长江中游荆江水沙过程变异与三口洪道通流能力响应分析

沈健 原松

摘要：長江中游荆江河段通过三口洪道与洞庭湖连通，形成了极其复杂而又影响深远的江湖关系。长江三峡工程的调度运行改变了坝下游荆江河道天然水沙过程，引起干流洪水过程“坦化”，中水时期延长，枯水流量增加，促发了三口洪道对上述新水沙条件的持续响应。采用近70 a长系列实测水文整编数据及河道地形观测成果，分析了三口洪道对荆江水沙变异过程的响应特点，总结了口门段分流分沙、河势及洪道冲淤演变规律。结果表明：三峡工程运行前后同等来水条件下三口分流比有所减小，分沙量与上游枝城来沙相应，分沙比延续其逐渐增大的特征；三峡水库蓄水运用后，三口洪道河床总体呈冲刷状态，2003—2011年总冲刷量为0.514 7亿m³，2011—2016年为0.99亿m³，洪道口门均有所扩展，但实际通流能力尚未得到显著改善。

关键词：三口洪道；河道演变；通流能力；荆江

中图分类号：TV651.1文献标识码：A文章编号：1001-9235（2024）02-0053-07

Water and Sediment Process Variation in Jingjiang River in the Middle Reaches of the Yangtze River and Response Analysis of Flow Capacity of Three Outlets

SHEN Jian¹，YUAN Song²

（1.Jingjiang Bureau of Hydrology and Water Resources Survey，Changjiang Water Resources Commission，Jingzhou 434000，China;2.Bureau of Hydrology，Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China）

Abstract：The Jingjiang reach of the middle reaches of the Yangtze River is connected to Dongting Lake through three outlets，forming an extremely complex and far-reaching relationship between the rivers and lakes.The operation of the Three Gorges Project has changed the natural water and sediment process in the Jingjiang River downstream of the dam.This leads to “flattening” flood processes in the main stream，extended middle water period，and an increase in low flow，which has promoted the continuous response of the three outlets to the above water and sediment conditions.Meanwhile，this paper employs a series of long-term measured hydrological consolidation data and river channel terrain observation results from nearly 70 years.Based on this，the response characteristics of the three outlets to the water and sediment variation process of the Jingjiang River are analyzed，and the flow and sediment diversion，river regime，and erosion and sedimentation evolution laws in the entrance area are summarized.The results show that in the same inflow conditions before and after the operation of the Three Gorges Project，the diversion ratio of three outlets decreases，and the sediment diversion corresponds to the sediment from the upstream branch city.Additionally，the sediment diversion ratio continues its gradually increasing trend.After the impoundment and operation of the Three Gorges Reservoir，the riverbed of three outlets is generally in a state of erosion，with a total erosion amount of 51.47 million m³from 2003 to 2011 and 99 million m³from 2011 to 2016.The entrance areas have been expanded，but the actual flow capacity has not been significantly improved.

Keywords：three outlets;channel evolution;flow capacity;Jingjiang River

长江中游荆江河段蜿蜒曲折，行洪不畅，有“万里长江，险在荆江”^［1］之说，超额洪水为寻找宣泄途径，在南岸冲刷形成了松滋河、虎渡河、藕池河和华容河（统称四口洪道）分流至洞庭湖的局面。历史上四口分流分沙占比曾达60%～70%，直至中华人民共和国成立初期仍占30%左右，四口的存在和演变是江湖息息相连、相互影响的一个最活跃的因素，不仅对荆江产生了深远的影响，也对洞庭湖的调蓄能力及湖区汇流、出流过程的变化起着决定性的作用^［2］，余文畴^［3］倾向认为下荆江蜿蜒河型的形成是由于两岸分流减少、下游河道流量增大的结果。近70 a来，受系列人类活动及上游水沙变化等综合影响，江湖关系不断调整，三口（华容河口门于1958年建闸封堵）年分流量总体递减，断流天数持续增加，湖区出现“汛期防洪、枯季抗旱”现象^［4］，亟需开展综合整治。许全喜等^［5］研究表明三口洪道泥沙淤积、口门河势变化、干流河床冲刷及洞庭湖淤积萎缩是三口分流分沙衰减的主要影响因素；朱玲玲等^［6］分析指出大规模人类活动和以大洪水为代表的特殊水文条件是三口分流变化的关键诱发因素；邓命华等^［7］认为松滋口建闸对洞庭湖区防洪作用明显；张有兴等^［8］认为松滋河堵支并流、疏浚整治措施基本可行。本文在已有研究的基础上，采用三峡水库运用后实测水文及河道观测成果，进一步分析了三口分流分沙变化、洪道冲淤特性及通流能力响应等方面，研究成果对三峡水库优化调度及江湖关系调整恢复提供支撑。

