三峽工程運(yùn)行對(duì)洞庭湖與荊江三口關(guān)系的影響分析*

胡光偉 毛德華 李正最 田朝暉

(1.湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 長沙 410081;2.湖南省水文水資源勘測(cè)局 長沙 410007;3.湖南省國土資源規(guī)劃院 長沙 410007)

洞庭湖坐落于湖南省東北部,長江干流荊江南岸,跨湘鄂兩省,長江中游與洞庭湖的關(guān)系密切。江湖關(guān)系相互作用所引起的湖泊水沙過程變異,一直是水利工作者和地理學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)問題。洞庭湖作為長江中游重要的通江型湖泊,分泄荊江松滋、太平、藕池三口來水來沙,匯合湘、資、沅、澧四水,周邊的汨羅江、新墻河等中小河流直接入湖,經(jīng)洞庭湖調(diào)蓄后由城陵磯注入長江,形成復(fù)雜的江湖關(guān)系(圖1),發(fā)揮著調(diào)蓄洪水和保護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要服務(wù)功能。洞庭湖全流域總集水面積達(dá)259430km2,其中洞庭湖水體面積 2625km2,是中國第二大淡水湖泊,在長江中游調(diào)蓄洪水,占有重要地位。

圖1 洞庭湖水系結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Drainage system of Dongting Lake

近100年來在人類活動(dòng)和自然的雙重作用下,洞庭湖不斷萎縮,防洪形勢(shì)嚴(yán)峻。特別是三峽工程建成運(yùn)行以后,荊江三口出現(xiàn)新的來水來沙變化,江湖關(guān)系更加復(fù)雜。前人在長江與洞庭湖的江湖關(guān)系方面有了很多研究成果(Dai,2008,2011,2013;盧金友,1996;盧金友等,1999;穆錦斌等,2008;李學(xué)山等,1997;羅敏遜等,1998;盧承志,2001,2005;吳作平等,2002),特別是近10a來,許多學(xué)者在人類活動(dòng)(圍墾、三峽工程建設(shè)等)對(duì)洞庭湖的影響方面做了大量探索(李景保等,1993;林承坤等,1994;姜加虎等,1996)。目前對(duì)洞庭湖的研究多集中在泥沙淤積計(jì)算(王崇浩,1997;秦文凱等,1998;盧金友等,2006;洪林等,2007;李義天等,2009;李景保等,2009;郭小虎等,2010)、洪澇與防洪、水情(李景保等,1993,2009)、水環(huán)境(盧宏瑋等,2004;陳紹金,2004)及水位(洪林等,2007;姜加虎等,1996)的影響、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、濕地及水生生物等方面,吳作平(2003)提出了荊江-洞庭湖水沙數(shù)學(xué)模型。因此,系統(tǒng)全面地研究在自然和人類活動(dòng)雙重影響下湖泊系統(tǒng)對(duì)水沙變異的響應(yīng),仍是洞庭湖研究中的一個(gè)前沿領(lǐng)域。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

歷年實(shí)測(cè)水沙數(shù)據(jù)來源于湖南省水文水資源勘測(cè)局和《長江泥沙公報(bào)2000—2011》。文中選取洞庭湖湘、資、沅、澧四水、荊江三口和出口城陵磯等主要控制站(湘潭、桃江、桃源、石門、新江口、沙道觀、彌陀寺、康家崗、管家鋪、城陵磯)1951—2011年的實(shí)測(cè)水沙數(shù)據(jù)作為洞庭湖水沙過程變異分析的基礎(chǔ),其中年內(nèi)變化數(shù)據(jù)為 1994—2010年逐月徑流泥沙數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

本文應(yīng)用了以下研究方法:

1) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。目前,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型已廣泛地應(yīng)用于水文水資源系統(tǒng)的分析模擬計(jì)算中,應(yīng)用最多的是BP(Back Propagation)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。模型的具體計(jì)算方法參照文獻(xiàn)(Karunanithiet al,1994)。

