洞庭湖演变趋势探讨

洞庭湖的演变主要受构造沉降、泥沙淤积和人类活动影响三大因素的控制。目前 ,洞庭湖盆的构造沉降速率虽然较低 (3～ 10mm/a) ,但构造沉降量仍抵消了部分泥沙淤积量 ,在一定程度上抑制了洞庭湖日益萎缩的趋势。由于湖盆中泥沙淤积速率大于构造沉降速率 ,洲滩会继续发育和扩展 ,洞庭湖仍保持淤高的趋势。在“4 35 0工程”完成和三峡建坝后 80年内 ,湖盆泥沙淤积速率将降低到 1 79mm/a ,洞庭湖不断淤高的趋势将得到减缓。     

洞庭湖的演变及其整治

本文指出洞庭湖发育的地质构造基础是新第三纪以来洞庭盆地的拗陷沉降。晚更新世末期,洞庭湖区为河网切割的波状平原。全新世以来,先是顺左河槽谷地发育河川型“沉溺湖”。近几百年来,主要由于四口分流携入大量泥沙在湖区北部淤填,形成宽广的漫滩平原,并导致西部入湖的水流在湖区绕行及在湖区南部出现湖面的扩张。根据目前情况,作者认为解决水流在湖区的绕行问题是洞庭湖实施整治的关键。     

洞庭湖区的泥沙淤积效应

以1951-2005 年长系列实测泥沙等资料为依据, 从泥沙淤积特性与资源环境之间的关系上, 探讨了洞庭湖区的泥沙淤积效应。研究表明: 由于洞庭湖区始终处于淤积状态, 加之人类活动影响, 导致了泥沙淤积循环演进的格局, 以至于使泥沙的灾害性效应与资源性效应 均在湖区得到充分的显示。主要表现在: ① 塑造了水体滩地、泥沙滩地、湖草滩地、芦苇滩地等类型滩地, 构成了湖泊巨系统的主体; ② 孕育或诱发了泥沙淤积→洲滩扩展、围垦→调洪功能下降、鱼类资源枯竭、生物多样性减少灾害链: 泥沙淤积→洲滩扩展→洪涝、水质污染; 泥沙淤积→植被洲滩浮涨→血吸虫病、害鼠致害灾害链; 泥沙淤积→洪溃决堤→土地沙 化灾害链。这些淤积型泥沙灾害链给湖区直接或间接地造成巨大的经济损失。③ 近55 年间, 泥沙塑造土地约98.13×10⁸hm², 人类合理开发利用洲滩资源获得了巨大的经济效益, 就地挖沙加高防洪大堤2~3 m, 累积土石方约55×10⁸ m³, 节省了购买大量原材料的开支。     

三峡水库运行下洞庭湖盆冲淤过程响应与水沙调控阈值

以1951-2011 年洞庭湖区及荆江段干流主要控制站实测径流输沙量资料为依据,分析三峡水库不同蓄水阶段及不同调度方式下洞庭湖盆冲/淤响应,并提出上游来水来沙调控阈值。结果表明：① 荆南三（四）口流量与枝城站流量、荆南三（四）口输沙率存在极显著正相关（p < 0.0001）,决定系数r2分别为0.859 及0.895。② 与三峡水库蓄水运用前（1999-2002）相比,一、二期蓄水阶段及全面试验性蓄水阶段（2008.10-2011.12）洞庭湖盆年均冲淤量由+4796.4×10⁴ t 依次递减为+684.1×10⁴ t、+449.8×10⁴ t 及-559.6×10⁴ t,湖盆冲淤率由+70.25%分别降至+31.13%、+23.56%及-42.64%。③ 预泄调度及蓄水调度期,湖盆泥沙均由以淤积为主转变为以冲刷为主,防洪补偿调度期湖盆泥沙表现为淤积,而在补水调度运用期则表现为冲刷。④ 洞庭湖盆处于冲/淤临界平衡状态时的荆南三口平均流量、输沙率及含沙量分别为970.81 m³/s、466.82 kg/s 及0.481 kg/m³。并认为,为增强湖泊调蓄功能,必须进一步优化三峡水库调度方式,合理调控下泄水沙量。     

