（水利工程专业论文）洞庭湖河湖疏浚综合效益研究.pdf

摘要 洞庭湖作为长江中游的调蓄湖泊，具有调薷江河径流、发展航运、渔业和为： 农业生产提供丰富水资源等多种用途，而且对调节湖区气候和生态平衡也起着重要 作用。由于四水和三1 2 1 入湖泥沙大部分混沙淤积于湖内，淤塞河道湖泊、降低湖泊 河道的泄蓄洪能力，在抬商湖区洪水位，造成严重的洪涝灾害的同时，也降低湖泊 水体的稀释自净能力和水环境承载能力，造成湖区生态环境的恶化。洞庭湖河湖疏 浚是降低河湖洪水位，提高河湖泄蓄洪能力和防洪大堤抗洪能力，增加水体纳污、 自净能力，改善环境条件，维护生态平衡重大战略举措。根据洞庭湖河湖疏浚舰划， 通过对典型河段环境疏浚前后水情、水环境质量及承载能力变化的深入分析。在此 基础上，以定量分析与定性研究相结合对洞庭湖河湖疏浚的防洪减灾效益、水环境 修复效益和生态系统恢复效益等作出分析和预测。 ( 1 ) 运用s m s 水力学模型和水文学方法分析了洞庭湖河湖疏浚的防洪效益。疏 浚后四水尾闾及淞滋河、藕池河及洲罗江疏浚段附近洪水水位的降低较明盟。疏浚 工程对洞庭湖的防洪作用相当于在网水干流修建一座防洪库容为4 5 1 0 8 1 i i 的水 库，对四水尾间疏浚段的防洪作用相当于在四水干流兴建一座防洪库容为1 0 1 0 “m 左右的水库。经测算洞庭湖河湖疏浚工程直接防洪效益约为4 5 7 1 0 8 元a ，此效益 尚未考虑防洪环境改善带来的土地升值、农业增产等效益。同时通过河湖疏竣相当 于洞庭湖增加了约3 4 1 0 “m 的容积，约占洞庭湖总容积( 城陵矶水位3 3 5 m 时容积 1 6 7 1 0 m m ) 的2 左右。对于延长了洞庭湖的寿命，保证长江巾下游地区的防洪保安 将起到了重大的作用，同时为维护社会稳定，促进经济发展发挥巨大的社会效益。 ( 2 ) 通过河湖疏竣有利于污染物迁移转化，进而改善水质，提高水环境容量和 水环境承载能力。水环境容量( c o d 。) 澧水洪道l i i 疏竣前的1 4 4 9 s 升为疏竣后的 1 6 0 1 4 4 9 s ，南洞庭湖则由疏竣前的3 7 8 9 s 升为疏竣后的3 9 8 9 s 。而典型河段疏挖 减少的氮、磷量分别相当于全湖6 3 4 a 、1 7 4 a 的淤积量。若洞庭湖按疏浚前湖泊现 状水质浓度保护，疏浚后c o d 。的浓度可降低0 3 m g l ，c o d n 的水环境容量可增加 2 3 6 1 9 s ，即7 4 4 6 0 t a ，在保护洞庭湖水功能不受破坏的情况下，年增加c o d 。容景 2 4 8 2 0 0 t ，相当于建设年处理c o d 。2 4 8 2 0 0 t 的污水处理厂，仅此一项节省工程投资9 0 x 1 0 “元。 ( 3 ) 河湖疏浚对洞庭湖生念系统修复具有十分重要的作用，主要表现在：a 、河 湖疏挖将抑制洲滩湿地向水面的发展，有利丁洞庭湖湿地的稳定：b 、洞庭湖河湖疏 浚将极大改善湖区生态环境，潮区动植物无论在种类、数量和质量上都将会发生新 的变化；c 、通过河湖疏浚和扫障，将破坏湿地的阶段性积水、调整主要植被盖度和 植物群落类型，改变钉螺的孳生的环境因子，降低土壤含水量和地下水水位，造成 不利于钉螺生长的环境，有效地控制钉螺的孳生和限制钉螺的生长；d 、洞庭湖河湖 疏浚可以降低地下水位抑制和缓解稻田土壤次生潜育化，而且湖泊底泥含有丰富氮、 磷、钾等多种营养元素可以调整土壤结构，增强土壤肥力，促进洞庭湖区农业的可 持续发展：e 、洞庭湖河湖疏浚还将为洞庭湖区的景观恢复和生态旅游开发提供环境 技术支持。 关键词：疏浚，防洪减灾，水环境修复，生态恢复，洞庭湖 垌羼湖日湖m * 绿。效蓝研冤工程硕士掌位论文 1 引言 1 i 课题的提出 洞庭湖作为长江中游的调蓄湖泊，不仅是氏江中下游防洪体系中的重要组成 部份，也是水生动植物和野生鸟类等的重要生产基地。它不但具有调蓄江河径流、 发展航运、渔业和为工农业生产提供丰富水资源等多种用途，而且对凋节湖区气 候和生态平衡也起着重要作用。山于洞庭湖接纳湘、资、沅、澧四水和长江三口 洪水及洪水挟带的大量泥沙，绝大部分泥沙淤积于洞庭湖区的河道湖泊中，淤塞 河道湖泊、降低河道泄洪能力，抬高洪水位在加重湖区的防洪负担、造成严重 的洪涝灾害的同时，降低湖泊水体对各种污染物的稀释自净能力和水环境承载能 力，造成湖区生态环境的恶化。泥沙淤积和水环境污染的加剧，是目前关系洞庭 湖防汛和生态环境的两大突出问题。特别是1 9 9 8 年长江流域特大洪水之后，国 务院提出了“封山育林，退耕还林；退田还湖，平垸行洪：以工代赈，移民建镇： 加固干堤，疏浚河道”3 2 字方针，这将是今后综合治理洞庭湖洪涝灾害和改善生态 环境的正确指导原则，也是洞庭湖可持续发展的战略思想【引。有计划地疏挖河道 湖泊，是降低河湖洪水位，提高河湖泄( 蓄) 洪能力和防洪大堤抗洪能力，增加 水体纳污、自净能力，改善环境条件，维护生态平衡重大战略举措。因此，丌展 洞庭湖环境疏挖综合效益研究对于正确认识河湖疏浚的作用，指导河湖疏浚具有 重要的现实意义。 