2) 徑流、輸沙年內(nèi)分配不均勻系數(shù)(Cv)常常用來反映徑流、輸沙年內(nèi)分配情況。Cv值越大,就表明各月徑流量、輸沙量相差越懸殊,即年內(nèi)分配不均勻,反之亦然。其計(jì)算公式為:

其中,Cv表示年內(nèi)分配不均勻系數(shù),表示年內(nèi)月平均徑流量(或輸沙量),Ri表示年內(nèi)各月徑流量(或輸沙量)。

3) 雙累積曲線(Double Mass Curve)。雙累積曲線是檢驗(yàn)兩個(gè)參數(shù)間關(guān)系一致性及其變化的常用方法。所謂雙累積曲線就是在直角坐標(biāo)系中繪制的同期內(nèi)一個(gè)變量的連續(xù)累積值與另一個(gè)變量連續(xù)累積值的關(guān)系線,它可用于水文氣象要素一致性的檢驗(yàn)、缺值的插補(bǔ)或資料校正,以及水文氣象要素的趨勢(shì)性變化及其強(qiáng)度的分析。

2 洞庭湖流域水沙特征分析

2.1 徑流、輸沙年際變化

洞庭湖水沙主要來自湘、資、沅、澧四水以及荊江三口,入湖洪道很多,河網(wǎng)交叉,入湖水沙變化影響因素眾多。1951—2011年洞庭湖區(qū)實(shí)測(cè)水沙資料(表1)顯示,三口、四水多年平均入湖徑流量為2822×108m3/a,城陵磯出湖多年平均徑流量 2862×108m3/a,其中三口來水 911×108m3/a,占出湖總水量的 32.28%,四水來水 1655×108m3/a,占出湖總水量58.65%,區(qū)間補(bǔ)給量為 255.9×108m3/a,占出湖水量9.07%。三口、四水多年平均輸沙量為 14131×104t/a,其中三口入湖沙量 11453×104t/a,占入湖總沙量的81.05%,四水入湖沙量為2678×104t/a,占入湖總沙量的18.95%。城陵磯出湖多年平均輸沙量3850×104t/a,湖內(nèi)多年淤積沙量10282×104t/a,淤積率72.76%。三峽蓄水運(yùn)用前期(1994—2002年)四水總量為 1908×108m3/a,三峽蓄水后四水總量為1555×108m3/a,衰減率為18.5%;而三口多年平均水量為911×108m3/a,三峽蓄水運(yùn)用前期水量為 616×108m3/a,蓄水后水量為500×108m3/a,與多年平均值相比,兩個(gè)時(shí)期的水量衰減率分別為32.1%和44.9%。下荊江裁彎前后三口和四水入湖水量分別為886×108m3/a和834×108m3/a、1729×108m3/a和1699×108m3/a,裁彎前后兩者水量變化并不大,可以看出三峽蓄水運(yùn)行后,三口四水來水量均發(fā)生了變化,三口來水量的銳減應(yīng)該歸因于三峽水庫的蓄水作用。三峽蓄水前三口入湖沙量的比例穩(wěn)定在75%—81%。三峽水庫蓄水后由于水庫的攔沙作用,荊江泥沙量減少,三口入湖泥沙大幅下降,三口在三峽運(yùn)行期(2003—2011年)的來沙量僅為1233×104t/a,占入湖沙量的比例降為 58.6%,比三峽運(yùn)行前期(1994—2002年)平均值衰減5141×104t/a,減少率為80.7%。

