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长江中下游江湖演变规律及其影响效应
River and Lake Evolution of the Middle and Lower Yangtze River Basin and Its Impacts
受强人类活动和极端洪旱气候等因素综合影响,长江中下游江湖水沙情势、冲淤分布及江湖关系等均发生改变。三峡水库蓄水后,长江中下游干流年均输沙量大幅减少,减幅达70%~93%,年内流量过程总体有所坦化,但汛后因水库群蓄水而退水速率加快;洞庭湖四水及荆江三口年均入湖径流量无明显变化,入湖沙量呈减少趋势,入湖年均水、沙量分别减少了9%和38%;鄱阳湖五河年均入湖水、沙量分别减少了2%和57%,出湖年均水、沙量分别增多了1%和5%。水沙过程的改变引起长江中下游冲淤格局变化,2003—2021年长江中下游河段累计冲刷50.3亿m3,年均冲刷量2.65亿m3;洞庭湖区由淤积转为微冲,荆江三口洪道以冲刷为主;鄱阳湖区总体上由淤转冲,入江水道冲刷下切明显。未来30 a长江中下游干流河道仍将保持冲刷态势,至2050年末宜昌至大通河段、荆江三口洪道累计冲刷量分别为35.8亿m3和1.17亿m3,洞庭湖区呈微淤状态,鄱阳湖区呈微冲状态。基于长江中下游江湖冲淤新格局,从防洪、供水、航运、生态及涉水建筑物安全等5个方面,较为系统地阐述了江湖演变的影响效应,并针对性地提出了若干对策和建议。
Under intense human interference and extreme climate events, the flow-sediment regimes, deposition and erosion patterns, and river-lake interactions in the middle and lower reaches of the Yangtze River have undergone significant transformations. After the impoundment of the Three Gorges Project, the annual upstream sediment supply to the middle and lower Yangtze River has decreased by 70% to 93%, and the flow process has become more concentrated. However, the post-flood recession has accelerated due to the operation of cascade hydropower stations. The annual water supply from the four rivers and three outlets flowing into the Dongting Lake has shown no significant adjustments, with a decline of 9%, while the annual sediment supply has decreased significantly by 38%. The annual water and sediment supply of the five rivers into the Poyang Lake have decreased by 2% and 57%, respectively, while the annual water and sediment outflow from the Poyang Lake have increased by 1% and 5%, respectively. These adjustments have altered the deposition and erosion patterns in the middle and lower Yangtze River. To be specific, from 2003 to 2021, the cumulative erosion of the mainstream reached 5.03 billion m3, with an average annual erosion of 265 million m3per year. The deposition-erosion state of the Dongting Lake has shifted from being deposition-dominated to slight erosion-dominated, and the riverbed of the three outlets generally exhibits an erosion trend. Similarly, the deposition-erosion state of the Poyang Lake has changed from deposition to erosion, and the channel connecting the Poyang Lake to the mainstream Yangtze River shows severe erosion and down-cutting. A predictive model indicates that over the next three decades, the mainstream of the middle and lower Yangtze River will continue to experience significant erosion. By the end of 2050, the cumulative total erosion of the mainstream from Yichang to Datong and the three outlets will be 3.58 billion m3 and 117 million m3, respectively. The Dongting Lake is expected to be slightly silted, while the Poyang Lake area will be slightly eroded. Based on these findings, the impacts of the river-lake evolution on flood control, water supply, navigation, ecology, and safety of water-related structures are expounded systematically. Countermeasures and suggestions are also put forward.
水沙输移 / 冲淤演变 / 江湖关系 / 影响效应 / 对策与建议 / 长江中下游
sediment transport / deposition and erosion evolution / river-lake relationship / impacts / coping measures / the middle and lower Yangtze River Basin
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三峡工程建设运行后,长江中下游的水文情势发生了显著改变,进而影响了灌溉供水。为分析三峡工程运行对鄱阳湖区灌溉供水安全的影响,从供水水量和水位满足程度的角度,分别分析了三峡工程运行前后的水文水资源以及灌溉供水安全形势变化的情况。三峡工程运行后,鄱阳湖区水量整体减小,其中蓄水期9—10月份的湖区水量减少最为显著,湖区水位整体降幅达1.1~2.5 m;虽然湖区的总水量仍能满足灌溉以及供水的需求,但灌溉及供水水位满足程度显著下降,缺水量增多,灌溉供水水位平均满足程度由83.6%下降至42.7%,缺水量由7 032万m3增大至18 611.25万m3,城乡供水的平均水位满足程度由99.1%下降至87.5%,缺水量由78万m3增大至9 385万m3。通过三峡水库提前或延后蓄水,可提升供水能力约0.2%、0.3%,一定程度上缓解蓄水对9—10月份湖区灌溉供水的影响。
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在广泛查阅国内外相关文献的基础上,对长江中下游两大通江湖泊洞庭湖与鄱阳湖水沙输移规律、冲淤演变规律及对洪枯调控功能的影响这3个方面的研究进展进行了总结分析,并对当前研究中存在的不足提出了今后应加强的内容,主要包括:①自然和人为影响下两湖演变机制量化揭示,包括资料匮乏时期两湖的演变过程、各种自然因素对两湖冲淤演变的影响的识别、人类活动加剧时期两湖的自然冲淤过程等;②两湖未来长历时、大范围冲淤情势变化趋势预测,实现从两湖泥沙淤积总量预测到淤积时空分布格局变化预测转变;③两湖演变对洪枯调控功能影响的指标化评估,包括表征湖泊洪枯调控功能的指标研究及其与两湖未来不同冲淤情景的响应关系等方面。
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三峡水库蓄水后,长江中下游物理生境发生明显变化,一定程度上影响河流功能的发挥。采用资料分析和文献综述,研究了三峡水库蓄水运用后长江中下游水文条件、河道形态、植被等典型物理生境的变化,总结了其对防洪、航道条件、供水、典型水生生物的影响。提出了应加强研究内容:①监测方面,包括长江中下游系统性和长期性监测、河(航)道治理工程、生态调度试验效果监测等。②规律和机理方面,包括河道形态变化机制和共性规律、干流洲滩植被变化机制、长江中下游洪水位和底栖动物对物理生境变化的响应规律和阈值等。③方法和对策方面,包括多因素影响下长江中下游水文条件中长期变化趋势预测方法,适应物理生境变化并满足需求的整治技术,满足供水、底栖、鱼类繁殖等目标的水库优化调度方案等,物理生境变化-影响效应-改善策略和技术全过程一体化研究。研究成果可为长江大保护及其健康发展提供参考。
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