洞庭湖区湿地恢复的生态补偿效应评估

洞庭湖是我国最大的淡水湖泊湿地景观生态系统之一,湿地资源丰富。但由于人类不同历史时期的围垦和不合理的开发利用,导致湖泊湿地生态系统严重退化,湿地面积大为减少。随着洞庭湖区按照国家“退田还湖,移民建镇”的整体战略部署,以及“4350”工程的实施,湖泊面积、湿地资源将会得以恢复。然而,退田还湖中移民农户为保护与恢复湿地,牺牲了部分利益,成为受损方。洞庭湖区湖泊湿地的退田还湖工程是恢复长江生态功能系统工程中一个很重要的子系统,工程能否顺利实施的关键在于退田还湖农民在其中损失的利益能否得到补偿,及其为生态恢复所作的贡献能否得到承认。作者在实地调查和试验的基础上,依据环境经济学原理和方法,对洞庭湖湿地恢复引起的湖区农户收益减少和一系列的湿地生态服务功能的恢复表现,进行了价值评估,由此得出湿地恢复应对湖区移民农户的生态补偿值。以湿地恢复的生态补偿评估为基础,探讨了评估方法与建立补偿机制重要性,以期实现“以人为本”的战略目标,也为顺利进行退田还湖的后期工作,广泛调动广大群众生态建设的积极性,为合理建立生态补偿机制提供参考。     

有关洞庭湖区域研究的几个问题

洞庭湖区范围除主体湖泊以外,还应包括湘资沅澧四水尾闾和松滋口至城陵矶之间的荆江河段。洞庭湖区综合区划可分为荆江区、常澧区、益沅区、巴岳区。主体湖泊洞庭湖未来可能有三种结局,调节作用继续存在是可能的。根治洪涝灾害应从减少泥沙淤积、提高泄洪能力、设法消除南北洪峰遭遇和行政性措施等方面考虑制订出整体方略。     

长沙市防洪建设中若干重要问题探讨

探讨了全国重点防洪城市长沙市防洪建设中的若干重要问题:防洪标准、设计洪水位、防洪大堤高度等的确定;建设方针与程序、整体防洪能力建设、防洪建设与基础设施建设和景观建设协调发展等。长沙设计洪水位的确定应综合考虑以下几个方面:湘江长沙段洪水与其支流和东洞庭湖洪水不存在高标准洪水同期遭遇问题,更不存在同频率洪水遭遇问题;湘江洪水流量与水位关系不是长沙洪水设计的主要依据;而南洞庭湖洪水位顶托和河道槽蓄量减少是影响长沙洪水位高低的动、静态因素。目前,长沙城市堤防设防高度偏高,减少了大堤的稳定性,造成了无效投资,影响了城市景观。防洪工程建设应分期实施、先除险后加固、注重整体防洪能力的提高,并处理好与城市基础设施建设和景观建设的关系。     

水沙过程变化下洞庭湖区的生态效应分析

依据1951-2009年实测水文数据及多年实地考察资料,对比分析水沙过程变化对洞庭湖区生物群落及其生存环境的影响.结果表明:(1)水沙过程对生物群落及其生存环境具有多方面的生态支撑作用,水沙动态是洞庭湖生态系统的控制性变量;(2)泥沙的不断淤积,使各类植被洲滩发育与扩展,导致湖面缩小及调蓄功能减弱和天然捕捞鱼场减少;(3)各类植被洲滩相继出露和湖水位涨落交替过程,不但维系着东方田鼠种群数量及迁移的延续,还支撑着钉螺(血吸虫的中间宿主)的孳生和繁衍;(4)入湖水沙量的逐期减少,削弱了水域环境的净化能力,“四     