1 2 课题研究的基本思路 根据洞庭湖河湖疏浚规划，包括湘、资、沅、澧四水和松滋河、藕池河、南 洞庭湖( 含黄土包河) 、东洞庭湖、汩罗江等9 条洪道疏挖总工程量达3 3 8 7 6 4 0 1 0 4 m 3 ，而到目前为止已经付诸实旌的仅有约4 0 6 7 9 1 1 0 4 m 3 。为了更好地做好 下一步洞庭湖的河湖疏浚工作，客观地反映河湖疏浚的实际效果，必须正确全面 地对河湖疏浚的效益进行分析和研究，并作出合理的评价。本课题通过列媳型河 段环境疏浚前后水情、水环境质量及承载能力的变化深入分析，对媳型河段环境 疏浚综合效益进行了研究。在此基础上，定量分析与定性研究相结合对洞庭湖河 湖疏浚的防洪减灾效益、水环境修复效益和生态系统恢复效益等作出全面的分析 评价和预测。 1 2 i 研究途径 辅鹿湖河潮疏漶嫁合效蓝研究 工程司e 士掌位 c ? 文 ( 1 ) 洞庭湖区的二个典型河段( 东南湖万子湖横岭湖、澧水洪道石龟山 蒿子港河段) 环境疏挖综合效益( 包括防洪、排涝、水环境和生态系统等) 分析； ( 2 ) 根据典型河段环境疏挖综合效益预测整个洞庭湖环境疏挖的综合效益。 1 2 2 研究内容和方法 ( 1 ) 根据典型河段疏挖前后水下地形的变化，通过二维水力学模型和水文学 方法推算疏挖前后主要控制断面水位和流速等变化，研究： 1 ) 河道疏挖前后行洪能力、输沙能力变化； 2 ) 外河水位降低而引起的电排站扬程、排水能力、排水费用的变化情况； 3 ) 现状情况下排水闸的运行情况和因外河水位降低引起的水闸运行变化， 如自排时间的变化； 4 ) 由于外河水位降低，提防的防洪能力和上游堤垸的洪涝灾害损失变化。 ( 2 ) 建立水质模型并根据典型河段疏挖前后水流条件和水环境因素变化，通 过水质模拟分析疏浚前后水流条件和水环境要素的变化，研究： 1 ) 主要水质污染参数的变化； 2 ) 湖泊富营养化程度的变化； 3 ) 水体纳污能力的变化。 ( 3 ) 根据河区疏挖方案、典型河段疏挖方案以及竣工资料，研究： 1 ) 疏挖后湖容的变化： 2 ) 疏挖后河势的变化： 3 ) 疏挖后土壤结构农业生产条件的变化 4 ) 疏挖后湿地资源的变化； 5 ) 疏挖后生物多样性变化： 6 ) 疏挖后钉螺扩散繁殖及繁殖条件的变化； 7 ) 疏挖后生态景观和旅游资源的变化。 孽l 虞湖河 鞠崩l 目t 蠊合效苴研究 2 洞庭湖区概况 洞庭湖在历史上名称颇多，其中有史籍可考者除该名之外，还有云梦、九江、 无渚、三湖和重湖等，而洞庭之名开始于春秋战国时期，因湖泊中有洞庭山而得 名，又因其名应用最盛而沿用至今f 3 】。洞庭湖具有丰厚的历史文化底蕴，不少文 人墨客为之留下不朽的篇章。“八月湖水平，涵虚混太清，气蒸云梦泽，波撼岳阳 城”，“三分重镇说巴邱，地控荆襄据上游，千载兵争余战垒，重湖形胜聚城楼”， 等等盛赞洞庭湖的佳句举不胜举。 洞庭湖象一颗璀灿的明珠镶嵌在长江南岸。她除了有丰富的文化外，在现代的 经济生活中作用举足轻重。洞庭湖区是全国重要的商品粮棉油基地，同时也是全 国最大的生猪、芦苇、苎麻商品基地和淡水水产基地，是湖南省经济作物的集中 产区。 2 1 洞庭湖的自然地理概况 2 1 1 位置与湖泊形态 洞庭湖位于湖南省东北部，长江中游荆江段南岸，跨湘鄂两省的广大冲积平 原和湖泊水网地区。湖体呈近似“u ”字形，北接华容、安乡、南县，南近湘阴、益 阳，东临岳阳、泪罗，西至澧县、沅江等县市。位于北纬2 8 。4 4 2 9 。3 5 、东经 1 1 10 5 3 ，1 1 3 0 0 5 之间。1 9 9 5 年岳阳水位3 3 5 0 m ( 岳阳站，5 6 黄海基面) ，湖长 1 4 3 k m ，最大湖宽为3 0 k i n ，平均湖宽1 7 0 1 k m ，最大水深2 3 5 m ，平均水深6 3 9 r n j 。 早在云梦泽存在的时候，洞庭湖区是一低洼河网湖沼平原。后来，由于江汉 平原的扩展和荆江大堤的修建长江向南分流之水逐渐形成并扩大了洞庭湖。洞 庭湖原为我国第一大淡水湖，1 8 2 5 年时面积曾达6 0 0 0 k m 2 ，号称8 0 0 里洞庭，容 积约4 0 0 1 0 8 m 3 。以后湖底不断淤高，而至1 9 4 9 年时，衰减为4 3 5 0 k m 2 ，减少了 2 7 5 ：到1 9 9 5 年约为2 6 2 3 k m 2 ，为1 8 2 5 年的4 3 7 ，相应蓄水量为1 6 7 1 0 8 m 3 。 1 9 4 9 年后洞庭湖面积和容积具体变化情况见表2 - l ”j 。 洞庭湖河湖疏漶埭合蘸蓝研究 表2 - 1洞庭胡面积、容积变化表 湖泊面积年缩减面积湖泊容积年缩减容积 年份 ( k m 2 )( k m 2 )( 1 0 8 m 3 )( 1 0 8 m 3 ) 1 9 4 94 3 5 02 0 62 9 3 1 9 5 43 9 1 58 7 02 6 85 。o 1 9 5 83 1 4 l1 9 3 52 2 81 0 o 1 9 7 l2 8 2 02 4 71 8 83 0 8 1 9 7 72 7 4 01 3 t 31 7 81 6 7 1 9 8 32 6 9 l8 2 1 7 40 6 7 1 9 8 92 6 1 01 3 51 6 9 20 8 0 1 9 9 52 6 2 32 i 1 6 7o 3 7 洞庭湖长时期来一直处于淤积状态，加之5 0 年代以来的大量围垦，演变剧烈， 近几十年来面积和容积损失都比较大，现湖体已明显地分化为南洞庭湖、东洞庭 湖和西洞庭湖三个不同的湖区，以及由2 0 0 多个大小不等的堤垸相隔而成的纵横 交错的河网。