荆江三口分流分沙及洞庭湖出口水沙输移的变化规律

郭小虎，姚仕明，晏黎明

（1.长江科学院水利部江湖治理与防洪重点试验室，武汉 430010；2.荆江水文水资源勘测局，湖北荆州 434020）

荆江三口分流分沙及洞庭湖出口水沙输移的变化规律

郭小虎1，姚仕明1，晏黎明2

（1.长江科学院水利部江湖治理与防洪重点试验室，武汉 430010；2.荆江水文水资源勘测局，湖北荆州 434020）

荆江三口分流分沙及洞庭湖出口水沙输移的变化，不仅关系到洞庭湖区防洪、航运及水资源利用等，而且影响到长江与洞庭湖关系的变化趋势。利用三峡工程蓄水前后的最新实测资料分析荆江三口分流分沙及洞庭湖出流水沙变化规律，得到以下成果与结论：三峡工程蓄水以来荆江三口分流分沙比无明显变化趋势，但荆江三口分沙量大幅度地减少，其中三口五站断流天数也无明显变化，除弥陀寺、康家港断流时长江干流临界流量略有减少外，其它三站干流临界流量均变化不大。三峡工程蓄水后七里山年均输沙量减少幅度不大，但洞庭湖排沙比显著增大，甚至部分年份洞庭湖排沙比超过100%。此成果对于深入研究江湖关系调整规律和预测长江与洞庭湖的变化趋势均具有重要意义。

三峡工程；荆江三口；分流分沙；洞庭湖；排沙比

1 研究背景

荆江地处长江冲积平原河流的上段，流经江汉和洞庭湖平原之间，地理位置十分重要，其防洪问题更为突出，素有“万里长江，险在荆江”之称。荆江南岸沿程有松滋口、太平口、藕池口和调弦口（已于1959年建闸控制）分流入洞庭湖，洞庭湖位于长江荆江河段以南，是中国第二大淡水湖，其又集湘、资、沅、澧四水于城陵矶汇入长江，形成了复杂的江湖关系。荆江三口是连接长江荆江河段与洞庭湖区的纽带，其分流分沙的变化对荆江和洞庭湖区的洪水及河床冲淤等起着决定性作用；洞庭湖出口水沙输移过程对江湖关系变化及防洪、水资源配置等同样都会产生重要影响。三峡水库蓄水前，受自然因素和人类活动的双重影响，导致荆江河道冲刷下切，江湖关系发生较大调整，这种变化引起了众多学者的广泛关注。因此，系统分析荆江三口分流分沙及洞庭湖区出口水沙输移规律对于深入研究江湖关系调整规律和预测长江与洞庭湖的变化趋势均具有重要意义。众多学者做了大量的实测资料分析，在三峡工程蓄水前荆江三口分流分沙比呈递减趋势的认识上保持一致，并从下荆江3次系统裁弯、葛洲坝水利枢纽运用等方面着手，探讨了其变化的主要原因［1－4］。关于三峡工程蓄水前七里山水位抬高的认识均保持一致［5－10］，但众多学者对七里山水位变化的认识存在争议［5，6，9］，而关于城汉河段淤积对七里山水位抬高起着极其重要的影响作用的认识是一致的。虽然有的学者认为七里山水位抬高还受汇流口河床演变［5，6］、荆江径流量加大和洞庭湖淤积［9］的影响，但是这种影响仅限于螺山站的流量变化，以上研究成果均较好地解释了近期荆江三口分流分沙及洞庭湖出湖水位的变化。本文根据三峡工程蓄水前后的最新实测资料，对三峡工程蓄水以来荆江三口分流分沙及洞庭湖出口水沙输移的变化规律进行了较为系统的分析，取得了一些新的认识。该研究成果可为将来江湖关系的深入研究奠定基础。

2 荆江三口分流分沙的变化

2.1 近期荆江三口分流分沙比变化

荆江三口近50多年来的分流分沙比变化统计见图1。自然情况下，三口分流分沙比呈逐年递减趋势，1967年以来下荆江系统裁弯工程实施后的溯源冲刷和葛洲坝水利枢纽蓄水运用（1981年6月）后的河床沿程冲刷，加速了分流分沙比递减趋势。1990－2002年期间荆江三口分流分沙比变化不大（见图1），三峡水库蓄水运用以来，在2003－2010年期间，除2006年为特殊枯水年三口分流分沙比减小幅度较大外，其它年份三口分流分沙比无明显单向变化趋势，其中2003－2010年期间荆江三口平均分流、分沙比分别为12.3%和18.8%。三峡工程蓄水后，荆江三口分流分沙比无明显变化的主要原因预计与荆江河道中、高流量下水位下降幅度不大有关。