近60年洞庭湖泊形态与水沙过程的互动响应

以历史文献、图件及1951～2009年长系水沙等资料为依据,对比分析洞庭湖形态与水沙过程的互动响应,结果表明:由于湖泊形态与水沙过程存在着相互作用的关系,近60年间,水沙过程以多种形式改变湖泊形态特征值,如湖盆结构破碎、解体,水深变浅以及湖面﹑湖容依次减少1840km²及130×10⁸m³;同时湖泊形态特征值改变也引起水沙特性变异,在1951～2002年间湖盆蓄水量呈明显的增减波动,但同流量下汛期水位普遍抬高1.2～1.90m,西﹑南﹑东洞庭湖水位变幅依次增大1.61m、1.39m和1.35m,各主要水文站前5位最高洪水位排序的年份均出现在湖面积(容积)历史最低值,泥沙淤积率为70%以上;2003年6月三峡水库蓄水及"退田还湖"后,高、中水位下湖盆调蓄量有所减少,城陵矶丰、枯水位分别降低1.12m及0.35m,西湖区与东南湖区的泥沙输出比均呈增大趋势,泥沙淤积率减至35.9%。其互动响应机制,可概化为泥沙淤积循环→湖盆结构破碎、解体,湖面湖容缩小→水沙特性异变→改变湖泊形态→水沙特性变异的互动响应动态演进模式。     

Mutual effects between morphological characteristics and variations of flow-sediment process of Dongting Lake during 1951～2009

以历史文献、图件及1951～2009年长系水沙等资料为依据,对比分析洞庭湖形态与水沙过程的互动响应,结果表明：由于湖泊形态与水沙过程存在着相互作用的关系,近60年间,水沙过程以多种形式改变湖泊形态特征值,如湖盆结构破碎、解体,水深变浅以及湖面﹑湖容依次减少1840km2及130×108 m3;同时湖泊形态特征值改变也引起水沙特性变异,在1951～2002年间湖盆蓄水量呈明显的增减波动,但同流量下汛期水位普遍抬高1.2～1.90m,西﹑南﹑东洞庭湖水位变幅依次增大1.61m、1.39m和1.35m,各主要水文站前5位最高洪水位排序的年份均出现在湖面积（容积）历史最低值,泥沙淤积率为70%以上;2003年6月三峡水库蓄水及＂退田还湖＂后,高、中水位下湖盆调蓄量有所减少,城陵矶丰、枯水位分别降低1.12m及0.35m,西湖区与东南湖区的泥沙输出比均呈增大趋势,泥沙淤积率减至35.9%。其互动响应机制,可概化为泥沙淤积循环→湖盆结构破碎、解体,湖面湖容缩小→水沙特性异变→改变湖泊形态→水沙特性变异的互动响应动态演进模式。     

构造沉降和泥沙淤积对洞庭湖区防洪的影响

With the long-term data of the geodetic sea level measurements undertaken in the Dongting Basin and the recent sediment data of Dongting Lake, we analyze the tectonic subsidence rate of the Dongting Basin and the sedimentary rate of Dongting Lake. From the point of view of geomorphology and hydrogeology, we distinguish the two different spatial concepts between “the basin of Dongting Lake“ and “the Dongting Basin“. Then, we discuss the influences of the tectonic subsidence and the siltation on the levees and the space of storing flood. The better quality of levees is required due to the tectonic subsidence and the siltation, and the difficulties of preventing flood disasters are increasing.The space of storing flood is not affected by the tectonic subsidence, but by the siltation. At present,the sedimentary rate of Dongting Lake is higher than the tectonic subsidence rate of the Dongting Basin. The tectonic subsidence capacity of the Dongting Basin counteracts a part of sedimentary capacity, and the shrinking tendency of Dongting Lake is restrained to a certain extent, but the tectonic subsidence is harmful to the situation of preventing flood disasters in the Dongting Lake area.     

