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长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

徐照明 徐兴亚 李安强 张黎明 胡春燕

徐照明, 徐兴亚, 李安强, 张黎明, 胡春燕. 长江中下游河道冲淤演变的防洪效应[J]. 水科学进展, 2020, 31(3): 366-376. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.006
引用本文: 徐照明, 徐兴亚, 李安强, 张黎明, 胡春燕. 长江中下游河道冲淤演变的防洪效应[J]. 水科学进展, 2020, 31(3): 366-376. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.006
XU Zhaoming, XU Xingya, LI Anqiang, ZHANG Liming, HU Chunyan. Flood control effect of the fluvial process in the middle and lower reaches of the Yangtze River[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(3): 366-376. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.006
Citation: XU Zhaoming, XU Xingya, LI Anqiang, ZHANG Liming, HU Chunyan. Flood control effect of the fluvial process in the middle and lower reaches of the Yangtze River[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(3): 366-376. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.006

长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.006
基金项目: 

国家重点研发计划资助项目 2016YFC0402306

详细信息
    作者简介:

    作者简介 : 徐照明(1976—) , 男 , 湖北广水人 , 高级工程师 , 硕士 , 主要从事长江防洪与河湖治理方面研究。 E-mail :xuzhaoming@cjwsjy.com.cn

  • 中图分类号: TV122

Flood control effect of the fluvial process in the middle and lower reaches of the Yangtze River

Funds: 

The study is financially supported by the National Key R & D Program of China 2016YFC0402306

图(9) / 表 (2)
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-27
  • 网络出版日期:  2019-12-06
  • 刊出日期:  2020-05-01

长江中下游河道冲淤演变的防洪效应

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.006
    基金项目:

    国家重点研发计划资助项目 2016YFC0402306

    作者简介:

    作者简介 : 徐照明(1976—) , 男 , 湖北广水人 , 高级工程师 , 硕士 , 主要从事长江防洪与河湖治理方面研究。 E-mail :xuzhaoming@cjwsjy.com.cn

  • 中图分类号: TV122

摘要: 近年来长江中下游来沙量持续减少,河道面临长距离、长历时的冲淤调整,河道蓄泄关系发生变化,对防洪造成影响。在长江中下游河道冲淤及其蓄泄能力变化预测成果的基础上,对比计算了现状和未来河道蓄泄能力条件下,遇1954年洪水,长江上游水库防洪调度和中下游地区超额洪量的变化情况。结果表明,未来随着长江中下游河道进一步冲刷,河道槽蓄容积增加,相同防洪控制水位下的河道安全泄量增大,三峡水库在进行防洪调度时可下泄流量增大,总拦蓄洪量减小,长江中下游地区总超额洪量减小,但超额洪量在地区分布上存在从上游向下游转移的情况。

English Abstract

徐照明, 徐兴亚, 李安强, 张黎明, 胡春燕. 长江中下游河道冲淤演变的防洪效应[J]. 水科学进展, 2020, 31(3): 366-376. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.006
引用本文: 徐照明, 徐兴亚, 李安强, 张黎明, 胡春燕. 长江中下游河道冲淤演变的防洪效应[J]. 水科学进展, 2020, 31(3): 366-376. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.006
XU Zhaoming, XU Xingya, LI Anqiang, ZHANG Liming, HU Chunyan. Flood control effect of the fluvial process in the middle and lower reaches of the Yangtze River[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(3): 366-376. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.006
Citation: XU Zhaoming, XU Xingya, LI Anqiang, ZHANG Liming, HU Chunyan. Flood control effect of the fluvial process in the middle and lower reaches of the Yangtze River[J]. Advances in Water Science, 2020, 31(3): 366-376. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.03.006
  • 受水库群拦沙、侵蚀区降雨量减少、水土保持和天然林保护工程、河道采砂等多方面作用, 进入长江中下游河道的泥沙量显著减少, 河道由自然条件下的中沙河流转变为少沙河流[1]。根据实测资料统计, 三峡水库蓄水运用以来(2003—2016年), 长江干流主要水文站的年均输沙量减少幅度均在60%以上, 其中宜昌站年均输沙量仅为蓄水前的7.8%[2]。清水下泄导致长江中下游河道发生长河段、长历时的冲刷调整。2002—2016年, 宜昌至湖口河段河槽冲刷量为20.07亿m3, 年冲刷强度为15.02万m3/(km·a)。随着未来长江上游干支流新一批梯级水库群投入运行、水土保持与生态工程的逐步实施, 长江中下游河道会长期面临泥沙量不足的水沙失衡状态, 河床将进一步冲刷调整[3-8]