图1 荆江三口分流、分沙比的变化（1955－2010年）Fig.1 The split flow and sediment diversion ratios at the three outlets along the Jingjiang River（1955－2010）

图2统计了50多年来荆江三口分流、分沙量的变化。在1990年以前，受下荆江3次裁弯和葛洲坝水利枢纽蓄水的影响，荆江三口分流分沙量呈递减趋势，但1990年以来荆江三口分流量无明显变化趋势；受长江上游水土保持等工程影响，进入荆江河段的沙量呈递减趋势，因此三口分沙量在1990－2002年期间也呈递减趋势；三峡工程蓄水运用后三口分沙量进一步大幅度地减少，其中2003－2010年期间松滋口、太平口、藕池口含沙量仅为0.22，0.19，0.37 kg／m3，从三口分泄至洞庭湖区基本接近于清水。

图2 荆江三口分流、分沙量的变化（1955－2010年）Fig.2 The amounts of split flow and sediment diversion at the three outlets along the Jingjiang River（1955－2010）

2.2 三口五站分流分沙与干流水沙关系

荆江三口五站水沙变化与进入荆江河道水沙变化密切相连，下面根据2002－2010年期间的实测资料分析三口五站日均流量、输沙量与枝城站日均流量、输沙量之间的相关关系。

在荆江三口五站不断流的情况下，三口五站日均流量与枝城站流量相关性较好，且呈正相关；相对而言日均输沙量与枝城站点日均输沙量相关性较差，但同样呈正相关（见图3）。以上说明在三口五站不断流的状况下，荆江三口五站水沙主要受进入荆江河道水沙的影响，其中荆江河道水沙量越大，三口五站分流分沙量就越多。

图3 荆江三口五站日均流量、输沙量与枝城站流量输沙量相关关系（2002－2010年）Fig.3 The relationship of the average daily flows and sediment loads between five stations of the three outlets along Jingjiang River and Zhicheng station（2002－2010）

2.3 近期荆江三口五站断流天数及干流临界流量变化

50多年来的实测资料表明（见图4）：1990年以前荆江三口分流比处于递减趋势，这种变化导致三口五站分流量持续减少，进而加剧了站点断流时间加长。下荆江河道3次裁弯前（1966年以前），管家铺断流天数呈随机变化，甚至有些年份没有出现断流的情况，但1967－1973年期间管家铺断流天数呈阶梯状上升趋势，其主要原因是下荆江3次裁弯导致藕池口附近干流水位大幅度下降；1974年至三峡工程蓄水前，由于附近干流水位进一步下降且藕池口处于淤积状态，口门高程抬高，该站断流天数呈递增趋势；三峡工程蓄水后水库调蓄作用导致中水历时增长，该站断流天数无明显变化趋势。下荆江河道裁弯前康家港断流天数较多，3次裁弯后康家港断流天数呈上升趋势，1974年至2010年该站断流天数无明显变化趋势。在下荆江3次系统裁弯前弥陀寺断流天数呈随机性变化，1975－1983年期间，由于下荆江3次裁弯导致长江干流水位大幅度下降，弥陀寺断流天数呈阶梯状上升趋势，1984－2010年期间，该站断流天数总体而言无明显变化趋势。在下荆江3次裁弯前沙道观未出现断流情况，裁弯后沙道观断流天数呈阶梯状上升趋势，1980－2010年期间，该站断流天数无明显变化趋势。三峡水库蓄水前新江口断流天数是随机变化，绝大多数年份均无断流，而三峡工程蓄水后水库调蓄作用致使枯水流量增加，该站没有出现断流情况。

图4 荆江三口五站断流天数统计（1955－2010年）Fig.4 Days of zero flow at five stations of the three outlets along the Jingjiang River（1955－2010）

荆江三口五站分流分沙的变化与干流水沙变化密切相连，下面分析1990－2010年期间荆江三口五站断流时附近干流临界流量的变化，其中新江口、沙道观站采用枝城站流量分析，其它三站均采用沙市站流量进行分析。

