洞庭湖區水位抬高影響因素分析

段江勇　　陳大玄　　曹赤林

(長江水利委員會水文局 長江中游水文水資源勘測局，湖北 武漢　430012)

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洞庭湖區水位抬高影響因素分析

段江勇陳大玄曹赤林

(長江水利委員會水文局 長江中游水文水資源勘測局，湖北 武漢430012)

摘要：洞庭湖水位抬高主要是由泥沙淤積、長江水位抬升、地殼沉降等因素綜合影響造成的。根據大量歷史資料和實測水文資料，對洞庭湖區不同時期水位抬高情況作了介紹，并詳細闡述了泥沙淤積變化、長江水位抬升趨勢、地殼沉降等因素對水位抬高的影響，還對水位第4次抬高的趨勢進行了分析，表明洞庭湖區水環境演變規律發生變化。盡管如此，但洞庭湖區水位抬高的速度并未減慢，而是呈加速的趨勢抬高。因此，洞庭湖區防洪形勢仍十分嚴峻。

關鍵詞：水位變化；泥沙淤積；地殼沉降；洞庭湖；長江

1　概　述

洞庭湖是我國第二大淡水湖，是我國重要的商品糧、棉、油、水產等生產基地，在湖南省乃至全國國民經濟發展中均具有重要地位。洞庭湖區還是調蓄長江洪水的重要場所，承納荊江四口分流洪水和四水來水(見圖1)，對長江中下游防洪具有重要作用。同時，洞庭湖又是一個多災多難的湖泊，在歷史上多次發生水災。1949年至今，仍然發生了36次大小不同的水災。究其原因，主要是洞庭湖在不斷演變，水載體環境發生變化，引起河、湖水位不斷抬高所造成的。

圖1　洞庭湖基本情況

1996年發生大洪水時，洞庭湖的入湖水量并沒有1954年的大，而洞庭湖水位卻很高。當時南咀最高水位超過1954年的1.57 m，城陵磯最高水位超過1954年的0.76 m。1998年和1999年又連續發生了大洪水，出現的情況和1996年一樣，也是入湖水量比1954年的小，而洞庭湖的水位很高，不僅超過1954年的水位，而且超過了1996年的水位。這說明洞庭湖區的水載體環境已改變，水基面已經抬高。

分析引起水環境改變的原因，筆者認為，近代洞庭湖演變主要受泥沙淤積、長江水位抬升、地殼沉降3個因素的綜合影響，引起環境變化，造成水位抬高。下面就不同時期影響水位抬高的情況，水位抬高的3個影響因素及水位再次抬高(第4次抬高)的趨勢等問題進行具體分析討論。

1　不同歷史時期水位抬高的分析

全新世以來，洞庭湖區出現了3次水位抬高。

1.1第1次水位抬高

據研究，在晚更新世末，地球上發生了末次冰期，中國相應發生了大理冰期。距今約18 000 a為盛冰期，當時地球氣候寒冷，東海面下降達120 m，長江基面下降，產生溯源侵蝕，河谷深切。此時湘、資、沅、澧四水匯集于洞庭湖盆地，河網發育。全新世初期，洞庭湖盆地繼承了晚更新世末河網交錯的平原景觀。全新世中期，冰期過后氣溫回暖，東海面迅速上升，洞庭湖區受長江基面抬升的影響，湘、資、沅、澧四水出流受頂托，出現了第1次水位抬高。在距今約5 000 a前后，水位抬高達到最高值，致使湘、資、沅、澧四水河口退縮。古河槽洼地集水，灘地成為沼澤地，洞庭湖區河網交錯的平原演變為森林沼澤平原。

1.2第2次水位抬高

第2次始于唐、宋時代，云夢澤消亡后，亦逢長江基面抬升期，荊江(枝城至城陵磯330 km長江河段稱荊江)兩岸通江穴口相繼被堵塞。荊江水位抬升，江水由城陵磯倒進洞庭湖，造成洞庭湖水位抬高，面積迅速擴大。由于長江水位繼續抬升，荊江南岸相繼產生新的分流穴口。公元1305年扒口分流，形成了大平口虎渡河，調弦口華容河。自此，江湖關系開始復雜化。江水直接在洞庭湖北部入湖，使洞庭湖繼續擴大，于明末清初擴大到全盛時期。洪水面積達6 000多km2，形成了近代洞庭湖。隨著湖水位抬高，湘、資、沅、澧四水河口退縮，湖區老垸遭淹沒。歷史上稱之為“北水南侵”。