洞庭湖区堤垸现状见图2 1 。 南洞庭湖是指位于赤山岛以东、东至乔口、以湘江为界的长带状水域，主要 由东南湖、万子湖、铁尺湖、团林湖、横岭湖、荷叶湖等水域组成，面积超过9 0 0 k m 2 ， 占洞庭湖总面积的3 4 ；其中东南湖、万予湖和横岭湖为主体。湖中绝大部分为 废弃旧垸和洲滩，汛期水涨，一片汪洋，枯期水涸，洲滩均现出水面。 调鹿湖河湖潮l 掌l 竦音蕞蓝研究 圈2 - 1洞庭湖区堤垸现状图 东洞庭湖位于洞庭湖下游的东北部，地势低下，湖底高程在2 3 3 0 m 之间， 一般高程约为2 7 m ，是西洞庭湖、南洞庭湖来水在此汇聚并排入长江的必经之路， 面积达1 3 0 0 k m 2 左右，约占洞庭湖总面积的5 0 。 西洞庭湖位于赤山岛以西，主要由大连湖、沅江入湖洪道、澧水入湖洪道和目 平湖组成，面积超过3 4 0 k m 2 ，约占洞庭湖总面积的1 3 ：其中以目平湖为主体， 湖底高程一般高程约为3 0 m ，最低高程为2 7m 。该湖是洞庭湖三个湖区中淤积最 为严重的一个湖区。 s 洞庭湖河湖疏浚掰 合效益研究j 程硕士学位论文 洞庭湖区包括洞庭湖水域及其周围的地区，所辖范围系指长江中游粥江段( 枝 城一城陵矶) 以南，京广铁路( 长沙一城陵矶路段) 以西，长常桃公路( 长沙 益阳一常德一桃源路段) 以北和太阳山一一凤凰山一嘉d i 以及枝柳铁路( 枝城一石 门路段) 以东的广大平原湖泊水网地区，是由河湖港汉及河湖冲积平原、环湖岗 地、丘陵、低山等组成的一个碟形盆地，东西之问直线距离2 4 3 k m 左右，南北之 间直线距离约为18 3 k i n ，海拔高程变幅约2 5 5 0 m 。在自然区域上，洞庭湖区还 涉及湖北省的松滋、公安、石首等县市。 2 1 2 流域地貌概况 洞庭湖水系地跨广东、广西、贵州、湖南、湖北等5 省( 区) ，总集水面积 2 5 9 4 3 0 k m 2 ，占长江流域总面积的1 4 3 。其中湖南省境内集水面积2 0 4 8 4 3 k m 2 ， 占总丽积的7 9 。湖泊补给系数为1 0 5 7 ，居我国湖泊的首位【3 l 。 洞庭湖盆地为燕山期以来发育在扬子江地台江南古陆东段的中新生代断陷盆 地，其大地构造位置属新华夏系第二沉降带江汉盆地的南部。洞庭盆地是在古老 隆起的基础上断陷而成的。湖盆由北东和北西向两组断裂所困限，严格控制了湖 盆的边界。流域地貌特征大致是湖区外缘东、西、南三面环山。东面有幕阜山、 罗霄山与江两交接，是与鄱阳湖水系的分水岭：南岭山系屏障以南，是与珠江水 系的分水岭；武陵、雪峰山逶迤以西，是乌江、清水江的分水岭。 流域内自上游山区而下，至中下游为起伏和缓的低山、丘陵与相间的河谷盆 地。盆地中普遍堆积着白垩一第三纪红色岩系。洞庭湖水系呈扇形展布，形成以 湖泊为中心的向心状水系。洞庭湖区的成土母质以河流冲积、湖积物为主，沿江 滨湖，地势较高，每年淹没时间较短，其土壤类型主要是潮土；湖洼地，地势低 f ，每年淹没时间较长，其土壤以沼泽化草甸土和沼泽土为主。湖泊洲潍被围垦 成垸田之后，由于人类活动的干预，土壤逐渐向脱沼化方向发展，演变为人工土 壤。 2 1 3 水文气象特征 湖区属亚热带湿润季风气候，季风环流是控制湖区气候的主要天气系统，具 有四季分明，热量丰富，降水充沛，降水季节集中，降水量年际变化大等鲜明特 点。春季天气多呈不稳定性，常形成南北暖冷气流对峙、交绥的形势，气旋及锋 面活动频繁，天气多变，雨水较多。夏季受副热带高压控制，盛行东南风，天气 闷热，晴朗干燥，蒸发旺盛；盛夏期间，若副热带高压减弱东退，北方冷空气入 6 洞鹿湖河湖疏溲蟓古效蓝研究 工程硕士掌位论文 侵，常常发生雷雨大风等极不稳定的对流性天气。秋季高空仍受大陆副热带高压 控制，地面受蒙古冷高压影响，空气形成稳定层结，雨水较少，秋高气爽。冬季 受强大的蒙古高压控制，盛行偏北风，除因受准静止锋面及气旋活动影响形成雨 雪天气外，一般为全年最千冷季节。 洞庭湖区地势平坦，北方冷空气入侵时，一般很快经过湖区后在南岭地区静 止。由于湖区降水主要是南北暖冷气流对峙、交绥形成的锋面降水，因此成为湖 南省降水量较少的地区。湖区多年平均降水量为t 2 0 0 1 4 5 0 r a m ，北部最少，向 东、南、西方向逐渐增多，在其西南面的雪峰山、东面的连云山和西北的武陵源 地区形成三个多雨区。多年平均降水日数为1 4 0 1 5 0 d 。洞庭湖区年降水量少于鄱 阳湖区，多于太湖地区。在降水季节分配上，春夏两季最多，秋冬季略少。湖区 降水量年际变化很大，最多的年份年降水量达2 0 0 02 3 0 0 m m ，最少的年份仅 8 0 0 m m 左右，年际极差值大部分县( 区) 、市在1 0 0 0 m m 以上，年降水量的相对 变率( 年降水量的标准偏差与多年平均降水量之比) 在1 3 7 一2 5 6 之间。 