第卷以刃年月第期一页世界科杖研究与疚展拭刃一

三峡水库二期蓄水初期螺山站水位流量变化响应

张红`,陈世俭,'`张光岳丁超,,单斌,,

中国科学院测量与地球物理研究所,武汉中国科学院研究生院,北京〕〕

四川大学建筑与环境学院,成都

摘要三峡工程二期蓄水对坝下游江段水情的变化产生了一定的影响。在水序蓄水的初期阶段,分析螺山江段水位流量的变化

响应,采用综合落差指数法描述了该河段水位流量关系的变化,并通过同流量水位法初步探悉了该河段近几年河床冲淤变化情

况。结果表明,水库蓄水后,枯水期该站月径流量占径流量的百分比上升了,丰水期和平水期分别下降了和

从该站水位距平值来看,枯水期有所上升,丰水期和平水期均有所下降。对该站水位流童关系进行单值化处理后,发现蓄水后水位流量关系曲线较蓄水前偏左。同时,同流量下水位的变化也反映了该河段泥沙冲淤情况,对此本文作了初步探悉,发现在同一

江段的不同时段都有冲淤的变化。关键词三峡水库蓄水初期螺山站水位流量变化

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引言

三峡工程是举世瞩目的特大型水利水电工程,它于

年月日实现了水位蓄水。三峡工程的运行,将

季节性的改变长江中下游地区河道的流量,水位也随之发生

变化。然而,水库蓄水的同时大量泥沙在水库内淤积川,下

泄水流的含沙量减少,坝下游河道发生冲刷〔一〕,使得水位

流量关系不仅仅表现为简单的对应关系,而变得更加复杂

化。因此,分析三峡水库蓄水前后长江水位流量及其关系的

变化,不仅反映了三峡工程对中下游地区水情变化的影响,

也可进一步反应其下游河段河床冲淤变化情况。本文采用

以洲〕一以拓螺山站水位实测数据,对该站蓄水前

后水位流量的变化分枯、平、丰水期三种情况进行了分析。

并针对影响该水位流量关系的复杂因素及形成绳套性的水

基金项目中国科学院知识创新工程重大项目专题一

习刀国务院三峡办“三峡工程生态与环境监测系统”课题一刁一碱洲。

通讯作者陈世俭,一婴位流量关系,采用综合落差指数法对其流量进行单值化处

理,拟定了蓄水前和蓄水后综合的螺山水位流量关系单值化

图。最后对该河段泥沙冲淤情况作了初步探悉。本文的分

析对于即将完成的三峡工程三期蓄水对坝下游江段带来的

影响研究提供了有意义的借鉴。

螺山水文站概况

螺山水文站处于长江左岸的湖北省洪湖市螺山镇图

,其控制流域面积耐,测流断面呈型,断面冲

淤变化较大。该站位于监利以下,上距洞庭湖出口

,是洞庭湖出流与荆江来水汇合后的第一个水文控

制断面。下游有陆水河汇人长江,下游约有

汉江在武汉市人汇。因此该站水位流量及其关系变化是长

江中下游防洪规划、河道泄洪能力分析以及洪水预报和防洪

调度的重要依据,其水位流量关系变化也一直受到人们的密

切关注,尤其是在三峡水库蓄水的初期阶段。

本文数据除了采用该站以一《〕逐日水位流量数据外,还有上距螺山站的城陵矶七里山

水文站和下游的汉口水文站监测的相应时间段的

水位流量数据。

第页、二2(X)9年月廿界科杖研究与发展水文科学

万

图长江中游河道及螺山站位置示意图

凡示

蓄水前后水位流变化分析

按三峡水库调度方案'了,每年月末至月初,坝前水

位降至汛期防洪限制水位,汛期一月,水库一般维

持此低水位。水库下泄流量与天然情况相同。遇大洪水时,

根据下游情况水库拦蓄洪水,库水位抬升,洪峰过后,仍降至

运行。汛末月水库蓄水,下泄流量有所减少,水位

逐步高至,在枯水年份,这一过程将延续到月。

月到次年月,水库尽量维持在高水位。只有在一月人

库流量低于电站保证电力对流量的要求时,才动用调节库

容,此时出库流量大于入库流量,库水位逐渐降低。但月

末以前水位最低高程不能低于,以保证发电水头和上游航道必要的航深。

在三峡水库蓄水的初期阶段,为了及时地了解水库蓄水

对长江中下游水情的影响,对螺山站的水位流量作了如下分

析。采用一以拓螺山站水位流量实测数据,

分为蓄水前和蓄水后两个时期进行分析,本文以以〕

时间段作为蓄水前阶段,一时

间段作为蓄水后阶段。另外,根据上述水库的调节方案,将

螺山江段年内水情变化分为三种情况,即以一月作为枯

水期涨水情况,一月作为丰水期汛期,一月作为

