楊沛鈞，廖智凌

(河海大學(xué)大禹學(xué)院，南京 210098)

0 引 言

長(zhǎng)江流域的環(huán)境問(wèn)題正日益引起人們的重視，2016年1月5日，習(xí)近平主席在重慶召開(kāi)推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展座談會(huì)上強(qiáng)調(diào)：“長(zhǎng)江擁有獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，是我國(guó)重要的生態(tài)寶庫(kù)，當(dāng)前和今后相當(dāng)長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期，要把修復(fù)長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境擺在壓倒性位置，共抓大保護(hù)，不搞大開(kāi)發(fā)?！币虼耍Ｗo(hù)長(zhǎng)江流域生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)的主旋律，而鄱陽(yáng)湖濕地作為長(zhǎng)江流域上的一顆明珠，是許多珍稀動(dòng)植物的棲息地，其生態(tài)意義不言而喻，所以，研究和解決鄱陽(yáng)湖問(wèn)題對(duì)于解決長(zhǎng)江流域環(huán)境保護(hù)問(wèn)題具有重要意義。

1 鄱陽(yáng)湖簡(jiǎn)介

鄱陽(yáng)湖地處江西省的北部，長(zhǎng)江中下游南岸。鄱陽(yáng)湖以松門山為界，分為南北兩部分，北面為入江水道，長(zhǎng)40 km，寬3～5 km，最窄處約2.8 km；南面為主湖體，長(zhǎng)133 km，最寬處達(dá)74 km，面積3 150 km2。鄱陽(yáng)湖承五河通長(zhǎng)江，是江西省全省的“集水盆”，五河入江的“中轉(zhuǎn)站”，是一個(gè)吞吐型、季節(jié)性的淺水湖泊。年內(nèi)季節(jié)性和年際間差異性的水位落差大，年內(nèi)變幅在9.59～15.36 m，年際間最大變幅達(dá)16.69 m[1]。受修河水系和贛江水系等水源不足的影響，每年從秋冬季節(jié)到第二年仲春為鄱陽(yáng)湖枯水期。鄱陽(yáng)湖是北方候鳥(niǎo)遷徙越冬的最佳之地，主要保護(hù)對(duì)象為珍稀候鳥(niǎo)及濕地生態(tài)系統(tǒng)[2]。鄱陽(yáng)湖在調(diào)節(jié)長(zhǎng)江水位、涵養(yǎng)水源、改善當(dāng)?shù)貧夂蚝途S護(hù)周圍地區(qū)生態(tài)平衡等方面都起著巨大的作用。

然而，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，特別是2003年以后，鄱陽(yáng)湖枯水位和特枯水位時(shí)間提前，持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)。從鄱陽(yáng)湖水位年際變化圖(圖1)亦能看出，近年來(lái)的鄱陽(yáng)湖年最低水位要大幅低于歷史平均水平。同時(shí)，長(zhǎng)江九江段、星子站枯水水位也較歷史同期偏低[3]。

圖1 鄱陽(yáng)湖水位年際變化圖

枯水事件頻發(fā)將對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)的生態(tài)以及人類發(fā)展產(chǎn)生巨大的消極影響，因此及時(shí)研究湖區(qū)水位演變規(guī)律，以及鄱陽(yáng)湖流域水文過(guò)程對(duì)水資源時(shí)空分布的影響機(jī)制將對(duì)鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)保護(hù)與建設(shè)以及周邊生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的健康發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。

2 枯水問(wèn)題與江湖關(guān)系間的聯(lián)系

鄱陽(yáng)湖水域的形成是地理?xiàng)l件，亦是流域降水和江湖關(guān)系共同作用的結(jié)果。流域豐沛的降水及徑流保證了鄱陽(yáng)湖的積水和沖淤條件。長(zhǎng)江水位變化引起的頂托作用，影響湖區(qū)泄水量、速率與水位變化，從而導(dǎo)致湖泊容積變化。湖泊流域內(nèi)各江河地匯水量變化與泄洪能力變化共同導(dǎo)致湖區(qū)洪水位變化和湖盆水面年內(nèi)季節(jié)性及周期性變化[4]。