洞庭湖区多年平均蒸发量约1 2 7 0 m m ，蒸发量年内变化，夏季7 月最高，冬 季1 月最低，空间分布有自东向西减少的趋势。 洞庭湖区热量较为丰富，年平均气温在1 6 5 1 7 o c ，年内1 月平均气温最 低，约3 8 4 ，5 c ，7 月气温最高，为2 8 8 2 9 2 c 。多年平均气温的空间分布呈 自东向西北递减的趋势。全区无霜期2 5 9 2 7 7 天，与本省东部地区相近，与鄱阳 湖平原接近而略高于太湖地区。洞庭湖热量资源在长江中、下游几大平原中处中 间地位。 洞庭湖区地势低平，加上大面积光滑水面，为湖南境内风速最大、大风日数 最多的地区。湖区年内日平均风速1 9 3 6 m s ，年平均2 o 3 o m s ，最大风速以 岳阳最大，极值达2 8 m s ( 相当l o 级风力) ，次为沅江2 5 m s 。风速年内变化具有 周期性，年内以3 月、4 月和7 月风速较大，l o 1 2 月风速较小。不同湖区风向 差异明显，湖泊中，t l , 区域以北风为主，东、西部以东北风出现频率最高，南部则 以西北风较多。 洞庭湖区光能丰富，太阳总辐射年总量在4 1 8 6 0 0 4 5 6 2 7 4j ( c m 2 a ) 之间， 且季节变化显著。以7 月最多、1 月最少，1 2 月至来年2 月数值相差不大，6 7 月和8 9 月有陡升陡降现象。太阳总辐射量的空问分布差异性较小，具有自湖东 部向湖中部至湖西部逐渐递减的趋势。 洞鹿潮河湖琉浪缘合效苴，研究 _ 工l t * 1 z 口x 2 2 洞庭湖的水沙特点和洪涝灾害 2 2 1 水情特点 洞庭湖南纳四水( 湘江、资水、沅江、澧水) ，北承四口( 松滋、太平、藕池、 调弦口) ，形成“八水汇洞庭”的局面，八水在湖泊中纵横交错，相互顶托干扰，造 成湖泊水流变幻不定；湖区周边还有泪罗江、新墙河等直接入湖，江河来水进入 洞庭湖之后，经过湖泊调节，由城陵矶北注长江，发挥着巨大的调蓄作用。 洞庭湖的湖泊水位和径流特征，不但受其自身流域降雨径流过程、湖泊调蓄 入湖径流功能强弱的影响，而且还与长江水情息息相关，长江三口( 调弦口于1 9 5 8 年冬堵闭) 分流流量的大小，出湖口城陵矾水位高低对湖泊出流是否顶托等，都 直接控制着湖泊水位和径流的时、空变化。 洞庭湖汛期长，水位变幅大，是长江流域、乃至全国湖泊水位变幅最大的， 多年平均水位2 4 o o 3 1 o o m 。 水位年内变化特征：每年4 月进入汛期，四水流域河水不断上涨，湖水位逐 渐起涨；流域最大降雨量一般出现在5 6 月；6 8 月长江干流进入来水高峰期， 三口入湖水量剧增，湖水位持续上涨，出现年内最高水位。9 月汛期过后，来水量 减少，湖水位逐渐下降，1 2 月至第二年3 月出现最低水位。水位的年内变化以双 峰型为主，单峰型仅出现于个别年份。 水位的空间分布特征：由于洞庭湖区地势自西向东倾斜，因此湖泊水情存在 明显的上下游关系，湖泊西部位上游、东部位下游，上下游之间水位落差显著。 洞庭湖素有“大水湖相，小水河相”的特点，洪桔水情较为悬殊。 洞庭湖水情的年际变化特征，与其年内变化规律的特征类似，也具有丰、平、 枯的周期性变化规律。据分析，二十世纪5 0 年代是洞庭湖的丰水期，6 0 7 0 年代 则相对是平、枯水期，进入8 0 年代后又转入丰水期，尤其是9 0 年代以来，洞庭 湖几乎每年都有不同程度的洪水发生，历史最高洪水位不断被刷新。 湖区径流由三口、四水及区间径流组成，多年平均入湖年径流总量为 2 9 7 9 x 1 0 5 m 3 ，其中由三口入湖的多年平均径流量为1 0 0 1x 1 0 8 m 3 ，占入潮总径流量 的3 3 6 ，由四水入湖的多年平均径流量为1 6 8 5 x 1 0 8 m 3 ，占入湖总径流量的5 6 、6 ， 区间入湖的多年平均径流量为2 9 3 x 1 0 8 m 3 。多年来水量情况见表2 - 2 1 4 1 。 涓鹿湖河湖翊漶捌i 合荒蓝研究 表2 - 2洞庭湖多年平均来水量统计表 来水量( 1 0 8 m 3 ) 年份 三口四水 区间合计 1 9 5 6 1 9 6 0 1 4 9 81 6 8 32 6 03 4 4 1 1 9 6 1 1 9 7 01 3 3 31 6 9 92 6 53 2 9 7 1 9 7 l 1 9 8 0 8 0 81 6 3 9 2 2 l2 6 6 8 1 9 8 1 1 9 9 07 6 l1 5 5 62 7 52 5 9 2 1 9 9 1 1 9 9 8 6 2 11 8 8 8 3 6 62 8 7 5 年平均1 0 0 1】6 8 52 9 32 9 7 9 由于洞庭湖水系和长江上游降水的年际年内分配很不均匀，故入湖径流量和 流量都相应地表现出年际之间和年内季节分配上的明显差异。 径流年内变化特征：洞庭湖四水入湖径流年内变化，与湖区降水量的年内分 布呈一致趋势；三口入湖径流的年内变化，与长江中上游径流的年内变化相应； 三口分流流量和湖区四水流域及区间入湖流量的组合，形成了洞庭湖总入湖流量 的年内变化过程。总入湖流量的年内变化很大，这表明水资源年内分配极不均衡， 一方面汛期持续时间可达半年以上，极易发生洪涝灾害，同时枯水期入湖水量又 很小，非常容易造成干旱缺水。 