（环境科学专业论文）江湖关系变化对洞庭湖湖滨湿地生态演变的影响与调控.pdf

本论文研究得到 国家自然科学基金创新研究群体基金项目 ( 5 0 7 2 1 0 0 6 ) 课题资助。 摘要 江湖关系变化对洞庭湖湖滨湿地生态演变的影响与调控 摘要 长江中下游水资源丰富，河湖密布，以水沙蓄泄过程为关键的江湖关系，影 响着该区域的水资源、水生态和水环境等过程。洞庭湖是长江中下游重要的过水 吞吐型湖泊，湖泊来水主要为湘江、资水、沅江和澧水四水以及松滋、太平、藕 池三口，其冲淤变化、调蓄能力等受到江湖关系的显著影响。在气候变化和区域 水土资源开发的综合影响下，特别是三峡等重大水利工程的运行实施，该区域的 江湖关系发生显著变化，形成了新的江湖关系格局。新的江湖关系格局直接影响 洞庭湖水位变化，进而对湖滨湿地类型的规模和分布产生影响。湖滨湿地作为生 态敏感区，其湿地类型变化情况将是今后研究关注的重点。 江湖关系变化直接影响洞庭湖水位变化。本文对江湖关系变化下洞庭湖水位 的年际和年内变化特征进行分析，并对各因素对年际、年内变化的影响进行定量 分析。就年际变化而言，主要分为三个阶段：1 9 6 0 s 1 9 8 0 s 水位总体偏低，湖区 人工围垦面积较大，对湖区破坏作用突出；1 9 8 0 s 2 0 0 0 s 水位偏高，湖泊面积、 容积缩小速率减缓；2 0 0 0 年以来，特别是2 0 0 3 年以后，受三峡工程蓄水运行影 响，湖区水位呈现显著的下降趋势。就年内变化而言，水位年内变幅具有减小的 趋势；从各月水位变化来看：枯水期1 2 3 月份水位增加趋势较明显， 1 0 、1 1 月份水位有降低趋势。枯水期水位受四水来水影响较大，而丰水期特别是8 1 0 月份，水位受三口来水影晌较大。降水量对水位影响总体相对不显著，5 8 月份 相对影响较大。 江湖关系变化导致湖区水位变化，进而对湖滨湿地的规模和格局产生影响。 本文结合水位和湖底高程数据，研究1 9 6 0 2 0 0 8 年洞庭湖湖滨湿地面积的变化情 况，特别对三峡工程蓄水运行前后( 2 0 0 0 年和2 0 0 5 年) 洞庭湖湖滨湿地类型规 模与分布的变化进行分析。研究湖滨湿地规模变化，取年最高和最低水位间的淹 没范围为消落带，计算1 9 6 0 - 2 0 0 8 年消落带面积。对三峡蓄水前后湖泊、河流、 滩地、沼泽、水田、水库坑塘等湖滨湿地类型在消落带内外的分布情况分析表明： 湖滨湿地总面积变化不大，但消落带内湿地面积有所减小，其中滩地和沼泽向消 落带以上转移。对滩地、沼泽、水田在各高程段上的分布进行具体分析可看出， 各高程段上水田面积均减小，但主要高程段上的滩地、沼泽面积并没有增加。 东华大学环境科学与工程学院硕士学位论文 面向湿地的生态保护目标考虑自然演变规律和社会经济需求。自然演变规律 方面，设定1 9 8 0 s 2 0 0 0 s 水平为保护目标，水位和湖滨消落带面积分别为2 3 3 m 和2 5 3 8 k m 2 。考虑自然保护区等生态敏感区，需考虑湿地类型及其高程分布， 取2 0 0 0 年内消落带内滩地、沼泽面积为保护目标，分别为5 7 4 k m 2 和3 6 2 k m 2 。 社会经济需求方面，结合洞庭湖水位的变化情况，及三峡水库增减泄量对洞庭湖 水位的影响，考虑增减泄量调整方案。 关键词：洞庭湖；江湖关系；湿地生态；三峡工程蓄水 a b s t r a c t 一一一 t h ei n f l u e n c eo ft h er i v e r - l a k er e l a t i o nc h a n g e o nt h e d o n g t i n gl a k ew e t l a n de c o l o g ye v o l u t i o na n di t sr e g u l a t i o n a b s t r a c t t h em i d d l ea n dl o w e rp a r t so fy a n g t z er i v e rb a s i na r er i c hi nw a t e rr e s o u r c e s a n da red e n s e l yc o v e r e dw i t hr v e r sa n dl a k e s t h er i v e r - l a k er e l a t i o n s ，w h o s em a j o r p o i n ti ss t o r a g ea n dd i s c h a r g eo fw a t e ra n ds a n d ，i n f l u e n c e p r o c e s s e so fw a t e r r e s o u r c ea n dw a t e re c o l o g ya n dw a t e re n v i r