２０２３年８月
水 利 学 报
ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ
第５４卷 第８期
文章编号：０５５９－９３５０（２０２３）０８－０９９７－０８
收稿日期：２０２２－０７－２０；网络首发日期：２０２３－０３－２７
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０３２７．１０１０．００１．ｈｔｍｌ基金项目：三峡后续工程项目（１２６３０１００１０００２０Ｊ００５）
作者简介：方春明（１９６５－），教授级高级工程师，主要从事河湖治理与泥沙数模研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｆａｎｇ＿ｃｈｕｎｍｉｎｇ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
鄱阳湖入江水道输沙能力与出湖沙量关系及冲淤调整规律
方春明，关见朝，史红玲
（中国水利水电科学研究院泥沙研究所，北京 １０００４８）
摘要：鄱阳湖是长江流域生态系统的重要组成部分，近年来鄱阳湖枯水水位下降、枯水时间提前呈常态化和趋势性变化引起了广泛研究。鄱阳湖入江水道作为江湖联系的纽带，在江湖关系演变中起着重要作用。特别是２００１年以来，入江水道演变和出湖沙量出现了显著和复杂的变化过程，其原因存在明显争议。本文采用水文泥沙观测资料结合机理研究，分析阐明了鄱阳湖入、出湖水沙变化与入江水道挟沙能力变化关系及冲淤调整规律。研究结果表明：入江水道代表断面月流速与湖口月出湖含沙量成正比，鄱阳湖出湖沙量与入江水道输沙能力直接相关；入湖泥沙对入江水道演变的影响是缓慢的，入湖沙量集中的４
—６月，１９８５年前后各月出湖沙量减少量和减小比率都小于入湖沙量减少量和减小比率，都大于输沙能力减小比率；１
９９８—２０１０年与１９５５—１９９８年比，月出湖含沙量变化比率与入江水道月挟沙能力变化比率具有较好关系；从出湖含沙量与代表断面流速关系看，１
９９９—２０１０年出湖含沙量在不考虑断面变化情况下总体低于１９５５—１９９８年相关线，考虑
断面扩大后则高于１９５５—１９９８年相关系，说明１９９９—２０１０年出湖含沙量增大和入湖水道断面扩大是冲刷和采砂共同影响的结果；入江水道下段代表断面２０１１—２０２０年同流速下顺出湖含沙量与１９５５—１９９８年关系线基本一致，而上段代表断面则明显低于１９５５—１９９８年关系线，说明入江水道下段已趋于稳定，上段仍可能会有一定的冲刷调整，引起湖区枯水位继续有所下降。本文研究结果对明晰鄱阳湖入江水道冲淤变化、长江与鄱阳湖相互影响复杂关系和指导鄱阳湖保护与治理具有重要意义。 关键词：鄱阳湖入江水道；入湖沙量；输沙能力；出湖沙量；冲淤调整中图分类号：ＴＶ１４２
文献标识码：Ａ
ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０５６５
１ 研究背景
鄱阳湖出湖沙量变化与湖区冲淤变化及湖区生态环境等密切相关，引起了众多学者的研究［１－
４］
。多
年来，鄱阳湖出湖泥沙总体随入湖泥沙减少而呈减少趋势，但２００１年左右开始显著增加，入江水道深泓
下切，断面面积扩大。现有研究普遍认为［１－
４］
，自２００１年长江河道采砂被禁止后，鄱阳湖采砂业迅速兴
起，是出湖泥沙显著上升和断面面积扩大的主要原因。这些研究主要是基于遥感技术或结合泥沙数值模拟，建立鄱阳湖水体透明度或悬浮泥沙浓度与采砂船只数目之间的关系得到。但该研究方法存在考虑因素不够全面，机理分析不够深入，采砂分布缺乏详细数据，出湖泥沙和采砂之间的定量关系不明确等缺点，得到的结论具有一定片面性。本文对鄱阳湖入江水道输沙能力与出湖沙量关系进行了系统分析，揭示了入江水道输沙能力对出湖沙量的决定性作用及适应调整规律，明晰了２