径流年际变化特征：洞庭湖径流的年际变化与四水流域及长江中上游降水量 的年际变化相应。出、入湖洪峰流量年际变化均有减少的趋势，但出湖洪峰流量 比入湖洪峰流量的年际变化相对平缓，四水的入湖洪峰流量均大于四口的入湖洪 峰流量。 2 2 2 泥沙分布特点 洞庭湖区不同水域含沙量的时空分布，随着湖泊洪枯水情和湖区地形的变化， 具有丰水期较高、枯水期较低，湖区上游较高、下游较低的特点。不同水系含沙 量的变化也不同，三口入流含沙量最高，四水含沙量次之，湖水含沙量最小。洞 庭湖区主要水系及控制站的多年平均含沙量空间分布上为四口最大，以下依次为 南咀、四水、城陵矶、小河咀；湖区水系含沙量的年内变化与湖区水情的年内变 化相应，汛期高，枯水期低，且洪枯期变化悬殊，多年月平均含沙量四水最高月 是最低月的2 9 倍，而三口为1 5 8 倍。而洞庭湖出口城陵矾的湖水含沙量年内变化 竺竺塑翌竺堕妻苎! 苎苎竺墨 与入湖水系相反。 洞庭湖的泥沙主要来自于长江“三1 2 1 ”、湘资沅澧“四水”及汨罗江与新墙河区 间水系，总的趋势是淤积的。1 9 5 6 1 9 9 5 年的多年平均入湖沙量为1 7 6 8 2 x 1 0 4 t ， 其中三1 2 1 为1 3 9 6 1x 1 0 4 t ，占7 9 0 ；4 水及区间为3 7 2 1 1 0 4 t ，占2 1 o 。出湖沙 量为4 4 6 4 x 1 0 4 t ；占入湖沙量的2 5 2 。洞庭湖的年均淤积量为1 3 2 1 8 x 1 0 4 t ，占入 湖沙量的7 4 8 。通过对洞庭湖多年平均入出湖沙量的比较，可以看出，洞庭湖 总的趋势是淤积的，这也是近5 0 年来洞庭湖的容积逐渐减小的主要原因。洞庭湖 多年平均来沙量及出湖沙量见表2 3 h j 。 表2 - 3洞庭湖多年平均来沙量及出湖沙量统计表 来沙量( 1 0 9 m 3 ) 出湖沙量 淤积沙量 年份 三口 四水区间合计 ( 1 0 4 t )( 1 0 4 t ) 1 9 5 6 1 9 6 0 2 1 4 7 13 9 4 4 3 5 7 9 56 5 6 9 1 9 2 2 6 1 9 6 1 1 9 7 0 1 9 0 7 03 6 6 22 3 1 1 25 7 6 71 7 3 4 5 1 9 7 l 1 9 8 01 0 5 2 73 4 3 1 年均约1 4 3 3 83 8 3 41 0 j 1 5 4 1 9 8 l 1 9 9 0 1 0 9 1 72 3 8 l3 8 0 k io t 1 3 6 7 83 1 0 61 0 5 7 2 1 9 9 1 1 9 9 87 3 4 52 3 0 3 1 0 0 2 82 6 2 67 4 0 2 年平均 1 3 9 6 1 3 3 4 1 1 7 6 8 24 4 6 41 3 2 1 8 荆江三口分流分沙经过了一个由盛而衰的过程。1 8 6 0 年和l8 7 0 年藕池、松 滋相继决口，形成荆江四口分流入洞庭，这种自然调节作用，降低了荆江河段的 洪水位，减少了该段的泥沙淤积，但却加重了洞庭湖的防洪压力和泥沙淤积。随 着淤积的发展及入湖洪道的日益延伸，三口分流分沙能力逐渐减少，荆江裁弯后 这种变化更加显著，裁弯后由三1 2 1 入湖的粗沙减少更多。随着荆江三1 2 1 的分流分 沙进一步萎缩，湖区出1 3 河段淤积加快，长江对洞庭湖的顶托作用加大，湖区水 位相应抬高，死湖容增大，洞庭湖调蓄作用减小，这种变化既阻碍了洞庭湖的泄 流排沙，加大了湖区洪涝灾害的频率和严重程度，同时也顶托了四水的泄流和排 沙。 洞庭湖区入湖水系含沙量具有上升的趋势，而城陵矶出口湖水含沙量有减少 o 辋冀湖河湖豌浪型_ 舌- 苴益研究 的趋势，因此洞庭湖的泥沙淤积有加剧的可能。湖泊水系含沙量的这种变化，将 导致洞庭湖湖泊衰变的加速发展。 2 2 3 洪涝灾害 洞庭湖是我国的重要的商品粮棉基地，同时也是长江的心腹之患，更是全国 治水的一个难点。据史料记载，自明成化七年( 1 4 7 1 ) 至2 0 0 0 年的5 2 9 年间，洞 庭湖区共发生洪涝灾害1 6 6 次，洪灾发生的频率为3 1 5 ( 2 1 。特别是近l o o 多年前， 洞庭湖区乃至长江流域的历次暴雨洪涝，均给湖区及沿江人民造成了深重的灾难。 洞庭湖区在近代发生特大及大洪涝灾害的年份有1 9 3 1 年、1 9 3 5 年、1 9 4 9 年、1 9 5 4 年、1 9 8 8 年、1 9 9 4 年、1 9 9 5 年、1 9 9 6 年、1 9 9 8 年、1 9 9 9 年、2 0 0 2 年等。其中有 较为详细历史记载的，以l8 6 0 、1 8 7 0 、1 9 3 1 、1 9 3 5 、1 9 4 9 、1 9 5 4 、1 9 9 6 、1 9 9 8 年 等年最为严重。 1 8 6 0 年7 月中旬，金沙江下游发生特大暴雨，7 月1 4 日屏山县城被淹，当洪 水下泄时，正值三峡区间、清江及宜昌到荆州带大雨，洞庭湖区、汉江中游乃 至鄱阳湖区等地，都先后普降暴雨，江湖洪水发生遭遇，形成了江湖大范围的特 大洪水，藕池缺口，形成藕池河。