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长江城陵矶
长江城陵矶-螺山河段水位抬高及原因分析
段文忠，郑亚慧，刘建军
（武汉大学水沙科学教育部重点实验室）
摘要：
长江城螺河段水位80年代以来较50〜60年代明显抬高，一般枯水位抬高1.20〜1.50m,
高水位抬高0.50〜0.76m;城陵矶水位在受到顶托时抬高可达1.80m以上。
本文依据40年来
荆江及洞庭湖间水量、沙量等实测资料对这一问题进行了全面分析，分析结果表明，发生这种变
化的原因主要是下荆江裁弯后加速了三口的萎缩，江湖关系与下荆江岀口河势发生变化所致。
这
一分析成果可为制定长江防洪规划提供科学依据。
关键词：
水位；防洪；江湖关系；长江城螺河段
收稿日期：
2000-01-05
基金项目：
作者简介：
国家自然科学基金重大项目和水利部资助课题（59890200）;国土资源部科技项目（99208）.
段文忠（1939-），男，湖南武冈人，教授，主要从事水力学及河流动力学基本理论研究。
长江城螺河段为长江中游城陵矶-螺山河段，全长30.7km.1998年长江发生继1954年以来又一次全流域大洪水，在洪峰流量小于1954年的情况下，洪水位超过1954年最高洪水位1.70〜1.80m形成了洪湖大堤和洞庭湖区堤防十分危急的局面，引起了有关单位和科研工作者的关注。
本文依据实测资料对这一问题
进行全面分析。
1城螺河段水位变化
1.1城陵矶站水位变化经点绘城陵矶（七里山）站历年日平均最高水位与相应流量及该站历年最低水位与相应流量关系图⑴（见图1），可以看出自1980年以来,除个别年份（1992、1994年）因相应监利流量较小，不顶托城陵矶出流外，一般枯水位（流量小于3000nVs）较60年代以前抬高1.8〜1.20m；中、高水位时（流量为20000riVs〜40000riVs），水位抬高约2.5〜1.8m.
根据施修端等［2］采用水位流量单值化处理，即q=Q/（△Z）a，其中Z、Q为本站水位、流量，q为单值化流量，△Z为综合落差，且△Z=aAZi+bAZ2,a、b为考虑涨落水和回水影响系数，a为综合落差指数。
所得结果为：
在高、中、低水位时，城陵矶站水位流量、水位面积关系曲线均呈左移趋势，同流量下的水位均呈上升趋势，第五比第一时段分别上升0.51m、2.10m、1.44m,同水位泄洪能力均呈减小趋势，详见表1.由此可见上述两者分析结论是一致的。
表1城陵矶站水位流量关系变化统计
同流量水位变化
/m
同水位泄洪能力变化
（%）
时段
年份-
-时段划分
低水
中水
高水
低水
中水
高水
1
1956〜1966
+0.28
+0.33
+0.07
-7.7
-7.3
-1.4
裁弯前
2
1967〜1972
+0.26
+0.31
+0.09
-5.1
-7.2
-1.4
裁弯中
3
1973〜1980
+0.36
+0.43
+0.12
-18.0
-8.8
-2.1
裁弯后
4
1981〜1988
+0.54
+1.03
+0.11
-36.4
-17.9
-2.0
裁弯后
5
1988〜1995
裁弯后
累积
+1.44
+2.10
+0.51
-67.2
-41.2
-8.2
注：
同水位下泄洪能力增加为“+”，减小为“-”；同流量下水位抬升为“+”，降低为“-
1.2螺山站水位变化经点绘螺山
（二）断面历年日平均最高水位与相应流量及该站历年最低水位与相应流量关系图（见图2），可以看出枯水位时，80年代以后水位较50年代抬高约1.5m；高水位时螺山站水位流量关系受到河段涨落水、河床冲淤、下游水位顶托及上下游河道分流的影响，水位流量关系有些散乱，但自1988年以来，水位抬高趋势是明显的，具体数字难以确定。
为此对螺山站水位流量单值化处理后，采用a=0.5时，得出数值如表2.
