歐陽千林,王 婧，司武衛(wèi),包純紅,李 紅

(1.江西省鄱陽湖水文局,江西 廬山 332800; 2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江西 南昌 330045)

鄱陽湖是中國最大的淡水湖泊，上承贛、撫、信、饒、修五大河及博陽河、漳田河、西河、博陽河等來水，經(jīng)湖盆調(diào)蓄后經(jīng)湖口注入長江，是過水性、吞吐性、季節(jié)性的湖泊[1]，具有“洪水一片、枯水一線”獨(dú)特的水文特征。湖盆自東向西、由南向北傾斜，湖底平坦，湖水不深，最深處約在蛤蟆石附近，高程為-7.5 m(黃海高程，下同)，灘地高程多在12～17 m之間。由于河床的往返擺動、分汊，形成了扇形沖溢平原，河網(wǎng)、湖沼星羅棋布。

在不考慮人為因素和地質(zhì)構(gòu)造影響下，湖泊沖淤特征主要受入出湖泥沙、湖流分布和水流挾沙能力影響。馬逸麟等[2]認(rèn)為鄱陽湖處于非均衡發(fā)展階段，湖盆總體在淤淺，湖面逐漸向東北湖灣濱湖地帶漫延擴(kuò)大；朱玲玲等[3]認(rèn)為三峽水庫蓄水后，鄱陽湖進(jìn)入沖刷狀態(tài)，且沖刷主要集中在入江水道、贛江、修水河口區(qū)域；程時長等[4]認(rèn)為現(xiàn)代鄱陽湖的泥沙淤積并不是均勻發(fā)展的，與入湖河流的輸沙量以及湖區(qū)各地段的微地形地貌特征等因素密切相關(guān)，鄱陽湖水下河道一般表現(xiàn)為沖刷；廖智等[5]認(rèn)為鄱陽湖入江水道下切明顯，河床高程呈下降趨勢。從目前研究成果來看，鄱陽湖整體范圍內(nèi)沖淤變化研究較為透徹，但很少有專家學(xué)者針對鄱陽湖斷面穩(wěn)定性做深入研究。

鄱陽湖入江水道控制著鄱陽湖出湖水量的變化，其沖淤規(guī)律影響著斷面的穩(wěn)定性和水位流量關(guān)系的穩(wěn)定，進(jìn)而影響水量平衡[6]、湖泊洪水預(yù)報等各個方面，故摸清入江水道區(qū)沖淤變化和斷面穩(wěn)定性具有重要意義。本文基于遙感數(shù)據(jù)和典型斷面測量數(shù)據(jù)，從不同尺度范圍對入江水道沖淤特征及典型斷面形態(tài)變化進(jìn)行分析，探求其變化規(guī)律。

1 研究區(qū)范圍與數(shù)據(jù)來源

鄱陽湖斷面主要由河道、沙洲、泥灘、草洲等組成，低水時水流落槽，形如河道，高水時水流漫灘，茫茫一片，本文以2003年7月30日遙感影像中水體范圍作為研究邊界，同時考慮從湖口至老爺廟平均每 5 km 繪制一斷面作為典型斷面，見圖1。

圖1 研究范圍及典型斷面分布

由于性質(zhì)和環(huán)境不同，物體對電磁波反射特性也不同，在可見光與近紅外波段，可根據(jù)水體和周圍環(huán)境對太陽光不同波長反射強(qiáng)度的差異，對被研究水體進(jìn)行多波段攝影，根據(jù)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行水體形態(tài)和分布的研究。目前遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于水面面積、水質(zhì)、水生態(tài)等方面[7-11]。本文遙感影像來源于地理空間云中Landsat衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際情況選取1996—2010年6幅鄱陽湖枯水期水位接近的影像數(shù)據(jù)(表1，第一幅用于研究范圍提取),遙感影像數(shù)據(jù)分辨率為30 m。

表1 1996—2010年鄱陽湖枯水期水位影像數(shù)據(jù)

2 主河道演變特征

2.1 水體特征的提取

a. 光譜特性。水體因?qū)μ柟饩哂袕?qiáng)吸收性，所以在大部分傳感器的波長范圍內(nèi)，總體呈現(xiàn)較弱的反射率，并具有隨著波長的增加，反射率進(jìn)一步減弱的趨勢。具體表現(xiàn)為在可見光的波長范圍內(nèi)，其反射率為4%～5%。由于水體在近紅外及隨后的中紅外波段范圍(740～2 500 nm)內(nèi)幾乎無反射率，因此，這一波長范圍常被用來研究水陸分界，圈定水體范圍。本文選取Landsat衛(wèi)星的波段3、波段4、波段5合成假彩色遙感圖進(jìn)行水體特征的提取。

b. 提取方法。由于遙感數(shù)據(jù)在獲取過程當(dāng)中存在畸變，因此先對遙感影像進(jìn)行輻射糾正、幾何配準(zhǔn)等預(yù)處理，再進(jìn)行波段5、4、3的假彩色合成。在假彩色遙感影像中，水體呈藍(lán)色，邊灘和枯水期露出水面的心灘均呈棕紅色，潛伏水下的灘地呈灰藍(lán)色，沙灘呈白色，草洲呈綠色,見圖2。