o n m e n ta n ds oo n d o n g t i n gl a k ei s t h e i m p o r t a n tt a k i n gi na n ds e n d i n go u tl a k ei nt h em i d d l ea n dl o w e rp a r t so fy a n g t z e r i v e rb a s i n t h ew a t e ro fd o n g t i n gl a k ec o m e sf r o mf o u r r i v e r s ，w k c ha r e x i a n g ji a n gr i v e r , z i s h u ir i v e r , y u a n j i a n gr i v e ra n dl i s h u i ，a n dt h r e ee n 缸a n c e s w h i c ha r es o n g z i ，t a i p i n g ，o u c h i t h es c o u r i n g ，d e p o s i t i o na n d s t o r a g eo ft h el a k ea r e s e r i o u s l yi n f l u e n c e db yt h er i v e r - l a k er e l a t i o n s u n d e rt h ei n f l u e n c eo fc l i m a t ec h a n g e a n dr e g i o n a lw a t e ra n ds o i l r e s o u r c ee x p l o i t a t i o n ，e s p e c i a l l yt h eo p e r a t i o no ft h e t h r e e - g o r g e sp r o j e c t ，t h er i v e r - l a k er e l a t i o n sh a v en o t a b l yc h a n g e da n dh a v ef o r m e d n e wr i v e r - l a k er e l a t i o np a r e m t h i sn e w p a r e md i r e c t l yi n f l u e n c e st h ew a t e rl e v e l c h a n g eo fd o n g t i n gl a k ea n dt h e ni n f l u e n c e st h es c a l ea n ds t r u c t u r eo ft h el a l ( e s j d e w e t l a n d t y p e s t h ec h a n g eo fl a k e s i d ew e t l a n dt y p e sw i l lb et h em a j o rs t u d y p o i n ta s t h ee c o l o g i cs e n s i t i v er e g i o n s t h ef i v e r - l a k er e l a t i o n sd i r e c t l yi n f l u e n c et h ew a t e rl e v e lc h a n g eo fd o n g t i n g l a k e t h i sp a p e ra n a l y z e dt h el a k e sw a t e rl e v e lc h a n g ei n t e r - a n n u a la 1 1 dw i m i nt 1 1 e y e a ra n dq u a n t i f i e dt h ef a c t o r s i n f l u e n c e s f o rt h ei n t e r - a n n u a lw a t e rl e v e lc h a l l g e ，i t c a nb ed i v i d e di n t ot h r e ep a r t s ：t h el o w e rw a t e rl e v e li n 19 6 0 st o19 8 0 s f o rt h e i n n i n g sd a m a g i n ge f f e c t ；t h eh i g h e rw a t e rl e v e li n19 8 0 st o2 0 0 0 s ，f o rt h er e d u c i n g r a t eo ft h el a k ea r e aa n dv o l u m es l o w i