三峽水庫蓄水前后洞庭湖區洲灘出露面積變化規律

摘要：三峽水庫蓄水后，下泄水沙過程改變，對洞庭湖出口處城陵磯水位造成一定的影響，城陵磯水位改變致使湖區洲灘出露面積發生較大變化，對湖區水資源利用、水環境生態等帶來一定的影響。因此，利用1955～2022年實測資料分析三峽水庫蓄水前后洞庭湖區洲灘出露面積變化規律。結果表明：三峽水庫蓄水后洞庭湖區以微沖為主，洲灘出露面積的變化主要受城陵磯水位變化的影響；由于城陵磯水位與螺山站水位相關性好，干流河道地形變化引起枯水流量下的螺山站水位下降明顯，洪水流量下的水位變化不明顯；三峽水庫下泄徑流過程變化導致1月1日至4月20日螺山站平均流量增大，8月26日至11月15日螺山站平均流量減小；在干流河道地形變化與徑流過程改變綜合影響下，枯水期、消落期及汛期湖區洲灘出露面積變化不大，對濕地環境的影響不大；蓄水期洲灘出露面積則增大13.5%，流量減小是引起洲灘出露面積增大的主要因素，湖區洲灘出露面積增大引起苔草類和蘆葦群落生物量不斷向水深區域增加，這是汛后蓄水期湖區頻繁出現“大草原”的根本原因。

關鍵詞：洲灘面積； 洞庭湖； 三峽水庫； 蓄水影響

中圖法分類號：TV147

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.12.013

文章編號：1006-0081（2024）12-0065-07

0 引 言

洞庭湖地處三峽工程以下長江中游地區，為調蓄洪水的吞吐型湖泊。洞庭湖跨湖南、湖北兩省，匯集湘、資、沅、澧四水來水，承接長江荊江河段松滋、太平、藕池、調弦（1958年冬封堵）三口分流，經調蓄后在城陵磯（距三峽大壩約408 km）匯入長江（圖1）。洞庭湖在城陵磯水位34.40 m（凍結吳淞高程）時，湖泊面積2 625 km2，容積167億m3。洞庭湖水資源豐枯季節變化大，與長江的江湖關系十分復雜。洞庭湖也是中國第二大淡水湖泊，是國際重要濕地和候鳥棲息地，在調蓄長江洪水、維護生態平衡、保護水資源等方面具有重要的作用。2003年三峽水庫開始蓄水，在改善長江中游地區防洪形勢、充分發揮綜合利用效益同時，也顯著改變了下泄水沙過程，從而對洞庭湖出口處城陵磯水位造成一定的影響，城陵磯水位是洞庭湖洲灘出露面積變化的重要參數，也是影響洞庭湖區水生態環境的重要因素，該站水位改變直接影響湖區洲灘出露面積變化，從而對湖區水資源利用、水環境生態等帶來一定的影響，因此開展本研究具有重要意義。

洞庭湖區洲灘面積變化主要與出入湖水沙的變化、人類活動影響等密切相連。學者對三峽水庫蓄水前洞庭湖的泥沙淤積與洲灘地的形成與發育開展了研究［1-5］，認為荊江三口分泄入湖沙量較大，洲灘面積不斷擴大而湖泊水面不斷縮小。造成洲灘濕地發育的主要原因是泥沙淤積，但洞庭湖區圍墾也造成洲灘面積銳減。據《湖南省水利志》［6］，1949年以來湖區圍墾22處共1 654.46 km2，20世紀90年代基本結束。三峽水庫蓄水后下泄水沙過程改變對洞庭湖區洲灘面積變化產生一定的影響。李正最等［7］通過分析認為2008年洞庭湖泥沙已近乎達到沖淤平衡狀態；王祥三等［8］與李大美等［9］預測三峽工程的修建使洞庭湖區洲灘面積呈現明顯減小的趨勢；余姝辰等［10-11］利用衛星遙感數據分析，認為三峽水庫運行后洞庭湖區水位和洲灘面積的變化幅度小于運行前，2002年以前洞庭湖洲灘總體呈擴張趨勢，2002年之后洲灘面積趨于穩定；周柏林等［12］利用影像數據對比分析了三峽水庫蓄水后與葛洲壩時期相同水位湖區洲灘面積變化，結果表明，三峽工程運行后24，25，26，27 m和28 m水位下洞庭湖區洲灘面積分別增加71.0，87.7，103.5，118.5 km2及132.5 km2；鄒邵林等［13］認為三峽工程建成后低位灘地出露天數變化較大，中位灘地出露天數有一定變化，高位灘地基本不變；郭小虎等［14］分析2022年特枯年洞庭湖區洲灘出露面積變化，較之2013～2021年，2022年7～11月份洲灘出露面積分別增加了340，680，860，660 km2及510 km2。陳柯兵等［15］對洞庭湖四水出口控制水文站點的年最大洪峰流量序列、年最高洪峰水位序列進行了變異特性及歸因分析。

