（自然地理学专业论文）洞庭湖的演变及其驱动因子研究.pdf

硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 摘要 洞庭湖区几乎跨越荆江河段的全部，这里也是长江水患最为严重的地段，长江 上游、汉江，洞庭湖水系的来水在这里汇集，降水与径流十分丰富，加之地势平坦， 排水不畅以及长江中上游地区降水时空分布极不均衡，洪涝灾害异常频繁。在长江 中游水系中，洞庭湖在历史上一直扮演着极其重要的角色，尤其是汛期蓄洪削峰方 面，洞庭湖起着举足轻重的作用。 洞庭湖的演变，是人类活动与自然共同作用的结果。历史上，洞庭湖曾几度萎 缩几度扩张。近1 0 0 余年来，由于不合理的人湖关系处理，洞庭湖总体上处于急剧 萎缩的过程中，在人类活动的强烈干扰下，洞庭湖区的自然面貌发生了很大的变化， 尤其是建国以来，洞庭湖受人类活动影响加大，中游人为的围湖造田，上游的陡坡 开垦，水土流失十分严重，荆江河床抬高，洞庭湖区淤积速度加快，调蓄能力大大 降低，面积急剧缩小。 本文通过对洞庭湖历史演变的研究，回顾洞庭湖的形成及历史演变过程，着重 分析人类活动与自然因素共同作用下的洞庭湖演变，另外依托荆北荆南“掀斜式构 造”地质演变规律特征研究，以及江湖关系泥沙冲淤情况变化的讨论，结合全球气 候变化，创新地将荆江与洞庭湖看做一个完整的系统，并将影响系统的各因子进行 分类，分析各因子的作用特点及规律。讨论在人类活动影响下各因子可能发生的改 变，如历史上张居正的舍南救北，现今荆江裁弯，三峡工程，江湖连通等工程，尤 其是三峡工程的建设，对于减缓洞庭湖的萎缩，甚至一定程度的扩大有着非常重要 的意义，通过综合分析，在构造沉降持续作用，三峡工程完工后，洞庭湖将会有再 次扩大趋势，只要合理利用科学规律，在一定程度上恢复洞庭湖到解放前的面积水 平是可行的。 洞庭湖的演变对于其周边地区的工农业生产，人民生活有着极为重要的影响。 弄清影响洞庭湖演变的各种因素，寻找各种治本良策，尽可能减缓洞庭湖的缩小趋 势，加强宏观监控预报，更加科学地进行保护治理，对于洞庭湖区的生态以及整个 长江中下游的防洪、航运都会有很大的帮助。 关键字：驱动因子：湖泊：洞庭湖：演变 a b s t r a c t t h ee v o l u t i o no fl a k ei st h er e s u l to fj o i n t l yi n t e r a c tb yh u m a nb e i n ga n dn a t u l e n v i r o n m e n t si nh i s t o r y ，t h ea r e ao fd o n gt i n gl a k er e d u c i n go re x p a n d i n gt h es c o p e a l t e r n a t e l yi nl a s t l y10 0y e a r s ，、i t ht h ei m b a l a n c er e l a t i o n s h i pb e t w e e nl a k ea n dh u m a n b e i n g ，d o n gt i n gw a ss h r i n k i n gr a p i d l y u n d e ri n t e n s i f yh u m a na c t i v i t i e s ；t h en a t u r e e n v i r o n m e n to fd o n gt i n gw a sc h a n g e dg r e a t l y e s p e c i a l l ya f t e r19 4 9 ，t h ea r e ao fd o n g t i n gl a k er e d u c i n gt h es c o p ea c c e l e r a t i v ei nt h eh u m a na c t i v i t i e s i nt h es e r i e so fy a n g z i r i v e r , d o n gt i n gl a k eh a sb e i n gp l a ya ne s s e n t i a lr o l e ，e s p e c i a l l yr e s p e c to fd e f e n d f l o o d m a k i n gc l e a rt h eo u t c o m eo fd o n gt i n gl a k ed r i v i n ga n df i n d i n gt h er e g u l a rc a n d e a lw i t hr e l a t i o nb e t w e e nh u m a na n dl a k e sr e a s o n a b l ei no r d e rt or e d u c el o s si n w a t e r l o gd i s a s t e r d o n g li n gl a k ea l m o s ta c r o s sj i n gj i a