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三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理

张为 吴美琴 李思璇 袁晶 高宇

张为, 吴美琴, 李思璇, 袁晶, 高宇. 三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理[J]. 水科学进展, 2020, 31(2): 162-171. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.002
引用本文: 张为, 吴美琴, 李思璇, 袁晶, 高宇. 三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理[J]. 水科学进展, 2020, 31(2): 162-171. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.002
ZHANG Wei, WU Meiqin, LI Sixuan, YUAN Jing, GAO Yu. Mechanism of adjustment of scouring and silting of Chenglingji—Jiujiang reach in the middle reaches of the Yangtze River after impoundment of the Three Gorges Dam[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(2): 162-171. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.002
Citation: ZHANG Wei, WU Meiqin, LI Sixuan, YUAN Jing, GAO Yu. Mechanism of adjustment of scouring and silting of Chenglingji—Jiujiang reach in the middle reaches of the Yangtze River after impoundment of the Three Gorges Dam[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(2): 162-171. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.002

三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.002
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51779184

国家自然科学基金资助项目 51479146

详细信息
    作者简介:

    张为(1979—) , 男 , 浙江余姚人 , 副教授 , 主要从事水力学及河流动力学方面研究。E-mail : zw97082@126.com

  • 中图分类号: TV147

Mechanism of adjustment of scouring and silting of Chenglingji—Jiujiang reach in the middle reaches of the Yangtze River after impoundment of the Three Gorges Dam

Funds: 

The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China 51779184

The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China 51479146

图(10) / 表 (4)
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-25
  • 网络出版日期:  2019-12-06
  • 刊出日期:  2020-03-01

三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.002
    基金项目:

    国家自然科学基金资助项目 51779184

    国家自然科学基金资助项目 51479146

    作者简介:

    张为(1979—) , 男 , 浙江余姚人 , 副教授 , 主要从事水力学及河流动力学方面研究。E-mail : zw97082@126.com

  • 中图分类号: TV147

摘要: 大型水利枢纽的修建引起了下游河道的冲淤调整, 对生态环境、防洪、航运等都有显著的影响。2008年三峡水库175 m试验性蓄水以来, 城陵矶以下河段冲刷加剧。为探究水库影响下游河道冲淤调整特征及其驱动机制, 分析了城陵矶至九江段河道冲淤分布及断面形态变化特征:2008年以来河道冲淤变化主要集中在基本河槽, 其变化占整个平滩河槽的90%以上, 且基本河槽冲刷加剧; 断面形态表现为河槽冲刷下切、断面趋于窄深化。在此基础上, 通过建立2008—2016年河段尺度的基本河槽形态参数与水流输沙能力的经验关系, 发现螺山、汉口两站流量分别为29 000~31 000 m3/s、31 000~33 000 m3/s时, 河槽形态与水流输沙能力的相关性最强、造床作用和水流冲刷强度最大, 因此, 可以认为是2008年以来影响城陵矶至九江段冲淤调整的特征流量。2008年以后, 该流量级以下的水流累积造床作用凸显, 是冲淤变化部位调整到基本河槽的主要原因; 同时, 受各站d>0.125 mm粒径组泥沙输沙量大幅度减小、航道整治工程的影响, 河槽冲刷加剧。

