第十章 几个重要问题的分析

    一、长江中下游干流河道冲淤变化

    长江中下游泥沙主要来自上游，上游主要产沙区在金沙江和嘉陵江流域。长江泥沙主要集中在汛期，汛期降雨强度、时空分布和雨量大小直接影响输沙量的大小。多年来，上游各控制站沙量变化呈现不规则的周期变化，并与径流过程相似。水沙关系较为稳定，即表现为水量大则沙量大的规律。

    (一)重要河段冲淤历年变化
    1.荆江河段
    根据实测河道水下地形和固定断面资料计算，荆江以上的宜昌至枝城近坝过渡段（宜枝49号—荆3号）1966～1996年各时期均是冲刷，30年间全河段河床共累计冲刷约1.0227亿m³，其中以1975～1980年和1985～1993年两个时期冲刷量较大，此两个时段冲刷量分别占累计总冲刷量的42%和36%。
    荆江河段（荆3号—荆185号），1957～1966年的天然情况下，上荆江河流输沙基本是平衡的。下荆江天然情况下累计是冲刷的，冲刷量达1.338亿m³。冲刷主要发生在洪山头至城陵矶61km长的局部河段，该段冲刷量占下荆江冲刷量的70%，若剔除该段影响，从整体看，天然情况下荆江输沙基本也是平衡的。下荆江系统裁弯工程实施后的1966～1996年（葛洲坝水利枢纽1981年6月也开始蓄水运用），荆江河床30年间有冲有淤，但主要以冲刷为主，此期（1966～1996年）河床累计共冲刷6.6675亿m³，其中上荆江冲刷3.2335亿m³，占总量的48.5%；下荆江冲刷3.434亿m³，占总量的51.5%。若扣除下荆江三个裁弯引河冲刷 量1.634亿m³，则下荆江河床冲刷总量为1.8亿m³（包括河岸崩坍量）。下荆江三个裁弯故道共淤积6.215亿m³，扣除裁弯故道淤积，荆江河段1966～1996年河床实际冲刷沙量为0.4525亿m³。

    2.城陵矶—汉口河段
    根据实测水下地形和河道固定断面资料计算，城陵矶—汉口河段河道冲淤，从长时段和整体看，天然情况下大体是冲淤交替，冲淤情况主要受水文年（周期）及上游来水来沙影响，其中1966～1970年，全河段发生冲刷，累计冲刷量达2.225亿m³；1970～1976年受上游来水来沙和下荆江裁弯冲刷来沙等影响，全河段发生淤积，此时期河道河床累计淤积2.952亿m³；1976～1986年受流域来水来沙多沙周期的影响，河段继续淤积，此时期全河段共累计 淤积2.2亿m³。1986～1997年城陵矶—汉口河段基本处于微淤微冲的相对平衡状态，其中1986～1993年全河段河道微淤0.081亿m³；而1993～1996年全河段河道微冲0.093亿m³。

    (二)1998年长江主要控制站输沙量
    根据目前整编资料，统计了1998年汛期（5～9月）各主要控制站的水、沙量。详见表10-1。

表10-1 长江主要控制站水沙量统计表

    如表10-1所示,1998年大洪水来沙有以下特点。

    1.上游来沙量大
    上游金沙江屏山、宜昌水文站断面5～9月输沙量分别为4.43亿t、7.17亿t，两站均为有记 录以来的首位，分别为多年平均值的1.93倍和1.59倍，为1954年的1.37倍和1.05倍。其中宜昌水文站输沙量主要来自金沙江（屏山）和嘉陵江（北碚），分别占宜昌的62%和14%。

    2.宜昌—螺山河段输沙量削减
    对宜昌—沙市、沙市—监利、监利—螺山河段进行输沙平衡分析，并考虑三口分洪分沙影响，三个河段输沙量差值分别为0.58亿t、1.44亿t和0.87亿t，即表明区间河段出现淤积现象。

    3.螺山—大通河段输沙量基本平衡
    螺山水文站以下各支流（包括汉江和洞庭湖、鄱阳湖出口）来沙量小，螺山、汉口、大通水文站断面实测输沙量均为3亿t左右。

    (三)1998年大洪水期河道冲淤情况
    1.1998年洪水来沙特征
    1998年洪水长江上游来沙量大。根据5～9月资料统计，宜昌水文站断面输沙量为7.17亿t。其中，除上游洪水来沙量也大之外，葛洲坝库区进行了5次拉沙运行，库区泥沙也冲刷下泄，加大了宜昌站输沙量。同时，在高洪期间长江中下游沿线出现一定数量溃垸，使得部分悬沙在溃垸内落淤。

