1 江湖流量分配的巨大变化
长江枝城至城陵矶段称为荆江。其中枝城到藕池口为上荆江，藕池口至城陵矶段为下荆江。在荆江有松滋口、太平口、藕池口、调弦口等四口通过分流河道(松滋河、虎渡河、藕池河、华容河)分泄江水入洞庭湖，与四水来量汇合，然后通过城陵矶再汇入长江。由于1959年调弦口建闸控制，此后实际只有三口入湖。由于洞庭湖特别是分流河道淤积，减缓了坡降，使口门段淤积，流速减缓，从而减小了其进口流量。另一方面，也是更主要的是荆江三个裁弯(1967年至1972年先后施实了中洲子、上车弯人工裁弯及发生了沙滩子自然裁弯)导致干流河床发生大量冲刷，吸走了部分原本进入三口的流量。两者结合起来，自50年代以来使三口入湖径流量大幅度减少，使荆江特别是下荆江径流量出现了相应的大幅度增加。导致了江湖关系发生了大幅度变化。
有关各站平均年径流量变化经消除水文系列波动和平差处理后的结果[1]，如表1。从表中看出如下几点：第一，1981～1994年进入三口的年径流量已由1951～1958年的1460亿m3,减少至697亿m3，即减少了763 亿m3，合减少52.6％。第二，其中藕池河则由1951～1958年的746亿m3，减少至1981～1994年的187亿m3，即减少了559亿m3，合减少了74.9％。第三，径流量减少，并不是自裁弯后开始。事实上从表中看出，1959～1966年较1951～1958年已减少了155亿m3。当然这种减少主要是藕池河造成，它减少了127亿，占全部减少的81.9％。下荆江径流量加大763亿m3，是很大的数，它相当于一条半黄河或一条半汉江的年水量。这个数字是消除水文系列波动和误差后的数值。否则如按实测值[2]则1981～1994年较1955～1966年监利年平均径流量加大940亿m3。
与径流量的变化相应，洪峰流量也发生了相应的变化，即三口河道洪峰流量减小, 荆江特别是下荆江洪峰流量加大。例如80年代较之50年代尽管枝城(或宜昌＋清江)年径流量与年最大流量相近，但监利80年代较之50年代年平均最大流量已由50年代的28798m3/s, 加大至38633m3/s, 即加大了9655m3/s[3]。
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表1 三口河道径流量与输沙量变化 |
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项目 |
时期 |
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三口 |
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枝 城 |
新江口 |
沙道观 |
弥陀市 |
新厂 |
管家铺 |
康家岗 |
监利 |
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平均 |
1951～1958 |
|
315 |
192 |
207 |
3782 |
661 |
85 |
3036 |
1460 |
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1959～1966 |
|
320 |
157 |
209 |
3810 |
574 |
45 |
3191 |
1305 |
|||||||||||||
|
1967～1972 |
|
332 |
128 |
192 |
3844 |
378 |
23 |
3443 |
1053 |
|||||||||||||
|
1973～1980 |
|
325 |
105 |
161 |
3905 |
239 |
11 |
3655 |
841 |
|||||||||||||
|
1981～1994 |
|
295 |
82 |
133 |
3986 |
177 |
10 |
3799 |
697 |
|||||||||||||
|
1951～1994 |
4496 |
314 |
126 |
173 |
3883 |
376 |
32 |
3475 |
1021 |
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|
年 |
1951～1958 |
|
3435 |
1941 |
2081 |
44443 |
12706 |
1791 |
29946 |
21954 |
||||||||||||
|
1959～1966 |
|
3368 |
1801 |
2320 |
44411 |
10084 |
924 |
33403 |
18497 |
|||||||||||||
|
1967～1972 |
|
3389 |
1562 |
2050 |
44899 |
7437 |
566 |
36896 |
15004 |
|||||||||||||
|
1973～1980 |
|
3327 |
1251 |
1879 |
45443 |
4370 |
223 |
40850 |
11050 |
|||||||||||||
|
1981～1994 |
|
3597 |
1173 |
1775 |
45355 |
3306 |
192 |
41857 |
10043 |
|||||||||||||
|
1951～1994 |
51900 |
3448 |
1494 |
1986 |
44971 |
7004 |
672 |
37296 |
14604 |
|||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||
|
1951～1958 |
|
1.09 |
1.01 |
1.01 |
1.18 |
1.92 |
2.11 |
0.99 |
1.50 |
||||||||||||
|
1959～1966 |
|
1.05 |
1.15 |
1.11 |
1.17 |
1.76 |
2.05 |
1.05 |
1.42 |
|||||||||||||
|
1967～1972 |
|
1.02 |
1.22 |
1.07 |
1.17 |
1.97 |
2.46 |
1.07 |
1.42 |
|||||||||||||
|
1973～1980 |
|
1.02 |
1.19 |
1.17 |
1.16 |
1.83 |
2.03 |
1.12 |
1.31 |
|||||||||||||
|
1981～1994 |
|
1.13 |
1.43 |
1.33 |
1.14 |
1.87 |
1.92 |
1.10 |
1.44 |
|||||||||||||
|
1951～1994 |
1.15 |
1.10 |
1.19 |
1.15 |
1.16 |
1.85 |
2.10 |
1.07 |
1.43 |
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表2 监利站80年代较之50年代同频率流量加大值 (单位：m3/s) |