1.3第3次水位抬高

第3次始于藕池、松滋潰口之后。1860年(清咸豐十年)長江大水，荊江南岸藕池決口，潰口以下逐漸沖成大河，形成藕池水系。1870年(清同治九年)長江又發大水，松滋潰口沖成松滋河水系。藕池、松滋二口水系形成后，一方面荊江向洞庭湖分流比虎渡、華容二河分流增大近10倍。另一方面由于清朝中、晚期和民國時期戰亂，長江流域植被破壞嚴重。長江水中含沙量增大，造成大量泥沙迅速涌進洞庭湖。首先在北部形成水下三角洲，隨之洲土不斷露出水面，由北向南推進，擠占湖泊容積，抬高湖水水位，再次發生“北水南侵”[1]，延續至今。

水位抬高不僅表現在大洪水年水文測站年最高水位超記錄升高，還體現在水文測站的水位流量關系發生改變上。即同流量情況下水位抬高，同水位情況下流量減少。與此同時，洪水比降減小，即上、下游測站水位落差減小。由于洞庭湖盆是至西向東傾斜，湖的淤積狀況不同，因此各湖水位抬高情況也就不同。

由于西洞庭湖湖泊萎縮處于晚期，調蓄功能小，沅、澧兩水和松、虎、藕池三口水系，無論哪一水系來水量大，都會引起水位升高很快。同流量情況下水位抬高值實例見表1。

表1　西洞庭湖各站同流量水位抬高值實例

由于南洞庭湖行洪不暢壅高水位，湖內的水面比降減小。經對上、下游測站月平水位相關分析得出，月平均水位相關落差減小，20世紀60～90年代南咀至東南湖落差減小 0.25 m，70～90年代南咀至草尾落差減小 0.07 m，70～90年代沅江至楊柳潭落差減小0.28 m。

對比1969年與1999年的沙頭站同流量下的水位值，當流量為6 800 m3/s時，1999年的水位抬高1.74 m。南洞庭湖西端入湖流量主要由南咀、小河咀、三岔河3站出流匯入。在入湖日平均流量相同的情況下，水位抬高值可根據表2中的不同水位計算得出，即南咀、小河咀、草尾、沅江水位抬高值分別為1.40,0.84,0.95 m和0.94 m。

表2　南洞庭湖西端入湖日平均流量相同時段不同水位

將1954年與1966年的東洞庭湖城陵磯站進行對比，當流量達到43 000 m3/s時，水位抬高 0.80 m。藕池河北支南縣站，采用1981～1983年的資料與1991～1994年資料，進行水位流量關系分析，同流量時水位抬高值見表3，可見不同流量不同水位級的水位抬高值是不同的。水位抬高值逐年增大，依次為：西洞庭湖、南洞庭湖、東洞庭湖。

2　具體影響因素分析

2.1洞庭湖泥沙淤積變化分析

2.1.1河、湖水網形成

藕池、松滋二口水系形成后，會同虎渡、華容二河在湖中組成復雜而龐大的河網，節節向南推進，北部的赤沙湖很快被泥沙填平后，華容河折向直接入東洞庭湖，其他三口水系繼續南行，1900年前后洲灘前緣到達南縣茅草街附近。西洞庭湖寬廣的湖面大部分被淤塞后，長江三口水系和沅、澧兩水受赤山阻擋，在茅草街匯集折向東流入南洞庭湖。泥沙淤積隨著向東向南擴展，20世紀20～30年代形成了草尾河、蒿竹河，40年代形成了黃土包河，以后南洞庭湖中還形成了數條無名河。藕池河東支南行分出沱江和藕池河北支，沱江在茅草街入南洞庭湖，北支為主流，受明山阻擋折向流入東洞庭湖。隨著泥沙淤積，人們將湖州圍墾成堤垸。至1979年，洞庭湖區共有堤垸278個，耕地面積 57.91萬hm2，南縣因垸田面積增大，才于1895年建縣。受自然和人類活動的影響，洞庭湖才形成了現今河、湖水網分布形態[2]。

