長江中游通江湖泊江湖關(guān)系研究進(jìn)展*

萬榮榮，楊桂山，，，

(中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008)

長江中游地區(qū)湖泊密布，歷史上均與長江自然連通，形成了自然的江、河、湖復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，位于其中的鄱陽湖和洞庭湖兩個(gè)大型淡水湖泊，至今仍保持著與長江的自然連通狀態(tài).長江與它們之間相互作用、互為制約，長期演變形成的江湖水沙交換關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，其變化歷經(jīng)滄桑，特別是近百年來一系列江湖整治工程建設(shè)等人類活動影響下江湖關(guān)系的劇烈調(diào)整，與中游江湖水系愈演愈烈的洪旱災(zāi)害之間的互饋?zhàn)饔帽妒荜P(guān)注和爭議.長江中游江湖關(guān)系的變化影響著區(qū)域洪水災(zāi)害防治、水資源利用、水環(huán)境保護(hù)和水生態(tài)安全維護(hù)，是長江中游水問題的核心[1].近年來，三峽工程等上游控制性水利樞紐相繼建成運(yùn)行，又強(qiáng)力驅(qū)動著江湖關(guān)系的新一輪調(diào)整.從宏觀層面了解江湖關(guān)系的概念、內(nèi)涵及其表征，剖析江湖關(guān)系變化與江湖水系“小水大災(zāi)”、水資源季節(jié)性短缺、湖泊局部水質(zhì)下降與富營養(yǎng)化加重以及湖泊和洲灘濕地生態(tài)退化等一系列水問題之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，客觀評價(jià)三峽工程蓄水運(yùn)行的影響，成為政府、社會和學(xué)術(shù)界共同關(guān)注的焦點(diǎn).

1 江湖關(guān)系的概念、內(nèi)涵與表征

1.1 江湖關(guān)系的概念

江湖關(guān)系這一名詞由來已久，但迄今尚無公認(rèn)的定義.上世紀(jì)有關(guān)江湖關(guān)系的研究主要側(cè)重于荊江與洞庭湖的關(guān)系[2]，由于荊江與洞庭湖在長江流域治理尤其是防洪治理中具有顯著地位，江湖關(guān)系成為水利行業(yè)的專有名詞*長江水利委員會水文局.長江中下游江湖關(guān)系指標(biāo)體系研究，2012：8..近年來，鄱陽湖與歷史通江的洪湖等與長江水沙交換研究中也越來越多地涉及到江湖關(guān)系的概念[3-4]，尤其是三峽工程引起的江湖關(guān)系改變對長江中游洞庭湖、鄱陽湖的影響越來越受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注，從而大大提升了“江湖關(guān)系”這一概念的關(guān)注度，也大大拓展了江湖關(guān)系的概念內(nèi)涵.國外有關(guān)河湖關(guān)系的研究較少，僅有零星的關(guān)于河-湖水量交換變化特征的研究[5-6].與國內(nèi)外同類河-湖關(guān)系相比，自然通江的洞庭湖、鄱陽湖與長江之間形成的江湖水力聯(lián)系及水沙交換關(guān)系最為復(fù)雜.洞庭湖接納長江荊江三口(調(diào)弦口1958年建閘堵閉，現(xiàn)為三口)分流及湘、資、沅、澧四水來水，調(diào)蓄后在城陵磯與長江匯流，形成吞吐長江之勢；鄱陽湖承接上游贛、撫、信、饒、修五河來水，由湖口北注長江，與長江相互頂托(長江間或倒灌入湖)，長江水情變化直接影響鄱陽湖的水量變化.長江與洞庭湖、鄱陽湖之間不同的水沙交換特性，形成了各具特色的江湖關(guān)系，其復(fù)雜性與重要性在世界上是獨(dú)一無二的.基于此，我們將江湖關(guān)系定義為連通的河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.長江中游江湖關(guān)系特指長江與洞庭湖、鄱陽湖這兩個(gè)大型通江湖泊的交互關(guān)系.

