汉江中下游皇庄站年最低水位变化及成因分析

罗兴 魏猛

摘要：近年来汉江中下游多次出现特枯低水位，为探究其原因，分析了1950～2022年汉江中下游干流皇庄站年最低水位变化趋势，并分析了断面、流量、含沙量等引起年最低水位变化的影响因素。结果表明：1950～2022年，皇庄站年最低水位呈明显波动下降趋势。皇庄站历年年最低水位的最高值出现在1954年的1月，为43.59 m；最低值出现在2022年的10月，为38.47 m；多年平均值为41.29 m。 最高值与最低值之间变幅为5.12 m。河段的持续冲刷下切是影响皇庄站年最低水位变化的最显著因素；受上游水库群的调蓄及河段内丁坝等航道整治工程影响，皇庄站过水断面持续冲刷下切，导致皇庄站年最低水位变化。

关键词：年最低水位；河床下切；皇庄站；汉江中下游

中图法分类号：TV697 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.02.001

文章编号：1006-0081（2024）02-0006-05

0 引 言

2022年长江流域梅雨期开始偏早、梅雨量偏少，叠加高温影响，长江干流多站水位为有实测记录以来历史同期最低。长江中下游发生流域性干旱，位于汉江中下游干流的皇庄站在2022年10月底出现历史最低水位。持续走低的河道水位给沿河城镇居民用水及河湖生态保护、航道整治工作带来长远影响。皇庄站水情是汉江流域水旱灾害防御及航道开发的重要控制指标，对汉江中下游经济社会发展具有重要的意义。因此，有必要对皇庄站河段的低水位变化进行成因分析。

本文分析了汉江中下游干流皇庄站1950～2022年的年最低水位变化趋势，分析了断面、流量、泥沙等引起年最低水位变化的影响因素。本文分析采用的水文资料均来源于长江水利委员会水文局，所有资料已通过年度审查及汇编刊印，真实可靠。

1 测站概况

皇庄站始建于1932年，位于湖北省荆门市钟祥市郢中街道朝宗桥社区居委会，为监测汉江下游水情的基本站。测验河段顺直，长约5 km。测验断面呈复式河床，主要由细沙组成，冲淤变化大，主泓偏左。低水位时主槽宽约400 m，中高水位时主槽宽约600 m。断面上、下游约3 km各有一大弯道，上游约50 m处右岸有丁坝（顶高40.80 m）。水位在48.50 m 时右岸开始漫滩，滩地宽约800 m，为农田。该站水位-流量关系受洪水涨落和断面冲淤综合影响。皇庄站位置见图1。

2 最低水位年际变化

收集皇庄站1950～2022年（其中缺失1952，1958，1959，1964，1968，1973年）总计67 a最低水位资料进行统计分析，整理成果见表1。由表1可知，皇庄站历年最低水位出现时间存在一定规律。比较集中的时期主要在每年的1～3月及12月，出现频率大致均匀，2月出现频率占比稍大，达到近20%。皇庄站年最低水位年际变化趋势见图2。由图2可知：年最低水位的最高值出现在1954年的1月，为43.59 m；最低值出现在2022年的10月，为38.47 m；多年平均值为41.29 m。最高与最低值之间变幅为5.12 m（表2）。

由图2分析可知：皇庄站年最低水位呈锯齿型波动逐年下降趋势，其中1974，1977，2022年呈断崖式下降，降幅超1 m。

3 相关要素年际变化

3.1 大断面

套绘皇庄站历年大断面资料，对比趋势见图3。建站以来，该断面河床左右两岸受堤防限制，岸坡河床基本稳定，近右岸滩地略有冲刷，冲淤变化不大，图中的两岸堤防位置改变，因测验断面迁移变化所致。主河槽冲淤变化较大，1995～2000年河床断面中部的主河槽发生大面积冲刷，主泓右移。2000～2005年又淤积回1995年前的状态，近左岸的深泓部分河底高程逐年呈锯齿状变化，总体河势平稳，河床呈逐年冲刷下切态势^］。

分析分析皇庄站大断面的水位面积关系变化（图4），因河床持续冲刷下切态势的发展，皇庄站水位面积关系逐渐右偏，2010年比1983年警戒水位下的断面面积增大约500 m，2022年比2015年增大了890 m，同水位下的面积越来越大。尤以2015～2022年中低水部分最明显，40.00 m水位对应的断面面积增幅达72%（表3）。

3.2 流 量

将皇庄站1951～2022年的年最小流量、年最低水位和年平均流量进行统计分析，见图5～6。年平均流量呈锯齿状波动減小趋势，整体降幅约为-62.4 m/（s·10 a）；年最小流量却呈变动增加趋势，增幅约为32.0 m/（s·10 a）。

