長江回水頂托對漢江興隆至漢川

瞿月平+黃勇+何志高+吳國君

摘 要：通過對漢江、長江口水位站的來水來沙資料的收集與分析，得出了長江不同時期水位變化情況對漢江來水、來沙過程的影響范圍及程度。為興隆至漢川段航道整治工程完善設計提供理論依據。

關鍵詞：長江 漢江 回水 頂托

漢江于武漢市的集家咀匯入長江，長江水位的高低直接影響到漢江下游河段的水動力條件。據歷史資料分析，長江水位對漢江頂托影響的范圍較長，一般年份均可影響到仙桃，最遠還可影響到岳口、澤口。影響的程度和范圍與漢口水位的高低和漢江來流量的大小直接相關。

漢江及長江漢口站來水情況

根據漢口水文站1954～2011年實測資料統計，多年最高水位為27.63m（1954年8月18日，黃海高程），最低水位為7.99m（1965年2月4日），多年平均水位為17.42m，多年月平均水位統計見表1。

表1 多年月平均水位統計表 水位：m（黃海高程）

注：表中水位統計年份自1972年至2011年。仙桃（二）為建庫前仙桃水位統計年份為1952年至1959年。

從漢川-漢口和仙桃-漢口月平均水位差來看，在不受頂托情況下，漢川漢口水位差在4.27～5.34m左右，平均比降為0.055～0.068‰，仙桃至漢口水位差在11.46～12.55m，0.073～0.08‰。

在4～5月，漢川河段受到弱頂托影響，頂托使得水位抬高在2m左右，此時頂托的主要原因在于漢口水位抬高速度大于漢江來水變化速度。6、8、9月漢川水位受到頂托作用最強，主要是漢口水位上漲較快，漢江來水比例相對減少，7月受頂托相對較小，主要原因為7月漢江來水處于最大月份，9、11月頂托則由于漢江退水速度快遠漢江，12月至翌年3月，漢川河段基本不受頂托。對于仙桃河段而言，受頂托的過程與漢川類似，只是受頂托的程度有所不同。

長江回水頂托影響范圍

長江回水頂托對漢江下游影響的程度和范圍與兩江來水情況密切相關，當長江出現洪峰而漢江未發生洪峰時，頂托范圍就大；如兩江同時出現洪峰，頂托的范圍就小。長江洪峰一般出現在七、八月份，丹江口水庫建庫前漢江洪峰也是在七、八月份出現較多，兩江洪峰經常遭遇。建庫后，由于水庫的控制運用，大流量多在九、十月份下泄，改變了兩江洪水遭遇的情況，因此，長江對漢江頂托的時間一般都發生在四月至十月。距河口53km的新溝和距河口78km的漢川，在長江汛期時，每年均存在一定時間的頂托情況；距河口157km的仙桃，在長江出現較大洪峰時，也會對其產生頂托；當長江特大洪峰時，長江水位最大頂托范圍可至澤口。漢川以上河段頂托影響最早發生在4月中旬，結束時間最遲在九月中下旬，不同位置頂托持續時間不一。