1.2 江湖關(guān)系的內(nèi)涵

江湖關(guān)系是一個(gè)復(fù)合現(xiàn)象，長江與洞庭湖、鄱陽湖的江湖關(guān)系具不同的內(nèi)涵.洞庭湖是一個(gè)過水型的湖泊，長江和洞庭湖通過荊江三口分流和城陵磯匯合口作為紐帶，構(gòu)成江湖分合、相互影響、相互制約的錯(cuò)綜復(fù)雜的江湖關(guān)系.長江與洞庭湖關(guān)系的內(nèi)涵不僅包括傳統(tǒng)防洪意義上的蓄泄關(guān)系，即荊江河段的泄流能力、荊江三口分流分沙能力、洞庭湖調(diào)蓄洪水能力以及城漢河段的泄流能力4個(gè)方面[7-8]，還包括荊江與洞庭湖因水量、物質(zhì)能量交換而導(dǎo)致的江、湖沖淤演變與水文情勢變化及引起的水資源、水環(huán)境和水生態(tài)效應(yīng).長江和鄱陽湖以湖口為匯合口，構(gòu)成湖水下泄入江或江水倒灌入湖的錯(cuò)綜復(fù)雜的江湖關(guān)系.江湖水量交換受到鄱陽湖上游五河來水和長江水量的雙重影響，其內(nèi)涵不僅包括鄱陽湖調(diào)蓄長江洪水的能力，還包括長江和鄱陽湖因水量、物質(zhì)能量交換而導(dǎo)致的江、湖沖淤演變與水文情勢變化及引起的水資源、水環(huán)境和水生態(tài)效應(yīng).

1.3 江湖關(guān)系的表征

長江中游通江湖泊江湖關(guān)系的核心是長江和湖泊之間的水沙交換.Hu和郭華等[3，9-10]用鄱陽湖水量凈變化量(湖口出流量與流域五河來水量之差)與湖口出流量的比例關(guān)系定義為長江-鄱陽湖相互作用指數(shù)，以評價(jià)長江-鄱陽湖相互作用的強(qiáng)度.方春明等[11]從長江干流來水對湖口出口的頂托作用、湖口倒流出現(xiàn)的條件、鄱陽湖對洪水的調(diào)節(jié)系數(shù)等方面定量分析了鄱陽湖與長江干流江湖相互作用的影響規(guī)律.趙軍凱等[12]通過構(gòu)建年尺度江湖水交換作用的經(jīng)驗(yàn)公式來量化長江與鄱陽湖、洞庭湖江湖水交換作用的強(qiáng)度，對于鄱陽湖與長江水交換的情況，還考慮了長江水倒灌對江湖水交換系數(shù)產(chǎn)生的影響.

荊江三口分流比、城陵磯水位、螺山水位流量關(guān)系是長江與洞庭湖區(qū)相互作用關(guān)注的焦點(diǎn).荊江三口是聯(lián)系長江干流與洞庭湖的水沙連接通道，是長江與洞庭湖關(guān)系調(diào)整變化的紐帶[2，13-14].眾多學(xué)者[15-17]從洞庭湖城陵磯出口水力坡降的變化，論證了長江水位頂托的變化，因此湖泊出口水力坡降是長江水流頂托的重要表征指標(biāo)之一.

2 長江中游江湖關(guān)系研究

長江與中游洞庭湖、鄱陽湖的江湖關(guān)系研究主要集中于江湖關(guān)系的演變過程、江湖關(guān)系變化的影響因素以及江湖關(guān)系變化的效應(yīng)3個(gè)方面.

2.1 江湖關(guān)系的演變過程

2.1.1 江湖形態(tài)及連通性變化 江湖水系形態(tài)及連通性變化是江湖關(guān)系演變的主要表現(xiàn)形式.Yin等[18]系統(tǒng)分析了長江中游江漢平原和洞庭湖區(qū)江湖關(guān)系的歷史演變過程及其對中游地區(qū)防洪的影響.江湖關(guān)系的演變過程被劃分為3個(gè)階段：自全新世晚期至公元4世紀(jì)，自然因素為主導(dǎo)的江湖關(guān)系演變過程，古云夢澤與長江中游連通；公元4世紀(jì)至1650年，自然與人為因素同時(shí)作用下的江湖關(guān)系演變，其中人類活動的影響越來越重要，這一階段洞庭湖與長江中游連通；1650年以來，人類活動影響下的江湖關(guān)系演變，這一階段由于泥沙沉積與土地開墾，洞庭湖的調(diào)蓄能力開始下降.Du等[19]利用遙感方法分析了洞庭湖1930s、1950s、1970s以及2000年的面積變化及其成因，結(jié)果表明2000年比1930s洞庭湖的面積減小了58.06%，其中以1950s-1970s湖泊萎縮速率最快，與該時(shí)期大規(guī)模的土地開墾相關(guān).