表3　南縣站同流量時水位抬高值

2.1.2湖泊面積及沙量變化

根據湖南省水利勘測設計院和長江水利委員會水文局(以下簡稱“長江委水文局”)公布的資料，1825年洞庭湖泊面積為6 000 km2，1949年為4 350 km2，1954年為3 915 km2，1995年為2 623 km2；1949年湖泊容積為293億m3，1954年為268億m3，1995年為167億m3。泥沙淤積導致洞庭湖迅速萎縮并解體，100多年來昔日浩瀚的洞庭湖已面目全非。特別是藕池、松滋二口水系形成后的前期，由于分流量大，又主要是湖泊行洪，因此，泥沙淤積量大，沉積率大。據前揚子江水利委員會刊出的資料，1934年四口最大流量共為27 405 m3/s，占當年枝江最大流量49 000 m3/s的50%以上。1934年實測的四口及四水入湖沙量分別為：四口 2.62億m3，四水 0.24億m3，合計為 2.86億m3，而城陵磯出湖沙量為 0.44億m3，當年沉積在湖內的沙量為2.42億m3，沉積率高達84.6%。1947年湖南省的洲土報告資料表明，1936～1947年四口年均入湖沙量1.393億m3，四水入湖沙量0.161億m3，合計為 1.554億m3，城陵磯出湖沙量為 0.266億m3，沉積量為1.288億m3，沉積率高達 82.9%。

2.1.3四口對湖泊泥沙淤積的影響

四口分流作用最大的藕池口，其次是松滋口，再是太平口，最小的是調弦口，該口1959年建閘關閉，減少沙量1 060萬t/a。表4統計了1956～1995年各時段的入湖水量、沙量、出湖沙量和沉積量。入湖水量年均2 596億m3，其中三口為 959.5億m3,占37%，四水為1 636.6億m3，占63%。入湖沙量年均16 311萬t，其中三口沙量為13 252萬t，占81.2%，四水沙量為 3 059萬t，占18.6%，出湖沙量為4 331萬t，占入湖沙量的26.6%，沉積沙量為11 980萬t，年平均沉積率73.4%，各時段沉積率變化不大。表4中，入湖沙量、出湖沙量、沉積沙量均隨時間推移呈減小變化，其原因主要是：①入湖沙量主要來自三口水系，荊江裁彎期(1967～1972年)的前后時段比較，裁彎后三口水系入湖水量減少約500億m3/t，每年入湖沙量減少約8 000萬t。 ②三口水系進水口門有一定淤積，洪道有淤積，加之出水口延伸，流程增長，水流比降減小。因此，三口水系洪道的行洪能力和輸沙能力隨之降低。

表4　三口四水入湖水量、沙量、出湖沙量、沉積量統計

2.1.4洞庭湖西、南、東3個部分泥沙淤積狀態

由于洞庭湖現已萎縮呈西、南、東3個部分，河湖水網復雜，各湖的泥沙淤積狀態是不同的。

西洞庭湖通江湖泊現只剩下目平湖與七里湖，面積合計 415.5 km2，容積 24.4億m3，長江三口水系和沅、澧兩水匯集于赤山以西目平湖區域，經南咀、小河咀兩河段入南洞庭湖。根據對測站沙量統計，西洞庭湖泥沙沉積量、沉積率呈減少趨勢。從20世紀70年代開始出湖沙量大于沉積沙量，90年代開始沉積率僅約40%。

1992年長江委水文中游局在目平湖區域布設了3個巡測斷面。根據巡測資料計算，出湖沙量大于沉積沙量，出口輸沙率占進口輸沙率的59.2%，沉積量為40.8%，其中，洪道中沉積量為 26.6%，目平湖沉積量僅為 14.2%，說明西洞庭湖萎縮已處于晚期，泥沙淤積是以洪道為主，不是以湖泊為主，現目平湖、七里湖已處于枯水期為河、洪水期為湖的狀態。