n gd o w n ；t h ed r o p p e dw a t e rl e v e la f t e r2 0 0 0 ， e s p e c i a l l ya f t e r2 0 0 3 ，l a r g e l yf o rt h ei n f l u e n c eo ft h et h r e e g o r g e sp r o j e c t f o rt h e c h a n g ew i t h i nt h ey e a r , t h ea m p l i t u d eo fw a t e rl e v e lv a r i a t i o nh a sr e d u c e d ：f o rt h e m o n t h l yv a r i a t i o n ：t h ew a t e rl e v e li nd e c e m b e rt om a r c hi nd r ys e a s o nh a si n c r e a s e d n o t a b l y , a n dt h ew a t e rl e v e li no c t o b e rt on o v e m b e rh a sr e d u c e d t h ew a t e rl e v e li n d r ys e a s o ni sm o s ti n f l u e n c e db yt h ef o u rr i v e r s ，w h i l et h ew a t e rl e v e li nn o o ds e a s o n e s p e c i a l l yi na u g u s tt oo c t o b e ri sm o s ti n f l u e n c e db yt h et h r e ee n t r a n c e s t h e t 东华大学环境科学与工程学院硕士学位论文 i n f l u e n c eo fp r e c i p i t a t i o ni sr e l a t i v e l yn o tn o t a b l ea n dt h ep r e c i p i t a t i o n si n f l u e n c ei n m a yt oa u g u s ti sa b o v en o r m a l t h er i v e r - l a k er e l a t i o n sc a u s et h ew a t e rl e v e lc h a n g eo fd o n g t i n gl a k e ，w h i c h t h e ni n f l u e n c et h es c a l ea n ds t r u c t u r eo fl a k e s i d ew e t l a n d t h ep a p e ra n a l y z e dt h e l a k e s i d ew e t l a n da r e ac h a n g ef r o m19 6 0t o2 0 0 8w i t ht h ed a t ao fw a t e rl e v e la n d l a k e b e de l e v a t i o na n da n a l y z e dt h es c a l ea n ds t r u c t u r ec h a n g eo fl a k e s i d ew e t l a n d t y p e sb e f o r ea n da f t e rt h eo p e r m i o no f t h et h r e e g o r g e sp r o j e c t ( 2 0 0 0a n d2 0 0 5 ) f o r t h es c a l ec h a n g eo fl a k e s i d ew e t l a n d ，t h ew a t e r - l e v e l f l u c t u a t i n gz o n ea r e af r o m19 6 0 t o2 0 0 8w a sa n a l y z e d ，w h i c hi sc a l c u l a t e db yt h es u b m e r g i n ga r e ab e t w e e nt h el a r g e s t a n dl o w e s tw a t e rl e v e l s t u d y i n gt h el a k e s i d ew e t l a n dt y p e so fl a k e ，f i v e r ，b o t t o m l a n d ， m a r s h ，p a d d yf i e