水環(huán)境。三峽水庫(kù)運(yùn)行后改變了水文節(jié)律,原來(lái)的取用水工程不再適應(yīng)外河水位條件,垸內(nèi)引水時(shí)機(jī)減少或缺失,居民用水改為自來(lái)水(三峽水庫(kù)運(yùn)行后,對(duì)湖區(qū)飲用水和灌溉用水進(jìn)行補(bǔ)償補(bǔ)救,大量水廠改取鐵錳超標(biāo)的地下水)。此外,經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展附帶的內(nèi)湖內(nèi)河圍墾以及累積性污染已經(jīng)產(chǎn)生,堤垸內(nèi)水質(zhì)惡化和水域減少的趨勢(shì)短時(shí)期已難以改觀[19]。需要說(shuō)明的是,洞庭湖平原區(qū)堤垸內(nèi)的水文監(jiān)測(cè)資料極少,水資源水環(huán)境變化主要由原住居民近40年的用水習(xí)慣的改變體現(xiàn)。

2.3 三口河系防洪蓄洪工程適應(yīng)性不足

經(jīng)過(guò)三峽水庫(kù)調(diào)節(jié)后,長(zhǎng)江百年一遇或者1954年型洪水枝城流量將控制不超過(guò)56 700 m3/s,沙市水位不超過(guò)45.00 m[15,20],并通過(guò)城陵磯附近分蓄洪控制最高水位不超過(guò)34.90 m(34.40 m+0.50 m調(diào)度裕度)。三峽水庫(kù)運(yùn)行改變了荊江區(qū)防洪形勢(shì),1954年洪水中多次啟用的荊江分洪區(qū),再遇1954年型洪水時(shí)已不需啟用,與其相鄰、洪水來(lái)源相同的安昌、安化、南頂、集成安合垸等蓄洪垸也具備了百年一遇的防洪能力[21-22]。

湖區(qū)防洪壓力巨大的原因除了洪水遭遇組合外,更在于泥沙淤積抬高洪水位和防洪堤線過(guò)長(zhǎng),特別是三口河系965 km河道兩岸約2 100 km堤防尤為突出。此外，蓄洪垸零星布置,如安昌等4個(gè)蓄洪垸在不超過(guò)50 km直線距離內(nèi)與虎渡河、藕池河網(wǎng)一起分割了安鄉(xiāng)、南縣、華容縣城(城市防洪標(biāo)準(zhǔn)均為20年一遇),阻礙了交通和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展;三峽水庫(kù)運(yùn)行以來(lái),斷流雖加劇但河道仍處于自然狀態(tài),堤防長(zhǎng)期不臨水以及淤積后高于垸內(nèi)地勢(shì)的河道,在高洪水位發(fā)生時(shí)出現(xiàn)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的可能性加大。

按照當(dāng)前三口分流特征,相應(yīng)于枝城流量56 700 m3/s,松滋口分流7 000 m3/s,虎渡河太平口分流1 900 m3/s,藕池口分流3 200 m3/s。若依據(jù)目前規(guī)劃的分洪水位啟用蓄洪區(qū),只考慮分洪口爆破300 m左右,泄洪流量也將超過(guò)2 700 m3/s,500 m范圍平均沖刷深度超過(guò)4 m[22],這對(duì)于不足500 m河寬的虎渡河、藕池河中西支等對(duì)岸的堤防安全將是災(zāi)難性的;而已建成的西官垸分洪閘對(duì)岸250 m是重點(diǎn)垸安保垸堤防。這種分洪運(yùn)行的次生風(fēng)險(xiǎn),與1999年民主垸潰決導(dǎo)致對(duì)岸長(zhǎng)春垸堤防大滑坡約400 m、1998年湖北黃金垸潰垸洪水從下游退水時(shí)導(dǎo)致對(duì)岸安澧垸堤防滑坡長(zhǎng)度超過(guò)500 m的情況將一致,或者更由于虎渡河太平口、藕池河口門(mén)分流來(lái)水不足導(dǎo)致大量河道泥沙啟動(dòng)形成高含沙量潰決水體,災(zāi)害影響會(huì)更大。