n gr i v e r w h e r ei st h em o s ts e r i o u so fy a n g z i r i v e ra n dt h ew a t e ro ft h eu p p e rr e a c h e so fy a n g z i ，h a nj i a n ga n ds e r i e so fd o n gt i n g l a k et o g e t h e rt h e r e ，r i c hr a i n f a l l 谢mf l a t n e s st o p o g r a p h y , i m p e d e dd r a i na n dt h er a i n f a l l s p a c ed i s t r i b u t ed i s p r o p o r t i o ni n t h em i d d l ea n du p p e rr e a c h e so fc h a n gj i a n gb y w a t e r l o gd i s a s t e rf r e q u e n t l y s i n c e19 4 9 ，b e c a u s eo f s o m ep e o p l ee n c l o s el a k ea n db u i l d f a r m l a n da n dd i gu pp r e c i p i t o u ss l o p ei nt h eu p p e rr e a c h e so fr i v e r , s o i le r o s i o ni sv e r y s e r i o u s n o ww ew i l lf a c es o m ep r o b l e mt h a tj i n gj i a n gr i v e rd r i v eu p ，d o n gt i n gl a k e f i l lu pq u i c k l y , a n dr e g u l a t ep o w e rr e d u c e t h i sp a p e rr e v i e wt h eo u t c o m ep r o c e s so f f o r ma n dh i s t o r yo fd o n g li n gl a k ea n da n a l y s i so u t c o m eb ye f f e c to fh u m a na c t i v i t i e s a n dn a t u r a lf a c t o r st h r o u g hr e s e a r c hh i s t o r i c a lo u t c o m e t h es t u d yo fr e g u l a rc h a r a c t e r a n dd i s c u s so fs i l tc l a s hc h a n g e ，c o m b i n i n gw i t hc l i m a t ec h a n g ei ng l o b a l i tl o o k sj i n g j i a n ga n dd o n gt i n ga saw h o l es y s t e m t l l i sp a p e rd i s c u s sw h a th a p p e n e di nh u m a n a c t i v i t i e s ，s u c ha sg i v eu ps o u t ha n ds a v i n gn o r t hb yz h a n gj u z h e n g ，s h a n gx i ap r o j e e t , a n dc o n n e c t i o nl a c k sa n dr i v e r sa n d5 0o n , e s p e c i a l l yb u i l do fs h a n gx i ap r o j e c tp l a ya n i m p o r t a n tr o l et os o m ee x t e n t t h r o u g hc o m p r e h e n s i v es u r v e y , a f t e rf i n i s hs h a n gx i a p r o j e c t ，d o n gt i n gl a k ew i l lt e n dt oe n l a r g e o n l yu t i l i z es c i e n c er e g u l a rr e a s o n a b l e ，w e r e n e w d o n gt m g l a k e st h et o t a la r e ab e f o r e19 4 9i nd e g r e ea d v i s a b l e t om a k ec l e a rk i n d so ff a c t o r sa b o u ti t , r e s