2、三峡工程运行后城螺河段防洪形势及整治的必要性
2.1 三峡工程对城螺河段防洪的作用三峡工程在长江防洪重点保护区── 江汉平原与洞庭湖平原上游，可有效地控制长江上游来的洪水，按正常蓄水位（防洪高水位）175m，防洪限制水位145m计，防洪库容可达221.5亿m3，坝项高程为185m，比防洪高水位高出10m，每1m库容为10亿m3以上，在特别情况下还能发挥特殊的调洪作用，在规划设计中，三峡工程可满足以下防洪要求：使荆江河段防洪标准达到100年一遇；在遭遇类似1870年特大洪水时，配合以中游分蓄洪措施，做到保证荆江河段的行洪安全；在满足以上多个条件前提下，应尽量使城陵矶附近地区的分蓄洪量减少。
三峡工程的防洪调度方式有对荆江补偿调度方式和对城陵矶地区补偿调度方式两种。
对荆江补偿调度方式以控制沙市水位为标准，具体操作规定为：l 遇100年一遇以下洪水，控制枝城站最大流量不大于56700 m3/s，使宜昌～枝城区间洪水进行补偿调节，使沙市水位不超过44.5m（冻结吴淞基面）。
遇100～1000年一遇洪水，控制枝城站最大流量不超过80000 m3/s，并采取分洪措施控制沙市水位不超过45m.三峡水库调洪控制最高水位175m，达到175m后则以保证大坝安全为主。
这种调度方式比较适应以长江上游来水为主的典型洪水，例如1981年及历史上出现过的1860年、1870年大洪水，调度方式简单，可操作性很好，完全能达到防洪目标，但对减少城陵矶地区的分洪量的作用不够理想。
对城陵矶地区补偿调度方式是为了既保证荆江防洪安全又减少城陵矶陵附近分洪量的前提下，将三峡工程221.5亿 m3的防洪库容划分为3部分：第1部分库容100 亿m3，用作对城陵矶和荆江防洪补偿；第2部分库容85.5亿m3，仅用作对荆江防洪补偿；第3部分库容36亿m3留作对荆江特大洪水进行调节。具体调度规划如下：当三峡水库水位低于第1部分库容（100亿m3）相应的水位时，三峡工程下泄量为q=min（q1，q2），但不小于26台机组发电量25000 m3/s.其中：q1=56700 - Q1 m3/s（Q1为当日宜昌～枝城区间流量）；q2=60000 - Q2 m3/s（Q2为第3日宜昌～城陵矶区间流量）。
当三峡水库水位高于上述水位而低于第1和第2部分库容（185.5亿立方米）相应水位时三峡允许泄量为：q=56700 - Q1 m3/s l 当三峡水库水位高于上述185.5亿m3相应水位时，三峡工程当日下泄量：q=80000 - Q1 m3/s，但不大于当日实际入库流量。
当三峡水库水位达175m，则以保证大坝安全为主。
这种调度方式比较适应以长江中下游来水为主的洪水类型及全流域性洪水，例如1931、1935、1954、1983、1986年洪水，调度方式较复杂，但可操作性也很好，能达到防洪目标，特别是减少城陵矶地区分洪量的效果要显著优于第1补偿方式。
长江三峡工程具有防洪、发电、航运、供水和发展库区经济等巨大的综合效益，是治理和开发长江的关键工程。三峡工程的建成对城螺河段的防洪作用如何，洞庭湖区防汛是不是万事大吉，可以高枕无忧了，今以1954年、1969年、1980年、1988年、1995年、1996年、1998年、1999年年最大洪水为典型，探讨三峡建库后城螺河段水位变化的具体情况。模拟实时调度方式采用对城陵矶防洪最为有利的“对城陵矶地区补偿调度方式”：先按城陵矶流量不超过60000立方米/s控制，三峡工程蓄水100亿立方米后，改按沙市水位不超过44.5m（冻结吴淞基面）控制。通过三峡水库调度及圣维南方程组、河流动力学模型演算，可得城陵矶三峡建库后各典型洪水最高水位下降幅度．
计算结果表明：三峡建库初期（20年），对降低城陵矶洪水位有一定的作用，个别年份如：1954年、1996年、1998年、1999年年最大洪水，水位降幅分别达0.66m、0.67 m、0.46 m和0.83m，但由于长江流域集水面积巨大、下垫面条件复杂，加上水文现象的随机性及洪水组成的复杂性，水情往往十分复杂多变，对于部分年份，水位降幅不是十分明显，如1980年仅为0.06 m，1969年、1989年也只有0.14 m和0.17 m，因此，从最不利因素考虑，近30年，城陵矶至螺山河段防汛形势依然不可掉以轻心，更不容盲目乐观。