3 對(duì)策分析

3.1 工程體系適應(yīng)性改造

根據(jù)三峽水庫(kù)調(diào)節(jié)洪水能力,三口河系中非濱湖堤垸百年一遇或者遭遇1954年型洪水已不必分蓄長(zhǎng)江洪水,以安鄉(xiāng)、南縣、華容縣城為中心的三口河系中部區(qū)域,已初步具備了良好的防洪能力。由此,通過(guò)控制三口河系支汊河道、調(diào)整安昌等4垸為不分洪區(qū),可縮短一線堤防300～500 km,形成洞庭湖北部地區(qū)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)已成為可能?？刂浦с夂拥揽啥嘀翂?采用設(shè)計(jì)水位作為頂高,下設(shè)涵管,壩體中仿荊江分洪區(qū)北閘前圍堤設(shè)置炸藥埋點(diǎn),一方面利于交通和中低水過(guò)流且不至于圍墾成耕地,另一方面在長(zhǎng)江洪水較大時(shí)可及時(shí)恢復(fù)為洪道。由此,洞庭湖北部可基本上形成南華安經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展重點(diǎn)保護(hù)區(qū)1 000 km2、大通湖一般保護(hù)區(qū)1 000 km2、錢(qián)糧湖等蓄洪垸1 000 km2、湖泊洪道4 000 km2的多層次防洪空間布局[23],以適應(yīng)國(guó)家城鎮(zhèn)化和小康社會(huì)建設(shè)的需要,助力在建錢(qián)糧湖等蓄洪垸移民的生存和可持續(xù)發(fā)展,從而對(duì)湖區(qū)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生積極作用,也可維護(hù)蓄洪垸“空垸待蓄”條件,避免再遭遇“98”大洪水實(shí)施主動(dòng)分蓄洪的決策困難。

同時(shí),三峽水庫(kù)運(yùn)行后水情變化為洞庭湖堤防工程提質(zhì)改造提供了基礎(chǔ),可以依托三峽水庫(kù)的調(diào)節(jié)能力和湖區(qū)分蓄洪區(qū)使用,使湖區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)整體上由目前還沒(méi)有達(dá)到20年一遇提升到100年一遇,提升區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展保障能力[22];還可以針對(duì)湖區(qū)堤防基礎(chǔ)(主要為四水歷史故道砂礫石上的沖淤積平原)以及不同年代填筑“非均質(zhì)”問(wèn)題進(jìn)行適應(yīng)性改造,參照多級(jí)平臺(tái)建設(shè)的荊江大堤和黃河下游堤防寬度近100 m、汛期可以長(zhǎng)時(shí)期擋水防御大洪水的經(jīng)驗(yàn),結(jié)合1996年洪水錢(qián)糧湖、共雙茶及大通湖東潰決以及1998年安鄉(xiāng)縣城所在安造垸潰決、1999年民主垸潰決、2016年新華垸等均非漫頂潰決的情況,對(duì)于湖區(qū)一線3 471 km堤防特別是重點(diǎn)保護(hù)范圍的堤防進(jìn)一步建設(shè)以適應(yīng)三峽水庫(kù)運(yùn)行后的防洪水情條件。

3.2 穩(wěn)流拓浚

三峽水庫(kù)及其上游梯級(jí)水庫(kù)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后,三口中僅松滋口中低水位仍具備分流條件,結(jié)合松滋河—虎渡河—藕池河—華容地勢(shì)上逐步降低、水可自流的地理?xiàng)l件,可在三口河系范圍穩(wěn)流拓浚,確保松滋河、虎渡河、藕池河、華容河中下游具備穩(wěn)定的水源條件。

松滋口深水河槽開(kāi)挖降低水位至31.00～32.00 m,適應(yīng)宜昌5 000 m3/s流量穩(wěn)定分流300 m3/s左右;疏浚松滋河、澧水洪道約200 km河道,枯水期通過(guò)大湖口河下游控制抬高水位至30.00 m,拓挖安鄉(xiāng)—南縣—華容河道約100 km,使虎渡河、藕池河、華容河連通,利用地勢(shì)自然落差建成穩(wěn)定的自流河道。