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时 间 |
最 大 |
1% |
5% |
10% |
50% |
最 小 |
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1954～1959年 |
35200 |
29400 |
23200 |
18800 |
7810 |
3140 |
|
1980～1987年 |
45700 |
37900 |
29200 |
26000 |
9080 |
3150 |
|
差 值 |
10520 |
8500 |
6000 |
7200 |
1270 |
10 |
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为了更明确地看出监利流量加大的总趋势，我们利用该站1954～1959年和1980～1987年日平均流量频率，其有关数据如表2[4]。从中可看出，1980～1987年较之1954～1959年最大流量加大10520m3/s，1％频率的流量(相当于每年出现3.65天)加大8500m3/s；10％频率的流量(相当于每年出现36.5 天)加大7200m3/s。
其实三口径流量减少远不是从50年代开始。例如，1937年四口实际径流量2276×108m3,占枝城43.1%[3,5]。如换算至枝城多年平均值时，则四口径流量为1936×108m3,即50年代已经减少476×108m3[3]。其次该年枝城洪峰流量66700m3/s,四口(三口再加调弦口)合计洪峰流量达35170m3/s, 占52.7%[3,5]，而大于下荆江的31530m3/s[3,5]。该年与1998年最大洪峰流量对比，四口减少洪峰流量17169m3/s[3]?。
正是由于所述江湖流量分配的这种巨大变化，使荆江径流加大和冲刷，城陵矶(莲花塘)至武汉河段淤积，三口分流河道衰退以至萎缩，进入洞庭湖的泥沙和淤积虽然减少，但是口门城陵矶水位却不断抬高，这些构成了长江中游出现的新的洪水形势，并且还会继续发展。
2 荆江冲刷及流量加大引起的水位变化
2．1 荆江冲刷
前面已经指出荆江裁弯后，最初由于坡降加大而冲刷。随着冲刷其径流相应加大，又出现流量加大而冲刷。在这两者作用下，导致了其河床长期冲刷。据荆江河床实验站实测结果[6,7]，上荆江(161km)，在裁弯前1957～1966年平均淤积0.088亿m3，合淤厚0.03m, 属平衡情况。与此同时下荆江(176km)冲1.338亿m3，合冲深0.35m。裁弯后1966～1991年，上荆江冲刷2.855亿m3，合冲深1.06m。下荆江冲刷3.848亿m3，合冲深1.24m。裁弯后上、下荆江合计共冲刷6.703亿m3。所述冲淤量中不包括三个裁弯引河冲刷量1.618亿m3，及三个老河淤积量6.215亿m3。实际上至1987年冲淤抵销，净冲刷1.8亿m3，合2.52亿t ,按21年计对荆江出口输沙量的影响，可以忽略。
需要指出的是，上述冲刷虽称为裁弯后的冲刷，但是与单一河道裁弯后的冲刷是不一样的。单一河道冲刷仅仅是调整裁弯后的坡降，上冲下淤，冲刷的范围较小，时间也较短。但是荆江不是单一河道，它与三口河道及洞庭湖成一个分汊河道。这种河道裁弯后的冲刷有两种机理[8]：一种是调整坡降的冲刷，正如单一河道一样；另一种是由于径流量扩大引起的扩大断面的冲刷。我们曾从理论上证明[8]了在荆江后一种冲刷是主要的。这正是裁弯后冲刷时间长、冲刷量大的原因。事实上，从冲刷部位看，在荆江裁弯的下段，即上车弯以下，也是冲刷的，平均冲深0.31m[6], 正好证明扩大断面的冲刷存在。否则如单一河道，该段就会出现淤积。径流量加大后扩大断面的冲刷例子可见汉江中游段1935年大水后1938年的地形图[9]，突出显示了洪水流量加大使河宽、洲滩尺寸加大到3～4倍的典型例子。
其次从最近几年上荆江水位降低情况看，扩大断面的冲刷仍未停止。1978年以后，陈家湾、沙市、郝穴水位仍有大幅度降低[2]，其幅度在0.65～1.30m之间。这说明80年代以后裁弯的影响仍存在，不是如有的文章中提到的裁弯影响已经结束。事实上，陈家湾、沙市、郝穴三站均是在1993年才达到最低值。当然确切地说，应该是裁弯触发荆江径流量加大引起的扩大断面冲刷，90年代仍然存在，并没有在80年代结束。
此外，需要强调的是从文献[7]和文献[6]看出，城陵矶至武汉河段淤积最严重的时间是1981年6月至1986年6月，即集中在两个人工裁弯和一个自然裁弯之后，可见这种淤积也不是裁弯后上冲下淤的结果，而是径流扩大，部分浑水直接下泄，引起含沙量加大所致，故而使下游的淤积远远滞后于裁弯后的冲刷。裁弯后荆江冲刷最集中在1966～1980年，全荆江共冲刷5.411亿m3[6],占1966～1991年总冲刷量6.397亿m3的84.6％。
2．2 流量加大及冲刷引起的水位变化
2．2．1 实测下荆江监利流量加大与水位抬高
前面已经提到目前荆江径流量及洪峰均有大幅度加大，必然引起水位的变化。而且对径流量加大很多的下荆江，流量加大引起的水位抬高，往往大于河床冲刷产生的水位降低，最后表现出水位抬高。特别是大流量尤其如此。前面已指出下荆江监利站1980～1988年最大流量平均值较之1952～1960年已由28978m3/s增大至38633m3/s，即加大了9655m3/s，或加大到1.33倍。此时相应的年最高水位平均值已由34.40m抬高至35.47m, 即抬高了1.07m[4]。
1998年监利最大流量46300m3/s较之1954年的36500m3/s加大了9800m3/s，相应的监利最高水位由1954年的36.57m抬高至38.31m, 即抬高了1.74m[3]。而且1998年枝城流量68600m3/s尚小于1954年(71900m3/s)3300m3/s[3]。
2．2．2 理论分析
下面我们从理论上做一简单分析，以说明流量加大与冲刷引起的水位变化的机理及量级。洪峰流量加大引起的水深加大，可分析如下。由曼宁公式及河相系数关系，当n、J、ξ不变时，河宽加大为
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B/B0 =(Q/Q1)6/11=1.336/11=1.168 |
(1) |
只要知道h0,B0则在河床不冲淤的条件下，水深的加大引起的水位抬高便可求出。
据荆江河床实验站资料，下荆江裁弯前当宜昌流量为30000m3/s时，河床尺寸为B'=1271m,h'=9.5m[10]。1966年宜昌流量30000m3/s时，监利流量为20560m3/s；宜昌流量50000m3/s时监利流量约32055m3/s[11]。后两者大体相当于它们的第二造床流量。因此在裁弯前监利流量由20560m3/s变至32055m3/s时，B0=1.566/11×1271m=1620m, h0=1.563/11×9.5m=10.73m。此值可近似认为裁弯前造床流量下的值。于是当流量加大9600m3/s 时，相应的河宽为B＝1892m, 水深为11.60m,面积扩大21947－17383＝4564m2, 故水深普遍加大。??