南洞庭湖現有湖泊面積 902.7 km2，容積 66.5億m3。南洞庭湖的洪道由湖泊、黃土包河、草尾河3條通道組成。湖泊又由東南湖、萬子湖、橫嶺湖、劉家湖、荷葉湖等大、小湖泊組成。西洞庭湖的出流進入南洞庭湖后，在其南面、東面分別與資水和湘水匯合，經荷葉湖流入東洞庭湖。1990～1992年長江委水文中游局在白沙、挖口子分別設立巡測斷面。根據巡測資料和其他站有關資料分析計算，進入草尾河、黃土包河、東南湖三洪道的水量分配分別為22.8%，21.3%，55.0%；沙量分配分別為27.1%，35.9%，36.9%。洪水期草尾河、黃土包河的過洪能力小于湖泊。由于湖內無束水洪道，高洪時期呈漫流形式行洪。泥沙淤積使北部洲灘不斷南移，南部有資水西支、中支早期河口三角洲形成的臺地及橫嶺湖殘堤阻水。湖泊三起四落不貫通，水流紊亂，行洪不暢，從20世紀70年代開始造成蒿竹河、資水西支、資水中支出現逆流，以后逆流天數逐年增多。

經過對荷葉湖巡測資料和其他站有關資料分析計算，南洞庭湖從荷葉湖出湖的輸沙率平均占入湖輸沙率的 41.2%，沉積在湖泊和洪道中的輸沙率為58.8%，沉積率大于西洞庭湖。

東洞庭湖現有面積1 312 km2，容積100億m3，是各湖中吞吐量最大的湖泊。三口、四水及洈水、汨羅江、新墻河等水系、河流都匯集于該湖，由城陵磯流入長江。各水系、河流入東洞庭湖后，水面陡然增寬，流速減緩，水流挾沙能力降低，泥沙沉積速度加快，因而其南部和西部泥沙淤積嚴重。根據對荷葉湖巡測斷面等有關資料分析計算，現東洞庭湖泥沙沉積率為 70.2%。沉積率大于西、南洞庭湖。

總之，洞庭湖受泥沙淤積影響，面積、容積均減小。對比1995年與1954年，全湖面積減少1 292 km2，容積減少106億m3。湖床增高，1992年長江委水文中游局根據湖泊斷面觀測資料計算得出，1977～1990年湖泊年平均淤高值如下：目平湖 2.5 cm，七里湖1.85 cm，南洞庭湖 2.5 cm，東洞庭湖 2.7 cm，全湖 2.62 cm。

2.2長江水位抬升分析

2.2.1地球升溫影響

全新世以來，由于東海面上升，長江水位已出現過兩次抬升，都影響到洞庭湖水位抬高。當前由于地球升溫，隨著東海面上升，長江水位將出現第3次抬升。

20世紀末，就有專家、學者提出21世紀海水面上升的問題。1993年華南師范大學張聲才認為，由于全球大氣溫室效應，導致海面上升，預測廣東沿岸海面未來上升率為1.1 cm/a。2000年、2030年和21世紀末海平面將比1990年分別升高0.11,0.44 m和1.21 m……[3]。1991年董妙先提出了地球“多四季論”的說法，認為地球氣溫在不斷的變暖，海平面在漸漸升高。他還預計21世紀，這種變化更強，全世界海平面將升高50～100 cm……[4]。無論是地球的“溫室效應”，還是地球的“多四季論”，地球在升溫并引起海平面上升是共識。近幾年國家科考隊和登山隊都進一步證實了當前地球正在升溫。

2.2.2湖區資料研究結果

洞庭湖區南咀水文站氣象資料統計表明，從20世紀80年代開始，年最低氣溫每個年代上升1.1℃。水文資料顯示，20世紀晚期，長江中、下游水位已開始出現水位抬升，1990年長江委水文局編寫的《長江中、下游水位流量關系變化規律及人類活動對荊江泄洪能力影響研究》成果表明，城陵磯以下的螺山、漢口、大通各站水位流量關系均是同水位情況下流量減小，同流量情況下，水位抬高[2]。1991年長江委水文中游局編寫的《長江中、下游河床演變分析》中，長江河床普遍出現分汊增多，江心洲增多、增大、產生新的河道淤積，這是長江中、下游縱比降減小，水位抬升的表現。

