Water regime variation of the middle and low reaches of Yangtze River during the water storage period of Three Gorges Reservoir and its countermeasures
Wang Jun, Cheng Haiyun
Abstract: Three Gorges Reservoir passed the test of normal water storage in August 2009 at the water level of 175meter, which indicates that Three Gorges Reservoir enters the stage of normal operation to fulfill the comprehensive benefit of flood control, power generation and ship transportation. After the operation with normal water storage of Three Gorges Reservoir, the water regime of the middle and low reaches of Yangtze River changes, which would bring some secondary effects. CombiNIng with the testing water storage condition of Three Gorges Reservoir in 2009, it analyzes the reason of extreme low water level of the middle and low reaches of Yangtze River during the water storage period of Three Gorges Reservoir, and reveals the water regime variation rules of the middle and low reaches of Yangtze River after the normal operation of Three Gorges Reservoir. It also preliminarily discusses the countermeasures to reduce the effect of Three Gorges Reservoir to the middle and low reaches of Yangtze River.
Key words: three Gorges Reservoir; water storage; the middle and low reaches of Yangtze River; water regime; countermeasures
中图分类号：TV123 文献标识码：B 文章编号：1000-1123（2010）19-0015-03
一、三峡水库蓄水运用原则及近年蓄水情况
三峡水库正常蓄水位175 m，汛期防洪限制水位145 m，枯季消落最低水位155 m，相应防洪库容221.5 亿m3。按照国务院批准的三峡试验性蓄水期现行调度方案（《三峡水库优化调度方案》，2009 年10 月）：汛末水库兴利蓄水时间不早于9 月15 日；蓄水期水库水位实行分段控制，9 月25日水位不超过153 m，9 月30 日水位控制在156～158 m 之间，10 月底可蓄至汛后最高水位；蓄水期控制坝前水位上升速度，逐步减小下泄流量，10月下旬蓄水期间，一般情况水库下泄流量不小于6 500 m3/s。