|
ΔH=[2(A-A0)]/(B+B0)=(2×4564)/(1620+1892)=2.60m |
(2) |
如果河床不冲不淤，显然此值也就是水位抬高ΔH2,ΔH2=ΔH。
另一方面，荆江特别是下荆江自50年代以来一直在冲刷，主要集中在裁弯以后。1966～1991年下荆江共冲刷3.848亿m3, 合1.26m[8]。而1959～1966年冲刷1.338亿m3, 考虑到当时河长约为250km, 河槽冲刷(未扣除崩岸)约占0.474, 槽宽1271m, 则平均冲深约0.20m, 故自1957～1991年下荆江平均冲深按1.46m估计。由于冲深沿河段不均匀，下段冲刷少，上段冲刷多，冲刷厚度沿程分布可概化成??
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ΔZ=0.75m+8.068×10-6 x |
(3) |
其中x为自莲花塘起算的距离(以m计)。当x=176000m,即至下荆江进口新厂处，按上式，ΔZ=2.17m。与莲花塘冲刷深度0.75m平均，恰为实测值1.46m, 可见(5)式能反映总的冲刷情况。现在的问题是冲刷后水深如何降低。由于只考虑流量不变时因冲刷引起的水位降低，故可以认为B不变，从曼宁公式等经推导并积分有[3]
|
|
(4) |
此处采用了冲刷后糙率加大约3％，即n/n0=1.03，并且按前述h0=10.73m；而ΔH1.0=J0x为冲刷前的落差。
按(4)式计算的因冲刷降低水位ΔH1如表3[3]所示，再考虑流量加大抬高水位ΔH2及两种影响引起的水位变化ΔH亦列入该表。从中看出除下荆江上段差别较大外，下段符合较好。并且在整个河段变化趋势是符合的，这证实了下荆江洪水位变化是由冲刷与洪峰流量加大引起的，并且我们估算的抬高值在其上段仍低于实际抬高。
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表3 下荆江洪峰加大与冲刷引起的洪水位变化 |
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位置 |
距莲花 |
冲刷 |
1966年 |
ΔH/ΔH1.0 |
推算由冲刷引 |
流量加大引起 |
估计的1998 |
1998年较 |
|
|
||||||||
|
莲花塘 |
0 |
0.75 |
0.00 |
|
0.75 |
2.60 |
+1.85 |
1.85 |
|
洪山头 |
61 |
1.24 |
2.03 |
0.791 |
0.42 |
2.60 |
+2.18 |
|
|
监 利 |
87 |
1.45 |
3.78 |
0.767 |
0.88 |
2.60 |
+1.72 |
1.74 |
|
调 关 |
115 |
1.68 |
6.05 |
0.745 |
1.54 |
2.60 |
+1.06 |
1.60 |
|
石 首 |
151 |
1.97 |
7.71 |
0.717 |
2.18 |
2.60 |
+0.42 |
1.05 |
|
新 厂 |
176 |
2.17 |
8.74 |
0.699 |
2.63 |
2.60 |
-0.03 |
|
|
|
||||||||
2.2.3 旁证成果
作为旁证，再引用两个资料，以说明上述观点的正确。长江水利委员会水文局据实测资料采用符合沿程各站水位、流量试算了水面线[11]得到：第一，当宜昌流量固定为50000m3/s时，下荆江流量由32005m3/s增至39290m3/s，加大7285m3/s,而且河底普遍冲深,故调关以下水位仍普遍抬高。其中石首水位未抬高的原因主要是因为下荆江因单纯冲刷引起的水位降低，是沿程增加的，而集中反映在其进口段(石首段)水位降低最多，故能抵销加大的水位抬高；其次它的水位还受与上荆江联结的影响。第二，下荆江水位抬高最大值在荆171断面即在荆江出口(莲花塘)上46km处。第三，监利水位抬高为1.25m，较表3估算的抬高值要小，主要是它的Q/Q0＝39290/32005＝1.23,要小于1.33。第四，从最大水位抬高沿程分布看出，此时不是莲花塘(城陵矶)水位顶托下荆江，主要是下荆江(下段)荆166－荆185(全长61km)流量加大影响莲花塘。
另一个资料是武汉水利电力大学王运辉等的研究结果[12,13]，他们分析了裁弯前后城陵矶(洞庭湖出口七里山)流量为20000m3/s及30000m3/s左右时，该处的水位及监利流量的变化。他的资料说明，裁弯前后同样城陵矶流量，遭遇监利的流量是不一样的，从而使同流量城陵矶水位抬高。当监利流量30000m3/s左右时，城陵矶水位抬高约2.1m,王运辉经过研究后认为其中1.1m系由泥沙淤积引起，而1.0m则是由于荆江流量加大对城陵矶顶托造成。
综合上述资料可以得出下述结果。由于下荆江流量大幅度增加在相同枝城流量下该段水位一般会有所抬高。而且这种抬高是大流量抬高多,小流量抬高少，以至不抬高，甚至降低。水位降低是从下荆江出口向上递增的。抬高的数值大体是当大流量时调关以致石首水位均有所抬高，监利抬高约1m～1.7m,而荆江出口抬高可能达到1.5m～1.8m。附带指出，以前有的研究者采用同流量的水位变化来衡量裁弯对荆江防洪的效果是不全面的，事实上裁弯后荆江包括下荆江同流量水位均是降低的，因此这种指标容易给人以假象，认为目前下荆江防洪较裁弯前安全。其次，还有的研究者用城陵矶(莲花塘)水位做参数来研究荆江特别是下荆江～水位流量关系的变化，而比较时是固定城陵矶水位为常数，这显然也是不合理的，因为下荆江水位抬高本身就包括了莲花塘，它们彼此是一致的，此时如硬将城陵矶(莲花塘)取50年代数值，则实际上等价于降低了其水位，则下荆江水位抬高就难以反映出。