从图5可知：在1970年之前，皇庄站年最小流量与年最低水位相关性较强，且变化幅度保持一致，充分说明皇庄站在1969年之前的低水水位与流量、断面面积的关系较为稳定；1970～2013年，皇庄站年最小流量与年最低水位变化趋势仍保持一致，但变幅不一致，年最低水位在波动下降，年最小流量基本保持波动平衡状态，表明断面下切影响开始显现；2014年丹江口水库大坝加高后至今，年最小流量与年最低水位变化趋势也不一致，表明断面下切影响在增加。

从图6可知：年平均流量的减小，代表该站历年径流量整体呈减少趋势，波动幅度逐年放缓。1983年年平均流量2 990 m/s，达历年最高；1990年年平均流量657 m/s，为历年最低。从时间轴上看，1969年前，皇庄站年平均流量与年最低水位变化幅度基本保持一致，而1970年后年平均流量的下降幅度逐年放缓，变化幅度明显小于年最低水位。

套绘皇庄站历年水位-流量关系图，见图7。从图7可知，该站的水位-流量关系呈明显的右移趋势，每年右移幅度不等。流量为1 000 m/s时的水位从1983年的42.00 m下降至2022年的40.30 m，下降幅度近2 m。水位-流量关系的右移，预示着同等的下泄生态流量下，皇庄站断面水位会发生逐年下降的变化趋势。

3.3 年平均含沙量

收集皇庄站1951～2022年悬移质年平均含沙量、历年输沙量进行分析，见图8～9。可发现：皇庄站年平均含沙量和年输沙量均呈逐年波动减小的明显趋势，尤其是1969年以后，清水下泄直接导致历年平均含沙量大幅下滑，降至1.0 kg/m以下，此后仍然呈波动下降趋势，幅度放缓，约0.12 kg/（m·10 a）。断面年平均含沙量的減小表明上游来沙减少，进一步导致断面遭遇冲刷下切。

3.4 其他因素

选取皇庄站上下10 km范围内1985～2022年卫星影像图进行对比，见图10。河段整体河势较为稳定，岸坡相对固定。2011年卫星图显示大量丁坝群开始出现，该航道整治工程使整个河段主河槽进一步冲深。除主槽外，河道断面形状整体受到控制，不易发生大的冲淤变化。丁坝坝头高程约41 m，坝体高2～3 m，宽5 m左右，且较为密集地分布于皇庄站上下游。断面上下游的洲滩在上游水库群调蓄及河段内丁坝作用影响下，逐年趋于稳定。

汉江通常以丹江口水库以上为上游，丹江口水库至钟祥碾盘山水利枢纽之间为中游，碾盘山水利枢纽以下为下游。汉江中下游梯级开发工程包括丹江口、王甫洲、新集、崔家营、雅口、碾盘山及兴隆等7个梯级水利枢纽工程。其中，丹江口水利枢纽、王甫洲水利枢纽、崔家营航电枢纽、雅口航运枢纽及兴隆水利枢纽已经建成并投入运用，新集水利枢纽、碾盘山水利枢纽正在建设中。梯级开发工程改变了汉江中下游水文特征，使下游地区年内和年际水量发生颠覆性变化。丹江口水库建库后，上游来沙98%左右都淤积在丹江口水库库内，清水下泄致使汉江中游河床发生严重冲刷，而中下游泥沙主要来自丹江口水库以下干流河床冲刷与唐白河、南河等支流入汇，年输沙量大幅度减少，泥沙组成也逐渐粗化，王甫洲水利枢纽和崔家营航电枢纽建库后对泥沙分布的影响很小。因此，汉江中下游梯级水利工程的开发对皇庄站年最低水位下切影响较为明显。

4 最低水位变化原因分析

综合上述相关要素年际变化分析结果来看，对年最低水位变化影响最为显著的因素应为断面的冲刷变化。受皇庄站断面上游丹江口水库等的清水下泄影响，以及丁坝本身阻水效应及其配套护岸、护底等航道整治工程的修建，河段底部糙率增加，皇庄站断面主槽主要表现为逐年持续冲深、河床粗化，尤其是近10 a来的主槽冲深幅度较大，断面的大幅下切致使同流量级水位下降明显，导致皇庄站年最低水位呈整体波动下降趋势。