The influences of the tectonic subsidence and the siltation on the situation of preventing flood disasters in the Dongting Lake area

With the long-term data of the geodetic sea level measurements undertaken in the Dongting Basin and the recent sediment data of Dongting Lake, we analyze the tectonic subsidence rate of the Dongting Basin and the sedimentary rate of Dongting Lake. From the point of view of geomorphology and hydrogeology, we distinguish the two different spatial concepts between "the basin of Dongting Lake" and "the Dongting Basin". Then, we discuss the influences of the tectonic subsidence and the siltation on the levees and the space of storing flood. The better quality of levees is required due to the tectonic subsidence and the siltation, and the difficulties of preventing flood disasters are increasing. The space of storing flood is not affected by the tectonic subsidence, but by the siltation. At present, the sedimentary rate of Dongting Lake is higher than the tectonic subsidence rate of the Dongting Basin. The tectonic subsidence capacity of the Dongting Basin counteracts a part of sedimentary capacity, and the shrinking tendency of Dongting Lake is restrained to a certain extent, but the tectonic subsidence is harmful to the situation of preventing flood disasters in the Dongting Lake area.     

On the river–lake relationship of the middle Yangtze reaches

The geological and meteorological setting of the Jianghan–Dongting lake area leads to high precipitation and siltation, but poor water discharge, thus the area is frequently flooded. In the past the river–lake relationship of the Middle Yangtze has been variable but has deteriorated recently under increasing human influence. The Jianghan Plain of the Middle Yangtze becomes a waterlogged lowland under the constant threat of flooding from the perched Jingjiang River. Due to siltation and land reclamation the Dongting Lake has lost most of its regulatory function for the river and has become increasingly vulnerable to flood disasters. The Middle Yangtze River has been undergoing siltation, resulting from a downstream decline of sediment transport capacity, resulting in the elevation of the flood level above the lowlands. Heightening of the levees has caused further siltation of the channel.The Three Gorges Reservoir will provide a buffering period of 50–80 years, during which much of the silt will be trapped in the reservoir and scouring downstream may occur. We should utilize this period to work out an overall resolution to the problem. Construction of a water and silt diversion project in the Honghu Lake and surrounding areas may resolve this problem in the dangerous Chenglingji–Wuhan Segment of the Yangtze. Widening the canals connecting the Middle Yangtze and Han Rivers may function as a discharge-dividing channel of the Yangtze, which may prove to be beneficial.     

洞庭湖流域各季节旱涝及其与大气环流和关键区海温的关系

利用逐月降水数据和NCEP/NCAR再分析数据,分析了洞庭湖流域春、夏、秋季57年来旱涝异常的年际变化以及典型旱涝异常年份的全球海温分布形势,并利用降尺度和趋势分析方法探究气象因子对ENSO和关键区海温的响应,以加强对流域旱涝前期影响因素的认识。结果表明：1）流域在春、秋季旱涝变化趋势不明显,在夏季较明显地变湿。2）前期冬、夏季ENSO事件分别对流域春、秋季旱涝产生显著影响,而与夏季呈不显著的统计特征。3）在消除前期ENSO信号后,阿留申群岛附近海域（S3）、澳大利亚东部海域（S4）海温和印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）现象仍分别为春、夏、秋季与流域旱涝有密切联系的海温因素。4）S3区SST对流域春季旱涝的影响通过西风带环流实现,S4区SST偏高似乎是东亚夏季风强度偏弱的表现,成熟的IOD现象为流域秋季旱涝的主导因子。     

三峡工程建设背景下的洞庭湖区治水方略探讨

在长江三峡工程建设的大背景下,本文分析了洞庭湖区的水灾减灾机制,探讨了洞庭湖区的治水方略,提出应充分发挥三峡水库的调蓄功能,协调江湖关系,改善冲淤关系,加强水利工程建设,实现三峡水库与湖南四水水库的优化调度     