由图5可见：在1990－2010年期间，新江口仅2001年、2002年出现过断流情况，新江口断流时枝城站流量约4 000 m3／s，三峡工程蓄水以后在枯水期长江干流流量增加，且枝城站在枯水流量下水位下降幅度较小，因此近期该口门没有出现过断流状态；在该期间沙道观站处于断流时附近干流枝城站流量无明显变化，约10 300 m3／s；弥陀寺处于断流时附近干流沙市站流量略有减少，其中三峡工程蓄水后断流时的流量基本变化不大，其流量约7 274 m3／s；同样在该期间康家港站处于断流时沙市站流量略有减少趋势，三峡工程蓄水后该站断流时的平均流量约14 235 m3／s；管家铺在该期间处于断流时沙市站流量基本变化不大，其流量约为8 893 m3／s。

图5 荆江三口五站断流时附近长江干流临界流量的变化（1990－2010年）Fig.5 Critical flows ofm ainstream Yangtze River during zero flow days at five stations of the three outlets along Jingjiang River（1990－2010）

以上成果说明，三峡工程蓄水后三口五站断流时流量略有减少或者基本变化不大。而荆江三口五站断流时附近干流流量的变化主要取决于三口分流洪道冲淤变化和附近干流河道中、小流量下水位变化的幅度。已有的实测资料分析显示，荆江河道中、小流量下水位是下降，尤其是沙市站下降幅度较大，这说明三峡工程蓄水后三口分流洪道同样也处于冲刷下切状态，并且冲刷的幅度也较大。

2.4 三峡水库调蓄作用对荆江三口分流的影响

上面实测资料分析表明，1990年以来荆江三口年分流比无明显变化趋势，但2003年三峡水库蓄水运用后，水库调蓄作用将会引起下泄径流量过程在中枯水期发生一定的调整，其中水库在10月份下泄流量大幅度减少，而11月至次年5月份下泄流量也会根据实际情况变化，6月上旬水库下泄的流量将会增加，因而这种年内的变化对三口分流比也会产生一定的影响。因此下面分析了1990－2010年期间荆江三口月均流量变化。由于三口分流在12月至次年4月份分流很小，尤其是太平口、藕池口在绝大数年份均处于断流状态，因此下面统计1990－2010年期间三口分流10月、11月以及5月、6月份月均流量的变化，如图6、图7。

图6 荆江三口10月、11月份月均流量的变化（1990－2010年）Fig.6 Changes of averagemonthly flow in October and Novem ber at the three outlets（1990－2010）

1990－2010年的实测资料分析表明：三峡水库的调蓄作用对荆江三口分流产生一定的影响，10月份由于水库拦蓄流量较大，因此三口分流在该月减小较为明显；11月及次年5月、6月份荆江三口分流在该3个月份基本变化不大。在12月至次年4月份，由于长江干流在该5个月内流量较小，即使三峡水库增加下泄流量，这种流量增加对荆江三口分流量影响也不大，主要原因是该5个月中太平口、藕池口绝大数时期处于断流状态，松滋口虽然不断流，但分流量较小。

图7 荆江三口5月、6月份月均流量的变化（1990－2010年）Fig.7 Changes of averagem onth ly flow in M ay and June at the three outlets（1990－2010）

3 洞庭湖出口水沙输移过程的变化

3.1 三峡工程蓄水后七里山水位、流量变化

3.1.1 七里山同流量下水位的变化

由于受到长江干流、洞庭湖出流的相互顶托作用，七里山站水位、流量数据点也较为散乱，而距七里山下游仅30 km的螺山站水位、流量关系相对较好，因此可分析该站同流量下的水位变化来说明下游河段对荆江河段顶托作用的影响。

由图8可见，三峡工程蓄水后螺山站同流量下水位变化较小，2010年与2003年相比，当流量为10 000，20 000 m3／s，该站水位分别下降约0.15，0.06 m，而在流量为40 000 m3／s时水位略有抬高，抬高数值仅为0.05 m。

图8 三峡工程蓄水后螺山站流量水位关系变化Fig.8 Changes of flow versuswater level at Luoshan station after the im poundment of Three Gorges Reservoir