l da n dr e s e r v o i r - s w a gl o c a t i n gi na n do u to fw a t e r - l e v e l - f l u c t u a t i n g z o n e ，s h o w st h a tt h eo v e r a l la r e ao fl a k e s i d ew e t l a n d sh a sl i t t l ec h a n g ew h i l et h ea r e a w i t h i nt h e f l u c t u a t i n gz o n eh a sr e d u c e d ，i nw h i c ht h eb o t t o m l a n da n dm a r s h t r a n s f e r r e do v e rt h ef l u c t u a t i n gz o n e t h ee l e v a t i o nl o c a t i o nc h a n g eo fb o t t o m l a n d ， m a r s ha n dp a d d yf i e l d ，w a ss t u d i e d ，w h i c hs h o w e dt h a tt h ep a d d yf i e l da r e ar e d u c e d i ne a c he l e v a t i o ns e c t i o n ，w h i l eb o t t o m l a n da n dm a r s ha r e ai nt h em a i ns e c t i o nh a s d n o ti n c r e a s e d t h ew e t l a n de c o l o g yp r o t e c to b j e c t i o ns h o u l dc o n s i d e rt h en a t u r a le v o l v e m e n t r u l ea n dt h es o c i e t ye c o n o m yd e m a n d f o rn a t u r a le v o l v e m e n tr u l e ，t h ep a p e rs e tt h e l e v e lo f19 8 0 st o2 0 0 0 sa st h ep r o t e c to b j e c t i o n ，i nw h i c ht h ew a t e rl e v e li s2 3 3 ma n d t h ew a t e r - l e v e l f l u c t u a t i n gz o n ea r e ai s2 538 k m 2 f o rt h ee c o l o g ys e n s i t i v er e g i o n s u c ha sn a t u r a lp r e s e r v a t i o na r e a s ，t h ew e t l a n dt y p ea n de l e v a t i o nd i s t r i b u t i o ns h o u l d b ec o n s i d e r e d t h eb o t t o m l a n da n dm a r s ha r e ap r o t e c to b j e c ti s5 7 4k m za n d3 6 2k m 2 w i t h i nt h ew a t e r - l e v e l - f l u c t u a t i n gz o n e ，w h i c hi st h ed a t ai n2 0 0 0 f o rt h es o c i e t y e c o n o m yd e m a n d ，t h ew a t e rl e v e lc h a n g ea n dt h ei n f l u e n c eo ft h et h r e e g o r g e s a r o j e c to nt h el a k e sw a t e rl e v e lw e r ea n a l y z e dt oa d j u s tt h ed i s c h a r g eo f t h ep r o j e c t s h ix u a n ( e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o rw a n gh a o ， p r o f e s s o ry a nd e n g - h u a ，p r o f e s s o rs o n gx i n s h a n k e