    “蓄泄兼筹, 以泄为主”是长江防洪的基本方针。经过长期治理, 长江中下游已基本形成了以堤防为基础, 三峡工程为骨干, 其他干支流水库、蓄滞洪区、河道整治工程及防洪非工程措施相配套的综合防洪体系。在工程配合运用方面, 首先通过加高加固堤防及河道整治, 尽可能充分发挥河道泄洪能力, 将河道安全泄量以内的洪水东泄入海;对超过河道安全泄量的洪水通过水库进行拦蓄, 必要时启用蓄滞洪区分蓄洪水[9-10]。长江中下游防洪总体布局及具体安排均是以沿江主要控制站点的防洪控制水位为规划设计依据。现行《长江流域综合规划(2012—2030年)》[11]长江中下游主要控制站的防洪保证水位如图 1所示。随着未来长江中下游河道不断冲淤演变, 河道槽蓄能力不断调整, 防洪控制水位所对应的河道安全泄量也会随之变化, 其势必将对长江中下游防洪形势及工程体系的调度运行产生影响[12-15]

    图  1  长江中下游主要防洪控制站点及相应防洪保证水位

    Figure 1.  Highest safety stage of the main flood control sites in the middle and lower reaches of the Yangtze River

    为了研究长江中下游河道冲淤演变的防洪效应, 本文将根据三峡水库蓄水运用30年后2032年长江中下游河道冲淤及其蓄泄能力变化的预测成果, 选取长江中下游防御标准洪水1954年洪水作为设计洪水, 分析长江中下游河道冲淤演变对上游水库防洪调度过程及中下游地区不同河段超额洪量的影响。

    • 采用长江科学院研制的长河段一维河道冲淤计算软件HELIU-2(Ⅴ2.1)[16], 对2018—2032年长江中下游宜昌至大通河段河道冲淤及其蓄泄能力变化进行预测。2011—2017年宜昌至大通河段实测河道冲刷量为13.00亿m3, 模型同时期计算冲刷量为12.30亿m3, 相对误差为-5.3%, 可以较好地模拟长江中下游河道冲淤情况。预测期采用长江上游水库群拦沙作用后的1991—2000年水沙系列作为模型上游来水来沙边界条件。水库群拦沙主要考虑干流的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡, 支流雅砻江的二滩、锦屏一级, 支流岷江的紫屏铺、瀑布沟, 支流乌江的洪家渡、乌江渡、构皮滩、彭水, 支流嘉陵江的亭子口、宝珠寺等15座水库(其中, 乌东德和白鹤滩水库于2022年建成运行), 根据现行水库调度方案及设计运用方式进行水库群联合调度拦沙计算, 预测期宜昌站年均输沙量为0.220亿t, 与2008—2017年宜昌站实测年均输沙量0.200亿t较为接近。三峡水库蓄水前后大通站水位—流量关系较为稳定, 以大通站多年平均水位—流量关系作为模型下游控制边界条件。

    • 根据模型计算结果, 2018—2032年长江中下游河道呈进一步冲刷趋势, 干流宜昌至大通河段悬移质累积总冲刷量为20.91亿m3, 其中宜昌至沙市段冲刷量为1.050亿m3, 如按平均河宽1 000 m计, 河床平均冲深0.69 m;沙市至城陵矶段冲刷量为6.620亿m3, 如按平均河宽1 500 m计, 河床平均冲深1.75 m;城陵矶至武汉段冲刷量为6.580亿m3, 如按平均河宽1 900 m计, 河床平均冲深1.43 m;武汉至湖口段冲刷量为5.390亿m3, 如按平均河宽2 000 m计, 河床平均冲深0.91 m;湖口至大通段冲刷量为1.270亿m3, 如按平均河宽2 000 m计, 河床平均冲深0.31 m。