2003 年三峡工程进入围堰发电期, 汛期按135 m 水位运行，枯季按139 m 水位运行。2006 年汛后三峡工程进入初期运行期，汛后水位抬升至156 m，汛期按144～145 m 运行。2008年汛后，三峡水库开始实施试验性蓄水，9 月28 日开始蓄水，11 月10 日库水位最高蓄至172.80 m。2009 年汛后，三峡水库从9 月15 日继续试验性蓄水，起蓄水位146.25 m，10 月1日水位蓄至157.93 m，11 月1 日水位蓄至170.98 m，11 月24 日水位蓄至最高171.41 m，相应库容距水库蓄满差35.6 亿m3。其中：9 月中下旬（15—30 日）共拦蓄水量68 亿m3，平均拦蓄流量4 920 m3/s；10 月上旬拦蓄水量43 亿m3，平均拦蓄流量4 980 m3/s；中旬拦蓄水量47 亿m3，平均拦蓄流量5 400 m3/s；下旬拦蓄水量15 亿m3，平均拦蓄流量1 600 m3/s；11 月水库基本上维持进出平衡。由于2009 年蓄水期间遭遇洞庭湖、鄱阳湖水系(以下简称“两湖”水系)严重枯水，为缓解长江中下游枯水态势，10 月19 日14 时起实施了应急蓄水调度，逐步加大三峡水库下泄流量，10 月19 日加大至8 000 m3/s，24 日加大至9 000 m3/s，27日再次加大至9 500 m3/s。与正常蓄水计划相比，10 月应急加大下泄水量约36 亿m3。
二、2009 年三峡蓄水期长江中下游低水位成因
2009 年9 月以后，受多方面因素综合影响，洞庭湖、鄱阳湖出现较历史同期平均水位偏低4～5 m 的枯水水情，湘江、赣江等江河中下游出现了历史最低水位，对部分群众生活、生产用水和湖区渔业、航运、生态环境等造成一定影响。以下简要分析长江中下游干流（以洞庭湖出口城陵矶站、鄱阳湖出口湖口站为代表）、洞庭湖湖区（以湘阴、鹿角站为代表）、洞庭湖水系（以湘江湘潭站、长沙站为代表）出现异常低水位的成因。
1.水情概况
2009 年三峡水库试验性蓄水期间，长江流域降雨和来水量较多年同期均偏少。其中，洞庭湖、鄱阳湖水系明显偏少。
（1）降雨
9 月，长江流域降雨量偏少30%。其中，长江上游偏少，长江中下游明显偏少；洞庭湖水系偏少近60%，鄱阳湖水系偏少近50%。10 月，长江流域降水量偏少近40%。其中，上游偏少近30%，中下游偏少50%；两湖水系及长江下游干流偏少50%～80%。
（2）径流
9 月以后，长江上游来水持续偏少。其中，9 月偏少20%多，10 月、11 月均偏少近40%。洞庭湖四水合成流量9—11月偏少50%～60%；鄱阳湖五河合成流量9、10 月偏少50%，11 月偏少20%。
（3）水位
由于洞庭湖、鄱阳湖水系来水量明显偏少，长江干流水位也偏低，致使洞庭湖、鄱阳湖两湖出口站水位明显偏低。其中，城陵矶站10 月平均水位偏低4.5 m，10 月20 日出现月最低水位21.61 m，为历史同期倒数第5 位，但比多年年最低水位均值（18.69m）高2.92 m；湖口水位10 月平均水位偏低5.0 m，10 月29 日最低出现8.59 m，为历史同期倒数第2 位，但比历年年最低水位的均值（7.04 m）高1.55 m。
9 月中旬以后，两湖水系来水严重偏少，湘江、赣江下游水位持续消退，其中10 月湘江湘潭来水与历史同期相比偏少50%，长沙月平均水位与历史同期相比偏低3.62 m，月内长沙水位迭创历史新低（历史年最低水位25.15 m，2007 年12 月14 日），分别为：25.05 m（10 月6 日）、25.01 m（10月23 日）、24.87 m （10 月31 日），11月再创新低（24.80 m，11 月26 日）。赣江外洲10 月来水也偏少50%，南昌月平均水位偏低3.64 m；南昌站水位11 月7 日退至12.83 m，比历史最低水位（13.27 m，2009 年1 月23 日）低0.44 m，创历史新低。
2.低水位成因分析
（1）长江中下游干流
为分析2009 年长江中下游干流水位偏低的原因，对干流水位进行了还原分析。假设三峡水库不蓄水，采用现行作业预报中使用的数学模型，将三峡水库入库流量过程直接演算至中下游，推求不受蓄水影响的天然状况水位过程。结果表明，由于上游及“两湖”水系来水明显偏少，导致干流水位偏低2～4 m （与正常情况相比）。其中，城陵矶站10 月、11 月平均水位分别偏低2.44 m、2.48 m，11 月中旬偏低达2.88 m；湖口站10 月、11 月平均水位分别偏低3.63 m、3.27 m，10月中旬偏低达3.89 m。由此可见，上游及“两湖”水系来水严重偏少，是导致中下游干流水位偏低的主要原因。
