论三峡工程建成后长江城汉河段的综合整治(1)(3)

3  牌洲裁弯对防洪影响的水文分析

3.1  城汉河段概况和牌洲裁弯方案简介

长江城陵矶至汉口河段上接荆江和洞庭湖入汇，流经湖南岳阳、临湘、湖北监利、洪湖、嘉鱼、汉阳、武昌、武汉等市县，全长235.6km，除牌洲湾河段是“s”形弯道外，其余多为顺直河段，江面开阔，但两岸多山丘、石嘴，矶头对峙，下距城陵矶约30km处有著名的界牌河段，北岸有长江最大支流汉江汇入，南岸有小支流陆水加入，是长江防洪的重要险段。河段内地貌大致可分为冲积平原、河床洲滩、河流阶地、丘陵和低山等5种类型，冲积平原主要分布于城陵矶至嘉鱼左岸，嘉鱼至金口两岸。

依据1994年长程水道地形图量测，莲花塘～九江河段全长472.4km，共布设计算断面107个，平均4.4km一个断面。牌洲裁弯引河从老谷洲与大湾之间按河势裁划。老谷洲至大湾按现河长量算为51.4km，按裁后引河量测为11.0km,扣除两段旧河轴心到水边距离部分，实际开挖引河轴线长6.5km。牌洲裁弯实际缩短河长40.4km，裁弯比为7.9。

牌洲裁弯后的计算，设想稳定后旧河上段淤死，下段留为东荆河入江道。裁弯引河内不布设计算断面，其过水断面设想已与上下游河道相适应。

3.2  牌洲裁弯对洞庭湖防洪影响的水文分析

根据中国水利科学研究院等单位的研究，三峡水库运行初期，城陵矶至螺山河段呈冲淤交替状态，城陵矶站、螺山站水位在各级流量下基本不变。现即假设三峡水库运行后城螺河段的洪水位基本不变，应用定床不恒定流水力学差分解法模型来分析牌洲裁弯对城螺河段的防汛影响。选择1983年6～10月莲花塘流量和水位过程为典型，计算步长取△t=1d，资料以日均值代替，确定边界条件，分别对现状和牌洲裁弯后两种情况进行计算，对比分析并整理成果如下。

3.2.1 相同莲花塘流量过程条件下，牌洲裁弯对上下游水位的影响

3.2.1.1 相同来水条件下，牌洲裁弯对上下游水位的影响

牌洲裁弯后上游水位降低明显，其降低程度自引河口向上游递减。表3.1列出了弯道上游重要断面水位降低计算成果。

表3.1   牌洲裁弯降低上游弯道水位计算成果表

注：1.上边界条件莲花塘1983年流量范围为24500～59300m³/s。

2.断面位置见附图。

在相同的来水情况下，牌洲裁弯对于下游水位的影响较小。裁弯对下游水位的影响主要是由于河道缩短，槽蓄减小及比降增加流速加大造成。以汉口断面为例：1983年典型洪水牌洲裁弯前后水位差为-0.07～0.12m。通常在峰前裁弯后水位抬高，而峰后则水位降低，表明牌洲裁弯后洪水传播加快。

3.2.1.2  牌洲裁弯对水面线的影响

以t=48d（7月18日）最高水面线说明，该天莲花塘流量达最大59300 m³/s，计算得现状莲花塘水位33.87m，牌洲裁弯后莲花塘水位33.40m，降低水位0.47m，螺山降低水位0.59m,龙口降低水位0.78m，裁弯引河入口老谷洲降低0.97m。水面线与裁弯前比较明显变陡。

3.2.1.3.牌洲裁弯前后莲花塘～螺山水位落差的变化

分析表明，牌洲裁弯前后莲花塘～螺山水位落差有所增大，增大关系为：

△Z_增=0.296-0.0063Z_莲

上式表明牌洲裁弯后莲花塘～螺山水位差值，低水增加较多，而高水增加相对较少。

3.2.1.4 牌洲裁弯前后螺山水位流量关系的变化

由计算成果分别点绘牌洲裁弯前后以日涨落率为参数的螺山断面水位流量关系，其中螺山流量考虑支流顶托影响，支流顶托系数采用长江中下游防汛总指挥部办公室1980年汇编的“长江中下游防汛基本资料《水情》”中刊布的成果。将裁弯后、前螺山水位流量关系相减，即得牌洲裁弯后螺山水位流量关系变化，可以得出：牌洲裁弯后螺山同水位过流能力明显增大，增大的特点是水位越高涨率越大则增加越多，反之则相对增加较少。

3.2.2  相同莲花塘水位过程条件下，牌洲裁弯对河道泄量和上下游水位的影响

3.2.2.1 相同莲花塘水位条件下，牌洲裁弯对于河道泄量的影响

计算结果表明，牌洲裁弯对于扩大弯道上游泄量起到了明显的作用，相同莲花塘水位过程（1983年）裁弯后可加大泄量1400～3200 m³/s。经分析，对于弯道上游同一断面，裁弯后泄量增值与水位高低有关，断面水位越高泄量增值越大。如莲花塘断面，25m水位裁弯后泄量增值约为1200 m³/s左右，而30m水位裁弯后泄量增值约为2500 m³/s左右。点绘牌洲裁弯后莲花塘泄量与水位相关图，推知当莲花塘水位达34.40m时，牌洲裁弯后可增加泄量3300 m³/s左右。

3.2.2.2  相同莲花塘水位条件下，牌洲裁弯对比降的影响

牌洲裁弯后由于河长缩短，弯道以上河段水面比降增大，对于相同的莲花塘水位过程裁弯前后比较，一方面弯道上游泄量明显增加，另一方面莲花塘以下断面水位亦有所变化。莲花塘以下至引河入口，水位普遍降低，其规律是引河口水位降低最多，为0.39～0.74m，向上游则降低值递减。由于这种水位降低是裁弯前后相同莲花塘水位条件下的比较，因此它反映了裁弯后上游比降的增加。经计算牌洲裁弯后上游比降绝对值增加0.003～0.0054‰，平均增加0.0042‰左右，详见表3.2。

表3.2  牌洲裁弯后上游水面比降增值分析表

注：计算条件为裁弯前后相同莲花塘水位过程，典型为1983年6～10月实际过程。

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