黃 維, 王為東

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,中國(guó)科學(xué)院飲用水科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

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三峽工程運(yùn)行后對(duì)洞庭湖濕地的影響

黃 維1,2, 王為東1,*

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,中國(guó)科學(xué)院飲用水科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

長(zhǎng)江三峽工程建成運(yùn)行后,其下游第一個(gè)大型通江湖泊——洞庭湖的水文、水質(zhì)以及濕地環(huán)境等均發(fā)生了很大變化。三峽工程已經(jīng)開(kāi)始影響到洞庭湖的泥沙淤積、水位波動(dòng)、水質(zhì)以及植被演替等。以三峽水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方案、河湖交互作用和洞庭湖濕地植被分布格局為基礎(chǔ),從長(zhǎng)江三峽工程對(duì)洞庭湖水文、水質(zhì)以及濕地植被演替等方面綜述了三峽工程對(duì)洞庭湖濕地的綜合影響。三峽工程減緩了長(zhǎng)江輸入洞庭湖泥沙的淤積速率,對(duì)短期內(nèi)增加洞庭湖區(qū)調(diào)蓄空間、延長(zhǎng)洞庭湖壽命有利?？傮w上減少了洞庭湖上游的來(lái)水量,改變了洞庭湖原來(lái)的水位/量變化規(guī)律。給洞庭湖水環(huán)境質(zhì)量造成了直接或間接的影響,對(duì)其水質(zhì)改變尚存一定爭(zhēng)議,但至少在局部地區(qū)加劇了污染。水位變化和泥沙淤積趨緩協(xié)同改變了洞庭湖濕地原有植被演替方式,改以慢速方式演替,即群落演替的主要模式為：水生植物—虉草或苔草—蘆葦—木本植物。展望了今后的研究趨勢(shì)與方向,為三峽工程與洞庭湖關(guān)系的進(jìn)一步研究提供參考。

長(zhǎng)江；三峽工程；洞庭湖；江湖關(guān)系；泥沙淤積；水位波動(dòng)；水質(zhì);植被演替

洞庭湖位于湖南省北部、長(zhǎng)江荊江河段南岸,其地理坐標(biāo)為111°53—113°05E, 28°44—29°35N,東南匯集湘水、資水、沅水、澧水四水及環(huán)湖中小河流,北接松滋口、太平口、藕池口、調(diào)弦口(1958年冬封堵)四口分泄的長(zhǎng)江來(lái)流,經(jīng)洞庭湖調(diào)蓄后又于岳陽(yáng)市城陵磯注入長(zhǎng)江。洞庭湖現(xiàn)為我國(guó)第二大淡水湖,湖泊總面積2625 km2、總?cè)莘e167億m3,豐水期為每年6月至8月,枯水期為12月至翌年3月,水深4—22 m,最大水位差為17.17 m[1],為長(zhǎng)江流域重要的調(diào)蓄湖泊和水源地,其分流和調(diào)蓄作用,對(duì)整個(gè)長(zhǎng)江中游的防洪和水資源利用舉足輕重[2]。洞庭湖濕地是與長(zhǎng)江相連通的大型內(nèi)陸淡水濕地,是我國(guó)最重要的淡水濕地之一,具有重要的生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)價(jià)值等。1994年,洞庭湖被國(guó)務(wù)院列為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū),1992年和2001年?yáng)|洞庭湖濕地與西、南洞庭湖濕地被聯(lián)合國(guó)教科文組織列入《國(guó)際重要濕地名錄》。濕地是極其敏感的生態(tài)系統(tǒng),自然和人類的干擾活動(dòng)對(duì)其影響極其迅速[3],因此長(zhǎng)江三峽工程建成運(yùn)行后,對(duì)洞庭湖的水位、水情會(huì)產(chǎn)生影響,亦必然對(duì)其生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響[4]。研究三峽工程的建成運(yùn)行對(duì)洞庭湖濕地水文、水質(zhì)以及植被演替等的影響,為該區(qū)植物多樣性及退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù),同時(shí)對(duì)于調(diào)整其作物種植布局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等具有十分重要的意義。

三峽工程于2003年開(kāi)始蓄水,三峽水庫(kù)總體運(yùn)行水位在145—175 m之間。每年6月,要求水位降低到145 m,以騰出防洪庫(kù)容220億m3防汛。在夏季主要汛期(7—9月)保持出庫(kù)流量一定,可以將夏季大于此流量的洪峰削減在庫(kù)區(qū)內(nèi),當(dāng)來(lái)水小于此流量時(shí),水位又開(kāi)始下降,一直使水位降到145 m。等到汛期末期,即9月中下旬到10月中旬,調(diào)節(jié)使入庫(kù)流量大于出庫(kù)流量,開(kāi)始蓄水,大約一個(gè)月蓄滿至175 m左右,之后保持出庫(kù)水量和入庫(kù)水量平衡,翌年從2月開(kāi)始調(diào)節(jié)使出庫(kù)水量大于入庫(kù)水量,加大向下游的補(bǔ)水,直到6月水位降到145 m。以上就是三峽水庫(kù)一整年的調(diào)度方案,每年的調(diào)度方案會(huì)根據(jù)三峽庫(kù)區(qū)的水文氣象預(yù)報(bào)、庫(kù)區(qū)中小洪水的發(fā)生、發(fā)電、航運(yùn)效益、水庫(kù)排沙以及長(zhǎng)江下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境需要適時(shí)綜合調(diào)整[5]。

