三峡水库蓄水后汉口水文站水文要素特性分析

王濂 纪彭 罗兴

摘要：通过1952～2020年的实测水文资料，分析了新形势下三峡水库蓄水与汉口水文站水文要素特性变化的相关性。系统分析了三峡水库蓄水前后径流量、含沙量、泥沙中值粒径等水文要素的变化情况。结果表明：三峡水库工程蓄水后，多年平均径流量、年输沙率、年平均含沙量均有所减小。每年12月至次年3月三峡水库蓄水后月平均流量增加22.0%，4～11月份减小8.0%。蓄水后各月输沙量和平均含沙量呈下降趋势，5～10月间月平均输沙量及月平均含沙量最大减小幅度均超过80%。汉口站测验断面形态基本稳定，深泓位置基本稳定在右岸，且呈冲刷下切的趋势。研究成果对长江中下游河道治理、水利规划、防洪工程具备一定参考价值。

关键词：测站特性; 水文特性; 水沙分析; 断面冲淤; 三峡水库

中图法分类号：P338文獻标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.05.005

文章编号：1006 - 0081（2022）05 - 0034 - 05

0 引 言

长江中游干流重要控制站——汉口水文站是国家基本水文站，担负着汉江入汇长江后防汛测报的重要职责，其水文要素的变化将直接影响到防洪安全、水资源利用以及航运的规划决策。三峡水库蓄水运用后对长江中游干流年径流量影响不大，但对径流的年内分布有一定影响，对汉口水文站的主要影响表现为：枯季流量增大，主汛期流量减小，年内变幅减小[1-2];2003年以后，汉口水文站径流量和输沙量的相关性显著提高。三峡工程建成后，对泥沙起到拦截作用，含沙量不饱和的水流在沿程冲刷河床的过程中不断获取泥沙﹐使长江中下游河段水流的含沙量得以恢复﹐水沙相关性较好[3]。本文采用汉口水文站1952～2020年的成果资料，进行了大量水沙、断面分析，进一步提炼了汉口水文站的水文特性。

1 水文站概况

汉口（武汉关）水文站设立于1865年1月，基本水尺断面位于武汉关苗家码头左侧， 测流断面1949年前位于武汉关下游约400 m处，1949年后改设至武汉关下游3 700 m处，1990年9月又迁至距武汉关下游5 400 m处。流域以上集水面积1 488 036 km2，距河口1 136 km，是控制长江干流在汉江入汇后水情变化的一类精度水文站，同时也是长江干流上的重要控制站。

根据汉口水文站多年以来的资料统计（表1），三峡水库蓄水运用前 （1950～2002年）汉口水文站多年平均水位为19.10 m， 多年平均流量为22 600 m3/s;三峡蓄水运用后 （2003～2020年）汉口站多年平均水位为18.87 m，多年平均流量为21 900 m3/s。年平均水位较蓄水前有所降低，流量有所减小。

汉口水文站流量测验断面位于基本水尺下游5 400 m，测验断面呈单式河床，左浅右深。左岸河床由粉砂和砂粒组成，冲淤变化较大，右岸河床由卵石组成。河底不平顺，主槽偏右较稳定，左岸坡度平缓，有宽滩。河段顺直，下游呈喇叭型，两岸均筑有砌石护坡，大堤脚有防浪林。

近几十年来，由于河段内节点控制较好，两岸的崩岸险工段均已实施护岸工程，整体河势格局相对稳定，多年来除局部滩槽冲刷变幅较大外，滩槽平面位置和形态总体而言相对较为稳定[4]。汉口水文站测验河段平面见图1。

2水文站水沙特性变化分析

2.1 流量、径流量变化

三峡水库主要通过减少汛期洪峰流量以及河川径流、增加旱季径流来改变和调蓄洪水过程。三峡水库蓄水后，汉口水文站多年平均流量减少约5.8%，年径流量减少约2.9%，年径流量、年平均流量均有所减小;水库运行后，中下游典型水文站枯季径流量有所增加，而蓄水期特别是7月径流量有所减少[5]，汉口水文站年内汛期径流量有所减小，枯期径流量有所增加。

（1） 年际变化分析。蓄水前后年平均流量、径流量变化过程见图2。由图2可以看到，年际间每年的平均流量、径流量在三峡水库蓄水前后总体保持稳定，蓄水后年平均流量、径流量分别减小5.8%和2.9%，总体略呈减少趋势。三峡工程蓄水对上游来水量基本没有造成影响。