据记载：当时“宜昌平地水深六、七尺， 公安县水位高出城墙，江湖联成一片，”。 1 8 7 0 年春夏季节，长江上游及洞庭湖区发生长历时、大范围的特大暴雨，形 成了沿江及湖区惨重的洪涝灾害，岳阳、常德、汉寿、安乡、沅江、湘阴、益阳 均遭水灾，“岗峦宛在水中，水侵城垣数尺，衙署庙宇民房倒塌殆尽”，其凄惨之 状难于言表。 1 9 3 1 年7 月长江中下游地区连续普降大到暴雨，四水同时发生洪水，江湖洪 水遭遇，整个洞庭湖区几乎沦为泽国，淹没田地4 0 0 余万亩，受灾人口超过1 6 0 0 万人，其中淹死5 4 8 3 7 人。生者流离失所，无衣无食：死者随波逐流，载沉载浮。 1 9 3 5 年6 月下旬起，湖区连续两月降雨，四水同时高涨，荆江也同时发洪， 湖区庄稼及房屋大多被水冲走，受灾面积5 0 0 余万亩。 1 9 4 9 年春夏之交，长江中下游地区长历时、大范围普降大到暴雨，洞庭湖水 系由于出现年内最大洪峰。湖区受灾田1 1 5 1 0 4 h m 2 另涝灾面积5 0 2 2 x 1 0 4 h m 2 ， 占当年总耕地面积的7 2 。各项财产损失达一亿五千万银元。 1 9 5 4 年，长江全流域遭灾，湖区出现百年罕见特大洪水，江湖雨季延长，洪 水遭遇相当恶劣，8 月3 日出现3 4 5 5 m 的历史最高洪水位。当年洞庭湖区共溃垸 稠魔湖河湖疏 气砑i 合效蓝研究 3 5 6 个，决口8 8 1 处，死亡3 0 6 万人，由于洪水阻塞，京广铁路被迫中断通车l o o 天，造成直接经济损失6 0 亿元。 1 9 9 6 年7 月1 2 0 日，四水流域和湖区相继发生持续暴雨，桃江、益阳、桃 源、常德、南咀、城陵矶等3 2 个水文站出现超历年最高水位。此次洪灾强度大、 范围广、持续时间长、损失惨重，全省共有9 5 个县市，2 7 6 5 万人受灾，全区直接 经济损失达5 1 8 亿元，其损失程度史无前例。 1 9 9 8 年长江中下游干流发生了2 0 世纪继1 9 5 4 年之后的又一次全流域性大洪 水。长江干流自沙市站至大通站，除汉口站外全面突破历史最高洪水位，其洪峰 水位之高、洪峰次数之多、高洪水位持续时间之长都是空前的。据统计，内溃千 亩以上堤垸2 1 座，面积7 6 0 0 h m 2 ，其中内溃万亩以上的堤垸有3 座，湖区最大洪 灾面积2 6 - 3 1 0 4 h m 2 ，受灾人口9 4 6 3 7 万人，洪涝灾害造成直接经济损失1 9 7 亿 元。 从洞庭湖区洪涝灾害的频率变化来看，洞庭湖平原从公元2 7 6 年至1 5 2 4 年， 大洪灾平均间隔8 0 年：1 5 2 5 年至1 8 5 1 年，大洪灾平均间隔2 0 年；1 8 5 2 年至1 9 4 8 年，大洪灾平均闭隔5 年；建国后5 0 年代到7 0 年代，每5 年发生一次大水；8 0 年代，每三到四年一次大水；进入9 0 年代，洪涝灾害平均1 5 年发生一次。 洞庭湖区的洪涝灾害的成因很多，主要包括先天的和后天的因素。先天的因 素主要指洞庭湖区的特定自然环境，包括洞庭湖区的气候条件、地理因素等，它 不以人们的意志为转移：后天成因是指由于湖区及其相邻地区人类活动丽导致湖 区洪涝灾害发生的成因，它是能随着人类生产力水平的发展和人的主观努力而消 除的，后天成因包括泥沙淤积、围垸造田、疏堵错位、设施脆弱、堤垸涝渍、城 镇建设、体制不适等方面。洞庭湖区洪涝灾害愈演愈烈，灾害损失日益严重。防 洪排涝已将成为湖区沉重的包袱，成为制约区域经济发展的主要矛盾。 2 3 洞庭湖区的生态环境 2 3 1 土地利用与覆盖 洞庭湖区土地利用和覆盖与洞庭湖的生态环境有着十分密切的关系。据北京 大学赵淑清等【5 1 利用1 9 7 8 、1 9 8 9 、1 9 9 8 年的l a n d s a t 卫星遥感影像资料及2 0 世纪 5 0 年代航测的地形图，研究了洞庭湖区近5 0 年土地利用覆盖及其景观结构变化 后，认为目前洞庭湖区的水体面积占总面积的1 2 1 8 ，湿地面积为8 0 3 ，农田 面积为4 8 1 7 ，林地面积为3 0 8 6 ，建成区面积为o 7 5 。2 0 世纪5 0 年代以来 1 2 洞庭潮河湖疏渔 吉敲蓝研究 的具体变化情况见表2 - 4 。 表2 - 41 9 5 5 1 9 9 8 年洞庭湖区土地利用，覆盖类型状况 土地类型面积( k m 2 )面积百分比( )土地类型面积( k m 2 )面积百分比( ) 水体林地 1 9 9 54 3 7 7 9 l1 8 2 81 9 5 55 1 3 8 9 42 1 4 6 1 9 7 83 4 0 7 3 4 1 42 3 1 9 7 84 2 5 7 0 61 7 ，7 8 1 9 8 92 9 7 1 6 l1 2 4 11 9 8 96 6 8 6 5 62 7 9 2 1 9 9 82 9 1 7 8 41 2 18】9 9 87 3 8 9 6 93 0 8 6 湿地建成区 1 9 5 51 3 1 7 5 25 5 01 9 5 51 2 8 80 0 5 1 9 7 81 3 6 1 3 75 6 81 9 7 83 7 2 90 1 6 1 9 8 91 7 6 1 2 57 3 51 9 8 91 0 3 3 80 4 3 1 9 9 81 9 2 3 3 78 0 31 9 9 81 8 0 6 2o 7 5 农田 1 9 5 5j 3 1 0 0 1 7 5 4 7 0 1 9 7 81 4 8 8 4 3 6 6 2 1 5 1 9 8 91 2 4 2 4 6 2 5 1 8 8 1 9 9 81 1 5 3 5 9 4 8 1 7 从表中数据可以看出近5 0 年时间土地利用覆盖情况：洞庭湖区的水体面积 不断减少，这在前面已经提到。