三峡水库蓄水期城陵矶与长沙站水位关系分析.pdf

第42卷第6期人民长江Vol_42．NO．62011年3月YangtzeRiverMar．，2011文章编号：1001—4179(2011)06—0069一O3三峡水库蓄水期城陵矶与长沙站水位关系分析陈力，闵要武，冯宝飞(长江水利委员会水文局水文气象预报处，湖北武汉430010)摘要：为了解三峡水库蓄水期间城陵矾与长沙水位的关系，通过建立洞庭湖城陵矾站不同水位与湘江长沙站水位流量相关关系，分析城陵矾站对长沙水位的影响。根据MIKE11水动力学模型，分析计算枯水期长江干流宜昌站、湘江湘潭站不同来水条件下城陵矾、长沙水位及其相关关系，进而分析了三峡水库蓄水期不同因素对长沙站水位的影响情况，认为在2008，2009年三峡水库蓄水期间，长沙站水位偏低的原因是湘江上游来水偏少和河床冲刷下切所致。关键词：枯水期；水位；河床冲刷；湘江；三峡水库蓄水期中图法分类号：P338文献标志码：A三峡水库2003年下闸蓄水至135m，2006年蓄水m／s，上、中、下旬平均流量分别为21000，18000，至156m，2008年开始175m试验性蓄水，2010年1014500m／s。洞庭湖城陵矶站历年9月平均水位月达到175m蓄水目标。然而2006年以来，三峡水库28．38m，上、中、下旬平均水位分别为28．74，28．49，在汛后蓄水期间，长江中下游干支流特别是“两湖”水27．91m；10月平均水位26．55m，上、中、下旬平均水系来水不同程度偏少，导致长江中下游干流水位及洞位分别为27．34，26．66，25．72m。鄱阳湖湖口站9月庭湖、鄱阳湖两湖出口站水位偏低，其中洞庭湖城陵矶平均水位15．90m，上、中、下旬平均水位分别为站2006，2007，2008，2009年lO月份最低水位分别为16．16，16．00，15．54m；10月平均水位26．55m，上、21．48，23．40，22．02，21．61m，分别列历史同期最低水中、下旬平均水位分别为15．02，l4．46，13．74m。长位倒数第4，l4，7，5位；鄱阳湖湖口站2006，2007，江流域正常来水年份，三峡水库若按9月15日起开始2008，2009年10月份最低水位分别为8．39，9．81，蓄水，9月底蓄至158m、10月底蓄至175m，9月份蓄9．53，8．59m，分别列历史同期最低水位倒数第1，7，水期平均拦蓄5900m／s左右、10月份平均拦蓄55，2位。2009年l0月中下旬，在中下游出现罕见枯水400m／s左右。根据长江干流螺山、大通站与城陵矶情况下，湘江湘潭、长沙出现历史同期最低水位，长江及湖口站水位关系分析，水库蓄至175m后城陵矶水防汛抗旱总指挥部经多次会商，优化调度三峡水库出位偏低2m左右、湖口水位偏低1．5m左右，至10月流，避免了中下游主要站点水位进一步下降，缓解了湘下旬城陵矶、湖口站水位退至23．7，12．2m左右。l0江长沙站枯水程度。根据近年来水文资料，从水文、水月下旬湘江湘潭站多年平均流量在1000m／s以上、力学模型等途径初步分析研究了长江干流中低水期间长沙多年平均水位在27．0m以上(数据来自全国水水位变化对洞庭湖水系(以长沙站为代表)的水位影情综合业务系统数据库)，湘江来水远多于最低需求响，以期为枯水期科学调度三峡水资源提供技术支撑。量，长沙水位高于取水安全水位2m以上。因此长江流域正常来水年份，三峡水库蓄水不影响湘江长沙段1水文情势分析正常取水。根据1956～2005年资料统计，宜昌站9月平均来2城陵矾与长沙水位关系水流量为25100m／s，上、中、下旬平均流量分别为27000，25000，23200m／s；10月平均流量17800长沙站为水位站，没有观测流量，但集水面积仅较收稿日期：2011—01一l3作者简介：陈力，男，工程师，硕士，主要从事长江流域水情预报工作。E—mail：chenli一3114@163．com 70人民长江湖区分为西洞庭湖、南洞庭湖及东洞庭湖3段，而西、南洞庭湖又各分为两条首尾相连河道，湘江、资水下游均分为两支汇入洞庭湖区，“三口”之问交叉更为复杂，建立模型时根据河道连接关系尽可能反映真实情况。