００１年以来出湖沙量增加是入江水道冲刷和采砂的共同作用，阐明了入江水道下段冲刷调整已趋于稳定，上段仍可能会有一定的冲刷调整，对认识鄱阳湖冲淤、长江与鄱阳湖相互影响复杂关系和指导鄱阳湖治理具有重要意义。
本文所用数据主要有：鄱阳湖流域主要水文站１９５０年代以来流量、输沙量和水位实测日平均资料系
列，其中入湖河流水文泥沙数据年限为１
９５６—２０２１年，湖口水文站泥沙数据为１９５５—２０２１年，水位数据为１９５０—２０２０年。鄱阳湖入江水道代表断面１９９８、２０１０、２０１５、２０２０年观测资料和湖口水
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文站１９６５—２０２０年历年断面观测数据。资料来源为长江水利委员会水文局和江西省水文局。
本文研究主要采用水文学、数理统计学和泥沙运动力学相结合的方法，将１９５５—２０２０年分不同时期，按月对鄱阳湖入、出湖水沙变化、入江水道代表断面挟沙能力变化等进行对比分析，建立相关关系，揭示内在机理。
２ 鄱阳湖年入、出湖沙量变化基本情况
２．１ 鄱阳湖五河入湖沙量变化 鄱阳湖入湖泥沙来源于鄱阳湖流域入湖河流来沙和长江干流倒灌入湖
泥沙［５－
６］，其中赣江、抚河、信江、饶河、修水五大入湖河流（简称五河）是入湖泥沙的主要来源［７］，
１９５６—２０２１年五河年均入湖沙量１２２２万ｔ，入湖沙量距平累积曲线如图１所示。由图可见，五河年入湖沙量有两处明显的转折点，一是１９８５年左右，另一是１９９９年左右，主要是由于五河上游水利工程
修改后的拦沙作用［８］，使入湖泥沙大幅减少。１９５６—１９８４年五河年均入湖沙量为１６７５万ｔ，１９８５—
１９９８年减为年均１２３３万ｔ，１９９９—２０２１年进一步减为年均６４５万ｔ。从年内分布看，１９５６—２０２１年平均，３—７月沙量占全年沙量的８５．６％，其中又以４—６月占比最大，占全年沙量的６５．７％。
２．２ 长江倒灌沙量变化 由于受长江干流洪水上涨的影响，汛期湖口出湖水流常有倒流情况出现［６］，倒灌入湖的长江干流水流含沙量往往较高［４］，倒灌主要集中在７—９月，６月和１０月偶有发生。１９５５—
２０２１年平均长江倒灌入湖沙量１３７万ｔ，年倒灌水沙量距平累积曲线如图２所示。由图可见，长江倒灌入湖水量和沙量变化趋势基本是一致的，自１
９９２
年左右出现拐点，显著减少。图１ 五河年入湖沙量距平累积曲线
图２
湖口年倒灌沙量距平累积曲线
图３ 湖口年沙量距平累积曲线
２．３ 出湖沙量变化 由于湖口水沙存在倒灌现象，为了避免混淆，本文把湖口沙量分为湖口顺出湖沙量和湖口倒灌沙量，两者之和称为湖口净沙量。１９５５—２０２１年湖口年顺出湖沙量和湖口年净沙量距平累积曲线如图３所示。由图可见，顺出湖沙量和净沙量变化趋势大体相似。１９６３年前，湖口净沙量年均约１３００万ｔ；１９６３年左右开始有所减小，１９６３—１９８８年年均约９６６万ｔ；１９８９年左右开始明显减小，１９８９—２０００年年均约６
４０万ｔ；２００１年后湖口年净沙量显著增加，２００１—２０２１年年均约１０３９万ｔ。从年内分布看，１９５５—
２０２１年平均，２—５月湖口净沙量占全年净沙量的５６．９％，其中又以３—４月占比最大，占全年沙量４４．８％。
３ 鄱阳湖出湖沙量变化机理
３．１ 五河入湖沙量与出湖沙量关系 已有众多研究通过直接比较五河年入湖沙量和湖口年净沙量变化
过程，得出两者的相关性［２－
３，１１］，如图４所示。总体来看，２００１年以前出湖沙量随入湖沙量减少而减
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８９９—
少，２００１年后年出湖沙量明显增大，普遍认为是由于鄱阳湖入江水道采砂所致。