English Abstract

张为, 吴美琴, 李思璇, 袁晶, 高宇. 三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理[J]. 水科学进展, 2020, 31(2): 162-171. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.002
引用本文: 张为, 吴美琴, 李思璇, 袁晶, 高宇. 三峡水库蓄水后城陵矶至九江段河道冲淤调整机理[J]. 水科学进展, 2020, 31(2): 162-171. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.002
ZHANG Wei, WU Meiqin, LI Sixuan, YUAN Jing, GAO Yu. Mechanism of adjustment of scouring and silting of Chenglingji—Jiujiang reach in the middle reaches of the Yangtze River after impoundment of the Three Gorges Dam[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(2): 162-171. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.002
Citation: ZHANG Wei, WU Meiqin, LI Sixuan, YUAN Jing, GAO Yu. Mechanism of adjustment of scouring and silting of Chenglingji—Jiujiang reach in the middle reaches of the Yangtze River after impoundment of the Three Gorges Dam[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(2): 162-171. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.002
  • 水库运行后下游河段的水沙条件发生显著改变, 河流平衡状态被打破, 引起下游河道的再造床过程。而河床的冲淤变化、断面形态调整直接影响着航道条件、取水工程的应用, 更是河道整治的重要依据。因此, 开展水库运行对下游河道河床冲淤调整的影响具有重要的理论与实践意义。

    水库下游冲淤调整历来是研究关注的重点, 如有学者讨论了意大利的Fortore河及其他河流上普遍出现河床下切、缩窄的现象[1-2], 而加拿大萨斯喀彻温河坝下游河道出现了河宽增大的现象[3];部分研究认为, 小浪底水库经常下泄清水的调水调沙方案影响下游河道的横向变形, 使下游游荡河段塌滩而趋于宽浅, 使弯曲河段过于窄深、弯曲率增大[4], 尾闾段河槽朝窄深方向发展[5];丹江口水库运行后冲刷部位逐年下移, 经过近20年, 坝下游至太平店河段已达到冲刷平衡, 而太平店下游河段处于不同程度的冲刷[6]。可见, 由于水库大小、运行方式以及河床组成、河岸抗冲性、区域气候条件的差异, 即使同一河流、不同河段冲淤调整特性也会有所不同[7]。这在三峡水库蓄水后的长江中下游河段表现得尤为突出, 三峡水库蓄水前有学者预测三峡水库运用前10年宜昌至城陵矶河段河床冲刷最明显, 城陵矶至武汉河段次之, 武汉以下河道甚至是淤积的状态[8-9];还有研究认为, 随着河床泥沙的补给、坝下游河道输沙量沿程恢复, 水库蓄水引起的下游河道冲刷会随着距坝里程的增加而逐渐减弱[10], 冲刷会在城陵矶停止并达到新的水沙平衡[11]。然而根据蓄水后实测资料, 宜昌至城陵矶段首先受到冲刷且冲刷量最大, 汉口至九江段亦为冲刷, 这与上述预测产生定性的差异[12]。随着2008年汛末三峡水库进行175 m试验性蓄水, 下游河道水沙条件进一步改变, 城陵矶至九江段的冲刷程度加剧[9, 13], 2008—2016年该段平滩河槽冲刷总量甚至超过宜昌至城陵矶段。从现有研究来看, 尽管已经发现了2008年高水位蓄水以来城陵矶以下河段的冲淤特性发生明显调整[13-14], 但目前对于城陵矶至九江段河槽不同部位的冲淤调整及河床形态调整特性尚缺乏深入认识, 造成这种调整的主要驱动因素也不明确。

    本文以城陵矶至九江河段为研究对象, 分析2008年三峡水库175 m试验性蓄水以来河段冲淤调整的特点以及水沙过程和航道整治工程对冲淤调整的影响机理, 以期为三峡水库下游的防洪规划、航道规划等提供理论基础与技术支撑, 并为其他水库下游河道冲淤演变研究提供参考价值。

    • 本文选取城陵矶至九江河段为研究对象, 全长约502 km, 以分汊型河道为主, 河床组成主要为细砂和极细砂, 近年来河段内实施了大量的堤防加固、航道整治等工程。河段内主要有汉江入汇, 主要水文站为螺山、汉口、九江站, 其中螺山站位于河段进口下游约31 km;汉口站位于武汉河段汉江入汇下游处, 距离螺山站约220 km, 螺山站和汉口站均为长江中游干流的重要控制站, 其水文资料能够反映研究河段的水沙特性。

