摘要：分析了長江城陵磯～螺山河段行洪能力的變化和三峽水庫運行后該河段面臨的防洪形勢，指出降低城陵磯河段水位的有效措施之一是恢復河道原有的泄洪能力，實施牌洲裁彎、清淤疏浚和削磯擴卡等為主的工程措施。并以典型洪水為例對牌洲裁彎前后相關(guān)河段的水位、水面線及水位流量關(guān)系的變化進行了對比分析，論證了牌洲裁彎對降低上游水位的明顯作用和該工程實施的必要性。

　　關(guān)鍵詞：三峽工程 長江 城漢河段 泄洪能力變化 河道整治 牌洲裁彎

　　前言

　　長江中游荊江河段，上起湖北枝城，下至湖南城陵磯，以藕池河口分為上下荊江，全長337km；洞庭湖位于荊江河段南岸，接納四水及荊江三口以及汩羅河、新墻河等的來水來沙經(jīng)湖泊調(diào)蓄后由城陵磯匯入長江城螺河段。洞庭湖與荊江關(guān)系密切，息息相關(guān)、相互影響。1967～1972年下荊江實施裁彎工程后，河長縮短78km，上游水位降低、比降加大、河床發(fā)生沖刷，位于上荊江的松滋、太平、藕池三口分入洞庭湖的水量、沙量減少，而進入下荊江的水量、沙量增大，城螺河段泥沙淤積加劇，同時，城陵磯進入長江的水量、沙量相應減少，加速了江湖關(guān)系的變化，使得長江中游和洞庭湖區(qū)與20世紀五十年代比較防洪形勢發(fā)生了很大變化：（1）荊江特別是下荊江因流量加大抬高的水位大于沖刷（包括裁彎沖刷）降低的水位，從而使洪水位在整體上抬高；（2）城陵磯至武漢河段因含沙量加大（約25%）而淤積，加上牌洲灣和界牌河段的壅水作用，導致城螺河段水位明顯抬升，行洪能力下降；（3）三口分流河道因徑流量減少，加速了衰退與萎縮，淤積比增大，防洪形勢沒有緩解；（4）洞庭湖泥沙淤積減緩，對保留更多湖容有利，但城陵磯水位抬高，對東洞庭湖以至南洞庭湖不利。

　　從總體看，目前這種變化對長江中游和洞庭湖區(qū)的防洪是不利的，這種不利突出反映在1998和1999年的洪水中。將來三峽水庫的運行，將對長江中游特別是荊江、洞庭湖區(qū)的防洪起到調(diào)洪削峰的作用，長江城螺河段水位有望下降，湖區(qū)防洪壓力有所減輕，但防洪形勢依然嚴峻。長期以來，不少專家學者曾對洞庭湖治理提出了一些設(shè)想性的方案，如開辟荊北、荊南分洪道方案等。要減輕洞庭湖的洪水災害，關(guān)鍵問題是大幅度降低城陵磯河段水位，這樣既可使洞庭湖泄流暢通，同時又增加了洞庭湖的調(diào)洪庫容。降低城陵磯河段水位的有效措施之一就是恢復河道原有行洪能力，進行以清淤疏浚、掃障護岸、牌洲裁彎等為主的河道整治工程。本文在對照三峽建庫前后典型洪水的調(diào)節(jié)演算的基礎(chǔ)上對牌洲裁彎的必要性進行了簡要的分析論證。

　　1、城螺河段現(xiàn)有行洪能力分析長江中游自藕池口至城陵磯河段，習稱下荊江，原有河長245km，12個河灣，彎曲系數(shù)為2.83，素有“九曲回腸”之稱，是典型的蜿蜒型河段。為了擴大洪水泄量及縮短航程和減少礙航水道的數(shù)量，曾分別于1967年及1969年實施了中洲子和上車彎兩處人工裁彎，1972年沙灘子又發(fā)生了自然裁彎，共縮短河長78km，現(xiàn)有河長約170km，彎曲系數(shù)為1.93（相關(guān)河勢見附圖）。