3 城陵矶(莲花塘)至武汉河段淤积与水位抬高
3.1 莲花塘以下含沙量加大
表1可见，1981～1994年较50年代下荆江径流量加大763亿m3。这一部分水量在50年代是进入洞庭湖，将约75％的泥沙淤在洞庭湖后，出来的接近清水，且剩余泥沙很细。而现在这一部分是浑水由荆江直趋莲花塘以下。从而使以下河段含沙量加大。在表4中推算出由于径流量变化莲花塘含沙量加大的情况[3]。表中洞庭湖出口七里山输沙量为四水输沙量与三口输沙量之和乘以洞庭湖平均排沙比25％。其中四水输沙量采用多年平均值。如忽略短河段的冲淤(它较之多年输沙量而言，可以忽略)，则莲花塘及螺山的输沙量为监利输沙量与七里山输沙量之和。由于平均水量不变，故表中输沙量加大百分数就是含沙量加大百分数。从表中看出，1981～1994年较之1951～1958年莲花塘含沙量已加大了25％，而年输沙量则加大了8933×104t。而从该表螺山实测资料看，含沙量加大的百分数更大。
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表4 江湖关系改变导致螺山含沙量加大 |
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时 期 |
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推算莲花塘 |
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实测加大值 |
加大百分数 |
监利 |
四水 |
三口 |
七里山 |
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|
1951～1958年 |
0.571 |
100 |
29946 |
3414 |
21954 |
6342 |
0 |
||||
|
1959～1966年 |
0.656 |
115 |
33403 |
3414 |
18497 |
5478 |
7 |
||||
|
1967～1972年 |
0.686 |
120 |
36896 |
3414 |
15004 |
4604 |
14 |
||||
|
1973～1980年 |
0.738 |
129 |
40850 |
3414 |
11050 |
3616 |
23 |
||||
|
1981～1988年 |
0.760 |
133 |
|
|
|
|
|
||||
|
1981～1994年 |
|
|
41857 |
3414 |
10043 |
3364 |
25 |
||||
|
|
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3.2 莲花塘含沙量加大，破坏了原来的输沙量平衡，从而引起莲花塘至武汉河段淤积
3.2.1 据长江科学院在国家“七五”重点科技攻关已鉴定的成果中据地形图求得淤积量[14]，1959～1981年平滩水位以下淤积3.61×108m3。同时据长科院在三峡泥沙“九五” 攻关报告[15]中给出由地形法求出1981～1993年莲花塘至武汉段淤积2.63×108m3。综合起来1959～1993年莲花塘至武汉共淤积6.24×108m3。按河长246km, 河宽1600m，则河床平均抬高1.59m。
3.2.2 长江科学院在“七五”国家重点科技攻关研究中[4]，给出了莲花塘至武汉深泓线历年平均高程统计。从中看出，1959年平均高程为－3.58m,而至1986年增高为-1.11m,即抬高了2.47m。较之平均抬高1.59m要多抬高0.88m。
3.3 淤积引起的水位抬高
3.3.1 实测洪峰水位与流量关系 在图1中点绘了螺山水文站在荆江裁弯前1953～1966年洪峰流量的资料，同样在图2中点绘了1980年以后的资料。 从这两张图可看出，点子虽有一定分散，但是仍然有较明显的规律，除个别资料外，与平均线的误差一般不超过1m。比较这两个图中的曲线可知，在Q＝55000m3/s、60000m3/s、和65000m3/s时，80年代以后的水位较之裁弯前抬高了0.90m、1.14m、0.99m,即抬高1m左右。对于图1中的关系线，我们忽略了其中1954年洪峰资料，因为当时其下游发生了溃口，加大了螺山的流量。
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图1 1953～1966年螺山高水位时水位流量关系 |
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3.3.2 实测年水位流量关系线 我们还比较了螺山站1954年与1998年两年水位流量关系；该图的绘制人员考虑了螺山水文站1954年受溃口的影响。从该图可得到不同流量的水位抬高[3]。其趋势是流量愈小，抬高愈多，当流量为12500m3/s时，抬高2.3m； 当流量70000m3/s时，抬高0.30m；而流量在50000m3/s～65000m3/s时，抬高0.90～0.50m。
3.3.3 由平衡坡降关系推求 从下式[8]???