    • 受河道冲刷下切影响, 长江中下游沿程各站点同流量水位将出现不同程度的下降, 如图 2所示。到2032年, 沙市站流量在53 000 m3/s(防洪保证水位对应的现状河道安全泄量, 下同)时, 水位下降0.37 m;螺山站流量在64 000 m3/s时, 水位下降0.13 m;汉口站流量在71 600 m3/s时, 水位下降0.07 m;湖口(八里江)站流量在83 500 m3/s时, 水位下降0.03 m。

      图  2  长江中下游主要水文站水位—流量关系变化预测

      Figure 2.  Prediction of the change of stage—discharge in the middle and lower reaches of the Yangtze River

    • 受河道冲刷下切影响, 长江中下游各河段同水位河道槽蓄容积总体呈增加趋势, 增加的槽蓄容积主要集中在枯水河槽, 如图 3所示。与2017年相比, 至2032年, 当城陵矶水位为33.0 m时, 沙市总出流(沙市流量+松滋河分流量+虎渡河分流量)为60 000 m3/s时, 宜昌至沙市河段槽蓄量增加1.000亿m3;当城陵矶水位为34.4 m时, 沙市至城陵矶河段槽蓄量增加6.400亿m3;当汉口水位为29.7 m时, 城陵矶至武汉河段槽蓄量增加5.800亿m3;当湖口水位为22.5 m时, 武汉至湖口河段槽蓄量增加5.200亿m3

      图  3  长江中下游河段槽蓄关系变化预测

      Figure 3.  Prediction of the change of channel storage capacity in the middle and lower reaches of the Yangtze River

    • 当前长江上游(宜昌以上)已建有以三峡水库为核心的一批库容大、调节能力好的综合利用水利水电枢纽。由于本文主要探讨河道蓄泄能力变化的防洪影响, 现状及2032年工况上游水库对长江中下游的防洪调度均只考虑目前纳入2018年长江水库群联合调度的金沙江的梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩、溪洛渡、向家坝水库, 雅砻江的锦屏一级、二滩水库, 岷江的紫坪铺、瀑布沟水库, 嘉陵江的碧口、宝珠寺、亭子口、草街水库, 乌江的构皮滩、思林、沙沱、彭水水库, 长江干流的三峡水库等21座水库。在长江上游水库群中, 三峡水库直接承担对长江中下游进行防洪拦蓄的任务, 其余水库通过配合三峡水库拦蓄洪水间接发挥对长江中下游的防洪作用。由于三峡水库对从长江上游进入中下游洪水的集总控制和调节作用, 长江中下游河道演变对上游水库防洪调度的影响将具体表现在三峡水库的防洪调度过程上。

    • 根据《2018年度长江上中游水库群联合调度方案》[17], 三峡水库对下游防洪调度方式分为对荆江河段进行防洪补偿调度和兼顾对城陵矶地区进行防洪补偿调度。

      对荆江河段进行防洪补偿的调度方式, 主要适用于长江上游发生大洪水的情况。汛期在实施防洪调度时, 如三峡水库水位低于171 m, 则按沙市站水位不高于44.5 m控制水库下泄流量;当水库水位在171~175 m之间时, 控制补偿枝城站流量不超过80 000 m3/s, 在配合采取分蓄洪措施条件下控制沙市站水位不高于45 m。当库水位达到175 m之后转为保枢纽安全方式调度。

      兼顾对城陵矶地区进行防洪补偿的调度方式, 主要适用于长江上游洪水不大、三峡水库尚不需为荆江河段防洪大量蓄水, 而城陵矶水位将超过堤防设计水位、需要三峡水库拦蓄洪水以减轻该地区防洪及分蓄洪水压力的情况。汛期在因调控城陵矶地区洪水而需要三峡水库拦蓄洪水时, 如水库水位不高于155 m, 则按控制城陵矶水位34.4 m进行补偿调节;当水库水位高于155 m之后, 一般情况下不再对城陵矶地区进行防洪补偿调度, 转为对荆江河段防洪补偿调度;如城陵矶附近地区防汛形势依然严峻, 可考虑溪洛渡、向家坝等水库与三峡水库联合调度, 进一步减轻城陵矶附近地区的防洪压力。2017年长江发生中游型大洪水, 三峡水库实施对城陵矶防洪补偿调度, 将出库流量由27 300 m3/s减至8 000 m3/s, 三峡水库调洪最高水位为157.1 m, 显著减轻了洞庭湖区及长江中下游干流的防洪压力[18]