　　下荊江裁彎與一般河道裁彎不同之處，在于裁彎之后，其裁彎段上游比降加大，河床發(fā)生沖刷，同流量的水位下降，位于上荊江的松滋、太平、藕池三口，分入洞庭湖的水量、沙量減少，而進入荊江的水量、沙量增大。同時由于洞庭湖經(jīng)城陵磯匯入長江的水量、沙量也相應減少，引起江湖關(guān)系新的變化，造成長江城螺河段水位抬升，進而影響到城螺河段的行洪能力，下面對城螺河段的行洪能力衰減作簡略對比分析。

　　1.1 三峽建庫前城陵磯站水位變化通過點繪城陵磯（七里山）站歷年日平均最高水位與相應流量及該站歷年最低水位與相應流量關(guān)系圖，可以看出，自1980年以來，除個別年份（92、94年）因相應監(jiān)利站流量較小，不頂托城陵磯出流外，一般枯水位（流量小于3000 m3/s）較60年代前抬高0.7～1.2m，中、高水位時（流量為20000 m3/s ～40000m3/s），水位抬高約2.0～1.8m.根據(jù)施修瑞等人的研究，在高、中、低水時，城陵磯站水位流量、水位面積曲線呈左移趨勢，同流量下的水位呈上升趨勢，同水位下泄洪能力呈減小趨勢。

　　1.2 三峽建庫前螺山站水位變化通過點繪螺山（二）站歷年日平均最高水位與相應流量及該站歷年最低水位與相應流量關(guān)系圖，可以看出枯水時80年代以后較50年代抬高約1.5m；高水時螺山站水位流量關(guān)系受到河段漲落水、河床沖淤、下游水位頂托及上下游河段分流的影響，水位流量關(guān)系散亂，但自1988年以后，水位抬高趨勢是明顯的。

　　根據(jù)筆者1999年的研究，按各個時期分析樣本年份的綜合落差指數(shù)法單值化平均線比較，1994～1999年與下荊江裁彎前對比30000 m3/s以下對應平均落差時水位抬高量在1.56m以上；30000～40000m3/s水位抬高量為1.56～1.31m；40000～50000m3/s水位抬高量為1.31～1.17m. 1.3 螺山河段行洪能力下降原因分析1998年洪水，螺山站最大洪峰流量僅為64900m3/s，  較1954年洪峰流量78800 m3/s小了13900m3/s，但監(jiān)利、城陵磯和螺山站的最高水位卻比1954年高出1.74m、1.86m和1.78m，而漢口站的最高水位仍較1954年低0.3m.也即螺山至漢口河段，長200km，1998年水位落差比1954年增加了2.08m.造成這種小流量高水位行洪不暢的原因主要有以下幾點：1.3.1泥沙淤積下荊江裁彎后，荊江河段比降加大，水流流速增大，河床發(fā)生溯源沖刷；同時，三口分流減小，荊江流量擴大，也造成河床沖刷，荊江河道輸沙量增大，使荊江出口的城螺河段發(fā)生淤積。

　　據(jù)統(tǒng)計，螺山水文站斷面面積1967年～1983年累計淤積4000 平米，若按河寬1.6km計算，河床平均以每年15.6cm在淤高。近年來的研究表明，由于河床淤積使螺山站水位抬高0.5～1.0m.1998年較1966年枯水河床淤高0.5m ，高水河床略有淤積，使得高水過水斷面減小，影響行洪。

　　1.3.2 河床演變城陵磯水位抬高、泄量減小還與匯流河口河床變化有關(guān)。自1975年后，江湖匯流口由南向北平移約1000m，荊江出口段的深泓交匯點下移，原交匯點處沖刷坑高程由1966年6月的黃海-10m淤為1987年的-6m，兩股水流交角由小于60°變?yōu)榻咏?0°，造成洞庭湖出流不暢，致使其水位抬高。另外，洞庭湖區(qū)泥沙淤積與圍墾使其面積、容積減小，調(diào)蓄作用減小，加快加大了螺山流量及其水位抬高。

　　1.3.3 牌洲灣及界牌河段的壅水作用牌洲灣是長江中下游最大的河曲彎道，其入口上游距城陵磯約130km，出口下游距武漢關(guān)約46km.彎道長約50km，頸步最窄處不足5km，彎曲率達10.0.牌洲灣河段平面形態(tài)酷似蜿蜒性河段，實際上由3個寬窄相間具有江心洲的分汊河段構(gòu)成。其洪水河槽狹窄，外形蜿蜒曲折，洪水水流阻力很大，使得城陵磯至螺山河段高水比降（0.424×10-4～0.221×10-4）反而小于低水比降（0.497×10-4～0.324×10-4），對洪水阻滯作用十分明顯。相當于一個超長丁壩，對城螺河段起著壅水作用。