下圖1為假設受頂托河段比降統一為0.02‰情況下，漢江下游不同流量回水末端位置圖。

圖1 漢江下游不同流量下回水末端位置圖

圖2 不同流量下長江回水頂托影響范圍示意圖

由圖2可知，在不同頂托情況下，漢江不同來流其回水末端位置和受頂托程度均不同。

1、仙桃至漢川河段

漢川至仙桃河段全長79km，多年平均水位落差4.35m。圖2-3為漢口站不同水位時期仙桃站水位流量關系，從圖中可明顯看出，當漢口水位超過21.0m時，仙桃站水位流量出現明顯多值關系，這一現象說明，當漢口水位超過21.0m時，長江回水頂托影響的末端即越過仙桃站，延伸至仙桃上游河段。在長江漢口站水位處于16.0～21.0m區間時，長江回水末端區域漢川至仙桃河段。通過統計漢口站水位過程知，仙桃水文站在5～11月均受到長江回水頂托影響，但頂托較強烈的是在6月、8月和9月，6月受頂托強烈是因為漢江長江來流差距最大，漢江來水僅占長江漢口站流量的3.46%，此時長江水位已升至高位，但漢江來流較小，相對頂托作用強；8～9月頂托作用強則是因為長江水位此時處于最高位，其頂托影響距離遠。從仙桃漢口水位差值看，漢川至仙桃段自5月開始受到長江回水頂托影響，隨后隨著長江水位上漲，到6月頂托影響達到小水期最大，7月隨著漢江來水將增大，頂托影響程度有所減小，到8～9月，長江水位洪峰季節，回水末端延伸至仙桃上游，漢川至仙桃段全段受回水影響，10月開始，隨著長江水位的回落，長江回水影響范圍逐漸下移，至11月下旬至12月，回水末端移至漢川以下，12月至翌年3月，漢川至仙桃段不受長江回水頂托影響，4月份一般來說長江回水少數時間可達漢川以上，基本不對仙桃至漢川河段造成大的頂托影響。

圖3 不同漢口水位級下仙桃站水位流量關系圖

2、岳口至仙桃段

圖3顯示，當長江水位超過21.0m時，長江回水頂托影響就超過仙桃，開始影響仙桃以上河段。長江水位超過21.0m時段基本在7～9月的洪水期，此時漢江亦處于高水期，漢江在本身水面線較高情況下，長江回水影響距離相對較小。長江洪水時最高水位（24.0～27.0m）岳口站設計最低通航水位為24.76m，按照岳口與仙桃間水位相關關系分析，考慮到岳口與仙桃間自然落差在3～4m間，因此，長江高水對漢江的影響范圍最遠可達岳口河段。長江回水對仙桃至岳口河段的影響時間一般自7月始，9月長江開始退水時頂托回水末端隨之下移，進而移出仙桃至岳口河段。

3、興隆壩下至岳口河段

該河段由于距離河口距離遠，河床底高程較高，澤口站設計最低通航水位為27.35m，漢口水位升高引起的頂托作用較少，因此，該河段不計長江回水頂托影響。其河床變化僅受上游來水來沙及邊界條件影響。

長江回水頂托對來水過程影響

依據漢江及長江來水過程及時間的不同，漢江下游受長江頂托影響呈現復雜的多值關系。以漢川站為例，下圖4為漢川站的水位流量關系可見，受長江水位頂托影響，漢川站水位流量呈現較為明顯的多值關系，同流量下水位變化很大，如流量約800m3/s時，漢川站水位在19m～29m間變化，變幅達10m。endprint

圖4 漢川站的水位流量關系圖

這種現象的產生同長江汛期來水過程呈胖峰型、而漢江來水則更多呈尖峰型密切相關，當漢江出現較小流量，長江水位仍然較高，故而頂托明顯，小流量則對應高水位。

同時，漢江流量較大時，長江頂托相對較小，如漢江流量為9000m3/s時，長江水位對漢江漢川站的頂托作用幾近消失。

即長江對漢川站的頂托作用在漢江汛期小流量時頂托最為嚴重，隨著漢江汛期流量的加大頂托作用減弱，直至漢江大洪峰時頂托作用消弭。

統計1994～2009年資料顯示，長江一般在3月中下至4月開始進入漲水期，而漢江漲水一般在6月～7月，在4月至7月這段時間里，漢江流量變化不大，但長江水位持續上漲，從而影響漢川站水位在流量變化不大的情況下水位變化明顯，如在1999年的4月11日至5月4日，漢江流量在600m3/s附近窄幅變動，最小520m3/s，最大流量不超過670m3/s，但漢川水位卻從4月11日的18.41m漲至5月4日的21.78m。

長江洪水一般在8月下旬至9月開始回落，漢江洪峰消落開始時間與長江幾乎同步，但漢江洪峰消落時長明顯小于長江，在漢江已進入中低水時，長江水位仍未降到低位，此時 漢川水位仍受頂托影響，此影響一般持續至10月下旬。如1999年的9月24日，漢川流量已消落至530m3/s，但漢川水位卻仍高達25.17m，其原因是此時漢口水位為24.93m，仍處在較高水位，長江對漢江下游的水位頂托作用依然較強。