yw o r d s ：d o n g t i n gl a k e ；r i v e r - l a k er e l a t i o n ；w e t l a n de c o l o g y ；t h e t h r e e - g o r g e sp r o j e c to p e r a t i o n 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录i 第一章绪论1 1 1 选题的背景、目的与意义1 1 2 国内外研究现状及发展趋势2 1 2 1 江湖关系变化2 1 2 2 江湖关系变化对洞庭湖湖滨湿地生态影响6 1 2 3 湿地生态调控研究进展1l 1 2 4 存在不足与发展趋势1 3 1 3 研究内容l3 1 4 研究技术路线1 4 1 5 拟解决的关键科学问题及论文创新点1 6 1 5 1 拟解决的关键科学问题16 1 5 2 研究创新1 7 第二章研究区概况18 2 1 自然地理概况1 8 2 1 1 地理位置18 2 1 2 地质地貌特征1 9 2 1 3 水系构成2 0 2 1 4 气象水文特征2 2 2 1 5 土壤特征2 3 2 1 6 植被特征2 4 2 2 社会经济概况2 5 2 2 1 行政区划及人口构成2 5 2 。2 2 社会经济发展状况2 5 东华大学环境科学与工程学院硕士学位论文 2 2 3 水资源利用现状2 6 2 3 区域主要生态问题2 6 2 3 1 水量变化，旱涝灾害加剧2 6 2 3 2 水位变化，湖滨湿地格局打破2 7 2 3 3 栖息地影响，珍稀候鸟濒危2 7 2 4 本章小结2 7 第三章江湖关系变化对洞庭湖水位的影响分析2 9 3 1 洞庭湖水位变化特征分析2 9 3 1 1 年际变化分析2 9 3 1 2 年内变化分析31 3 2 洞庭湖水位变化主要影响因素3 3 3 3 江湖关系对洞庭湖水位变化影响的定量分析3 4 3 3 1 年际变化影响因素的定量分析3 4 3 3 2 年内变化影响因素的定量分析3 7 3 4 本章小结3 9 第四章水位变化对洞庭湖湖滨湿地演变的影响4 0 4 1 洞庭湖湖滨湿地演变分析方法4 0 4 1 1 湖滨消落带的界定4 0 4 1 2 数据与分析方法4 1 4 21 9 6 1 2 0 0 8 年洞庭湖湖滨湿地演变分析4 2 4 32 0 0 0 年和2 0 0 5 年洞庭潮湿地类型分布及其变化分析4 3 4 3 12 0 0 0 年湿地类型及其分布分析4 3 4 3 22 0 0 5 年湿地类型及其分布分析4 6 4 3 32 0 0 5 年与2 0 0 0 年湿地类型及其分布比较4 9 4 4湖滨湿地类型对鸟类栖息地的生态影响5 6 4 5 本章小结5 8 第五章面向湿地的生态保护目标5 9 5 1 自然演变规律分析5 9 5 1 1 年际历史序列演变分析5 9 5 1 2 自然保护区要求以东洞庭湖保护区为例6 1 5 2 社会经济发展需求6 2 5 2 1 三峡水库运行调度方式6 2 5 2 2 三峡增减泄量对洞庭湖水位的影响6 3 5 3 调控对策分析6 4 目录 5 4 本章小结6 6 第六章结论与展望6 7 6 1 论文主要结论6 7 6 2 待解决的问题与未来展望6 8 参考文献7 0 攻读硕士期间发表的论文7 5 参加的科研项目7 6 致谢7 7 第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题的背景、目的与意义 长江中下游水资源丰富，河湖密布，水系网络交错复杂。以水沙蓄泄过程为 关键的江湖关系，维系着该区域的资源、生态、环境和航运安全等，对当地的社 会经济发展具有至关重要的作用。在气候变化和区域水土资源开发的综合影响 下，特别是在长江上游梯级水利水电枢纽群和区域重大水利工程群( 包括水库 群和河道整治工程) 的影响下，该区域江湖间水沙蓄泄过程及江湖关系发生了显 著变化。荆江三口五站平均断流时间由上世纪5 0 年代的5 7 4 d 增加至2 0 0 1 - 2 0 0 6 年的1 6 3 6 d ；2 0 0 6 - - - 2 0 0 8 年1 0 月份，洞庭湖七里山站水位平均降低o 7 7 - - 1 4 2 m ， 鄱阳湖湖口站水位平均降低了0 4 3 1 0 2 m ，并提前近1 个月进入枯水期。“洲滩 一湖面”交替的时间节律发生变化，湖区湿地退化呈加剧趋势，并导致区域生物 多样性的锐减。 作为长江出三峡进入中下游平原后的第一个通江大湖【l 圳，洞庭湖在长江中 下游江湖关系中扮演重要的角色。它是长江中下游典型的过水吞吐型湖泊，湖泊 来水来沙很大程度上受荆江三口和四水影响，其冲淤变化、调蓄能力等受到江湖 关系变化的显著影响。江湖关系的变化直接影响洞庭湖水量变化，导致湖区水位 波动，进而对其湿地生态产生影响。