60年来洞庭湖区进出湖径流特征分析

采用集中度与集中期、M-K趋势检验法、变差系数法等方法对洞庭湖入湖径流河流（荆江三口、湖南四水）和出湖径流（城陵矶）年径流量序列进行分析。结果显示：① 洞庭湖区径流集中期为每年6~7月份,最大径流出现时间为6月底7月初;径流集中期合成向量方向介于103.2~190.2°之间,均能够反映各河流进出湖径流量最大值出现的月份。② 径流变差系数介于0.194~0.761之间,说明径流年际变率大。各河流径流极值比均在0.6以上,径流量衰减较为明显。③ 从径流的丰枯交替规律来看,湖南四水水量分配相对较为平均。荆江三口以藕池口丰水年和枯水年概率最大,分别占到32.79%和57.38%,径流年际变化较为剧烈,不利于水资源的合理利用。     

清末以来洞庭湖区通江湖泊的时空演变

本文利用清光绪22年以来17个时段的多种历史地图和航天航空遥感数据,采用遥感解译、数据统计分析与历史对比方法,分析清末以来洞庭湖区通江湖泊面积的时序变化,探究空间演变特征。结合水利部门发布的典型年份监测数据,检验了遥感获取的湖泊面积精度,误差仅为0.62%。结果显示：洞庭湖通江湖泊面积从1896年的5216.37 km²减少到2019年的2702.74 km²,萎缩率为48.19%。1949年前的53年为明显萎缩期,年均萎缩15.66 km²;20世纪50年代为陡崖式萎缩期,年均萎缩139.05 km²;20世纪60—70年代为快速萎缩期,年均萎缩21.66 km²;1980年以来为基本稳定期,年均萎缩0.13 km²,面积仅减少了5.10 km²。就具体湖泊而言,东洞庭湖是各通江湖泊中面积萎缩最大的湖泊,减幅为922.60 km²;其次是目平湖,减幅为588.05 km²;再次是南洞庭湖,减幅为448.37 km²;七里湖的面积变化很小,但经历了先扩张后萎缩的过程。1998—2002年实施“退田还湖”工程,洞庭湖面积增加了10.50 km²。总体而言,清末以来洞庭湖区通江湖泊的演变主要表现为大通湖的封闭析出、整修南洞庭湖的湖垸置换与南迁、围垦西洞庭湖的局部残存、东洞庭湖的三面合围以及1998年特大洪灾后有限的“退田还湖”。本文为长江流域生态修复和环境保护战略提供了客观资料和技术支撑。     

基于Copula函数的洞庭湖流域水沙丰枯遭遇频率分析

受人类活动的影响,水沙灾害事件相继发生,对人们的生产、生活造成了威胁。以洞庭湖流域代表性水文站的年径流量和年输沙量系列数据为基础,应用P-III型曲线分别拟合并求得“松滋口、太平口、藕池口”三口入湖、“湘江、资江、沅水、澧水”四水入湖和城陵矶站出湖年径流量、年输沙量的边缘分布函数,再采用水文事件遭遇分析中广泛应用的Copula函数,建立洞庭湖流域水沙联合分布模型,分析洞庭湖流域水沙丰枯遭遇频率。研究结果表明洞庭湖三口、四水和城陵矶站的水沙丰枯遭遇频率关系与洞庭湖流域的水沙运动有密切联系,运用该水沙耦合模型可以为洞庭湖流域防洪减灾提供重要的理论依据。     

洞庭湖区1998年与1954年特大洪涝灾害比较研究

在对洞庭湖区深入调查研究的基础上,结合历史资料,从雨情、水情和灾情三个方面对比分析了１９９８年、１９５４年特大洪涝灾害的共性和个性。在此基础上揭示了１９９８年洞庭湖区洪涝灾害形成的原因,并提出了防治对策,为洞庭湖社会经济可持续发展和综合治疗洞庭湖提供了科学依据。