      图  1  城陵矶至九江河段及典型断面示意

      Figure 1.  Fig. 1 Sketch of the Chenglingji—Jiujiang reach and the typical sections

    • 研究数据来源为长江水利委员会水文局以及长江航道局测量中心野外测量资料, 主要包括水文资料、地形资料等。水文资料包括螺山、汉口站1981—2016年日均流量和含沙量实测资料, 地形资料主要为2003—2016年城陵矶至九江段固定断面实测资料。

    • 本文选取城陵矶至九江段232个固定断面的实测资料, 从冲淤分布和河槽断面形态变化的角度分析该河段2008年175 m试验性蓄水以来冲淤调整的特征。在此基础上, 结合螺山、汉口站水沙资料, 建立城陵矶至九江段河段尺度的河槽形态参数(断面面积A、水深h、河相系数B0.5/h)与水流输沙能力F的经验关系,即在某一流量级下, 将各年河段尺度的河槽形态参数与其对应的水流输沙能力建立经验关系, 得到其相关系数R2。其中, 河段尺度的河槽形态参数采用基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均结合的方法[15]计算, 而各流量级水流输沙能力作为反映流量级大小和持续时间综合作用的指标, 其计算公式为

      $$ {F_i} = \sum\limits_{i = 1}^{{N_i}} {({Q_{}}_i^2/{s_i})/{{10}^8}} $$ (1)

      式中: Fi为第i个流量级的水流输沙能力[16-17]Ni为某年内落在第i个流量区间的天数;Qi为当天的日均流量, m3/s;Si为当天的悬移质含沙量, kg/m3。据此找出影响该河段冲淤调整的特征流量级并从造床作用及冲刷强度等角度解释这一调整的机理。

      考虑汉江入汇的影响, 以汉口站为界, 划分为上下两段。其中螺山站代表城陵矶至汉口段的水沙条件, 汉口站代表汉口至九江段水沙条件。为了便于分析滩槽冲淤分布特征, 按照长江水利委员会水文局的划分方法, 将宜昌站流量分别为5 000 m3/s、10 000 m3/s、30 000 m3/s时对应的河槽划分为枯水河槽、基本河槽、平滩河槽(以螺山站所在断面为例, 各流量下河槽断面如图 2所示), 此时对应螺山站的3级水位分别为15.44 m、18.59 m、22.93 m, 汉口站的3级水位分别为11.59 m、16.09 m、20.98 m。

      图  2  螺山站各级河槽断面

      Figure 2.  Sketch map of channel cross section under different discharges of Luoshan station

      河床冲淤量根据长江水利委员会水文局年度河床冲淤变化分析报告[9], 统计了不同时段的年均冲淤量及其比例, 1981—2002年代表蓄水前, 2003—2008年代表蓄水初期, 2008—2016年代表175 m试验性蓄水时期。

    • 2003年三峡水库蓄水以来, 下游河道水沙条件发生明显变化, 以多年平均流量、平滩流量为界[17], 统计螺山、汉口站蓄水前后的流量过程(表 1) : 2003—2007年枯水流量出现频率增大, 中水、洪水流量频率减小;2008年175 m试验性蓄水以来, 枯水、洪水流量进一步削减, 介于22 600~40 000 m3/s之间的中水流量显著增加, 甚至超过了蓄水前水平。同时, 自三峡水库蓄水以来各站输沙量大幅度下降:螺山、汉口站的输沙量大幅度减小, 从年输沙量均值来看, 与蓄水前相比, 两站输沙量分别减小了64.5%、54.9%;2008年以来, 各站输沙量进一步减小, 减小幅度均在30%以上。

      表 1  三峡水库蓄水前后螺山、汉口两站各流量级出现频率 %

      Table 1.  Flow frequency of Luoshan and Hankou stations before and after the operation of the TGD

