江湖关系,是荆江与洞庭湖关系的简称,也称“荆湖关系”, 亦含有荆南、荆北两湖关系的含义,它是湘鄂两省水利关系历史上一项重要内容。江湖关系演变经历了一个漫长历史时期和复杂过程,这一过程是与两湖地区垸田兴筑、农业经济繁荣进程相一致的,也是荆江与洞庭湖之间水沙运动的结果。江湖关系,实质是水沙分配关系,即如何处理荆江超额洪水问题。水沙分配是江湖关系的制约因素,也是江湖关系矛盾症结所在,调整水沙分配格局,则是处理江湖关系的出发点和归宿,从防洪意义上讲,有四口分流及城陵矶出流才有江湖关系。
洞庭湖是长江中下游地区洪水调蓄的重要场所之一, 从形成至今与长江的关系复杂多变。历史上,它因荆江北岸穴口封堵、江水位升高而扩大;近代,又因荆江四口分流入湖、泥沙淤积而萎缩。因此,洞庭湖的兴衰演变史,可以说是长江干流演变造成洞庭湖急剧变化的历史。长江对洞庭湖的影响,主要表现为荆江四口(现为三口)向南分流分沙增加对洞庭湖的防洪压力和泥沙淤积。同时,城陵矶以下城汉河段泥沙淤积,泄流能力下降,加剧对洞庭湖出流的顶托,使洞庭湖防洪形势日趋不利。洞庭湖对长江的影响,主要是因泥沙淤积、湖面萎缩,造成调蓄长江洪水的功能下降。三峡工程建成运行后,江湖关系又有新的变化。
三峡工程建成运行前的江湖关系
三峡工程运行前,江湖关系主要体现在以下四个方面。
长江上游洪水来量大,中游泄洪能力严重不足。
长江宜昌以上流域面积有100.5万km2,相当于洞庭湖水系流域面积26万km2的4倍。长江自宜昌以下进入中下游平原后,坡降平缓,沿江除洞庭湖与鄱阳湖有较大调洪区域外,均以堤防束水于河槽,河段之间安全下泄流量极不连续。上荆江安全泄量不到6万m3/s,下荆江安全泄量不到5万m3/s,而宜昌站近100年来实测洪峰流量超过6万m3/s的有26次。据历史洪痕调查资料,自1153年以来的800多年中,宜昌洪峰流量大于8万m3/s的有8次,大于9万m3/s的有5次,最大的达10.5万m3/s。荆江下游的长江干流城陵矶至螺山江段的安全泄量也不到6万m3/s,而近100年城陵矶以上(包括洞庭湖四水)合成洪峰流量超过10万m3/s的就有1931年、1935年和1954年。1951~2002年的52年中,城陵矶上游合成流量大于7万m3/s的有15年。由于长江中游河段的泄洪能力严重不足,故使洞庭湖洪水形成了上压下顶的局面。
长江中游超额洪量向城陵矶附近区域集中,洞庭湖面临两难境地。
在1980年召开的长江中下游防洪座谈会议上,国家对沙市、城陵矶、汉口、湖口四地的控制水位作了规定,并按防御1954年型洪水,明确了四地区超额洪量的蓄滞任务,分别为54亿m3、320亿m3、68亿m3、50亿m3,共计492亿m3。但后来长江委及有关单位依据近期实测水文、河道等资料复核计算,各区的超额洪量变化较大。1997年长江委的复核结果是:城陵矶附近区域超额洪量为381.26亿m3,比原计算的320亿m3多19.1%,而汉口地区超额洪量为40.49亿m3,比原计算的68亿m3少40.5%。1998年湖南省水电设计院复核成果:城陵矶附近区域超额洪量为590.5亿m3,比原计算的320亿m3多84.5%,而汉口地区超额洪量为16.6亿m3,比原计算的68亿m3少75.6%。如果各地区均不分洪,则沙市、城陵矶(莲花塘)、汉口、湖口四站的最高水位将分别超过国家规定控制水位2.75m、4.10m、1.6lm和1.18m。另据湖南省水文局1989年复核成果,南京水文水资源所1990年复核成果以及中南设计院2000年复核成果,城陵矶附近区域超额洪量分别为516亿m3、529亿m3、644亿m3,分别比原计算的分洪量320亿m3多61.3%、65.3%、101%。上述复核成果均证明,由于长江城陵矶至汉口河段的演变,已逐渐造成长江中游的超额洪量移向城陵矶附近区域。如遇1954年型洪水,4个地区又都不分洪,则城陵矶水位提高幅度最大;即使采取分蓄洪措施,洞庭湖区许多堤垸仍将承受淹没之灾。
荆江入湖四口口门逐渐淤高,过水断面减少,分流量有逐年递减趋势。