圖2即為洞庭湖三口入湖和城陵磯出湖年徑流量與年輸沙量雙累積曲線,從圖上看,入湖和出湖水沙 60多年來均已發(fā)生明顯的變化,荊江三口的入湖沙量和城陵磯出湖沙量衰減十分顯著。根據(jù)雙累積曲線斜率可得出,入湖水沙雙累積曲線斜率K由第1時(shí)段的14.4衰減到第5時(shí)段的2.1,衰減率為85.4%;而出湖水沙雙累積曲線斜率K由第1時(shí)段的1.8衰減到第 5時(shí)段的 0.7,衰減率為 61.1%;特別要指出的是,第4階段入湖水沙曲線斜率K由14.4銳減到2.1,說明 2003—2011年洞庭湖的入湖水沙的變化與三峽蓄水運(yùn)行關(guān)系密切,而出湖的水沙曲線的走勢(shì)變化并不強(qiáng)烈?？梢?長江干流的水利工程對(duì)洞庭湖入出湖水沙的影響是不同步的,入湖泥沙的衰減變化速率遠(yuǎn)大于出湖泥沙的衰減速率。

表1 洞庭湖歷年入湖出湖徑流泥沙統(tǒng)計(jì)(1951—2011年)Tab.1 Runoff and sediment in and out of the Dongting Lake in history

圖2 洞庭湖水沙雙累積曲線Fig.2 Water and Sediment double cumulative curve of Dongting Lake

2.2 徑流、輸沙季節(jié)變化

湖南省為典型的大陸性亞熱帶季風(fēng)氣候,4—10月全省降水量占全年總降水量的 68%—84%。湖區(qū)年降水量 1100—1400mm,4—6月降雨占年總降水量的50%以上,汛期(5—10月)徑流量占年均徑流量的75%,洞庭湖水位始漲于4月,7—8月最高,11月到翌年3月為枯水期。三口洪水過程與長江干流一致,峰型肥胖,歷時(shí)較長。三口來水來沙年內(nèi)分配極不均勻,多年平均汛期 5—10月來水占全年來水總量的 96.81%以上,來沙則占99.56%以上;而四水峰型尖瘦,歷時(shí)較短,歷年平均汛期來水約占全年的65%,來沙占全年的83%。

為了更直觀地得出徑流、輸沙季節(jié)變化情況,下面用徑流、輸沙年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cv來反映徑流、輸沙年內(nèi)分配情況。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 三口、四水、城陵磯徑流和輸沙年內(nèi)分配系數(shù)表(1994—2010年)Tab.2 Annual distribution coefficients of runoff and sediment transport during 1994－2010 in Jingjiang River at Sankou Section(where three rivers outlets are located),Sishui(four local tributaries to the Dongting Lake,namely Xiangshui,Zishui,Yuanshui and Lishui rivers),and Chenglingji(a major outlet of Jingjiang River to Changjiang(Yangyze) River)

從表2的計(jì)算結(jié)果可以看出,洞庭湖區(qū)的進(jìn)出湖水沙年內(nèi)分配是不均勻的,無論是徑流量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)還是輸沙量的年內(nèi)分配不均勻系數(shù)的變化均呈現(xiàn)出不均衡的規(guī)律。荊江三口5個(gè)代表水文站1994—2010年的徑流量Cv值整體上無明顯變化,其中1997年和1998年的年內(nèi)徑流分配極不平衡,2000年以后與20世紀(jì)90年代相比,年內(nèi)分配不均勻系數(shù)有增大趨勢(shì),表明年內(nèi)分配沒有之前均勻;三口輸沙Cv值的整體趨勢(shì)是由小到大呈遞增變化,Cv值則從1994年的 5.058增加到 2010年的 7.193,其中 2006年的不均勻系數(shù)最大,2006年,長江流域發(fā)生了百年一遇的高溫伏旱天氣(Daiet al,2008;戴志軍等,2008;劉紅等,2008),并且目前世界上最大的三峽水庫進(jìn)行第二期下閘蓄水,兩者的共同作用導(dǎo)致了長江中下游汛期出現(xiàn)水資源匱乏。湖南四水徑流量的季節(jié)變化不明顯,而輸沙量的變化較強(qiáng)烈,其中在 1996年和2003年的年內(nèi)分配不均勻系數(shù)最大,分別為7.251和6.542,表明輸沙量的季節(jié)變化較徑流量的季節(jié)變化要大。從城陵磯的徑流和輸沙Cv值來看,整體上均呈現(xiàn)出增大趨勢(shì),尤其以輸沙量的季節(jié)變化較為強(qiáng)烈,特別是從 2003年之后,城陵磯的輸沙量季節(jié)變化就呈增大趨勢(shì),這主要是三峽季節(jié)性調(diào)度運(yùn)用的結(jié)果。各站各時(shí)段年內(nèi)分配不均勻性不同,三口徑流Cv值最大5.355發(fā)生在1998年,最小值3.360發(fā)生在2004年,而輸沙量變化比較明顯,輸沙Cv值最大 10.032發(fā)生在2006年,最小4.914發(fā)生在2001年。