e a r c ht h et r u em e t h o d s ，w es h o u l dd e l a y d o n gt i n gl a k er e d u c i n gt r e n d a ss o o na s p o s s i b l e ，e n h a n c e f o r e c a s ta n dp u tu p p r o t e c t i o nf a t h e ri ns c i e n c et od e f e n df l o o da n ds h i pw i t hag r e a th e l p k e yw o r d s ：d r i v i n gf a c t o r s ；l a k e ；g e o m o r p h o l o g y ；d o n gt i n gl a k e 硕士学位论文 m a s l e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：俸朋l 夏 日期：励罗年莎月1 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：稀j 螽l ，夏 导师签名喷建武 日期：矽4 尸年彭月j 日日期：加7 年多月j 日 本人已经认真阅读“c a m s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程 中的 规定享受相关权益。圃童途塞握窒后溢卮；旦圭生；旦= 生；旦三生蕉查! 作者签名：两7 j i l 夏 日期：2 口衫年石月j 日 导师签名：黄建试导师签名：妖炬队 日期。加7 年多月j 日 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 1 1 洞庭湖概况 1 绪论 1 1 1 地理位置 洞庭湖平原( 也称洞庭湖区、洞庭湖滨湖区) 即环洞庭湖地区，包括湘江、资 江、沅水和澧水下游地区，平均海拔3 0 - , 5 0 米。洞庭湖地处北纬2 8 。3 0 2 9 。3 17 ，东经1 1 l 。4 07 1 1 3 。1 0 ，区域面积1 7 9 4 0 k m 2 ( 一说1 8 4 0 0k f f ) 。平 原主要区域位于湖南省北部，跨越湖南和湖北二省。范围东起汨罗市、岳阳县、岳 阳市城区( 君山区、岳阳楼区) ，西达临澧县、常德市城区、鼎城区和武陵区、桃 源县，南至益阳市市辖区赫山区、资阳区、湘阴县和望城县，北接长江河段荆江以 南的湖北省松滋市、公安县和石首市。洞庭湖平原属于冲积平原，为长江中下游平 原的一部分。湖南省境内的洞庭湖区面积约1 2 7 0 0 k m ，行政上跨常德、益阳、岳阳、 长沙、湘潭、株洲6 个地级市3 6 个县( 市、区) 和1 4 个国营农场。有堤垸2 2 8 个， 垸内面积约1 0 0 0 0 k m z ，其中耕地5 9 万h m 2 ，人口6 8 3 7 6 s 万。洞庭湖北通长江，内 联四水，湖泊星罗棋布，河渠纵横交错，干支流相连，是湖南省水系最为发达的地 区，也是湖南省内河航运的中心，跨省乃至国际运输的大宗物资有很大一部分通过 洞庭湖与省外相通。 1 1 2 水系组成及水文特征 洞庭湖为吞吐型过水湖泊，北面有松滋河、虎渡河、藕池河及华容河构成“四 口一水系，即松滋口、太平口、藕池口及调弦口，其中调弦口已于1 9 5 8 年封堵。 西、南面有湘、资、沅、澧“四水 水系。按地理位置可将洞庭湖分为西、南和东 三个湖区。2 1 ，赤山岛的西北面为西洞庭湖，东南面为南洞庭湖、磊石山以北为东洞 庭湖，整个洞庭湖呈一个j 字状。全湖由四水尾闾，荆南四口分流洪道以及东、南、 西洞庭湖构成。洞庭湖接纳四口和湘、资、沅、澧四水以及流水、汩罗江、新墙河 等湖区周边的中、小河流的来水来沙，经湖泊调蓄后，由东北部唯一出口( 城陵矶) 泄入长江。江湖汇水面积达1 3x1 0 6 k m 2 。洞庭湖多年平均径流量为3 0 1 8 亿m 3 ，总 汇水面积1 2 9 万k m z 。多年平均过境水量为3 1 2 6 1 0 1 i i 5 。：来自其他水系及洞庭湖 区间的为2 5 2 x1 0 1 0 m 3 0 流入洞庭湖的水量中，来自长江三口的水量为1 1 1 9 1 0 m 3 ， 占3 7 3 ，来自四水的水量为1 - 6 4 7 1 0 m 3 ，占5 3 8 ，区间产流为2 5 7 1 0 3 m 3 ， 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 占8 4 ，最大入湖水量达5 2 6 8 x1 0 m 3 ，最小的是1 9 7 8 年，过境水量1 9 9 1 0 1 1 m 3 。 这些入湖水量主要集中在汛期，历年平均5 1 0 月为2 2 5 2 亿m 3 ，占全年入湖水量 的7 4 6 ，其中：长江占4 6 4 ，四水占4 7 3 ，洞庭湖区间占6 3 ，可见长江对 洞庭湖水情影响很大，四口分进荆江水量的1 3 1 4 ，这也能从侧面说明洞庭湖对 长江的调蓄作用十分显著。( 各河流的情况见表1 1 ，1 2 ) 。