2.2 城汉河段整治的必要性洞庭湖北通长江，内衔四水，湖泊星罗棋布，水系纵横交错湖区土质肥沃、气候温和、物产丰富，是响誉全国的“鱼米之乡”。近年来，由于江湖关系改变，城螺河段河床淤积，水位抬升，给洞庭湖的防洪带来很大的隐患。三峡工程建成后，城螺河段的防洪压力有所减轻，防洪形势依然不容乐观。长江上游来水量大，年径流量一般为4510亿m3，而三峡的防洪库容只有221.5亿m3，在关键时刻可以起到拦洪错峰作用，但不能从根本上解决洞庭湖的水患，螺山段仍需要有安全下泄65000m3/s多洪峰流量的能力。
洞庭湖现有湖面积和湖区水面面积约4000km2.若保持湖区水位不变，使城陵矶水位下降1m，则可多出调蓄洪水的容积4亿m3.这种因城陵矶以下河床淤积而引起的洞庭湖调蓄容积的损失比起泥沙直接淤积在洞庭湖的损失要多的多。因为1t泥沙淤积在湖区，其库容损失为0.71 m3，而若淤积在城陵矶的下游河段，因河床淤高而使水位抬升损失的洞庭湖调蓄容积为9.52m3.要防止1998年大水城螺河段上压下堵，小流量高水位极度被动局面的出现，最得力直接的有效措施之一就是疏通河道，恢复螺山河段的泄洪能力。
城陵矶至汉口河段上承长江干流荆江和洞庭湖水系来水，区间有大小支流5条，河段内湖泊众多，两岸矶头对峙，形成天然节点，犹如藕节，使河床时而收缩，时而扩张，影响行洪。目前，城陵矶河段依靠堤防约可防御5～10年一遇的洪水。由于下荆江裁弯，城陵矶至汉口河段及洞庭湖淤积严重，洞庭湖区各控制站90年代出现的最高水位较堤防设计水位抬高0.81～1.85m，特别是城螺河段泄流能力下降，造成长江干流沙市至汉口河段水位出现两头低中间高的现象，大量洪水滞留洞庭湖，洞庭湖区水位逐年抬高，洪涝灾害频繁，如1998年城陵矶水位35.94m螺山站的过水能力仅57000m3/s，最高水位33.91m（相当于吴淞冻结基面）时的过水能力仅64900 m3/s，比1954年同流量下水位抬高1.78m，同水位（城陵矶34.40m）下流量减少近9000m3/s.从城陵矶和汉口水位差值分析，1954年为4.22 m，1983年、1996年、1998年、1999年分别为5.85 m、6.35 m、6.37 m、6.65 m，差值增加1.63～2.43 m，致使中小洪水即造成洞庭湖区的严重洪水灾害。治理洞庭湖的水患宜以渲泄为主，三口四水的洪水仅靠一个小口渲泄，若咽喉淤塞，仅靠修堤挡洪是无济于事的，湖口的综合治理已到了刻不容缓的地步。从宏观整治来说，荆江和洞庭湖的湖水下泄，关键是受城陵矶至汉口河段的泄洪能力制约。目前，是上裁而下不裁，相当把荆江的防洪负担部分地转移到洞庭湖及城汉河段，所以应研究并尽快实施城陵矶以下至汉口河段的综合整治工程。依据“泄蓄兼顾，以泄为主，上蓄下疏，标本兼治”的综合治理方针，要解决城螺河段洪水来量大与河道泄洪能力不足的矛盾，大幅度降低城陵矶水位，必须实施牌洲裁弯并辅之以城陵矶～螺山～界牌河段清淤疏浚、削矶扩卡及部分险段的筑堤护岸，保证行洪畅通。
3 、牌洲裁弯对防洪影响的水文分析
3.1 城汉河段概况和牌洲裁弯方案简介长江城陵矶至汉口河段上接荆江和洞庭湖入汇，流经湖南岳阳、临湘、湖北监利、洪湖、嘉鱼、汉阳、武昌、武汉等市县，全长235.6km，除牌洲湾河段是“s”形弯道外，其余多为顺直河段，江面开阔，但两岸多山丘、石嘴，矶头对峙，下距城陵矶约30km处有著名的界牌河段，北岸有长江最大支流汉江汇入，南岸有小支流陆水加入，是长江防洪的重要险段。河段内地貌大致可分为冲积平原、河床洲滩、河流阶地、丘陵和低山等5种类型，冲积平原主要分布于城陵矶至嘉鱼左岸，嘉鱼至金口两岸。