洞庭湖湿地在长江流域的社会经济发展和生 态环境建设中，占有十分重要的地位，是举世闻名的国际重要湿地。但是，随着 气候变化和人类活动影响的加剧，洞庭湖面临十分严峻的生态环境问题：2 0 0 6 年与2 0 0 0 年相比，洞庭湖区越冬鸟类总数由3 0 万只下降到3 4 万只，濒危物种东 方白鹳由8 0 2 只下降到3 6 只，白鹤在2 0 0 4 年基本消失。与此同时，长江干流和两 湖地区水生生态系统和生物资源也呈现出急剧退化趋势。与此同时，水质污染加 剧，富营养化趋势明显；血吸虫病疫区扩展，危害反弹；洪涝灾害频繁严重，气 候灾害多样；湿地资源衰退，生态平衡遭破坏等【3 一。 目前在江湖关系研究中，对其水沙蓄泄变化研究【5 。】较多，生态影响分析相 对不足。同时主要针对江湖关系演变过程和洞庭湖湿地生态演变过程分别进行分 析【8 。，未进行系统的规律识别，特别是缺少对江湖关系如何影响洞庭湖湿地生 态的机理性研究。因此，系统揭示江湖关系变化下洞庭湖水文特征演变规律和洞 庭湖湿地生态演变规律，分析江湖关系变化对洞庭湖湿地生态的影响机制，具有 东华大学环境科学与工程学院硕士学位论文 十分重要的理论和实际意义。 本研究从江湖关系影响洞庭湖水位等水文特征，进而影响洞庭湖湿地生态的 机制研究出发，分析江湖关系变化下，洞庭湖水位等水文特征变化规律和洞庭湖 湿地生态演变规律，探讨江湖关系变化对洞庭湖湿地生态的影响。通过分析未来 江湖关系变化趋势将对洞庭湖湿地生态产生的影响，结合历史变化规律，确定合 理的洞庭湖湿地生态保护目标，并提出相应的生态调控对策，为洞庭湖湿地生态 保护提供参考。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 江湖关系的研究，比单个河流湖泊流域的研究涉及的问题更为复杂，特别是 江湖关系的生态环境效应研究，是进行江湖关系综合调控的重要依据。长江中下 游的江湖关系尤为复杂，特别是三峡工程的蓄水运行将使江湖关系变化呈现新的 特征，并产生连锁的生态环境效应。 1 2 1 江湖关系变化 ( 1 ) 江湖关系内涵 长江中下游水量丰富、水系交错，干流的枝城至城陵矶段为荆江段，以藕池 口为界又分为上、下荆江。下荆江作为蜿蜒型河道，其冲刷强度尤为剧烈。沿江 两岸发育了众多湖泊，各湖泊水系之间沟通交错，并与长江水系连通，长期相互 作用下逐渐形成了复杂的江湖关系。 洞庭湖是长江出三峡进入中下游平原后的第一个通江大湖，为典型的过水吞 吐型湖泊【1 。2 1 。湖泊位于荆江河段南岸、湖南省北部，为我国第二大淡水湖。不 仅汇集了湘、资、沅、澧四水及湖周中小河流，还承接经松滋、太平、藕池、调 弦( 1 9 5 8 年冬封堵) 四口分泄的长江洪水。其分流与调蓄作用，对于维系长江 中游地区江湖洪水的蓄泄平衡，江湖泥沙的冲淤平衡，减缓长江干流的冲淤变迁， 具有极为重要的意义和不可替代的作用，是荆江两岸乃至长江中下游重要的防洪 屏障。 第一章绪论 | 年份 作者 研究内容ll 主要结论l ，鲫金友， 长河：与洞庭湖关系变 荆江l ： 分流分沙减少 臣习 罗恒凯 化初步分析 长汀娄 洞庭湖冲淤变化分析松滋、西洞庭冲刷其他淤 施修端等( 1 9 5 6 = 1 9 9 5 年)秘，衰亡缓解 雨 武汉大学泥沙淤积与 | 1 4 庭湖调比较6 0 、8 0 年代调旃嫩：调 拿义灭等。蓄量变化蓄量增大，城陵矾抬升 南京大学 长江中f 游湖泊的成 湖泊演化趋势是被泷沙充 杨达源等! 填、容积缩小并学敏湖水位 因与演化 涨落增大与洪水威胁 ：外。 1 中科院洞庭湖的冲淤变化和 对1 9 7 4 、1 9 8 8 、1 9 9 8 年淤积 最和空f n j 分稚分析，得出总 商俊峰等空问分布 的趋势是淤积的 f 中科院 洞庭湖区土地利用交分析1 9 6 0 q i 以来耕地、水域 拿仁尔等 化及其与水调节避的建设用地增加，水域谭；断减 关系 少，应进一步退田妊湖 长委水文局 洞庭湖排沙比变化及阏径流墩f 输沙量呈明显减 张欧i ；h 等 小趋势 影响因素分析 三l i 洪道淤积、河辨蹙化、 广丽订 长委水文局 荆江兰口分流分沙变荆江河床冲刷、洞庭湖淤积 2一 许金虫铃 化研究 萎缩是影响荆江三l j 分流分 沙_ 变化的墨襞因素；兰 j 分 流分沙晕逐年减小 图l - 1 长江中下游与洞庭湖间江湖关系近期主要研究 1 2 1 9 】 f i g 1 - 1r 鹤e n tr e s e a r c ho fr i v e r - i a k er e l a t i o n si nm i d d l ea n dl o w e rr e a c h e so fy a n g t z r i v e ra n dd o n g t i n gl a k e 3 东华大学环境科学j t 程学院顾l ：学位论文 从图1 一l 可以看出，对长江中下游江湖关系各专家学者已做了多方面研究。 