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、調弦四口（其中調弦口于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，體現(xiàn)長江與洞庭湖關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

按照調弦口1958 年建閘控制、荊江1967～1972 年裁彎、1980 年葛洲壩運行和2003 年三峽工程運行等江湖關系變化的情況進行年代劃分，依據(jù)主要控制站實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 年三峽水庫運行后開始下降（表1）。三峽工程運用前，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。

對葛洲壩運行后江湖關系處于自然演變的1981～2002 年時段進行分析，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)境問題的主導原因，且由于水量減少的絕對數(shù)巨大，不可避免地導致洞庭湖湖泊萎縮[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，相當于3 000 km2平均堆高1.8 m，導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，對洪水調節(jié)、湖泊濕地水域保護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)濟社會發(fā)展最為嚴峻的問題，其作為長江洪水調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)當前以堤防為主的防洪措施并繼續(xù)加強仍然是必須的。另一方面，長江中下游清水沖刷導致河勢不穩(wěn)和中低水位下降的趨勢短期難以改變[7]，可能導致三口分流如調弦口一樣只在洪水期可以發(fā)生，湖區(qū)中低水缺水導致的經(jīng)濟社會、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

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]，地質運動、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狀態(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化為河道的一系列變化。初步分析認為，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。

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