綜上所述，盡管學者們針對近期洞庭湖區洲灘面積變化特征及主要原因開展了大量的研究工作，但對湖區洲灘出露面積變化定量化研究的成果較少。因此，本文在以往研究的基礎上，開展三峽水庫蓄水前后洞庭湖區洲灘出露面積變化規律研究，定量揭示河道地形變化與徑流過程改變對湖區洲灘出露面積的影響。研究成果可為江湖關系演變與保護治理提供參考。

1 數據來源及研究方法

本文利用的各典型站點數據，收集的時間年限、數據類型及數據來源見表1。根據實測資料，建立湖區洲灘出露面積與城陵磯水位之間的經驗擬合關系式；并構建三峽水庫蓄水前后螺山站水位流量經驗擬合關系式，通過城陵磯水位與螺山站水位之間的經驗擬合關系式，推導城陵磯水位變化過程。設置3種工況，根據建立的經驗擬合關系式分別計算不同工況下城陵磯水位變化過程，通過湖區洲灘出露面積與城陵磯水位之間的經驗擬合關系式，計算3種工況下年內湖區洲灘出露面積變化過程，定量闡明主要因素的影響程度。

本次研究主要采取實測資料進行相關研究，并建立相關經驗關系式，通過定量計算，能夠全面反映三峽水庫蓄水后水沙過程改變對湖區洲灘出露面積的影響。

2 入湖水沙變化及洲灘面積變化

相同城陵磯水位下洞庭湖區洲灘面積與入湖泥沙沖淤密切相關，下面以荊江三口五站（新江口、沙道觀、彌陀寺、康家崗、管家鋪）、四水主要水文站（湘潭、桃江、桃源及石門）代表入湖沙量，城陵磯站代表出湖沙量。通過輸沙量法計算1955～2022年荊江三口入湖沙量、四水入湖沙量、出湖沙量、湖區沖淤量及排沙比的變化，如圖2所示。洞庭湖排沙比為洞庭湖出湖沙量與入湖總沙量的比值。

圖2顯示，1955～2002年荊江三口入湖沙量較大，湖區淤積較為嚴重，湖區淤積量與三口入湖沙量基本保持一致。四水入湖沙量減幅不大，出湖沙量有所減少，其中在1969～2002年，四水入湖沙量與出湖沙量基本相當，洞庭湖排沙比在25%左右。2003～2022年期間荊江三口入湖沙量大幅減小，湖區由以往淤積變為微沖，四水入湖沙量與出湖沙量減幅不大，洞庭湖排沙比則顯著增大，最大為420%，荊江三口入湖沙量大幅減小導致洞庭湖由原來淤積為主轉變為微沖為主。

洞庭湖區沖淤量與三口入湖沙量相關性較好，下面統計1955～2022年二者之間的相關關系，見圖3。圖3顯示，洞庭湖區沖淤量與三口入湖沙量呈線性相關且相關性較高，根據擬合直線方程可知，三口入湖沙量越大，湖區淤積量越大，反之亦然；當三口入湖沙量為540萬t時，洞庭湖達到沖淤平衡。