漢江枯水期流量穩定，比降變化主要受漢口水位頂托影響；中洪水期比降基本與流量變化同步，比降大小取決于漢江流量與漢口水位的對比關系。

由漢江流量與比降過程圖3-2可知，自漢江的枯季（12月～翌年3月），漢江流量變化不大，比降變化也不大，在長江未漲水前，漢川至漢口比降基本維持在0.05‰～0.08‰之間。當長江開始漲水，漢江繼續處在枯水期時（4月～5月），漢川至漢口比降急劇減小，比降僅有0.01‰～0.03‰。6月～9月，漢江和長江均進入漲水期和洪水期，如漢江無大的洪峰（1999年），則漢川至漢口比降長期在低比降值附近窄幅變化。當漢江出現較大洪峰（如2008年），則漢江比降隨著流量的增大而迅速增大，但漢江洪水消退后，比降也隨即變小。10～11月份，漢江比降的變化則較為復雜，在一般情況下漢江和長江在11月份均進入退水期或低水期，漢川至河口段比降開始增大。但在11月份，漢江和長江均可能發生秋季洪水，在長江發生秋季洪水時，漢川-漢口段比降減小，形成一個與長江對應的“V”型比降變化（2008年）；當漢江發生秋季洪水時，則此時漢川比降隨著秋汛的到來形成一個比降尖峰（2005年），在10至11月份易出現漢江的極大比降，漢川至漢口實測的最大三個比降時段即有2個出現在10～11月的洪峰中（1996年11月19日的0.096‰和2005年10月6日的0.099‰），之所以出現這種情況是因為此時長江水位已明顯回落，漢川-漢口段比降主要受漢江大流量影響。

圖5 漢江下游流量比降過程圖

長江回水對來沙過程影響

圖6為漢口不同水位時馬口灘某斷面水位、流量、流速之間關系，圖7為此斷面的流速斷面分布情況（圖形數據來自漢江下游馬口灘河工模型試驗研究定床試驗報告）。由圖可知：①在本河段不受長江回水頂托情況下，馬口灘段各級流量下斷面流速均在0.8m/s以上，參照本河段床沙粒徑在0.08～0.5mm，河段內大部分泥沙均是可以沖刷啟動的。②當漢口水位超過19.0m時（此時尾門水位為21.0m左右），則在馬口灘段順直過渡段斷面流速平面分布均化，流速在枯水流量下（800m3/s以下）小于0.6m/s，河段是處于全面淤積的，在中水流量下（800～1800m3/s）流速為0.5～0.9m/s，河段處于沖淤平衡。③當河段不受頂托影響時，河段主槽及兩邊流速有明顯差別，但當河段受到頂托后，斷面流速迅速均化，這反映了河道在受頂托較弱時，河道主槽沖刷明顯，但在河道受到頂托時，淤積則表現為全斷面的。④從不同受頂托程度流速變化趨勢來看，河道淤積主要發生在長江漲水而漢江流量較小的4～6月份，在7～8月份時，由于河道來流量大，斷面仍具有較大的流速，河道基本處于沖淤平衡，到9～11月份，長江漢江均處于退水期，不同的遭遇則反映河道不同的沖淤態勢，從而影響航道不同的通航條件。

圖6 各級流量下不同水位情況下斷面平均流速變化圖（馬口灘過渡段）

圖7 不同水位情況下斷面流速分布圖（馬口灘過渡段）

參考文獻：

[1] 瞿月平、程小兵等，復雜水沙條件下漢江下游長河段長低水歷時航道整治關鍵技術研究，2013.12

[2] 長江航道局.川江航道整治[M]. 北京：人民交通出版社.1997年.

[3] 中華人民共和國行業標準.航道整治工程技術規范（JTJ312-2003）.中華人民共和國交通運輸部發布，1999年.

[4] 張瑞瑾，謝鑒衡等.河流泥沙動力學[M].北京：水利電力出版社， 1989..