隨著長(zhǎng)江上游降水量的變化和長(zhǎng)江上的一批水利工程的建設(shè)運(yùn)行，使得長(zhǎng)江干流來(lái)水在同流量下水位下降，長(zhǎng)江水位對(duì)鄱陽(yáng)湖的頂托作用減弱。鄱陽(yáng)湖原來(lái)的水量下泄吞吐平衡被打破，下泄能力增加，導(dǎo)致江湖關(guān)系發(fā)生了顯著的趨勢(shì)性變化[5]。這揭示了鄱陽(yáng)湖的枯水問(wèn)題和江湖關(guān)系之間有著密不可分的聯(lián)系。

3 鄱陽(yáng)湖流域江湖關(guān)系簡(jiǎn)介

江湖關(guān)系主要是指長(zhǎng)江與鄱陽(yáng)湖的關(guān)系。江湖關(guān)系為連通的江湖水系之間的相互作用，包括河湖水系之間的水量交換、河床湖盆的自然演變及其產(chǎn)生的物質(zhì)能量交換。江湖關(guān)系是一個(gè)有一定規(guī)律的自然現(xiàn)象，自現(xiàn)代鄱陽(yáng)湖形成至今就一直存在[6]。

鄱陽(yáng)湖流域的江湖關(guān)系主要牽涉到3個(gè)主體：長(zhǎng)江、鄱陽(yáng)湖和五河(贛、撫、信、饒、修)。目前對(duì)鄱陽(yáng)湖流域江湖關(guān)系的認(rèn)識(shí)也主要集中在這三個(gè)主體間的水量交換機(jī)制上，大致可分為以下3點(diǎn)。

3.1 長(zhǎng)江對(duì)鄱陽(yáng)湖的頂托作用

每年的7月中下旬，長(zhǎng)江徑流達(dá)到最大，長(zhǎng)江水位上漲較快，對(duì)鄱陽(yáng)湖出流的頂托作用也在不斷加強(qiáng)；而流域五河洪水開(kāi)始消退，不能大量補(bǔ)給湖泊加大湖水下泄壓力，江水倒灌現(xiàn)象開(kāi)始頻繁發(fā)生，同時(shí)湖泊水位上漲到最大。從8月初開(kāi)始，長(zhǎng)江洪水快速消退，湖泊水位也隨之下降，但是由于鄱陽(yáng)湖前期蓄存了大量水體，水位高，湖水下泄壓力大，使得這段時(shí)間內(nèi)江水倒灌頻率有所降低。從8月底至9月中下旬，長(zhǎng)江洪水的消退速度緩慢，但流量總體仍然較大，而五河流域入湖流量很低，頂托作用對(duì)湖泊水位的壅阻十分明顯。尤其在9月中旬，江水倒灌最頻繁，湖泊排水能力小。10月中下旬，鄱陽(yáng)湖流域來(lái)水進(jìn)入枯水期，湖泊水位快速下降，同時(shí)長(zhǎng)江洪水也快速消退，江水倒灌的頻率也隨著長(zhǎng)江頂托作用的減小而降低。由此可見(jiàn)，長(zhǎng)江對(duì)鄱陽(yáng)湖季節(jié)性的頂托作用對(duì)鄱陽(yáng)湖水位有著重要影響[7]。