澧水洪道、松滋河中支歷史上因未疏浚到位及長(zhǎng)江泥沙的大量淤積,導(dǎo)致了20世紀(jì)60年代初期的松澧分流工程失敗。隨著目前河道疏浚機(jī)械技術(shù)的發(fā)展,繼續(xù)完成該疏浚任務(wù)、清理淤積泥沙成為可能[24]。拓挖河道兩岸需形成堤防,在澧水洪水自松滋河西支官垸河分流繞行瓦窯河時(shí)作為臨時(shí)行洪通道;洪道疏浚土方可在兩岸形成堤防內(nèi)平臺(tái)。疏浚無(wú)疑將導(dǎo)致長(zhǎng)江洪水更多的自松滋口泄進(jìn)洞庭湖,在三峽工程的控制下,百年一遇洪水松滋口分流將不會(huì)超過(guò)7 500 m3/s[22,24]。若再現(xiàn)1954年型洪水松滋口分流或進(jìn)一步增加,進(jìn)入洞庭湖沿線導(dǎo)致的防洪壓力與擁堵在城陵磯附近的效果也許是相同的,工程上則需加大疏浚、延長(zhǎng)并拓展洪水通道,充分發(fā)揮洞庭湖湖泊性洪道的調(diào)蓄和行洪作用。極端情況下,如歷史上長(zhǎng)江1/2洪水入湖,自松滋河、目平湖、南洞庭湖、東洞庭湖繞行,則應(yīng)通過(guò)模擬分析研究對(duì)策。

3.3 調(diào)控城陵磯水位

湖區(qū)自然湖泊及洪道面積約4 000 km2空間,較高水位時(shí)每米可增加蓄水40億m3,容積巨大。但因?yàn)榈貏?shì)上三口及四水的北南西三面偏高,而向東部城陵磯出口傾斜,非汛期泄流能力也非常大。三峽水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)城陵磯水位不斷下降,湖泊萎縮趨勢(shì)已形成,故在水沙條件出現(xiàn)明確和實(shí)質(zhì)性改變的情況下,其適應(yīng)性對(duì)策無(wú)疑是采取措施調(diào)控城陵磯出口水位。

區(qū)別于其他湖泊,洞庭湖出口控制并不隔斷與長(zhǎng)江的自然聯(lián)系,水位抬高到30.00 m(黃?；?相當(dāng)于城陵磯32.00 m的水位,低于防汛警戒水位32.50 m(凍結(jié)吳淞基面))后,另外三口與長(zhǎng)江具有自然連通條件(圖1)。水位24.00～32.00 m之間洞庭湖蓄水超過(guò)120億m3,8月之前利用閘控蓄洪至32.00 m水位,9—10月在三峽水庫(kù)蓄水期間可連續(xù)28 d補(bǔ)充長(zhǎng)江徑流5 000 m3/s,這給長(zhǎng)江徑流提供了補(bǔ)償和保障機(jī)制。對(duì)于洞庭湖,一方面可更長(zhǎng)時(shí)間淹沒(méi)洲灘、降低水流速度,發(fā)揮湖泊濕地生態(tài)降解N、P的作用,改善水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境[19];另一方面也恢復(fù)了汛期魚(yú)類等水生生物生長(zhǎng)所需的水域空間和時(shí)間[5]。此外,10月底后也可根據(jù)冬季候鳥(niǎo)過(guò)冬的食物需求進(jìn)行水位下降調(diào)節(jié)(城陵磯歷年10月平均水位為26.33 m,2016年10月1日水位已下降為22.40 m)，洲灘過(guò)早出露,植物過(guò)早生長(zhǎng)與候鳥(niǎo)抵達(dá)時(shí)間錯(cuò)位會(huì)影響候鳥(niǎo)食物需求[7]。