近年來(lái),隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高,三峽工程運(yùn)行對(duì)江湖關(guān)系的影響成為眾多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn),國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者針對(duì)三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用前后對(duì)洞庭湖區(qū)的影響從不同角度做了較多研究。

1 三峽工程對(duì)洞庭湖水文的影響

1.1 對(duì)洞庭湖泥沙的影響

洪林等[6]研究表明,三峽建壩后,由長(zhǎng)江三口注入洞庭湖的泥沙將大幅減少。主要原因是挾沙能力最強(qiáng)的特大洪水被三峽水庫(kù)大幅削峰,荊江由于沖刷作用加強(qiáng)而導(dǎo)致江流加速和淘深下切,結(jié)果使松滋、太平、藕池三口口門相對(duì)抬升。三峽水庫(kù)運(yùn)用后的百年內(nèi)其下游徑流的含沙量均會(huì)較之前降低,因此可以認(rèn)為洞庭湖三口來(lái)水含沙量的減少將成為趨勢(shì)[7]。Xu等[8]根據(jù)三峽水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行方案估計(jì)從2003年到2006年有60%的泥沙被大壩攔截,導(dǎo)致大壩下游泥沙量的減少,長(zhǎng)此以往會(huì)造成下游河道侵蝕,發(fā)生形態(tài)學(xué)的改變,而且下游河道的侵蝕產(chǎn)生的泥沙并不能抵消三峽水庫(kù)截留的泥沙量,造成輸入下游泥沙量降低。配合三峽水庫(kù),從1985年起在長(zhǎng)江上游營(yíng)造了大面積的水土保持林亦會(huì)有效地阻止水土流失。原先經(jīng)三口進(jìn)入洞庭湖的一部分泥沙將走荊江而徑直下泄,使流入洞庭湖的泥沙大大減少。Yang等[9]研究了三峽大壩對(duì)河流泥沙的影響,分析得出在三峽大壩實(shí)際運(yùn)行之后,泥沙量減少了31%,將導(dǎo)致河床的侵蝕和長(zhǎng)江三角洲擴(kuò)展速度的降低。因?yàn)楹恿髁髁坑绊懞雍憫?yīng),三峽大壩對(duì)長(zhǎng)江流量的降低的影響,影響長(zhǎng)江和下游湖泊如洞庭湖、鄱陽(yáng)湖等的河湖響應(yīng)。張細(xì)兵等[10]以圣維南方程組為基本方程組建立了長(zhǎng)江宜昌至大通河段(含洞庭湖區(qū))一維非恒定流水沙數(shù)學(xué)模型。模型求解采用河網(wǎng)三級(jí)算法,泥沙計(jì)算采用非耦合求解模式。研究表明三峽水庫(kù)運(yùn)用30年后,荊江三口平均分流量和分沙量比多年平均值減少43%和73%,三口分流道的河床相應(yīng)發(fā)生沖淤變化；三峽工程運(yùn)用后,受荊江三口分流比減少影響,洞庭湖區(qū)泥沙淤積顯著減少。秦文凱等[11]通過(guò)模型計(jì)算也得出了類似的結(jié)果。郭小虎等[12]研究表明,三峽工程蓄水后預(yù)計(jì)荊江三口分流能力將基本維持目前的格局,則三口分沙比也基本變化不大。總的來(lái)說(shuō),由于三峽工程截留使上游來(lái)沙減少,且三口分沙比不變或減少,使洞庭湖泥沙淤積速度放緩,對(duì)短期內(nèi)增強(qiáng)洞庭湖區(qū)調(diào)蓄空間、延長(zhǎng)洞庭湖壽命有利。

1.2 對(duì)洞庭湖水位、水量的影響

洞庭湖水位受到長(zhǎng)江和流域內(nèi)四水的共同影響,在江湖關(guān)系上既有長(zhǎng)江分流入湖的作用,又有出口江湖相互頂托的作用。長(zhǎng)江與洞庭湖以荊江三口分流和江湖匯流口(城陵磯)為紐帶形成一個(gè)龐大復(fù)雜的江湖關(guān)系系統(tǒng)。系統(tǒng)任何一個(gè)要素發(fā)生變化,其他子系統(tǒng)均會(huì)做出相應(yīng)的調(diào)整和變化。由于江湖具有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用,三峽水庫(kù)蓄水前,長(zhǎng)江中下游江湖水沙關(guān)系基本上處于相對(duì)平衡階段[13]。三峽工程建成后,水庫(kù)調(diào)節(jié)改變下泄流量,直接影響著洞庭湖水系相互作用的水文過(guò)程。