丰富的来水带来了大量 的泥沙淤积，据1 9 5 6 - 2 0 0 4 年平均统计，每年入湖总量为1 3 1 4 x1 0 8 m 3 ，其中四水 1 0 9 4 1 0 8 r n ，占入湖泥沙量的8 3 ，四水每年约3 0 0 1 0 7 m 3 汹】。城陵矶出口入长 江的泥沙为3 3 0 1 0 7 3 m ，湖内沉积9 8 4 1 0 7 3 m ，占入湖泥沙总量的7 5 。泥沙主要 来自长江，每年约1 亿m 3 的泥沙沉积在洞庭湖内，洞庭湖平均每年淤高o 0 3 米。 图1 1 洞庭湖水系及水文站分布图( 出自文献3 1 ) 2 硕士学位论乏 m a s t e r st h e s i s 表1 1 洞庭湖水系河流情况( 出自文献口1 ) 表1 2 洞庭湖区主要河道及周边河流特征( 出自文献口1 ) 1 1 3 地质地貌 洞庭湖区属于长江和四水尾阊冲积平原，北与江汉平原相接，东、南、西三面 为环湖丘陵h 1 ，湖区呈碟形盆地圈带状立体景观结构，总体地势低平。湖滨中环地 带为开阔坦荡的平原，湖滨外环带为海拔高度较低的岗地丘陵呻1 。 中生代白垩纪以来，中国东部地壳强烈拉伸，洞庭湖区受北北东向、北东向和 北西向三组断裂的切割，形成断陷盆地。形状大致是东部为幕阜九岭隆起，南 部为雪峰隆起，西部为武陵隆起，北部为华容隆起，中央为一个北西向长1 7 0 k m 、 北东向宽8 7 1 k m 的长方形断陷盆地。由于三组断裂的互相切割和地壳差异性升降运 动，在盆地内部又形成了许多凹陷和凸起，从北西到南东依次为澧县凹陷、太阳山 凸起、常德凹陷、目平湖凸起、沅江凹陷、麻河口凸起和湘阴凹陷p 1 ，这些次级构 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 造单元的发育直接支配着整个洞庭盆地的演化历史。洞庭盆地第四纪以来断裂活动 明显，对盆地形态和沉积地层起着控制性作用，是洞庭盆地地壳沉降的主要表现。 1 1 - 4 气候特征 洞庭湖区属亚热带季风湿润气候，冬寒夏热、春雨秋旱、四季分明。多年平均 气温为1 6 4 1 7 0 1 2 ，无霜期2 6 6 - 2 7 0 天，最冷月( 一月) 平均气温3 8 4 5 1 2 ， 极端最低气温一1 2 以下，最热月( 七月) 平均气温2 9 - 2 9 5 c ，极端最高气温达 4 l ( 岳阳1 9 3 4 年8 月1 0 日) 。区内雨量充沛，多年平均降雨量( 1 9 5 1 1 9 9 8 年 报汛资料) 为1 3 9 0 m m ，降雨年际变差系数中等，年降雨量最大值为2 3 3 7 m m ( 岳阳 1 9 5 4 年) ，年降雨量最小值为8 0 6 m m ( 南县1 9 6 8 年) ；降雨量年内分布不均，据统 计有6 2 3 集中在4 - 8 月，多年平均以5 月份降雨量最大( 2 0 3 r a m ) ，暴雨日多年平 均为3 - 4 天，最大年份可达1 0 - - - , 1 3 天，其中6 月份暴雨最多，最大日暴雨量为 2 9 3 8 m m ( 南咀1 9 6 9 年8 月1 0 日) ，区内多年平均年蒸发量为1 2 7 0 5 m m ，主要集中 于4 1 0 月。洞庭湖区亦出现干旱现象，按无雨日连续6 0 , - - - , 7 5 天为气候干旱年， 则干旱年为每3 3 - 7 5 年一次1 。 洞庭湖受全球变化的影响有典型的小气候特征，据林学春等学者研究表明，近 4 0 多年来洞庭湖年平均气温上升速率大于周边地区，其中进入2 0 世纪9 0 年代以来， 洞庭湖流域发生突变式增温，冬、春季节尤为显著；年均温较1 9 9 0 a 之前的3 0 a 里 温度增高0 3 6 ，而且有增温加速的趋势。秋季增温持续而稳定，但是增温幅度不 大：而夏季没有增温趋势。可以认为，全球变暖在洞庭湖流域表现出明显的区域响 应特征，并且表现为低温增高、高温持平的特点口】。 1 2 相关研究 洞庭湖对于长江荆江段乃至整个中下游河段的防洪有着极其重要的意义，在历 史上，洞庭湖的演变就一直与长江中游的洪水有着密不可分而的联系，比如1 9 世 纪松滋口与藕池口形成。关于洞庭湖的历史变迁过程问题，目前学术界还存在较严 重的分歧，远没有形成一致的意见。代表性的意见有二，一是张修桂n 们先生的观点， 一是卞鸿翔u u 先生的观点。张修桂先生认为，从全新世初到公元3 世纪，今洞庭湖 地区属于河网交错的平原：4 世纪至1 9 世纪中叶，洞庭湖处于沉降扩展之中；1 9 世纪中叶以来，洞庭湖则处于不断的淤塞萎缩之中。张修桂的观点在早期得到学术 界大部分人的认同。而后来卞鸿翔做了更为细致的研究，他认为，全新世初期，洞 庭湖区属于平原水网景观：全新世中期，洞庭湖重新扩大；先秦两汉时期( 距今约 4 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i $ 4 0 0 0 年至公元3 世纪) ，洞庭湖已形成江湖连通的浩淼大湖；魏晋南朝时期( 公元3 世纪初至6 世纪) ，洞庭湖开始受到分割与缩小；唐宋时期( 公元7 世纪至1 3 世纪) ， 洞庭湖水面积进一步缩小：元明时期( 公元1 3 世纪至1 7 世纪中叶) ，洞庭湖水面积 不断扩大而湖盆日益淤浅：清代初、中期( 1 7 世纪中叶至1 9 世纪中叶) ，洞庭湖处 于一个由大n d , 的逐渐萎缩阶段；晚清、民国时期( 1 9 世纪中叶至1 9 4 9 年) ，洞庭 湖有过多次缩小与短暂扩大：1 9 4 9 年以来，洞庭湖面进一步缩小。