表2螺山站同流量下的水位变化落差、水位：
m
20000/（m3/s）
30000/（m3/s）
40000/（m3/s）
50000/（m3/s）
时段
a
a
a
a
0.91.3
1.4
0.9
1.3
1.4
0.9
1.2
1.4
1.0
1.2
1.3
1957
与
-0.42-0.34
-0.31
-0.64
-0.54
-0.52
-0.81
-0.72
-0.70
-0.92
-0.86
-0.84
1954
1968
与
+0.46+0.59
+0.62
+0.14
+0.29
+0.31
-0.08
+0.04
+0.06
-0.21
-0.14
-0.11
1954
1973
与
+0.61+0.67
+0.69
+0.43
+0.51
+0.53
+0.28
+0.36
+0.38
+0.17
+0.23
+0.25
1954
1983
与
+1.36+1.54
+1.58
+0.95
+1.13
+1.17
+0.66
+0.81
+0.84
+0.50
+0.59
+0.63
1954
1996
与
+1.75+1.84
+1.86
+1.41
+1.59
+1.62
+1.05
+1.25
+1.30
+0.77
+0.92
+0.99
1954
1998
与
+1.37+1.50
+1.53
+1.05
+1.20
+1.23
+0.93
+0.93
+0.99
+0.64
+0.73
+0.76
1954
注
:
表内“+”
表示抬高，
表示降低＜
3
从表2看出，随着流量的增加水位抬升变化值逐渐减少，且水位的抬升变化
以1968、1983年最为显著。
2裁弯后的江湖关系变化
2.1三口分流分沙的变化长江中游荆江河段有松滋、太平、藕池三口分长江水沙入洞庭湖，1967〜1972年下荆江实施系统裁弯，河长缩短78km,江湖关系发生变化。
从以往资料分析及表3可以看出，荆江三口分流分沙在自然情况下有呈减少趋势，下荆江裁弯后三口分流分沙减少很多，特别是临近裁弯段的藕池口减少的比例最大。
1981〜1995年间与1956〜1966年间相比，在枝城来水接近，来
3
沙量减少11.9%的情况下，通过下荆江的年水量增加704亿m,沙量增加0.56亿t，分别较裁弯前增大22.4%及16.0%，通过新厂及监利的水量及沙量趋向平衡。
随着三口分流分沙的减少，由三口进入洞庭湖的水量每年减少658亿m,沙量减少1.00亿t，减轻了洞庭湖的淤积，对洞庭湖的防洪是有利的。
表3荆江及三口水沙量变化
河流
1956〜
1966
1967〜1972
1973〜1980
1981〜1995
水量/1o8m
沙量/106t
水量/108mi
沙量/106t
水量/108mi
沙量/106t
水量/108m
沙量/106t
松滋口
490
53.54
446
51.18
428
47.1
374
46
太平口
210
23.97
186
21.2
160
19.4
133
19
藕池口
652
118.42
391
76.96
247
44.3
187
32
三口合计
1352
195.93
1023
149.34
835
110.8
694
96
枝城
4523
563
4302
503
4441
513
4438
496
新厂
3880
450
3726
452
3885
468
4028
428
监利
3139
349
3358
355
3604
394
3843
405
2.2城陵矶及荆江汇合处水沙量的变化统计裁弯前后各时段荆江监利站、洞庭
湖出口城陵矶站的年来水来沙量，如表4.裁弯后它们的相对权重发生了变化，
城陵矶水量由裁弯前1956〜1966年的49.9%减少到裁弯后1981〜1995年的40.7%，含沙量变小，输沙量由14.6%减至6.9%;监利站水量则相应由50.1%增至59.3%，输沙量由85.4%增至93.1%.裁弯后的1981〜1995年较1956〜1966年进入城螺河段的沙量平均每年增加2640万t.裁弯后荆江出流量的加大，将造成荆江出流顶托城陵矶出流的机遇增多，强度加大。
表4监利、城陵矶两站水沙变化统计
时段
径流量/108m
相对权重（%）
输沙量/106t
相对权重（%）
含沙量/（kg/m3）
监利
城陵矶
监利
城陵矶
监利
城陵矶
监利
城陵矶
监利
城陵矶
螺山
1956〜
1966
3139
3126
50.1
49.9
349
59.6
85.4
14.6
1.02
0.193
0.663
1967〜
1972
3358
2982
53.0
47.0
355
52.5
87.1
12.9
1.07
0.178
0.686
1973〜
1980
3604
2789
56.4
43.6
394
38.4
91.1
8.8
1.12
0.139
0.730
1981〜
1995
3843
2634
59.3
40.7
405
30.2
93.1
6.9
1.05
0.115
0.665
2.3下荆江与洞庭湖出流相互顶托的变化规律经点绘以城陵矶流量为参数的监
利站水位流量关系及以监利站流量为参数的城陵矶水位流量关系并当采用幕函数拟合上述关系时，可建立在某一顶托流量下的城陵矶站水位流量关系及监利站水位流量关系，如表5.