1 区域概况及数据源

荆江河段起于长江三峡工程坝下游约60余km的湖北枝城，止于洞庭湖出口的湖南城陵矶，全长347.2 km。上荆江左岸有玛瑙河、沮漳河入汇及江汉运河分流，右岸沿程有松滋口（松滋河）、太平口（虎渡河）、藕池口（藕池河）及调弦口（华容河）分流入洞庭湖^［9］（图1），洞庭湖集湖南湘、资、沅、澧四水后又于城陵矶汇入长江，形成变化复杂而又影响深远的江湖关系。

荆江干流主要水沙监测站为枝城、沙市和监利水文站；三口洪道松滋河为新江口（西支）与沙道观站（东支）；虎渡河为弥陀寺站；藕池口为藕池（康）站（西支）与藕池（管）站（东支）。

研究区域水文数据主要来源于长江水利委员会水文局1956—2020年各控制站整编数据，河道观测资料为长江水利委员会水文局1995、2003、2011、2016年的1∶5 000地形成果。

2 三口洪道分水分沙过程响应

分水分沙过程是三口水系河道演变的重要驱动因子，不仅受干流来水影响，也与人类活动联系紧密。有水文资料以来长江荆江河段先后经历了下荆江系列裁弯、葛洲坝水利枢纽兴建、三峡工程修建及运行等重大水利过程，引发了三口洪道分水分沙的调整响应，根据观测资料系列及人类重大活动时序，划分为以下5个时段：第一时段（下荆江系列裁弯前）为1956—1966年；第二时段（下荆江系列裁弯期间）为1967—1972年；第三时段（下荆江系列裁弯后至葛洲坝工程截流前）为1973—1980年；第四时段（葛洲坝工程截流后至三峡水库蓄水运用前）为1981—2002年；第五时段（三峡水库蓄水运用后）为2003—2020年。

图2给出了1956年有实测资料以来荆江三口分流分沙量的年际变化过程，1956—2020年，三口分流量、分沙量总体呈衰减状态。分流量由第一时段的1 332×10⁸m³减至第五时段的497.8×10⁸m³，分流最大衰减速率集中在第二时段与第三时段，其中藕池口减幅最大，松滋口、太平口缓慢萎缩，分流比由29.4%减小到11.6%。三峡工程运行前后同等来水条件下三口分流比有所减小，例如1991、2019年枝城站年径流量均为4 473亿m³，松滋口、太平口、藕池口分流比则分别由8.1%、2.8%、4.1%减至6.7%、1.1%、2.1%。

分沙量由第一時段的19 600×10⁴t锐减至第五时段的870×10⁴t，减幅达95.6%，三峡水库蓄水运行以前，三口分沙比均表现为沿时程减小，主要集中在第二时段与第三时段，藕池口减幅较大。三峡水库蓄水运行后，除太平口分沙比继续减小外，松滋口、藕池口分沙比相比第四时段均有所增大。三口分沙量总体与上游枝城来沙相应，三口分沙比则延续其逐渐增大的表现，2017年枝城来沙量最小为550万t，三口分沙量同步最小为180万t。

3 三口洪道冲淤响应

河道冲淤响应是来水来沙与河床相互作用的体现^［10-11］，冲淤量计算方法主要有断面法、地形法或输沙量法。根据河道观测成果，本次沿用固定断面法计算了三口洪道的总冲淤量，划分为1995—2003、2003—2011、2011—2016年3个时段。为了解冲淤量沿高程的分布特性，选取了高、中、低3条水面线，其中高水水面线为控制站历史最高洪水位减1 m，中水水面线为高水水面线减3～4 m，低水水面线为中水水面线减3 m，各断面水位按平均比降0.15×10^-4～0.3×10^-4推算。