湖区湿地面积逐渐增加，1 9 9 8 年湿地面积分别为 1 9 5 5 、1 9 7 8 和1 9 8 9 年的1 4 6 、】4 l 和1 0 9 倍。农田面积比从1 9 5 5 年的5 4 7 0 增加到1 9 7 8 年6 2 1 5 又逐渐降到1 9 8 9 年的5 1 8 8 和1 9 9 8 年的4 8 1 7 。二十世 纪5 0 7 0 年代末是湖区围湖造田最为严重的时期，农田面积不断扩张，这对当时 社会经济发展是起了一定的积极作用，但当时的过度围垦也是导致近些年来洪涝 灾害频繁的重要原因。林地面积1 9 7 8 年比1 9 5 5 年减少l7 ，1 9 8 9 年比1 9 7 8 年 增加5 7 ，1 9 9 8 年在1 9 8 9 年的基础上又增加了l l ，这种变化过程与各个时期 的林业政策密切相关。从建成区的变化可看出湖区城市化的进程，尤其1 9 7 8 年到 1 9 8 9 年的快速城市化。 2 3 2 洞庭湖区水生态 洞庭湖中水生生物资源丰富。主要有浮生藻类、浮游动物、底栖动物、水生 高等植物、鱼类和渔业、水鸟、水生哺乳类动物等资源。洞庭湖浮游藻类有9 8 属， 1 3 苎竺塑翌塑堕篓竺童苎苎兰墨 苎堡! 圭竺竺竺查 平均数量9 1 3 5 8 x 1 0 4 个l 与长江中下游其他湖泊相比，数量相对较低；浮游动物 有9 0 种，平均数量1 0 8 8 7 个l 底栖动物共有6 7 种，经济价值较高和资源量较 丰富的主要是河蚬。洞庭湖水生高等植物有1 6 8 种，是洞庭湖的重要资源，具有 宜接利用价值的种类达1 0 0 余种，开发利用的潜力巨大。洞庭湖的渔业资源丰富， 现有鱼类1 0 4 种，主要经济鱼类有鲤、鲫、鲶、青鱼、草鱼、鲢、鳙等，还有虾、 贝类等，但资源的不合理利用以及环境条件的改变，往往导致渔业产量波动剧烈， 所以必须加大渔业资源的保护，提高资源的再生能力。洞庭湖现有水、涉禽类6 2 种：水生哺乳动物有白暨豚、江豚。 此外，钉螺是洞庭湖螺类中一种分布较广、十分有害的底栖动物。钉螺是分 布较广，对动物危害最严重的日本血吸虫的唯一中间宿主，雌雄异体、卵生，属 水陆两栖淡水螺。血吸虫病是所有寄生虫病中分布范围最广的一种疾病，其感染 率居水传播疾病的首位，在热带、亚热带地区，其传播产生的影响仅次于疟疾。 发病范围遍及世界卫生组织六大区7 6 个国家，其发病率和受害程度在中国、埃及、 苏丹和巴西尤为严重。洞庭湖滩地的阶段性积水、芦苇、苔草的孳生蔓延为钉螺 的生存、繁殖提供了良好的生存环境，目前洞庭湖区钉螺的分布面积已经超过 2 4 0 0 k m 2 。钉螺的孳生，导致血吸虫病流行，严重危害着湖区人民的身体健康【6 1 。 2 3 3 洞庭湖区的水环境 洞庭湖的污染也是很严重的。据调查和不完全统计，洞庭湖区现有工业排污 口8 2 个，其中位于湖边、污水直接排入湖体的排污口2 7 个；入湖水系的排污口 5 5 个，污水通过入湖河道进入洞庭湖；主要工业排污口日排污水总量为 1 4 9 5 0 9 9 m 3 ，以排放有机废水为主，且排污口相对集中于东、南洞庭湖及其入湖 水系，8 2 个排污口遍布洞庭湖东、西南洞庭湖及其入湖水系，其中东洞庭湖地区 4 1 个，占5 0 ，南洞庭湖地区3 3 个，占4 0 2 ，西洞庭湖地区8 个，占9 8 。 在行政区域上，曰排污量最大的是岳阳市，其次是湘阴县和沅江市，分别占洞庭 湖日排污总量的7 7 6 、5 8 和3 6 。排污口的污水排放以直接入洞庭湖为主， 污染物排放则以入洞庭湖湖区水系为主，直接排入洞庭湖的日排污水量占湖区日 排污水总量的8 6 4 ，入湖水系的c o d c ，和酚的目排放量占日排放污染物总量的 7 8 1 和9 7 5 。局部地区行业污染严重，东洞庭湖污染源以纺织业和化工类为主， 南洞庭湖和西洞庭湖的污染源以造纸业为主。 洞庭湖富营养化状况在中一富营养至富营养之间。洞庭湖水质参数多在i 类 调鹿湖河湖谢l 漶蚓r 合藏蓝研兜i 程司士掌位论文 至i i 类之间，全年平均p h 值、d o 、b o d s 、非离子氨、n h 4 - n 、n h 3 - n 、n h 2 一n 、 酚、氰、c r 、a s 、c u 、p b 和z n 水质为i 类：c o d m 。水质为i i 类；总大肠菌群为 l 类；t n 和t p 水质为类。湖泊水质年内变化不大，主要受入湖径流的水质控 制。 竺璺竺兰竺苎兰竺! 