      时间段 螺山站 汉口站
      < 22 600m3/s 22 600~40 000m3/s >40 000m3/s < 22 600m3/s 22 600~40 000m3/s >40 000m3/s
      1981—2002年 62.4 28.5 9.1 56.8 30.7 12.5
      2003—2007年 67.5 28.4 4.1 62.7 29.8 7.5
      2008—2016年 64.6 31.8 3.6 60.6 33.6 5.8
    • 三峡水库的运行显著改变了下游河道的水沙条件, 使得河道冲淤平衡被打破, 冲淤调整由此发生。本文将从冲淤分布、河槽断面形态的变化角度分析河道演变调整的特征。

    • 城陵矶至九江段冲淤量变化情况如表 2所示。三峡水库蓄水前1981—2002年, 城陵矶至九江段枯水河槽冲刷, 枯水河槽以上大幅淤积, 平滩河槽冲淤变化比例为49.4%;三峡水库蓄水运用后平滩河槽冲淤变化的比例超过90%, 2008—2016年基本河槽冲刷加剧, 冲刷量占总量的比例超过92%。图 3统计了三峡水库蓄水后城陵矶至九江段基本河槽累积冲淤量及其占平滩河槽的百分比, 可以看出, 2008年以来河槽冲刷加剧, 冲刷量占平滩河槽冲淤变化的百分比整体呈增加趋势, 且基本河槽比例均在90%以上。可见, 2008年三峡水库试验性蓄水以来城陵矶至九江河段冲淤变化主要集中在基本河槽, 且表现为冲刷。

      表 2  不同时段城陵矶至九江段冲淤分布及其百分比变化

      Table 2.  Annual average river bed evolution distribution and the percentage of evolution volumes of each part

      时间段 枯水 基本 平滩 平滩以上
      冲淤量/亿kg 比例/% 冲淤量/亿kg 比例/% 冲淤量/亿kg 比例/% 冲淤量/亿kg 比例/%
      1981—2001年 -6.19 15.3 0.01 30.6 7.60 49.4 20.43 50.6
      2003—2007年 -23.37 64.7 -20.16 73.5 -13.01 93.1 -2.50 6.9
      2008—2016年 -90.81 90.8 -95.08 92.8 -93.71 94.2 -5.96 5.8
        注:“-”表示冲刷, 正值表示淤积。

      图  3  枯水、基本河槽累积冲淤变化量及其占平滩河槽冲淤变化量百分比

      Figure 3.  Cumulative evolution volumes of low/medium channel and the percentage of each part to bankfull channel evolution

      另外, 从螺山站床沙中值粒径的变化情况来看, 2002—2007年、2008—2016年床沙中值粒径分别增加了0.004 mm、0.027 mm, 床沙总体呈粗化趋势, 2008年之后粗化趋势更加明显, 这也进一步说明了2008年以来该河段河槽冲刷加剧。

    • 由于2008年以来城陵矶至九江段河道冲淤变化主要集中在基本河槽, 本文采用城陵矶至九江段共232个固定断面资料, 重点分析了基本河槽断面形态的变化特征(图 4)。可以看出:三峡水库蓄水运用以来, 2003—2008年、2008—2016年城陵矶至九江段河段尺度的基本河槽面积分别增加了172.72 m3、1 668.80 m3, 中水水深分别增加了0.26 m、1.02 m, 断面河相系数分别减小了0.10、0.24。可见, 2008年之后城陵矶至九江段基本河槽形态发生了剧烈调整, 表现为河槽冲刷下切, 基本河槽面积、水深大幅增加, 断面趋于窄深化。

      图  4  2003—2016年城陵矶至九江段河段尺度基本河槽形态参数的变化

      Figure 4.  Reach-scale medium channel dimensions variation of Chenglingji—Jiujiang reach during the period from 2003 to 2016

