湘江近年枯季低水位的原因及解决对策

陈 进，黄 薇

（长江科学院，武汉 430010）

湘江近年枯季低水位的原因及解决对策

陈 进，黄 薇

（长江科学院，武汉 430010）

受气候变化和人类活动的影响，近年来湘江汛后连续出现干旱和超低水位，严重影响了长株潭城市群生产和生活用水安全。分析了超低水位出现的原因；根据地区供水、用水和节水潜力，提出了解决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连续出现低水位最主要原因，人类活动影响是多方面的，通过采用综合措施，可以解决湘江枯季低水位及地区用水问题。

湘江干旱；抗旱管理；东江水库；对策

1 概 述

2009年汛末，湘江长沙段连续跌破历史最低水位，严重影响了长沙市及周边地区人们的生活和生产用水安全，甚至影响到人畜饮用水安全。为了解决出现的日益严重的干旱问题，国家防总紧急采取调度措施，三峡水库3次加大下泄流量，希望通过加大长江干流流量维持洞庭湖水位，缓解湘江超低水位问题。三峡调度虽然缓解了洞庭湖水位偏低，但由于在蓄水期多次加大下泄流量，影响了当年三峡水库的蓄水计划，没有达到预定175 m的蓄水目标。事后分析，由于2009年长江流域降雨量偏少，在10月底，包括三峡水库在内的长江上游大型水库可利用的有效库容不到100亿m3，但这时湘江上游的东江水库还有几十亿的兴利库容。如果东江水库同时加大泄量，对于缓解湘江低水位的作用将更加显著，效果可能更佳。问题是如何实施跨地区的大型水库的联合调度作用，不论从技术上，还是从管理机制上都没有做好必要的准备。

过去由于长江中下游及洞庭湖区洪涝灾害频发，人们对于解决洪涝问题积累了较为丰富的经验，但是在湿润地区如何利用水库调度解决河流低水位及严重的干旱问题，没有多少经验。近10年来，由于气候变化和人类活动的双重影响下，洞庭湖和鄱阳湖等长江传统的湿润地区，干旱缺水问题越来越突出，干旱出现的频率和严重程度增加，使得在这些地区迫切需要制定解决干旱问题的应急方案。本文根据湘江低水位发生的原因和长株潭城市圈供水、用水和节水潜力，提出解决湘江干旱问题的综合方法，包括采用三峡和东江等大型水库跨区域的联合调度、严格的水资源管理和新建水源工程等综合措施。

2 湘江及水库建设情况

湘江是洞庭湖水系中最大的河流，也是长江七大支流之一，发源于广西省临桂县海洋坪的龙门界，纵贯于南岭山地向洞庭湖平原过渡的山丘盘地之间，流经永州、衡阳、株洲、湘潭、长沙至湘阴的濠河口，分两支注入洞庭湖。湘江全长856 km，流域面积94 660 km2，河流平均坡降0．134‰。湘江流域多年平均降雨量和径流量分别为1 458 mm和2 207 m3／s，是长江流域水资源最为丰富的地区之一。

湘江中下游干流两岸地势平缓，人口众多，不宜建高坝大库，主要建成了首尾相连的低水头的航电工程，如东安、宋家洲（潇湘）、近尾洲、大源渡、株洲航电枢纽工程及在建的长沙航电工程等。流域内的大型水库都建在湘江的支流上，如双牌、欧阳海、水府庙、东江和株树桥等，其中东江水库是湘江流域调节能力最大的水库。

东江水电站位于湖南省东南部湘江支流耒水上游、距资兴市东江镇上游11 km的峡谷处，坝址以上集水面积4 719 km2，多年平均水量45亿m3，水库正常蓄水位285 m，防洪限制水位284 m。水库总库容91．48亿m3，防洪库容15．08亿m3，调节库容52．5亿m3，死库容28．7亿m3，库容系数1．16，具有多年调节性能［1，2］。东江水库以发电为主，兼有防洪、航运、供水、水库养殖等综合效益，电站装机4台，总容量500 MW。

株树桥水库是浏阳河南源小溪河上控制性水库，为多年调节水库，控制流域面积564 km2，占小溪河流域集水面积的72%。水库正常蓄水位165 m，总库容2．78亿m3，调节库容1．905亿m3，坝址多年平均流量17．6 m3／s，多年平均径流量5．56亿m3，库容系数0．343。由于距离长沙市近，可以作为长沙市的第二供水水源。