卞鸿翔的观点得 到了更多人的认同。张、卞二人对洞庭湖的开始阶段( 全新世初) 和最近阶段( 1 9 世 纪中叶以来) 的看法基本上接近，分歧主要产生在全新世中期至1 9 世纪中叶的 5 0 0 0 - - - 6 0 0 0 年中。本文就张、卞二人的分歧时段在二人的研究基础之上通过分析有 关文献资料提出一些个人看法，以使洞庭湖历史时期的变迁过程能有一个较为明晰 的轮廓。 建国以来一直到六十年代中期，洞庭湖的快速缩小引起了国内诸多专家的重 视，为此进行了一系列的措施，如1 9 5 8 年调弦口的封堵，1 9 6 0 年代后期到1 9 7 0 年 代初的荆江裁弯等，葛洲坝完工后，中科院南京地理与湖泊研究所，中科院测量与 地球物理所在1 9 9 4 年对洞庭湖的演变做了详尽的专题研究，对建国以来采取的各 项措施做出了评价，并结合葛洲坝工程，对“三峡工程对洞庭湖的影响 做出了预 测：1 9 9 9 年科学出版社出版的 长江流域洪涝灾害与科技对策一书中：杜耘，蔡 述明，赵艳n 纠叫从防洪的角度对洞庭湖的演变及发展趋势做了分析，黄进良，秦文 凯，府仁寿，王崇浩等对于洞庭湖面积变化与其防洪功能方面的关系做了阐述。 对于影响洞庭湖缩小或扩大的主导因子，学术界也有着分歧：中国地质大学的 梁杏，张人权n 町从构造地质学的角度，跨越地质历史的多个时期，经过实地测量， 对洞庭湖区的演变以及未来变化趋势进行了分析预测，认为洞庭湖区目前正处于构 造沉降阶段，并且认为构造沉降是控制近代洞庭湖演变的关键因素；与此相对应的 是中山大学的李春初n 钔教授，李先生多年来对于洞庭湖水沙关系对于洞庭湖演变的 研究，认为水沙关系是当前主导洞庭湖演变的关键因子，并指出城陵矶口门高度是 必须考虑的重要因素，这一点也得到了梁杏先生的认可；三峡开工前后，姜加虎， 黄群n 6 1 关于三峡工程对洞庭湖水位影响做了初步研究，王崇浩，韩其为“刀对于三峡 水库建成后荆南三口洪道及洞庭湖淤积做了概算，秦文凯，府仁寿n 鲫在同期也在洞 庭湖淤积方面做了相关研究，之后谭培伦对于洞庭湖区防洪治理与三峡工程关系做 了简析，由于众多专家在2 0 世纪末期对于三峡工程建成后对洞庭湖演变的影响做 出了预测，三峡工程完工后的验证与对比成为了新的课题。 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 2 理论基础 2 1 构造沉降速率和泥沙淤积速率 洞庭湖是构造沉降湖泊，自第四纪以来洞庭湖盆地总体上保持了沉降趋势，这 是洞庭湖能存在至今的主要原因，如果构造沉降停止，洞庭湖最终会因泥沙淤积而 消失。梁杏等学者根据对地形图的研究证明，如果将湖盆周围现有的大堤撤除，在 城陵矶的水位达到3 1 5 m 时，洞庭湖水域面积将扩张到11 0 0 0 k m 2 ，远大于明末清初 的洞庭湖面积n 9 1 。由于构造沉降作用，洞庭盆地保持了继续扩张的趋势，如果不考 虑人类活动的影响，在自然演化状态下，洞庭湖应该不断扩张。从地学角度来看， 洞庭盆地的构造沉降运动，使人为干预下的“洞庭湖扩张 即“退垸还湖”，成为 可能，为治理和恢复洞庭湖区的生态环境提供了空间基础和保障。 研究者根据对重磁资料的分析表明，洞庭盆地为莫霍面隆起区，并且是该地区 地壳最薄的部位，按照均衡补偿原理，只有通过构造沉降，洞庭盆地才能保持地壳 均衡。虽然洞庭湖盆地为隆起区，但在洞庭湖平原范围的内莫霍面平缓，洞庭湖盆 地将继续保持沉降的趋势，但构造沉降速率不会太大。洞庭湖盆地的构造格局和构 造运动都比较复杂，自第四纪以来，虽然在局部时段和区域，洞庭湖盆地出现过抬 升形式的构造运动，但在总体上，洞庭湖盆地构造运动以沉降为主要形式，并一直 持续至今。根据湖南省地震局对1 9 5 3 - 1 9 7 7 年重复水准测量的结果表明，洞庭湖 区沉降速率为l - 8 m m a 啪1 。根据长办i i 、i 号1 9 5 6 年、1 9 5 7 年和1 9 6 0 年的水准 测量结果表明，洞庭湖平均沉降速率为3 m a ，南县育才垸彭家湾为最大沉降中心， 沉降速率为ll m m a 让。根据张人权等学者对1 9 5 2 年和1 9 7 4 - 1 9 7 6 年两套地形图推 算的结果表明，洞庭湖多年平均视构造沉降速率为1 0 m m a 陵1 。由资料可知，目前洞 庭盆地仍处于缓慢的构造沉降运动中。虽然洞庭湖湖盆的构造沉降速率比较低，但 地壳沉降量仍抵消了部分泥沙淤积量，洲滩的发育速度在一定程度上得到削弱，从 而抑制了洞庭湖日益萎缩的趋势。 目前研究者普遍认为，洞庭湖区构造沉降的时空分布，控制了洞庭湖盆地沉积 环境和水流方向：在早、中更新世的断陷阶段，构造沉降幅度的差异较大，主要发 育湖泊与过流型湖泊；自晚更新世以来洞庭湖盆地进入坳陷阶段，构造沉降幅度差 异较小，主要发育泛滥平原及过流型湖泊。