图3给出了不同时段三口洪道河床冲淤量变化过程。可见三峡水库蓄水运用以前的1995—2003年，三口洪道总体呈淤积状态，总淤积量为0.467 6亿m³，淤积部位主要集中在中、高水河槽，其中藕池河淤积量最大，为0.310 6亿m³，占总量的66%，强度达9.1万m³/km；虎渡河淤积量为0.131 7亿m³，占总量的28%，强度为9.8万m³/km；松滋河淤积量为0.034 8亿m³，占总量的7%，强度为1.1万m³/km；枯水河槽冲淤交替，基本平衡，除松虎洪道（松滋河与虎渡河汇合段）冲刷约0.009 5亿m³外，其余均呈小幅淤积。

三峡水库蓄水运用后的2003—2011年，三口洪道呈冲刷状态，总冲刷量为0.514 7亿m³，其中松滋河略有冲刷，冲刷量为0.009 2亿m³，占三口洪道总冲刷量1.7%，虎渡河冲刷量为0.041 0亿m³，占总量的8%，松虎洪道冲刷量为0.146 6亿m³，占总量的28%，藕池河总冲刷量为0.317 9亿m³，占总量的62%。2011—2016年三口洪道持续冲刷，总冲刷量为0.99亿m³，其中松滋河冲刷量为6 763万m³，约占三口洪道总冲刷量的67%；藕池河冲刷次之，冲刷量为1 886万m³，占总量的19%；虎渡河的冲刷量较小，为546万m³，占总量的6%；松虎洪道冲刷量为762万m³，占总量的8%。

4 三口洪道通流能力响应

4.1 口门附近干流水位变化

三口口门分别位于枝江河段中部、沙市河段上部及石首河段上部。三峡工程运用前，上述河段受葛洲坝水利枢纽修建等影响，河床冲刷下切^［12-13］，同流量下中低水位下降，但三口口门以淤积为主，导致三口口门段入流条件提高。

表1给出三口口门附近干流不同河段冲刷厚度成果，表2给出了不同时段三口口门段水位变化。结果表明，下荆江系列裁弯（第二时段）对10 000 m³/s流量级三口口门水位影响较为明显，三口口门处同流量下干流水位下降较为明显，30 000 m³/s流量级三口口门水位也有一定程度下降。三峡工程运行后（第五时段），10 000 m³/s流量级三口口门水位再次出现较大幅度的下降，而30 000 m³/s流量级三口口门水位有所升高。

4.2 口门附近干流河势变化

三峡工程运用后，三口口门冲刷扩展，对三口分流能力的增大起到了一定促进作用^［14-15］。

荆江枝城—松滋口段受边界条件控制，河势基本稳定，主流线贴右岸深泓而下，高水期，干流主泓沿关洲以下长江右岸深泓出陈二口顺流直下，加上芦家河浅滩的束水作用，有利于松滋口的分流。1998年大洪水后冲刷较为明显，口门横向扩大，口门干流段深泓往进口方向移动，口门左岸边滩崩退，有利于分流。

虎渡河进口段与长江干流几乎垂直。太平口心滩位于口门干流附近，在中低水时出露，随着沮漳河改道，便持续出现右（南）冲左（北）淤的现象，发展到1997年时，右泓成为涴市与沙市河弯过渡段的主泓。由于太平口口门外长江干流河道主泓由太平口心滩左泓转到心滩右泓，加大了干流河道太平口一侧的流量，对于维持太平口分流能力的稳定具有一定的意义。

藕池口口门形态变化较大，心滩及边滩此消彼长，变化较剧烈。三峡工程运用后，心滩向近岸方向移动，进口段30 m等高线形成的河槽有所展宽。

4.3 口门通流能力分析

干流最枯水位时，通过对比口门处相应水位与河底高程可以反映该处的通流情况，选取三口2003、2011、2016年沿程最枯水面线与深泓纵剖面高程进行对比，见图4。

图4结果显示，2003、2011年口门松03断面附近、杨家洲汊附近及分流段松西进口等位置深泓高程相对较高，2003年对应水面线水位均高于该年度深泓纵剖面高程，2011年在杨家洲附近深泓高程高出水面约0.3 m。口门段在2003年后有所冲刷，尤其是2011年后受采砂影響，口门大幅下切，但由于长江干流冲刷下切，进口段枯水水面比降有所降低，2016年松滋河深泓线高程较高部位处于杨家洲汊到段及分流段松西进口，两处深泓高程略低于最枯水位，口门至松西河进口未断流。但低水同流量条件下，松滋口通流能力并未增强。