      1954年洪水为长江全流域型大洪水, 上游洪水和中下游洪水发生恶劣遭遇, 中下游地区防洪形势极为严峻, 《长江流域综合规划(2012—2030年》[1]、《长江流域防洪规划》[19]等均以1954年洪水为防御目标。在本次水库群调洪计算中, 三峡水库对城陵矶地区进行防洪补偿调度时, 当库水位达到155 m, 鉴于城陵矶附近地区防汛形势依然严峻, 通过溪洛渡、向家坝等上游水库配合拦蓄洪水减少入库洪量, 继续对城陵矶地区进行防洪补偿调度, 直至库水位达到158 m。当三峡水库水位超过158 m后, 转为对荆江河段进行防洪补偿调

    • 遇1954年洪水, 三峡水库天然入库洪峰流量为66 100 m3/s, 在上游控制性水库群配合拦洪运用下, 三峡水库入库洪峰流量削减至61 800 m3/s。图 4为汛期三峡水库入库流量过程及长江中下游河道现状和2032年蓄泄能力条件下三峡水库水位和出库流量过程。从图 4可以看出, 长江中下游河道蓄泄能力变化后, 三峡水库在进行防洪调度时库水位和出库流量均会发生一定变化。

      图  4  三峡水库水位及出库流量变化情况

      Figure 4.  Change of water level and outflow discharge of Three Gorges Reservoir

      从6月28日起, 三峡水库开始为城陵矶地区防洪进行补偿调度, 以控制城陵矶站水位不超过34.4 m。由于2032年城陵矶地区的河道安全泄量增大, 故在同样控制城陵矶站水位不超过34.4 m时, 三峡水库为城陵矶地区防洪调度的出库下泄流量有所增大, 比现状工况最大增加约2 000 m3/s。至7月22日, 现状工况下三峡水库水位至158 m, 对城陵矶地区补偿调度的防洪库容用完, 转为对荆江河段进行防洪补偿调度。2032年工况下由于三峡水库前期出库下泄流量增大, 消耗的防洪库容较少, 到7月22日, 三峡水库水位至156 m, 仍有对城陵矶地区防洪补偿调度的库容余量。7月23日、24日, 在现状工况下, 由于未达到荆江河段的防洪补偿调度条件, 三峡水库未对入库洪水进行拦蓄;而在2032年工况下, 三峡水库对城陵矶地区防洪继续进行补偿调度, 减小三峡水库出库下泄流量最大约8 000 m3/s, 直至三峡水库对城陵矶地区防洪库容运用完毕, 转为对荆江河段进行防洪补偿调度。

      从7月29日起, 三峡水库开始为荆江河段防洪进行补偿调度, 控制沙市站水位不超过44.5 m。由于2032年工况下荆江河段河道安全泄量增大, 故在同样控制沙市站水位不超过44.5 m时, 三峡水库为荆江河段防洪调度的出库下泄流量有所增大, 现状三峡水库出库洪峰流量为54 800 m3/s, 2032年三峡水库出库洪峰流量增加为57 000 m3/s。现状工况下, 三峡水库为荆江河段防洪削减下泄流量一直持续至8月11日;而对于2032年工况, 由于荆江河段河道安全泄量加大, 8月9日以后三峡水库未再对荆江河段防洪拦蓄洪水。

    • 图 5为遇1954年洪水, 在长江上游控制性水库群配合运用下, 对应长江中下游河道现状和2032年蓄泄能力条件, 汛期三峡水库防洪调度日拦蓄洪量和累积拦蓄洪量过程, 其中柱状表示日拦蓄洪量, 曲线表示累积拦蓄洪量。表 1从多个角度统计了长江中下游河道蓄泄能力变化前后, 三峡水库拦蓄洪量情况。