長(zhǎng)江水位的變化取決于大壩截留、釋放的水量和水流的季節(jié)性變化。水位受影響最大的是靠近三峽的河段,最大影響是下游河段的5倍。在下游河段,由于支流流入的混合作用,三峽對(duì)水位影響逐漸降低,而洞庭湖是長(zhǎng)江三峽下游的第一個(gè)吞吐型湖泊,對(duì)于調(diào)節(jié)和緩沖長(zhǎng)江上游水量和水位起著重要的作用,必然對(duì)自身有著不可忽視的影響[14]。自2003年三峽工程開(kāi)始實(shí)驗(yàn)性蓄水以來(lái),洞庭湖發(fā)生了秋季枯水提前、持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象,多次出現(xiàn)接近歷史同期最低水位[15]。

黃群等[16]通過(guò)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)城陵磯水位進(jìn)行了模擬,還原了在沒(méi)有三峽工程情況下2006年和2009年洞庭湖水位,并和1990s年代的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)城陵磯水位有一定波動(dòng),但差別不大。而2006年三峽蓄水使城陵磯水位平均下降2.03 m,最大降幅3.30 m,2009年蓄水使城陵磯水位平均下降2.11 m,最大降幅3.12 m。史璇等[17]研究得出,2003年三峽工程蓄水運(yùn)行后,洞庭湖水位的主要變化趨勢(shì)有：水位年內(nèi)變化趨緩,枯水期水位明顯提升,豐水期水位有所下降,9—10月水位消落速度加快等,徑流年內(nèi)分配區(qū)域均勻化。而李景保[18]等運(yùn)用洞庭湖區(qū)與長(zhǎng)江干流相關(guān)控制站1951—2010年實(shí)測(cè)水文數(shù)據(jù),在分析江湖水力關(guān)系的基礎(chǔ)上,從不同時(shí)間尺度分析江湖水體交換能力的演變特征及其對(duì)三峽水庫(kù)運(yùn)行的響應(yīng),江湖水體交換能力在時(shí)間尺度上的演變規(guī)律表現(xiàn)為：7—9月長(zhǎng)江三口對(duì)洞庭湖補(bǔ)給能力較強(qiáng),1—3月洞庭湖對(duì)長(zhǎng)江的補(bǔ)給能力較強(qiáng)；1951—1958年、1959—1968年長(zhǎng)江三口對(duì)洞庭湖的補(bǔ)給能力較強(qiáng),而2003—2010年洞庭湖對(duì)長(zhǎng)江的補(bǔ)給能力增強(qiáng)；三峽水庫(kù)運(yùn)行后無(wú)論是典型年還是水庫(kù)不同調(diào)度方式運(yùn)行期,都表現(xiàn)為三口分流量減少,長(zhǎng)江三口對(duì)洞庭湖的補(bǔ)給能力減弱,而因四水入湖水量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),湖泊對(duì)長(zhǎng)江的補(bǔ)給能力明顯增強(qiáng)。

Zhang等[19]收集了大量三峽和湖區(qū)的水文和水力數(shù)據(jù),根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析和采用GAMs(generalized additive models)模型模擬均證實(shí)了三峽工程蓄水運(yùn)行造成平均5%的長(zhǎng)江來(lái)水量損失,可能是由于地下的滲漏或者是其它未知的過(guò)程造成的。長(zhǎng)江流量和水位的變化能改變洞庭湖湖水流入長(zhǎng)江的阻滯力,從而影響湖水水位、儲(chǔ)存水量和湖水季節(jié)性波動(dòng)。當(dāng)6—9月湖區(qū)效應(yīng)較強(qiáng)(即洞庭湖區(qū)域降雨較多,四水來(lái)水較多),湖水水位較高,根據(jù)三峽水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方案,6—9月保持一定的出庫(kù)流量,水庫(kù)蓄水較少,阻滯系數(shù)較大,對(duì)洞庭湖水位影響降低。9月下旬到11月,三峽開(kāi)始蓄水,長(zhǎng)江水位降低,阻滯系數(shù)變小,洞庭湖向長(zhǎng)江補(bǔ)水,以平衡長(zhǎng)江水位與洞庭湖之間水位差,水位顯著下降[20]。10月,三峽蓄水使東洞庭湖水位下降2 m左右,進(jìn)入枯水期時(shí)間提前了約1個(gè)月,這種影響隨著洞庭湖入江口下切,將進(jìn)一步深化[21]。Dai等[22]用2007年的數(shù)據(jù)研究三峽水庫(kù)在洪水季節(jié)減少了長(zhǎng)江流量,而在干旱的季節(jié)增加了流量。三峽工程蓄水導(dǎo)致下泄流量在枯水期發(fā)生較大程度的調(diào)整,據(jù)實(shí)測(cè)資料表明：10月、11月城陵磯水位呈明顯的遞減趨勢(shì),主要是因?yàn)槿龒{水庫(kù)10月、11月汛后蓄水引起,12月—翌年3月無(wú)明顯變化,4月、5月呈減小趨勢(shì)[23]。總之,三峽在枯水期增加下泄流量,洪水期減少下泄流量?？菟?由于三峽增泄流量,洞庭湖的水位將比三峽運(yùn)行前抬升；豐水期,由于三峽減泄流量,洞庭湖的水位將比三峽運(yùn)行前降低,對(duì)洞庭湖水位變化的影響不容忽視。