3.2 鄱陽(yáng)湖對(duì)五河的頂托作用

鄱陽(yáng)湖不僅受到長(zhǎng)江的頂托作用，同時(shí)還對(duì)上游來(lái)水的五河產(chǎn)生頂托作用。據(jù)水利部長(zhǎng)江委對(duì)鄱陽(yáng)湖五河尾閭及湖區(qū)樵舍、昌邑等水文站水位資料統(tǒng)計(jì)分析，鄱陽(yáng)湖水位對(duì)五河尾閭頂托影響范圍取決于湖盆水位及湖洪與河洪遭遇情況: 當(dāng)湖區(qū)洪水大而五河為一般洪水時(shí)，影響范圍為贛江至豐城、撫河至溫家圳、信江至梅港、樂(lè)安河至石鎮(zhèn)、昌江至古縣渡、修河至柘林壩下；當(dāng)五河洪水大而鄱陽(yáng)湖洪水一般時(shí)，其影響范圍變?yōu)橼M江下移約66 km至鐵橋下、撫河下移約12 km至架橋、信江下移約21 km至大溪渡、樂(lè)安河至石鎮(zhèn)下游200 m、昌江至古縣渡下游150 m、修河下移約40 km至永修縣城附近。

3.3 鄱陽(yáng)湖對(duì)五河入江的調(diào)蓄作用

鄱陽(yáng)湖是五河入江的唯一途徑，也因其廣闊的水域面積，在洪季時(shí)起到調(diào)蓄五河洪峰的重要作用。據(jù)1954—2006年資料統(tǒng)計(jì)，在大通站總?cè)肓髦?，鄱?yáng)湖與長(zhǎng)江干流武漢—大通河槽多年平均削減洪量為21 100 m3/s，平均削減百分比為27.3%；對(duì)大通站年最大60 d洪量對(duì)應(yīng)的一次洪峰調(diào)蓄中，鄱陽(yáng)湖與長(zhǎng)江河槽總的調(diào)蓄量為20.6～415.8 億m3，平均189.9 億m3，其中鄱陽(yáng)湖調(diào)蓄量平均為59.6 億m3，占總調(diào)蓄量的31.4%?？梢?jiàn)鄱陽(yáng)湖對(duì)“五河”洪水的調(diào)蓄作用顯著，對(duì)長(zhǎng)江武漢至八里江江段洪水的調(diào)蓄作用也較大[4]。三者關(guān)系的示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 鄱陽(yáng)湖流域江湖關(guān)系圖

4 鄱陽(yáng)湖江湖關(guān)系研究熱點(diǎn)現(xiàn)狀

4.1 長(zhǎng)江和鄱陽(yáng)湖的水量交換機(jī)制和模擬

研究鄱陽(yáng)湖流域的江湖關(guān)系，首要任務(wù)就是要搞清楚鄱陽(yáng)湖和上游五河及長(zhǎng)江之間是如何進(jìn)行水量交換的。由于2003年開(kāi)始不斷出現(xiàn)的嚴(yán)重枯水事件，近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者投入到三者之間的水量交換機(jī)制的研究之中，開(kāi)始逐步弄清鄱陽(yáng)湖水量是如何受到長(zhǎng)江、五河影響的。有研究已指出，鄱陽(yáng)湖流域的氣象因素以及五河來(lái)水是鄱陽(yáng)湖水位水量以及鄱陽(yáng)湖和長(zhǎng)江之間相互作用的主導(dǎo)因素[8]，在此基礎(chǔ)上，又有許多學(xué)者仔細(xì)研究了鄱陽(yáng)湖和長(zhǎng)江之間的水量交換，得出了其時(shí)間季節(jié)變化特征，提出了河湖水量交換系數(shù)(某一時(shí)段內(nèi)由支流匯入湖泊的徑流量與湖泊泄入干流的徑流量的比值)：

該系數(shù)可以很好地用以判別鄱陽(yáng)湖和長(zhǎng)江之間的關(guān)系，并進(jìn)一步得到長(zhǎng)江干流與鄱陽(yáng)湖水交換系數(shù)的量化公式：

(2)