在同一时期中，沉降迅速的部分多为湖 相，沉降缓慢的部分多为河流相。 6 硕士学位论炙 m a s t e r st h e s i s 在近代洞庭湖的演变过程中，泥沙淤积是最突出、最活跃的因素，洞庭湖的冲 淤规律也是学界关注的研究热点。据1 9 5 6 - - - - 1 9 9 5 年的统计数据表明，洞庭湖多年 平均泥沙淤积量高达8 8 0 3 x1 0 t i l l 3 ，泥沙淤积率达7 4 ，泥沙淤积情况堪称我国湖 泊之最。由于洞庭湖区长期严重的泥沙淤积，促成了洞庭湖湿地大规模的垦殖活动， 这样的人类活动造成湖泊进一步被蚕食，诱发了一系列的生态问题，对洞庭湖的环 境造成严重危害瞳驯。 根据湖区的淤积部位的区别，可将泥沙淤积可分为3 种类型： ( 1 ) 河流泥沙淤积：三口、四水及中小河流的水沙进入洞庭湖湖区后，因河 流比降减小、流速减缓、水流挟沙能力减弱，粗粒径的泥沙相继淤积在河口段，使 河床淤高，河流泄水输沙的能力减弱； ( 2 ) 洪道泥沙淤积：入湖泥沙在河口逐渐淤积，形成了向湖泊延伸的三角洲， 洞庭湖被分裂成许多小湖泊。 。 ( 3 ) 湖泊泥沙淤积：入湖泥沙经过河流、洪道的分选淤积后进入湖泊。由于 水面突然变宽，水流动力减弱，细粒径的泥沙淤积在西、南、东洞庭湖，使湖盆淤 高，这是湖区主要的淤积类型。 按照泥沙的来源，泥沙淤积的部位和泥沙平衡原理，洞庭湖区的淤积量应满足 如下方程： v l + v 2 + v 3 = v + v b + v c v d 式中：v 。，v ：，v 。分别为入湖河流、洪道和湖泊的淤积量：v 舢v 。，v 。分别为四水、三 口、区间入湖泥沙量：v 。为出湖沙量位卜2 钔。 洞庭湖的演化受洞庭湖断陷沉降盆地构造沉降速率与泥沙淤积速率的制约，这 两种速率的相对变化使洞庭湖经历历史上的几次扩张与几次萎缩。构造沉降速率与 泥沙淤积速率对洞庭湖的影响有3 种情况：一是前者小于后者，湖域萎缩；二是前 者等于后者，湖域保持不变；三是前者大于后者，湖域扩大。决定构造沉降速率与 泥沙淤积速率的作用力不同，构造沉降是内力地质作用的结果，受地壳运动的支配， 其速率在一个相当长的时期内比较稳定，不会有显著变化，故可将沉降速率视为一 个常数；泥沙淤积是外力地质作用的结果，按作用性质有自然和人为，在一定的时 期内可能发生变化，故其速率是一个变数汹1 。 2 2 地质环境系统 地质环境是自然环境的一个组成部分，在地质环境系统中，岩石圈、水圈、大 气圈和生物圈的各种环境因素相互影响，相互作用，不断进行着物质和能量的交换， 7 硕士学位论炙 m a s t e r st h e s i s 并会对人类活动做出共同响应，一定范围内地质环境是一个的有机整体。地质环境 系统内的各要素本身又自成系统，有着自身的运动和演化规律。如果改变地质环境 系统的任一组成要素，原有的动态平衡状态便会被打破，系统内的各要素及其相互 作用也会发生变化，系统的整体行为与功能也会发生改变。因此，在对地质环境系 统进行研究时，要把地质环境系统作为一个整体研究，不仅要研究地质环境系统内 的各组成要素，还要研究各要素之间相互作用、相互影响的规律。例如，在洞庭湖 区围湖造田的活动改变了泥沙淤积的速率，打破了原有的构造沉降泥沙淤积的平衡 状态，从而产生了一系列的反馈作用：在大堤内的垸地，由于缺乏泥沙沉积补偿， 构造沉降作用占主导，导致其高程降低；大堤外的湖域，因围垦侵占，面积缩小， 导致江湖洪水位抬升：垸地与湖域洪水位之间的势差不断增加，加快了湖泊沼泽化 的进程，使湖泊面积不断缩小，地表径流调蓄出现困难，导致旱涝灾害频繁发生。 洪水溃堤成灾，也是地质环境系统本身为恢复原有的构造沉降与泥沙淤积的平衡所 产生的表现。 地质环境系统影响的表现和传递有滞后性，地质环境系统对人为活动的响应要 通过一系列反馈作用，逐步调整其结构和功能。构造沉降、泥沙淤积等累积性作用， 要达到某一阈值才会出现由量变到质变的突变。所以人们难以及时认识到人为活动 的负面影响，等到不良后果产生时，往往已经错过了采取有效补救措施的最佳时机。 地质环境系统的作用在其演变过程中的具体表现是不确定的，但是某一地质环 境系统作用的最终取向是确定的，比如修建大堤，将荆江由南北分流改为向南分流， 经过长期作用，江汉平原不断沉降，最终洪水将决堤而出，恢复南北分流。 作为一种复杂系统，地质环境系统的作用方式往往与人们预期的结果相反叼，。 例如近代洞庭湖区地质环境系统的演变，当年修建荆江大堤是为了防洪，结果却导 致洪灾的进一步加剧；围湖造田是为了发展经济，却引起一系列洪、涝、渍害，阻 碍了经济发展；下荆江裁弯目的是防洪，得到的结果却是江湖洪灾加剧啪1 。 2 3 沙量平衡原理 沙量平衡原理是是质量守恒原理在泥沙运动中的具体应用，是水文学的重要原 理之一。沙量平衡原理是指河流、湖泊、海湾、水库或其部分水域在某- b i j - 段内， 泥沙的输入量与输出量之差等于该水域在同一时段内泥沙的增量。 湖泊沙量平衡足指湖泊在某一时段内，输入的沙量与输出的沙量之羞，等于湖 泊沙量的变率。地形、土壤、植被和降雨强度是影响入湖沙量的| 三要因素，人为因 素呵以增加或减少入湖沙最。 。 