黑龙江科学杂志三峡水库蓄水后长江沙市河段水位变化分析

　　长江沙市河段，上起腰店子，下至柳林洲，全长约17.5km，地处三峡大坝下游，是长江干线著名的浅水道之一，也是影响“畅中游”的关键性河段，历年来都是长江航道维护管理工作的重点和难点所在。自2003年三峡水库开始蓄水以来，其不断增加的蓄水库容，对坝下径流过程产生巨大的调节作用，对长江沙市河段的水位变化产生直接影响，其清水下泄也对近坝河段的河床演变产生影响，从而影响到航道水位的变化。以统计学为基础，通过对历史实测资料进行分析，研究三峡蓄水前后沙市河段航道水位变化现象，找出其变化规律，可为今后长江沙市河段的航道维护管理工作提供技术支持，以减小三峡工程对长江坝下航道维护带来的不利方面影响，保障中游航道的畅通安全。

　　三峡水库蓄水调度概况及其影响

　　三峡工程是中国也是世界上最大的水利枢纽工程，是治理和开发长江的关键性骨干工程，它具有防洪、发电、航运等巨大的综合效益。三峡水库设计正常蓄水位175 m，总库容393亿立方米，防洪调节库容165亿立方米。三峡水库分三期蓄水，首次135 m、首次156 m蓄水分别于2003年6月和2006年10月顺利实现，2008年实施首次175 m试验性蓄水，2010年175 m试验性蓄水成功。

　　根据《三峡水库优化调度方案》和《2013年度长江上游水库群联合调度方案》，三峡水库每个水文年调度运行可分为四个阶段，分别为汛末蓄水期、枯水期补偿调度期、汛前消落期、汛期防洪调度期。通常9月中上旬至10月底为汛末蓄水期，11月至次年4月下旬为枯水期补偿调度期，4月下泄至6月上旬为汛前消落期，6中旬-8月为汛期防洪调度期。

　　三峡水库的蓄水调度运行，对坝下的流量、水位过程产生重大影响。汛末蓄水期蓄水截流减小下泄流量外，枯水期补偿调度期、汛前消落期分别因枯水补水、汛期腾库需要两个阶段的下泄流量都将较自然条件下增大，汛期防洪调度期因防洪需要滞洪错峰带来流量过程的一定改变。2008年，三峡水库在实施172 m蓄水，特别是2010年成功实施175 m蓄水后，流量调节能力显著增强。根据相关观测资料，蓄水后长江中游径流量与蓄水前没有大的变化，但是流量过程发生重大变化。2009-2013年较 2003-2008年相比，枯水期补水明显，最枯期(1、2月)补水量平均达1500 m3/s;汛期错峰明显，高水位时(7月)最大错峰流量达2600 m3/s;蓄水期截流明显，9、10月平均截流分别达6000 m3/s和4000 m3/s。

　　自2003年三峡水库实施首次蓄水至今，由于蓄水改变了坝下水沙条件，引起沙市河段水流和河床演变发生变化。据相关研究，三峡蓄水后对坝下游河床原有的平衡状态形成较大冲击，同流量下沙市至城陵矶段枯水期的水位总体有所下降;从河道冲刷纵向分布来看，宜昌至汉口从上往下冲刷强度逐渐降低，具体表现为荆江河段“滩槽均冲”，城陵矶至汉口河段“冲槽淤滩”;从深泓线纵剖面变化来看，上荆江公安以上，深泓普遍冲深，下荆江深泓冲淤相间，以冲刷为主，调关以下冲刷明显，但江湖汇流段深泓有所淤积，城陵矶至汉口河段深泓纵剖面以冲刷下切为主。

　　三峡蓄水前后沙市河段绝对水位变化分析

　　为了研究三峡蓄水后沙市河段的绝对水位变化情况，先对沙市站历史水位数据进行统计，并计算其不同时段特征值。时段主要以三峡水库开始蓄水以前10年(1993-2002年)、首次135 m蓄水至175 m蓄水间(2003-2008年)、175 m蓄水以后(2009-2013年)来区分;特征值主要包括月最小值、月平均值、月最大值和月水位波动幅度(月水位最大值与最小值间差值)。具体特征值统计数据见表1。

　　分析三峡水库蓄水前后20年以来沙市水位特征资料，可知三峡水库蓄水后，沙市水位呈现一定的变化趋势，具体规律归纳如下：①三峡水库实行175 m蓄水后，枯水期(1-3月)沙市站水位值较蓄水前总体要高，水位提高幅度在0.2-0.7 m左右，沙市河段受水库调度补水明显。②三峡水库实行175 m蓄水后，受三峡水库调控作用，枯水期(1-4月)沙市水位得到均化，水位波动幅度减小，每月水位均值与最小值间的差值减小，12月～次年3月期间的水位变幅亦大幅减小。③三峡水库实行175 m蓄水后，枯水末期(4月)沙市河段沙市站水位值较蓄水前略微偏低，偏低幅度在0.3-0.5 m左右。究其原因，应该是三峡水库调控作用阻碍了春季桃花汛对水位的影响。④三峡水库实行175 m蓄水后，汛期(6-8月)沙市站水位峰值较蓄水前明显偏低，偏低幅度在0.8-1.2 m左右，三峡水库滞洪错峰效果明显。⑤三峡水库实行175 m蓄水后，三峡蓄水期内(9、10月)沙市水位较之前降低，月均值及月最小值降幅达1.5 m以上，三峡水库截流影响较大。

　　三峡蓄水前后沙市河段相对水位变化分析

　　上节分析了三峡蓄水后沙市河段绝对水位变化规律，此规律是一个综合情况的体现。要充分掌握沙市河段水位变化规律，还需对同流量下沙市水位变化情况进行分析研究，即沙市河段相对水位变化分析。

　　利用论文《长江宜昌流量与荆江河段航道水位关系数学模型推算》(中国水运2013年第9期)中关宜昌流量与沙市水位关系原理，将三峡蓄水后年份分为 2003-2005年、2006-2008年、2009-2011年、2012-2013年四个时段，分别求出各时段内宜昌流量与沙市水位关系数学模型图(如图1、图2、图3、图4)。

　　利用各时段宜昌流量与沙市水位关系的数学模型，分别计算出各宜昌特征流量下沙市水位对应值，具体数据见表2。

　　表2 不同时段宜昌特征流量与沙市水位对应情况表单位：m

　　对表2中数据进行比较分析，可以看出，三峡蓄水后同流量情况下沙市水位下降明显，流量级别越低，同流量情况下水位下降幅度越大。其中5000 m3/s级别下，三峡水库175米蓄水后与三峡水库蓄水初期相比，沙市水位值下降达1.26 m左右;7000 m3/s级别下，175米蓄水后与蓄水初期相比，沙市水位值下降达1.05 m左右;10000 m3/s级别下，175米蓄水后与蓄水初期相比，沙市水位值下降达0. 8 m左右。

　　结论

　　通过对近20年历史数据的分析，可知三峡水库蓄水对沙市河段航道水位影响明显。与蓄水前自然条件下相比，三峡水库175米蓄水后，由于受水库调度左右，枯水期沙市水位绝对值有一定提高，同时水位波动减小;枯水末期沙市水位绝对值略有降低;洪水期三峡水库滞洪错峰作用明显，高洪水位值明显降低;蓄水期水库截流影响较大，水位绝对值明显下降。与此同时，在同流量情况下，沙市水位值下降较大。

　　通过对三峡蓄水后沙市水位变化的分析研究，掌握其变化规律，将可为沙市河段的航道维护管理工作提供帮助。