3 三峽工程運(yùn)行對(duì)洞庭湖與荊江三口關(guān)系的影響

2003年6月1日三峽工程正式下閘蓄水,開始按135—139m調(diào)度運(yùn)行,根據(jù)數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計(jì),它對(duì)長江年徑流量的影響不顯著,但是人為的水庫調(diào)度因素對(duì)長江流量的季節(jié)變化有很明顯的影響,也因此影響洞庭湖水位、水量及輸沙的季節(jié)變化。

3.1 對(duì)荊江三口入湖水量的影響

3.1.1 三口分流量的變化 荊江三口分流分沙的衰減是洞庭湖水沙變化的直接原因。隨著下荊江裁彎、葛洲壩興建和三峽水庫的蓄水運(yùn)行,由三口進(jìn)入洞庭湖的徑流量呈現(xiàn)遞減變化趨勢(shì)。三峽工程運(yùn)行前,三口分流總量為 987×108m3/a,而三峽水庫運(yùn)行期2003—2011年,由三口進(jìn)入洞庭湖的徑流量已下降為 475×108m3/a,縮減幅度達(dá) 52%;荊江三口的總分流比由下荊江裁彎前的32.0%下降為三峽運(yùn)行初期的12.0%(表3)。其中,藕池口在三口分流量和分流比中衰減速度最快,1951—1966年其多年平均分流量為690×108m3/a,2003—2011年其多年平均分流量僅為104×108m3/a,減小幅度達(dá)84.9%;相應(yīng)的分流比則由15.7%下降為2.6%。

表3 宜昌站、荊江三口分時(shí)段徑流量(108m3)、分流比(%)統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Runoff(×108m3)and split ratio(%) at Yichang Station and Sankou Section(see caption of Table 2)

根據(jù)長江科學(xué)院的研究成果顯示,三峽水庫的清水下泄導(dǎo)致長江中下游河床沖刷后,長江沿程同流量下的水位下降,以流量2×104m3/s和3×104m3/s為例,宜昌、沙市、石首的水位將分別下降0.91m和0.79m、1.82m和1.55m、2.45m和2.03m。從而進(jìn)一步導(dǎo)致三口分流大幅度衰減。長江科學(xué)院預(yù)測(cè)三峽運(yùn)行 40a后,由于同流量下水位的下降,長江出現(xiàn) 2×104m3/s和 3×104m3/s流量時(shí),進(jìn)入虎渡河、藕池河的流量分別減少至 250m3/s和 780m3/s、320m3/s和820m3/s。

3.1.2 三口斷流天數(shù)的變化 三峽工程運(yùn)行后三口斷流發(fā)生了不同程度的變化,主要表現(xiàn)為通流時(shí)間推遲、斷流時(shí)間提前及斷流持續(xù)時(shí)間延長等。