（2） 年内变化分析。汉口水文站月平均流量、径流量统计见表2。分析可知，三峡水库蓄水后12月至次年3月月平均流量、径流量有所增加。12月至次年3月累计月平均流量增加22.0%，月平均径流量增加27.1%。4～11月月平均流量、径流量均有不同程度地减少，累计月平均流量减小约8.0%，月平均径流量减小约4.3%;其中减少幅度最大发生在10月，月平均流量减少量约6 200 m3/s（23.2%）;月平均径流量减少约1.41×1 010 m3（19.6%）。

汉口水文站全年径流量主要集中在汛期5～10月。三峡工程蓄水前，汛期月均径流量合计约占全年的72.4%;蓄水后汛期径流量年内分配略有减少，其径流量占全年的70.9%。

2.2 输沙率、含沙量变化分析

三峡工程建成后，受大坝拦沙和长江上游来沙量减小等因素影响，汉口水文站悬移质输沙量急剧减少。多年（2003～2020年）平均输沙量为0.965亿t，与三峡水库蓄水运用前多年（1952～2002年）平均值3.98亿t相比较，年输沙量约减小75.8%。三峡水库蓄水后平均含沙量明显减小，年均含沙量为0.139 kg/m3，较蓄水前减小约75.4%。日平均含沙量在0.013～1.37 kg/m3之间变化。

（1） 年际变化分析。蓄水前后年输沙量、年平均含沙量变化过程见图3。由图3可以看到，从年际变化过程来看年输沙率、年平均含沙量在三峡水库蓄水后均呈大幅减少趋势，且两者在变幅上大体接近，近5 a总体来看变化不大。

（2） 年内变化分析。汉口水文站月输沙量、平均含沙量统计见表3。分析可知，蓄水后各月输沙量和月平均含沙量较蓄水前均呈减少趋势。汛期5～10月月平均输沙量减小较为明显，其中最大减少幅度均发生在10月。汛期月输沙量减少量均超2 040万t，基本稳定在72.9%～84.6%之间;汛期月含沙量减少量在71.1%～80.3%之间。

2.3中值粒径变化分析

与蓄水前相比，三峡水库蓄水后，下泄的不同粒径组沙量均大幅度减少﹐d <0.125 mm悬移质沙量在长江中游沿程恢复缓慢[6]。

三峡水库运用后，武汉河段的来沙总量有所减少，受河床冲刷补给作用影响，悬移质多年平均中值粒径略有增加。三峡水库蓄水前悬移质多年（1987～2002年）平均中值粒径由0.010 mm增为三峡水库建成后（2003～2020年）的0.015 mm。这一变化表明：三峡工程建成后，武汉河段悬移质有所粗化，且从趋势上来看呈逐步增大的态势。蓄水前后多年中值粒径变化见图4。

3测验断面形态变化分析

3.1蓄水前后断面形态变化

28.37 m水位时断面面积变化见图5。蓄水前后大断面变化见图6～7。通过图5～7分析三峡水库蓄水前（1991～2003年）、蓄水后（2003～2020年）多年断面形态，分析汉口水文站测验断面形态变化情况可知：三峡水库蓄水前，断面总体呈“U”字形态，1995年断面左岸因冲刷产生了一个深槽，之后至1999年断面有所冲刷，右岸主流发生了冲刷下切。三峡水库蓄水后断面形态总体来看比较稳定，年际间未出现明显的持续冲刷或淤积的情况，两岸岸坡较为稳固。近年来断面基本呈现冲淤交替的状态，断面形态基本保持稳定。

3.2 深泓线最低点及平面位置变化

采用1991～2020年实测大断面数据资料，对历年汉口水文站大断面深泓点进行分析（图8）。三峡水库蓄水前（1991～2002年）河床最低点高程多年平均值为3.53 m，蓄水后河床最低点高程多年平均值为2.64 m。河床最低点受上游来水影响总体呈降低趋势。

进一步对历年汉口水文站大断面深泓点对应起点距进行分析：三峡水库蓄水前河床最低点在起点距1 200 m附近处出现较频繁，而在三峡水库蓄水后河床最低点基本稳定在断面右岸的起点距约1 900 m处。

总体来看，三峡水库蓄水前，断面无明显深槽，深泓线在距起点约800～1 900 m之间存在一定摆动;三峡水库蓄水后，现阶段深泓线基本稳定在距右岸起点约1 900 m处。

3.3 各水位级下断面面积变化

根据汉口水文站水位级划分情况，选取低水（14.40 m，冻结基面，下同），中水（19.00 m），高水（23.62 m）来进行断面面积对比。14.40 m（低水）、19.00 m（中水）和23.62 m（高水）大断面面积及变化幅度见图9～11。由图9～11可知，1998年大洪水前，各级水位下端面面积变化幅度不大，均在10%以内;1998～1999年断面面积变化较大，经历了明显的冲刷-淤积过程。1999～2003年间断面冲淤交替发生，断面面积总体变化不大。