圖1 長(zhǎng)江與洞庭湖30.00 m水位時(shí)河槽湖盆關(guān)系示意圖

4 結(jié) 語(yǔ)

三峽水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)三口分流分沙衰減和城陵磯水位下降,改變了洞庭湖區(qū)的水文條件。在三峽水庫(kù)及其上游梯級(jí)調(diào)節(jié)下,清水下泄及徑流過(guò)程的進(jìn)一步坦化,洪水在城陵磯進(jìn)一步集中調(diào)蓄的趨勢(shì)已有所表現(xiàn);未來(lái)三口僅松滋口及其下游松滋河西支具備不斷流分流條件;洞庭湖在水量減少、水位下降、洲灘向陸地轉(zhuǎn)化、水域萎縮的趨勢(shì)下,將以西、南、東洞庭湖內(nèi)深水河道為主進(jìn)一步轉(zhuǎn)向河流形態(tài)。緩解這些變化的影響,可通過(guò)湖區(qū)防洪工程體系提質(zhì)改造和區(qū)域再劃分,以適應(yīng)城陵磯附近防洪蓄洪的水情變化;通過(guò)穩(wěn)流拓浚,維持三口河系中下游水源條件,以改善該區(qū)域水資源與水環(huán)境;通過(guò)城陵磯出口控制調(diào)節(jié)水位,以維護(hù)洞庭湖湖泊水域條件,保障湖泊濕地的生態(tài)安全。

洞庭湖區(qū)人、水、土資源豐富,湖泊濕地蘊(yùn)藏的生態(tài)價(jià)值在全球極其珍貴,在生態(tài)文明建設(shè)上具備得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì),但因?yàn)樗畣?wèn)題導(dǎo)致區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)相對(duì)落后,人水和諧相處、可持續(xù)發(fā)展的方式有進(jìn)一步改善的空間。根據(jù)三峽水庫(kù)運(yùn)行后水文條件的變化,創(chuàng)新洞庭湖的治理方式已成為當(dāng)前水科學(xué)研究關(guān)注的一個(gè)重要焦點(diǎn)。

[1] LIU Xiaoqun,XU Chao.Role and protection of Dongting Lake[J].Agricultural Science & Technology, 2014,15(12):2220-2225.

[2] 劉培亮,毛德華,周慧,等.1990—2013年湖南四水入洞庭湖汛期徑流量的變化規(guī)律[J].水資源保護(hù),2015, 31(4):52-61.(LIU Peiliang,MAO Dehua,ZHOU Hui,et al.Variation law of runoff in flood seasons into Dongting Lake from Four Rivers in Hunan Provience during 1990-2013[J].Water Resources Protection,2015,31(4):52-61.(in Chinese))

[3] 方春明,毛繼新,魯明.長(zhǎng)江中游與洞庭湖泥沙問(wèn)題研究[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2004.

[4] 段光磊.沖積河流沖淤量計(jì)算模式研究[M].北京:中國(guó)水利水電出版社, 2016.

[6] LI Mingzheng,DUAN Zhonghua,GAO Xin,et al.Impact of the Three Gorges Dam on reproduction of four major Chinese carps species in the middle reaches of the Changjiang River[J].Chinese Journal of Oceanology and Limnology,2016(5):885-893.

[7] 劉云珠,史林鷺,朵海瑞,等.人為干擾下西洞庭湖濕地景觀格局變化及冬季水鳥(niǎo)的響應(yīng)[J].生物多樣性,2013(6):666-676.(LIU Yunzhu,SHI Linlu,DUO Hairui,et al.Disturbance-driven changes to landscape patterns and responses of waterbirds at West Dongting Lake,China[J].Biodiversity Science,2013(6):666-676.(in Chinese))

[8] 袁敏,李忠武,謝更新,等.三峽工程調(diào)節(jié)作用對(duì)洞庭湖水面面積(2000—2010年)的影響[J].湖泊科學(xué),2014,26(1):37-45. (YUAN Min,LI Zhongwu,XIE Gengxin,et al. Effects of the Three Gorges Project on the water surface area of Lake Dongting,2000-2010[J].Journal of Lake Science,2014,26(1):37-45.(in Chinese))

[9] 洞庭湖綜合規(guī)劃[R].武漢:長(zhǎng)江水利委員會(huì),2016.

