1. 引言
水库蓄水后，将改变河流原有的水文水力特性，进而改变河流原有的水量平衡和能量平衡。黄家港水文站位于丹江口水库坝下游6.8 km处，是丹江口水库的重要出库控制站，也是汉江干流丹江口河段的中央报汛站。近年来，随着所在河段上下游涉河工程的修建，黄家港水文站水文特性再次发生改变，河段基本情况如图1所示，由图可见，主要工程和水文站点分别为：丹江口水库、丹江口大坝下游约0.75 km的王家营水位站、下游约1.1 km的水都大桥、下游约3.1 km的步行桥、下游约6.1 km的均州大桥、下游6.2 km的黄家港水文站和下游7.1 km的环库公路桥。坝下游29.9 km处的王甫洲电站虽然不在本河段内，但受其回水影响，本河段水位流量关系也随之发生改变 [1]。
本文根据黄家港水文站实测资料，分析涉河工程的修建对丹江口坝下河段水文特性的影响。
Figure 1. Sketch map of the downstream river reach of Danjiangkou dam
图1. 丹江口坝下游河段基本情况示意图
2. 黄家港水文站综合水位流量关系
依据黄家港站历史资料，区分丹江口建库前后、王甫洲蓄水运用后、环库公路桥建成及近期中线调水后等不同时期各种因素影响情况，并据上游王家营、下游老河口站实测水文资料进行分析，从而确定出本站不同时期综合水位流量关系，如图2所示 [2]。
其中，“天然河道”线——即丹江口水库建库前综合线，采用1958年资料做典型年分析之；“建库后”线——即丹江口水库蓄水运用后截止于2000年王甫洲电站蓄水前综合线，主要依据1975、1983两年资料分析之；“王甫洲蓄水后”线——即下游王甫洲电站2000年蓄水运用后综合线，主要依据2003、2005和2011年三年资料分析；“近期(环库公路桥建后)”线——即环库公路桥建设期及2107年建成后，据黄家港实测成果分析，较大洪水时壅水明显发生，本次依据2017、2019两年资料将综合线进行了修订。
以下就不同时期所确定的综合线情况进行分析说明。
Figure 2. Relationship between integrated water level and flow discharge relationship at Huangjiagang Station [3] [4]
图2. 黄家港站不同时期综合水位流量关系 [3] [4]
图2显示黄家港站在经历滞洪期河床冲刷下切过程中，Z~Q关系以趋向单一线发展；至70年代蓄水初期，Z~Q关系线已为一条稳定的单一线，至2000年王甫洲电站蓄水前，关系曲线多年未变。
2.1. 建库前天然河道时水流特性
丹江口水库建库前，本河段属天然河道，黄家港水文站单一受汉江上游来水影响。
现选用建库前1958年资料作为典型年，分析本站Z~Q关系。本年实测最高水位为96.05 m，相应流量为27,500 m3/s，最低水位为88.53 m，相应流量为124 m3/s。全年发生大于10,000 m3/s流量洪水过程有4次，其中，7月3日~7月11日为最大一次洪水过程。
图3为汛前、汛后低枯水及最大洪水过程相应Z~Q关系。图中看出，大水洪水过程的Z~Q关系受涨落水影响，呈逆时针绳套线型，其同水位(93 m以上)涨水面流量较落水面大2000 m3/s左右，同流量级下涨水面水位较落水面低0.5 m左右；低枯水Z~Q、Z~A关系点群较为集中。
当年洪水过程中断面发生的冲淤变化，可在汛后至次年汛前得以调整、恢复。需要说明的是，与图3列出的1960年线比较就可以看出，1958年线同水位下流量偏大，这与当年无堤防状态下的漫滩及下游水情有关，以此代表建库前天然河道水文特性，有可能高水时流量偏大 [5]。
2.2. 建库后各时期特性分析
2.2.1. 丹江口水库蓄水运用后
丹江口水库蓄水运用至今，改变了下游来水来沙过程，使得黄家港站测验河段的河床持续发生冲刷变化。黄家港站测验断面历年冲淤变化分析如表1及图4、图5所示。
Figure 3. Relationship Z~Q at Huangjiagang Station in 1958 [6]
图3. 1958年黄家港站Z~Q关系 [6]
由表1可知：随着清水下泄历时增加，断面面积逐步增大，河床平均高程也逐步减小，河床发生冲刷冲深，其中八十年代之前，冲刷下切较明显，八十年代之后，冲刷逐渐减弱。
Table 1. Annual cross-section changes of Huangjiagang Station
表1. 黄家港站历年断面变化统计表
Figure 4. Annual cross-section changes of Huangjiagang Station
图4. 黄家港站历年断面冲淤变化图
Figure 5. Variation of average river bottom elevation at Huangjiagang Station
图5. 黄家港站平均河底高程变化图
由图4和图5可知，丹江口水库滞洪期，黄家港断面受到剧烈冲刷，以93.50 m水位计，其平均冲深为2.68 m、过水面积增大46.4%；在蓄水运用初期(至1970年)冲刷有强变弱；1975年后，随着河床表层细沙被水流带走，河床抗冲层已基本形成，大水年也仅发生微冲微淤变化。如1983年，水库下泄流量达20,000 m3/s，测验断面也未发生明显冲淤变化。2005年后，因采砂石、修路等人类活动影响，断面局部发生冲淤变化。