有關學者統計了1977～2016年城陵磯不同水位下洞庭湖區洲灘面積的變化，1977年2月至1978年6月的數據來自文獻［16］，其他年份的數據來自文獻［10］。1977年以來，長江干流先后歷經葛洲壩工程建設運用（1980年）、三峽水庫蓄水初期（2003年）、三峽水庫試驗性蓄水175 m（2008年）等，本文分為4個時間段，并統計了不同階段湖區洲灘面積與城陵磯水位之間關系（圖4）。圖4顯示，蓄水前洞庭湖以淤積為主，隨著時間推移，在相同城陵磯水位下湖區洲灘面積均明顯增大；蓄水后洞庭湖以微沖為主，相同城陵磯水位下湖區洲灘面積變化較小。因此，蓄水后湖區洲灘出露面積變化主要受城陵磯水位變化的影響。

3 三峽水庫蓄水后洲灘出露面積變化原因

三峽水庫蓄水后長江干流河道持續沖刷下切，再加上水庫調蓄作用引起城陵磯附近長江干流河道流量變化，城陵磯水位相應發生一定調整，本文統計了三峽水庫蓄水前后年內城陵磯水位變化過程（圖5）。與1955～2002年相比，2003～2022年期間1月1日至6月30日城陵磯平均水位抬高約0.58 m，7月1日至8月15日水位變化不明顯，8月16日至12月15日城陵磯平均水位下降約1.26 m，10月28日水位下降最大，12月16～31日城陵磯水位變化略有抬高。

城陵磯水位受江湖水流頂托作用影響，其水位流量關系較為散亂（圖6）。城陵磯下游約30 km處設有螺山站，通過擬合城陵磯水位與螺山站水位關系可知，二者線性相關性很好（圖7），螺山站水位流量關系較穩定，可根據螺山站水位變化來分析城陵磯水位的變化。

根據實測地形資料統計可知，2003～2021年城陵磯至漢口河段平灘河槽累計沖刷5.02億m3，本河段長度為251 km，平灘時河寬按2 000 m計，該河段平均沖深約2.0 m；河道沖刷主要集中在枯水河槽，洪水河槽過流面積變化相對較小，加之沖刷過程中阻力增大、洲灘植被發育等因素，洪水位變化主要受綜合影響，本文統計了螺山站水位流量關系變化（圖8）。圖8顯示，較之2001～2002年期間水位流量關系，2021～2022年期間螺山站水位流量關系發生較大改變，螺山站小于30 000 m3/s時水位均有不同程度的下降，其中10 000 m3/s時水位下降約1.32 m；螺山站大于30 000 m3/s時水位變化不明顯，研究成果與文獻［17］基本一致。

三峽水庫調蓄引起下泄徑流過程變化，導致螺山站徑流過程也發生較大改變，蓄水前采用1955～2002年實測數據的平均值，蓄水后則采用2003～2022年期間實測數據的平均值，得到三峽水庫蓄水前后年內螺山站流量變化過程（圖9）。圖9顯示，較之1955～2002年，2003～2022年1月1日至4月20日螺山站平均流量增大2 750 m3/s，4月21日至5月25日流量變化不明顯，5月25日至6月25日流量以增大為主；6月26日至8月25日螺山站流量則以減小為主，8月26日至11月15日螺山站平均流量減小4 990 m3/s，11月16日至12月31日流量變化不明顯。需要指出的是，與1955～2002年螺山站年均徑流量相比，2003～2022年期間螺山站年均徑流量偏小3.2%，雖然未排除長江流域降雨過程的影響，但仍能夠反映年內流量過程變化的規律。

4 洲灘出露面積變化定量計算

三峽水庫蓄水后，在相同城陵磯水位下，洞庭湖區洲灘面積基本變化較小，采用2008年2月至2016年12月擬合關系式進行相關計算分析。較之1955～2002年螺山站年均徑流量，2003～2022年螺山站年均徑流量略有偏小。為了充分反映徑流過程、河道地形變化兩個主要因素的定量影響，按照1955～2002年期間年均徑流量與2003～2022年期間年均徑流量的比值，對2003～2022年期間年內流量過程進行縮放。計算工況見表2。工況1代表蓄水前徑流過程、蓄水前干流地形，工況2代表蓄水前徑流過程、蓄水后干流地形，工況3代表蓄水后徑流過程、蓄水后干流地形。