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Jk=47.3[(n2ξ0.4Ｓ0.678ω0.73 )/Ｑ１0.2] |
(5) |
可看出，当其它因素不变仅含沙量变化时，有??
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Jk= Jk.0(S1/S0)0.678 |
(6) |
其中Jk为平衡坡降，S为平均含沙量，加下标0表示含沙量未增加以前的，不加下标表示含沙量增加后的。这样当含沙量加大到125％时，Jk ＝1.16 J0。即加大16％。注意到50年代螺山至汉口落差5.52m， 莲花塘至汉口落差为6.40m,从而有螺山水位抬高约为0.88m, 莲花塘水位抬高约为1.02m。
3.3.4 淤积引起的水位抬高的理论分析 为了从理论上概略分析淤积引起的水位抬高，我们做了下述论证。类似前面的方法，由曼宁公式及流量连续方程，则有??
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J/ J0 = (n/ n0) 2(B/ B0)4/3(A0 /A)10/3 |
(7) |
此处采用面积而不是水深h,是因为我们仅有淤积面积资料而缺乏水深的资料。上式中加下标0表示淤积前的，不加下标表示积后的。由于莲花塘至汉口淤积较多，取淤后糙率为n=0.96n0, 而水位抬高引起的河宽增加为B＝1.02B0。
据实测资料淤积沿程分布大体是下段少，上段多。可设淤积面积ΔA由汉口向上线性增加，即
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ΔA＝kx |
式中k为常数。该段总淤积量为
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按前述资料莲花塘至汉口L0=246000m,W=6.24×108m3，则
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K=0.02062m |
于是汉口至其上x处某一断面的落差为
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(8) |
其中ΔH0(x)=J0(x)为50年代落差，A0是50年代该段平均过水面积36500m 2,当x取为螺山,则X=215000m,ΔA=4433m,由上式求出
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ΔH=1.176ΔH0 |
50年代该段ΔH0 =5.52m, 1998第六次洪峰则较之50年代水位抬高
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δ=ΔH-ΔH0 =ΔH0(1.176-1)=0.97m |
需要指出的是如淤积面积沿程为均匀分布, 则ΔA均为(624×108m3)/246000=2537m2, 则淤后落差为
?? ΔH(x)=Jx=0.946J0(1-ΔA/ A0)10/3x=0.96ΔH0(x)[1-(2537/36500)]-10/3=1.203ΔH0
则对于螺山δ=1.12m。另按A0沿程线性增加，据(8)式对莲花塘ΔA=5073m2,ΔH0=6.37m, 则得ΔH=1.217ΔH0，故δ=1.38m。
综上所述，从上述四个方面分析和估计，当流量在55000m3/s～60000m3/s左右时，由前面“1”、“2”的分析，螺山目前水位较50年代抬高在0.70～1.14m,而据“3”、“4”的分析由河床淤积引起的水位抬高在0.88～0.97m, 可见螺山水位抬高，淤积是主要的。
3.4 对莲花塘至武汉河段的淤积和水位抬高的其它研究成果
对莲花塘至武汉河段淤积及螺山水位抬高，其实早有一些成果。谢鉴衡院士曾从理论上论证了四口分流水沙减少，会导致城陵矶以下含沙量加大，河床淤高, 水位抬升，并给出了宜昌至武汉的水面坡降经验关系式[16,13]。当四口分流完全停止，城陵矶以下年输沙量将加大1.215×108t, 按他得到的宜昌至武汉水面坡降公式，如果汉口水位不变，可使莲花塘水位抬高1.28m。
中国水利水电科学研究院陆吉康、李小佩等点绘了螺山1954年、1996年、1998年水位流量关系[17]。经分析认为与1954年相比，1998年同流量水位要高出1.8～2.0m。如果1954年大于60000m3/s流量可能受下游溃决的影响，再扣除1998年绳套影响0.3m,则当60000m3/s流量时1998年水位高1.5m是可以相信的。
4 洞庭湖淤积减缓、水位变化及七里山水位抬高
4.1 洞庭湖淤积减缓
由于进入四口入湖泥沙量大幅度减少，加之洞庭湖淤积比(即淤积量占入湖沙量的百分数)多年来变化很小，从而使淤积明显减缓。按照江湖径流量变化的数据推算出洞庭湖淤积(包括三口河道及四水尾闾)减缓为：1959～1994年36年间共淤积44.2430×108t, 而如果按1951～1958年水平，则36年应淤积68.4936×108t, 可见，50年代以后洞庭湖减淤24.2506×108t, 平均每年减淤6736×104t。同样，按洞庭湖进出沙量平衡可推算出1961～1988年28年间共淤积35.6284×108t, 而如果按1951～1960年水平应淤52.7660×108t, 即减淤17.1376×108t, 平均每年减淤6121×104t, 比较实测与按径流量推算结果，尽管时间上有一些差别，但是不论年入湖沙量、年出湖沙量以及淤积量、相应时期年减淤量等都是颇为符合的。这说明洞庭湖的减淤完全由四口径流量减少导致入湖沙量减少所致。