表5水位流量关系
城陵矶站
Z〜Q关系式
监利站
Z〜Q关系式
顶托流量/（m3/s）
裁弯前
裁弯后
裁弯前
裁弯后
10000
Z=7.0295Q0.1415
Z=9.852Q0.1022
Z=8.3737Q0.1315
Z=10.585Q0.1121
20000
Z=6.6342Q0.1515
Z=9.2525Q0.1254
Z=9.978Q0.1287
Z=9.715Q0.1251
30000
Z=8.2493Q0.1285
Z=11.698Q0.1108
Z=12.2464Q0.0934
Z=9.9215Q0.1132
根据上述经验公式，可以求出不同监利流量下，城陵矶的流量与水位关系。
分析表明：
①在监利与城陵矶流量相同时，裁弯后城陵矶水位抬高0.60〜1.80m,绝大部分情况下约在1.0m或以上；②当监利流量较大（20000〜30000riVs）而城陵矶为中等流量（10000〜20000riVs）时，裁弯后水位抬高值大；③经分析，裁弯后监利洪峰流量加大近10000m/s，如设裁弯前后螺山流量均为50000希s时，若裁弯前城陵矶流量30000riVs，监利流量20000nVs，则城陵矶水位为31.54m；而裁弯后城陵矶流量20000riVs，监利流量30000nVs，而城陵矶水位为32.00m,即水位抬高0.46m.
2.4城陵矶站月平均水位流量变化表6统计了下荆江裁弯后不同时段城陵矶站月平均水位流量资料。
从表中可以看出，裁弯后1981〜1995年与裁弯前的1956〜1966年比较，尽管4〜12月月平均流量减少3.0%〜34.6%（1〜3月因四水来水量加大所致），平均减少18.5%,但水位普遍抬高约1.0m（5月因流量减少达34.6%,才使水位值降低）.6〜8月，月平均流量减少2075〜3303riT/s，水位反而抬高0.75〜1.07m.对资料进一步分析表明，裁弯后，枯季的同流量水位抬高约1.20〜1.50m（这主要是河床淤高所致），汛期同流量水位抬高约1.80m（这与河床淤积及荆江出流顶托有关），这将大大减少洞庭湖的调洪湖容，使洞庭湖区、特别是东洞庭湖区洪水位抬升。
表6城陵矶站月平均水位流量变化水位、流量：
mnVs
时段123456789101112年平均
1
水位18.98
18.93
20.15
22.4925.75
26.8229.3728.5127.8525.83
23.27
20.69
24.09
流量
2138
3097
5239
940715225
151821870915464139099890
6460
3470
9904
2
水位19.13
19.14
20.24
23.1126.22
26.9526.6728.0627.4526.54
23.65
20.76
24.27
流量
2202
2802
4677
943815000
141421984013905114209818
6140
3495
9448
3
水位19.51
19.61
20.29
22.8526.73
28.1330.0529.0028.4126.94
23.71
20.80
24.69
流量
2156
2963
4136
846615066
152431762513241108348705
5019
2259
8840
4
流量26624071616791299952131071600612161109567915491329268349
水位+1.68+1.99+2.00+1.67-0.07+0.98+1.07+0.75+0.89+1.23+0.89+1.04+1.20
4-1流量+524+974+928-278-5273-2075-2703-3303-2953-1975-1547-544-1555
注：
时段1、2、3、4分别表示为1956〜1966、1966〜1972、1973〜1980、1981〜1995.
3城螺河段河床纵剖面调整及河床演变
3.1河床淤积下荆江裁弯后，荆江河段比降加大，水流流速增大，河床发生溯源冲刷；同时，三口分流减小，荆江流量扩大，也造成河床冲刷，下荆江河道输沙量及含沙量分别增大14.9%与5.3%,使得荆江出口的城螺河段发生淤积［3］，见表7.