根據表2中的公式分別計算了3種工況下洞庭湖出湖城陵磯水位變化，如圖10所示。較之工況1，工況2螺山站徑流過程基本一致，由于枯水流量與水位關系發生較大改變，1月1日至6月25日、9月21日至12月31日城陵磯水位均出現不同程度的下降，11月1日至12月31日城陵磯水位平均下降1.12 m；6月26日至9月20日期間城陵磯變化不大。較之工況2，工況3螺山站水位流量關系基本一致，由于年內徑流過程發生較大改變，對城陵磯水位也產生較大影響，1月1日至6月25日城陵磯水位均出現不同程度的抬高，6月26日至8月15日期間城陵磯水位稍有下降，8月26日至11月30日城陵磯水位均出現不同程度的下降，12月1～31日水位平均抬高0.47 m。

城陵磯水位變化引起湖區洲灘出露面積改變，統計了3種工況下湖區洲灘出露面積的變化（圖11）。圖11顯示，與工況1相比，工況2條件下1月1日至6月25日、9月21日至12月31日洞庭湖區洲灘出露面積均出現不同程度的增大，6月26日至9月20日期間湖區洲灘出露面積變化不大。較之工況2，工況3條件下1月1日至6月25日湖區洲灘出露面積均出現不同程度的減小，6月26日至8月15日期間湖區洲灘出露面積稍有增加；8月26日至11月30日則明顯增加，11月1～30日湖區洲灘出露面積稍有增加；12月1～31日湖區洲灘出露面積則有所減小。

本文將年內分為枯水期（12月1日至次年4月30日）、消落期（5月1日至6月10日）、汛期（6月11日至8月25日）、汛后蓄水期（8月26日至11月30日），統計3種工況下不同時期洞庭湖區洲灘出露面積變化（表3）。

從表3可以看出，較之工況1，枯水期干流河道地形變化導致湖區洲灘出露面積增大約163 km2，枯水期流量增大導致湖區洲灘出露面積減少177 km2，在干流河道地形變化與流量增大的綜合影響下洲灘出露面積減小約14 km2，減小幅度約0.7%。

消落期干流河道地形變化導致湖區洲灘出露面積增加約36 km2，消落期流量增大導致湖區洲灘出露面積減少52 km2，在干流河道地形變化與流量增大綜合影響下洲灘出露面積減少約16 km2，減小幅度約1.1%。汛期干流河道地形變化導致湖區洲灘出露面積減少約6 km2，汛期流量減少導致湖區洲灘出露面積增大20 km2，在干流河道地形變化與流量減小綜合影響下洲灘出露面積增加約14 km2，增幅約1.3%。汛后蓄水期干流河道地形變化導致湖區洲灘出露面積增大約43 km2，蓄水期流量減少導致湖區洲灘出露面積增大150 km2，在干流河道地形與流量減小綜合影響下，洲灘出露面積增加約193 km2，增幅約13.5%。其中蓄水期干流河道沖刷引起洲灘出露面積增大約占洲灘出露面積增加量的22.3%，流量減小引起洲灘出露面積增大約占洲灘出露面積增加量的77.7%，流量減小是洲灘出露面積增大的主要因素。

5 洲灘出露面積變化對濕地環境的影響

洞庭湖具有獨特的地理環境，形成了以敞水帶、季節性淹水帶、滯水低地為主的最大湖泊濕地景觀［18］，三峽水庫蓄水后對洞庭湖區濕地生態的影響有兩種情況，一種是由于年內水庫下泄量變化導致洞庭湖水位和地下水位變化對濕地生態系統的影響；另一種情況是洞庭湖泥沙變化引起濕地生態系統的演替［19］，湖區洲灘出露面積變化會對濕地環境產生一定的影響。