平水期退水情况,分别进行讨论分析。首先,计算了三峡

水库蓄水前后坝下螺山站各月径流变化情况表,以及该

站水位在不同时段的变化表。

月份表三峡水库蓄水前后螺山站流量年内变化表

面即

繁

蓄水后多年月均流量月径流量占径流百分数多年月均流量月径流量占径流百分数月《【

表三峡水库蓄水前后螺山站水位各时期变化比较表

颐砂

蓄水前蓄水后

距平值距平值

枯水期一月

丰水期一月平水期月一

一一

一`八、八,︸︸︺山﹃八︼门`

从表中可以看出,蓄水后螺山江段月平均流量除、、月份有一定程度上升外,其余月份均有所下降。其中月

二第页水文科学世界科杖研究与成瓜年月

。份降幅最大,达,。这是由于降雨、蒸发等影响流量

的因素在不同年份、不同月份有很大差异所导致。例如,

年月份月均流量最大,从而使得蓄水之前长江多年月

均流量和月均水位高于蓄水之后。据资料困统计,与常年同

期相比,年月长江中下游降雨量明显偏多,螺山水文

站月份分洪峰流量为,,超过历史同期最大流量

科,,一,其最高水位,超过历史同时期

最高水位,。但是,三峡水库作为年内

调节水库,其下游月径流量所占径流量的百分比更能反映其

调节作用对下游江段流量的影响。从月径流量占径流量百

分比来看,枯水期一月由蓄水前的上升到蓄

水后的,丰水期一月由减少到

,平水期一月由减少到。这

充分表明了三峡工程调度运行方案对坝下游螺山江段流量

产生的影响,枯水期下泄流量增加,丰水期下泄流量减少。

表中,三峡水库蓄水后,螺山站水位除平水期最大值

较蓄水前升高外,枯、丰水期最大值、最小值和平均值以及平

水期最小值、平均值均比蓄水前有所降低。结合表中多年

月均流量变化分析发现,蓄水后水位的降低与相应时段月均

流量的减少有一定的关系。从蓄水前后各个时期的距平值

各年月均水位与多年月均水位之间的差值变化上可以看出,水库蓄水后枯水期距平值比蓄水前增大,丰水期和平水

期都有所减少。这也反映了三峡工程不同调度方案给螺山

站水位带来的变化,这种实际的变化与以往的理论研究￡'〕是

一致的。三峡工程运行后对改善长江中下游生态环境的最大贡

献是它的防洪效益,它可调蓄长江上游洪水,调控中游下泄

流量及水文情势。从《城一年螺山站水位流量动态变

化过程图上分析,水库蓄水后,螺山江段水位流量年内

变化波动幅度减小。蓄水前该站最大流量达犯,,流

量年内最大变幅为,水位年内最大变幅为

蓄水之后最大流量为,流量年内最大变

幅,水位年内最大变幅,这与三峡水库的

调节蓄水作用有很大关系。

一月均水位月均流量均差值图,发现水位流量的变化关系并不是一一对应的

简单关系。在流量变化相同幅度的情况下,水位的变化幅度

表现出一定的差异。其中月份最明显,其流量减少

,的情况下,水位只下降了。而月份流量减少,水位减少了。可见影响螺山站水位流量

关系变化的因素较为复杂。

口流“一犷底底

,,,,姗、犷附入,,

图蓄水前后多年月均水位流量差值变化

以往研究日一'“〕表明,影响螺山水位流量关系的因素较为复杂,主要有洪水涨落率、下游变动回水顶托、河段冲淤和

其他一些偶然因素。受以上因素等影响,螺山站的水位流量

关系一般表现为绳套性的水位流量关系曲线”,`〕。通过点

绘螺山站逐日水位流量关系曲线图以年和年为

例,如图所示,发现该站水位流量关系具有如下特点

对比该图上和年水位流量关系变化发现,蓄水前的年的绳套幅度较窄,蓄水后的年的

绳套线的幅度明显变宽,这是由于三峡大坝蓄水后,改变了

河道的天然水文特性,使得大坝下游水文站的水位流量关系

也随之发生变化。

从图上还可以看出,该站历年水位流量变化不稳定,

年内有变化,年际间也有变化。一般中低水绳套幅度比较窄,高水绳套幅度比较宽。且年的高水水位流量关系

曲线较年的高水水位流量关系曲线偏左。这种变化与

该河道泥沙冲淤的变化有很大关系,下文中将作进一步分

析。

在不同的时段,同流量下水位变幅亦不相同。年同流量下水位变幅大部分小于,只有个别时段超过

年同流量下水位变幅一般在一之间。

日、书划年图螺山站月均水位流量动态变化图

而嗯

水位流且关系变化

水位流关系特征以三峡蓄水前后的以一以拓共年的资料作为

水位流量关系研究对象,对比分析蓄水前后水位流量多年月图螺山站和年水位流量关系图即叮金罗一主」名间盛明之