2 三峽工程對(duì)洞庭湖水質(zhì)的影響

20世紀(jì)末開(kāi)展的洞庭湖水質(zhì)污染調(diào)查和監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)成果表明,洞庭湖水域本底總體水質(zhì)尚好,水質(zhì)多在Ⅱ類和Ⅲ類之間,基本處于清潔和輕度污染狀態(tài)。但進(jìn)入21世紀(jì)之后,湖區(qū)多數(shù)水域已受到氮、磷等污染,全湖基本處于中度富營(yíng)養(yǎng)化,且水質(zhì)呈惡化的趨勢(shì)[24]。隨著人類活動(dòng)影響的深入,尤其是三峽等重大水利工程的影響,對(duì)長(zhǎng)江中下游水環(huán)境問(wèn)題產(chǎn)生的影響不容小覷。

3 三峽工程對(duì)洞庭湖濕地的影響

洞庭湖具有獨(dú)特的地理環(huán)境,每年洪水季節(jié)大量泥沙入湖淤積,形成了我國(guó)以敞水帶、季節(jié)性淹水帶、滯水低地為主的最大湖泊濕地景觀,共有面積約85.78萬(wàn)hm2[34- 35]。洞庭湖主要植被類型包括水生植被、草甸、沼澤植被和常綠闊葉林植被,面積較大的濕生群落類型有虉草(Phalarisarundinacea)、野胡蘿卜(Daucuscarota)、辣蓼(Polygonumhydropiper)、蔞蒿(Artemisiaselengensis)、苔草(Carexsp.)、荻(Miscanthussacchariflorus)、蘆葦(Phragmitesaustralis)、旱柳(Salixmatsudana)、美洲黑楊(Populusdeltoides)等,其分布規(guī)律為由岸邊向湖心逐漸傾斜,植物隨湖水深度形成不同的植物群落。植被從空間格局上呈現(xiàn)明顯的帶狀分布特點(diǎn),由水及陸的總趨勢(shì)為：沉水植物群落—虉草群落—苔草群落—辣蓼群落+蔞蒿+苔草群落—蘆葦群落—美洲黑楊或旱柳群落[36]。

三峽工程運(yùn)行后對(duì)洞庭湖區(qū)濕地生態(tài)的影響有兩種情況,一種是由于年內(nèi)水庫(kù)下泄量變化導(dǎo)致洞庭湖水位和地下水位變化對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響；另一種情況是洞庭湖泥沙變化引起濕地生態(tài)系統(tǒng)的演替[37]。

3.1 水位波動(dòng)對(duì)濕地的影響

水位是湖泊儲(chǔ)水量變化的量度,是控制湖泊生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的重要因素[38],水位改變將影響濕地植被覆蓋度和物種組成,最終產(chǎn)生群落演替[39]。長(zhǎng)期的高水位和低水位以及非周期性的水位季節(jié)變動(dòng)會(huì)破壞水生植被長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)水位周期性變化所產(chǎn)生的適應(yīng)性,從而影響植被的正常生長(zhǎng)、繁衍和演替[40]。影響機(jī)理主要表現(xiàn)為兩方面：(1)直接影響,表現(xiàn)在對(duì)水生生物生長(zhǎng)及對(duì)種群間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的影響；(2)間接影響,由于水位變化導(dǎo)致了水體中的理化條件,如透明度、濁度、鹽度、pH、懸浮與沉降以及溶解氧(DO)等發(fā)生變化。Keddy等[41]提出了物種分布的離心組織模型,認(rèn)為當(dāng)植物種對(duì)于水位的選擇趨勢(shì)一致時(shí),最具競(jìng)爭(zhēng)力的物種處于最佳水位范圍,其他物種按照競(jìng)爭(zhēng)力大小,以此水位為中心呈梯度分布。對(duì)那些以水生植被為食的生物產(chǎn)生了影響,進(jìn)而間接地減小或增大了水生植被啃食的壓力,改變了水生植被的時(shí)空分布[42]。