    2.三峡坝址至葛洲坝坝址间冲淤情况
    1998年洪水期间，葛洲坝水库五次拉沙运行。根据1997年8月～1998年9月三峡坝址至葛洲坝坝址间（河长38km）实测水下地形资料分析，两坝间共冲刷泥沙4530万m³，此外，三峡工程二期围堰段冲刷泥沙599万m³。

    3.葛洲坝下游河道冲淤情况
    葛洲坝以下至枝城河段属顺直微弯型河段，河势稳定。根据水下地形和河道固定断面资料分析，1998年洪水葛洲坝下游21.5km河道共淤积泥沙3235万m³。

    4.荆江河段冲淤情况
    由于1998年长江中下游持续高水位，以及洞庭湖出口城陵矶顶托等因素影响，荆江河段内出现淤积，其中下荆江较上荆江淤积严重，淤积部位以滩地和溃垸为主，局部河段滩地淤积高达1～2m。

    5.城陵矶—武汉河段冲淤情况
    城陵矶—武汉河段河道悬移质输沙基本平衡。该段簰洲湾在1998年洪水中溃口，溃口垸内有一定程度泥沙淤积。

    6.武汉以下河段
    武汉以下河段，从整体看河道悬移质输沙基本平衡。

    7.溃垸淤积
    1998年洪水期间，长江中下游出现一定数量的溃垸，其中湖北省境内溃垸总面积达178.2万亩（约1188.6km²）。溃垸内均有不同程度的泥沙淤积。根据现场查勘估算，沙市—螺山段长江裁弯故道和分洪溃口民垸等处约淤积泥沙0.6亿m³。

   二、长江中下游干流1998年高水位的成因

    1998年宜昌以上来水量与1954年相当，两湖及中下游支流来水量小于1954年，但在沙市—螺山河段、两湖湖区、九江河段，1998年各站最高水位比1954年高出1m以上，经计算分析后，对重要水文站高水位的成因分述如下。

    (一)螺山水文站
    螺山水文站1998年创历史最高洪水位34.95m，比1954年最高洪水位(33.17m)高1.78m。影响1998年螺山水文站最高水位的主要因素是：螺山水文站以上分洪溃口水量少、江湖调蓄容量变化大和河段淤积。

    1.分洪溃口水量不同的影响
    1998年螺山水文站以上分洪溃口水量约60亿m³，而1954年分洪溃口水量却达700亿m3。1954年螺山水文站最高水位出现（8月8日）前，荆江和洞庭湖区已大量分洪、溃口，采用洪水演进法进行还原计算，即按当年的入流过程，采用当年未分洪、溃口的江湖槽蓄容量和水位～流量关系曲线，推算不分洪、溃口的还原洪水过程线。在不考虑下游顶托增量情况下，推算螺山水文站最高水位为35.43m，最大流量为78700m³/s，即水位约高于1954年实际最高水位2.26m，高于1998年最高水位0.48m。亦即1954年螺山最高水位因分洪、溃口降低了约2.26m，从而导致1998年最高水位高于1954年。

    2.槽蓄容量变化的影响
    据1995年观测，洞庭湖面积为2625km²，比1954年减少了1290km²。当城陵矶水文站( 洞庭湖口)水位33.50m时，湖容积从1954年的268亿m³减至167亿m³，减少101亿m³；荆江裁弯及干流两堤间围垸后，螺山水文站以上长江槽蓄量也有减少。据长江水利委员会水文局初步分析计算，按1954年螺山水文站以上入流过程和“正常”水位～流量（即不计分洪、溃口影响的曲线），采用1998年槽蓄曲线 进行洪水演进计算，且不考虑汉江洪水还原后对其水位的顶托增量影响，1954年螺山水文站 最高水位可达35.90m，即较按1954年槽蓄曲线演算所得最高还原水位(35.43m)约高0.5m。