表7城螺河段河床冲淤量统计
置及长度
级/（m3/s）
1966.6〜
1976.6〜
1981.6〜
1986.6〜
1994.10〜
1966.6〜
1966.6〜
/km
1976.6
1981.6
1986.6
1994.10
1998.10
1986.10
1998.10
+0.284
-0.116
+0.306
-0.336
+0.016
+0.474
+0.154
5000
+0.71
-0.33
+0.92
-0.95
+0.05
+1.18
+0.46
城陵矶
10000
+0.432
-0.097
+0.282
-0.292
-0.058
+0.617
+0.267
至
螺山
+0.88
-0.23
+0.66
-0.73
-0.13
+1.26
+0.57
30.7km
20000
+0.619
-0.074
+0.184
-0.151
-0.246
+0.729
+0.332
+1.05
-0.13
+0.33
-0.30
-0.48
+1.24
+0.64
50000
+0.599
+0.044
+0.059
-0.014
-0.209
+0.702
+0.479
+0.83
+0.06
+0.08
-0.02
-0.34
+0.98
+0.79
各时段冲淤量什淤-冲，io8m）
什淤-冲，m）
河段起止位
据分析，该河段裁弯前属微淤河段（因无可比的地形资料，缺乏该时段冲淤量），而裁弯后的1966〜1976年及1981〜1986年两时段淤积量很大，与水位抬升的时段也相适应。
综合来看，1998年较1966年枯水河床淤高0.5m；高水河床淤高0.8m，使得过水断面面积减小，行洪水位抬高。
3.2河床纵剖面调整下荆江裁弯后，进入城螺河段的输沙量及含沙量增大，来水来沙条件的变化，必然要造成河床的再造床过程，河床纵比降进行调整。
由平衡纵坡降关系式[4]：
（1）
0.730.420.73/m0.73/m0.730.2
J=gEn/k（SwQ）
式中：
Q为平滩流量；S为相应流量的含沙量；w为悬沙中床沙质的沉降速度；n为河段糙率；E为河相关系数；g为重力加速度；k为挟沙力系数；m为挟沙力公式中的指数。
裁弯前后，仅考虑本河段含沙量明显增加及床沙质粒径变粗，将上式简化为：
（2）
Jk=Jk0（S1/S0）w1/w0
其中Jk为平衡坡降，加下标0表示未增加以前的，不加下标表示含沙量增加后的。
这样当含沙量加大到110.4%，床沙质粒径变粗，沉降速度增大10.7%，Jk=1.15Jk0。
由于50年代螺山-汉口落差为5.52m，莲花塘-汉口落差为6.40m,从而螺山水位抬高约为0.87m,莲花塘水位抬高约为1.01m.
3.3河床演变城陵矶水位抬高还与洞庭湖区变化、汇流口河床演变及城螺河段卡口壅水等有关。
洞庭湖区泥沙淤积与围垦使其面积、容积减小，1995年比1954年分别减少1292km2与101亿m,减少幅度分别达33%与38%并抬高水位，增加比降，相应于干流的调蓄作用减小，加快加大螺山流量，使其水位抬高。
自1975年后，江湖汇流口由南向北平移约1000m荆江出口段与洞庭湖出口段的深泓线交汇点下移，原交汇处冲刷坑高程由1966年6月的黄海-10m淤为1987年
的-6m,两股水流交角由小于60°变为接近90°。
下荆江出口河势变化，河弯水流强度加大，横比降增大，荆江顶托洞庭湖出流加强，造成洞庭湖出流不畅，致使其水位抬高。
4结论
（1）80年代以来，城陵矶及螺山站水位抬高，与50〜60年代比较，一般枯
水抬高1.2〜1.5m,高水抬高0.5〜0.76m；而城陵矶在水位顶托时，抬高可达1.80m以上；
改变了江湖关系，城螺河段发生淤积，顶托洞庭湖出流机遇增多，强度加大，
[J]。
泥沙研究，1993，
（1）.
（2）下荆江裁弯后，加速了三口萎缩，同时荆江出流增大及下荆江出口河势变化，造成城陵矶、螺山河段水位抬高。
参考文献：
[1]段文忠。
下荆江裁弯与城陵矶水位抬高的关系
[2]施修端，夏薇，杨彬。
城陵矶水位流量关系及水沙变化分析[R]。
长江水利委员会水文局，1997，12.
[3]张景泰。
长江城陵矶至汉口河段冲淤计算分析[R]。
长江水利委员会水文局，1989，10.
[4]韩其为。
江湖流量分配变化导致长江中游新的洪水形势[J]。
泥沙研究，1999，（5）.
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