三峽工程的調(diào)蓄作用使洞庭湖年內(nèi)水位波動(dòng)幅度減小,主要有利于較低高程的蘆葦生長(zhǎng),生物量增大,而在較高高程的蘆葦由于得不到充足的水分,生物量相對(duì)減少,逐漸被防護(hù)林代替。2011年5月湖泊水面積不足同期的45%,東洞庭湖超過(guò)1000 hm2的濕地全部干旱[43]。三峽工程的運(yùn)行不同程度上降低了洞庭湖的水力梯度,尤其是4—5月對(duì)分布于東洞庭湖的苔草草甸和西洞庭湖的蘆葦產(chǎn)生了不利影響[4]。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,三峽工程的運(yùn)行改變了原來(lái)自然狀態(tài)下的水沙條件,使對(duì)壩下游河床的沖刷加重,降低了下游河道的水位,洞庭湖的面積、水量及平均水深都相應(yīng)地發(fā)生了改變,再加上不同高層區(qū)植物群落對(duì)水位變化的敏感程度不同,將使優(yōu)勢(shì)品種——蘆葦和湖草群落生物量不斷增加,搶占沉水植物的生存空間,有利于楊樹(shù)等高程區(qū)耐水能力較差植物生長(zhǎng)繁殖,入侵新生境,打破原有植物群落演替模式,從而打破現(xiàn)有植被格局發(fā)生正向演替[44]。由于河道沉積物降低、持續(xù)的河道侵蝕和三峽流量的調(diào)節(jié),反過(guò)來(lái)降低長(zhǎng)江的水位,進(jìn)一步影響周圍岸邊帶環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的完整性[45]。濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性很大程度上取決于其水源的穩(wěn)定性。靜水濕地或連續(xù)深水濕地的生產(chǎn)力很低,流動(dòng)條件可以提高濕地初級(jí)生產(chǎn)力,很大程度影響著養(yǎng)分循環(huán)和養(yǎng)分的有效性[46]。洞庭湖為吞吐型湖泊,湖面存在較大的坡降[47]。周期性水位波動(dòng)以高水位和低水位的反復(fù)交替出現(xiàn)為特征對(duì)整個(gè)濕地的植被組成及分布有決定性作用,高水位的淹沒(méi)使?jié)竦卦袃?yōu)勢(shì)物種大量死亡,當(dāng)水位消退后,多種物種得到了萌發(fā)、生長(zhǎng)的空間,對(duì)于木本植物而言,因?yàn)槠渖芷谳^長(zhǎng),在短暫的退水期間不易重新建群,容易為短生命史的草本植物取代,所以水位的周期波動(dòng)形成了大面積的草本濕地群落,維持了濕地豐富的物種多樣性[48]。

3.2 泥沙淤積對(duì)濕地生態(tài)演化的影響

所謂濕地演替是指同一地段上一種濕地類型被另一種不同濕地類型替換的過(guò)程[49]。泥沙淤積是導(dǎo)致植被演替的重要原因之一[50],泥沙淤積常造成土壤容重、含水量和金屬元素含量的增加,而使有機(jī)質(zhì)、通氣性及溫度降低等[51],深刻影響濕地植物生存的土壤環(huán)境而影響植物的萌發(fā)、出生和生長(zhǎng),并最終影響植被更替。同時(shí),泥沙淤積的速度和方式?jīng)Q定了通江湖泊濕地演替的趨勢(shì)和方向。當(dāng)洞庭湖泥沙淤積慢時(shí),模式是水生植物—苔草—蘆葦—木本植物；淤積較快的模式為水生植物—虉草—蘆葦—木本植物；淤積快的模式為水生植物—雞婆柳—蘆葦—木本植物。謝永宏等[36]研究表明,洞庭湖在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里,盡管入湖泥沙量在減少,但輸出的泥沙仍將小于入湖來(lái)沙,全湖仍處于淤積狀態(tài),但速度趨緩。來(lái)紅州等[52]研究發(fā)現(xiàn)洞庭湖盆地自身的構(gòu)造沉降在一定程度抵消了湖盆的泥沙淤積,但仍小于淤積速率。三峽工程建設(shè)后,淤積速度減緩,洞庭湖濕地植物群落將主要以慢速方式演替,即群落演替的主要模式為：水生植物—虉草或苔草—蘆葦—木本植物。

4 結(jié)論與展望

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于三峽工程對(duì)洞庭湖影響的研究很多,取得了一定的成果。主要集中在三峽工程對(duì)洞庭湖水文、水質(zhì)、泥沙淤積以及生態(tài)環(huán)境影響等方面(表1)。但是由于三峽工程運(yùn)行時(shí)間短、研究方法還不夠成熟等,不同學(xué)者得出了不同的結(jié)論,甚至相反的結(jié)論。因此,隨著三峽水庫(kù)的持續(xù)運(yùn)行,對(duì)下游河湖交互作用的研究需要進(jìn)一步深入下去。展望未來(lái),三峽工程運(yùn)行與洞庭湖的關(guān)系研究主要應(yīng)集中在以下幾個(gè)方面：

(1)受三峽工程截留泥沙的影響,流入洞庭湖的泥沙比建壩之前大大減少。但三峽水庫(kù)的運(yùn)行并不是長(zhǎng)江下游泥沙減少的唯一原因,其他因素還包括其它水庫(kù)的修建、上游水土保持工程等。由于長(zhǎng)江流域面積巨大、流域地貌過(guò)程復(fù)雜,以及對(duì)洞庭湖與長(zhǎng)江水沙交互關(guān)系上認(rèn)識(shí)還不夠成熟,泥沙淤積機(jī)理等研究理論還未形成科學(xué)理論。因此,長(zhǎng)江-洞庭湖泥沙交互關(guān)系還需進(jìn)一步深入研究。

