江湖關系變化對長江流域水旱災害防御的影響及對策

胡向陽，劉佳明，徐興亞

（1.水利部長江水利委員會水旱災害防御局，430010，武漢；2.長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，430010，武漢；3.流域水安全保障湖北省重點實驗室，430010，武漢）

洞庭湖和鄱陽湖（以下簡稱“兩湖”）位于長江中游南岸，是我國最大的兩個通江淡水湖泊。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(diào)弦（1958年冬封堵）四口分流，經(jīng)調(diào)蓄后在城陵磯匯入長江。洞庭湖在城陵磯（蓮花塘）站水位34.40 m（凍結(jié)吳淞高程，下同）時，湖泊面積2625 km2，容積167 億m3。鄱陽湖位于江西省北部，承納贛、撫、信、饒、修五河來水，經(jīng)調(diào)蓄后由湖口注入長江，長江高水時倒灌入湖。鄱陽湖在湖口站水位22.59 m 時，湖泊面積3708 km2，容積303 億m3。

洞庭湖和鄱陽湖是長江水系及其自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成，在調(diào)蓄洪水、保障供水、涵養(yǎng)水資源、維系生態(tài)系統(tǒng)功能、支撐區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮著不可替代的重要作用，是長江經(jīng)濟帶發(fā)展重大國家戰(zhàn)略及洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)、鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)等國家戰(zhàn)略的支撐。作為長江流域重要調(diào)蓄湖泊，兩湖蓄洪容積大，一方面可有效削減長江干流洪峰流量， 如1954年、1998年、2020年長江發(fā)生大洪水，荊江三口分流量分別占長江干流枝城站最大洪峰流量的41%、27%、26%；另一方面可分別調(diào)蓄洞庭湖四水、 鄱陽湖五河入湖的洪水，如洞庭湖、鄱陽湖多年平均洪峰削減率達26%、72%。兩湖流域多年平均水資源量為3619 億m3， 其中湖區(qū)為423 億m3，豐富的水資源為湖區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境提供了重要水源條件。

長江與洞庭湖、鄱陽湖構(gòu)成十分復雜的江湖關系，其變化深刻影響流域洪水調(diào)蓄和水資源利用。近年來，受人類活動和自然演變影響，江湖關系發(fā)生新變化，按照強化流域統(tǒng)一管理、系統(tǒng)治理的要求，準確認識江湖關系，科學應對江湖關系變化，對做好長江水旱災害防御工作具有重要意義。

一、江湖關系變化及演變趨勢

1.歷史演變過程

自1860年、1870年 長 江 兩 次 特大洪水先后沖開藕池口和松滋口形成近代江湖格局至20 世紀30年代，荊江四口分流入洞庭湖水量沙量較大，受此影響，下荊江撇彎切灘、河道淤積、自然裁彎，洞庭湖大幅度淤積。20 世紀40年代至2003年三峽水庫建成前， 四口分流分沙持續(xù)減少（1958年調(diào)弦口封堵后為三口分流），呈現(xiàn)出荊江河段沖刷、 枯水位下降，三口河道淤積、分流能力減弱、枯水期分流河道斷流時間增加，以及洞庭湖淤積萎縮、 調(diào)蓄能力降低等特點。與1956—1966年 相 比，1981—2002年三口分流比由29.4%減少至約15%，分沙比由35.4%減少至約18%，枯水期的分流比減少尤為明顯。由于湖區(qū)淤積和圍墾，至20 世紀90年代末，洞庭湖、鄱陽湖面積分別從20 世紀50年 代 的4350 km2、5000 km2減小至2625 km2、3708 km2。

2.近期演變情況

近年來，受自然因素變化與人類活動不斷增強的雙重影響，特別是長江干支流水庫的建設運行，江湖關系發(fā)生新變化，呈現(xiàn)新特點。

長江中下游水沙過程發(fā)生改變，來沙明顯減少，2003—2020年長江干流宜昌站實測年均徑流量較1981—2002年偏少4%，但實測年均輸沙量僅為1981—2002年的8%，減少了92%（三峽入庫泥沙減少、三峽水庫攔沙分別占62%、38%）。受清水下泄影響，長江干流河道發(fā)生長距離沖刷，宜昌至湖口河段基本河槽沖刷泥沙26.28 億m3。洞庭湖三口分流分沙繼續(xù)減少、斷流時間延長，與1981—2002年相比，2003—2020年三口年均分流量減少了187 億m3，分流比由15%降到12%。洞庭湖、 鄱陽湖總體呈微沖微淤狀態(tài)，調(diào)蓄湖容得到維持。