据长江委汉口水文总站的《洞庭湖区湖泊淤积分析》一文所载,四口分流量在50年代(1951~1960年)时占长江平均来水量的30.9%;三口分流量(调弦口于1958年堵塞)在60年代(1961~1970年)时占28.5%;70年代(1971~1978年)时占19.3%。进入90年代以后三口分流比又有所变化。几个大水年的分析计算结果是1996年最高洪峰时三口分流占枝城总流量的26.4%,1998年占27.8%。四口分流入湖情况变化也较大,在20世纪五、六十年代分流量大的是藕池口,70年代则为松滋口。藕池口分流从50年代占四口分流总量的46.9%减少到70年代占三口的29.7%,淞滋口则从50年代占四口分流总量的35.4%上升到70年代占三口的50.7%。1998年淞滋口分流量占三口总量的48%。
下荆江系统裁弯和城陵矶以下通江湖泊堵闭,拾高了洞庭湖水位,加剧了洞庭湖的洪涝灾害。
1949年以来,由于城陵矶以下8386km2通江湖泊全部封堵与长江隔断,加上部分洲滩被围垦(计入1949年以前围垦的共182万亩)以及下荆江三处裁弯,使泥沙向下游淤积,螺山段过洪能力明显降低。据2002年4月湖南省水电设计总院分析研究,在防洪控制水位(莲花塘34.4m)条件下,螺山江段过流能力仅为56000~58000m3/s,比长江流域防洪规划计算采用的65000m3/s少7000~9000m3/s,降幅达10.8%~13.8%。另据南京地理研究所分析研究,城陵矶至螺山段,洪水期水面比降逐步变缓,由1954年的0.046‰降为1996年的0.038‰,1998年的0.033‰。该江段水面比降变缓,说明泥沙淤积加剧,出流不畅,抬高城陵矶和洞庭湖区水位乃成必然。以1998年的最高洪水位与1954年比较,城陵矶水位抬高1.39m,东洞庭湖和湘、资两水尾间抬高1.40m,南洞庭湖和沅水尾闾抬高1.8~2.2m,西洞庭和澧水尾闾抬高2.70~3.90m。江湖蓄滞功能的恶化,使洞庭湖区的防洪形势日趋严重。
三峡工程建成运行后江湖关系的变化
三峡水库运用后,江湖关系发生了一些新的变化。引起新的变化的主要原因有:一是水库调蓄改变了径流过程,二是三峡出库沙量减少、颗粒级配变细。其主要特征表现为:
长江干流来水过程变化,来沙明显减少。
三峡水库蓄水前,宜昌站多年平均径流量为4370亿m3,三峡水库蓄水后的2003~2013年多年平均径流量为3960亿m3,减少9%。年内分布中,1~4月受水库调蓄的作用,月平均流量增加,增幅7.9%~32.0%,其中2~3月增加较为明显,6~12月平均流量减小,减幅2.7%~34.0%,水库蓄水期9、10月流量减小较为明显,减幅11.7%~34.0%。沙市站1~3月平均流量增幅在27.9%~36.1%之间,9、10月平均流量减小13.2%和28.0%;汉口站1~3月平均流量增大21.6%~26.7%,10月流量减小27.4%。
三峡水库蓄水后(2003~2013年)宜昌站多年平均输沙量为0.466亿吨,较三峡水库蓄水前的多年平均输沙量4.92亿吨减少91%,来沙量明显减少。
荆江河段持续冲刷且强度加大,干流枯水位降低。
三峡水库运用以来,上游来沙大幅度减少,清水下泄,荆江河段河道冲刷加剧。伴随着荆江的冲刷,三口分流减少,下荆江流量加大,产生径流量扩大的冲刷。2002年10月至2014年10月,荆江河段平滩河槽累计冲刷泥沙7.9亿m3,年均冲刷量为0.658亿m3,远大于三峡水库蓄水前1975~2002年年均冲刷量0.137亿m3/年。荆江深泓纵向平均冲深2.13m,最大冲刷深度为16.5m(位于调关河段)。
随着河道冲刷,荆江河段枯水流量下降明显,2013年与2002年相比,沙市水文站流量6000m3/s,7000m3/s和10000m3/s对应水位分别下降了1.50m、1.34m和1.11m。
口分流分沙继续减少,分沙比略有增加。