皇庄站悬移质年平均含沙量和年输沙量呈明显的波动下降趋势，与历年最低水位发展态势一致，尤其是1970年后呈断崖式下降。这充分表明皇庄站上游水利工程清水下泄致使来沙急剧减少，进一步导致皇庄站所在河段泥沙组成粗化和主槽断面冲刷；年平均流量呈小幅波动减小趋势，表明皇庄站年际来水整体呈减小态势。值得一提的是，与年最低水位对应的年最小流量却是呈波动缓慢增大态势，表明并非因断面流量的减小导致水位降低，反而是因为水位面积关系曲线的右移引起水位-流量关系随之右偏。

5 结 论

通过对皇庄站1950～2022年的年最低水位及其影响因素进行分析，得到以下初步结论：

（1） 皇庄站1950～2022年的年最低水位呈明显波动下降趋势。

（2） 受上游水库群的调蓄及河段内丁坝等航道整治工程影响，皇庄站过水断面持续冲刷下切，这是影响皇庄站年最低水位变化最显著的因素。2012～2022年下切幅度较大，致使枯水同流量下的水位下降明显，并导致皇庄站年最低水位整体波动下降。

（3） 其他方面如降水量、水温、断面流量，对皇庄站年最低水位的年际变化影响有限。

参考文献：

［1］ 宋萌勃，陈吉琴，张晓健.汉口站1961～2000年最低水位变化及原因分析［J］.长江工程职业技术学院学报，2011，28（4）：19-20，23.

［2］ 陈宏旭，方思和.对韩江潮安站出现最低水位的情况分析［J］.企业科技与发展，2010（16）：181-182.

［3］ 陈立，许文盛，何小花，等.三峡蓄水后宜昌断面枯水位下降趋势及应对策略分析［J］.水运工程，2006（5）：59-64，73.

［4］ 杨成刚，李思璇，董炳江，等.三峡水库运用后长江中下游枯水位变化成因研究［J］.泥沙研究，2021，46（5）：34-40.

［5］ 郭玉法，鲍庆煜，杜勇.2006年8～9月长江南京段枯水位分析［J］.江苏水利，2007（10）：21，23.

［6］ 朱玲玲，杨霞，许全喜.上荆江枯水位对河床冲刷及水库调度的综合响应［J］.地理学报，2017，72（7）：1184-1194.

［7］ 杨国录，向浩，余明辉，等.长江中下游枯水位与河床冲淤变化［J］.武汉大学学报（工学版），2009，42（1）：64-68.

［8］ 刘琦俊，刘小东.赣江南昌河段枯水位变化规律探讨［J］.江西水利科技，2010，36（1）：51-55.

［9］ 陈界仁，刘涵心，吕婷婷.赣江尾闾河道枯水位变化与成因分析［J］.水电能源科学，2016，34（10）：28-31.

［10］ 閆金波，牛兰花.长江宜昌站同流量枯水位变化阶段特征及作用机制［J］.人民长江，2022，53（12）：75-82.

［11］ 牛兰花，陈子寒，史常乐.宜昌至杨家脑河段滩槽演变对宜昌枯水位的影响［J］.人民长江，2018，49（16）：1-6.

［12］ 丁兵，姚仕明，渠庚.长江中下游干流河道洪中枯水位统筹治理探讨［J］.长江技术经济，2023，7（1）：16-22.

［13］ 许斌，邹大胜，刘雁翼，等.1950～2022年鄱阳湖汛期最低水位演变分析［J］.水利水电快报，2023，44（2）：8-11.

（编辑：江 文）

Change and cause analysis of annual lowest water level of Huangzhuang

Station in middle and lower reaches of Hanjiang RiverLUO Xing，WEI Meng

（Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey，Bureau of Hydrology of Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430012，China）

Abstract： In recent years，the low water level of middle and lower reaches of Hanjiang River had appeared for many times. In order to study and analyze the potential causes，we analyzed the trend of annual lowest water level change of Huangzhuang Station from 1950 to 2022.The influencing factors of annual lowest water level change，such as section，discharge and sediment were analyzed. The results showed that during the period from 1950 to 2022，the annual lowest water level of Huangzhuang Station showed an obvious trend of fluctuation and decreased.The highest value of annual lowest water level in Huangzhuang Station appeared in January 1954，with a value of 43.59 m. The lowest value occurred in October 2022，with a value of 38.47 m. The average annual value was 41.29 m. The variation between the highest and lowest values was 5.12 m. Continuous erosion down-cutting of river reaches was the most significant factor affecting the variation of annual lowest water level at Huangzhuang Station. Affected by the regulation and storage of upstream reservoirs and the channel improvement projects such as the groin dam in the river reach，the crossing section of Huangzhuang Station continued to erode and cut，resulting in the decreasing of annual lowest water level of Huangzhuang Station．

Key words： annual lowest water level；riverbed down-cutting；Huangzhuang Station；middle and lower reaches of Hanjiang River