(2)三峽工程的建設(shè)大大地改變了長(zhǎng)江與洞庭湖的江湖關(guān)系,使洞庭湖的水位變化趨勢(shì)更加復(fù)雜,但還有其他因素也會(huì)對(duì)洞庭湖水位造成影響,如湘、資、沅、澧四水入湖量,全球與區(qū)域氣候變化等。因此,如何耦合河流水沙變化、氣候變化和其他人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)因素等對(duì)江湖關(guān)系的影響是今后研究的一個(gè)重點(diǎn)與難點(diǎn)。

(3)三峽工程運(yùn)行后,洞庭湖濕地的土壤、水文、動(dòng)植物等生態(tài)過(guò)程發(fā)生了改變,但由于洞庭湖空間尺度的巨大,目前仍處于本底不清、過(guò)程不明。而且濕地演變是一個(gè)相對(duì)緩慢的過(guò)程,對(duì)外界條件變化的響應(yīng)也有一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程,雖然三峽工程蓄水運(yùn)行后洞庭湖濕地演化進(jìn)程改變明顯,但影響濕地演變因素復(fù)雜,譬如濕地圍墾、荊江裁彎等,某些結(jié)論與影響還存在不少爭(zhēng)議,確定其影響還需要開(kāi)展更長(zhǎng)時(shí)期的觀測(cè)與更為系統(tǒng)的研究。

(4)考慮到關(guān)于三峽工程對(duì)洞庭湖影響的理論研究與實(shí)際情況存在較大誤差以及世界河流筑壩的經(jīng)驗(yàn),加強(qiáng)三峽工程運(yùn)用后對(duì)下游河流、湖泊的及時(shí)監(jiān)測(cè)和研究非常必要,這樣方能盡可能為決策提供理論支撐,加強(qiáng)改進(jìn)措施,減少三峽工程對(duì)洞庭湖及其它下游湖泊帶來(lái)的不利影響。

表1 三峽工程對(duì)洞庭湖水文、水質(zhì)及濕地植被的時(shí)間段影響

[1] 曾光明, 賴旭, 梁婕, 黃璐, 李曉東, 龍勇, 武海鵬, 袁玉潔. 2001—2010年?yáng)|洞庭湖濕地NDVI指數(shù)的水位響應(yīng). 湖南大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2014, 41(1): 45- 52.

[2] 孟熊, 廖小紅, 黎昔春. 洞庭湖水位變化特性及影響研究. 人民長(zhǎng)江, 2014, 45(13): 17- 21.

[3] 徐治國(guó), 何巖, 閆百興, 任慧敏. 營(yíng)養(yǎng)物及水位變化對(duì)濕地植物的影響. 生態(tài)學(xué)雜志, 2006, 25(1): 87- 92.

[4] 李倩, 曾光明, 黃國(guó)和, 張碩輔, 焦勝, 曾濤, 王玲玲, 熊櫻, 何靜. 三峽工程對(duì)洞庭湖水力梯度及其濕地植物生長(zhǎng)的影響. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào), 2005, 5(1): 12- 15.

[5] 陳桂亞. 三峽水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度技術(shù)研究與實(shí)踐[D]. 武漢: 武漢大學(xué), 2012.

[6] 洪林, 董磊華, 李文哲. 三峽工程建庫(kù)后對(duì)洞庭湖水位、泥沙和水質(zhì)的影響分析. 中國(guó)水利, 2007, (6): 13- 14.

[7] Yang S L, Zhao Q Y, Belkin I M. Temporal variation in the sediment load of the Yangtze River and the influences of human activities. Journal of Hydrology, 2002, 263(1/4): 56- 71.

[8] Xu K H, Milliman J D. Seasonal variations of sediment discharge from the Yangtze River before and after impoundment of the Three Gorges Dam. Geomorphology, 2009, 104(3/4): 276- 283.

[9] Yang S L, Zhang J, Xu X J. Influence of the Three Gorges Dam on downstream delivery of sediment and its environmental implications, Yangtze River. Geophysical Research Letters, 2007, 34(10): L10401.

[10] 張細(xì)兵, 盧金友, 王敏, 黃悅, 許全喜. 三峽工程運(yùn)用后洞庭湖水沙情勢(shì)變化及其影響初步分析. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境, 2010, 19(6): 640- 643.

[11] 秦文凱, 府仁壽, 王崇浩, 韓其為. 三峽建壩前后洞庭湖的淤積. 清華大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 1998, 38(1): 84- 87.

[12] 郭小虎, 李義天, 劉亞. 近期荊江三口分流分沙比變化特性分析. 泥沙研究, 2014, (1): 53- 60.

[13] 李景保, 常疆, 呂殿青, 朱翔, 盧承志, 周躍云, 鄧楚雄. 三峽水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行初期荊江與洞庭湖區(qū)的水文效應(yīng). 地理學(xué)報(bào), 2009, 64(11): 1342- 1352.

[14] Guo H, Hu Q, Zhang Q, Feng S. Effects of the Three Gorges Dam on Yangtze River flow and river interaction with Poyang Lake, China: 2003- 2008. Journal of Hydrology, 2012, 416- 417: 19- 27.

[15] 賴錫軍, 姜加虎, 黃群. 三峽工程蓄水對(duì)洞庭湖水情的影響格局及其作用機(jī)制. 湖泊科學(xué), 2012, 24(2): 178- 184.

