洞庭湖近期變化與對策淺析

劉曉群，伍佑倫，宋 雯，蔣婕妤

（湖南省水利水電科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007）

1 概 述

洞庭湖為我國第二大淡水湖，屬長江中游僅存的通江湖泊，是長江中下游最重要的調(diào)蓄湖泊。洞庭湖自東、南、西三面匯集湘、資、沅、澧四水及湖周中小河流約26 萬km2來水來沙，自北經(jīng)松滋、太平、藕池、調(diào)弦四口（其中調(diào)弦口于1958 年冬建閘控制未再分洪，后文也稱為“三口”）及四口河網(wǎng)分流長江荊江的水沙，經(jīng)湖泊調(diào)蓄后在城陵磯再匯入長江，下游控制站螺山水文站集水面積近130 萬km2。洞庭湖地勢西高東低，自西向東形成一個傾斜的水面，形成西洞庭湖、南洞庭湖、東洞庭湖三部分。據(jù)2003 年地形測量資料和典型洪水水面計(jì)算，城陵磯七里山水位33.50 m 時湖泊水面面積2 625 km2，蓄水量167 億m3。

洞庭湖的變化與長江息息相關(guān)，體現(xiàn)長江與洞庭湖關(guān)系的因素是四口河系的水沙和城陵磯的水位，長江宜昌到武漢河勢與洞庭湖容積變化對其產(chǎn)生直接影響[1]。2003 年三峽水庫投入運(yùn)行以后，近16 年來清水下泄長程沖刷對長江河勢、中低水位影響明顯，洞庭湖出現(xiàn)了新的變化，呈現(xiàn)湖泊萎縮趨勢。

2 近期變化特征

按照調(diào)弦口1958 年建閘控制、荊江1967～1972 年裁彎、1980 年葛洲壩運(yùn)行和2003 年三峽工程運(yùn)行等江湖關(guān)系變化的情況進(jìn)行年代劃分，依據(jù)主要控制站實(shí)測資料可分析這些變化。

2.1 湖泊水位和水域變化

以洞庭湖出口七里山水文站分析，2003 年以前江湖關(guān)系變化的各個階段，年平均水位呈逐步升高趨勢，但2003 年三峽水庫運(yùn)行后開始下降（表1）。三峽工程運(yùn)用前，總體上年平均水位由23.25 m 逐漸抬高到25.26 m，51 年間升高2.01 m，年均抬高4 cm；三峽水庫運(yùn)用15年后年平均水位回落了0.24 m，平均每年下降1.6 cm。

對葛洲壩運(yùn)行后江湖關(guān)系處于自然演變的1981～2002 年時段進(jìn)行分析，年內(nèi)7、8、9 月七里山平均水位維持在28.76～30.19 m，統(tǒng)計(jì)日均水位在29 m 以上的多年均值為29.38 m，水域面積2 480 km2；最高35.94 m（1998 年），洞庭湖主要洲灘基本在水下，淹沒時間2個月；2003 年后最高水位34.47 m（2016 年），歷年日均超過29 m 以上的均值則不足30 m，水面面積小于2 300 km2，東洞庭湖局部及南洞庭湖大部分洲灘淹沒不超過2 個月，甚至已數(shù)年不過水，比1981～2002 年下降了1.32 m，水面面積減小了200 km2[2]。

表1 東洞庭湖出口七里山站月平均水位變化情況表 （單位：凍結(jié)m）

2.2 水沙條件變化

相對于1951～2018 年長系列特征，湘資沅澧四水及洞庭湖區(qū)間來水在8%以內(nèi)波動，變化幅度不大，而三口呈明顯衰減趨勢，由74.1%下降到-44.3%（表2）。

表2 洞庭湖水沙條件分析表

三峽水庫運(yùn)行后，三口分流入湖水量477 億m3，僅為多年平均值的55.7%，相當(dāng)于1981～2002 年的69.0%，徑流量減少了210 億m3。由于四水來水對三口河系沒有直接影響，三口來水減少是三口河網(wǎng)出現(xiàn)水資源水環(huán)境問題的主導(dǎo)原因，且由于水量減少的絕對數(shù)巨大，不可避免地導(dǎo)致洞庭湖湖泊萎縮[3～4]。

隨著上游梯級工程的不斷開發(fā)，河流懸移質(zhì)泥沙不斷減少。2003 年以來，四水相對于長系列條件入湖沙量減少了1 708 萬t，三口減少了9 509 萬t，合計(jì)減少了11 217 萬t，其中三口占減少量的84.8%。長系列1951～2018 年三口四水入湖總沙量87.8 億t，七里山出湖25.4 億t，洞庭湖淤積了62.4 億t，接近55 億m3，相當(dāng)于3 000 km2平均堆高1.8 m，導(dǎo)致三口河道及七里湖、澧水洪道和目平湖洲灘不斷淤高，南洞庭湖洪道主槽發(fā)育，而東洞庭湖洲灘則逼近城陵磯出口。2008～2017 年年均出湖沙量2 173 萬t，大于入湖的1 340 萬t，每年向長江多輸沙833 萬t，但2018 年因四水來沙較大，湖泊淤積了356 萬t。這些分析沒有考慮四水控制站以下約5 萬km2區(qū)間面積。

目前每年汛期三口分流，清水沖刷的效應(yīng)已出現(xiàn)，根據(jù)2003～2018 年河道地形變化，僅松滋河網(wǎng)沖刷了約1.70 億m3的泥沙輸送到下游洪道、湖泊。過去淤積的巨大的泥沙自上游向下游再輸運(yùn)正在發(fā)生，將致上游河道深槽發(fā)展、洲灘抬高、下游湖盆淤積，對沿程河流湖泊形態(tài)產(chǎn)生一系列影響。