江湖關系變化對水文情勢的影響在年內(nèi)可分為不同階段：

主汛期（6—8月），在上游水庫群攔洪削峰作用下，兩湖最高洪水位和汛期平均水位顯著降低， 與1981—2002年 相比，2003—2020年6—8月城陵磯（蓮花塘）站、湖口站平均水位分別下降0.6 m、0.78 m。但由于水庫防洪調(diào)度作用，洪水過程拉長；沿江支流防洪能力提升，匯入干流水量增多；沿江排澇泵站增加，澇水入江增多，對干流水位有抬高作用，汛期對兩湖形成一定頂托。

汛末蓄水期（9—10月），受干流河道沖刷下切和三峽等上游水庫蓄水影響，干流水位降低導致兩湖湖水在汛末被快速拉出， 兩湖枯水期提前，枯水歷時加長，與1981—2002年相比，2003—2020年9—10月城陵磯（蓮花塘）站、湖口站平均水位分別下降1.46 m、1.54 m，枯水位出現(xiàn)時間分別提前26 天、31 天。

枯季補水期（11月—次年3月），上游水庫群向下游補水，在河道沖刷下切的綜合影響下，與1981—2002年相比，2003—2020年11月—次年3月城陵磯（蓮花塘）站平均水位上升0.06 m，湖口站水位下降0.43 m。

汛前消落期（4—5月），上游水庫群汛前消落， 長江上游來流增加，在河道沖刷下切的綜合影響下，與1981—2002年 相 比，2003—2020年4—5月城陵磯（蓮花塘）站平均水位上升0.16 m，湖口站水位下降0.67 m。

3.未來演變趨勢

隨著上游控制性水庫逐漸建成并投入運行，長江上游來沙減少的局面將長期維持， 中下游干流河道沖刷將進一步發(fā)展， 受水庫調(diào)蓄和干流河道沖刷的共同影響， 干流中枯水位下降幅度將進一步加大， 江湖關系仍將發(fā)生持續(xù)變化， 洞庭湖三口分流量將進一步減少， 城陵磯站和湖口站枯水位下降幅度將進一步加大。

二、江湖關系變化對流域水旱災害防御的影響

1.江湖關系變化對防洪的影響

汛期，上游水庫群攔洪錯峰，有效降低中下游洪峰水位，顯著改善了長江中下游江湖防洪形勢。與此同時，清水下泄導致河道崩岸，干流洪水持續(xù)時間延長對兩湖形成頂托，也在一定程度上增加了防洪壓力。

（1）上游水庫群調(diào)度顯著改善了中下游江湖防洪形勢

上游水庫群調(diào)控長江上游洪水，從根本上改變了長江中下游防洪形勢，對保障江漢平原和兩湖地區(qū)防洪安全起到至關重要的作用。2017年長江發(fā)生中游型洪水，洞庭湖發(fā)生特大洪水，三峽水庫連續(xù)5 次壓減出庫流量， 降低洞庭湖區(qū)及長江干流水位，控制城陵磯不超保證水位，避免蓄滯洪區(qū)運用。2020年長江發(fā)生流域性大洪水， 鄱陽湖發(fā)生超歷史大洪水，通過調(diào)度三峽等水庫攔洪削峰，配合運用洲灘民垸行蓄洪水，成功控制湖口不超保證水位，避免蓄滯洪區(qū)運用。

（2）清水下泄導致河道崩岸，影響防洪安全

長江干流河道受清水下泄影響，近年來崩岸多發(fā)。遇大洪水時，在強烈的水流淘刷下，中下游河道部分迎流頂沖且地質(zhì)條件較差的河段極易出現(xiàn)崩岸險情，同時部分老險工險段在較長時間、 較大流量沖刷下也易出現(xiàn)新險情，危及沿江重要經(jīng)濟設施、民生設施的正常運行和防洪安全。2017年湖北省洪湖長江干堤燕窩蝦子溝段發(fā)生崩岸，嚴重危及洪湖長江干堤的度汛安全。

（3）干流洪水持續(xù)時間延長，對兩湖形成頂托

近年來， 長江流域主要支流、重要湖泊防洪能力顯著提高， 支流、湖泊匯流入江速度明顯加快；沿江城鎮(zhèn)排澇能力也顯著增強，干流和兩湖地區(qū)對江、對湖直排泵站總設計流量約20000 m3/s，入江、入湖水量增多；加之汛期上游水庫攔洪后騰庫下泄影響，干流洪水持續(xù)時間延長。2020年汛期，城陵磯（蓮花塘）站、湖口站超警天數(shù)分別達52 天、40 天。受干流高水位頂托， 兩湖洪水無法順利下泄，增大了湖區(qū)防洪壓力。2020年汛期，城陵磯（蓮花塘）站水位達到保證水位34.4 m 時， 螺山站過流能力僅為51500 m3/s 左右； 在五河入湖合成流量達到20800 m3/s 時，鄱陽湖仍發(fā)生長江洪水倒灌，倒灌流量達3160 m3/s。