[16] 黃群, 孫占東, 姜加虎. 三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)洞庭湖水位影響分析. 湖泊科學(xué), 2011, 23(3): 424- 428.

[17] 史璇, 肖偉華, 王勇, 王旭. 近50年洞庭湖水位總體變化特征及成因分析. 南水北調(diào)與水利科技, 2012, 10(5): 18- 22.

[18] 李景保, 周永強(qiáng), 歐朝敏, 程偉艷, 楊燕, 趙中花. 洞庭湖與長(zhǎng)江水體交換能力演變及對(duì)三峽水庫(kù)運(yùn)行的響應(yīng). 地理學(xué)報(bào), 2013, 68(1): 108- 117.

[19] Zhang Q, Li L, Wang Y G, Werner A D, Xin P, Jiang T, Barry D A. Has the Three-Gorges Dam made the Poyang Lake wetlands wetter and drier?. Geophysical Research Letters, 2012, 39(20): L20402.

[20] Hu Q, Feng S, Guo H, Chen G Y, Jiang T. Interactions of the Yangtze river flow and hydrologic processes of the Poyang Lake, China. Journal of Hydrology, 2007, 347(1/2): 90- 100.

[21] 周慧, 毛德華, 劉培亮. 三峽運(yùn)行對(duì)東洞庭湖水位影響分析. 海洋湖沼通報(bào), 2014, (4): 180- 186.

[22] Dai Z J, Du J Z, Li J F, Li W H, Chen J Y. Runoff characteristics of the Changjiang River during 2006: Effect of extreme drought and the impounding of the Three Gorges Dam. Geophysical Research Letters, 2008, 35(7): L07406.

[23] 郭小虎, 姚仕明, 晏黎明. 荊江三口分流分沙及洞庭湖出口水沙輸移的變化規(guī)律. 長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào), 2011, 28(8): 80- 86.

[24] 申銳莉, 鮑征宇, 周旻, 喬勝英, 謝淑云. 洞庭湖湖區(qū)水質(zhì)時(shí)空演化(1983- 2004年). 湖泊科學(xué), 2007, 19(6): 677- 682.

[25] 鐘振宇, 陳燦. 洞庭湖水質(zhì)及富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià). 環(huán)境科學(xué)與管理, 2011, 36(7): 169- 173.

[26] 李忠武, 趙新娜, 謝更新, 袁敏, 姜燕松. 三峽工程蓄水對(duì)洞庭湖水環(huán)境質(zhì)量特征的影響. 地理研究, 2013, 32(11): 2021- 2030.

[27] 王旭, 肖偉華, 朱維耀, 史璇. 洞庭湖水位變化對(duì)水質(zhì)影響分析. 南水北調(diào)與水利科技, 2012, 10(5): 59- 62.

[28] 鄺凡榮. 淺析長(zhǎng)江三峽工程對(duì)洞庭湖區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2001, (1): 11- 12.

[29] 申銳莉, 張建新, 鮑征宇, 周旻, 喬勝英, 謝淑云. 洞庭湖水質(zhì)評(píng)價(jià)(2002- 2004年). 湖泊科學(xué), 2006, 18(3): 243- 249.

[30] 盧宏瑋, 曾光明, 張碩輔. 三峽工程的運(yùn)行對(duì)洞庭湖水環(huán)境容量的影響. 環(huán)境工程, 2004, 22(1): 61- 63.

[31] 王旭, 孫長(zhǎng)虹, 楊龍, 王永剛, 張楠, 肖偉華. 江湖關(guān)系演變對(duì)洞庭湖水質(zhì)變化影響研究. 環(huán)境保護(hù)科學(xué), 2014, 40(6): 7- 13.

[32] 田澤斌, 王麗婧, 李小寶, 鄭丙輝, 李利強(qiáng), 金菊香. 洞庭湖出入湖污染物通量特征. 環(huán)境科學(xué)研究, 2014, 27(9): 1008- 1015.

[33] 陳紹金. 淺析三峽工程建成后對(duì)洞庭湖水環(huán)境的影響. 水資源保護(hù), 2004, (5): 33- 37.

[34] 彭佩欽. 洞庭湖濕地形成演替與濕地生態(tài)研究建議. 科學(xué)新聞, 2007, (17): 7- 8.

[35] 莊大昌. 洞庭湖區(qū)濕地生物資源特征及生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià). 熱帶地理, 2000, 20(4): 261- 264.

[36] 謝永宏, 陳心勝. 三峽工程對(duì)洞庭湖濕地植被演替的影響. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2008, 29(6): 684- 687.

[37] 童潛明. 洞庭湖近現(xiàn)代的演化與濕地生態(tài)系統(tǒng)演替. 國(guó)土資源導(dǎo)刊, 2004, (1): 38- 44.

[38] Poff N L, Allan J D, Bain M B, Karr J R, Prestegaard K L, Richter B D, Sparks R E, Stromberg J C. The natural flow regime. BioScience, 1997, 47(11): 769- 784.