長期以來,荊江三口洪道及三口口門河段泥沙逐年淤積萎縮,致使枯水期除松滋口的新江口常年保持少量分流進(jìn)入洞庭湖外,其他口門(沙道觀、管家鋪、康家崗、彌陀寺)連年斷流(圖3),且三口斷流天數(shù)呈增加趨勢(shì),近年來三口斷流時(shí)間每年都保持在5—6個(gè)月左右,康家崗站每年斷流時(shí)間長達(dá)8個(gè)月。據(jù)2003—2010年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),沙道觀、彌陀寺、管家鋪和康家崗年平均斷流天數(shù)已分別達(dá)到205d、147d、180d和260d,與三峽運(yùn)行前(1994—2002年)多年平均值相比,沙道觀和康家崗斷流天數(shù)分別增加14d和7d。其中,2006年受長江上游降水量偏少、三峽蓄水等綜合因素影響,三口入湖斷流天數(shù)顯著增加,沙道觀、彌陀寺、管家鋪、康家崗斷流天數(shù)分別達(dá)到269d、206d、235d、336d。斷流時(shí)間主要出現(xiàn)在 1—4月、11—12月等枯水月份,這一時(shí)段與三峽工程調(diào)節(jié)補(bǔ)水運(yùn)行期相吻合,因此,根據(jù)枯水季節(jié)的長短變化,優(yōu)化三峽水庫補(bǔ)水調(diào)度方案,在保障水庫枯水期發(fā)電、航運(yùn)及灌溉需求的同時(shí),適時(shí)加大水庫下泄流量或提前預(yù)泄,以此來增加宜昌—枝城段河道徑流量,保證洞庭湖區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活用水安全。

圖3 荊江三口斷流天數(shù)趨勢(shì)圖Fig.3 Trend of no-flow days in Sankou Section of Jingjiang River

3.2 對(duì)荊江三口及洞庭湖沖淤變化的影響

3.2.1 洞庭湖的沖淤變化 從1956—2010年的泥沙統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和洞庭湖泥沙沉積量過程線(圖4)可以看出,受三峽工程攔蓄水沙作用的影響,荊江三口分沙量明顯萎縮,洞庭湖的泥沙沉積量表現(xiàn)出明顯的衰減趨勢(shì),泥沙沉積量已由三峽運(yùn)行前(1956—2002年)的12439×104t/a降至三峽運(yùn)行期的 426×104t/a,泥沙淤積減少幅度達(dá)96.6%;泥沙沉積率由三峽運(yùn)行前的73.4%降為三峽運(yùn)行期的 20.2%。2006年出湖沙量為1520×104t,三口四水來沙量為 1188×104t,如果考慮區(qū)間來沙量,2006年洞庭湖呈沖淤平衡狀態(tài),除2007年稍有淤積外,2008—2011洞庭湖均呈現(xiàn)沖刷狀態(tài)。從圖4中可以看出洞庭湖的淤積量在逐年減少,特別是三峽工程運(yùn)行后減少幅度有增大趨勢(shì),而且在 2006年表現(xiàn)出突變現(xiàn)象。荊江三口年均入湖沙量由1956—1966年、1996—2002 年的 19590×104t、6960×104t減少至 2003—2011年的 1112.7×104t,減小幅度分別為 97.83%和93.88%。在未考慮區(qū)間來沙情況下,三峽運(yùn)行9a來,洞庭湖年平均入湖沙量為 1911.2×104t,為多年平均入湖沙量14131×104t的15.9%;2003—2011年洞庭湖的累積泥沙淤積量僅為2300.6×104t,較1994—2002年累計(jì)淤積沙量52325×104t減少了50024×104t,減少幅度達(dá)95.6%。

圖4 1951—2011年洞庭湖泥沙沉積量過程線Fig.4 Process of sedimentation in Dongting Lake from 1951 to 2011