2.江湖關系變化對水資源利用的影響

上游水庫群在枯水期對下游地區(qū)補水，對兩湖水資源利用有積極作用。但受干流河道沖刷下切和上游水庫群蓄水影響， 荊江三口分流減少，兩湖枯水情勢加劇，對兩湖地區(qū)水資源利用造成不利影響。

（1）上游水庫群補水對兩湖水資源利用有積極作用

三峽水庫已成為我國重要的戰(zhàn)略性淡水資源庫，每年枯水期下泄流量由不足3000 m3/s 提高到6000 m3/s以上， 為有效緩解長江中下游旱情、保障供水安全和改善生態(tài)環(huán)境發(fā)揮了重要作用。如2011年，包括兩湖地區(qū)在內(nèi)的長江中下游部分地區(qū)遭遇了百年一遇的大面積干旱，三峽水庫累計向下游供水220 億m3，有效改善了中下游生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水和通航條件，為緩解特大旱情發(fā)揮了重要作用。汛前消落期，正值兩湖春灌需水時期，三峽水庫水位消落，增加中下游干流流量，改善了兩湖地區(qū)水稻等農(nóng)作物的灌溉條件。

（2）荊江三口分流減少加劇了洞庭湖四口水系地區(qū)水資源供需矛盾

由于荊江河段與三口河道發(fā)生不對等沖刷，三口分流減少，加劇了洞庭湖四口水系地區(qū)的水資源供需矛盾。洞庭湖四口水系地區(qū)沿岸的農(nóng)業(yè)灌溉大部分依靠河道引水，三口分流減少、斷流時間延長導致大部分沿河灌溉涵閘在春灌期間不能正常引水； 由于河道水位降低，現(xiàn)有提灌站揚程增大，機組不能正常使用， 加之分流量減少及斷流時間延長，導致供水保證率下降；部分城區(qū)自來水取水口無法取水。

（3）兩湖枯水情勢影響兩湖湖區(qū)水資源安全

兩湖湖區(qū)主要作物灌溉期為4—10月，受9—10月湖區(qū)水位大幅降低影響，灌溉取水設施取水困難，湖區(qū)灌溉缺水已成常態(tài)。根據(jù)有關研究，三峽及上游控制性水庫群運用以來，兩湖湖區(qū)圩垸灌溉水位滿足程度由三峽工程建成前的78%和75%下降至46%和43%。11月—次年3月，上游水庫補水作用有限，不能抵消河道沖刷的影響，兩湖湖區(qū)城鄉(xiāng)供水保證率下降，取水困難。2019年，鄱陽湖星子站出現(xiàn)歷史次低水位5.44 m，都昌縣18 萬居民的基本生活用水需依靠24 小時不間斷三級提水來保障。

三、江湖關系變化適應性對策

針對江湖關系變化及其對長江流域水旱災害防御影響，按照新階段水旱災害防御新要求，立足流域整體，堅持系統(tǒng)觀念，構(gòu)建和諧江湖關系，增強洪水防御能力， 提高水資源保障能力，實現(xiàn)“水旱兼治，江湖兩利”。

1.構(gòu)建和諧江湖關系

（1）加強水工程聯(lián)合調(diào)度

加強雨情水情監(jiān)測預報，提高預報精度，延長預見期，強化水工程實時調(diào)度， 協(xié)調(diào)防洪與排澇的關系，統(tǒng)籌河道泄洪、水庫攔蓄、洲灘民垸行洪、蓄滯洪區(qū)分洪、泵站限排等措施，充分發(fā)揮防洪工程體系整體防洪效益。統(tǒng)籌汛末水庫蓄水進程，合理安排水庫群蓄泄時機，加強洪水資源化利用。研究制定特殊干旱年份的水量應急調(diào)度預案，充分發(fā)揮上游水庫群對兩湖的水資源效益。

（2）加快推進洞庭湖四口水系綜合治理

針對洞庭湖四口分流減少、泄流不暢等問題， 開展四口水系綜合整治， 恢復江湖枯水季節(jié)自然連通，提高洞庭湖四口水系地區(qū)水資源水環(huán)境承載能力，改善供水、灌溉、防洪、航運條件，維護洞庭湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定、良性循環(huán)。

