湖南汨羅江流域典型水文斷面查勘研究

劉海 唐哲

摘要：由于1973年汨羅江水文查勘資料已無法滿足當今水文地質研究的需求，為了全面掌握汨羅江流域40余年自然變遷和人為影響造成的水文特性變化，2017年重新對汨羅江流域進行了水文查勘。簡要概述了該流域典型水文斷面的地貌、河床變化以及水質等情況，研究了汨羅江河道行洪能力、水情預報特性。此次水文查勘為洞庭湖流域的水污染治理、水資源開發、水生態保護奠定了科學基礎。

關鍵詞：典型水文斷面;水文查勘;水生態保護;汨羅江流域

1 流域概況

汨羅江古稱汨水，發源于湘贛邊境幕阜山脈金鳳山南麓，于湖南省汨羅市磊石鎮注入東洞庭湖，流域面積5 543.2 km2，全長253.2 km，總落差249.8 m，河道平均坡降0.46 ‰。汨羅江沿程接納5 km以上支流達173條，其中流域面積大于100 km2的支流有10條，呈不對稱羽狀水系。汨羅江主要流經平江縣、汨羅市，是南洞庭湖濱湖區最大河流，為平江、汨羅地區提供灌溉和生活用水。

為加強洞庭湖流域的水污染治理[1]、水資源開發、水生態保護[2-3]，收集汨羅江河道行洪能力[4]、水情預報等水文資料，國家水文部門于1951年在汨羅江干流設立了加義、平江、黃旗塅（2005年遷至伍市）3個基本水文（位）站，長期收集并整理水文基礎資料。同時，為了彌補水文站網分布稀少導致的水文資料缺失，水利部在1973～1975年組織了大型水文查勘[5] 來補足流域內水文資料，探索汨羅江流域河流演變和洪水特征[6-7]。

2 汨羅江水文查勘情況

1973年汨羅江水文查勘使用水準儀、經緯儀、平板儀等測量設備，收集的資料精度低[8]、范圍不廣、項目不全，已不能滿足當今水文地質研究的需求。為了全面掌握汨羅江流域歷經40多年自然變遷和人為影響的水文特性變化，亟待對汨羅江流域水文資料進行更新完善。

2017年，岳陽市水文局采用全站儀、GPS、ADCP聲學多普勒流速儀[9]、無人機[10]等新儀器新設備，歷時2 a，對汨羅江流域開展了高效、精確、全面的水文查勘。采用無人機航拍，收集了汨羅江河流地貌形態;更新完善了汨羅江流域40 a來河流演變、洪水特性、水質水量等水文資料;對典型河段的斷面高程及周邊地形進行了測量，調查了歷史洪水及洪澇災害情況，并計算了洪調年份的洪峰流量。

3 查勘成果分析

對38個河段縱橫斷面、橋梁、水利工程建筑及歷史洪痕情況進行的查勘表明，1983年、1995年和2000年均發生了幾次較大場次洪水，對平江縣、汨羅市部分地區造成了較為嚴重的洪澇災害。對比1973年水文查勘資料，攔河修閘、河道挖砂等人為活動，對汨羅江流域河流生態系統健康造成了較大破壞，嚴重影響了河流的行洪能力。

3.1 典型水文斷面地貌變化

選取汨羅江干流平江、伍市，支流昌江河打樹坪、車田2個河段進行了分析，河流分布形態見圖1～2。

經水文查勘后，汨羅江平江河段順直長約300 m，無岔流，河槽寬約100 m。斷面上下游有水草生長。基本水尺斷面形狀為“U”形，河床為細砂組成，逐年有淤積變化，右岸為平江縣新建的防洪大堤，左岸為沙壤土。汨羅江伍市河段河道順直，河段右岸水位在約38.50 m開始漫灘，漫灘寬度在280 m左右。右岸斷面有沖淤現象，河床由細沙組成。

汨羅江打樹坪河段為洪調河段，處于平江縣梅仙鎮竹嶺村口上組，兩岸均為高山，河床砂卵石較為穩定。調查河段左岸相對平坦，植被良好，為沙壤土，河流生態具有一定的自我恢復能力。車田河為典型山溪性河流，河床較狹窄，河道蜿蜒曲折，不同河段河道寬窄變化大，洪水暴漲暴落。汨羅江車田河段處于平江縣梅仙鎮板口村板口電站下游，河床由砂石構成，結構穩定。調查河段順直，左岸沖刷，右岸淤積，兩岸居民較多，植被良好，為沙壤土;上斷面有采砂場，河道采砂破壞了河床的穩定性，產生了大量砂坑;加之河道的沖刷能力增強，河床下切嚴重，嚴重制約了河段的行洪能力。

通過查閱現有水文資料、歷史洪水資料和當地居民走訪記錄，結合現場洪水斷面、河段周邊地形測量和無人機拍攝的地貌全景，發現該河段于1983年和1995年發生了兩場較大的洪水，由于河道行洪能力不足，山溪性河流洪水來水快、水量大，造成河岸崩塌、河道堵塞、水位壅高，對當地經濟、居民生活產生了極大不利影響。

3.2 典型水文斷面河床分析

對比1973年，受涉河水利工程運行和河道采砂等活動的影響，汨羅江河道發生了明顯變化：河床不斷下切，河道斷面演變成“V”形或 “U”形，詳見圖3。斷面沖淤明顯，左右岸坡面呈直線或曲線，谷底與谷坡之間通常無明顯分界限。河面狹窄，河道沙石裸露，河床破壞致使水生生物棲息生存環境惡化。水流不暢破壞了河床的完整性和穩定性，河道行洪能力下降，危及防洪安全。

2017年8月12日，汨羅江昌江流域發生了特大暴雨，最大3 h降雨量的重現期超過100 a一遇，降水主要集中在昌江上游。8月12日06：00，因暴雨強度大、產流匯流速度快，冬塔和石漿的洪水在南江橋高南村匯集后向下游迅速涌去。昌江流域上游洪水06：00開始起漲，昌江北源洪峰于10：00經過冬塔鐘家，昌江洪峰于10：40經過石漿毛家，11：30經過南江鎮高南村，水位漲幅達7.93 m;洪峰于13：00經過大洲鄉大江村，于16：15經過下游梅仙鎮，梅仙水文站水位漲幅達7.40 m，洪峰流量1 400 m3/s，于當日22：30經過汨羅江干流伍市水文站，洪峰流量達1 920 m3/s。洪水發生示意圖見圖4。

根據汨羅江流域的實際情況，洪水調查洪峰流量一般采用曼寧公式[11]計算：

由式（1）可知，影響流量的水力因素主要有斷面面積、水面比降、糙率和水力半徑。由于河床不斷下切，河床采砂嚴重，河岸未經保護，水力半徑變小，糙率變大，行洪能力下降，導致在通過相同流量的情況下過水斷面面積變大，水位壅高，對河流沿線的堤岸造成影響。此次暴雨強度大，洪量集中，洪水來勢猛，破壞力強，大洲鄉以上河段底水偏高，導致洪水經過時洪峰峰值偏高，冬塔鐘家大屋集賢大橋和大洲鄉大江電站被沖毀，洪水破壞現場見圖5。