2.2.2. 王甫洲电站蓄水运用后
王甫洲电站蓄水运用后，本站受回水顶托影响，顶托幅度随枢纽坝前水位变化而变化。当丹江口水库出流小于5000 m3/s、王甫洲坝前水位在一定时期维持基本不变时，黄家港站Z~Q关系线为临时曲线型，且在原单一线左侧，并与原关系线趋势一致。王甫洲坝前水位抬高或降低运用，其Z~Q关系线随之向左或向右摆动。
丹江口水库建库后、王甫洲电站运用后相应黄家港站的Z~Q关系线，在水位94.90 m附近均与建库前1958年关系线发生交叉情况。通过对黄家港测验河段上下游河道地形进行分析，上游2 km有羊皮滩、下游1.2 km左岸向下有5 km长的边滩，当黄家港水位在94.80~95.00 m时，水流漫滩。由图4左侧可看出，丹江口建库后，坝下游历年在布设并调整堤防，堤防束水抬高水位，加之丹江口水库拦蓄作用，中低滩地过水几率减小，滩上的自然植物茂盛、人类活动也较为频繁(如种植林木、高秆作物等)，滩地的糙率将自然增大，相应过水能力随之减小。鉴于上述两因素，当黄家港站水位达94.80 m以上时，较之建库前，同流量级水位有所抬升。
上述黄家港河段这些水位变化情况如表2所示，反映在不同时间段同流量级水位关系的变化情况。由于王甫洲电站蓄水后改变了本河段天然水流属性，故2000年之后未再统计分析。
Table 2. Water level variation of the same discharge level at Huangjiagang Station
表2. 黄家港站同流量级水位变化值统计表
说明：表内数据为水位变化值，负值为下降m数，正值为抬升m数。
从表2可以看出，丹江口水库建库后，黄家港同流量级水位整体呈下降趋势，以中低水变化最为明显，高水时变化不大，流量为20,000 m3/s时略有上升；而在蓄水期的时候，黄家港同流量级水位几乎无明显变化；丹江口水库蓄水运行后至王甫洲电站运行之前，中低水(Q = 500~7000 m3/s)时，同流量级水位仍呈下降趋势，变化量明显小于滞洪期，高水时水位呈抬升趋势，20,000 m3/s时抬升了0.42 m。
2.2.3. 环库路桥修建后
由图4可以看出，环库公路桥通车后的水位流量关系曲线抬升，小于15,000 m3/s的同流量级水位呈抬高趋势，位于王甫洲运用后关系线左侧。
受下游王甫洲电站及环库路桥顶托影响时，黄家港站水位流量关系，见图6及图7所示。
从图6可以看出，丹江口水库若多次开闸泄洪，且第一次开闸泄洪流量达800 m3/s以上时，其开关闸过程的Z~Q关系为顺时针绳套线型，落水流量接近原单一线，即二次及以后泄洪过程，其Z~Q关系趋向单一，且紧邻原单一线，分析2005、2010、2011年丹江口开闸泄洪过程均如此。
以上现象符合本站水流特性，分析原因主要是在第一次开闸泄洪过程中，黄家港测验河段上下游相关滩地杂草、高秆作物及河道中水生植物等均有被冲刷情况，河槽糙率将随之相应减小，从而增大了本河段的过水能力，涨水时同水位的流量低于落水时的流量，形成了顺时针绳套的关系线，且由于二次泄洪后的水位流量关系趋向单一线。
Figure 6. Relationship Z~Q at Huangjiagang Station after operation of Wangfuzhou Power Station [7]
图6. 王甫洲电站运用后黄家港站Z~Q关系 [7]
见图7，通过对黄家港站2005年及2017年的水位流量关系进行分析，可以看出，丹江口水库较大洪水下泄时，2017年关系线较2005年的线偏左、偏上，说明环库公路桥修建后对黄家港站顶托较大，在做综合定线时需要考虑，近期关系线已经充分考虑了此影响因素。
Figure 7. Relationship between the Water Year Z~Q Huangjiagang Station [8]
图7. 黄家港站大水年时期Z~Q关系 [8]
2.2.4. 近期低枯水流量下泄时水位流量确定
综上所述，在确定黄家港近期低枯水的综合水位流量关系时，分析了2008~2019年共计12年的枯水资料。当下泄流量在1000 m3/s以下时，环库公路桥顶托影响因素较小。因此，修订后的近期综合关系线，在此流量以下与“王甫洲蓄水后”线一致。
另外，根据王甫洲电站库水位调度资料分析，在丹江口下泄流量1500 m3/s以下时，王甫洲电站库水位均在86.23 m (黄海)左右，上下调幅最大也在0.2 m左右，未曾发生85.48 m死水位情况。鉴于此，本文分析确定黄家港水位流量关系时，王甫洲顶托水位只考虑正常蓄水位一种情况。
3. 结论
本文分析了近年来丹江口坝下河段受工程影响下水文特性，得出如下结论：
1) 丹江口水库对坝下河段影响较大，河床发生冲刷下切，流量在15,000 m3/s以下，同流量下水位有所下降。
2) 近年来，涉河工程的修建对丹江口坝下河段影响较大，其中王甫洲电站和环库公路的修建对黄家港水文站产生顶托作用，与工程修建前相比，水位流量关系线偏左偏上。
3) 王甫洲电站蓄水运用后，当黄家港站水位达94.80 m以上时，与建库前相比，同流量级别的水位有所抬升 [9] [10]。
基金项目
国家自然科学基金资助项目(U20A20317)。
参考文献