实际上，如果分月比较，１０月至次年３月，湖口月净出湖沙量总体都远大于五河入湖沙量，表明期间出湖泥沙主要是由湖区冲刷而来。以１月为例，五河入湖泥沙多年平均值为１１．８万ｔ，而湖口沙量达７１．６万ｔ，入湖沙量只占湖口沙量的１６．５％。相反，５—６月出湖沙量总体远小于五河入湖沙量，说明期间湖区泥沙大量淤积。以６月为例，入湖泥沙多年平均值为３４７万ｔ，而湖口净沙量只有７８．２万ｔ，只占入湖沙量的２０．９％。７—９月，湖口净沙量总体为长江泥沙倒灌入湖，年内只有４月出湖沙量与五河入湖沙量比较接近。
点绘１９５６—２０２１年平均各月入湖沙量与湖口顺出湖沙量关系如图５所示，不论是入湖沙量多的４—７月还是入湖沙量少的８月—次年２月，入湖沙量与出湖沙量关系都很差。
图４ 五河入湖年沙量和湖口年净沙量变化过程图５ 五河月入湖沙量和湖口月顺出湖沙量关系
３．２ 鄱阳湖入江水道输沙能力与出湖沙量关系 ２．１节分析表明，汛期五河入湖泥沙总体在湖区淤积，而枯期出湖泥沙总体为湖区泥沙冲刷而来，因而湖口沙量应与鄱阳湖且主要是与入江水道输沙能力具有相关性。为此选择入江水道下段距湖口水文站较近的一个代表断面（２＃断面）和上段星子水位站断面（８＃断面）进行分析，断面图如图６所示。两个断面滩宽都约８ｋｍ，槽宽都约１．５ｋｍ，
具有入江水道典型的宽滩窄槽形态。从１９９８年、２０１０年、２０１５年和２０２０年断面观测看：１９９８—２０１０年２＃断面主槽显著扩大，８＃断面主槽扩大相对较少；２０１０—２０１５年２＃断面变化不大，８＃断面主槽明显扩大；２０１５—２０２０年２＃断面主槽有所左移，但断面面积变化不大，８＃断面主槽有所展宽，深泓略有淤积；两断面滩地一直变化不大。
图６ 鄱阳湖入江水道代表断面
２＃断面距湖口水文站较近，可根据湖口水文站水位和流量求该断面对应面积和断面平均流速。８＃断面则可根据星子水位站水位和湖口站流量求该断面对应面积和断面平均流速。其中各年所采用的断面为，１９５６—１９９８年采用１９９８年断面，１９９９年后各年采用相邻年份观测断面插值计算。
同流量时，河道输水能力主要与其挟沙能力有关。根据泥沙运动力学［９］，水流挟沙能力与流速高次方成正比，与水深和悬沙沉速成反比。入江水道内缺少系统的悬沙级配资料，但湖口水文站有长系列悬沙级配观测数据，表现为相对稳定，因而入江水道泥沙级配可认为相对稳定，对挟沙能力的影响不大；且在分析月均断面挟沙能力时，年际间月平均水深变化相对较小，因而本文以代表断面平均流
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速反映挟沙能力。基于１９５５—２０２０年实测数据，先逐年计算各月断面平均水位和湖口顺出流时
平均流量、水量和沙量，再推求代表断面各月平均流速和湖口顺出流含沙量。点绘两个代表断面各月流速与顺出湖含沙量关系如图７所示。由图可见，两个断面月流速与月顺出湖含沙量都显著线性相关，２＃断面的相关性较８＃断面更好些。图７表明入江水道挟沙能力与出湖含沙量直接相关，因而也与出湖沙
量直接相关。
图７ 代表断面１９５５—２０２０
年各月平均流速与湖口顺出湖含沙量关系
图８ ４—６月五河入湖沙量、湖口出湖沙量和
２＃断面输沙能力距平累积曲线对比
３．３ 五河入湖沙量减少对出湖沙量的影响 在入江水道输沙能力直接决定湖口出湖沙量的同时，五河入湖泥沙对出湖泥沙具有间接影响。根据河流演变学，由于鄱阳湖泥沙主要来自五河，当五河来沙发生变化时，鄱阳湖包括入江水道会发生冲淤变化，调整水流挟沙力以适应来沙。但由于鄱阳湖及其入江水道湖容大，五河年沙量相对湖容很小，五河来沙变化自上游主湖区向下游入江水道传播的过程中，对入江水道演变的影响是缓慢的。相反，由于五河水量相对于湖容很大，若五河径流量发生年内或年际变化，或湖口水位发生变化，对入江水道演变的影响则是直接的。为此，选择五河入湖沙量最大的４—６月，对比１９５６年以来五河入湖沙量、湖口出湖沙量和２＃断面输沙能力距平累积曲线，如图８所示，其中断面输沙能力为流量乘以流速（流速代表挟沙能力，考虑了断面面积变化）。