4．2 城陵矶与湖尾落差减少
尽管控制松滋河、虎渡河以及藕池河中、西支、澧水和西洞庭湖出口的南咀水文站，目前属于湖区尾闾，由于淤积同流量水位不断抬高，后面将指出每年抬高约6cm, 但是它与七里山的落差不仅未随时间增加，反而逐年有所减少(图3)[18]。从图中看出，当七里山流量5000m3/s～15000m3/s时，南咀至七里山落差减少约2m。在图4[18]中还点绘了北景港至七里山落差与时间的关系，可见不论大小流量，落差均随时间而减小。平均而言，从1955年落差约为5.5m, 至1985年落差约为3m, 可见减少了约2.5m。
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图3 南咀至城陵矶间水位差随时间变化 |
图4 北景港至城陵矶水位差随时间变化 |
这两处的落差减小，代表了洞庭湖尾闾至湖口的情况。它表明目前较50年代，湖区坡降减缓、水流在湖内滞留的时间增长。这与一般水库湖泊情况是相反的[19]。本来洞庭湖淤积应该是抬高南咀、北景港的水位，随着时间的推移，它们至七里山的落差应该愈来愈大。现在恰好与一般规律相反的事实，说明七里山水位抬高是另有原因的。
4.3 城陵矶(七里山)流量减小和水位抬高
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根据前面介绍目前较之50年代入湖径流量及洪峰流量均有很大幅度减小，相应的出湖流量也随着减小。而且如果追溯至30年代，减少更多。在图5中绘出了自1930年以来七里山流量及水位变化过程[3]。其中为了简化起见，仅给出了年最大流量大于30000 m3/s的资料；因为流量太小，七里山受(长江)顶托明显，流量与水位关系差别大。从图中和表中看出明显的趋势：洪峰流量大幅度减小，相应的水位逐渐抬高。按趋势看，最大流量大约减少10000 m3/s以上。进一步按30年代8年最大流量平均为42000 m3/s，而80年代9年平均为25700 m3/s，即减少16300 m3/s。 |
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而水位抬高更为明显，例如以流量35000 m3/s～37000 m3/s左右计，七里山30年代水位约为31.75m, 1952年约为32.78m，1968年为33.79m, 1998年为35.94m。可见从30年代算起，抬高了4.19m, 从1952年算起抬高了3.16m, 从1968算起抬高了2.15m。这些数字表明七里山水位抬高每年约6cm左右，而且各时期抬高速度颇为稳定。
七里山流量减少，完全由四口河道径流量减小所致。事实上是七里山1951～1960年10年平均径流量3441×108m3,而到1980～1989年9年时间年径流量减少为2650×108m3,即减少了791×108m3,此值与表1中列出的三口分流河道已减少763×108m3是一致的。
而七里山水位抬高原因主要是荆江出口莲花塘水位抬高引起。由于两处相距较近，水位几乎同步抬升。其次由于流量减小，出口口门段淤积，也有一些作用。根据长科院研究[20]，在洞庭湖出口段，南津港－岳阳北门渡口－城陵矶(城陵矶)约10km的范围，1952～1990年共淤积2320×104m3, 相当于淤积厚度1.49m。至于洞庭湖下段东洞庭湖淤积引起水位抬高后，对七里山水位抬高也可能有一些影响，但作用应该很小，因为前面已经提到七里山水位抬高已快于东洞庭湖尾闾北景港和西洞庭湖出口南咀，这说明它的抬高主要不是湖区淤积引起的。
4．4 七里山水位抬高的其它成果
关于七里山水位抬高，一些单位的研究工作者，从不同角度已陆续有一些成果，显示了水位抬高的现象。上面则是从江湖关系整体变化提出了它的流量减少和水位抬高的根据，以及水位抬高的主次原因。
4．4．1 武汉水利电力大学王运辉等分析了裁弯前后七里山水位抬高[12]。王运辉得到当七里山流量29444m3/s，裁弯前水位为31.34m, 遭遇监利流量为19029m3/s，裁弯后在几乎同样流量(30400 m3/s)下，遭遇监利流量28359m3/s，加大9330m3/s，七里山水位抬高1.98m。他经过进一步研究，认为七里山同流量水位抬高系洞庭湖及其出口泥沙淤积和下荆江顶托引起，两者的作用各占一半。
4．4．2 段文忠用历年最高水位相关与相应流量相关，分析了七里山水位流量关系[21,13]，发现1979年以后当流量15000～30000 m3/s时，水位抬高约1.7m。
4．4．3 长江科学院(曾静贤等)在文献[22]中绘出的七里山站历年最高水位与相应流量关系表明，80年代较之50～60年代同流量水位抬高约2m。
4．4．4 根据前面提到的长江水利委员会水文局在文献[11]中的资料，1991年较之1966年当宜昌流量50000 m3/s时，下荆江流量加大了7285m3/s，监利水位抬高1.25m, 荆江出口水位抬高2.00m。水面线是从符合荆江沿程各站水位流量时而确定的城陵矶(莲花塘)水位。由于七里山离荆江出口仅数公里，因出口抬高2.00m,则七里山水位抬高与2m差别将很小。
4．4．5 据“九五”三峡工程泥沙问题研究，下游专题第四子题长委会水文局研究成果[23,24]，七里山1989～1995年与1956～1966年比较，流量为10000m3/s时，水位抬高2.0m；20000m3/s时，抬高2.1m；30000m3/s时，抬高1m。