通過(guò)1953-2011年的數(shù)據(jù)計(jì)算得到I值與“五河”徑流量進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)可知：近60多年來(lái)河湖水交換系數(shù)的年際變化沒(méi)有明顯趨勢(shì)性，表明河湖關(guān)系目前沒(méi)有明顯變化，河湖系統(tǒng)演化比較健康[9]。該研究直接去尋找入湖徑流量與出湖徑流量之間的關(guān)系，與“五河”相聯(lián)系，得出了長(zhǎng)江—鄱陽(yáng)湖之間水量交換僅通過(guò)湖口區(qū)域來(lái)完成的結(jié)論，將問(wèn)題簡(jiǎn)化，并且找出“五河”、鄱陽(yáng)湖、長(zhǎng)江整個(gè)水系水量變化規(guī)律與趨勢(shì)，表明長(zhǎng)江干流徑流量的大小是河湖水量交換過(guò)程中的主控因素，為今后研究鄱陽(yáng)湖問(wèn)題提供了較為明確的研究方向，可以說(shuō)在這一方面目前已經(jīng)取得了很多成果，研究得也較為透徹[10,11]。

4.2 長(zhǎng)江和鄱陽(yáng)湖的泥沙運(yùn)動(dòng)情況

三峽水庫(kù)運(yùn)行后，下游水文泥沙情勢(shì)顯著調(diào)整，尤其是沙量的大幅減少使得長(zhǎng)江中游兩大通江湖泊(洞庭湖和鄱陽(yáng)湖)泥沙沖淤總量及分布特征相應(yīng)出現(xiàn)一定變化，由此造成江湖泥沙沖淤格局的調(diào)整，使得江湖關(guān)系發(fā)生變化。三峽水庫(kù)蓄水前，鄱陽(yáng)湖湖區(qū)年均淤積泥沙469 萬(wàn)t，三峽水庫(kù)蓄水后，鄱陽(yáng)湖進(jìn)入沖刷狀態(tài)，且沖刷主要集中在北部入江水道以及贛江、修水河口區(qū)域[12]。采砂活動(dòng)對(duì)湖區(qū)泥沙沖淤的影響顯著，入江水道含沙量異常偏大主要與采砂有關(guān)[13]。三峽水庫(kù)蓄水對(duì)泥沙沖淤的影響均主要體現(xiàn)在入湖沙量方面。另一方面，長(zhǎng)江干流輸入鄱陽(yáng)湖的泥沙主要通過(guò)倒灌的形式，三峽水庫(kù)蓄水后，鄱陽(yáng)湖倒灌水量變化不大，沙量大幅減少[14]，但其總量占入湖沙量的比例較小[13]，對(duì)湖區(qū)泥沙影響較大的仍然是入江口處大規(guī)模的挖砂活動(dòng)導(dǎo)致的入江沙量增大。

4.3 江湖關(guān)系變化產(chǎn)生的影響

鄱陽(yáng)湖江湖關(guān)系的變化必將在鄱陽(yáng)湖地區(qū)導(dǎo)致一系列后果，目前的研究主要集中在兩點(diǎn)：水文節(jié)律以及水環(huán)境的變化。

2003-2011年與1980-2002年相比，鄱陽(yáng)湖水文節(jié)律發(fā)生顯著改變，漲、退水階段水位均偏低，進(jìn)而導(dǎo)致枯水階段延長(zhǎng)，同時(shí)促成豐水階段的縮短。各水文期的變化綜合表現(xiàn)為鄱陽(yáng)湖水文節(jié)律洪旱急轉(zhuǎn)的情勢(shì)。文獻(xiàn)[15]從大范圍時(shí)間尺度指出，2003-2011年退水階段初期，湖水持續(xù)大量入江，湖泊水資源量銳減；而漲水階段，湖水亦順利匯入長(zhǎng)江而漲水緩慢；豐水階段江湖水量交換則因頂托作用而長(zhǎng)時(shí)間壅水甚至倒灌，湖水下泄入江受阻，初步表明江湖水量交換對(duì)鄱陽(yáng)湖水文節(jié)律的改變具有重要作用。而文獻(xiàn)[10]則更進(jìn)一步給出了利用 EFDC的水動(dòng)力模塊、染色劑模塊和水齡模塊，模擬鄱陽(yáng)湖的水動(dòng)力學(xué)過(guò)程的方法，并通過(guò)對(duì)倒灌期的模擬結(jié)果進(jìn)行分析證明了這是從細(xì)節(jié)上描述江湖關(guān)系變化后果的有效方法。