    • 水沙条件是影响河床演变的主要因素[7], 对河床形态的影响可以通过具有综合造床作用的代表流量来反映[18]。2008年以来, 冲淤变化主要集中在基本河槽以下, 本文建立了基本河槽形态参数与水流输沙能力的经验关系, 找出了能够反映多年水沙条件对基本河槽形态综合影响的代表性流量, 并从造床作用、水流冲刷强度的角度解释了这一流量的含义。

      本文基于水流输沙能力参数F, 采用蓄水后汉口、螺山站水沙资料, 分别建立某一流量级下城陵矶至汉口段各年河段尺度的基本河槽形态参数与螺山站水流输沙能力、汉口至九江段各年河段尺度的基本河槽形态参数与汉口站水流输沙能力的经验关系, 并采用幂函数形式进行拟合, 其统一形式为y=axb, 其中参数ab通过基本河槽形态参数与水流输沙能力的散点数据率定得出。在此基础上, 得到各流量级下的相关关系系数如图 5所示。相关关系越大, 表示该流量级与河槽形态的相关性越强。可见存在一个与河槽形态相关性最强的流量Q0, 流量低于Q0时, 基本河槽形态与水流输沙能力的相关性随流量的增加整体呈递增趋势;当流量超过Q0时, 相关性下降。城陵矶至汉口段以螺山站水沙条件为代表, Q0为31 500 m3/s, 当螺山站流量值超过31 500 m3/s时, 水沙条件与河槽形态的相关性降低;汉口至九江段以汉口站水沙条件为代表, Q0为32 500 m3/s时, 当汉口站流量超过32 500 m3/s时, 水沙条件与河槽形态的相关性降低。

      图  5  2008—2016年城陵矶至九江段河段尺度基本河槽形态参数与水流输沙能力相关关系

      Figure 5.  Correlation coefficient between reach-scale medium channel dimensions and sediment transport capacity of Chenglingji—Jiujiang reach during the period from 2008 to 2016

    • 河槽断面形态的调整与水沙条件的变化有关, 而造床流量能将二者直接联系起来。为进一步解释前文得到的特征流量, 采用马卡维耶夫法计算了螺山、汉口站蓄水前后的造床流量。马卡维耶夫法计算造床流量采用QmJP指标, 即认为各流量级造床作用与流量Qm次方、比降J以及流量级出现的频率P三者的乘积成正比。本文以螺山、汉口站的GSQ(GS为输沙率)关系作为m值的拟合依据, 通过蓄水前后实测资料拟合表明, m值约为2, 因此本文m值取为2。由图 6可知, 2008—2016年螺山、汉口站造床流量分别为29 000 m3/s、31 000 m3/s, 这与前文得到的影响河槽形态的流量级Q0相当。

      图  6  不同时段造床流量变化

      Figure 6.  Dominant discharge variation during the period of 1981—2002, 2003—2007 and 2008—2016

      对比不同时段造床流量, 结果表明, 三峡水库蓄水运用前螺山、汉口站峰值流量分别为35 000 m3/s、37 000 m3/s;2003—2007年分别为31 000 m3/s、35 000 m3/s。可见三峡水库蓄水后造床流量有不同程度的减小, 2008年之后造床流量相比蓄水初期继续减小, 螺山、汉口两站分别减小了2 000 m3/s、4 000 m3/s。造床流量减小, 对河槽形态的影响部位也会发生调整。