一

第页切叨20()9年月廿界科杖研究与成展水文科学

水位流单值化处理螺山站水位流量关系受多种因素综合影响而呈现复杂

的多值关系,因此必须将各种因素影响的水位流量关系转换

到同一基础上,经分析比较后认为,采用综合落差指数

法”一`能较好地消除螺山流量受上游洪水涨落和下游变动

回水顶托等因素的影响。基本形式为

二少■罗■二,么十凡

式中—单值化流量

—螺山站实测流量

—落差指数■—综合落差

■,—城陵矶七里山至螺山站落差,反映涨落影

响

■—螺山至汉口站落差,反映回水顶托影响

,—考虑涨落影响的权重系数

凡—考虑回水影响的权重系数。

在计算时一般取几,、凡其

中,、八分别为城陵矶七里山至螺山、螺山至汉口的间

距,本次分析取,,人二。根据侧叉〕一年实

测水位流量资料,通过计算机优选,发现二时,各典型年一关系拟合较好。各年水位单值化流量关系测点标准

差在一之间,单值化流量测点对单值化线相对误差全

部小于,达到《水文年鉴编印规范》对单一曲线的定线

标准。分别拟定蓄水前一和蓄水后

一综合的螺山水位流量关系单值化图

见图,发现蓄水后水位流量关系曲线向左偏移,即同一

流量下蓄水后水位较蓄水前有所抬高,且高水位抬高较多,

中低水位抬高较少或无变化。结合螺山江段所处地理位置,

分析影响其同流量下水位抬高的原因主要是①经计算,城

陵矶至汉口江段平均比降很小,约一输,洪水期水

流关系不稳定,涨落率和附加比降对同一水位的流量影响比

较大。②螺山江段下游陆水和汉江的顶托,使江水不能顺畅

下泄,从而形成高水位。③河床演变造成螺山河段泥沙淤

积,河床抬高从而使同流量下的水位值不断升高。值和月径流占径流总量百分比来看,在枯水期蓄水后比蓄水

前有所增加,丰水期和平水期都有一定下降。螺山江段水位

流量蓄水前后的这种变化,很大程度上是与三峡工程二期蓄

水的调度运行方案有直接联系的。

另外,从螺山站水位流量关系的变化情况来看,其变化

是十分复杂的,年内和年际之间均有不同程度的变化。且同流量下的水位蓄水后比蓄水前有所抬高,高水位抬高比较

多,中低水则抬高较小甚至没有变化。影响螺山站水位流量

关系发生变化的原因很多,也很复杂,主要影响因素为洪水

涨落率、回水顶托以及河道泥沙冲淤。各种影响因素之间有时相互加强,有时又有一定的补偿作用,从而使得该站水位

流量关系的变化不稳定。

另外,同流量下水位的变化同时也反映了该河段泥沙冲

淤的变化情况,对此本文作了初步讨论分析为定量分析螺山江段河道冲淤变化,采用同流量水位比

较法〔'〕进行剖析。河道的冲淤,在一个固定断面的另一种

表象是同一流量的水位高低,即在同一流量如果是■`时段

开始时的水位高于■时段末的水位,则断面是冲刷,反之,

则是淤积。在尔时段始末,同流量的水位差按下式计算

一从二■

式中凡和分别为■时段始末同流量的水位■为■`

时段内同流量的冲淤变量,若么万则表示冲刷,若八

则表示淤积。

采用既旧一年螺山站长江水位及流量数据,设为

年,计算得各年同流量的冲淤变量八依次为一、

、、一、、一。从计算结果来

看,螺山江段的冲淤情况在不同时段有不同的表现,有的时

段处于冲刷,有的则处于淤积。若泥沙在该江段淤积,洪枯

季节江水水位会比预期的高,进一步会抬高其周边地区地下

水位若该江段冲刷,则洪枯季节江水水位比预期的要低,这

对降低地下水位有很大好处。由于螺山江段的泥沙问题是

一个非常复杂的问题,水库运行后河道冲淤的趋势性变化,目前还难以定论,还需要长期的观测与研究。

护汤

蓄水前蓄水后

样政流量日、书妇

石

图蓄水前后螺山站水位流量关系单值化图止一

结果与讨论

综上所述,三峡水库蓄水后,螺山水文站水位流量的月

平均值在枯、平、丰水期均有所下降,但从蓄水前后水位距平参考文献

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沮群,,一仁〕蔡述明,马毅杰,朱海虹,等三峡工程与沿江湿地及河口盐渍化土地【〕科学出版社,〔〕李丽艳,等年水情年报中国水利水电出版社,「〕翁立达,袁弘任,王超俊,等三峡工程生态环境影响研究〔」湖

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