[5] 謝鑒衡，丁君松，王運輝.河床演變及整治[M].武漢：武漢水利電力學院， 1990.

[6] 常福田.航道整治[M].人民交通出版社，1995.

[7] 湖北省交通規劃設計院，漢江下游航道整治工程（興隆至漢川段）工程可行性研究報告，2006年8月

[8] 湖北省交通規劃設計院，漢江下游航道整治工程（興隆至漢川段）工程初步設計報告，2010年2月

[9] 長江水利委員會水文局&武漢大學，漢江下游航道整治工程（興隆至漢川段）一維水沙數學模型計算分析報告，2007年7月

[10] 交通運輸部天津水運工程科學研究所，漢江下游航道整治工程河工模型試驗研究（定床試驗報告），2011年1月

（第一、二、四作者單位：湖北省交通規劃設計院，第三作者單位：湖北省航道工程公司）endprint

圖4 漢川站的水位流量關系圖

這種現象的產生同長江汛期來水過程呈胖峰型、而漢江來水則更多呈尖峰型密切相關，當漢江出現較小流量，長江水位仍然較高，故而頂托明顯，小流量則對應高水位。

同時，漢江流量較大時，長江頂托相對較小，如漢江流量為9000m3/s時，長江水位對漢江漢川站的頂托作用幾近消失。

即長江對漢川站的頂托作用在漢江汛期小流量時頂托最為嚴重，隨著漢江汛期流量的加大頂托作用減弱，直至漢江大洪峰時頂托作用消弭。

統計1994～2009年資料顯示，長江一般在3月中下至4月開始進入漲水期，而漢江漲水一般在6月～7月，在4月至7月這段時間里，漢江流量變化不大，但長江水位持續上漲，從而影響漢川站水位在流量變化不大的情況下水位變化明顯，如在1999年的4月11日至5月4日，漢江流量在600m3/s附近窄幅變動，最小520m3/s，最大流量不超過670m3/s，但漢川水位卻從4月11日的18.41m漲至5月4日的21.78m。

長江洪水一般在8月下旬至9月開始回落，漢江洪峰消落開始時間與長江幾乎同步，但漢江洪峰消落時長明顯小于長江，在漢江已進入中低水時，長江水位仍未降到低位，此時 漢川水位仍受頂托影響，此影響一般持續至10月下旬。如1999年的9月24日，漢川流量已消落至530m3/s，但漢川水位卻仍高達25.17m，其原因是此時漢口水位為24.93m，仍處在較高水位，長江對漢江下游的水位頂托作用依然較強。

漢江枯水期流量穩定，比降變化主要受漢口水位頂托影響；中洪水期比降基本與流量變化同步，比降大小取決于漢江流量與漢口水位的對比關系。

由漢江流量與比降過程圖3-2可知，自漢江的枯季（12月～翌年3月），漢江流量變化不大，比降變化也不大，在長江未漲水前，漢川至漢口比降基本維持在0.05‰～0.08‰之間。當長江開始漲水，漢江繼續處在枯水期時（4月～5月），漢川至漢口比降急劇減小，比降僅有0.01‰～0.03‰。6月～9月，漢江和長江均進入漲水期和洪水期，如漢江無大的洪峰（1999年），則漢川至漢口比降長期在低比降值附近窄幅變化。當漢江出現較大洪峰（如2008年），則漢江比降隨著流量的增大而迅速增大，但漢江洪水消退后，比降也隨即變小。10～11月份，漢江比降的變化則較為復雜，在一般情況下漢江和長江在11月份均進入退水期或低水期，漢川至河口段比降開始增大。但在11月份，漢江和長江均可能發生秋季洪水，在長江發生秋季洪水時，漢川-漢口段比降減小，形成一個與長江對應的“V”型比降變化（2008年）；當漢江發生秋季洪水時，則此時漢川比降隨著秋汛的到來形成一個比降尖峰（2005年），在10至11月份易出現漢江的極大比降，漢川至漢口實測的最大三個比降時段即有2個出現在10～11月的洪峰中（1996年11月19日的0.096‰和2005年10月6日的0.099‰），之所以出現這種情況是因為此時長江水位已明顯回落，漢川-漢口段比降主要受漢江大流量影響。