三峡水库运用以来,三口分流分沙量继续减少。1956~1966年、1999~2002年、2003~2013年三口年均分流量分别为1331.6亿m3、625.3亿m3、484.4亿m3,已减少了706.3亿m3;其分流比分别为29.4%、14.0%、11.9%,也不断减小。随着分流量的减小,沙道观、管家铺断流时间也有所延长,分别从1999~2002年的平均年断流天数189天和235天增加到蓄水后的197天和266天。从分月来看,三峡水库蓄水期9月、10月的分流比明显减小。
1999~2002年和1956~1966年比较,三口年分沙量由1.96亿吨减少至0.57亿吨,减幅71%。2003~2013年三口年平均输沙量1083万t,较1999~2002年均值相比减少4587万t,减少幅度约为80.9%。
城陵矶至汉口河段转淤为冲。
三峡水库蓄水运用后,由于水库下泄泥沙大幅度减少,荆江河段冲刷的泥沙难以补充,未达到河段的水流挟沙能力,城陵矶至汉口河段年际间河床有冲有淤,总体表现为冲刷。2001年10月至2014年10月城陵矶至汉口河段平滩河槽冲刷量为2.191亿m3。冲刷主要集中在枯水河槽,其冲刷量为2.179亿m3,占比99%,枯水河槽以上略有冲刷。
三口河道总体转为冲刷。
三峡水库运用以来,由于荆江水流含沙量小,三口分沙减少,三口河道转为总体冲刷。2003~2011年三口河道总冲刷量为0.75亿m3,其中松滋河冲刷量0.35亿m3,占三口河道总冲刷量的47%;虎渡河冲刷0.15亿m3,占三口河道总冲刷量的20%;松虎洪道冲刷0.07亿m3,占三口河道总冲刷量的10%;藕池河冲刷0.18亿m3,占三口河道总冲刷量的23%。
从冲刷的时空分布来看:松滋河和虎渡河2003~2011年保持持续冲刷;松虎洪道2003~2009年以冲为主,但冲刷强度呈不断减弱趋势,2009~2011年总体为淤积;藕池河冲刷主要发生在2003~2006年,共冲刷了0.31亿m3,2006~2011年转为持续淤积,共淤积了0.13亿m3。松滋河水系冲刷主要集中在口门段、松西河及松东河,其它支汊冲淤变化较小。虎渡河冲刷主要集中在口门至南闸河段,南闸以下河段冲淤变化相对较小。藕池河冲淤变化表现为枯水河槽以上发生冲刷,枯水河槽冲淤变化较小,其口门段、梅田湖河等段冲刷量较大。
洞庭湖淤积明显减缓。
三峡水库运用后(2003年~2013年)较运用前(1996年~2002年),荆南三口年均入湖沙量由1.23亿t锐减为0.12亿t,减幅90%;同期四水年均入湖沙量由0.16亿t锐减为0.08亿t,减幅48%。受此影响,湖区泥沙淤积量和沉积率都呈明显减小趋势,其中泥沙沉积总量减少99.1%,泥沙沉积率下降为2.9%。洞庭湖年均淤积量由0.63亿t锐减为56万t,减少99.1%,湖泊淤积大幅减缓。
依据长江委水文局1995、2003和2011年的洞庭湖区实测地形资料,对比三峡水库蓄水前后9年,洞庭湖湖区泥沙冲淤分布情况来看,三峡水库蓄水前的1995~2003年,洞庭湖以淤积为主,包括西洞庭湖的目平湖、南洞庭湖杨柳潭以东及东洞庭湖均处于淤积状态,其中东洞庭湖泥沙淤积幅度最大,最大淤积厚度达到3m以上,整个湖区的泥沙年均淤积厚度约为3.7cm;三峡水库蓄水后的2003~2011年,洞庭湖湖区由淤转冲,与蓄水前形成鲜明对比,少量淤积主要发生在南洞庭湖西部和东洞庭湖的南部,湖区的泥沙平均冲刷深度约为10.9cm,其中东洞庭湖泥沙平均冲刷厚度最大,约19cm。
未来,随着长江上游干支流水库群陆续建成运用,水、沙条件变化将更加剧烈,长江干流河床冲刷下切,枯水位下降,三口分流量衰减,洞庭湖枯水期水位降低、出流加快、枯水期提前、时间延长将进一步加剧并呈常态化。同时,洞庭湖淤积将进一步趋缓,调蓄洪水的能力仍将得以保持,为改善和调整江湖关系提供了极好的机遇。根据研究预测,三峡工程运用后江湖关系的变化调整需近百年时间。
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水文与水资源工程
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