    3.河段淤积的影响
    据截至目前的分析研究成果，1970～1980年，下荆江冲刷，螺山河段淤积；1986年以后，螺山河段淤积量显著减少，螺山水文站以上出现冲刷，螺山水文站测流断面开始由淤变冲，1993年冲淤接近平衡，至1995年以后，螺山水文站过水断面已基本冲刷到和1954年相近的状态，在螺山水文站水位32.00m时，1995年和1954年过水断面积相差已不到2%。
    据分析，螺山河段淤积后，中低水位时，同流量的水位明显抬高；高水位时，同流量水位抬高不明显。当流量30000m3/s时，因淤积而抬高水位约0.5m，流量50000m³/s，抬高水位约0.1～0.2m。
    通过以上分析，可见1998年螺山水文站以上入流量虽较1954年小，而最高水位反比1954年为 高的主要原因，首先是1954年的分洪、溃口水量大，其次是1954年以后江湖槽蓄容量减少。局部河段的河床淤积对1998年最高水位的抬高影响不大。另外，1998年8月初至20日，由于螺山河段连续洪峰的特殊峰型，使下游河道阻水顶托作用加大，从而使螺山水文站最高水位又较正常情况有所抬高，这也是1998年城陵矶—螺山河段出现高洪水位的因素之一。

    (二)沙市水文站
    1954年上游洪峰流量虽略大于1998年，但1954年运用了荆江分洪工程，最大分洪流量8000余m³/s，最大降低沙市水文站水位0.96m，松滋、太平两口分流量1954年较1998年为大，1954年分流比为21.5% ，1998年分流比为17.3%，因此通过沙市水文站的洪峰流量1998年比1954年大（分别为53700m³/s及50000m³/s）。另一方面，1954年以后沙市河段受葛洲坝建库和下荆江裁弯影响，河床冲刷，泄流能力扩大，同流量水位有所下降（90年代后这一影响已趋 稳定，估计降低0.3～0.5m），但由于1998年城陵矶（莲花塘）最高水位（35.34m）比1954年（最高水位33.95m）高1.39m，沙市水位受下游顶托影响较大，又使同流量水位有所抬高。由于以上综合因素的影响，使1998年沙市最高水位高于1954年0.55m。

    (三)监利水文站
    监利水文站1998年最高水位高于1954年的原因主要有以下两点：第一是1954年以后，特别是60年代下荆江裁弯以后，三口（松滋、太平、藕池）分流比减少，分流入洞庭湖的河道淤积，分流流量锐减，干流过流加大，加上1954年荆江地区分洪、溃口，使这两年份在上游来水相近的情况下1998年监利水文站的洪峰流量比1954年大9800m³/s。第二是受其下游城陵矶高水位的顶托影响，1998年城陵矶水文站水位比1954年高1.39m，1998年水位顶托远比1954年大。因而形成1998年最高水位高于1954年达1.74m。

    (四)汉口水文站
    汉口水文站1998年最高水位低于1954年最高水位的原因之一是1954年汉口以上地区分洪溃垸形成大湖，在来水消退后，湖水外吐维持汉口水位继续攀升；原因之二则是1998年汉江洪水被丹江口、安康等水库群蓄纳。如果将水库拦蓄、分洪溃口水量全部还原，1998年汉口水文站最高水位将达到30.00～30.30m，可比1954年实测记录高出0.4m左右。但是，如果将1954年分洪溃口洪水还原，1954年还原水位可达31.92m，仍然比1998年实际水位高出2.49m。

    (五)九江水文站
    九江水文站位于鄱阳湖出口上游约30km处，水位流量关系受鄱阳湖出流顶托影响很显著，同流量水位变化很大。1998年鄱阳湖湖口水文站最高水位22.58m，比1954年高0.90m，最大出流31900m³/s，比1954年大9500m³/s。1998年九江水文站最高水位23.03m出现在8月2日，相应流量约70000m³/s；1954年最高水位22.08m出现在7月16日，相应流量约60000m³/s（据武穴水文站流量估算）。下游水位顶托影响甚于1954年，1954年7月初～7月中旬，九江附近河段多处溃口，既减少了通过九江水文站的流量，又降低了水位，使1954年九江水文站最高水位偏低（武穴水文站1954年8月17日出现最大流量73000m³/s，相应九江水文站水位仅约21.50m左右）。即九江水文站1998年水位比1954年高的主要原因是鄱阳湖出流顶托影响大和上游分洪溃口所致。