    • 长江中下游分布着数量众多的江心洲, 为了进一步说明特征流量对河槽形态的塑造作用, 本文统计了该段内15个江心洲的滩顶高程(表 3), 即选取2008—2016年某江心洲范围内几个断面的滩顶高程取平均值作为该江心洲滩顶高程, 并在此基础上分别计算了城陵矶至汉口、汉口至九江段河段尺度的江心洲滩顶高程, 分别为26.11 m、20.52 m。这一高程对应于水位—流量关系曲线(图 7), 螺山、汉口站的流量分别为31 200 m3/s、31 800 m3/s。这个流量与前文得到的Q0相当。说明2008年之后, 城陵矶至九江段特征流量水位与江心洲滩顶高程相当, 由于造床流量之所以对塑造河床形态所起的作用最大, 是由于其水位大致与河漫滩齐平, 水位平滩时对河槽的塑造作用最大, 水位再升高漫滩时, 水流分散造床作用降低[7];类比此概念, 本文特征流量水位与城陵矶至九江段河段尺度的江心洲滩顶高程齐平, 在水位与滩顶齐平时, 其对基本河槽的塑造作用最强, 因此, 图 4中随着流量递增到特征流量, 相关系数整体呈递增趋势, 超过特征流量后相关性下降。

      表 3  江心洲滩顶高程统计

      Table 3.  Bar tops of typical braided channels

      江心洲 所在河段 滩顶高程/m
      杨林矶 白螺矶 29.51
      南门洲 界牌 28.93
      中洲 陆溪口 26.56
      护县洲 嘉鱼 27.15
      新谷洲 簰洲 25.12
      团洲 簰洲 23.70
      金口 武汉(上) 23.05
      白沙洲 武汉(上) 25.16
      天兴洲 武汉(下) 25.89
      罗湖洲 团风 22.55
      沙洲 黄州 18.55
      戴家洲 戴家洲 20.08
      牯牛沙 韦源口 20.58
      新洲 龙坪 18.55
      单家洲 九江 19.26

      图  7  水位—流量关系曲线

      Figure 7.  Rating curve between water level and discharge

      马卡维耶夫法计算造床流量采用的QmJP指标, 其中m值不仅与径流大小有关, 同时也与径流持续的时间相关。三峡水库蓄水以来, 各流量级出现频率的变化必然关系到其造床作用的变化。表 4以前文得到的Q0为界划分区间, 对区间内的QmJP进行累加得到该区间流量的累积造床作用占比情况。结果表明: ①三峡水库蓄水运用后, 低于Q0的流量累积造床作用加强, 大于Q0的流量累积造床作用减小:螺山、汉口两站蓄水前大于Q0的流量累积造床作用占60%以上;蓄水后, 其累积造床作用占比下降, 尤其是2008年以来, 其累积造床作用比持续下降。② 2008年以来, 螺山、汉口两站低于Q0的流量累积造床作用占比分别增加了1.6%、7.3%。

      表 4  螺山、汉口站不同流量级造床作用占比的变化%

      Table 4.  Proportion of geomorphic impact undert different discharges of Luoshan and Hankou stations

      时间段 螺山站 汉口站
      <Q0 >Q0 <Q0 >Q0
      蓄水前 38.7 61.3 36.9 63.1
      2003—2007年 55.9 44.1 50.9 49.1
      2008—2016年 57.5 42.5 58.2 41.8

      综上, 三峡水库蓄水后水沙条件的改变使得不同流量级累积造床作用占比发生了明显改变, 主要表现为低于Q0的流量累积造床作用占比增大、大于Q0的流量累积造床作用占比减小。2008年以来, 这种变化进一步加强, 大水造床作用进一步减弱, 低于Q0的中小水流量累积造床作用增强是城陵矶至九江段冲淤调整主要集中在基本河槽的主要原因。

    • 水沙过程对河槽冲淤的影响可以由各流量级下的泥沙运动强度来间接反映[7]。本文基于输沙量法统计2008—2016年城陵矶至九江段各流量级下的冲刷强度(图 8), 即分别统计相应于螺山、汉口站各流量级下, 城陵矶至汉口段、汉口至九江段的冲刷率。可以看出, 冲刷强度随流量的增大先增加后减小, 且在螺山站流量为30 500 m3/s、汉口站为33 500 m3/s条件下, 对应的冲刷强度最大, 此后冲刷率随流量的增大而减小, 这与前文得到的Q0流量级相当。由于Q0的水位对应于河段江心洲滩顶高程, 当流量小于Q0时, 水流集中冲刷江心洲滩顶以下的河槽, 并在达到Q0时, 水流冲刷强度最大, 对河槽形态的综合塑造作用最强;之后水流漫过滩顶, 水流分散造床作用降低。