3 近年来的低水位情况

从1953年到2009年共57年历史统计资料来看，长沙最低水位在26 m以下共出现过14年，其中20世纪60，70，80，90年代分别有2，1，1，3年出现，40多年中仅出现过7次；而2003年以来，湘江流域一直处于枯水周期，降雨量总体偏少，长沙河段连续7年出现26 m以下低水位，并且不断刷新历史最低值，表1给出近7年连续出现的低水位情况。特别是2009年，湘江干流长沙段自9月8日以来，水位持续下降，连续突破历史最低水位，10月6日14时出现25．05 m，10月23日20时出现25．01 m。虽然11月8－19日，湘江流域出现了一次降水过程，流域平均降雨39 mm，湘江干流主要控制站水位因降雨缓慢上涨，长沙站于11月23日14时回升到25．68 m水位，相应流量也达到987 m3／s。但降雨停止以后，11月26日14时至27日14时又出现24．80 m历史最低水位。省防办于11月26日开始加大湘江上游水库（包括东江水库）调水力度：从11月27日8时起，株洲航电日均出库流量从400 m3／s加大到440 m3／s，从12月3日20时开始再度加大到480 m3／s。

为了应对长江中下游严重的枯水过程，国家防总紧急采取调度措施，在一个月内3次向三峡水库发出加大下泄水量的调度命令，10月25日16时，三峡大坝下游葛洲坝水利枢纽的下泄流量已由24日16时的8 260 m3／s提高到了9 160 m3／s，比蓄水方案计划的6 500 m3／s增加了2 660 m3／s，并自10月27日20时起，三峡水库下泄流量从9 000 m3／s加大到9 500 m3／s以上。受三峡水库持续加大下泄的影响，洞庭湖城陵矶水位上涨明显。虽然洞庭湖的水涨了，湘江干流的水位仍连创新低，说明长江水位与湘江水位在此水位情况下相关性不强，城陵矶水位比湘江长沙站低几米，仅靠长江干流水位顶托洞庭湖水位是不够的。从此可见，三峡水库虽然具有巨大的调节能力，但由于距离较远，而且是通过维持城陵矶水位间接缓解湘江低水位，不可能成为解决湘江低水位问题的主要措施。

表1 2003年来湘江长沙段最低水位出现情况Table 1 Lowest water levels at Changsha section in Xiangjiang River since 2003

4 湘江出现历史低水位的主要原因

根据文献［3］，湘江出现低水位的主要原因为流域降雨偏少、河道河槽下切、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类活动引起的，包括了清水下泄、河道采砂和航道疏浚等多种因素，三峡水库蓄水期下泄流量减少也会对洞庭湖水位降低有一定的影响，但对湘江水位影响是间接的，所以，我们将近年来湘江连续出现低水位的原因归为以下4方面：

（1）流域降雨偏少是最主要的原因之一。2003－2009年期间，长沙最低水位均在25．6 m以下，出现最低水位前一个月湘江流域平均降雨都较历年均值偏少60%以上。其中2003年10月份湘江流域平均降雨只有13 mm，较历年同期偏少84%，湘潭流量只有331 m3／s，为6年来的最小值；2007年11月14日至12月14日湘江流域平均降雨量只有4mm，较历年同期均值偏少93%；2008年9月25日至10月25日，湘江流域平均降雨仅23mm，较历年同期均值60mm偏少70%。2009年1至9月，湖南全省累计平均降水1 011 mm，较历年同期偏少14%，其中8月份降雨较历年同期偏少41%，9月1日以来，湘江流域平均降雨量仅34 mm，较历年同期均值偏少73%。时间上巧合的是，三峡工程正好是从2003年汛后开始蓄水，虽然会加剧湘江水位降低，但本流域汛后降雨偏小才是最主要的原因。

（2）人类活动致使湘江河槽下切是近年来连续出现低水位的重要原因。近20年来，由于湘江中游修建了一系列航电工程及河道采砂和航道清淤等人类活动影响，湘潭及长沙河段河床出现明显冲刷和下切。湘江航电工程的运行，坝下游河道冲刷使河槽下切作用明显，以湘潭站断面为例：将1979，1990，2000，2008年4个代表年份的湘潭站实测表明从80年代至今河床断面在不断地变化，断面底部冲刷严重，从1979年到2008年河槽中泓区域河床冲刷最多下切达到3 m左右；90年代以来，湘潭断面最大冲刷下侵也接近2 m，河床冲刷速度明显比70，80年代快。与上世纪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情况下，其水位降低1．1 m以上，长沙站水位也降低0．7 m。另一方面，由于城市建设的巨大需求，湘江及洞庭湖主河道上的采砂量巨大，长沙主城区外的湘江河段年采砂量达1 500万t，每年用砂量1 500万t。再一个原因是航道疏浚，如2008年长沙海事局组织力量在湘江香炉州河段清淤5 100 m3，就使该段河床平均下切1 m左右。