总体而言，江湖关系实质是以水沙蓄泄过程为核心的反馈作用关系。江湖关系水 沙变化影响洞庭湖的冲淤状况和调蓄能力等。 ( 2 ) 江湖关系的历史变化情况 洞庭湖的形成和演变过程以及江湖关系的演变都受到地质构造沉降和人类 活动的影响。江湖关系的演变也呈现出明显的动态变化过程。与此同时，江湖关 系的演变也具有显著的资源、生态和环境效应，将影响流域水循环多过程的演变， 并在很大程度上关系到整个流域区域的社会经济发展。重大水利工程( 群) 主 要有调弦口封口、下荆江裁弯、葛洲坝截流、三峡水利工程的运行等，其动态演 变过程如图1 2 所示： 2 l ( ) o s 2 0 0 0 s 1 9 8 0 s 1 9 7 0 s 1 9 6 0 s 人类活动影响基 本达到稳定 三峡工程及上游 一控制性水利工程 建成运行 葛洲坝建成 下荆江裁湾 一湖泊围垦和调弦 口建闸封堵 1 8 7 ( i 钷 1 8 6 0 矩 大洪水( 松滋口) 大洪水( 藕池口) 长江中下游地区资源、生态、 环境变化 干流河床和湖盆发生变化 江湖间水沙分流过程 和通量发生变化 长江上游集水医和湖泊流域水 ，沙条件变化 图1 - 2 长江q l 下游江湖关系演变的阶段性特征 f i g 1 - 2s t a g e dc h a r a c t e r i s t i c so fr i v e r l a k er e l a t i o n si ny a n g t zr i v e ra n dd o n g t i n gl a k e 建国以来，5 0 年代后期的多次围垦使湖区萎缩速度加快，长江含沙量的加大 也加快了洞庭湖的淤积。1 9 5 8 年调弦口封堵，四口减少为三口，荆江的入湖水沙 量相应减少，湖区萎缩减缓，但是调弦口水量在四口中最小，19 5 1 1 9 5 8 年年均 径流只占四口年均总径流的7 年右，且该期间流域的降水量下降，故调弦口堵 口是否为湖区萎缩速度减缓的主要原因还需要进一步分析。1 9 6 7 年、1 9 6 9 年分别 第一章绪论 对长江中洲子、上车湾实施人工裁弯，1 9 7 2 年沙滩洲发生自然裁弯。裁弯后，荆 江过水输沙能力增强，上游河床冲刷，水位降低，三日相对太高；下游河床淤积， 水位增高，不利于泥沙出湖，降水量的降幅也较大，湖区萎缩速度进一步减缓。 其中，裁弯对藕池口的水沙情况影响较大。1 9 7 3 年后，下荆江裁弯完成，降水量 有所增加，入湖的水沙量减少，出湖沙量剧减。但是，入湖水沙的减少主要来自 藕池口，其他两口输沙量还有所增加。1 9 8 7 年以后，洪涝灾害频繁，1 9 9 1 、1 9 9 6 、 1 9 9 8 年发生三次洪灾，特别是1 9 9 8 年的全流域特大洪水之后就加快了三峡水利枢 纽的建设。2 0 0 3 年三峡水库运行初期开始，对入湖水沙量进行更大规模和更大程 度上的调控 3 1 。约1 0 0 年后左右人类活动影响才能基本达到稳定状态【2 0 】。 ( 3 ) 三峡工程后江湖关系的变化特征与趋势 三峡工程是中国、也是世界上最大的水利枢纽工程，是治理和开发长江的关 键性骨干工程1 4 j 。而荆江三口连接了洞庭湖与长江，这使得三峡工程建设对洞庭 湖也具有深远影响。三峡工程于1 9 9 7 年成功截流，运行初期2 0 0 3 年按1 3 5 m 蓄 水，2 0 0 7 年蓄水至1 5 6 m ，至2 0 0 9 年抬高至1 7 5 m 水位正常运行。水库蓄水水位 的变化使江湖关系演变也发生重要变化，也使洞庭湖的水位、泥沙、水质等产生 了一系列改变，反过来对江湖关系演变产生影响。就三峡工程蓄水运行对洞庭湖 水文条件和生态环境的影响，在2 0 0 3 年之前主要就其水文影响进行了预测研究， 2 0 0 3 年之后开始对实际情况进行研究，系统深入的研究还有待进一步开展。 水位方面，三峡水库水面面积1 0 3 姘，防洪库容2 2 1 5 x 1 0 1 0 m 3 ，具有显著的 削峰和蓄洪作用垆j ，能够有效控制松滋、太平、藕池三1 2 1 来水。汛期时，三峡水 库使城陵矶口的长江水位降低，洞庭湖洪水因削弱降水顶托而易于下泄。下游冲 刷点的下移，也可明显淘深荆江河道，提高其行洪能力，减轻洞庭湖区的洪涝风 险。水库减泄流量时，可显著改善洞庭湖特别是东洞庭湖的防洪形势，缓解目前 防汛的紧张状况，但对南洞庭湖的防洪影响较弱，因而南洞庭湖的防洪形势不容 乐观，西洞庭湖则介于两者之间。枯水期时，三峡水库增加入湖流量，使湖区水 位提升，保证一定的湖区水位。同时，必须指出，由于洪水期流量减少，洪水时 间延长，枯水期水位升高，时间同样延长，大堤长期浸泡水中，对大堤的安全应 引起重视，并进行研列酬。 泥沙方面，长江来沙是洞庭湖淤积的主要原因。三峡工程运行后，由于其对 携带泥沙量大的洪水的消峰作用，从荆江三口注入洞庭湖区的泥沙量将大幅度减 小。荆江河道的淘深，使三口口位相对抬升，原先经三口注入湖区的泥沙将从荆 江径直下泄。