      图  8  城陵矶至九江段不同流量级冲刷强度

      Figure 8.  Erosion intensity of different discharges in the Chenglingji-Jiujiang reach

      175 m蓄水改变了城陵矶至九江段的冲淤分布和断面形态, 使得基本河槽冲刷加剧、断面窄深化程度加深。从Q0与造床流量、水流冲刷强度最大的流量三者的一致性, 可以认为螺山站29 000~31 000 m3/s、汉口站31 000~33 000 m3/s是2008年以来影响城陵矶至九江段冲淤调整的特征流量, 这一流量能够反映2008年以来水沙条件对基本河槽形态的综合作用。

    • 长江中下游悬沙中悬移质和床沙质划分粒径为d=0.125 mm, 图 9统计了螺山、汉口站不同时段d>0.125 mm输沙量变化。2008年175 m试验性蓄水以来, 流量调平, 坝下游各站洪水流量持续天数和流量均值减少, 对河床上d>0.125 mm泥沙的冲刷能力减弱[19], 因此两站d>0.125 mm粗砂输沙量大幅度下降: 2008—2016年年均输沙量相比2003—2007年分别减小了51.4%、33.6%, 水流含沙量处于严重不饱和状态, 这是引起2008年以来城陵矶至九江段基本河槽冲刷加剧的主要原因。

      图  9  螺山、汉口站d>0.125 mm粗砂输沙量变化

      Figure 9.  Annual average sediment runoff variation of d>0.125 mm at Luoshan and Hankou station

    • 长江中游宜昌至九江段滩槽演变剧烈, 碍航浅滩较多, 历来是航道建设、维护的重点与难点[20]。三峡水库蓄水以来, 长江中下游尤其是分汊河道部分江心洲洲头低滩萎缩散乱, 研究河段内众多江心洲近几年都陆续实施了一系列洲头守护工程。以戴家洲为例, 该河段2009年实施了一期航道整治工程守护洲头, 图 10对比了戴家洲洲头上游约5.3 km处非工程断面(cz75-1)及洲头断面(cz76-1)冲淤变化情况, 可以看出:受洲头守护工程影响, 2009年以来工程断面洲头淤高, 两汊深槽冲刷明显, 2011—2016年断面河相系数减小了1.02;而非工程断面深槽有所拓宽但幅度不大, 2011—2016年河相系数减小了0.19, 远小于工程断面变化。可见, 受航道整治工程的影响, 近年来分汊段高低滩均得到守护, 水流冲刷河槽, 这也是城陵矶至九江河段中实施航道整治工程段基本河槽冲刷加剧的原因。

      图  10  戴家洲洲头及上游断面形态变化

      Figure 10.  Variation of section morphology and river phase coefficient

    • (1) 2008年三峡水库175 m试验性蓄水以来, 城陵矶至九江河段基本河槽冲刷加剧, 河道冲淤变化主要集中在基本河槽, 其冲淤变化占整个平滩河槽的90%以上;从断面变化来看表现为河槽冲刷下切、断面趋于窄深化。

      (2) 2008年以来影响城陵矶至九江段冲淤调整的特征流量, 螺山站、汉口站分别为29 000~31 000 m3/s、31 000~33 000 m3/s。2008年之后, 特征流量级以下的水流累积造床作用增加是城陵矶至九江段河床冲淤调整集中在基本河槽的主要原因。

      (3) 2008年之后螺山、汉口两站d>0.125 mm粗颗粒泥沙输沙量的大幅度减小, 水流含沙量处于严重不饱和状态, 加上航道整治工程的影响, 导致基本河槽冲刷加剧。

参考文献 (20)

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