2009 年三峡水库蓄水期间，9 月中下旬至10 月中旬三峡水库平均拦蓄流量5 000 m3/s 左右，10 月下旬平均拦蓄流量1 600 m3/s。分析表明，三峡水库拦蓄水量导致干流水位的降低幅度为2 m 左右。其中，城陵矶站10 月水位平均降低2.08 m，10 月中旬平均降低2.42 m；湖口站10 月水位平均降低1.34 m，10 月中旬平均降低1.51 m。因此，三峡水库蓄水也是中下游干流水位偏低的重要原因。
三峡水库蓄水后，长江中下游水沙关系发生了明显变化。近期荆江河道持续冲刷，特别是枯水河床冲刷，导致沙市水文站1991—2006 年流量达到5 000 m3/s 时水位下降约1 m 左右。其中， 2003—2006 年下降约0.4m。螺山站2000 年以来中低水位流量关系变幅较小，年际水位流量线虽然有所摆动，但无趋势性变化。螺山以下河段汉口、大通等水文站，因距三峡较远，目前水位流量关系均未见系统性变化。因此，长江中下游河道冲刷下切，特别是螺山以上河段有所下切也是近年干流枯季水位降低的因素之一。
应该指出的是，由于在还原分析时已考虑了河道下切等下垫面因素的变化，因此，还原分析成果已基本包括了河道下切因素对干流水位的影响。
（2）湘江下游干流
河道断面水位流量关系主要受两大因素制约：断面几何条件和水力因素（水面比降）。一般而言，中高水位时，断面水位流量关系主要受水力因素影响；而低水位时，主要受断面条件控制。从点绘的湘潭站近20 年低水部分的水位流量关系线可以看出，20 世纪90 年代以来（尤其是近10年），湘潭站水位流量关系轴线有明显右移趋势，综合反映了河道下切等断面因素的影响。在500～1 000 m3/s流量级时，同流量下水位下降幅度约1.7 m。1999 年以前湘潭站10 月多年平均水位29.76 m、平均流量960 m3/s，2009 年10 月湘潭流量约600 m3/s 左右、水位26.9 m 左右；按湘潭站水位流量关系查算，来水偏少导致湘潭站水位偏低幅度约0.9 m。来水偏少及河道变化累计影响约为2.6 m，由此推算，2009 年10 月湘潭站“理想水位”约为27.2 m，与实际水位26.9 m 仅相差0.3 m。因此，河床下切及来水偏少是造成2009 年10 月湘潭站水位异常偏低的根本原因。
分析还表明，长沙站水位主要受湘江上游来水影响，当城陵矶水位高于23 m 时，干流对长沙水位才有一定的顶托影响。据近年蓄水期资料分析,湘潭站500～600 m3/s 流量级、城陵矶水位24 m 左右时，城陵矶站水位每下降1 m，影响长沙站水位约0.2 m。从上节还原分析成果看，城陵矶站10 月份平均水位的还原值（天然情况）约为24.4m，因三峡水库蓄水平均降低城陵矶水位值为2.08 m，据此推断，三峡水库蓄水导致长沙水位偏低的影响量约为0.4m 左右。因此，长沙站水位异常偏低的原因，主要还是上游来水偏少及河道变化所致。因三峡水库蓄水导致长江干流偏低、进而影响长沙水位进一步走低，只是长沙站水位异常偏枯的原因之一，但其影响程度较为有限。
（3）洞庭湖湖区
三峡工程正常运行后，受三峡水库蓄水及清水下泄河道冲刷影响，干流水位下降，加之三口洪道淤积，将会减少三口洪道的分流作用。据近年资料分析，宜昌流量小于10 000 m3/s时，除松滋口西支（新江口站）不断流外，其他入湖水道基本断流。2009 年10 月上旬，随着三峡水库出库流量的进一步减小，除新江口站外，其余站基本断流。同时，由于干流水位的降低，也加大了洞庭湖的出湖流量。受上述两方面因素的共同影响，三峡水库蓄水对洞庭湖湖区水位有较大影响。
为揭示长江干流水位变化对洞庭湖区水位的影响，采用水动力学模型对不同上下游边界的组合条件进行仿真模拟，即：假定不同的城陵矶水位、不同的湘江流量，分别模拟湖区及支流尾闾的水位变化（由于洞庭湖区来水组成十分复杂，假定资水、沅江、澧水及湖区流量为2009 年实测来水）。综合分析表明：三峡水库蓄水对湖区水位的影响小于干流, 且沿湖区向支流尾闾依次减小，其影响量在2 m左右。以湘阴站（距城陵矶约100 km）、鹿角站（距城陵矶约40 km）为例，2009 年三峡水库蓄水对其水位的平均降低值约为1.4 m、2.0 m 左右。
三、三峡水库蓄水运用期长江中下游水文情势
9—10 月为三峡水库蓄水期，由于9 月长江上游来水量绝对量较大，因此蓄水期需供水矛盾主要集中在10 月。按照《三峡水库优化调度方案》，一般情况下（即长江上游和两湖水系来水基本正常），9月15—30 日三峡水库需蓄水约70亿m3，平均拦蓄能力约5 000 m3/s；10 月需蓄水约145 亿m3（按10 月底蓄满计算），平均拦蓄能力约5 400 m3/s。按此估算，蓄水期中游干流水位（以城陵矶为代表）较天然情况将平均降低2～3 m；11—12 月水位可基本恢复到天然状况；1—3月，由于三峡水库补水，可平均抬高水位0.6～0.8 m。