      图  5  三峡水库拦蓄洪量变化情况

      Figure 5.  Change of flood storage volume of Three Gorges Reservoir

      表 1  三峡水库拦蓄洪量变化统计

      Table 1.  Statistics of the change of flood storage of Three Gorges Reservoir

      统计项 三峡水库
      总拦蓄量/亿m3
      三峡水库
      最高调洪水位/m
      对城陵矶地区
      拦蓄量/亿m3
      对城陵矶地区
      补偿调度天数/d
      对荆江河段
      拦蓄量/亿m3
      对荆江河段
      补偿调度天数/d
      现状 123.8 164.4 76.90 25 46.90 14
      2032年 101.7 161.5 76.90 27 24.80 12
      变化值 -22.10 -2.9 0 2 -22.10 -2

      从总拦蓄洪量来看, 2032年工况三峡水库总拦蓄洪量小于现状工况。遇1954年洪水, 2032年工况三峡水库总拦蓄洪量为101.7亿m3, 较现状工况总拦蓄洪量123.8亿m3减小22.10亿m3。同时, 遇1954年洪水, 2032年工况三峡水库最高调洪水位161.5 m, 较现状工况最高调洪水位164.4 m降低2.9 m。

      从为不同地区防洪拦蓄来看, 2032年工况与现状工况三峡水库对城陵矶地区防洪补偿库容均运用完毕, 即为城陵矶地区防洪而拦蓄的洪量相同。但2032年工况三峡水库对城陵矶地区防洪补偿调度的运用天数较现状工况则有所增加, 遇1954年洪水, 三峡水库对城陵矶地区防洪补偿调度27天, 较现状工况25天延长了2天。2032年工况与现状工况三峡水库为荆江河段防洪的拦蓄量在荆江河段补偿库容运用区间, 但2032年工况三峡水库为荆江河段防洪拦蓄量有所减小。遇1954年洪水, 2032年工况三峡水库为荆江河段防洪拦蓄量为24.80亿m3, 较现状工况46.90亿m3减小22.10亿m3。同时, 2032年工况三峡水库对荆江河段防洪补偿调度的运用天数较现状工况有所减少, 遇1954年洪水, 三峡水库对荆江河段防洪补偿调度12天, 较现状工况14天减少了2天。

      可见, 至2032年, 随着长江中下游河道蓄泄能力增加, 三峡水库在对下游地区按防洪控制水位进行防洪调度时, 可安全下泄流量增加, 水库调洪过程和拦蓄洪量均会发生一定变化, 遇1954年洪水, 三峡水库对城陵矶地区补偿调度时间延长, 对荆江河段补偿拦蓄所用库容减小。

    • 三峡等长江上游控制性水库建成运用后, 显著改善了长江中下游地区的防洪形势, 但长江中下游河道安全泄量不足与长江洪水峰高量大的矛盾仍然突出, 遇大洪水时长江中下游地区仍有一定量无法通过河道安全下泄的洪水需要进行妥善安排。在上游水库防洪调度的基础上, 采用考虑支流顶托、水位涨落率影响等作用的长江中下游江湖演进水文学数学模型[20], 分析河道演变对长江中下游不同河段超额洪量的影响。在计算超额洪量时, 长江中下游主要控制站的分洪控制水位基本按防洪控制水位确定, 其中考虑到武汉市在长江防洪中的重要地位, 《长江防御洪水方案》[21]中提出在汉口站水位达到29.5 m时, 即开始运用蓄滞洪区分洪, 故本文将汉口站的分洪控制水位确定为29.5 m。

    • 三峡工程建成后, 荆江地区防洪形势得到根本性的改善。通过三峡水库拦蓄洪水, 遇100年一遇及以下洪水, 可使沙市水位不超过44.5 m, 遇1 000年一遇或1870年型洪水, 配合荆江地区蓄滞洪区的运用, 可使沙市水位不超过45 m, 从而保证荆江河段与江汉平原的防洪安全。1954年洪水洪峰流量在荆江地区不到100年一遇, 在现有三峡及上游水库群的防洪调度下, 可控制沙市水位不超过44.5 m, 荆江地区无超额洪量产生。

      图 6为长江中下游河道现状和2032年蓄泄能力条件下, 遇1954年洪水, 沙市站水位和流量过程。从图 6可以看出, 尽管两种工况下荆江地区均无超额洪量, 但是水位和流量过程均有不同程度的变化。当三峡水库未对中下游进行防洪拦蓄时, 沙市站流量相同, 但受河床下切影响, 2032年工况水位有所降低, 且流量越低, 水位降幅越明显。当三峡水库对中下游进行防洪拦蓄时, 分别将城陵矶和沙市站水位控制在防洪控制水位, 由于2032年工况河道安全泄量加大, 三峡水库下泄流量增加, 沙市站流量亦有所加大。