　　界牌河段上起螺山，下至石碼頭全長28km，河段洪水河床的平面外形呈兩端小中間大的順直展寬分汊型。螺山上游10km處的楊林磯、龍頭山為土質(zhì)堅硬的河岸突咀，河寬僅1050m，螺山、鴨欄處河寬為1600m，過螺山后河面逐漸放寬，深泓線擺動加大，新堤一帶河寬達3500m，其間橫臥南門洲，將水流分成左右兩汊，在石碼頭匯合，該處有護岸工程控制，河寬縮至1500m，形成一人工卡口。洪水期由于界牌河段卡口作用，導致局部比降加大，上游水位壅高，流速減緩，影響行洪。

　　2、三峽工程運行后城螺河段防洪形勢及整治的必要性2.1 三峽工程對城螺河段防洪的作用三峽工程在長江防洪重點保護區(qū)── 江漢平原與洞庭湖平原上游，可有效地控制長江上游來的洪水，按正常蓄水位（防洪高水位）175m，防洪限制水位145m計，防洪庫容可達221.5億m3，壩項高程為185m，比防洪高水位高出10m，每1m庫容為10億m3以上，在特別情況下還能發(fā)揮特殊的調(diào)洪作用，在規(guī)劃設(shè)計中，三峽工程可滿足以下防洪要求：使荊江河段防洪標準達到100年一遇；在遭遇類似1870年特大洪水時，配合以中游分蓄洪措施，做到保證荊江河段的行洪安全；在滿足以上多個條件前提下，應盡量使城陵磯附近地區(qū)的分蓄洪量減少。

　　三峽工程的防洪調(diào)度方式有對荊江補償調(diào)度方式和對城陵磯地區(qū)補償調(diào)度方式兩種。

　　對荊江補償調(diào)度方式以控制沙市水位為標準，具體操作規(guī)定為：l 遇100年一遇以下洪水，控制枝城站最大流量不大于56700 m3/s，使宜昌～枝城區(qū)間洪水進行補償調(diào)節(jié)，使沙市水位不超過44.5m（凍結(jié)吳淞基面）。

　　遇100～1000年一遇洪水，控制枝城站最大流量不超過80000 m3/s，并采取分洪措施控制沙市水位不超過45m.三峽水庫調(diào)洪控制最高水位175m，達到175m后則以保證大壩安全為主。

　　這種調(diào)度方式比較適應以長江上游來水為主的典型洪水，例如1981年及歷史上出現(xiàn)過的1860年、1870年大洪水，調(diào)度方式簡單，可操作性很好，完全能達到防洪目標，但對減少城陵磯地區(qū)的分洪量的作用不夠理想。

　　對城陵磯地區(qū)補償調(diào)度方式是為了既保證荊江防洪安全又減少城陵磯陵附近分洪量的前提下，將三峽工程221.5億 m3的防洪庫容劃分為3部分：第1部分庫容100 億m3，用作對城陵磯和荊江防洪補償；第2部分庫容85.5億m3，僅用作對荊江防洪補償；第3部分庫容36億m3留作對荊江特大洪水進行調(diào)節(jié)。具體調(diào)度規(guī)劃如下：當三峽水庫水位低于第1部分庫容（100億m3）相應的水位時，三峽工程下泄量為q=min（q1，q2），但不小于26臺機組發(fā)電量25000 m3/s.其中：q1=56700 - Q1 m3/s（Q1為當日宜昌～枝城區(qū)間流量）；q2=60000 - Q2 m3/s（Q2為第3日宜昌～城陵磯區(qū)間流量）。

　　當三峽水庫水位高于上述水位而低于第1和第2部分庫容（185.5億立方米）相應水位時三峽允許泄量為：q=56700 - Q1 m3/s l    當三峽水庫水位高于上述185.5億m3相應水位時，三峽工程當日下泄量：q=80000 - Q1 m3/s，但不大于當日實際入庫流量。

