湖北省主要湖泊分布及形態(tài)特征

晏志偉，肖貴清，周彥洲

(1.湖北省襄陽市水文水資源勘測局，湖北 襄陽 441003；2.湖北省水文水資源中心，湖北 武漢 430071；3.湖北省水文水資源應(yīng)急監(jiān)測中心，湖北 武漢 430071)

湖北省因位于洞庭湖北面而得名，素有“千湖之省”的美稱。新中國成立初期，全省有6.67×10-2km2以上湖泊1 332個，面積8 528 km2；至20世紀80年代，有6.67×10-2km2以上湖泊843個，面積2 983 km2。在眾多江河湖泊的滋養(yǎng)下，湖北成為著名的“魚米之鄉(xiāng)”。湖泊在湖北省供水、旅游、防洪等方面發(fā)揮了重要作用。

目前，學(xué)界對湖泊的分布和形態(tài)研究主要集中在空間分布和湖泊岸線形態(tài)特征方面，金伯欣等[1]對漢江湖群進行了綜合研究；陶家元[2]對江漢湖群中的河間洼地湖、河谷沉溺湖的形態(tài)特征和成因與新構(gòu)造運動的聯(lián)系進行了研究；張毅等[3]利用歷史文獻、地圖和影像數(shù)據(jù)，采用遙感和地理信息技術(shù)和方法，研究湖北省湖泊近百年來的時空演變特征。有的學(xué)者對中國湖泊的數(shù)量、空間分布特征和湖泊岸線形態(tài)特征進行了研究[4-8]。但是，采用實測數(shù)據(jù)研究湖北省主要湖泊(10 km2以上湖泊)的水面率、補給系數(shù)、發(fā)育系數(shù)、水深、面積及容積增長率等形態(tài)特征參數(shù)的并不多見。因此，本文利用第一次全國水利普查中湖北省湖泊詳查的測量成果，統(tǒng)計分析湖北省主要湖泊形態(tài)特征。分析成果旨在為湖北省主要湖泊的研究、開發(fā)、利用、保護和管理提供翔實的基礎(chǔ)資料和數(shù)據(jù)支撐。

1 研究概況和主要湖泊分布

1.1 研究區(qū)域概況

湖北省位于中部地區(qū)，北緯29°01′53″～33°6′47″、東經(jīng)108°21′42″～116°07′50″，地處長江中游，地勢大致為東、西、北三面環(huán)山，西高東低，中部低平并向南敞開，地貌復(fù)雜多樣。其氣候溫暖、降水豐富、河網(wǎng)密布、湖泊眾多，境內(nèi)除長江、漢江干流外，流域面積50 km2以上的河流1 232條，長約4×104km。湖北素有“千湖之省”之稱，境內(nèi)湖泊主要分布在江漢平原?，F(xiàn)有湖泊755個，湖泊水面面積合計2 706.851 km2，水面面積10 km2以上的湖泊50個，洪湖、長湖、梁子湖、斧頭湖的水面面積在100 km2以上。

1.2 數(shù)據(jù)

本研究所采用的數(shù)據(jù)主要來源于《湖北省湖泊圖集》[9]、第一次全國水利普查中湖北省水面面積10 km2以上湖泊的詳查測量成果。根據(jù)國務(wù)院水利普查辦公室的統(tǒng)一部署，湖北省水文水資源局系統(tǒng)提出了河湖普查和湖泊詳查工作方案和湖泊詳查技術(shù)細則[10-12]，在全國范圍內(nèi)率先建立指標評價體系。組織完成了水面面積10 km2以上的湖泊詳查，全面完成外業(yè)測量內(nèi)業(yè)整理。外業(yè)測量包括平面控制測量、高程控制測量、水下地形測量和岸上地形測量4個部分，內(nèi)業(yè)整理包括地形圖成圖(圖形展繪、圖形分幅)，采用CASS9.0軟件按DTM數(shù)字建模，三角網(wǎng)法計算(等高線法、斷面法、方格網(wǎng)法校核)各級水位的相應(yīng)面積和湖容。

1.3 主要湖泊分布

湖北省的自然地理環(huán)境、河流水系和豐富的水熱資源造就了星羅棋布的湖泊；主要湖泊分布于長江、漢水兩岸廣大沖積、淤積平原上。其地理分布最北端為鐘祥市的南湖，最南端為監(jiān)利縣老江湖，最西端是松滋市小南海，最東端黃梅縣大源湖，主要分布在湖北省的鄂東南、鄂東北、鄂中南地區(qū)。

2 主要湖泊形態(tài)特征

2010—2012年，湖北省水文水資源局全面系統(tǒng)地完成了全省50個主要湖泊的外業(yè)測量和內(nèi)業(yè)整理。根據(jù)50個主要湖泊測量成果，統(tǒng)計和計算高水位條件下的湖泊面積、容積、湖泊岸線長度、湖泊寬度、平均水深，并對主要湖泊的形態(tài)特征進行分析。