（3）三峡蓄水影响。从表1可见，湘江出现最低水位的时间，除2007年外，都出现在三峡水库蓄水后期附近，再加上三峡水库蓄水影响到城陵矶断面要滞后2 d左右［4］，湘江出现超低水位显然与三峡汛后蓄水有一定的关系。城陵矶水位对湘水干流下游水位维持有明显作用，湖区水位高会致使湘江干流出流慢，湘江会出现小流量、高水位的现象（如1966，1972年）。枯水期，城陵矶水位降低，会加大湘江下游河段与洞庭湖水面比降，加大流速，使湘江同流量情况下水位降低。近几年来，湘潭枯水期流量在未达历史最小的情况下，长沙水位多次在25．5 m以下，与城陵矶水位偏低有一定关系。由长沙与城陵矶水位变化关系分析资料可知，在枯水情况下，湘潭流量在500 m3／s左右，城陵矶水位在22～23 m时，若城陵矶水位变化1 m，影响长沙水位0．2 m左右。

（4）经济发展，地区用水增加，地区用水对湘江水的依赖程度增加。湘江流域流经衡阳、株洲、湘潭、长沙等城市，随着湘江沿线地区经济的快速发展，流域用水需求逐年递增。1990年、2000年、2007年，湘江流域总用水量分别为136，153，176亿m3，现在，仅长株潭城市群每天从湘江取水量都在600～700万m3，沿岸城市从湘江取用水量大量增加。

5 长沙及周边地区供水和用水情况

长株潭（长沙、株洲、湘潭）城市群是湖南省城镇人口最集中、经济最发达的地区，由于城市群扩大及区域经济的快速发展，对湘江水资源的需求量增加。据统计，三市公共供水厂分别为6，4，4座，直接从湘江中提水的取水口分别有6，5，3个，设计日综合供水能力分别为167，125，42．5万m3，服务人口分别为247，61，37万人，3市供水严重依赖湘江水。同时，由于排污量的增加，水环境容量降低，特别是枯水季，由于水量小，湘江用水水质难以保证，再加上河道下切，同流量情况下水位下降，遇流域严重干旱或者湘江低水位，城市取水常常遇到困难。

2007年6－8月，湘中以南及湘东等地区发生了1973年以来最严重的旱灾。入冬后，湘江湘潭、长沙段出现历史最低水位，省政府及时启动水资源调度预案，从11月10日至l2月31日加大上游东江水库下泄流量（保证不小于200 m3／s），共调水8．64亿m，保障了湘江中下游特别是长沙、株洲、湘潭三市生产、生活和生态用水安全。

2008年，长沙市降雨量总体偏少，尤其是12月份，全市平均降雨仅9．8 mm，较历年同期均值偏少80%，整个湘江流域降雨还不足历史同期均值的40%，湘水湘潭站10月24日出现实测历史最低水位26．81 m。长沙站10月25日出现实测年最低水位25．17 m，湘江下游段的长株潭地区取水、用水安全受到严重威胁。针对这种严峻形势，省、市防办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次及时采取从上游东江水库调水的措施，共从东江水库调水15．24亿m3）从东江水库调水缓解下游长株潭地区的燃眉之急。由于及时采取从东江水库和长江三峡水库调水、补水的措施，城陵矶和湘潭、长沙水位下降趋势才得到有效控制。

从各水厂设计取水口高程情况可以看出：当湘江长沙段水位在25 m（吴淞基面）以下时，各水厂正常取水工作将受到影响。根据《湖南省水资源调度方案及系统建设规划》，在湘江易家湾到长沙枢纽河段枯水季节维持最小生态需水流量为603 m3／s，湘江枯期最小流量不能满足最小生态需水量要求，对长沙饮水水质将产生影响。

6 解决长株潭城市圈供水安全的综合措施

湘江及洞庭湖区是长江流域水资源最丰富地区之一，湘江多年平均径流量696亿m3，2008年流域用水总量171亿m3，水资源利用率不到25%，无论从水资源总量和水资源利用率来看，都有条件通过综合措施解决长株潭城市圈地区用水需求，关键是采取什么样的措施效果最好、投入最低和对环境影响最小。解决长株潭城市圈枯季供水问题的措施包括非工程措施和工程措施2类。