(a)遙感影像合成 (b)要素提取

2.2 主河道演變分析

利用Arcgis軟件影像分類中ISO聚類非監(jiān)督分類模塊進(jìn)行處理，采用柵格處理工具中柵格轉(zhuǎn)面命令將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為矢量數(shù)據(jù)，然后刪除由于誤差而產(chǎn)生的細(xì)小水體。1996年與2004年的影像水位相差0.82 m，可作為一組進(jìn)行分析；2004年與2010年的影像水位相差0.66 m，可作為一組進(jìn)行分析，繪制對比圖，見圖3。

圖3入江水道區(qū)主河道對比

由圖3(a)可知，主河道總體表現(xiàn)穩(wěn)定，2號斷面、3號斷面岸線向主槽縮進(jìn)，4號、5號、7號、8號斷面東部地區(qū)、9號斷面岸線向四周擴(kuò)散，1號、6號斷面處岸線未發(fā)現(xiàn)顯著變化趨勢。由圖3(b)可知，1號、2號、8號斷面處岸線未發(fā)現(xiàn)顯著變化趨勢，其余斷面岸線均表現(xiàn)向四周擴(kuò)散，又以5號至7號之間、9號斷面附近變化最為劇烈。

(a)1996年

(b)2000年

(c)2004年

(d)2007年

(e)2010年圖4 典型斷面遙感影像對比

為具體探討斷面岸線變化原因，將1996年、2000年、2004年、2007年和2010年遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析(圖4)。從圖4可知，從時間來看，岸線變化基本以2000年為轉(zhuǎn)折點(diǎn)， 2000年前入江水道區(qū)斷面岸線未發(fā)生變化，2000年以后岸線發(fā)生劇烈變化，且變化主要集中在2004—2007年間，2007年之后岸線變化有所減緩；從空間來看，岸線變化主要集中在5號至6號斷面之間東部地區(qū)以及9號斷面附近，斷面發(fā)生劇烈變化，沙洲變成港灣，岸線呈鋸齒狀，而在6號至7號斷面水面寬度加寬，岸線由原來的平滑變成鋸齒狀，8號斷面附近未發(fā)生明顯的變化。

究其原因，主要受河道采砂的影響。2000年起，受房地產(chǎn)驅(qū)動和長江干流禁止采砂的影響，鄱陽湖采砂船日益增多。2001—2007年，鄱陽湖采砂船主要集中在松門山以北的入江水道區(qū)；2007年以后，采砂逐步向湖體中部地區(qū)擴(kuò)展。這些采砂既有合理采砂，還有屢禁不止的偷采、盜采。據(jù)江豐等[12]分析，2001—2010年采砂量相當(dāng)于1955—2010年鄱陽湖自然沉積量的6.5倍。

總體而言，從1996—2010年，入江水道主槽未發(fā)生游蕩現(xiàn)象，總體表現(xiàn)穩(wěn)定。其中湖口入江口(1號至3號斷面)、星子(8號斷面)主槽岸線未發(fā)生顯著變化；受采砂影響，濂溪區(qū)至廬山市老虎壟之間(5號至7號斷面)之間、廬山市陶子發(fā)(9號斷面)附近變化劇烈，岸線呈鋸齒狀。

3 典型斷面沖淤變化分析

2007年后受采砂區(qū)規(guī)劃等各種因素的影響，采區(qū)南遷，鄱陽湖入江水道區(qū)受人類采砂活動的影響較小。本文根據(jù)2010年和2015年實(shí)測大斷面資料分析，發(fā)現(xiàn)斷面變化劇烈段基本發(fā)生在10 m以下，對各典型斷面最低點(diǎn)和8 m、9 m、10 m以下斷面平均高程和斷面最低點(diǎn)高程進(jìn)行計算來分析斷面穩(wěn)定性，結(jié)果見表2。