8 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 洞庭湖的泥沙来主要自长江“三口与“四水，洞庭湖的大部分时间处于平 水期，平水期和枯水期来水有限，水动力强度较小，故泥沙来量相对较少。而在洪 水期，由于水动力强度大，冲刷侵蚀能力强，携带的泥沙也相对较多。 9 硕士学位论炙 m a s t e r st h e s i s 3 洞庭湖的历史演变 3 1 洞庭湖的形成 前人关于洞庭湖成因的研究看法不尽相同，有人认为它是构造湖，有人认为它 是古云梦泽的残留湖，还有人认为它是人为引起的长江的伴生湖。根据洞庭湖区 的地质地貌、环境变迁、人类活动等的综合研究分析，洞庭湖不是单因素成因的湖 泊，而是由构造运动奠定基本格局，又叠加了江河作用以及人类活动等多因素的混 成湖。考虑到人类活动对洞庭湖演变的重要性，根据人类活动对洞庭湖演变的贡献， 以全新世开始为界，可把洞庭湖演变分为两个阶段：即自然演变阶段和人类活动与 自然复合作用演变阶段。 根据黄第藩等旧1 1 9 6 5 年发表的研究成果，在第四纪初期约2 0 0 万年前，随着新 构造运动的来临，强烈的断块差异运动使湖区开始强烈断陷，导致洞庭湖的形成。 6 0 万年前，除赤山外，湖区沉陷幅度均在1 0 0 m 以上；湖盆以赤山为界分为东西两 部分，安乡西北经津市以北的澄县可能是当时湖水排入长江的地点。距今2 0 万年 的晚更新世末，旧石器时代湖区出现人类活动踪迹。距今1 0 0 0 0 年的全新世以前， 洞庭湖演变主要以地质构造为主。对于这一时期洞庭湖的演变以地质构造等自然因 素为主，学术界的看法比较一致，只是在古云梦泽的范围上的看法有所不同。 在燕山运动早期，因强烈的地壳运动，受平行的北东一南西向断裂与平行的北 西一南东向断裂切割和地块的下沉，洞庭湖区第一次成为一个断陷盆地。由于两组 断裂的互相切割和地壳的差异升降，在古老的洞庭湖断陷盆地内还形成了一系列次 级凹陷和凸起。其四周分别为东部的九岭隆起、西部的武陵隆起、南部的雪峰隆起、 北部的华容隆起所包围，华容隆起将洞庭坳陷与江汉坳陷分开。现代洞庭湖盆就是 在这古老的湖盆基础上发展起来的，尽管洞庭湖盆是由构造运动形成的断陷盆地， 但是洞庭湖的形成也与江河作用以及人类活动有着密切的关系啪1 。 湖泊的演变是在一定的地理环境下进行的，并与地理环境相互发生作用。如气 候变化导致的水量变化、泥沙冲淤的增减、动植物遗骸的堆积、新构造运动的强弱 以及人类活动的能力大小等等，这些因素都对湖泊的演变在不同的时期起着不同程 度的作用。洞庭湖形成以来，在构造运动、全球气候变化与水沙变化中间找到了相 对平衡点，虽然构造运动与全球气候变化持续作用，但其变化相对缓慢，所以在较 小时间尺度内水沙变化存在的变数最大，历史资料也能证明，构造运动和全球气候 l o 硕士学位论炙 m a s t e r st h e s i s 变化主导着洞庭湖的长期演变方向，而水沙变化能在相对小的时间尺度内打破洞庭 湖的平衡状态。 然而随着人类文明的发展，尤其1 9 世纪人类进入工业革命时代，人类对于大 自然的影响越来越深，人类活动对洞庭湖演变的重要性逐渐加大，大有取代自然因 素而成为主导之势。虽然自然因素还是能够主导洞庭湖的长期演变趋势，但在2 0 世纪以后，人类影响毫无疑问是打破洞庭湖演变动态平衡的最大因子。根据最近资 料显示，无论是6 0 - - 7 0 年代下荆江裁弯，还是8 0 年代中期以后的退田还湖，以及 1 9 9 8 年大洪水以后的江湖联通工程，最近即将全部完工的三峡工程，都主导了其后 1 0 - - 2 0 年洞庭湖的演变速率和方向。 因此，根据洞庭湖演变受自然因素及人类活动的不同影响，以全新世开始为界， 本文把洞庭湖演变分为三个阶段： 3 2 历史时期的演变 对于全新世以来的1 0 0 0 0 年时间的洞庭湖演变，地质、考古、历史地理等众多 学科取得大量研究成果。各学者研究洞庭湖变迁，分别以该区域的地质，气候，长 江( 主要为荆江段) 、云梦泽和洞庭湖关系的演变等不同因素为主导，而进入人类 社会以后，江湖关系和人类社会的影响成为主要对象。 目前洞庭湖区发现的最早人类活动遗迹是在新石器时代。在洞庭湖周缘及丘陵 地区，已经发现了多处大溪文化及更早的文化遗址。考古发现表明，龙山文化在湖 区非常繁荣，文化遗址遍布湖区四周和腹地，可见当时洞庭湖大部分地区已经适合 人类活动。居家岭文化遗址主要分布在湖区的西北部及西部，湖区东部和南部尚未 发现文化遗址。说明在5 0 0 0 年前左右，湖区西部地区人类活动比东部要强烈得多。 当然还存在另外一种可能，即早期的人类大多滨湖而居，而洞庭湖后来的东扩和南 扩淹没了原先东部和南部的文化遗址，流水的搬运与侵蚀使这些遗址消失或转移。 许多研究者都曾利用洞庭湖区的新石器遗址探讨过洞庭湖的演变问题。1 9 8 1 年，张修桂n 叫提出湖泊演变可以划分为3 个时期，即距今1 0 0 0 0 年公元3 世纪为 河网切割时期、4 - 1 9 世纪为沉降扩展时期，1 9 世纪以后到2 0 世纪中叶是淤塞萎缩 时期。1 9 9 3 年，卞鸿翔、王万川、龚循礼1 等提出，湖泊演变分为先秦、汉晋南北 朝、唐宋、元明清四个时期。