所建立模型结构如下图2所示。根据上述建立的水动力学模型，其上边界条件包括宜昌流量、高坝洲流量、湘潭流量、桃江流量、桃源流量、石门流量，以及区间产流；下边界为螺山水位或水位流量关系，可根据实际需要选用。根据近年汛期实测水雨情资料，对模型参数重新进行了率定，率定目标主要为湘江干流各控图1长沙水位流量关系制站水位及洞庭湖出口城陵矶站水上游湘潭站约大1000km，平均洪水传播时问约8h，位，经过多次试算选优，得到可满足在流量变化不大的枯水期，长沙站流量与上游湘潭站要求的模型参数。同时流量基本相当，故可采用上游湘潭站流量代替。下边界采用螺山站水位流量关系，将其他上边界选取1998年以后长沙站的低水资料和相应的湘潭站条件定为适当恒定流人流，通过改变宜昌来水，分别计的流量，并以城陵矶同时水位为参数建立长沙站的水算对应的城陵矶水位、长沙及湘江其他站水位，以分析位流量关系，通过近10a的资料分析，除城陵矶水位宜昌来水对其影响。计算中清江高坝洲及资沅澧控制超过25m点据长沙水位明显偏高外，其他点据规律性站来水采用2009年lO月份平均流量，通过改变宜昌不强，因此可初步认为城陵矶水位在25m以下时对长来水，分别计算湘潭站在500，600，700，800，900，1000沙水位顶托影响有限(相关历史点据见图1)。m／s来量下城陵矶、螺山、湘潭、长沙、及湘阴水位，结根据湘潭站1998年以来的10a资料分析，发现果如图3所示。近年来湘潭站枯水期水位流量关系的轴线有逐渐右移的趋势，即相同流量下水位呈下降趋势，在500～600m／s流量级下湘潭水位偏低1m左右，这与历年实测显示出的该河段主河床有下切趋势的现象一致，因此可认为湘江河道冲刷是湘潭相同流量下湘潭、长沙站近年来出现低水位的主要原因之一。3水动力学模型分析水动力学分析采用建立自长江干流宜昌、清江高坝洲、湘资沅澧控制站至螺山段MIKE11模型，模型包括河段有长江干流宜昌至螺山段、清江高坝洲以下河资水湘江段、湘江湘潭以下段、沅江桃源以下段、资水桃江以下图2长江中游MIKEll水动力学模型结构段、澧水石门以下江段、“三口”各河段、洞庭湖区。降由图3可见，城陵矶水位在23m以下时，干流来雨径流模型(NAM模型)包括清江高坝洲以下区间、沮水对长沙水位影响很小，城陵矶水位升高1m对长沙漳河流域、宜昌一沙市北岸区间、新樯河、泪罗河、浼水位顶托不足0．05nl，长沙水位取决于湘潭来水，湘水、西}同庭湖区、南洞庭湖区、东洞庭湖区、湘江湘潭以潭来水每增加100m／s长沙水位升高0．2m左右，其下区间、资水桃江以下区间、沅江桃源以下区间、澧水中湘潭流量由500m／s增加至600m／s时，长沙水位石门以下区间等13个。洞庭湖区内河段湖泊交叉错抬高0．24m左右；湘潭流量由900m／s增加至1000综复杂，模型尽可能根据河网分布真实情况模拟，洞庭 第6期陈力，等：三峡水库蓄水期城陵矶与长沙站水位关系分析7lrfl／S时，长沙水位抬高0．18m左右。城陵矶水位在m／s、城陵矶水位由23m升高至24m时，湘潭、长沙23m以上时，干流来水对长沙水位顶托影响逐渐明水位抬高0．8ITI左右，显然湘江来水对长沙水位影响显。当湘潭流量在500m／s时，城陵矶水位由27m效果显著。升至28m，长沙水位抬高0．95nl左右；当湘潭流量在1000nl／s时，城陵矶水位由27m升至28in，长沙水位抬高0．861TI左右。但由于城陵矶站在高水位时水位升高1m比低水位时水位升高1ITI，宜昌需要增加的流量更大，经分析当城陵矶水位由26ITI升至27m，平均每增加1000m／s可抬高长沙水位0．25m，当城陵矶水位在26m以下时，水位越低，宜昌流量平均每变化1000m／s时对长沙水位影响越小，同样当城陵050000l00000l50000200000距湘潭距离／m矶水位在27m以上时，水位越高，宜昌流量平均每变化l000m／s时对长沙水位影响也越小。