枝城站水位～流量單值化變化分析探討

杜興強

摘 要：三峽2003年蓄水后，清水下泄對三峽壩下河床逐年沖刷，致使河床刷深、河段比降變化，含沙量降低、年最低水位下降等等各項水文特性的改變，其中又以水位～校正流量的關(guān)系變化對水文工作的影響最為重要（水位～校正流量關(guān)系線為本站流量單值化整編的定線方法，2010年通過分析使用本方法定線整編），為了更好的了解測驗斷面水位～校正流量關(guān)系變化情況和趨勢，通過三峽蓄水前后至今（2013年）的水文資料進行分析水位校正流量的變化成因和未來關(guān)系線的變化趨勢。

關(guān)鍵詞：水位～校正流量關(guān)系；清水下泄；變化

1 測驗斷面概況

長江經(jīng)過三峽后，經(jīng)宜昌順流而下至枝城進入荊江，荊江長約340km。歷史上多為洪水泛濫區(qū)，是長江防洪重點河段。枝城站為荊江入口重要控制站，測驗斷面位于現(xiàn)在的湖北省宜都市枝城鎮(zhèn)，斷面上游約99km、61km、18km處分別有三峽和葛洲壩水利樞紐工程以及宜都水位站，19km處有支流清江匯入；下游2km、35km分別為枝城長江大橋和馬家店水位站。

測驗河段在兩彎道之間的順直過渡段上，順直段長度約3km，略顯上窄下寬狀。斷面上游700m處有石磯，高水影響主泓擺動，河槽中高水位河寬1200～1400m。斷面左岸為沙灘，主泓偏右。

2 問題提出

2009年07月分析的《枝城站水位流量關(guān)系單值化分析報告》通過審核后，枝城站從2010年至今（2013年）這4年的流量資料整編采用水位流量單值化（水位～校正流量）定線整編的方法。發(fā)現(xiàn)水位～校正流量關(guān)系線逐年向右偏移，到2013年關(guān)系線又未再向右偏移的跡象。為了更好的了解關(guān)系線變化的內(nèi)在因素，對三峽蓄水前后的關(guān)系線變化過程進行綜合分析。隨機選取年份2001、2002、2006、2007、2012、2013年實測水位流量數(shù)據(jù)，經(jīng)09年通過落差指數(shù)法分析并批準使用《枝城站單值化分析報告》中的公式對選取代表年份的實測流量進行單值化后，繪制上述幾年水位校正流量關(guān)系線年際變化圖，如圖1。

圖1 水位校正流量關(guān)系線年際變化圖

通過圖中可以看到三峽蓄水前2001、2002年關(guān)系線基本重合，2006、2007年與2001、2002年關(guān)系線相比，在中高水位級，同水位下，2006、2007年比2001、2002年校正流量偏小，而2012、2013年又比2001、2002年校正流量偏大，蓄水前后水位校正流量關(guān)系線年際變化并不是逐年向右偏移，如果僅僅是因為本斷面河床下切，導致同水位下斷面面積變大、流量變大而致使水位校正流量關(guān)系年際變化圖向右偏移，那么應(yīng)該是關(guān)系線逐年向右偏移的現(xiàn)象，然而通過圖1發(fā)現(xiàn)并非如此，試著通過本水文測驗斷面河床和本斷面上下河段河勢變化綜合情況來分析是否是關(guān)系線變化規(guī)律的主要影響因素。

3 水文測驗斷面沖刷變化情況

2003年三峽水庫開始蓄水后，三峽水庫長期下泄含沙量較小的“清水”。含沙量的大量減小使從三峽水庫一下的河段從某種意義上已經(jīng)成為了一條新的“長江”，“清水”具有很強的沖刷能力，不斷的沖刷著壩下河段河床。

選取蓄水前的1991和2001年份，蓄水后的2006和2013年份等4個代表年份的實測大斷面數(shù)據(jù)繪制大本站水文測驗斷面變化圖，見圖2，通過圖2清晰展現(xiàn)三峽壩下枝城站水文測驗斷面在蓄水前到蓄水后，直至到2013年這10年時間對河道斷面的沖刷變化情況。蓄水前1991年到2001年這10年時間端面沖刷較小，而從2003年蓄水后，清水下泄，對斷面沖刷變得嚴重，從起點距90m至1050m左右斷面一直被沖刷，（起點距1050m往右岸為礁板河床，往左岸為沙質(zhì)河床）以2001年大斷面為參考，與 2013年大斷面比較，其中起點距270m至600m斷面河床沖刷最為嚴重，下切基本在10m左右。

斷面河床下切，同水位下水道斷面面積增大，同一水位下，水道斷面面積2006年比2001年增大3000m2左右，2013年比2006年增大5000m2左右，2013年比2001年增大8000m2左右。

4 落差以及同水位下流量變化情況

壩下河道河床的下切，導致同一水位下，面積的變化、流量的變化、上下比降的變化等，這些種種因素導致校正流量的變化，引入枝城站單值化校正流量計算公式：

通過單值化公式可知，校正流量q的大小與實測流量和宜都站水位與枝城水位差值以及枝城站水位與馬家店差值大小有關(guān)。（枝城站上游為宜都站，其下游為馬家店站），2003年三峽蓄水后，清水沿江順流，對下游河段河床強有力的沖刷，河床沖刷的幅度與水力，江水本身的濁度、河床的組成等等有密切關(guān)系。繪制上下站落差變化圖以及綜合落差圖倒數(shù)變化圖，如圖3，通過圖中上下站之間落差的變化以及本斷面的綜合落差的倒數(shù)變化，可以初略的了解河道上下河床沖刷的力度和直接影響校正流量q大小的河勢變化。

為了避免洪水漲落對同一水位下斷面流量的影響，選取代表年份水情平穩(wěn)期，同一水位下（Z=38.00m），斷面流量的變化情況。如圖4，因斷面下切同水位下流量逐年偏大。

圖4 相同水位斷面流量變化圖

通過圖3落差變化圖，可以了解河道的比降變化基本趨于穩(wěn)定，河床沖刷趨于穩(wěn)定，結(jié)合圖4相同水位斷面流量變化圖，正印證了圖1水位校正流量關(guān)系線的變化情況。

5 結(jié)束語

對枝城站水位～校正流量關(guān)系的分析，可以得出以下結(jié)論：

5.1 本斷面河床從蓄水后，水沙條件改變，河床沖刷嚴重，為沙質(zhì)河床的左岸下切近10m，同流量下水位降落，2013與2001年相比同水位下增大水道斷面面積8000m2左右，通過上下比降可知，本文分析的站點間壩下河道河床均有沖刷，受自上而下沿程河床地質(zhì)條件的差異和不同江段河水挾沙能力的不同，河床在原始坡降情況下不同程度的下切。

5.2 水位校正流量關(guān)系曲線的年際變化主要受本斷面同水位下流量大小變化和因河道沖刷引起的落差變化綜合影響。

5.3 本文分析的站點間河床沖刷下切，原河床上的礫石、卵石、散粒體泥沙大量沖刷，至2012年已趨穩(wěn)定，重新建立平衡，水位～校正流量關(guān)系曲線逐年向右偏移的情況，從2013年開始明顯減緩或不再偏移。