苎苎竺墨 一三苎型 兰竺竺兰! ! l 3 洞庭湖疏浚方案简介 3 1 河潮疏浚与洞庭湖治理 由于洞庭湖接纳湘、资、沅、澧四水和长江的松滋河、虎渡河、藕池河三口， 每年有大量的泥沙进入洞庭湖，其中只有四分之一左右的泥沙由城陵矶注入长江， 四分之三则淤积在洞庭湖。其中西洞庭湖淤积最为严重，1 9 7 5 年与1 9 5 2 年对比， 七里湖平均淤积达4 m 以上，南洞庭湖淤积近2 m ，东洞庭湖淤积近l m 。由于泥 沙淤积，四口洪道除受河势影响部分河段发生冲刷外，其余多呈淤积萎缩态势； 其次，洲滩滋长、芦柳丛生、滞流严重，高洲芦柳阻塞水流，加速泥沙淤积，并 有恶性循环之势；再次，部分河段冲刷崩岸，危及大堤安全。由于河势变化等原 因，湖区部分河流或河段当冲，堤外无滩河段严重危及大堤安全；第四，水系紊 乱，相互顶托干扰。 以上问题导致洞庭湖区调蓄容积减少、洪水位不断抬升、长江与洞庭湖关系 改变，加重了洞庭湖区的洪涝灾害，因此，加强洞庭湖区河道整治、实施河湖疏 浚工程、调整部分河段的河势、改善水流条件、稳定河床、减少泥沙淤积、延长 河道寿命是非常迫切的，同时也是洞庭湖区防洪治理的重要内容之一。 3 2 琉挖设计参数的确定 3 2 1 疏挖控制线布置 疏挖控制线的布置原则为：有利于河床稳定、水流通畅平顺、河道疏浚后 不对沿河两岸堤防的安全产生负面影响，与临水面堤脚留有足够的安全距离、疏 浚不影响原有通航条件和城镇供水、灌溉引水条件。 3 2 2 疏挖断面设计 ( 1 ) 疏挖设计高程。疏挖设计高程按中水河床断面不挖深槽、不使上下游枯 水位降低、不改变原深泓的河底纵坡坡降，根据河道的现状条件确定疏挖设计高 程。在洞庭湖河湖疏挖设计中各河段的疏挖底板高程原则上取工程所在河段的多 年平均最低水位。当疏挖区遇有粉细砂等较强透水层时? 适当提高疏挖设计高程 以保证疏挖后堤防工程的安全1 7 j 。 ( 2 ) 设计疏挖边坡。各河段的疏挖边坡原则上根据疏挖土的地质条件确定。 疏挖区为临堤边滩时，设计疏挖边坡为1 ：2 5 1 ：3 0 ，疏挖区为河心洲或远离防洪 大堤时( 外洲宽度l o o m 以上) ，设计疏挖边坡取l ：1 0 l ：1 5 ，但疏挖边坡均需满 6 苎竺塑塑竺璺苎竺宴苎苎! 兰 苎兰! 主竺苎丝兰 足稳定要求。 ( 3 ) 疏挖设计宽度。各疏浚河段的疏挖宽度由设计流量、河床糙率和河相关 系等因素确定。根据水力学及河流动力学，有关计算公式为： 河相关系式 4 b h = e ( 3 - 1 ) 曼宁公式 矿= 二日2 7 3 2 ( 3 - 2 ) 水流连续公式 q = h b v( 3 - 3 ) 由上述三式联立求解，得疏挖河槽宽度b 值计算公式为： b ：( 攀) s ，“ ( 3 _ 4 ) 式中：q 设计流量( m 3 s ) ； n 河道糙率： e 河相系数； j 水面比降； h 平均水深( m ) ； b 疏挖河槽宽度( m ) 。 1 ) 疏挖设计流量。根据水力学及河流动力学理论，河槽疏挖的设计流量宜 取造床流量，但由于水文资料的限制，加上洞庭湖区水位流量关系和河相关系影 响因素多且其相互关系复杂，所以，本次河湖疏浚工程的设计流量取用相应河段 多年平均流量。各河段疏挖设计流量详见表3 - 1 。 2 ) 河道糙率。根据各河道的河床情况，参照水力学手册，采用相应流量 推算各疏浚河段的糙率见表3 一l 。 3 ) 河相系数。河相关系又称均衡关系，一般用公式b 日= e 表示，e 为断面 河相系数，其大小与河型密切相关，平均值为2 7 5 ，对于易冲刷的沙质河床，可 达5 5 ，对于较难冲刷的山区性河流为1 4 。根据各疏浚河段的地形地质条件和来水 来沙特征，参考有关专业手册，取河相系数为2 0 3 5 。 4 ) 水面比降。由各河道主要控制站相应流量的沿程水位、河长，求得各疏 浚河段的水面比降如表3 1 。 竺兰竺翌塑璺查苎! 苎苎! 墨 苎曼竺主竺苎兰! ! 各主要河道分段疏挖设计参数见表3 1 。 按照上述设计原则和标准，经对洞庭湖区各河道进行疏浚工程设计，得出全 洞庭湖共有疏挖土方3 3 8 7 6 4 0 1 0 4 m 3 ，其中湘水尾间1 8 2 4 7 7 1 0 4 m 3 、资水尾闾 2 4 1 7 1 0 x 1 0 4 m 3 、沅水尾闾2 8 15 3 4 1 0 4 m 3 、澧水尾闾3 8 2 8 4 0 1 0 4 m 3 、淞滋河 1 3 0 0 0 0 1 0 4 m 3 、藕池河6 6 0 9 6 1 0 4 m 3 、南洞庭湖15 9 5 1 7 1 0 4 m 3 、黄土包河 1 8 4 1 4 4 1 0 4 m 3 、东洞庭湖1 6 8 8 6 0 0 1 0 4 m 3 、汨罗江7 0 7 2 2 1 0 4 m 3 ，各河道分类疏 浚土方详见表3 2 。 表3 - 1部分河段琉挖工程设计参数表 设计流量水面比降 设计河 水系河段名称糙率河相系数床宽度 ( m 3 s )( 1 0 。4 ) ( m ) 涓水河口以上 3 0 4 0o 0 2 53 00 4 2 l4 5 0 涓水河口浏阳河口3 4 0 00 0 2 63 0o 3 6 45 l o 湘水尾闾 浏阳河口濠河口 3 8 5 0 0 0 2 53 o0 2 6 95 9 0 濠河口湘阴 2 4 0 0o 0 2 53