3.2.2 三口分流洪道的沖淤變化 根據(jù)盧金友(1996)、羅敏遜等(1998)、彭玉明等(2007)的研究,自1952年以來,荊江三口一直處于沖淤狀態(tài)。1952—1995年數(shù)據(jù)資料顯示,三口分流道泥沙淤積總量為26480×104m3,年淤積量 601.8×104m3,其中松滋河總淤積量為5847×104m3,按照河長289.3km計(jì)算,平均淤積面積為 203m2,年平均淤積 137×104m3;虎渡河(河長 131.7km)總淤積 3779×104m3,平均淤積面積287m2,年均淤積 87.9×104m3;藕池河(河長 306.1km)總淤積 16854×104m3,平均淤積面積 551m2,年均淤積392×104m3,三河底高程平均淤高分別為0.63m、1.176m、1.84m。

根據(jù) 1952年、1995年和 2003年三口分流道1:5000水道地形圖資料量算,1995—2003年三口洪道總淤積泥沙 4771×104m3,年均淤積量 597×104m3,其中松滋河淤積 348×104m3,虎渡河淤積 1317×104m3,藕池河淤積3106×104m3。與1952—1995年年均淤積量數(shù)據(jù)對(duì)比,三口洪道的年均淤積速率明顯加快。松滋河淤積沙量占同期總輸沙量比例分別為 3.5%和1.6%(泥沙干容重取1.3t/m3);虎渡河淤積沙量占彌陀寺同期輸沙總量比例為 5.6%和 16.8%;藕池河淤積量約占同期總輸沙量比例為7.0%和22.2%?？梢?荊江三口淤積速率呈明顯上升趨勢(shì),藕池河淤積最為嚴(yán)重,其次是虎渡河。

1990年以來,長江上游輸沙量就明顯減少,宜昌站2010年比1990年輸沙量較少了92.84%,而1990年比 1950年輸沙量增加了 13.37%。三峽水庫 2003年 6月 1日蓄水后,總?cè)霂炷嗌沉繛?15.801×108t,總出庫(黃陵廟站)泥沙量為 4.115×108t,平均排沙比為25%,即三峽水庫攔截了入庫泥沙總量的 75%。這就導(dǎo)致了三峽壩下清水下泄,下游河段河流含沙量減小,河流處于非飽和狀態(tài),使下游河道沖刷進(jìn)一步加劇。據(jù)資料統(tǒng)計(jì),三峽蓄水前1966—1998年宜昌至城陵磯總沖淤量為 49222×104m3,年均沖刷量 1490×104m3;而2002—2008年總沖刷量46727×104m3,年均沖刷量達(dá)到7790×104m3,年沖刷量增加了422.82%。

三峽水庫蓄水運(yùn)行,長江中下游將出現(xiàn)長距離的沖刷(Daiet al,2013),河床下切,河流含沙量減小。根據(jù)長江科學(xué)院研究預(yù)測(cè)的分析成果,當(dāng)三峽蓄水運(yùn)行 40a后,宜昌—松滋口泥沙將沖刷 9800×104t,松滋口—太平口泥沙沖刷量將達(dá)到19300×104t,太平口—藕池口泥沙沖刷量為51800×104t,藕池口—城陵磯泥沙沖刷量達(dá) 170100×104t;并預(yù)測(cè)虎渡河、藕池河洪道內(nèi)還將分別淤積泥沙 2020×104t和 4550×104t,將導(dǎo)致河道通流面積進(jìn)一步縮小,這樣,藕池河、虎渡河將很快走向衰亡的境地(李景保等,2009)。

3.3 洞庭湖徑流量和輸沙量變化預(yù)測(cè)

依據(jù)洞庭湖(1956—2011年)荊江三口入湖和城陵磯出湖徑流泥沙數(shù)據(jù)資料的長期變化特征,利用Matlab工具箱對(duì)洞庭湖出湖徑流量和輸沙量進(jìn)行訓(xùn)練和仿真,建立了年徑流量和年輸沙量預(yù)測(cè)的 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型,模擬結(jié)果如圖5。

圖5 年徑流量和年輸沙量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合結(jié)果Fig.5 Results of BP network fitting on annual amounts of runoff and sediment