      图  6  沙市站洪水过程变化情况

      Figure 6.  Flood hydrograph at Shashi station

    • 城陵矶附近区洪水主要由上游荆江河段下泄洪水和洞庭湖洪水汇集而成, 当城陵矶附近区发生洪水时, 首先通过调度运用三峡等水库拦蓄洪水, 以控制城陵矶水位不超过34.4 m, 当三峡水库对城陵矶的防洪补偿库容用完后, 相机运用蓄滞洪区分蓄洪水以控制城陵矶水位不高于34.4 m。

      图 7为长江中下游河道现状和2032年蓄泄能力条件下, 遇1954年洪水, 城陵矶站水位和城陵矶附近区上游来流、下游泄流及超额洪量过程。前期三峡水库对城陵矶进行补偿调度时, 按防洪控制水位34.4 m进行控制, 受河道冲刷下切影响, 2032年工况城陵矶河段河道安全泄量有所增大, 相应地三峡水库拦蓄流量减小, 虽然三峡水库对城陵矶补偿调度库容未变, 但补偿调度时间延长, 较现状可避免城陵矶附近区超额洪量13.00亿m3。三峡水库防洪调度方式由对城陵矶补偿调度转为对荆江补偿调度后, 城陵矶附近区从上游荆江河段和洞庭湖汇入的流量大于可向下游安全下泄的流量时, 城陵矶附近区将会产生超额洪量。由于城陵矶上下游河道演变程度差异, 对于不同来水情况, 2032年工况与现状工况相比, 城陵矶附近区产生超额洪量时有不同变化。当城陵矶附近区超额洪量发生时, 城陵矶站水位通过分洪维持在34.4 m, 若三峡水库未对荆江河段拦蓄洪水, 即沙市水位未达到44.5 m, 现状与2032年工况城陵矶附近区上游来流相同, 但2032年工况向下游河段的安全泄量增大, 上游来流与下游泄流之差减小, 较现状可减小城陵矶附近区超额洪量18.00亿m3;若三峡水库对荆江河段拦蓄洪水, 即控制沙市水位在44.5 m, 由于至2032年荆江河段安全泄量的增幅大于城陵矶河段安全泄量的增幅, 因此对于城陵矶河段, 上游来流与下游泄流之差加大, 较现状城陵矶附近区超额洪量将增加3.000亿m3。综合上述河道蓄泄能力变化对城陵矶附近区超额洪量的影响, 遇1954年洪水, 2032年工况较现状工况城陵矶附近区超额洪量总计减少28.00亿m3

      图  7  城陵矶站洪水过程变化情况

      Figure 7.  Flood hydrograph at Chenglingji station

    • 武汉附近区洪水主要由上游城陵矶河段下泄洪水和汉江洪水汇合而成, 当武汉附近区发生洪水时, 相机运用蓄滞洪区分蓄洪水以控制汉口水位不高于29.5 m。图 8为长江中下游河道现状和2032年蓄泄能力条件下, 遇1954年洪水, 汉口站水位和武汉附近区上游来流、下游泄流及超额洪量过程。由于武汉上下游河道演变差异, 对于不同来水情况, 2032年工况与现状工况相比, 武汉附近区产生超额洪量时有不同变化。当武汉附近区超额洪量发生时, 汉口站水位通过分洪维持在29.5 m, 若城陵矶水位未达到34.4 m, 现状与2032年工况武汉附近区上游来流相同, 但2032年工况向下游河段的安全泄量有所增大, 上游来流与下游泄流之差减小, 较现状可减小武汉附近区超额洪量2.000亿m3;若城陵矶水位在经三峡水库调控或分洪后控制在34.4 m, 由于至2032年城陵矶河段安全泄量的增幅大于武汉河段安全泄量的增幅, 因此对于武汉河段, 上游来流与下游泄流之差加大, 较现状武汉附近区超额洪量将增加16.00亿m3。综合上述河道蓄泄能力变化对武汉附近区超额洪量的影响, 遇1954年洪水, 2032年工况较现状工况武汉附近区超额洪量总计增加14.00亿m3