1 9 9 5 年张晓阳3 1 等分析距今8 0 0 0 - - 5 0 0 0 年、距今5 0 0 0 - - ， 3 0 0 0 年、距今3 0 0 0 - 1 7 0 0 年及持续到1 9 世纪中叶洞庭湖湖面面积的变化情况。由 于受当时考古资料的限制，只能从遍布全区的新石器遗址分布得出从全新世初至公 元3 世纪为河网切割平原景观的结论。 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 1 9 9 8 年以后，考古学界对于全新世以来，即距今约1 0 0 0 0 年一商周时期的文化 遗址分析研究取得进展。考古发现，在新石器时期洞庭湖区的人类活动随着湖泊水 面环境的变化有过多次进退。 也有不少学者结合全球变化的因素，认为洞庭湖区距今9 0 0 0 年一商周时期的 6 0 0 0 年中，并非一直都是河网切割平原景观，而是经历了湖泊扩展与河湖切割平原 为主的多次变化。1 9 9 8 年，吴小平、吴建明根据文化层遗迹多少分析人类活动情 况，按照钻孔获取的资料分析气候变化情况，并以二者结合分析洞庭湖湖面大小变 化情况，得出洞庭湖一直存在，文化层遗迹随湖水涨落或退或进，洞庭湖在彭头山 文化、皂市下层文化、大溪文化、屈家岭文化、龙山文化以及商代中晚期等各个阶 段的湖泊水面分别为小湖，大湖，小湖，大湖，小湖和大湖形态。2 0 0 2 年杜耘哺踟 采用与吴小平、吴建明一致的资料基础进行了研究，提出皂市文化下层仅是洪水期 大湖，水退时为河网切割平原，其它结论与其相同。卞鸿翔n 等在洞庭湖的变迁 中，对秦汉以后各个时期的湖泊演变的水面面积予以了详细的估计，2 0 0 1 年苏成啪1 等研究结果与其基本相同。 周魁一啤1 认为洞庭湖的形成与演变需要结合古云梦泽和荆江演变的历史来说 明。长江出峡后，由于荆江河床难以通过汛期的巨大水量，而在如今的江汉平原地区 滞留，形成了著名的古云梦泽。至春秋战国时期，浩瀚的云梦泽是长江吞吐型浅水湖 泊，由于不断受到长江和汉水带来的泥沙淤积，逐渐形成荆江三角洲并逐渐向东伸 展。至唐宋时代，云梦泽已经解体，分解为星罗棋布的湖沼一江汉湖群。湖群继续淤 积转移，遗存至今最大的浅水湖泊就是目前规划为蓄滞洪区的洪湖。 云梦泽消退后，江汉平原取而代之，长江滞流现象依旧存在，此时地势相对较 低的荆江南岸就成为了长江新的倾泻对象。据 水经湘水注记载，东晋南朝时 期洞庭湖已经形成，当时洞庭湖方圆五百里，湘、资、沅、澧四水分注湖中，奠定 了此后1 0 0 0 a 以上的基本形势。唐宋时期，随着云梦泽的萎缩，荆江洪水继续南泄 导致洞庭湖进一步扩展，此时，汪洋浩渺的“八百里洞庭 便形成了。至明代中期， 荆江北岸地面逐渐淤高，成为了农业基地，至嘉靖、隆庆年间长江北岸分江穴口基 本堵塞，荆江水沙几乎全部向南岸分泄，洞庭湖再次扩展。据道光年间洞庭湖志 记载全盛时期洞庭湖面积6 0 0 0 k m 2 时，约为现在的2 倍以上。 随着研究的不断深入，关于周代以后洞庭湖演变的结论逐渐趋向一致。1 9 8 1 年， 张修桂研究认为，到春秋战国时期，当时洞庭湖为君山附近的小块水体，“方圆 2 6 0 里”，以圆计面积不超过1 5 0 0 k m 2 ，以正方形计面积不超过1 2 0 0 k m 2 ，其北边为 方圆9 0 0 里，面积可能超过2 0 0 0 0 k m 2 的云梦泽，西、南、东为广袤低平的湘、资、 1 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 沅、澧四水的河口冲积平原。在新石器时代至商周战国时期，洞庭湖的演变还是以 自然作用为主，人类活动叠加在自然力之中所起作用较小。汉晋南北朝时期，人类 活动开始对洞庭湖的演变过程产生明显的影响。唐宋时期，人类活动的加剧，围垦 有了进一步的发展，造成洞庭湖流域植被明显破坏，泥沙淤积日甚，洞庭湖面积大 为缩小，当时湖泊总面积只有3 3 0 0 k m 2 左右，比汉晋南北朝时期面积缩小几乎一半。 根据竺可桢的研究，汉晋南北朝时期属于历史上第三次相对寒冷时期( 第三新冰 期) ，因此唐宋时期的气候要比汉晋南北朝时期的气候要温暖湿润得多，由此可以推 断唐宋时期长江及洞庭湖水量要比汉晋南北朝时期丰富，但是实际湖泊面积比汉晋 南北朝时期却小得多，唐宋时期人类活动开始成为洞庭湖演变的最主要因素。 自南宋乾道四年( 公元1 1 6 8 年) ，人为决口成太平1 2 及虎渡河向南分流，到明 朝( 公元1 5 7 0 年左右) 张居正为力保江汉平原，对于荆江防洪采取舍南救北的策略， 疏挖调弦1 2 ，形成了长江经两口分流入洞庭湖的局面，这就是一些学者认为洞庭湖 是人为引起的长江伴生湖泊的最主要证据，但他们显然忽略了之前历史时期洞庭湖 的演变离不开地质构造沉降这一根本原因，张居正的策略从现今来看还颇有顺势治 水的意味。元明时期，由于荆江大堤经常溃口，进入洞庭湖的洪水量增大，加之荆 江大堤的加高加固，城陵矶口门高度不断增加，荆江对于洞庭湖的顶托作用开始显 现，在这两大因素影响下，湖泊面积开始扩大。湖区水面自宋元时期迅速由d , n 大， 明清时期，水面面积继续增大，但趋势明显放缓，后期面积相对平稳，大体都在 6