6．1 非工程措施

非工程措施包括调整产业结构，提高水的重复利用率，节约用水，减少废污水排放，保护水资源，制定枯水期用水应急预案、调节水价和水库群优化调度等。在出现严重的干旱时，及时启动应急预案，实行严格的需求管理，限制高耗水用水户等。

2008年湘江流域人均综合用水量、万元GDP用水量、万元工业增加值用水量分别为473，285，175 m3，而同年全国平均人均用水量、万元GDP用水量和万元工业增加值用水量分别为446，193，108 m3，与全国平均情况比较，地区用水指标仍然偏高，如果与节水先进的省市比较，差距就更大。在洞庭湖流域，农业生产“大水漫灌”，城市和工业用水跑冒滴漏现象，比比皆是，计划用水和节水用水还处在起步阶段。在长株潭城市群，工业用水的重复利用率只有60%左右，中水回用率仅为15%左右，城市节水器具普及率不足50%，而通过价格杠杆调控水资源分配与使用，也处于初级的阶段，说明还有较大的节水潜力。

在出现严重干旱时，湘江水量仍然够用，主要问题是水质和水位难以保证。通过三峡水库和东江水库联合调度，可以解决这些问题，前者稳定洞庭湖水位，后者可以直接向湘江中下游地区供水，再加上其他水利工程配合调度，可以在很大程度上解决地区干旱缺水问题。

6．2 工程措施

工程措施包括新建水源工程或者寻找、改建备用水源地等，可以考虑选取流域内的东江水库和株树桥水库作为长株潭城市群第二饮用水源地。根据规划，近期2010年将从株树桥水库取水70万m3／d，引水流量8．1 m3／s，远期2020年从株树桥水库饮水95万m3／d，引水流量11．0m3／s，分别占株树桥坝址径流量的44．5%和60．8%。在湘江枯水期或水质受到严重污染情况下及时启用第二水源，确保安全用水。对于取水口取水困难问题，可以对取水口设施进行改造，延长和降低主要取水口高程，这可能是投入最小，环境影响最小，而且十分有效的工程措施。

湘江长沙综合枢纽坝址位于望城县蔡家洲，属于低水头径流式电站，是一座以改善湘江通航为主，并兼有保障供水、灌溉发电、改善环境、公路交通等多重功能的综合性枢纽工程。枢纽下游湘江河段长期受洞庭湖水位顶托，正常蓄水位29．70 m，相应库容6．75亿m3，枢纽装机容量57 MW，年发电量2．32亿kW·h。工程建成后，正常蓄水位远远高出25 m供水警戒线，湘江长沙段因水位下降造成供水之忧将成为历史，将从根本上解决湘江出现超低水位情况，也可以解除三峡水库蓄水影响问题。

7 结 论

湘江近年来连续出现低水位问题首要原因是进入枯季期流域降雨量较少，其次是由于梯级航电工程引起下游河道冲刷及河道采砂等引起湘江河槽下切。三峡水库蓄水期遇湘江干旱会加剧洞庭湖及湘江水位下降。解决湘江低水位问题有许多解决途径，建议应该首先采用非工程措施，如节水措施、用水应急方案、水库联合调度和水资源保护，然后配合必要的工程措施，特别是对取水口进行改造，两者结合可以解决湘江干旱缺水问题。今后值得研究的问题有三峡水库、东江水库和湘江航电梯级如何联合调度，抗旱紧急调度的体制和机制如何建立；湘江航电梯级全部完工后，湘江水环境保护措施如何实施，

这些工程对湘江及洞庭湖生态系统长期影响如何，

长株潭城市群节水潜力分析等等，这些问题有待进一步研究。

［1］ 薛联芳．东江水电站对环境影响的研究［J］．水电站设计，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］ 万 俊，张 勤，刘 胡，等．东江水库分期控制运用［M］．北京：科学出版社，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，陈集中．湘江长沙段枯水期低水位对长沙取水影响及应对措施［J］．中国防汛抗旱，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］ 陈 进．三峡水库抗旱调度问题的探讨［J］．长江科学院院报，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））

（编辑：周晓雁）

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

陈 进（1959-），男，湖北武汉人，教授级高级工程师，博士，主要从事流域水资源研究，（电话）027-82829755（电子信箱）chenjin＠mail．crsri．cn。