3.1.2 三峡水库调蓄作用对七里山站月均水位、流量的影响

在三峡水库的调蓄作用下，10月份下泄流量大幅度减少，而11月至次年5月份下泄流量也会根据实际情况变化，6月上旬水库下泄的流量将会增加，三峡水库调蓄作用将会导致螺山站流量、水位在中枯水期发生较大变化，进而影响到七里山水位发生变化。已有的实测资料表明，1990－2010年荆江三口分流分沙比无明显变化趋势，可忽略三口分流变化对螺山站月均流量的影响，因而选取1990－2010年10月至次年6月份七里山站月均流量、水位变化来分析三峡水库调蓄作用对洞庭湖出湖水位、流量的影响。

三峡水库蓄水后，由于水库调蓄导致下泄流量在中枯水期发生一定的调整，其中在10月、11月份七里山站月均水位均明显减少（图9），12月至次年3月份及5月份七里山站月均水位均无明显变化趋势，4月、6月份有减小的趋势。

图9 七里山站10月至次年6月平均水位的变化（1990－2010年）Fig.9 Changes of averagemonthly water level from October to next June at Qilishan station（1990－2010）

图10 七里山站10月至次年6月平均流量的变化（1990－2010年）Fig.10 Changes of averagemonthly flow from October to next June at Qilishan station（1990－2010）

三峡水库10月、11月份汛后蓄水导致七里山水位下降，长江干流对洞庭湖区出流顶托作用减小，因而造成七里山站出流呈递增的趋势（图10），虽然三峡水库在12月份至次年3月份下泄流量有一定的增加，由于10月、11月份洞庭湖区出流量较大，因此造成洞庭湖区出流在1－4月份出流呈递减趋势，湖区出流的减小正好抵消了三峡水库下泄流量的增加，这也是螺山站月均流量、七里山水位在该几个月无明显变化趋势的主要原因。5月份七里山月均流量无明显变化，6月份月均流量略有减小趋势。

3.2 三峡工程蓄水后七里山站输沙量及洞庭湖排沙比变化

3.2.1 洞庭湖出湖输沙量的变化

洞庭湖出湖输沙量的变化不仅关系到汇流进入长江干流沙量的变化，而且与洞庭湖冲淤量的变化密切相连，图11统计1955－2010年期间洞庭湖出口七里山站年均输沙量的变化。

图11显示，三峡工程蓄水前1955－2002年期间洞庭湖出湖年均输沙呈递减趋势，其主要原因与从荆江三口分泄进入湖区沙量和四水来沙量减少等有关。三峡工程蓄水后七里山站年均输沙量呈现先减少后增加的趋势；从趋势来看，该站与三峡工程蓄水后年均输沙量较蓄水前减少幅度不大。

图11 七里山站年均输沙量的变化（1955－2010年）Fig.11 Changes of the annual average sediment transport at Qilishan station（1955－2010）

三峡水库在中枯水期的调蓄作用可能导致七里山站输沙量发生一定调整，下面分3个时段统计了1990－2010年期间七里山站月均输沙量的变化，如图12。

图12 七里山站月均输沙量的变化（1990－2010年）Fig.12 Changes of themonthly average sediment transport at Qilishan station（1990－2010）

由图12可知，1999－2002年期间在1－3月、6－8月均明显小于1990－1998年期间数值；在4－5月、9－10月以及12月份，1999－2002年与1990－1998年期间月均输沙量均相差不大，1999－2002年期间11月均输沙量大于1990－1998年期间的数值。从整体而言1999－2002年期间输沙量明显小于1990－1998年期间数值，其主要原因预计与荆江三口和四水来沙量减少等有关。

三峡工程蓄水后2003－2010年期间4－5月、7－12月均小于1999－2002年期间的数值，而在2和6月份大于1999－2002年期间的月均输沙量，其它月份该2个时期均相差较小。从整体而言，2003－2010年期间年均输沙量小于1999－2002年期间的数值，三峡工程蓄水后该站年均输沙量减少约17.3%，减小幅度不大。虽然三峡工程蓄水后从荆江三口分泄进入湖区沙量锐减，但在水库调蓄引起出湖水位变化等影响下，洞庭湖出湖沙量减小幅度相对较少。

3.2.2 洞庭湖排沙比变化

洞庭湖的排沙比关系到洞庭湖冲淤变化，其中洞庭湖排沙比为七里山出湖输沙量与入湖总沙量（包含荆江三口、四水输沙量）的比值；下面根据50多年的实测资料统计了三峡工程蓄水前后洞庭湖排沙比的变化，如图13。

图13 三峡工程蓄水运用后洞庭湖区排沙比的变化Fig.13 Changes of the sediment delivery ratio of Dongting Lake after the impoundment of Three Gorges Reservoir

