湘水尾闾枯水特性变化及原因分析

周 凯

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

1 概述

湘水发源于广西临桂县海洋坪的龙门界，流经广西兴安、全州和永州、衡阳、株洲、湘潭、长沙至湘阴的濠河口注入洞庭湖。湘江流域面积94 660 km2，其中湖南境内约占90.2%，全长856 km，湖南省境内长670 km；河流平均坡降0.134‰。湘水自湘潭以下进入滨湖尾闾地区，沿江两岸基本上均受堤防保护。自湘潭至城陵矶范围内有湘潭、长沙、湘阴、营田和城陵矶等水文（位）站。

自20世纪以来，湘水尾闾株洲、湘潭、长沙等地年最低水位连创历史最低，特别是2010年10月至12月下旬，湘水尾闾水位下降迅速。湘潭站12月5日8时水位26.44 m，较历史最低水位26.46 m（2009年11月25日）低0.02 m；长沙站11月18日14时首次出现年最低水位24.81 m，较历史最低水位24.80 m（2009年11月26日）仅高0.01 m。2011年2月上旬，湘江中下游水位因降雨不足再次出现低枯水位，2月9日8时，长沙站水位降至25.17 m，逼近25.10 m的城市供水警戒线，城市用水安全再度受到威胁。

湘水尾闾枯水给沿线人民群众生产、生活造成了一定影响。2010年长沙市6个自来水厂中除二水厂取水口高程为24.8 m外，其余水厂的取水口高程均高于25.2 m，6个水厂中有4个水厂受到不同程度威胁。湘潭市三水厂、湘潭县自来水厂因无法正常取水已经采取了应急提水措施。若水位继续下降，两城市的供水将受到全面威胁。同时，湘江低水位导致航道变窄、变浅，影响通航。

2 枯水变化特征

2.1 最枯水位变化趋势

统计湘水尾闾湘潭、长沙、湘阴、营田和城陵矶等水文（位）站历年最枯水位和各年代最枯水位均值，统计结果见表1。从统计数据可以看出，各站的历年最枯水位和各年代年最枯水位均值的变化特性各有差异。

湘潭站1990年以前枯水位基本稳定，历年最枯水位均值维持在（28.26～28.37）m，最枯水位维持在（27.89～28.05）m。1990年以后则呈现逐渐下降的趋势，分别由1981～1990年的28.26 m和27.89 m下降到2001～2010年的27.18 m和26.46 m，分别下降1.08 m和1.43 m。

长沙站1990年以前枯水位稍有变化，但整体上基本稳定，历年最枯水位均值维持在（26.34～26.53）m，最枯水位维持在（25.91～26.10）m。 1990年以后则呈逐渐下降的趋势，分别由1981～1990年的26.39 m和25.96 m下降到2001～2010年的25.42 m和24.80 m，分别下降0.97 m和1.16 m。

湘阴站除1981～1990年历年最枯水位均值和2001～2010年最枯水位有暂时性抬高外，枯水位整体上呈现逐渐减小的趋势。历年最枯水位均值和最枯水位由1981～1990年的23.15 m和22.65 m下降到2001～2010年的22.63 m和22.31 m，分别下降0.5 m和0.34 m。

表1 湘水尾闾历年最低水位特征值表 m

营田站除1981～1990年枯水位稍有抬高以外，其余时段内的枯水位变化不大，基本处于稳定状态。历年最枯水位均值和最枯水位由1951～1960年的21.91 m和21.25 m下降到2001～2010年的21.66 m和20.99 m，分别下降0.25 m和0.26 m；由1981～1990年的22.08 m和21.34 m下降到2001～2010年的21.66 m和20.99 m，分别下降0.42 m和0.35 m。

城陵矶站的枯水位变化特性和前述各站则完全不同，历年最低水位和各年代最低水位均值都呈逐渐上升的趋势。历年最枯水位均值和最枯水位由1951～1960年的 18.12 m和 17.27 m上升到 2001～2010年的20.17 m和19.32 m，分别上升2.05 m和2.05 m；由1981～1990年的19.77 m和18.90 m上升到2001～2010年的20.17 m和19.32 m，分别上升0.40 m和0.42 m。

从上述分析可以看出，湘潭、长沙、湘阴站枯水位均值都呈下降趋势，下降幅度自上而下逐渐减小，营田站枯水位则基本处于稳定状态，城陵矶站枯水位呈逐渐上升的趋势，说明湘潭站、长沙站的枯水位主要受湘江枯水流量的影响，湘阴站枯水位受湘江枯水流量和洞庭湖枯水位的共同影响，城陵矶站枯水位主要受长江枯水流量的影响，营田站枯水位则受洞庭湖枯水流量的影响。