　　當三峽水庫水位達175m，則以保證大壩安全為主。

　　這種調(diào)度方式比較適應以長江中下游來水為主的洪水類型及全流域性洪水，例如1931、1935、1954、1983、1986年洪水，調(diào)度方式較復雜，但可操作性也很好，能達到防洪目標，特別是減少城陵磯地區(qū)分洪量的效果要顯著優(yōu)于第1補償方式。

　　長江三峽工程具有防洪、發(fā)電、航運、供水和發(fā)展庫區(qū)經(jīng)濟等巨大的綜合效益，是治理和開發(fā)長江的關(guān)鍵工程。三峽工程的建成對城螺河段的防洪作用如何，洞庭湖區(qū)防汛是不是萬事大吉，可以高枕無憂了，今以1954年、1969年、1980年、1988年、1995年、1996年、1998年、1999年年最大洪水為典型，探討三峽建庫后城螺河段水位變化的具體情況。模擬實時調(diào)度方式采用對城陵磯防洪最為有利的“對城陵磯地區(qū)補償調(diào)度方式”：先按城陵磯流量不超過60000立方米/s控制，三峽工程蓄水100億立方米后，改按沙市水位不超過44.5m（凍結(jié)吳淞基面）控制。通過三峽水庫調(diào)度及圣維南方程組、河流動力學模型演算，可得城陵磯三峽建庫后各典型洪水最高水位下降幅度．

　　計算結(jié)果表明：三峽建庫初期（20年），對降低城陵磯洪水位有一定的作用，個別年份如：1954年、1996年、1998年、1999年年最大洪水，水位降幅分別達0.66m、0.67 m、0.46 m和0.83m，但由于長江流域集水面積巨大、下墊面條件復雜，加上水文現(xiàn)象的隨機性及洪水組成的復雜性，水情往往十分復雜多變，對于部分年份，水位降幅不是十分明顯，如1980年僅為0.06 m，1969年、1989年也只有0.14 m和0.17 m，因此，從最不利因素考慮，近30年，城陵磯至螺山河段防汛形勢依然不可掉以輕心，更不容盲目樂觀。

　　2.2 城漢河段整治的必要性洞庭湖北通長江，內(nèi)銜四水，湖泊星羅棋布，水系縱橫交錯湖區(qū)土質(zhì)肥沃、氣候溫和、物產(chǎn)豐富，是響譽全國的“魚米之鄉(xiāng)”。近年來，由于江湖關(guān)系改變，城螺河段河床淤積，水位抬升，給洞庭湖的防洪帶來很大的隱患。三峽工程建成后，城螺河段的防洪壓力有所減輕，防洪形勢依然不容樂觀。長江上游來水量大，年徑流量一般為4510億m3，而三峽的防洪庫容只有221.5億m3，在關(guān)鍵時刻可以起到攔洪錯峰作用，但不能從根本上解決洞庭湖的水患，螺山段仍需要有安全下泄65000m3/s多洪峰流量的能力。

　　洞庭湖現(xiàn)有湖面積和湖區(qū)水面面積約4000km2.若保持湖區(qū)水位不變，使城陵磯水位下降1m，則可多出調(diào)蓄洪水的容積4億m3.這種因城陵磯以下河床淤積而引起的洞庭湖調(diào)蓄容積的損失比起泥沙直接淤積在洞庭湖的損失要多的多。因為1t泥沙淤積在湖區(qū)，其庫容損失為0.71 m3，而若淤積在城陵磯的下游河段，因河床淤高而使水位抬升損失的洞庭湖調(diào)蓄容積為9.52m3.要防止1998年大水城螺河段上壓下堵，小流量高水位極度被動局面的出現(xiàn)，最得力直接的有效措施之一就是疏通河道，恢復螺山河段的泄洪能力。