    三、洞庭湖、鄱阳湖调蓄能力分析

    长江中下游地区湖泊众多，水网交错，是调蓄洪水的天然场所。但是，随着经济的发展和人口的增加，人与水争地的现象日益严重，湖泊容积大为减少。1949年，长江中下游共有通江湖泊17198km²，目前只有洞庭湖和鄱阳湖仍与长江相通，面积为6000多km²。洞庭湖天然湖泊的面积1954年为3915km²，1995年为2625km²，减小1290km²；当城陵矶(七里山)水位为33.50m时，洞庭湖容积也由1954年268亿m³减少到1995年167亿m³，缩小了101亿m³。鄱阳湖湖口水文站水位在22.00m时的天然湖泊的面积1954年为4390km²，1985年为3222km²，减小1168km²；其容积也由1954年336亿m³减少到1985年261亿m³，缩小了75亿m³。
    虽然洞庭湖和鄱阳湖的调蓄能力因面积和容量的减少而在日趋减弱，但对长江中下游防洪来说，其调蓄洪水的功能仍具有重要的意义。
    1998年洞庭湖的洪水大体经历了8次调蓄过程，时间从6月10日至8月19日，其调蓄情况分洪次进行统计计算见表10-2。从总体情况来看，总调蓄量为269.13亿m³，占入湖总水量843.29亿m³的32%。从各次洪水情况看，6月份的第一、第二次洪水的调蓄水量较大，占总调蓄水量的比例为60.8%。洪峰削减系数以7月份第三次洪水的51.9%为最大。
  鄱阳湖不仅调蓄鄱阳湖水系五河的来水，而且对长江干流洪水也具有一定的调蓄作用。1998年鄱阳湖对五河来水的调蓄情况按洪次可分为两次，两次总计调蓄水量为357.36亿m³，占总入湖水量的753.82亿m3的47.4%，各次削峰系数分别为52.3%、59.6%，这说明目前鄱阳湖的调蓄作用超过了洞庭湖。

表10-2 洞庭湖、鄱阳湖调蓄能力分析

    四、三峡水库对1998年洪水防洪作用的初步分析

    在三峡水库建成后，若遇1998年型洪水，三峡水库通过防洪调度可降低长江中下游水位。初步分析如下。
    依据长江三峡工程初设报告制定的防洪调度方案，三峡水库可采用对城陵矶进行防洪补偿调度的方式，并参考了水文气象预报，调度目标控制莲花塘水位站水位不超过堤防设计水位34.40m，沙市水文站水位不超过设计水位45.00m。
    为简单起见，计算采用1998年实际水情，调度操作规则为：逐日根据湘潭水文站（湘江）、桃江水文站（资水）、桃源水文站（沅江）、石门水文站（澧水）、长阳水文站（清江）和宜昌水文站（三峡坝址）的实际来水流量的总和，控制三峡水库下泄流量，使上述六水之和为58500～60000m³/s， 当区间降雨较大时，则酌量多超蓄部分宜昌来水量，确保莲花塘水位不超过34.40m。当六水之和小于60000m³/s时，水库不削减上游来水量。

    尼尔基水库设计坝址位于嫩江干流中游，控制流域面积6.64万km²，占嫩江流域面积的22.3%，占松花江流域的11.9%；多年平均径流量104.7亿m³，占嫩江流域多年平均径流量的45.7%，占松花江流域的14.3%。
    尼尔基水利枢纽建成后，可使齐齐哈尔防洪标准由50年一遇提高到百年一遇，保护市区面积1190km²；可使嫩江干流两岸农田和大庆、松原油田防洪标准由20年一遇提高到30年一遇；保护滨州、平齐、齐北、通让等重要铁路干线。
    如果已建尼尔基水利枢纽，在1998年嫩江、松花江第三次洪水中，尼尔基水库可关闸蓄水为下游错峰2.5天，错峰3000～4020m³/s，水库拦蓄水量27亿m³，可使富拉尔基水文站 断面削减洪峰2100m³/s，降低水位0.34m，洪水重现期由250年降为110年；可使齐齐哈 尔市削减洪峰2100m³/s，洪水重现期由250年降为110年；可使哈尔滨水文站断面亦即哈 尔滨市削减洪峰2000m³/s，降低水位0.35m。