在水環(huán)境方面，與1956-2002年的水位序列相比，受入湖河流上游水庫(kù)的影響，4-6月入湖量略有減小，湖區(qū)水位抬升較慢，但湖內(nèi)的水體流動(dòng)較快，換水周期快，通過(guò)湖泊自凈作用的時(shí)間周期也變短。近10年情景下五河汛期及秋季退水期水質(zhì)變差趨勢(shì)明顯。TN濃度在這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)分別上升10.6%和12.4%，TP濃度在兩期間內(nèi)分別升高11.7%和13.6%。江湖關(guān)系變化引起的水位變化增大了鄱陽(yáng)湖沉積物NH+4-N釋放風(fēng)險(xiǎn)，表現(xiàn)為沉積物TN蓄積量升高，潛在氮釋放量較大。沉積物NH+4-N吸附/解吸平衡濃度(EC0)升高，NH4-N將更容易通過(guò)沉積物—水界面釋放；單位沉積物NH+4-N最大釋放量及初始NH+4-N釋放速率升高。鄱陽(yáng)湖與長(zhǎng)江江湖關(guān)系的變化將引起沉積物蓄積更多的氮，沉積物氨氮更易被釋放進(jìn)入上覆水，增大NH+4-N釋放風(fēng)險(xiǎn)，加速水質(zhì)惡化[16,17]。

5 研究展望

鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜、開(kāi)放的交互系統(tǒng)。隨著鄱陽(yáng)湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及長(zhǎng)江中上游進(jìn)一步的水利水電開(kāi)發(fā)，鄱陽(yáng)湖正在經(jīng)歷著新的變化。而從目前的情況來(lái)看，鄱陽(yáng)湖正呈現(xiàn)出水量逐漸減少、污染物擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)加劇的危險(xiǎn)趨勢(shì)；鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)系統(tǒng)退化有加劇的趨勢(shì)；人口持續(xù)增長(zhǎng)、不合理的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、濕地保護(hù)相關(guān)政策的缺失等都加劇了濕地生態(tài)系統(tǒng)的退化。

而從上述總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，目前關(guān)于鄱陽(yáng)湖江湖關(guān)系的研究熱點(diǎn)已經(jīng)聚焦在鄱陽(yáng)湖和周邊江河水量交換機(jī)制以及由此帶來(lái)的鄱陽(yáng)湖水文和生態(tài)后果上，并且在這方面已經(jīng)取得較為豐碩的成果。然而要想真正揭示鄱陽(yáng)湖江湖關(guān)系變化的前因后果，仍有許多問(wèn)題需要繼續(xù)深入研究，比如在量化江湖關(guān)系變化之后進(jìn)一步考慮氣候變化因素與大型水利工程運(yùn)行以及其他因素各自對(duì)江湖關(guān)系變化的貢獻(xiàn)大小，從而找出主次要矛盾以便有針對(duì)性的展開(kāi)調(diào)整；針對(duì)鄱陽(yáng)湖水位進(jìn)一步降低可能導(dǎo)致的大規(guī)模氨氮釋放問(wèn)題應(yīng)盡快研究弄清潛在的氨氮釋放量以及可能影響的水體面積，建立相應(yīng)的預(yù)警方案；針對(duì)鄱陽(yáng)湖湖區(qū)存在的大規(guī)模挖砂問(wèn)題，當(dāng)?shù)卣畱?yīng)當(dāng)進(jìn)一步采取措施規(guī)范采砂船的活動(dòng)，這就需要知道什么樣的采砂強(qiáng)度不會(huì)對(duì)湖床斷面產(chǎn)生根本性的影響，這些問(wèn)題都亟待研究。

□

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