三峡工程蓄水前不同阶段洞庭湖排沙比还是相当稳定，基本维持在25%左右；三峡工程蓄水后从荆江三口分泄至洞庭湖区的沙量大幅度减少，因而洞庭湖区排沙比明显增加，其中2006年、2008年以及2009年洞庭湖的排沙比大于100%（见图13），说明这3年洞庭湖整体表现为冲刷，其主要原因与入湖沙量锐减有明显关系，其中在这3年荆江三口与四水总入湖沙量分别为1 189，1 523和1 200万t；而其它4年洞庭湖排沙比也维持在50%左右，随着三峡工程蓄水影响的继续，荆江河段可冲刷的沙量将会逐渐减少，因而从荆江三口分泄至湖区沙量也会继续减少，因而洞庭湖区排沙比有可能继续增大，这种变化对维持洞庭湖的湖容、防洪、抗旱等均非常有利。

4 结 论

本文利用三峡蓄水前后的实测资料分析荆江三口分流分沙的变化规律，并在此基础上研究洞庭湖出湖水沙的变化特征，得到以下结论：

（1）三峡工程蓄水后荆江三口分流分沙比无明显变化趋势，其中荆江三口分流量也变化不大，但三口分沙量呈递减趋势。在荆江三口五站不断流的情况下，三口五站日均流量、输沙量与枝城站点水沙量呈正相关关系，并且日均流量与枝城站流量相关性较好，日均输沙量与枝城站点日均输沙量相关性相对较差。

（2）三峡工程蓄水后荆江三口五站断流天数无明显变化，除弥陀寺、康家港断流时干流临界流量略有减少外，其它3站临界流量均变化不大。但水库调蓄作用导致荆江三口分流量在10月份明显减小，11月及次年5月、6月份荆江三口分流量无明显变化。

（3）1955－2006年期间洞庭湖出湖年均输沙呈递减趋势，2006年以后洞庭湖区出湖年均输沙量有一定增加的趋势。与1999－2002年期间七里山年均输沙量相比，2003－2010年期间输沙量小于该期间的数值，但年均输沙量减少约17.3%，减小幅度不大。虽然三峡工程蓄水后从荆江三口分泄进入湖区沙量锐减，但在水库调蓄引起出湖水位变化等影响下，洞庭湖出湖沙量减小幅度相对较少。

（4）三峡工程蓄水前洞庭湖排沙比基本维持在25%左右，三峡工程运用后洞庭湖排沙比显著增大，甚至部分年份洞庭湖排沙比超过100%。

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（编辑：刘运飞）

Variation of Split Flow and Sediment Diversion at the Three Outlets along Jingjiang River and W ater and Sediment Transport at the Outlet of Dongting Lake

GUO Xiao hu1，YAO Shi ming1，YAN Li ming2
（1.Laboratory of River Regulation and Flood Control of MWR，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Jingjiang Bureau of Hydrology and Water Resources Survey，Jingzhou 434020，China）

The variation of flow and sediment diversion at the three outlets along Jingjiang river and the change of water sediment transportat the outlet of Dongting Lake are studied on the basis of field data before and after the im poundment of Three Gorges Reservoir.The above changes influence the flood control，navigation and water re sources utilization of Dongting Lake，and affect the relationship between the Yangtze River and the Dongting Lake aswell.Results indicate that ratios of split flow and sediment diversion at the three outlets saw no obvious change since the impoundment of the reservoir；whereas the amount of sediment diversion reduced by a largemargin.The days of zero flow at five stations barely changed，with the critical flow inmainstream Yangtze River reduced slightly during zero flow days atMituosi station and Kangjiagang station，and changed little at the other three stations.The average annual sediment load had no big decrease at Qilishan station，while the sediment delivery ratio of Dongting Lake increased remarkably，larger than 100%in some specific years.

Three Gorges Reservoir；three outlets along Jingjiang River；split flow and sediment diversion；Dongting Lake；sediment delivery ratio

TV147

A

1001－5485（2011）08－0080－07

2011 06 17

水利部水利前期项目（QQ0871／HL15）；水利部公益性行业专项（2007SHZ1－3）

郭小虎（1981 ），男，湖北荆门人，博士，主要从事水力学及河流动力学方面的研究，（电话）027 84238177 802（电子信箱）xiao hu001328＠163.com。