圖5 漢江下游流量比降過程圖

長江回水對來沙過程影響

圖6為漢口不同水位時馬口灘某斷面水位、流量、流速之間關系，圖7為此斷面的流速斷面分布情況（圖形數據來自漢江下游馬口灘河工模型試驗研究定床試驗報告）。由圖可知：①在本河段不受長江回水頂托情況下，馬口灘段各級流量下斷面流速均在0.8m/s以上，參照本河段床沙粒徑在0.08～0.5mm，河段內大部分泥沙均是可以沖刷啟動的。②當漢口水位超過19.0m時（此時尾門水位為21.0m左右），則在馬口灘段順直過渡段斷面流速平面分布均化，流速在枯水流量下（800m3/s以下）小于0.6m/s，河段是處于全面淤積的，在中水流量下（800～1800m3/s）流速為0.5～0.9m/s，河段處于沖淤平衡。③當河段不受頂托影響時，河段主槽及兩邊流速有明顯差別，但當河段受到頂托后，斷面流速迅速均化，這反映了河道在受頂托較弱時，河道主槽沖刷明顯，但在河道受到頂托時，淤積則表現為全斷面的。④從不同受頂托程度流速變化趨勢來看，河道淤積主要發生在長江漲水而漢江流量較小的4～6月份，在7～8月份時，由于河道來流量大，斷面仍具有較大的流速，河道基本處于沖淤平衡，到9～11月份，長江漢江均處于退水期，不同的遭遇則反映河道不同的沖淤態勢，從而影響航道不同的通航條件。

圖6 各級流量下不同水位情況下斷面平均流速變化圖（馬口灘過渡段）

圖7 不同水位情況下斷面流速分布圖（馬口灘過渡段）

參考文獻：

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[9] 長江水利委員會水文局&武漢大學，漢江下游航道整治工程（興隆至漢川段）一維水沙數學模型計算分析報告，2007年7月

[10] 交通運輸部天津水運工程科學研究所，漢江下游航道整治工程河工模型試驗研究（定床試驗報告），2011年1月

（第一、二、四作者單位：湖北省交通規劃設計院，第三作者單位：湖北省航道工程公司）endprint

圖4 漢川站的水位流量關系圖

這種現象的產生同長江汛期來水過程呈胖峰型、而漢江來水則更多呈尖峰型密切相關，當漢江出現較小流量，長江水位仍然較高，故而頂托明顯，小流量則對應高水位。

同時，漢江流量較大時，長江頂托相對較小，如漢江流量為9000m3/s時，長江水位對漢江漢川站的頂托作用幾近消失。

即長江對漢川站的頂托作用在漢江汛期小流量時頂托最為嚴重，隨著漢江汛期流量的加大頂托作用減弱，直至漢江大洪峰時頂托作用消弭。

統計1994～2009年資料顯示，長江一般在3月中下至4月開始進入漲水期，而漢江漲水一般在6月～7月，在4月至7月這段時間里，漢江流量變化不大，但長江水位持續上漲，從而影響漢川站水位在流量變化不大的情況下水位變化明顯，如在1999年的4月11日至5月4日，漢江流量在600m3/s附近窄幅變動，最小520m3/s，最大流量不超過670m3/s，但漢川水位卻從4月11日的18.41m漲至5月4日的21.78m。

長江洪水一般在8月下旬至9月開始回落，漢江洪峰消落開始時間與長江幾乎同步，但漢江洪峰消落時長明顯小于長江，在漢江已進入中低水時，長江水位仍未降到低位，此時 漢川水位仍受頂托影響，此影響一般持續至10月下旬。如1999年的9月24日，漢川流量已消落至530m3/s，但漢川水位卻仍高達25.17m，其原因是此時漢口水位為24.93m，仍處在較高水位，長江對漢江下游的水位頂托作用依然較強。