2003年沙市站枯水流量7 410 m³/s时，虎渡河进口水面线高于深泓高程，说明该流量下虎渡河没有断流，2011年虎2断面附近及三场上游深泓高程较高，两处深泓高程均高出水面线0.2 m，该流量条件下虎渡河已经断流，2016年深泓高程较高部位虎2断面附近基本与水位持平。而随着干流河道及口门段冲刷下切，虎渡河进口段水面比降明显降低，可见进口段在干流枯水条件下通流条件并未得到改善。

2003年沙市站枯水流量8 920 m³/s时，藕池河进口处深泓高出枯水位约2 m，该流量条件下口门断流，2011年在藕03断面下游深泓高程高出枯水位约0.6 m，该流量条件下口门断流，2016年藕池河西支分流段附近深泓高程比枯水位略高出0.1 m。从三峡工程运用后年深泓高程变化来看，虽然深泓高程有所降低，但干流河道冲刷下切，通断流对应沙市的流量并未减小，说明藕池口通流能力并未明显改善。

5 结论

a）1956—2020年，三口分流量、分沙量总体呈衰减状态，最大衰减速率集中在下荆江裁弯期与葛洲坝工程截流前，其中藕池口减幅最大。三峡工程运行前后同等来水条件下三口分流比有所减小，分沙量总体与上游枝城来沙相应，三口分沙比则延续其逐渐增大的表现。

b）三峡水库蓄水运用后的2003—2011年，三口洪道呈冲刷状态，总冲刷量为0.514 7億m³，以藕池河冲刷为主；2011—2016年三口洪道持续冲刷，总冲刷量为0.99亿m³，以松滋河河冲刷量为主。

c）2003—2016年三口洪道口门有所扩展，其中松滋河口门处岸线持续崩退，深泓线摆动较大；虎渡河口门处岸线、深泓走向基本稳定，藕池河口门处岸线变化、深泓摆动相对较大。口门河段深泓纵剖面均有所冲刷，均发生在上游河段。三峡工程运用后，三口实际通流能力尚未得到显著改善。

参考文献：

［1］沈健，彭玉明，彭严波，等.冲刷条件下长江枝城至沙市河段床沙级配模拟［J］.人民长江，2017，48（24）：56-60.

［2］杨怀仁，唐日长.长江中游荆江变迁研究［M］.北京：中国水利水电出版社，1999.

［3］余文畴.长江河道探索与思考［M］.北京：中国水利水电出版社，2017.

［4］孙苏里，沈健.松滋河演变与治理研究［J］.水资源研究，2015，4（6）：559-566

［5］许全喜，胡功宇，袁晶.近50年来荆江三口分流分沙变化研究［J］.泥沙研究，2009（5）：1-8.

［6］朱玲玲，许全喜，陈子寒.新水沙条件下荆江河段强冲刷响应研究［J］.应用基础与工程科学学报，2018，26（1）：85-97.

［7］邓命华，易放辉，栾震宇，等.三峡工程运行后洞庭湖松滋口建闸防洪影响分析［J］.水力发电学报，2013，32（1）：156-162，186.

［8］张有兴，廖晓红，黎昔春，等.松滋河堵支并流整治措施研究［J］.泥沙研究，2008（1）：52-56.

［9］周才金，沈健，熊慧，等.新水沙条件下三口分流分沙及荆江平滩河槽形态变化分析［J］.人民珠江，2020，41（6）：22-26.

［10］钱宁，张仁，周志德.河床演变学［M］.北京：科学出版社，1987.

［11］刘月琴.弯曲型河流基本特性研究进展［J］.人民珠江，2003，24（2）：1-4.

［12］彭玉明，段文忠，陈永华.荆江三口变化及治理设想［J］.泥沙研究，2007（6）：59-65.

［13］胡茂银，李义天，朱博渊，等.荆江三口分流分沙变化对干流河道冲淤的影响［J］.泥沙研究，2016（4）：68-73.

［14］郭小虎，李义天，刘亚.近期荆江三口分流分沙比变化特性分析［J］.泥沙研究，2014（1）：53-60.

［15］秦凯，彭玉明，陈俭煌.荆江三口分流能力变化分析［J］.人民长江，2015，46（18）：34-38.

（责任编辑：程 茜）