同时，三峡水库本身有一定库容，能储存一定的泥沙量，也使入湖 泥沙量减少。因此，三峡水库能一定程度维持洞庭湖的调蓄功能，延长湖泊寿命。 东华大学环境科学与工程学院硕士学位论文 生态方面，三峡水库对洞庭湖区作物产量和鱼类等生物生长有显著影响。 农作物：汛期，水库使湖区水位下降，减轻低洼地区受洪涝的影响，提高了土壤 的肥力，使农作物产量有所增加；枯水期，水库抬升湖区水位，加重了湖区土地 沼泽化，使土壤肥力下降，作物产量降低。鱼类：一方面，三峡工程有改善湖 区水系的紊乱情况，利于鱼类洄游与繁殖，并且水库使湖区水流缓和，利于鱼类 的产卵、索饵和越冬；另一方面，水库使入湖泥沙量减少，从而导致入湖有机物 等营养物质减少，对湖内水产品的产量产生一定影响。 水环境方面，三峡水库增泄流量时，总体来说，对洞庭湖的水质改善是有利 的，可以稀释湖水的污染程度，但是对农田的排渍、土壤潜育化及湖区动、植物 的生存有一定的不利影响【”，而丰水期时，三峡水库调节使入湖水量减少，也会 导致三口临湖污染的加剧。 1 2 2 江湖关系变化对洞庭湖湖滨湿地生态影响 长江与洞庭湖以荆江三口分流和江湖汇流为纽带形成了一个庞大而复杂的 系统，系统中任何一个要素发生变化，其他要素都将作出相应的调整。江湖关系 变化特别是围垦和近代大型水利工程对洞庭湖湿地生态产生了显著影响，其直接 影响洞庭湖湖区的水位、水量等水文特征，通过洞庭湖湖滨湿地生态系统的水文 生态响应作用，对洞庭湖湖滨湿地生态产生连锁影响。 ( 1 ) 江湖关系变化对洞庭湖水位影响 江湖关系通过三口分流对洞庭湖来水量产生直接影响，同时江湖关系引起的 河道冲刷等也会改变洞庭湖的泥沙淤积、水力顶托等条件，进而对洞庭湖水位水 量产生连锁效应。总体来看，江湖关系变化会影响洞庭湖的水位高低及其涨落变 幅等。 长期以来，受诸多自然的和人为因素影响，江湖关系发生变化，影响下荆江 河道三口分流分沙量，进而影响洞庭湖的泥沙冲淤和水位状况等。若下荆江河道 淤积增加，三口分流分沙量会减少，将导致洞庭湖入湖洪峰流量减小，泥沙淤积 减轻；同时，下荆江增加泄流泄沙，抬高了城汉河段水位，反过来顶托洞庭湖水 位，进而影响三口进流进沙过程1 2 。 江湖关系变化会影响洞庭湖的水位涨落。例如，江湖关系造成的泥沙淤积会 导致湖泊萎缩、容积减小、水位涨落年变幅增大1 2 2 1 。这种泥沙淤积对洞庭湖水 位变化和连锁效应，在荆江裁弯中表现尤为明显。下荆江三次裁弯：1 9 6 7 年和 1 9 6 9 年分别在中洲子和上车湾发生人工裁弯，并于1 9 7 2 年在沙滩子发生自然裁 弯。裁弯后，荆江三口( 藕池、太平、松滋) 分水分沙量减少1 2 3 】，荆江系统裁 弯不但使三口口门水位降低，削弱了三口分泄能力，而且引起了江湖水沙关系的 6 第一章绪论 重新调整。泥沙淤积滩地植被扩展泥沙淤积；泥沙淤积滩地围垦 泥沙淤积的双重淤积恶性循环，削弱了水系洪道及湖泊的行洪调洪功能。泥 沙淤积和江水的顶托作用削弱了湖口的吐泄能力。显然，泥沙淤积导致了湖泊环 境系统功能的变化，而荆江裁弯则加速了这种变化过程【2 4 】。 长江三峡工程正式运转后，这种江湖关系将再次重新调整。新的江湖关系格 局将进一步影响洞庭湖的水位、泥沙淤积状况，主要表现在径流的年内分配比原 来更加均匀，湖内泥沙淤积放缓【4 j 。三峡水库在枯水期作增加下泄流量的调度运 行，可明显抬高洞庭湖的水位，促进土壤潜育化和沼泽化；丰水期作减少下泄流 量的调度运行，控制湖区水位，减轻湖区洪水压力【2 引。三峡水库建成后，下荆 江长期冲刷，河型有一定变化。新的河道和水流条件下，江湖关系对湖区水位的 影响已有一定的研究瞄j ，在此研究基础上，针对具体的湖滨湿地区域，江湖关 系造成的水位影响，如何进一步产生生态效应，是需要深入研究的问题。 三口分流格局的形成使洞庭湖泥沙沉积大于输出，湖泊对洪水泥沙起到重要 的调蓄作用。近6 0 年来，湖区淤积和四口分流道的淤积导致四口入湖水、沙量的 逐年递减，是江湖关系变化的总趋势【2 川。下荆江裁弯、葛洲坝、三峡等水利工 程的实施旨在减缓洞庭湖的泥沙淤积和萎缩，使江湖关系发生新的变化【2 8 1 。特 别是2 0 0 3 年开始调水运行的三峡工程，由于工程规模大范围广，对长江中下游江 湖关系产生了深刻的影响，也对洞庭湖的水位流量产生了显著影响。 ( 2 ) 湿地的水文生态响应机理 生态水文过程的耦合研究是当前研究的一个热点问题，由于湿地具有水环境 生态系统与陆地生态系统相结合的特征，使湿地生态水文研究尤其受到关注，成 为生态学和水文学都关注的前沿问题。我国生态水文学研究的起步较晚，直到 2 0 世纪9 0 年代中后期，尚未将生态水文学作为一专门学科加以研究，只是在相 关研究中有所涉及，包括土地利用方式的改变对河川径流量的影响，森林破坏和 草地退化对径流量变化的影响以及近年来开展的生态需水研究等【2 叭。 湿地的水文生态学对