[10] 黃群,孫占東,姜加虎.三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)洞庭湖水位影響分析[J].湖泊科學(xué),2011,23(3):424-428. (HUANG Qun,SUN Zhandong,JIANG Jiahu.Impacts of the operation of the Three Gorges Reservoir on the lake water level of Lake Dongting[J].Journal of Lake Science,2011,23(3):424-428.(in Chinese))

[11] 符靜,楊霞,劉勇.三峽庫(kù)區(qū)建成前后洞庭湖濕地動(dòng)態(tài)分析[J].地理空間信息,2015,13(3):114-117.(FU Jing, YANG Xia, LIU Yong. Dynamic analysis of Dongting Lake wetiand before and after the operation of the Three Gorges Reservoir[J]. Geospatial Information, 2015,13(3):114-117.(in Chinese))

[12] 雷璇,楊波,蔣衛(wèi)國(guó),等.東洞庭濕地植被格局變化及其影響因素[J].地理研究,2012(3): 461-470.(LEI Xuan,YANG Bo,JIANG Weiguo,et al.Vegetation pattern changes and their influencing factors in the East Dongting Lake wetland[J].Geographical Research,2012(3): 461-470.(in Chinese))

[13] 徐衛(wèi)紅,葛德祥,李娜,等.1960-2011年洞庭湖流域降水量變化特征[J].濕地科學(xué), 2016(1):108-112.(XU Weihong,GE Dexiang,LI Na,et al.Characteristics of precipitation variations in the Dongting Lake basin during 1960-2011[J].Wetland Science,2016(1):108-112.(in Chinese))

[14] 薛聯(lián)青,張競(jìng)楠,劉曉群,等.基于改進(jìn)的綜合氣象干旱指數(shù)的洞庭湖流域干旱時(shí)空特征[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,42(1):1-6.(XUE Lianqing,ZHANG Jingnan,LIU Xiaoqun,et al.Spatial and temporal patterns of droughts in Dongting Lake watershed based on improved meteorological drought composite index[J].Journal of Hohai University (Natural Sciences),2014,42(1):1-6.(in Chinese))

[15] 寧磊,仲志余.三峽工程建成后長(zhǎng)江中下游分洪形勢(shì)及初步對(duì)策[C]//《首屆長(zhǎng)江論壇論文集》編委會(huì).首屆長(zhǎng)江論壇論文集.武漢: 長(zhǎng)江出版社,2005:268-271.

[16] 曾濤,郝振純, 劉曉群. 洞庭湖洪水及其出路問(wèn)題[J].水利水電科技進(jìn)展,2004,24(1):7-10.(ZENG Tao, HAO Zhenchun,LIU Xiaoqun.Flood in Dongting Lake and its solving method[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2004,24(1):7-10.(in Chinese))

[17] 劉曉群,盧翔.長(zhǎng)江中游分洪的三大問(wèn)題[J].湖南水利水電,2002(6):21-23.(LIU Xiaoqun, LU Xiang. Three issues in flood control of middle reaches of Yangtze River[J]. Hunan Hydro & Power, 2002(6):21-23.(in Chinese))

[18] 李義天,孫昭華,鄧金運(yùn).洞庭湖臨界入湖洪量變化及對(duì)防洪的影響[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2001,1(1):13-18.(LI Yitian,SUN Zhaohua,DENG Jingyun.The variation of critical flood inflow in Dongting Lake and its influence on flood control[J].Journal of Safety and Environment,2001,1(1):13-18.(in Chinese))

[19] 王琦,歐伏平,張雷,等.三峽工程運(yùn)行后洞庭湖水環(huán)境變化及影響分析[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2015，24(11):1843-1849.(WANG Qi,OU Fuping,ZHANG Lei,et al.Changes of water environment in Dongting Lake and its impact analysis after the Three Gorges Project operation[J].Resources and Environment in the Yangtza Basin,2015，24(11):1843-1849.(in Chinese))