尽管上述这些研究对七里山水位抬高原因的分析存在差别，或者有所避开，但是对于抬高的事实都是承认的。并且彼此结果颇为相近。大都在1.5m～2m左右。
5 分流河道衰退及对防洪的影响
5．1 分流河道衰退以至萎缩
5．1．1 分流河道目前处于衰退阶段 自1860年与1870年藕池口与松滋口冲开后，四口分流荆江的格局从而形成。四口分流河道中以藕池河、松滋河最大，调弦河已于50年代建闸控制。在藕池河、松滋河发展的过程中共经历了三个阶段。第一阶段，由溃口漫流逐渐演变成具有固定河槽、且分流比逐渐发展增大。这是分流河道的发展阶段。第二阶段是分流比和分流河道相对稳定的阶段。当然由于它们是入湖三角洲上的河道，仍具有河长延伸、坡降减缓、河床和水位因淤积抬高而上翘等，以及在一定条件下摆动。目前分流河道支汊众多就是当时摆动所留下的。这种摆动使不少支汊自生自灭，有的在自灭过程中(支汊淤塞过程中)人为的堵塞也起了作用。这方面的典型例子可见藕池河于50年代堵塞的四条支汊，其东支注滋河入东洞庭湖时也有废弃支汊的遗迹。沱江在1935年以前为藕池河东支主流，已演变成目前分流比仅及7.4%的小汊，正是摆动的例子。第三阶段是分流比逐渐减少，河床淤塞，使分流河道处于衰退阶段。离洞庭湖愈近，河长愈短，淤积对口门影响愈快，天然状态下的衰退也愈快。其次，也是相当主要的，就是裁弯的位置愈靠近哪个口的下游，则裁弯后荆江水位降低对它的径流量减少的作用就愈大。这两方面的作用对藕池河影响都最大，故而藕池河是衰退最严重的，以至有明显的萎缩。分流河道第三阶段演变大体是本世纪30年代开始，首先由藕池河西支安乡河带头。其次，分流河道衰退还表现在不少支河断流时间延长，有的全年过水不足两个月，引起一些水环境恶化及血吸虫蔓延扩大的问题。这一点下面还要提到。
5．1．2 径流量减少是河道衰退以至萎缩的基本原因 前面已经指出，藕池河1959～1966平均径流量619亿m3，较1951～1958年的746亿m3减少了127亿m3，而1981～1994年径流量为187亿m3， 较1959～1966年又减少了432亿m3，较1951～1958又减少了559亿m3，剩下的仅占原径流量746亿m3的25.1%。可见无论从径流量减少的绝对值和相对值看，都是很大的。减少后的径流量，显然不能维持当时过746亿m3水的大小六条河道。特别是由于分流河道的水位上受荆江、下受洞庭湖的控制，流量减小后并不像单一河道一样水位有相应的降低，而往往是变化不大的，因此分流河道流量减少后，过水面积并未有相应的减少。事实上，按稳定河宽与造床流量的1/2次幂成正比，则减少后的径流量要求的河宽仅为原宽的50.1%，相应的过水面积仅为原有的35.5%。可见如果流量减小后水位没有相应的降低，其过水面积与河宽均有很大的富余，从而使流速与挟沙能力有大幅度减少，这正是淤积的先决条件。而来水含沙量是与荆江干流相应的并未有什么变化，这就造成含沙量明显大于挟沙能力，这正是淤积的另一原因。因此随着径流量减小，分流河道淤积比更大，致使它逐渐衰退以至萎缩。典型的例子为藕池河进口西支。30年代(1933～1937年)西支最大洪峰流量平均值达5500m3/s(4560m3/s～6810m3/s)[5],以后逐渐减弱，至1951～1956年最大流量平均值已降到2400m3/s(2010m3/s～2890m3/s)[5]。1998年特大洪水时最大洪峰流量仅592m3/s。
5.1.3 分流河道径流减少是由于分流河道本身淤积与荆江干流径流扩大造成 在自然条件下，分流河道径流量的减少，主要是由于河道淤积，河底及水位上翘引起的。而在荆江裁弯后，干流河道的冲刷与同流量水位降低，进一步触发和加速了三口分流比减少。因为干流冲深和水位降低与分流口门淤高和水位抬升作用是一致的。这就是为什么裁弯以后进入三口的分流比均进一步减小的原因。事实上从1937～1966年的30年内，四口年径流量减少631×108m3，占年径流量的1.3%；裁弯后1967～1980年的14年内，三口年径流量减少464×108m3，占年径流量的3.08%，明显大于裁弯前径流量的自然衰减。当然裁弯后径流量的衰减，也不完全是干流冲刷造成，同时还与分流河道淤积和水位抬高向上游传播有关，并且彼此相互影响。由此可见，三口分流河道淤积，引起其径流量减小和荆江干流因径流量扩大而冲刷，后者又导致分流河道径流量再减小[9]。而径流量再减小，反过来又促使分流河道继续淤积。如此循环下去，直至分流河道衰退、萎缩。其变化速度是逐渐减小的。不论是否裁弯，分流河道演变的第三阶段均是如此；只是裁弯触发了这种变化加速的进程。
5.2 分流河道衰退并未带来洪水威胁的减弱
单纯从进入分流河道的径流量与洪峰流量减少看，对荆南地区防洪似乎是有利的。其实不尽然，目前分流河道的洪水威胁并未减弱而是有所加剧[27]，这一点前面也陆续提到，此处再进一步予以说明。
5．2．1 由于分流河道具有三角洲上河道特性，本来它的河底就是不断淤积，水面不断抬高，并向上、下游发展。导致河床不断伸长，坡降不断减缓的特性，这种特性尤其表现在其中、下段。当分流河道处于衰退阶段，随着径流量减小，过水断面有富余，加之前面已提到它的水位上受荆江下受洞庭湖控制，往往没有相应的降低，这就使流速挟沙能力大幅度减小，从而使淤积比加大，淤积对洪水的影响并无缓解[24]。