图4湘潭为600m／s时不同宜昌来水条件下湘江及下游湖区水面线4结论{螺旧∞勰舫烈丝蜘本文通过水文分析和建立水动力学模型相结合的方法，克服了水文分析受实际出现资料不足，以及水动力学模型受河道断面不断冲淤变化影响，互补分析了长江干流中低水期间水位变化对两湖水位的影响(以长沙站为代表)，并得出了较为一致的结论。初步认为2008，2009年三峡水库蓄水期间，湘江长沙站水位图3湘潭不同来水条件下长沙站与城陵矶站水位关系偏低主要是由于湘江上游来水量偏少、河床变化(冲当湘潭来水为600m／s时，城陵矶不同水位时湘刷)所致；三峡水库蓄水使城陵矶水位提前降至低水潭至城陵矶段各主要站水位如图4所示。位，对长沙同期同来量条件下出现更低水位有一定影经分析还得出城陵矶水位在23m以下时，无论是响，洞庭湖其他支流来水总量偏少也是导致长沙出现洞庭湖其他支流来水，还是长江干流来水，对长沙水位低水位的因素之一，当城陵矶水位在23ITI以下时，长影响都很小。当城陵矶水位在23m以上时，清江对长江干流来水变化对长沙水位影响甚微，湘江来水是影沙水位影响与宜昌影响基本相同。洞庭湖其他支流来响长沙水位的关键因素，为避免长沙出现低水位，应立水影响明显大于干流来水影响，当湘潭流量为600足湘江流域的水资源调度。(编辑：赵凤超)AnalysisonwaterlevelrelationofChenglingjiStationandChangshaStationduringimpoundmentperiodofThreeGorgesReservoirCHENLi，MINYaowu，FENGBaofei(DepartmentofHydro—meteorologicalForecasting，BureauofHydrology，ChangjiangWaterResourcesCommission，Wuhan430010，China)Abstract：InordertoinvestigatethewaterlevelrelationofChenglingjiStationandChangshaStationduringtheimpoundmentperiodofThreeGorgesReservoir，byestablishingcorrelativityofwaterlevelatChenglingjiStationofDongtingLakeandlevel—dischargeatChangshaStationofXiangjiangRiver，weanalyzetheinfluenceofChenglingjionwaterlevelofChangsha．UsingMIKE11hydrodynamicmodel，weanalyzethewaterlevelsofChenglingjiStationandChangshaStationandthetheircorrelativityundervariousincomingwaterconditionsofYichangStation(YangtzeRiver)，XiangtanStation(XiangjiangRiver)indryperiod；furthermore，theinfluentialfactorsonwaterlevelofChangshaStationduringimpoundmentperiodofThreeGorgesReservoirisstudied．ItisshownthatthelowerwaterlevelsofChangshaStationin2008and2009arebothcausedbythedecreaseofupperin—flowofXiangjiangRiverandthescouringandincisingoftheriverbed．Keywords：dryseason；waterlevel；scouringofriverbed；XiangjiangRiver；impoundmentperiodofThreeGorgesReservoir