從斷面最低點(diǎn)高程對比來看，2015年入江水道區(qū)斷面最低點(diǎn)高程較2010年整體表現(xiàn)上升。其中，斷面最低高程抬升的主要表現(xiàn)在1號、4號、6號、9號斷面，斷面最低高程下切的主要表現(xiàn)在3號、5號、8號斷面；變化最為明顯的為3號斷面，下切2.84 m，年均下切0.47 m；其次為1號斷面，上升2.72 m，年均上升0.45 m。

從斷面平均高程看，入江水道區(qū)主槽總體表現(xiàn)為沖刷，沖刷速率為0.01 m/a，其沖刷主要集中在8～10 m高程之間，淤積主要集中在8 m以下高程。其中，1～3號斷面、5～8號斷面總體表征為沖刷，

表2 2010年與2015年典型斷面沖淤變化情況比較 m

注：表中沖淤值負(fù)值表示沖刷，正值表示淤積；*表示兩次監(jiān)測斷面未能完全重合，不參與本次分析。

又以1號斷面年沖刷率0.14 m為最大，5、6號斷面年沖刷率小于0.01 m為最?。?、9號斷面總體表征為淤積，年淤積率分別為0.01 m和0.16 m。

在減弱人類活動影響的情況下，鄱陽湖河道沖淤和斷面形態(tài)主要與入出湖泥沙和湖流空間分布等有關(guān)。1957—2002年間，五河年平均入湖泥沙1 420萬t，湖口年平均出湖泥沙946萬t，年平均泥沙淤積量為474萬t，若以鄱陽湖星子多年平均水位下水體面積估算泥沙淤積厚度為1.5 mm，這與馬逸磷等[2]研究成果較為一致，他認(rèn)為入江水道區(qū)為鄱陽湖沖刷區(qū)，且主要集中在老爺廟至星子河段。通過2010—2015年間典型斷面的對比，可知入江水道區(qū)為沖刷區(qū)這個概念未發(fā)生改變，但集中區(qū)由原來老爺廟至星子河段轉(zhuǎn)變?yōu)槿虢诤佣渭村ハ獏^(qū)朱家村以北河段，而星子河段雖也表征為沖刷，但沖刷速率有所減少，主要由于同水位下流速較21世紀(jì)前有所減小[13]，受主槽流速大于洲灘流速、枯水期流速大于平水期和豐水期的影響，入江水道區(qū)存在“槽沖灘淤”現(xiàn)象，這與斷面沖淤變化較為一致。

21世紀(jì)以來，人類活動更加頻繁，如湖區(qū)采砂、三峽工程、五河干流水利樞紐等，鄱陽湖區(qū)泥沙時空變化發(fā)生異變。加之江西省山江湖工程的啟動，大面積開展植樹造林和水土保持工作，水土流失情況減弱，河道泥沙含量進(jìn)一步減少。五河年平均輸沙量有顯著下降趨勢，贛江流域的年均輸沙量從20世紀(jì)80年代初開始有顯著減少趨勢，而撫河、饒河、信江、修河4個流域的年平均輸沙量均從21世紀(jì)初有顯著減少趨勢[14]。采砂必然攪動底質(zhì)，使湖水變得渾濁，出湖沙量隨之增大，據(jù)分析，以2000—2002年為突變點(diǎn)，湖口出湖泥沙含量增大趨勢明顯[15]。

4 結(jié) 論

a. 受采砂活動影響，2000—2010年鄱陽湖入江水道沖淤特征發(fā)生較大變化，其斷面變化受出入湖泥沙的影響較?。?010年后，采砂區(qū)逐漸南遷，各項(xiàng)水力因素逐步契合，斷面變化主要受湖區(qū)水情及出入湖泥沙的影響。

b. 鄱陽湖入江水道主槽總體表現(xiàn)穩(wěn)定，不存在游蕩現(xiàn)象。1996—2010年，濂溪區(qū)朱家村以北(1～3號斷面)、星子水文站附近(8號斷面)主槽岸線未發(fā)生顯著變化；受采砂影響，濂溪區(qū)至廬山市老虎壟之間(5～7號斷面)之間、廬山市陶子發(fā)(9號斷面)附近變化劇烈，岸線外擴(kuò)，呈鋸齒狀。

c. 2010年后，入江水道區(qū)主槽總體表現(xiàn)為沖刷，年沖刷速率為0.01 m，濂溪區(qū)朱家村以北、星子水文站斷面附近河段為沖刷集中區(qū)，年沖刷速率分別為0.08 m、0.04 m；廬山陶子發(fā)河段為淤積集中區(qū)，淤積率達(dá)0.16 m；濂溪區(qū)化纖廠至廬山市王家壟河段沖淤基本達(dá)到平衡。