由可见，从出湖沙量变化趋势看，总体各月出湖沙量与输沙能力变化趋势更为一致。入湖沙量最大的６月，五河入湖沙量从１９８５年开始明显减少，而出湖沙量从１９７１年左右即开始明显减少，与输沙能力变化趋势更为一致。
从变化量看，４月，１９５６—１９８４年平均入湖沙量为３０７万ｔ，１９８５—２０２１年减为１２４万ｔ，减幅为６０％；同期出湖沙量由２６０万ｔ减为１４９万ｔ，减幅为４３％；同期２＃断面输沙能力减幅为２２％。５月，１９５６—１９８４年平均入湖沙量为３８９万ｔ，１９８５—２０２１年减为１４５万ｔ，减幅为６３％；同期出—
０００１—
湖沙量由１３８万ｔ减为８０万ｔ，减幅为４２％，同期输沙能力减幅为２２％。６月，１９５６—１９８４年平均入湖沙量为４６８万ｔ，１９８５—２０２１年减为２５２万ｔ，减幅为４６％；同期出湖沙量由９６万ｔ减为６７万ｔ，减幅为３０％，同期输沙能力减幅为１５％。可见，从１９８５年前后变化量看，各月出湖沙量减少量和减小比率都小于入湖沙量减少量和减小比率，都大于输沙能力减小比率。
４ 入江水道输沙能力变化与冲刷调整
比较鄱阳湖入江水道断面４次观测资料可知，１９９８年至２０１０年断面基本都明显扩大［１０－１１］。２０１０年部分全断面存在不规则显著扩大的断面明显是采砂作用，但大多数断面表现为主槽光滑下切（如图６所示），有学者认为是冲刷作用［１１］，但没有提出明确证据。下面通过分析１９９９年以来入江水道输沙能力变化与冲刷调整关系，说明主槽光滑下切断面是冲刷和采砂共同影响的结果。
４．１ 入江水道输沙能力变化过程 分析入江水道输沙能力变化过程是为了说明１９９８年至２０１０年期间入江水道断面扩大在时间上是否与输沙能力变化相符。仍以２＃断面平均流速反映断面输沙能力，假定２＃断面１９９８年以来未发生变化的情况下，点绘１９５５年以来月流速距平累积曲线。结果表明，１９９０年代末以来，２—７月流速变化不显著或趋势性不明显，８月至次年１月明显增大，如图９所示。因此，入江水道输沙能力变化总体与１９９８年至２０１０年期间入江水道断面扩大时间上是相符的。
图９ ２＃断面月平均流速１９５５—２０２０年距平累积曲线
如表１所示，统计分析表明，引起１９９９—２０１０年８月至次年１月２＃断面流速明显增大的主要原因分别为：８月是湖口水位下降和流量增大的共同作用，１０月和１１月主要是水位下降，９月、１２月和１月主要是流量增大。湖口水位下降是长江干流水位下降的结果［１２］，湖口流量变化主要是入湖流量变化的影响［１３］。涉水江湖
表１ １９９９—２０１０年与１９５５—１９９８年比湖口站月水位与流量变化统计
时间８月９月１０月１１月１２月１月
水位?ｍ１９５５—１９９８１６．６９１５．８３１４．４９１１．８４９．１６７．９３１９９９—
２０１０１６．４４１５．９４１３．０１１１．０４８．９９８．０６差值－０．２５０．１１－１．４８－０．８１－０．１８０．１４
流量?（ｍ３?ｓ）１９５５—１９９８４５８７３４９９３７７８２９２２１７７９１６７６１９９９—２０１０５０９５５０９３３９９６３００７２３２１１９３８差值５０８１５９４２１８８４５４２２６２
４．２ １９９９—２０１０年入江水道输沙能力变化与出湖含沙量变化关系 如果入江水道１９９８—２０１０年普遍冲刷下切与水流冲刷有关，期间入江水道输沙能力变化与出湖含沙量变化应存在相关关系。为此，按１９５５—１９９８年和１９９９—２０１０年分别统计计算各月代表断面平均流速和平均顺出湖含沙量（１９９９—２０１０年流速计算时考虑了断面变化）。点绘１９９９—２０１０年与１９５５—１９９８年断面流速之比和１９９９—２０１０年
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