漢江枯水期流量穩定，比降變化主要受漢口水位頂托影響；中洪水期比降基本與流量變化同步，比降大小取決于漢江流量與漢口水位的對比關系。

由漢江流量與比降過程圖3-2可知，自漢江的枯季（12月～翌年3月），漢江流量變化不大，比降變化也不大，在長江未漲水前，漢川至漢口比降基本維持在0.05‰～0.08‰之間。當長江開始漲水，漢江繼續處在枯水期時（4月～5月），漢川至漢口比降急劇減小，比降僅有0.01‰～0.03‰。6月～9月，漢江和長江均進入漲水期和洪水期，如漢江無大的洪峰（1999年），則漢川至漢口比降長期在低比降值附近窄幅變化。當漢江出現較大洪峰（如2008年），則漢江比降隨著流量的增大而迅速增大，但漢江洪水消退后，比降也隨即變小。10～11月份，漢江比降的變化則較為復雜，在一般情況下漢江和長江在11月份均進入退水期或低水期，漢川至河口段比降開始增大。但在11月份，漢江和長江均可能發生秋季洪水，在長江發生秋季洪水時，漢川-漢口段比降減小，形成一個與長江對應的“V”型比降變化（2008年）；當漢江發生秋季洪水時，則此時漢川比降隨著秋汛的到來形成一個比降尖峰（2005年），在10至11月份易出現漢江的極大比降，漢川至漢口實測的最大三個比降時段即有2個出現在10～11月的洪峰中（1996年11月19日的0.096‰和2005年10月6日的0.099‰），之所以出現這種情況是因為此時長江水位已明顯回落，漢川-漢口段比降主要受漢江大流量影響。

圖5 漢江下游流量比降過程圖

長江回水對來沙過程影響

圖6為漢口不同水位時馬口灘某斷面水位、流量、流速之間關系，圖7為此斷面的流速斷面分布情況（圖形數據來自漢江下游馬口灘河工模型試驗研究定床試驗報告）。由圖可知：①在本河段不受長江回水頂托情況下，馬口灘段各級流量下斷面流速均在0.8m/s以上，參照本河段床沙粒徑在0.08～0.5mm，河段內大部分泥沙均是可以沖刷啟動的。②當漢口水位超過19.0m時（此時尾門水位為21.0m左右），則在馬口灘段順直過渡段斷面流速平面分布均化，流速在枯水流量下（800m3/s以下）小于0.6m/s，河段是處于全面淤積的，在中水流量下（800～1800m3/s）流速為0.5～0.9m/s，河段處于沖淤平衡。③當河段不受頂托影響時，河段主槽及兩邊流速有明顯差別，但當河段受到頂托后，斷面流速迅速均化，這反映了河道在受頂托較弱時，河道主槽沖刷明顯，但在河道受到頂托時，淤積則表現為全斷面的。④從不同受頂托程度流速變化趨勢來看，河道淤積主要發生在長江漲水而漢江流量較小的4～6月份，在7～8月份時，由于河道來流量大，斷面仍具有較大的流速，河道基本處于沖淤平衡，到9～11月份，長江漢江均處于退水期，不同的遭遇則反映河道不同的沖淤態勢，從而影響航道不同的通航條件。

圖6 各級流量下不同水位情況下斷面平均流速變化圖（馬口灘過渡段）

圖7 不同水位情況下斷面流速分布圖（馬口灘過渡段）

參考文獻：

[1] 瞿月平、程小兵等，復雜水沙條件下漢江下游長河段長低水歷時航道整治關鍵技術研究，2013.12

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[8] 湖北省交通規劃設計院，漢江下游航道整治工程（興隆至漢川段）工程初步設計報告，2010年2月

[9] 長江水利委員會水文局&武漢大學，漢江下游航道整治工程（興隆至漢川段）一維水沙數學模型計算分析報告，2007年7月

[10] 交通運輸部天津水運工程科學研究所，漢江下游航道整治工程河工模型試驗研究（定床試驗報告），2011年1月

（第一、二、四作者單位：湖北省交通規劃設計院，第三作者單位：湖北省航道工程公司）endprint