（3）積極推進鄱陽湖水利樞紐建設

樞紐由大壩、泄洪洞、泄洪兼導流洞、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、灌溉輸水洞等組成。工程規(guī)模為大（1）型，工程等別為Ⅰ等，大壩為1級建筑物。水庫總庫容12.3億m3，設計正常蓄水位4 095 m，洪水位4 096 m，校核洪水位4 098.7 m，本工程地震基本烈度為Ⅷ度，大壩地震設計烈度采用Ⅸ度。

提高鄱陽湖區(qū)水資源承載能力和水生態(tài)環(huán)境承載能力，改善供水、灌溉、生態(tài)環(huán)境、漁業(yè)、航運、血吸蟲病防治等條件，保護水資源，恢復和科學調(diào)整江湖關系，推進鄱陽湖水利樞紐工程建設，合理調(diào)配水資源，修復水生態(tài)系統(tǒng)，有效保護鄱陽湖“一湖清水”。

2.增強洪水防御能力

（1）加快實施堤防加固和河道整治

洞庭湖區(qū)對11 個重點垸堤防按2 級堤防標準全面實施達標建設，對荊南四河部分存在隱患的堤段進行除險加固；鄱陽湖區(qū)加快推進重點圩堤提質(zhì)升級建設。進一步鞏固以往河勢控制和崩岸治理成果，加快治理新出現(xiàn)和可能出現(xiàn)的崩岸險情，加強汛前崩岸應急整治，避免大洪水對河勢造成重大調(diào)整， 維護河勢和岸坡穩(wěn)定，保證堤防安全。

（2）加快蓄滯洪區(qū)布局調(diào)整和建設

根據(jù)防洪形勢新變化， 統(tǒng)籌發(fā)展與安全， 協(xié)調(diào)流域防洪保安與區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展， 對蓄滯洪區(qū)布局進行優(yōu)化。洞庭湖加快完成錢糧湖、共雙茶、大通湖東垸分洪閘工程和安全建設工程；逐步推動民主垸等其他重要蓄滯洪區(qū)和一般蓄滯洪區(qū)分洪閘工程和安全建設工程。鄱陽湖加快推動康山重要蓄滯洪區(qū)分洪閘工程和安全建設工程，開展黃湖、珠湖、方洲斜塘、華陽河一般蓄滯洪區(qū)蓄洪工程和安全建設工程。

（3）加強洲灘民垸分類治理

以“不礙洪、穩(wěn)河勢、保民生、促發(fā)展”為目標，對有重要基礎設施和大量人口的洲灘民垸，可研究調(diào)整為防洪保護區(qū)；對無重要基礎設施、有大量人口的洲灘民垸，制定一定的保護標準，參照蓄滯洪區(qū)進行建設管理；對其他洲灘民垸，實施“平垸行洪、退田還湖”。結(jié)合鄉(xiāng)村振興、生態(tài)移民等政策引導，逐步減少洲灘民垸內(nèi)的人口數(shù)量。

3.提高水資源保障能力

洞庭湖四口水系地區(qū)通過河道疏浚增加枯水期水資源量， 結(jié)合建設支汊水資源利用工程和河湖連通工程，提高水源供給穩(wěn)定性。改擴建和新建一批蓄、引、提工程，增加兩湖地區(qū)有效供水能力。加強灌區(qū)續(xù)建配套建設，提高灌溉供水能力和灌溉保證率。

（2）加快湖區(qū)提引水設施更新改造

為應對近年來連續(xù)干旱、枯水等災害，保證湖區(qū)圩垸灌溉供水，采用湖區(qū)拆除重建提引水閘泵、延長取水管線、設置多級泵站等方式，提高供水保證率。對部分進水閘底板高程較高的涵閘， 降低取水設施的底部高程，以適應新的水文節(jié)律。

（3）開展湖區(qū)圩垸多源互濟統(tǒng)籌調(diào)配

兩湖湖區(qū)圩垸缺水主要為工程性缺水，兩湖湖區(qū)應提升水資源優(yōu)化配置能力，加強湖區(qū)圩垸之間的水力聯(lián)系，提高多水源互濟能力，減少枯水期提前、湖區(qū)水位下降對灌溉供水保證率的影響。

四、展望

為有效應對江湖關系持續(xù)變化及其帶來的水安全問題，建議繼續(xù)加強江湖關系變化全面監(jiān)測和滾動研究，按照“確有需要、生態(tài)安全、可以持續(xù)” 的原則對重大江湖調(diào)控工程開展進一步深化論證， 加快實施兩湖地區(qū)防洪和水資源基礎設施建設， 推進統(tǒng)一、有序、高效的江湖綜合管理體制和機制建設， 為長江流域經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展提供可靠的水安全保障。