較之三峽水庫蓄水前，汛期湖區洲灘出露面積增大僅14 km2，枯水期與消落期湖區洲灘出露面積分別僅減小14 km2和16 km2，因此3個時期湖區洲灘出露面積變化幅度較小，對湖區濕地環境影響不大。汛后蓄水期湖區洲灘出露面積增大193 km2，且時間明顯加長，低水位洲灘的雜草和苔草植物群落向湖泊更深的區域不斷侵移，直接使蘆葦和湖草群落生物量不斷增加，同時導致淺水區沉水植被的水域面積急劇減小，嚴重影響了沉水植物的群落自然發育，打破了以往湖區植物群落的演替規律。同時汛后洲灘大面積裸露，加之湖區在該時段內溫度較高，不利于耐旱能力較差的植物生長繁殖，也對湖區周邊居民的生活用水和秋播農業灌溉等產生一定的不利影響。

總之，在汛期、枯水期及消落期洞庭湖區洲灘出露面積變化幅度不大，對濕地環境的影響不大，但汛后蓄水期湖區洲灘出露面積明顯增大，洲灘裸露時間變長，引起苔草類和蘆葦群落生物量不斷向湖泊深水區域侵移，嚴重影響植被群落已有演替規律，這也是汛后蓄水期洞庭湖區出現“大草原”的根本原因。

6 結 論

本文利用實測資料分析了三峽水庫蓄水前后洞庭湖區洲灘出露面積變化規律，得到以下結論。

（1） 三峽工程蓄水前洞庭湖以淤積為主，隨著時間推移，相同城陵磯水位下湖區洲灘面積明顯增大；蓄水后洞庭湖以微沖為主，隨著時間推移，相同城陵磯水位下湖區洲灘面積基本變化較小，湖區洲灘出露面積的變化主要受城陵磯水位變化的影響。

（2） 由于城陵磯站水位與螺山站水位相關性好，通過分析螺山站水位流量關系與年內徑流過程變化，可間接得到城陵磯水位變化。較之2001～2002年，干流河道地形沖刷引起2021～2022年螺山站枯水流量水位下降，大于30 000 m3/s時水位變化不明顯；水庫下泄徑流過程變化導致2003～2022年1月1日至4月20日螺山站平均流量增大約2 750 m3/s，8月26日至11月15日螺山站平均流量則減小約4 990 m3/s。

（3） 在干流河道地形變化與徑流過程變化綜合影響下，枯水期、消落期湖區洲灘出露面積分別減少0.7%，1.1%，汛期及汛后蓄水期洲灘出露面積分別增大1.3%和13.5%，蓄水期干流河道沖刷引起洲灘出露面積增大占比為22.3%，流量減小引起洲灘出露面積增幅為77.7%。

（4） 汛期、枯水期及消落期洲灘出露面積變化幅度較小，對濕地環境的影響不大。蓄水期湖區洲灘出露面積明顯增大，引起苔草類和蘆葦群落生物量不斷向湖泊深水區域侵移，嚴重影響植被群落原有演替規律，這也是蓄水期湖區頻繁出現“大草原”的根本原因。

參考文獻：

［1］ 彭佩欽，童成立，仇少君.洞庭湖洲灘地年淹水天數和面積變化［J］.長江流域資源與環境，2007，16（5）：685-689.

［2］ 黃進良.洞庭湖濕地的面積變化與演替［J］.地理研究，1999，18（3）：297-304.

［3］ 段文忠，王明甫.洞庭湖區淤積特性分析［J］.泥沙研究，1996，（2）：9-16.

［4］ 劉曉輝，黎昔春.洞庭湖泥沙淤積特性和減淤措施［J］.水利水電技術，1999（增1）：1-3.

［5］ 姜加虎，黃群，孫占東.洞庭湖泥沙淤積與洲灘變化研究［J］.人民長江，2009，40（14）：74-75.

［6］ 湖南省水利志編纂辦公室.湖南省水利志［M］.長沙：湖南省水電廳機關印刷廠，1990.

［7］ 李正最，謝悅波，徐冬梅.洞庭湖水沙變化分析及影響初探［J］.水文，2011，31（1）：45-53.