2.2.3洞庭湖出口以下長江河道泥沙淤積的影響

對下荊江裁彎城陵磯以下長江河道泥沙嚴重淤積有一定影響，減少了洞庭湖的入湖沙量，增加了長江輸沙量。但如果長江基面未抬升，下荊江裁彎帶來的影響，經過數年、10 a，甚至20 a河勢調整后，泥沙淤積狀態應該減緩，但事實并未如此，這說明長江基面已進入抬升期，長江的行洪能力和輸沙能力有所降低。1996年、1998年，1999年大洪水時，裁彎期已過近30 a，當時洞庭湖出流受到長江洪水不同程度的頂托，造成洞庭湖水位不斷抬高，也說明長江中、下游水位已處在抬升期，抬升的速率有待于進一步研究，如果地球繼續升溫，洞庭湖水位將隨長江中、下游水位的抬升而升高。

圖2　19世紀與20世紀水系對比

種種原因導致洞庭湖是一個極不穩定的湖泊(見圖2)。1542～1860年，洞庭湖的全盛時期僅300多年，隨后，由于泥沙淤積使洞庭湖迅速縮小。1825年湖水面積為6 000 km2，1890年湖水面積為5 400 km2，1960年為3 140 km2，現在以湖面高程34.5 m計，湖水面積僅為2 820 km2。

2.3地殼沉降的影響分析

2.3.1洞庭湖盆地開始沉降

據研究，晚更新世洞庭湖盆地具有陸升的特征，晚更新世末至全新世初，洞庭湖盆地相對較穩定，全新中期，即新后器時代后，受新耕造運動的影響，洞庭湖盆地開始沉降，新石器時代人類活動的遺址和森林沼澤地面被全新世中、晚期沉積物覆蓋，據湖區鉆孔揭示，沉積物均為厚7～20 m的湖沼相粉砂亞粘土，人類活動的遺址埋藏在孔深7～5 m。南縣、安鄉、沅江的鉆孔中7～5 m有豐富的沼氣蘊藏[5]。

2.3.2洞庭湖區地殼沉降

洞庭湖區地殼處于沉降狀態，延續到近世紀，根據1923～1926年前揚子江水利委員會施測的精密點，1951年長江水利委員會重復施測精密水準點，前后兩次施測成果的差值見表5。

表中的數據采用距離洞庭湖區較近的石首、監利、湘陰3個水準點成果計算，平均每年地殼沉降11.5 mm。

表5　精密水準點重復測量成果差值

曾有學者指出，洞庭湖中心區沉降速度大于周邊區,年均達10 mm左右,沉降速度最大的地帶集中于湖區偏東方向斷裂帶之間，每年沉降速度可達10～25 mm。這項研究成果科學證實，當前洞庭湖區地殼仍處在沉降狀態,該成果與1951年長江水利委員會施測的精密水準成果十分接近,對洞庭湖區水位變化趨勢提供了確定的影響因素。

2.3.3地殼沉降對洞庭湖的影響

地殼沉降減小了洞庭湖與長江下游或海平面的落差，相對抬高了洞庭湖的水位，增大了水深，從而擴大洞庭湖容積。前述洞庭湖3次水位抬高均受到地殼沉降的影響。地殼沉降與泥沙淤積都會造成洞庭湖水位的抬高。由于泥沙淤積湖泊萎縮的速度大大超過了地殼沉降擴大洞庭湖的速度，以致在表面上洞庭湖水位抬高而湖泊迅速萎縮的現象中，掩蓋了地殼沉降相對抬高湖水位這一事實。

隨著時間的推移，洞庭湖區的地殼沉降值正不斷累積。僅從1954年算起，洞庭湖盆地與海平面落差就已減小0.5 m之多，且還在繼續以每年10多毫米的速度沉降，這對洞庭湖的影響會越來越大，造成出流受阻使得水位抬高。

3　水位再次抬高趨勢分析

第3次水位抬高以來，其影響因素的主次排序是泥沙淤積-長江水位抬升-地殼沉降。隨著時間推移，洞庭湖區水環境的演變，這種排序也發生了變化，目前主次排序是長江水位抬升-地殼沉降-泥沙淤積，其原因可歸納以下3點。