[39] 姚鑫, 楊桂山, 萬(wàn)榮榮, 王曉龍. 水位變化對(duì)河流、湖泊濕地植被的影響. 湖泊科學(xué), 2014, 26(6): 813- 821.

[40] 劉永, 郭懷成, 周豐, 王真, 黃凱. 湖泊水位變動(dòng)對(duì)水生植被的影響機(jī)理及其調(diào)控方法. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26(9): 3117- 3126.

[41] Keddy P, Fraser L H. Four general principles for the management and conservation of wetlands in large lakes: The role of water levels, nutrients, competitive hierarchies and centrifugal organization. Lakes and Reservoirs: Research and Management, 2000, 5(3): 177- 185.

[42] García de Emiliani M O. Effects of water level fluctuations on phytoplankton in a river-floodplain lake system (Paraná River, Argentina). Hydrobiologia, 1997, 357(1/3): 1- 15.

[43] Sun Z D, Huang Q, Opp C, Hennig T, Marold U. Impacts and implications of major changes caused by the Three Gorges Dam in the middle reaches of the Yangtze River, China. Water Resource Management, 2012, 26(12): 3367- 3378.

[44] 龍勇. 東洞庭湖濕地植被及其生物量研究與三峽工程影響分析[D]. 長(zhǎng)沙: 湖南大學(xué), 2013.

[45] Wang J D, Sheng Y W, Gleason C J, Wada Y. Downstream Yangtze River levels impacted by Three Gorges Dam. Environmental Research Letters, 2013, 8(4): 044012.

[46] 趙建剛, 楊瓊, 陳章和, 黃正光. 幾種濕地植物根系生物量研究. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2003, 23(3): 290- 294.

[47] 竇鴻身, 姜加虎. 洞庭湖. 合肥: 中國(guó)科技大學(xué)出版社, 2000: 102- 103.

[48] Keddy P A, Reznicek A A. Great lakes vegetation dynamics: The role of fluctuating water levels and buried seeds. Journal of Great Lakes Research, 1986, 12(1): 25- 36.

[49] 黃進(jìn)良. 洞庭湖濕地的面積變化與演替. 地理研究, 1999, 18(3): 297- 304.

[50] Maun M A, Perumal J. Zonation of vegetation on lacustrine coastal dunes: Effects of burial by sand. Ecology Letters, 1999, 2(1): 14- 18.

[51] 潘瑛, 謝永宏, 陳心勝, 李峰. 濕地植物對(duì)泥沙淤積的適應(yīng). 生態(tài)學(xué)雜志, 2011, 30(1): 155- 161.

[52] 來(lái)紅州, 莫多聞. 構(gòu)造沉降和泥沙淤積對(duì)洞庭湖區(qū)防洪的影響. 地理學(xué)報(bào), 2004, 59(4): 574- 580.

[53] 梁婕, 蔡青, 郭生練, 謝更新, 李曉東, 黃璐, 曾光明, 龍勇, 武海鵬. 基于MODIS的洞庭湖濕地面積對(duì)水文的響應(yīng). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 32(21): 6628- 6635.

Effects of three gorges dam project on dongting lake wetlands

HUANG Wei1,2, WANG Weidong1,*

1KeyLaboratoryofDrinkingWaterScienceandTechnology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

The Three Gorges Dam Project (TGP) on the Yangtze River is the world′s largest hydropower complex project. Dongting Lake is the first large lake downstream of the TGP, and substantial changes have been noted in the hydrological regimes, water quality, and wetland environments since the TGP began operation. This review summarizes the influence of the TGP on Dongting Lake based on the reservoir dispatch scheme, interaction between the river and lake, and vegetation distribution patterns of lake wetlands. The TGP reduced the sediment discharge from the Yangtze River to Dongting Lake and slowed the sediment deposition rate. This was beneficial for the lake in the short term because it increased water regulation space and extended the life of Dongting Lake. The TGP reduced water inflow from upstream and changed the variation pattern in water level. The TGP exerted direct and indirect effects on water quality of Dongting Lake. There are still controversies regarding water quality impacts of the TGP operation on Dongting Lake, and the TGP has exacerbated pollution in some regions. Reduced water level variation and sedimentation have jointly changed the process of vegetation succession in Dongting Lake. The succession rate becomes slow, and the vegetation succession sequence is aquatic plants,PhalarisarundinaceaorCarexsp.,Phragmitesaustralis, and ligneous plants. Trends and directions of future research on these subjects are discussed. This study will provide a reference for further studies on the relationships between Dongting Lake and the TGP.

Yangtze River; Three Gorges Dam Project; Dongting Lake; relationship of river and lake; sedimentation; water level fluctuation; water quality; vegetation succession

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)項(xiàng)目(2009CB421103)；國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)課題(2014ZX07405-003)

2015- 03- 30;

日期:2016- 01- 22

10.5846/stxb201503300611

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wdwangh@yahoo.com

黃維, 王為東.三峽工程運(yùn)行后對(duì)洞庭湖濕地的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(20):6345- 6352.

Huang W, Wang W D.Effects of three gorges dam project on dongting lake wetlands.Acta Ecologica Sinica,2016,36(20):6345- 6352.