受蓄水期长江干流水位降低的影响，洞庭湖、鄱阳湖湖区以及汉江等支流下游水位也将相应地受到不同程度的影响，其影响量小于干流。一般情况下，三峡蓄水对洞庭湖区水位影响量为2m 左右，且沿湖区向支流尾闾依次减小；干流水位越低，对湖区支流尾闾水位的影响程度将逐步减小。在来水基本正常、但时间分配上出现流量前低后高等特殊情况时，也可能会出现由于控泄流量过低而导致水位降低过快的情况，实际影响量可能会更大些。
综上分析，三峡水库正常蓄水运用后，长江中下游水文情势将发生较大变化。具体表现为：中下游干流低水位出现时间提前，持续时间延长，年最低水位平均值略有抬高；三口洪道断流时间提前，断流天数增加；蓄水期间，长江中下游干流、“两湖”湖区及汉江等支流下游水位不同程度地受到三峡水库蓄水影响。由于三峡水库蓄水集中在9 月中下旬和10月，蓄水量达220 亿m3，蓄水对中下游干流10 月平均水位的影响量为2m 左右，即较天然情况偏低2 m 左右（以城陵矶为例）。在来水偏少的年份，因来水偏少导致的水位偏低与三峡水库蓄水影响相叠加，中下游干流低水位情势将会更为突出。随着长江中下游干流河道冲刷进程的进一步发展，尤其是螺山以下河道下切影响的逐步显现，三峡水库蓄水期对干流及湖区水位的综合影响将进一步加大。
四、对策与建议
1.全面认识三峡工程的地位和作用
三峡工程是治理开发和保护长江的关键性工程，其主要任务是防洪、发电、航运。随着流域经济社会的快速发展，以及新时期治江思路的不断深化和完善，三峡工程将被赋予改善生态环境等更多新要求。因此，按照科学发展观的要求，应全面审视和科学认识三峡工程的基本定位，合理运用好三峡水库，不仅发挥其巨大的防洪、发电和航运效益，同时也有效发挥其生态效益，使综合效益最大化。
2.进一步完善三峡水库调度方案
正常情况下，三峡水库蓄水与中下游用水矛盾并不十分突出。但当上下游来水都偏少时，必须统筹协调三峡水库蓄水与中下游用水矛盾，充分发挥三峡水库的综合效益。一方面，尽可能降低蓄水影响。目前阶段，应重点优化蓄水期各旬月下泄流量及使用条件（干流水位越低，对湖区水位的影响程度将逐步减小），尽可能降低蓄水对洞庭湖、鄱阳湖湖区水位影响。另一方面，由于下泄流量的提高，将可能影响水库蓄水，因此，在保障防洪安全的前提下，也应尽可能在9 月多蓄水。目前阶段，可重点研究进一步提前蓄水时间、提高9月底蓄水位限制值等问题。同时，应抓紧开展生态调度目标及量化指标研究，使三峡水库蓄水调度更加科学合理。
3.进一步加强水资源统一管理
三峡水库蓄水期，由于长江干流水位降低，“两湖”水系支流尾闾水位也受到一定程度的影响。一方面，应加强支流工程措施的可行性研究，提高当地用水保障水平；同时，也要加强干流与支流水量的统一调度，科学合理地利用水资源。例如，2009 年三峡水库蓄水期间，由于“两湖”水系来水明显偏少，湘赣沿线出现用水紧张局面，为此实施了应急调度，加大三峡水库下泄流量。本次应急调度对降低三峡水库蓄水对湖区的影响起到一定作用，但对缓解湘赣沿线用水紧张作用有限。以城陵矶为例，平均抬高水位0.34 m（10 月下旬—11 月上旬），最大抬高1.6 m（22.37 m，11 月4 日），对应影响长沙水位0.1 m 左右，与加大湘潭站流量100 m3/s 的效果基本相当。因此，必须根据受影响区域的影响程度及实际效果，从流域整体利益出发，统筹安排、科学调度水资源。三峡水库蓄水运用后，三口洪道断流时间将提前，断流天数将增加，可能会对沿岸生产、生活、生态等产生不利影响，应研究相应的综合措施（包括工程措施），以缓解当地各方面用水的供需矛盾。
4.研究影响并及早制定对策
三峡水库正常蓄水运用后，长江中下游水文情势将发生较大变化，干流低水位出现时间提前、持续时间延长等情况将成为常态，并可能产生一定的次生影响。因此，要深入研究这些次生影响及相应对策；同时，各级政府部门也要提早制定相应的应对措施，并进一步加强宣传引导。
参考文献：
[1] 葛守西.现代洪水预报技术[M].北京：中国水利水电出版社，2002.
[2] 林三益.水文预报[M].北京：中国水利水电出版社，2001.
作者简介：王俊（1958—），男，局长，教授级高级工程师。