例如，据实测资料统计和分析[25,23]，分流河道下段及尾闾淤积严重。在文献[25]给出了1955～1985年30年内三口河道淤积情况。从中看出，除松滋河西支外，各河淤积百分数均在16.2%～35.9%。从年平均淤积角度看，藕池河西支最大，年平均达13.8cm。而年平均达10cm上的有松滋河中支、东支(主要是沙道观河起作用)、藕池河中、西支及东支(北景港以上)。可见淤积是很严重的。不仅如此，随着径流量的减少，河道淤积百分数有较明显的增加[25,24]。从中看出藕池河1959～1966年淤积百分数为25.4%,1967～1972年为22.3％，1973～1980年为26.4％，1981～1996年为35.1％。当然从绝对淤积量看，随着进入沙量的减少淤积量有所缓解。
再如，三口河道尾闾段由淤积引起的水位抬高也是非常明显的。在文献[26，23]中给出了1956～1995年39年内，各河尾闾段同流量水位抬高。在大流量时，松滋河中支(自治局)抬高约1.5m,松虎合流(安乡站)抬高1.24m, 藕池河中支、西支(三岔河站或厂窖站)抬高1.93～0.7m,藕池河东支(北景港站)抬高1.60m, 藕池河沱江(茅草街站)抬高1.19～1.69m。可见年水位平均抬高一般均在4cm左右，是很可观的数值，已经达到目前黄河下游的水平。另据文献[6]给出控制西洞庭湖出口及松滋河、虎渡河、藕池河中、西支的南咀水文站、1955～1980年、水位抬高约1.48m(流量约10500m3/s), 平均每年抬高约6.2cm。控制松虎洪道的安乡水文站，1960～1980年水位抬高约1.25m[6](流量约4700 m3/s)，平均每年亦抬高6.2cm。澧水入西洞庭湖的石龟水文站，1964～1983年水位抬高1.8m[6](流量约10500m3/s)，平均每年抬高9.5cm。
5．2．2 分流河道本来由于河床和水位大幅度抬高，加之堤防线长面广(如南县至安乡一线有间距约5km的平行河道9条)，加高本已不堪负担。径流进一步减少，导致河道萎缩，水位继续抬高，真是雪上加霜，防洪形势愈来愈严峻。看来现在是考虑作者曾论证过的分汊河道并汊整治措施的时候了[27]！
参 考 文 献
[1] 韩其为, 何明民。三口分流径流量变化对荆江与洞庭湖防洪的影响。 第三届海峡两岸水利科技交流研讨会论文集(上册). 1997.7.28～30, 北京, 中国水利水电科学研究院, 台湾大学、美华水利学会, 109～121页。
[2] 三峡工程泥沙专家组工作组：长江中游宜昌至城陵矶河段查勘报告。1996.1.
[3] 韩其为。长江中游防洪形势的变化——再论江湖关系变化导致出现新的防洪形势。中国水利水电科学研究院院报，第3卷第2期，1999.6.1-26页。
[4] 长江中游1998年洪水位超过历史最高值原因的分析。中国水利水电科学院院报, 第2卷第2期, 1998.10,17-31页。
[5] 湖南省水利水电厅。洞庭湖水文气象统计分析。1989年。
[6] 长江水利委员会水文局。三峡水利枢纽下游河段演变分析，“七五”国家重点科技攻关(编号75－16－01)，长江三峡工程泥沙与航运关键技术研究专题研究报告集(下册)。武汉工业大学出版社，973－1030页。
[7] 长江科学院。中国水利水电科学研究院，长江水利委员会水文局，“八五”国家重点科技攻关(编号85－16－02－03)，三峡工程下游河道演变及重点河段整治研究专题报告，长江科学院印，1995.12，40－41页。
[8] 何明民，韩其为，王崇浩。荆江裁弯后河床长期冲刷的机理研究。第三届海峡两岸水利科技交流研讨会论文集(下册)。1997年7月28日，北京，中国水利水电科学研究院、台湾大学、美华水利学会，854－867页。
[9] 韩其为，童中均。丹江口水库下游汉江河床演变特点及其机理。丹江口水库下游河床演变论文集，1982年3月，17－39页。
[10] 韩其为，何明民。从裁弯后荆江断面调整看三峡水库修建后横断面变化，“三峡水利枢纽工程应用基础研究”(第二卷), 地质出版社，1997年12月，53－65页。
[11] 水利部长江水利委员会水文局。三峡水利枢纽水文泥沙勘测——沿程水面线变化观测成果，1996年6月。
[12] 王运辉, 赵英林。洞庭湖洪水组成特性及调洪能力分析, 武汉水利电力大学。1994年2月。
[13] 武汉水利电力学院(王明甫, 段文忠). 三峡建坝前后荆江河势及江湖关系研究综合报告, “‘七五’国家重点科技攻关长江三峡工程泥沙与航运关键技术研究, 专题研究报告集(下册)”, 武汉工业大学出版社, 1993年9月，940-972页。
[14] 欧阳履泰, 黄煜龄， 罗敏逊, 卢金友, 吴中贻。三峡水利枢纽下游河道冲刷对防洪航运影响研究, “七五”国家重点科技攻关, “长江三峡工程泥沙与航运关键技术研究, 专题研究报告集”(下册). 武汉工业大学出版社, 1993年9月, 796～895页。
[15] 长江科学院, 中国水利水电科学研究院， 长江水利委员会水文局。三峡水库运用不同时段拦沙泄水对下游河道冲淤与河势影响及对策研究, 1997年12月。
[16] 谢鉴衡。洞庭湖演变与长江中游河流纵剖面的调整。三峡建坝前后荆江河势演变及江湖关系研究报告(“七五”国家重点科技攻关16-01-05的子题报告), 武汉水利电力大学, 1990年9月, 69-84页。
[17] 陆吉康,李小佩,李羽中,何少苓。关于1998年长江洪水。 中国水利水电科学研究院学报，第2卷第2期 ，1998年51－65页。
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