2.1 湖泊水面率

湖泊水面率(α)是指湖泊水面面積與湖泊集水區(qū)域的比值，用式(1)表示：

α=f/F

(1)

式(1)中，f為湖泊水面面積；F為湖泊集水面積。

對全省面積10 km2以上的50個湖泊(不含跨省湖泊)的湖泊水面率數(shù)據(jù)的分析情況如圖1所示，小于4%的有6個，4%～8%的有12個，8%～12%的有11個，12%～24%的有14個，大于24%的7個。湖泊水面率以天鵝湖的62.8%為最大，牛山湖的38.8%次之，太白湖的2.3%為最小，全省平均13.8%，絕大多數(shù)湖泊在3%～30%之間。天鵝湖為長江故道，故水面率較大，天星湖也高達29.9%。4個面積大于100 km2的湖泊中，洪湖為7.3%，梁子湖為8.2%，斧頭湖為10.8%，長湖為5.7%。

圖1 湖北省主要湖泊水面率分布柱狀圖

2.2 湖泊補給系數(shù)

湖泊補給系數(shù)β指湖泊集水面積與湖泊水面面積的比值，用式(2)表示：

β=F/f

(2)

式(2)中，f為湖泊水面面積；F為湖泊集水面積。

從計算公式(1)與(2)可以看出，α與β互為倒數(shù)，β值越大表明湖泊停滯時間短，湖水自凈能力強。通過對50個湖泊的β值的統(tǒng)計，小于4的湖泊有6個，4～8的湖泊有14個，8～16的湖泊有17個，16～32的湖泊有11個，大于32的湖泊2個。其中，以太白湖的43.03為最大，以天鵝湖的1.59為最小，平均為12.5，絕大多數(shù)在3～30之間。4個大于100 km2的湖泊中，洪湖為13.78，梁子湖為12.18，斧頭湖為9.24，長湖為17.42。

2.3 湖岸發(fā)育系數(shù)

湖岸發(fā)育系數(shù)S為湖泊某一水位下(本次計算為高水位下數(shù)據(jù))湖岸線長度與湖泊面積對應(yīng)的圓的周長之比。計算公式為：

(3)

(4)

式(3)和(4)中，l為湖岸線長度(km)；F為l對應(yīng)的湖泊面積(km2)；R為湖泊面積對應(yīng)圓的半徑(km)。

湖岸發(fā)育系數(shù)S描述湖泊岸線的彎曲程度，反映湖汊數(shù)量分布的多少。S越大表明湖泊岸線曲折、湖汊多，反之則岸線平滑規(guī)則、湖汊少。當湖泊為圓形時其湖岸發(fā)育系數(shù)S等于1，為正方形時為1.13。

統(tǒng)計50個湖泊的S值如圖2所示，小于2的有12個，2～4的湖泊有16個，4～6的有13個，6～8的有5個，大于8的有4個。以赤東湖的11.5為最大，以汈汊湖的1.29為最小，平均為4.07，絕大多數(shù)在1.5～7.5之間。4個大于100 km2的湖泊中，洪湖為1.47，長湖為5.86，梁子湖為7.03，斧頭湖為4.48。

圖2 湖北省主要湖泊湖岸發(fā)育系數(shù)比例

2.4 湖泊水深

湖北省主要湖泊多屬于淺水型湖泊，湖泊水深直接反映了湖盆的形態(tài)。根據(jù)對50個湖泊的高水位與常水位時的平均水深、最大水深進行統(tǒng)計，結(jié)果如表1、表2所示。

表1 湖北省主要湖泊高水位水深統(tǒng)計表

表2 湖北省主要湖泊常水位水深統(tǒng)計表

高水位時，平均水深在1.03～8.11 m之間，以西湖為最小，五湖最大，有24個湖泊的平均水深小于3 m，占到總數(shù)的48%，平均水深小于5 m的占到總數(shù)的86%，最大水深在2.15～24.2 m之間，以沉湖為最小，天星湖為最大，有92%的湖泊最大水深小于12 m，天星湖與天鵝湖的最大水深大于20 m。最大水深與平均水深之比有38個湖泊小于2.0，占總數(shù)的86%。表明湖北省主要湖泊的水深淺，湖底平坦。

常水位時，平均水深在0.58～4.10 m之間，以花家湖為最小，天鵝湖最大，有28個湖泊的平均水深小于2 m，占到總數(shù)的56%，平均水深小于3 m的占到總數(shù)的84%，最大水深在1.45～22.2 m之間，以?？诤樽钚?，天星湖為最大，有92%的湖泊最大水深小于10 m，天星湖的最大水深大于20 m。