　　城陵磯至漢口河段上承長江干流荊江和洞庭湖水系來水，區(qū)間有大小支流5條，河段內(nèi)湖泊眾多，兩岸磯頭對峙，形成天然節(jié)點，猶如藕節(jié)，使河床時而收縮，時而擴張，影響行洪。目前，城陵磯河段依靠堤防約可防御5～10年一遇的洪水。由于下荊江裁彎，城陵磯至漢口河段及洞庭湖淤積嚴重，洞庭湖區(qū)各控制站90年代出現(xiàn)的最高水位較堤防設(shè)計水位抬高0.81～1.85m，特別是城螺河段泄流能力下降，造成長江干流沙市至漢口河段水位出現(xiàn)兩頭低中間高的現(xiàn)象，大量洪水滯留洞庭湖，洞庭湖區(qū)水位逐年抬高，洪澇災害頻繁，如1998年城陵磯水位35.94m螺山站的過水能力僅57000m3/s，最高水位33.91m（相當于吳淞凍結(jié)基面）時的過水能力僅64900 m3/s，比1954年同流量下水位抬高1.78m，同水位（城陵磯34.40m）下流量減少近9000m3/s.從城陵磯和漢口水位差值分析，1954年為4.22 m，1983年、1996年、1998年、1999年分別為5.85 m、6.35 m、6.37 m、6.65 m，差值增加1.63～2.43 m，致使中小洪水即造成洞庭湖區(qū)的嚴重洪水災害。治理洞庭湖的水患宜以渲泄為主，三口四水的洪水僅靠一個小口渲泄，若咽喉淤塞，僅靠修堤擋洪是無濟于事的，湖口的綜合治理已到了刻不容緩的地步。從宏觀整治來說，荊江和洞庭湖的湖水下泄，關(guān)鍵是受城陵磯至漢口河段的泄洪能力制約。目前，是上裁而下不裁，相當把荊江的防洪負擔部分地轉(zhuǎn)移到洞庭湖及城漢河段，所以應研究并盡快實施城陵磯以下至漢口河段的綜合整治工程。依據(jù)“泄蓄兼顧，以泄為主，上蓄下疏，標本兼治”的綜合治理方針，要解決城螺河段洪水來量大與河道泄洪能力不足的矛盾，大幅度降低城陵磯水位，必須實施牌洲裁彎并輔之以城陵磯～螺山～界牌河段清淤疏浚、削磯擴卡及部分險段的筑堤護岸，保證行洪暢通。

　　3 、牌洲裁彎對防洪影響的水文分析3.1  城漢河段概況和牌洲裁彎方案簡介長江城陵磯至漢口河段上接荊江和洞庭湖入?yún)R，流經(jīng)湖南岳陽、臨湘、湖北監(jiān)利、洪湖、嘉魚、漢陽、武昌、武漢等市縣，全長235.6km，除牌洲灣河段是“s”形彎道外，其余多為順直河段，江面開闊，但兩岸多山丘、石嘴，磯頭對峙，下距城陵磯約30km處有著名的界牌河段，北岸有長江最大支流漢江匯入，南岸有小支流陸水加入，是長江防洪的重要險段。河段內(nèi)地貌大致可分為沖積平原、河床洲灘、河流階地、丘陵和低山等5種類型，沖積平原主要分布于城陵磯至嘉魚左岸，嘉魚至金口兩岸。

　　依據(jù)1994年長程水道地形圖量測，蓮花塘～九江河段全長472.4km，共布設(shè)計算斷面107個，平均4.4km一個斷面。牌洲裁彎引河從老谷洲與大灣之間按河勢裁劃。老谷洲至大灣按現(xiàn)河長量算為51.4km，按裁后引河量測為11.0km，扣除兩段舊河軸心到水邊距離部分，實際開挖引河軸線長6.5km.牌洲裁彎實際縮短河長40.4km，裁彎比為7.9.牌洲裁彎后的計算，設(shè)想穩(wěn)定后舊河上段淤死，下段留為東荊河入江道。裁彎引河內(nèi)不布設(shè)計算斷面，其過水斷面設(shè)想已與上下游河道相適應。

　　3.2  牌洲裁彎對洞庭湖防洪影響的水文分析根據(jù)中國水利科學研究院等單位的研究，三峽水庫運行初期，城陵磯至螺山河段呈沖淤交替狀態(tài)，城陵磯站、螺山站水位在各級流量下基本不變�，F(xiàn)即假設(shè)三峽水庫運行后城螺河段的洪水位基本不變，應用定床不恒定流水力學差分解法模型來分析牌洲裁彎對城螺河段的防汛影響。選擇1983年6～10月蓮花塘流量和水位過程為典型，計算步長取△t=1d，資料以日均值代替，確定邊界條件，分別對現(xiàn)狀和牌洲裁彎后兩種情況進行計算，對比分析并整理成果如下。