根據(jù)模型的計(jì)算結(jié)果,年徑流量和年輸沙量的平均誤差百分比分別為 0.014%和 0.026%,最大誤差比分別為 0.0896%和 0.1771%,誤差百分比控制在0.2%以內(nèi)。

三峽建庫后大量泥沙攔截在庫內(nèi),大壩下游河床發(fā)生了明顯的沖刷。根據(jù)方春明等(2007)的計(jì)算結(jié)果,建庫后 10a,長江干流河床大幅度沖刷,水位下降,三口分流分沙持續(xù)減少。松滋—太平口河段累積沖刷量為 2.14×108t,河床沖刷深度為 1.67m;太平—藕池口河段累積沖刷量為 1.95×108t,河床沖刷深度為 1.06m;藕池—城陵磯河段累積沖刷 3.15×108t,河床沖刷深度為 1.22m。可以看出,三峽建庫后對(duì)洞庭湖入湖泥沙的攔截作用非常明顯。

表4給出了三峽建庫后19a的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),從表中可以看出,三峽水庫的攔沙作用明顯,由于荊江三口入湖沙量的明顯衰減,洞庭湖出湖的沙量也減少較為明顯,預(yù)測(cè)到 2021年城陵磯出湖沙量僅為1211.43×104t。而出湖徑流量相對(duì)減少的較為平緩,至2021年出湖水量保持在1377.1×108m3左右。

4 結(jié)論與展望

依據(jù)洞庭湖區(qū)現(xiàn)有水文泥沙等最新觀測(cè)資料,分析了洞庭湖區(qū)水沙變異特征和江湖水沙交互關(guān)系,討論了三峽水庫蓄水對(duì)洞庭湖與荊江三口關(guān)系的影響,得出以下主要結(jié)論:(1)從年際和年代際尺度上看,長江上游降水量減少和三峽工程建設(shè)等人類活動(dòng)是影響洞庭湖水沙變異的主要因素;(2)洞庭湖流域外界環(huán)境的變化導(dǎo)致了三口分流分沙的銳減,并呈現(xiàn)三口口門趨于淤積的狀態(tài),藕池河和虎渡河逐漸走向衰亡;(3)從洞庭湖泥沙沉積量過程線來看,2003—2011年洞庭湖的累計(jì)泥沙淤積量僅為 2300.6×104t,比多年平均值減少95.6%;(4)運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)洞庭湖出湖水量和沙量進(jìn)行模擬,結(jié)果顯示模擬精度滿足洞庭湖出湖水沙預(yù)測(cè)的需要。

三峽水庫的投入運(yùn)行對(duì)洞庭湖水沙影響的研究是一項(xiàng)長期的系統(tǒng)工程,由于缺少三峽水庫歷年水沙過程數(shù)據(jù)和洞庭湖湖底地形圖資料,而且涉及江湖關(guān)系的泥沙問題相當(dāng)復(fù)雜,對(duì)三峽運(yùn)行和洞庭湖水沙變異的耦合研究以及洞庭湖的沖淤變化的研究只涉及數(shù)量方面的統(tǒng)計(jì),三峽水庫蓄水對(duì)荊江三口與洞庭湖的關(guān)系影響研究也還處在初級(jí)階段,需要更多的觀測(cè)資料的檢驗(yàn)來支持相關(guān)統(tǒng)計(jì)成果。下一步將在資料完整的情況下開展空間的耦合研究,同時(shí)密切監(jiān)視荊江三口的來水來沙變化對(duì)洞庭湖的水沙演變的影響,及時(shí)調(diào)整水庫與洞庭湖的聯(lián)合調(diào)度和相關(guān)防洪疏淤措施,確保洞庭湖區(qū)的長治久安。

表4 三峽蓄水后洞庭湖出湖水沙的變化Tab.4 Changes in runoff and sediment out of the Dongting Lake after the Three-Gorges Reservoir operation

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