湖泊容積決定于湖水面積與水深，湖北省湖泊以中小型湖泊為主、深度小，所以湖泊容量極其有限；即使是洪湖、梁子湖等大湖，亦因湖盆平淺，湖泊容積不大，無法與國內(nèi)外深水湖泊相比。洪湖與云南的撫仙湖相比，洪湖水面是撫仙湖的1.9倍，而撫仙湖的平均水深卻是洪湖的60倍，撫仙湖的容積是洪湖的24.7倍。洪湖與長白山上我國最深的湖泊天池相比，更深刻地反映了這一問題。天池系火山湖，面積僅9.8 km2，洪湖的水面是它的41倍，但因天池平均水深達205 m，是洪湖的142倍，天池的容積反而是洪湖的2.7倍[1]。

2.5 湖泊增長率

為了深入論證與定量研究湖泊面積、容積隨水位升降變化的幅度，通過對50個主要湖泊測量的水位、面積、湖容資料進行分析，計算其平均增長率、相對增長率以及最大增長率。

1)平均增長率：是指湖泊水位每上升1 m，全湖平均增長的面積(km2/m)和容積(km3/m)，用式(5)、式(6)表示：

面積增長率：

(5)

容積增長率：

(6)

式中，S高、S低分別為湖泊高水位與低水位時相應(yīng)的水面積；H高、H低分別為高水位與低水位；V高、V低分別為湖泊高水位與低水位時相應(yīng)的湖泊容積。

根據(jù)分析，湖北省湖泊的平均面積增長率在1.30～62.0 km2/m之間，以天星湖的1.30 km2/m為最小，洪湖的62.0 km2/m為最大。面積小于50 km2的42個湖泊的平均面積增長率在9.7 km2/m以下，面積大于50 km2的8個湖泊中有6個平均面積增長率大于18.0 km2/m；

湖北省湖泊的平均容積增長率在477～27 286萬 m3/m之間，以排湖的477萬 m3/m為最小，洪湖的27 286萬 m3/m為最大。面積小于50 km2的42個湖泊的平均容積增長率在3 634萬 m3/m以下，面積大于50 km2的8個湖泊中有6個其平均容積增長率大于6 500 萬m3/m；

面積相對增長率：

(7)

容積相對增長率：

(8)

相對面積增長率在0.04～0.36之間，以天星湖的0.04為最小、沉湖的0.36為最大，有半數(shù)湖泊的相對面積增長率在0.10～0.20之間，面積大于50 km2的8個湖泊的相對面積增長率在0.10～0.15之間；相對容積增長率在0.04～0.39之間，以天星湖的0.04為最小，?？诤?.39為最大，有34個湖泊的相對容積增長率在0.10～0.20之間；其中天星湖、天鵝湖、老江湖的相對面積、容積增長率都在0.06以下。

3)最大增長率：是指湖泊從最低水位到高水位進程中，每上升1 m時，湖面積或容積的最大增長值，用fmax(面積增長率)或Vmax(容積最大增長率)表示。

最大面積增長率在3.60～424 km2/m之間，以老江湖的3.60 km2/m為最小，洪湖的424 km2/m為最大。面積小于50 km2的42個湖泊中有41個最大面積增長率小于35.0 km2/m，面積大于50 km2的8個湖泊中有5個最大面積增長率大于60 km2/m；最大容積增長率在976～43 400萬 m3/m之間，以借糧湖的976萬 m3/m為最小，洪湖的43 400萬 m3/m為最大。面積小于50 km2的42個湖泊的最大容積增長率小于4 800萬 m3/m，面積大于50 km2的8個湖泊中有5個最大容積增長率大于10 000萬 m3/m。

3 結(jié)語

1)湖北省主要湖泊分布于長江、漢水兩岸廣大沖積、淤積平原上，主要分布在湖北省的鄂東南、鄂東北、鄂中南地區(qū)。

2)湖北省主要湖泊的形態(tài)特征是表征湖北省主要湖泊自然特性的重要指標，集中反映了湖北省湖泊水深淺，湖底平坦，容量有限，調(diào)蓄能力較弱的特性。高水位時平均水深在1.03～8.11 m之間，有24個湖泊的平均水深小于3 m，占到總數(shù)的48%，平均水深小于5 m的占到總數(shù)的86%，有92%的湖泊最大水深小于12 m，最大水深與平均水深之比有38個湖泊小于2.0，占總數(shù)的86%。這也說明湖北省湖泊水深淺，湖底平坦；以中小型湖泊為主，深度小，湖泊容量極其有限。即使如洪湖、梁子湖等少數(shù)大湖，亦因湖盆平淺，湖泊容積不大，無法與國內(nèi)其他深水湖泊相比。

3)湖北省主要湖泊形態(tài)特征是對湖泊進行規(guī)劃﹑設(shè)計和管理、調(diào)查研究、開發(fā)、利用、保護的重要基礎(chǔ)資料。