依据1994年长程水道地形图量测，莲花塘～九江河段全长472.4km，共布设计算断面107个，平均4.4km一个断面。牌洲裁弯引河从老谷洲与大湾之间按河势裁划。老谷洲至大湾按现河长量算为51.4km，按裁后引河量测为11.0km，扣除两段旧河轴心到水边距离部分，实际开挖引河轴线长6.5km.牌洲裁弯实际缩短河长40.4km，裁弯比为7.9.牌洲裁弯后的计算，设想稳定后旧河上段淤死，下段留为东荆河入江道。裁弯引河内不布设计算断面，其过水断面设想已与上下游河道相适应。
3.2 牌洲裁弯对洞庭湖防洪影响的水文分析根据中国水利科学研究院等单位的研究，三峡水库运行初期，城陵矶至螺山河段呈冲淤交替状态，城陵矶站、螺山站水位在各级流量下基本不变。现即假设三峡水库运行后城螺河段的洪水位基本不变，应用定床不恒定流水力学差分解法模型来分析牌洲裁弯对城螺河段的防汛影响。选择1983年6～10月莲花塘流量和水位过程为典型，计算步长取△t=1d，资料以日均值代替，确定边界条件，分别对现状和牌洲裁弯后两种情况进行计算，对比分析并整理成果如下。
3.2.1 相同莲花塘流量过程条件下，牌洲裁弯对上下游水位的影响3.2.1.1 相同来水条件下，牌洲裁弯对上下游水位的影响牌洲裁弯后上游水位降低明显，其降低程度自引河口向上游递减。表3.1列出了弯道上游重要断面水位降低计算成果。
在相同的来水情况下，牌洲裁弯对于下游水位的影响较小。裁弯对下游水位的影响主要是由于河道缩短，槽蓄减小及比降增加流速加大造成。以汉口断面为例：1983年典型洪水牌洲裁弯前后水位差为-0.07～0.12m.通常在峰前裁弯后水位抬高，而峰后则水位降低，表明牌洲裁弯后洪水传播加快。
3.2.1.2 牌洲裁弯对水面线的影响以t=48d（7月18日）最高水面线说明，该天莲花塘流量达最大59300 m3/s，计算得现状莲花塘水位33.87m，牌洲裁弯后莲花塘水位33.40m，降低水位0.47m，螺山降低水位0.59m，龙口降低水位0.78m，裁弯引河入口老谷洲降低0.97m.水面线与裁弯前比较明显变陡。
3.2.1.3.牌洲裁弯前后莲花塘～螺山水位落差的变化分析表明，牌洲裁弯前后莲花塘～螺山水位落差有所增大，增大关系为：△Z增=0.296-0.0063Z莲上式表明牌洲裁弯后莲花塘～螺山水位差值，低水增加较多，而高水增加相对较少。
3.2.1.4 牌洲裁弯前后螺山水位流量关系的变化由计算成果分别点绘牌洲裁弯前后以日涨落率为参数的螺山断面水位流量关系，其中螺山流量考虑支流顶托影响，支流顶托系数采用长江中下游防汛总指挥部办公室1980年汇编的“长江中下游防汛基本资料《水情》”中刊布的成果。将裁弯后、前螺山水位流量关系相减，即得牌洲裁弯后螺山水位流量关系变化，可以得出：牌洲裁弯后螺山同水位过流能力明显增大，增大的特点是水位越高涨率越大则增加越多，反之则相对增加较少。
3.2.2 相同莲花塘水位过程条件下，牌洲裁弯对河道泄量和上下游水位的影响
3.2.2.1 相同莲花塘水位条件下，牌洲裁弯对于河道泄量的影响计算结果表明，牌洲裁弯对于扩大弯道上游泄量起到了明显的作用，相同莲花塘水位过程（1983年）裁弯后可加大泄量1400～3200 立方米/s.经分析，对于弯道上游同一断面，裁弯后泄量增值与水位高低有关，断面水位越高泄量增值越大。如莲花塘断面，25m水位裁弯后泄量增值约为1200立方米/s左右，而30m水位裁弯后泄量增值约为2500 立方米/s左右。点绘牌洲裁弯后莲花塘泄量与水位相关图，推知当莲花塘水位达34.40m时，牌洲裁弯后可增加泄量3300 m3/s左右。
3.2.2.2 相同莲花塘水位条件下，牌洲裁弯对比降的影响牌洲裁弯后由于河长缩短，弯道以上河段水面比降增大，对于相同的莲花塘水位过程裁弯前后比较，一方面弯道上游泄量明显增加，另一方面莲花塘以下断面水位亦有所变化。莲花塘以下至引河入口，水位普遍降低，其规律是引河口水位降低最多，为0.39～0.74m，向上游则降低值递减。由于这种水位降低是裁弯前后相同莲花塘水位条件下的比较，因此它反映了裁弯后上游比降的增加。经计算牌洲裁弯后上游比降绝对值增加0.003～0.0054‰，平均增加0.0042‰左右。