［8］ 王祥三，李大美.用灰色系統預測模型預測三峽工程對洞庭湖區洲灘面積的影響［J］.湖泊科學，1998，10（4）：87-90.

［9］ 李大美，王祥三，戴裕海.水動力學法預測三峽工程對洞庭湖洲灘的影響［J］.長江流域資源與環境，1997，6（3）：277-282.

［10］ 余姝辰，余德清，王倫澈，等.三峽水庫運行前后洞庭湖洲灘面積變化遙感認識［J］.地球科學，2019，44（12）：4275-4283.

［11］ 余姝辰，李長安，余德清，等.洞庭湖區湖泊洲灘地表覆蓋變化［J］.地球科學，2020，45（6）：1918-1927.

［12］ 周柏林，謝石，肖義，等.三峽工程運行初期洞庭湖洲灘變化及成因分析［J］.水資源研究，2015，4（1）：81-87.

［13］ 鄒邵林，劉曉清，劉新平，等.三峽工程對洞庭湖區灘地出露天數的影響［J］.長江流域資源與環境，2000，9（2）：254-259.

［14］ 郭小虎，劉亞，陳棟.2022特枯年洞庭湖區洲灘面積變化特性分析［J］.人民長江，2023，54（2）：43-48.

［15］ 陳柯兵，肖華，何奇鍇，等.1959～2020年洞庭湖四水洪水情勢變異特性及歸因分析［J］.水利水電快報，2022，43（12）：16-20.

［16］ 余德清，皮建高.洞庭湖區洲土變化特征與地殼沉降遙感研究［J］.湖南地質，2002，21（1）：45-50.

［17］ 李義天，薛居理，孫昭華，等.三峽水庫下游河床沖刷與水位變化［J］.水力發電學報，2021，40（4）：1-13.

［18］ 莊大昌.洞庭湖區濕地生物資源特征及生態系統評價［J］.熱帶地理，2000，20（4）：261-264.

［19］ 童潛明.洞庭湖近現代的演化與濕地生態系統演替［J］.國土資源導刊，2004，20（1）：38-44.

Variation law of exposed area of shoals in Dongting Lake before and after

impoundment of Three Gorges Reservoir

Abstract：

After the impoundment of the Three Gorges Reservoir，the downstream water and sediment discharge process had changed，which had a certain impact on the water level at Chenglingji，the outlet of Dongting Lake.The change in the water level at Chenglingji leads to significant changes in the exposed area of shoals in the lake area，which has a certain impact on the utilization of water resources and the ecological environment of the lake area.Therefore，using the measured data from 1955 to 2022，the variation law of the exposed area of shoals in the Dongting Lake area after the impoundment of the Three Gorges Reservoir was analyzed.The results showed that after the impoundment of the Three Gorges Reservoir，the Dongting Lake area was mainly slightly scoured.The change in the exposed area of shoals was mainly affected by the change in the water level at Chenglingji.Since the water level at Chenglingji had a good correlation with the water level at Luoshan Station，the terrain change of the main stream channel caused a significant drop in the water level at Luoshan Station under low water flow，while the water level change was not obvious under flood flow.The change in the runoff process discharged from the Three Gorges Reservoir leads to an increase in the average flow at Luoshan Station from January 1 to April 20 and a decrease in the average flow at Luoshan Station from August 26 to November 15.Under the comprehensive influence of the terrain change of the main stream channel and the change in the runoff process，the exposed area of shoals in the lake area would not change much in the dry season，draw down period，and flood season，and had a little impact on the wetland environment.During the impoundment period，the exposed area of shoals increased by 13.5%.The decrease in flow is the main factor causing the increase in the exposed area of shoals.The increase in the exposed area of shoals in the lake area causes the biomass of carex and reed communities to continuously increase in the deep water area，which is the fundamental reason for the frequent appearance of \"prairies\" in the lake area during the impoundment period after the flood season.

Key words：

shoal area； Dongting Lake； Three Gorges Reservoir； influence of impoundment