[20] 施勇,欒震宇,陳煉剛,等.長(zhǎng)江中下游江湖蓄泄關(guān)系實(shí)時(shí)評(píng)估數(shù)值模擬[J].水科學(xué)進(jìn)展,2010,21(6):840-846.(SHI Yong,LUAN Zhenyu,CHEN Liangang,et al.On the real-time evaluation of the storage-discharge relationship in the middle and lower reaches of the Yangtze Rive[J].Advances in Water Science,2010,21(6):840-846.(in Chinese))

[21] 劉云.蓄滯洪區(qū)洪水調(diào)度優(yōu)化和風(fēng)險(xiǎn)分析[D].武漢:武漢大學(xué),2005.

[22] 劉曉群,欒震宇,徐超.三峽運(yùn)行后洞庭湖四口河系蓄洪區(qū)運(yùn)用條件變化分析[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2011(5):40-44.(LIU Xiaoqun,LUAN Zhenyu,XU Chao.Variation of flood storage polders of the Dongting Four-Inlets Network after operation of Three Gorges Project[J].Journal of Hydroelectric Engineering,2011(5):40-44.(in Chinese))

[23] 劉曉群,郝振純, 薛聯(lián)青, 等.基于洪水問(wèn)題的洞庭湖濕地區(qū)域劃分[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,38(1):10-14.(LIU Xiaoqun,HAO Zhenchun,XUE Lianqing,et al.Wetland zoning in Dongting Lake based on flood conditions[J].Journal of Hohai University (Natural Sciences),2010,38(1):10-14.(in Chinese))

[24] 張忠波,張雙虎,蔣云鐘,等.水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度對(duì)松澧地區(qū)防洪的影響分析[J].水利水電技術(shù),2013,44(11):113-116.(ZHANG Zhongbo,ZHANG Shuanghu,JIANG Yunzhong,et al.Analysis on effect from joint-operation of reservoirs on flood control of Songli Region[J].Water Resources and Hydropower Engineering,2013,44(11):113-116.(in Chinese))

VariationofhydrologicalconditionsofDongtingLakeandcorrespondingcountermeasureanalysisafteroperationoftheThreeGorgesReservoir//

LIU Xiaoqun1, DAI Binxiang2

(1.HunanWaterResourcesandHydropowerResearchInstitute,Changsha410007,China; 2.SchoolofMathematicsandStatistics,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)

The variation of the hydrological conditions of Dongting Lake and its influenceafter the operation of the Three Gorges Reservoir was studied in the present paper. Based on the actual measured hydrological and topographic data, the variations of Dongting Lake were analyzed, including the change of sediment at the three inlets, the relationship between water levels at Chenglingji and the shrinking of lake area,the uncertainty of water source of the three inlets river network. Under the regulation of the Three Gorges Reservoir and the cascade reservoirs in the upstream, clear water discharge and the smooth of runoff process result in flood accumulation in Chenglingji. The water resources of the three inlets has also been damaged. In the future, only Songzi estuary can maintain constant runoff to avoid river blanking. The deepwater region of the west, south and east Dongting Lake will transform into rivers. To alleviate the impact of these changes and adapt to the flood control near Chenglingji, improving and regional optimizing of the flood control engineering systems in the lake area should be implemented.Dredging in the downstream can improve water environment at the three inlets area.The water level in the outlet of Chenglingji can be adjusted so that to protect the water condition of Dongting Lake and to ensure the ecological security of the wet land.

Dongting Lake; Three Gorges Reservoir; hydrological condition; transformation tendency

國(guó)家自然科學(xué)基金(51479215)

劉曉群(1967—),男,研究員級(jí)高級(jí)工程師,博士,主要從事洞庭湖規(guī)劃研究。E-mail:113433219@qq.com

10.3880/j.issn.1006-7647.2017.06.005

TV697.1;P343.3

A

1006-7647(2017)06-0025-07

2016-12-23 編輯：熊水斌)