2.3 水庫蓄水期湖泊轉(zhuǎn)化

三峽水庫9 月10 日開始蓄水，下游長江干流水位較快地下降，對洞庭湖的頂托作用減小，出口城陵磯的泄流能力加大，洞庭湖滯蓄的水量快速外泄，致9 月、10 月洞庭湖平均水位較1981～2002 年分別低1.19 m、1.96 m。過去10 月份平均水位26.80 m 的東洞庭湖基本呈現(xiàn)湖泊狀態(tài)，但近期下降到24.84 m，湖盆內(nèi)左岸洲灘基本出露，湖泊提前約1 個月轉(zhuǎn)化為河流狀態(tài)。

3 對策淺析

由于水位下降和水面面積衰減、三口分流分沙減少和蓄水期湖泊快速萎縮的近期變化趨勢，考慮江湖水文條件，可初步分析相應(yīng)的對策。

針對城陵磯水位下降，不考慮出口控制時，通過三峽水庫加大下泄也可以恢復(fù)湖泊水位。對于蓄水期9月、10 月湖泊水位下降過快，下游螺山流量不小于28 000 m3/s 時，對城陵磯的頂托作用可以使湖泊水位維持到1981～2002 年10 月平均水位26.80 m。這對洞庭湖年平均水位的恢復(fù)也會有作用，但是，對三峽水庫10 月的蓄水需求會產(chǎn)生巨大沖擊。

針對三口分流下降，疏浚河道加大低水分流能力是主要考慮的對策，但湖南湖北具有較大的爭議。根據(jù)長江干流上百里洲左側(cè)蘆家河巖石河灘的地形條件，輔助低堰閘壩可抬高松滋口新江口水位到41.00～44.00 m，可增加松滋口流量2 000～5 000 m3/s，水流經(jīng)松西河、瓦窯河、澧水洪道及安鄉(xiāng)河，進(jìn)入洞庭湖，再從城陵磯匯入長江，增加城陵磯流量并抬高湖泊水位。顯然，這會改變當(dāng)前江湖中低水位的水沙分配格局，但對緩解洞庭湖泥沙的再輸運(yùn)和主要湖泊枯水水域萎縮情況會具有積極作用，水流繞行洞庭湖降低流速、出流頂托荊江來水也可直接減輕長江干流的沖刷問題，或更進(jìn)一步可以洞庭湖替代長江航道，延長魚類洄游通道[5]，湖泊水位較高時太平口、藕池口也可以與荊江水流自然連通。

利用中低水位清水沖刷湖盆堆積的泥沙，增加湖泊蓄水容積，對洪水調(diào)節(jié)、湖泊濕地水域保護(hù)等方面的改變都值得深入研究。值得說明的是，這里分析的是江湖中低水位特別是枯水期低水位情景，其后果可能導(dǎo)致高洪水位出現(xiàn)新的變化[6]。而洞庭湖防洪一直是困擾長江中游特別是湖南省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展最為嚴(yán)峻的問題，其作為長江洪水調(diào)蓄湖及主要分蓄洪區(qū)，洪水在城陵磯頂托形成高洪水位或自松滋口分流繞行再到出口蓄集，都不會從根本上改變洞庭湖區(qū)本身需面臨的防洪和分蓄洪問題，湖區(qū)當(dāng)前以堤防為主的防洪措施并繼續(xù)加強(qiáng)仍然是必須的。另一方面，長江中下游清水沖刷導(dǎo)致河勢不穩(wěn)和中低水位下降的趨勢短期難以改變[7]，可能導(dǎo)致三口分流如調(diào)弦口一樣只在洪水期可以發(fā)生，湖區(qū)中低水缺水導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)社會、生態(tài)環(huán)境問題會不斷增加，但三口不可控的、巨大的分流能力，在長江大洪水時分流的洪水對洞庭湖的影響仍是不可避免的問題。

4 小 結(jié)

自松滋口到安鄉(xiāng)的七星臺堆積表明60 萬年以前長江曾經(jīng)繞行洞庭湖[8]，地質(zhì)運(yùn)動、氣候變化、水沙變化以及人類文明發(fā)展等諸多因素，在歷史時期導(dǎo)致江湖格局的演變是巨大的。近代特別是1949年以來，長江治理取得了歷史上最快的進(jìn)展，三峽水庫、湘資沅澧四水水庫及其上游梯級群逐漸投產(chǎn)以后，洞庭湖入湖水沙均在人工調(diào)節(jié)影響之下，荊江及其下游干流總體上也成為了堤防約束的渠化河流，但洞庭湖處于自然蓄泄?fàn)顟B(tài)。隨著長江干流清水下泄長程沖刷的不斷發(fā)展，洞庭湖近期出現(xiàn)了水位下降、水面萎縮、來水來沙衰減以及水庫蓄水期湖泊快速轉(zhuǎn)化為河道的一系列變化。初步分析認(rèn)為，在不改變江湖現(xiàn)有格局的情況下，通過長江蘆家河低堰閘壩將長江枯水自松滋口較大地導(dǎo)入洞庭湖，或可緩解洞庭湖枯水時期不斷萎縮的一系列變化影響，并減輕長江中下游沖刷問題。對洞庭湖區(qū)防洪蓄洪形勢的影響值得研究，但不會改變洞庭湖在長江中游的分蓄洪定位。

項(xiàng)目資助：湖南省重大水利科技項(xiàng)目（XSKJ2018179-33）；湖南省一般水利科技項(xiàng)目（XSKJ2018179-46）。