      图  8  汉口站洪水过程变化情况

      Figure 8.  Flood hydrograph at Hankou station

    • 湖口附近区洪水主要由上游武汉河段下泄洪水和鄱阳湖洪水汇合而成, 当湖口附近区发生洪水时, 相机运用蓄滞洪区分蓄洪水以控制湖口水位不高于22.5 m。图 9为长江中下游河道现状和2032年蓄泄能力条件下, 遇1954年洪水, 湖口站水位和湖口附近区上游来流、下游泄流及超额洪量过程。由于湖口上下游河道演变差异, 对于不同来水情况, 2032年工况与现状工况相比, 湖口附近区产生超额洪量时有不同变化。当湖口附近区超额洪量发生时, 湖口站水位通过分洪维持在22.5 m, 若汉口水位未达到29.5 m, 现状与2032年工况湖口附近区上游来流相同, 但2032年工况向下游河段的安全泄量有所增大, 上游来流与下游泄流之差减小, 较现状可减小湖口附近区超额洪量1.000亿m3;若汉口水位在经分洪后控制在29.5 m, 由于至2032年武汉河段安全泄量的增幅大于湖口河段安全泄量的增幅, 因此对于湖口河段, 上游来流与下游泄流之差加大, 较现状湖口附近区超额洪量将增加2.000亿m3。综合上述河道蓄泄能力变化对湖口附近区超额洪量的影响, 遇1954年洪水, 2032年工况较现状工况湖口附近区超额洪量总计增加1.000亿m3

      图  9  湖口站洪水过程变化情况

      Figure 9.  Flood hydrograph at Hukou station

    • 表 2统计了长江中下游河道现状和2032年蓄泄能力条件下, 遇1954年洪水, 长江中下游不同地区超额洪量情况及其变化。一方面, 从长江中下游超额洪量总量的变化来看, 随着未来长江中下游河道进一步冲刷下切, 长江中下游河道蓄泄能力发生调整, 超额洪量总量呈减少趋势。至2032年, 遇1954年洪水, 长江中下游超额洪量将由现状的325.0亿m3减小至312.0亿m3。另一方面, 从不同地区超额洪量的变化来看, 由于长江中下游不同河段河道演变程度的差异, 长江中下游不同河段蓄泄能力调整幅度也不相同, 从而引起超额洪量空间分布的调整, 超额洪量存在从上游向下游转移的趋势。至2032年, 遇1954年洪水, 城陵矶附近区超额洪量减少28.00亿m3, 武汉附近区超额洪量增加14.00亿m3, 湖口附近区超额洪量增加1.000亿m3

      表 2  长江中下游超额洪量变化统计 亿m3

      Table 2.  Statistics of the change of excessive flood volume in the middle and lower reaches of the Yangtze River

      区域 现状 2032年 变化值
      荆江地区 0 0 0
      城陵矶附近区 233.0 205.0 -28.00
      武汉附近区 53.00 67.00 14.00
      湖口附近区 39.00 40.00 1.000
      合计 325.0 312.0 -13.00
    • (1) 未来随着长江中下游河道将持续面临少沙状态, 长江中下游河道冲刷态势会持续相当长的时间, 河道槽蓄容积增加, 相同防洪控制水位下的河道安全泄量增大, 对长江中下游防洪形势及工程体系的调度运行产生影响。

      (2) 根据2032年长江中下游河道冲淤演变预测成果, 在遇1954年洪水时, 2032年工况与现状工况相比, 三峡水库对城陵矶地区补偿调度时间延长, 对荆江河段补偿拦蓄量减小, 同时长江中下游地区超额洪量总量减小, 但由于上下游河道演变程度差异, 超额洪量空间分布存在从上游向下游转移的趋势。

      (3) 本文研究所依据的水沙数学模型冲淤预测结果有一定的不确定性, 且未考虑河床粗化、岸滩植被发育等其他河道演变因素对河道蓄泄能力的影响。今后需对长江中下游河道演变加强监测研究, 根据长江中下游防洪形势新的变化, 科学优化流域防洪布局, 合理调度防洪工程体系, 以保障长江中下游地区防洪安全。

参考文献 (21)

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