　　3.2.1 相同蓮花塘流量過程條件下，牌洲裁彎對上下游水位的影響3.2.1.1 相同來水條件下，牌洲裁彎對上下游水位的影響牌洲裁彎后上游水位降低明顯，其降低程度自引河口向上游遞減。表3.1列出了彎道上游重要斷面水位降低計算成果。

　　在相同的來水情況下，牌洲裁彎對于下游水位的影響較小。裁彎對下游水位的影響主要是由于河道縮短，槽蓄減小及比降增加流速加大造成。以漢口斷面為例：1983年典型洪水牌洲裁彎前后水位差為-0.07～0.12m.通常在峰前裁彎后水位抬高，而峰后則水位降低，表明牌洲裁彎后洪水傳播加快。

　　3.2.1.2  牌洲裁彎對水面線的影響以t=48d（7月18日）最高水面線說明，該天蓮花塘流量達最大59300 m3/s，計算得現(xiàn)狀蓮花塘水位33.87m，牌洲裁彎后蓮花塘水位33.40m，降低水位0.47m，螺山降低水位0.59m，龍口降低水位0.78m，裁彎引河入口老谷洲降低0.97m.水面線與裁彎前比較明顯變陡。

　　3.2.1.3.牌洲裁彎前后蓮花塘～螺山水位落差的變化分析表明，牌洲裁彎前后蓮花塘～螺山水位落差有所增大，增大關(guān)系為：△Z增=0.296-0.0063Z蓮上式表明牌洲裁彎后蓮花塘～螺山水位差值，低水增加較多，而高水增加相對較少。

　　3.2.1.4 牌洲裁彎前后螺山水位流量關(guān)系的變化由計算成果分別點繪牌洲裁彎前后以日漲落率為參數(shù)的螺山斷面水位流量關(guān)系，其中螺山流量考慮支流頂托影響，支流頂托系數(shù)采用長江中下游防汛總指揮部辦公室1980年匯編的“長江中下游防汛基本資料《水情》”中刊布的成果。將裁彎后、前螺山水位流量關(guān)系相減，即得牌洲裁彎后螺山水位流量關(guān)系變化，可以得出：牌洲裁彎后螺山同水位過流能力明顯增大，增大的特點是水位越高漲率越大則增加越多，反之則相對增加較少。

　　3.2.2  相同蓮花塘水位過程條件下，牌洲裁彎對河道泄量和上下游水位的影響

　　3.2.2.1 相同蓮花塘水位條件下，牌洲裁彎對于河道泄量的影響計算結(jié)果表明，牌洲裁彎對于擴大彎道上游泄量起到了明顯的作用，相同蓮花塘水位過程（1983年）裁彎后可加大泄量1400～3200 立方米/s.經(jīng)分析，對于彎道上游同一斷面，裁彎后泄量增值與水位高低有關(guān)，斷面水位越高泄量增值越大。如蓮花塘斷面，25m水位裁彎后泄量增值約為1200立方米/s左右，而30m水位裁彎后泄量增值約為2500 立方米/s左右。點繪牌洲裁彎后蓮花塘泄量與水位相關(guān)圖，推知當蓮花塘水位達34.40m時，牌洲裁彎后可增加泄量3300 m3/s左右。

　　3.2.2.2  相同蓮花塘水位條件下，牌洲裁彎對比降的影響牌洲裁彎后由于河長縮短，彎道以上河段水面比降增大，對于相同的蓮花塘水位過程裁彎前后比較，一方面彎道上游泄量明顯增加，另一方面蓮花塘以下斷面水位亦有所變化。蓮花塘以下至引河入口，水位普遍降低，其規(guī)律是引河口水位降低最多，為0.39～0.74m，向上游則降低值遞減。由于這種水位降低是裁彎前后相同蓮花塘水位條件下的比較，因此它反映了裁彎后上游比降的增加。經(jīng)計算牌洲裁彎后上游比降絕對值增加0.003～0.0054‰，平均增加0.0042‰左右。