2.2 同流量下水位变化情况

统计1991年以后湘潭站出现最小流量情况下湘潭、长沙、湘阴、营田和城陵矶等站相应枯水位及各河段的水位差，统计结果见表2。从统计数据可以看出，在湘潭站出现同样枯水流量的情况下，湘潭和长沙站的枯水位呈反而降低、相应的水位差呈反而减小的趋势。

2009年和1992年相比，在城陵矶水位高1.43 m、湘阴水位仅低0.08 m、湘潭流量小243 m3/s的情况下，湘潭、长沙站的相应水位反而低0.89 m和0.91 m，河段的水位差减小0.83 m，长沙站更是出现了自有水位观测记录以来的最枯水位24.80 m。

2009年和1996年湘潭枯水流量同为511 m3/s，湘潭～长沙、长沙～湘阴、湘阴～营田、营田～城陵矶的水位差分别减小 0.13，0.94，0.19，0.76 m，按单位河长计算，长沙～湘阴水位差减小值最大，达到1.35 m/100 km。

同样，2008年和1997年湘潭枯水流量基本相近，湘潭～长沙、长沙～湘阴、湘阴～营田、营田～城陵矶的水位差分别减小 0.17，1.56，0.61，1.17 m，按单位河长计算，长沙～湘阴水位差减小值最大，达到2.25 m/100 km。

3 原因分析

通过对湘水尾闾枯水期流量、水位和各河段水位差的变化特性分析，可以看出导致湘潭、长沙河段出现特枯水位的原因主要为河床演变和气候变化。

（1）长沙～湘阴河段的河床演变是导致湘水尾闾出现特枯水位的主要原因。

自20世纪90年代以来，长沙～湘阴河段的河床发生了较大的变化，特别是河道采沙和航道整治工程的实施，导致本河段的水位流量关系发生变化，即同流量下水位降低、同水位下流量加大，致使在上游湘潭出现同流量、下游湘阴出现同水位的情况下，长沙的水位明显降低。

表2 湘水尾闾近年最枯水位变化特性表

对比1996年12月29日和2009年11月26日，湘潭站均出现当年最小流量511 m3/s，相应2009年湘阴站水位仅比1996年低0.58 m，而相应长沙站水位却低了1.52 m。同样，对比1997年1月7日和2008年10月25日，湘潭站流量小19 m3/s，相差无几，相应2008年湘阴站水位比1997年还高0.47 m，而相应长沙站水位却低了1.09 m。

根据多年平均水文资料分析，在湘潭出现500 m3/s流量时，湘水尾闾近年水位较20世纪90年代平均降低0.8 m左右，其中长沙站水位降低（0.4～0.5）m 左右。

（2）降雨偏少是导致湘水尾闾河段出现特枯水位的次要原因。

2010年10～12月，全省大部分晴热干旱天气为主，湘江流域平均降雨量仅28 mm，较历史同期均值偏少74%。2011年1～4月，湘江流域平均降雨量不到历史同期均值的50%。降雨量的减少导致上游来流减少，使湘水尾闾长期处于低枯水位，河道保水和槽蓄量显著减少，在上游来流稍有减小的情况下，水位则明显降低。

（3）三峡水库蓄水运行和湘水尾闾河段出现特枯水位没有直接关系。

三峡水库2003年蓄水运行后，由于水库的拦沙作用，致使长江干流出现沿程冲刷。根据有关单位的模拟计算和研究，水库运行至2012年，城陵矶至武汉河段河床基本维持现状；水库运行至2022年，河床平均冲深0.57 m；水库运行至2032年，河床平均冲深1.27 m。由于上游河道的冲刷在本河段产生一定的淤积，致使本城陵矶河段的枯水位不但没有降低，反而有一定程度的抬高，近年的水文观测资料也深刻地说明了这一点。2001～2010年历年最枯水位平均值比 1981～1990年和1991～2000年相应值分别高出0.42 m和0.38 m。

4 结论

长沙～湘阴河段的河床演变是导致湘水尾闾出现特枯水位的主要原因；降雨偏少是导致湘水尾闾河段出现特枯水位的次要原因；三峡水库蓄水运行和湘水尾闾河段出现特枯水位没有直接关系。