(1) 由于入湖沙量減小，泥沙淤積呈減小趁勢變化，特別是長江三峽工程蓄水運行后的清水下泄以及長江流域植被條件的改善，長江水進入洞庭湖的含沙量明顯減小，泥沙淤積對水位抬高的影響也就越來越小。但由于全洞庭湖泥沙沉積率仍保持在70%左右，該影響也并非在短時間內可完全消除。

(2) 地球溫室效應造成海平面上升，長江水位處于第3次抬升期，加上長江中、下游泥沙淤積，長江的行洪能力降低，長江水位抬升呈加快趨勢變化，對洞庭湖出流的頂托加強。

(3) 洞庭湖區地殼沉降的積累，無疑已抬高了洞庭湖區的水基面。如果海平面上升的速度為11 mm/a，洞庭湖區地殼沉降與海面“降、升相加”，且還在繼續以大于20 mm/a的速率來減小兩者的高度差，抬高洞庭湖區基面，因此洞庭湖水位面臨再次抬高，即全新世以來第4次水位抬高。

上述分析說明，雖然洞庭湖區泥沙淤積減緩，但今后水位抬升的速度不會減慢，而是呈加速的趁勢抬升，因此未來洞庭湖區的防洪形勢十分嚴峻。

另外，2014年9月開始的厄爾尼諾事件，已經成為1951年有觀測記錄以來持續時間最長、強度最大的一次，其特征與1998年誘發長江特大洪水災害的超強厄爾尼諾事件高度相似。受其影響，2016年洞庭湖區發生較大洪水的可能性較大。入汛以來的監測數據顯示，洞庭湖區累計平均降雨較歷年同期均值偏多 62.2%。2016年以來(1月1日08：00至4月21日08：00)，三口四水合計來水總量 592.9億m3，較歷年同期均值 389.9億m3偏多 52.1%，其中四水來水總量 569.7億m3，較歷年同期均值 379.3億m3偏多 50.2%。4月25日08:00，控制洞庭湖出口的城陵磯站水位 28.62 m，比歷年同期偏高 4.59 m，因此，當前洞庭湖區防汛形勢顯得尤為嚴峻。

4　結　語

洞庭湖是長江中下游重要的調蓄湖泊，湖區水網密布，江湖關系復雜。近年來我國極端天氣頻發，長江流域降水在時間和空間上嚴重不均，洞庭湖發生洪災頻率明顯呈逐年上升惡化趨勢。現在的洞庭湖面臨著來水量大而泄量小的格局，且洪水遭遇惡劣的形勢還沒有從根本上得到改變，因此防洪形勢依然十分嚴峻。洞庭湖水位抬高的趨勢明顯，湖泊調蓄能力萎縮，應引起有關部門的高度重視。特別要加強對三峽工程運行后江湖關系、泥沙淤積演變規律的研究，弄清洞庭湖區水沙輸移機理，科學把握江湖關系變化的客觀規律，對下一步洞庭湖綜合治理具有十分重要的意義。

為避免洞庭湖再次因洪水帶來災難，不讓1954年的災情重現，建議有關部門采取有力措施，如疏浚洞庭湖區和長江中、下游洪道，在原計劃蓄洪量500億m3的基礎上增加蓄洪量等，以確保人民生命財產安全。

參考文獻:

[1]張修桂.洞庭湖演變的歷史過程[J].歷史地理(創刊號)，1981(1):99-116.

[2]長江水利委員會水文局.長江中、下游主要站水位流量關系變化規律及人類活動對荊江泄洪能力影響研究[R]. 武漢：長江水利委員會水文局，1990.

[3]張聲才. 海平面上升對廣州的可能影響與對策初探 [J]. 人民珠江, 1993(6)：13-15.

[4]董妙先.多四季論[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社，1991.

[5]林國俊，李志軍，雷明軍，等. 洞庭湖區土地覆被對長江水位變化的響應分析 [J]. 人民長江,2015，46(19)：114-118.

[6]長江水利委員會水文局長江中游水文水資源勘測局.洞庭湖的歷史演變及趨勢分析[R].武漢：長江水利委員會，1998.

(編輯：唐湘茜)

收稿日期：2016-05-15

作者簡介：段江勇，男，長江水利委員會水文局長江中游水文水資源勘測局，工程師.

文章編號：1006-0081(2016)07-0034-06

中圖法分類號：P332.5

文獻標志碼：A