三峡水库蓄水后，除了在2009～2011年间各水位级下断面面积变化较为明显外，其余年份各级水位下的断面面积变化均未超過9%。

总体来看，各水位级下1991～2002年以及2003～2020年多年平均断面面积分别增加10.8%，4.7%，1.6%，蓄水拦沙后直至目前为止对汉口水文站测验断面影响不大。

4 结论与展望

根据汉口水文站1952～2020年水文资料，分析了三峡水库蓄水前后汉口水文站水沙变化过程以及流量测验断面变化情况，得出以下结论。

（1） 与三峡水库蓄水前相比，蓄水后多年平均径流量略有减小，减小约2.9%，但年输沙量减少了75.8%。年内1～3月三峡水库蓄水后流量有所增加，均增加29.6%以上，其他月份流量均有不同程度地减少，其中减少最大发生在10月;三峡水库蓄水后各月平均输沙量和平均含沙量较蓄水前均呈下降趋势，大幅下降均主要发生在汛期5～10月，其中减少最大发生在10月。受三峡水库蓄水影响，流量年内变化不大，但较蓄水前分布更加均匀;而含沙量整体下降明显，年内变幅急剧收窄，“清水”状态（低于0.10 kg/m3）达5个月。

（2） 汉口水文站所在长江干流中游河段两岸堤防条件良好，且基本已实施守护，堤岸对水流的控制作用较明显。三峡工程建成后，汉口（武汉关）站测验断面从断面形态、面积等方面来看总体基本保持稳定，主要影响表现在深泓逐渐靠向断面右岸，受蓄水后“清水”下泄作用，断面最低点略有冲深，但幅度有限。

总的来看，三峡水库建成后，由于水沙条件的改变，使坝下游河段来水来沙条件发生较长时期的重新调整。受河道自然节点、防洪工程等边界条件制约，汉口水文水文站测验断面整体呈冲淤交替态势，基本趋于稳定状态。

参考文献：

[1] 张德兵，何素萍，胡国祥，等. 三峡水库蓄水后长江中游干流来水量变化分析[J]. 人民长江，2013，44（1）：1-3，17.

[2] 陈河平，伍松. 南水北调工程和三峡水库对汉江武汉段水文影响分析[J]. 新疆有色金属，2013，36（1）：42-45.

[3] 武旭同，李娜，王腊春. 近60年来长江干流水沙特征分析[J]. 泥沙研究，2016（5）：40-46.

[4] 岳红艳，朱勇辉，卢金友，等. 长江武汉河段近期河床演变特性探讨[J]. 水利水电快报，2017，38（11）：43-46.

[5] 刘文彬，杨涛，杜牧野，等. 三峡水库运行对长江中下游典型水文站水文机制的影响[J]. 三峡生态环境监测，2018，3（3）：8-15.

[6] 黄莉，姚仕明，朱勇辉，等. 三峡水库蓄水后长江中游典型弯曲分汊河道的调整响应[J]. 水利水电快报，2017，38（11）：35-38.

（编辑：唐湘茜）

Characteristics analysis of Hankou Hydrologic Station after impoundment of Three Gorges Reservoir

WANG Lian， JI Peng， LUO Xing

（Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey ， Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources

Commission， Wuhan 430012， China）

Abstract： Based on the measured hydrological data from 1952 to 2020 before and after the impoundment of Three Gorges Reservoir， the correlation between the impoundment of Three Gorges Reservoir and the characteristics of Hankou Hydrologic Station under the new situation is analyzed， including systematical analysis about the changes of hydrological factors such as runoff， sediment concentration and median grain size of sediment before and after impoundment of Three Gorges Reservoir. The results show that the annual average runoff， annual sediment transport rate and annual average sediment concentration decrease after the impoundment of TGR project. The monthly average discharge at Hankou station increased by 22.0% from December to March， and decreased by 8.0% from April to November. After impoundment， monthly sediment transport and average sediment concentration showed a decreasing trend， and the maximum decreasing range of monthly average sediment transport and average sediment concentration from May to October was more than 80%. The cross-section shape of Hankou station is basically stable， and the thalweg position is basically stable on the right bank， which shows a trend of scouring and cutting down. The research results have certain reference value for river regulation， water conservancy planning and flood control project construction in the middle and lower reaches of the Yangtze River.

Key words：station characteristics; water and sediment analysis; cross-section scouring and silting; Three Gorges Reservoir

收稿日期：2021-09-06

作者簡介：王 濂，男，工程师，主要从事水文分析计算、洪水影响评价等工作。E-mail：424482230@qq.com