2.1.2 江湖水沙交換變化 江湖水沙交換變化是江湖關(guān)系演變的核心.荊江三口分流河道的形成演化過程及其與長江水沙交換量的變化過程是長江與洞庭湖關(guān)系變化的直接表現(xiàn).1950s以來，荊江三口分流分沙以荊江裁彎、葛洲壩和三峽工程等人類活動為時(shí)間節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)明顯的階段性特征[13].三峽工程蓄水運(yùn)行之前，三口分流分沙總體上呈逐年減小的趨勢，其分流分沙比由1956-1966年的29%、35%減小至1999-2002年的14%、16%，年斷流天數(shù)也逐漸增多；三峽工程蓄水運(yùn)行以來的2003-2007年與1999-2002年相比，三口分流比由14%減少為12%，三口分沙比由16%增加為18%[14，20-21].長江干流水情與輸沙量的變化，影響了長江干流與洞庭湖的泥沙交換[22].干流至洞庭湖的凈輸沙量已從1950-2000年的平均86×106t/a減少至2002年的16×106t/a，2004年降低至0，2006年江湖泥沙交換出現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)，洞庭湖往長江干流的凈輸沙量達(dá)14×106t/a[23].三峽水庫蓄水運(yùn)行之后洞庭湖區(qū)無論是泥沙沉積量還是淤積量均大幅下降[21]，這種新的江湖泥沙交換格局可能對減緩洞庭湖的萎縮起積極作用.

長江干流的水情直接影響到長江與鄱陽湖之間的相互作用.Hu等[3]采用湖泊水量凈變化率等參數(shù)定量分析了江湖水量交換的狀態(tài)、強(qiáng)度及其年內(nèi)時(shí)間變化特征，剖析了1960-2003年江湖關(guān)系(流域效應(yīng)、長江效應(yīng))對鄱陽湖水位尤其是典型洪水年洪水位的影響.鄱陽湖流域來水對鄱陽湖水位及洪水災(zāi)害影響占主導(dǎo)作用，而長江對鄱陽湖的頂托起輔助作用.多數(shù)情況下，當(dāng)流域?qū)蛾柡挠绊憸p弱時(shí)，長江對鄱陽湖的影響逐漸增強(qiáng)，而當(dāng)湖水位上漲時(shí)，長江的頂托作用便逐漸削弱，流域和長江汛期同時(shí)遭遇的情況極其少見.鄱陽湖出入湖水沙情勢分析研究表明[21]，2003年以來，鄱陽湖五河與湖口的徑流量較2000年以前均有所減小，五河的入湖輸沙量減小明顯，僅為2000年以前多年平均的34.3%，而湖口的年均輸沙量卻明顯增加，為2000年以前多年平均的149.2%，鄱陽湖滯留泥沙大幅減少.

2.2 江湖關(guān)系變化的影響因素

氣候變化、構(gòu)造沉降、水土流失、泥沙淤積、長江河勢變化等自然因素是導(dǎo)致江湖關(guān)系變化的原因，但20世紀(jì)以來的人類活動加速了江湖關(guān)系的調(diào)整[19，24].

2.2.1 自然因素 自然狀態(tài)下，江湖形態(tài)、連通性及水沙交換是一個(gè)動態(tài)的過程.盧金友等[2]的研究表明，荊江三口分流分沙在自然狀態(tài)下的變化趨勢是不斷減少，其影響因素主要有口門與干流河道的相對位置、口門附近干流河道河勢變化、分流道的淤積以及洞庭湖的演變等.Zhang等[25]研究表明自1990年以后，長江倒灌鄱陽湖的發(fā)生頻率明顯降低并出現(xiàn)間歇性特征，而這一特征與降雨的時(shí)間變化規(guī)律具有較好的對應(yīng)性.

2.2.2 人類活動 江湖關(guān)系的變化是自然與人類活動共同作用的結(jié)果，近幾十年來人類活動的影響越發(fā)凸顯.隨著調(diào)弦口堵口、下荊江系統(tǒng)裁彎、葛洲壩截流、三峽工程等大型水利工程的運(yùn)轉(zhuǎn)，江湖關(guān)系發(fā)生了多次調(diào)整變化，對長江中下游河道及洞庭湖、鄱陽湖產(chǎn)生了不同程度的影響[26-27].

下荊江中洲子和上車灣河道分別于1967年和1969年實(shí)施人工裁彎工程，沙灘子河彎于1972年發(fā)生自然裁彎.裁彎后流程縮短約78km，比降加大，河床發(fā)生溯源沖刷，使上游同流量下沿程水位發(fā)生不同程度的降低，從而加速了三口分流的遞減進(jìn)程[2，28].葛洲壩水利樞紐興建后，壩下游河道發(fā)生沿程沖刷，對松滋口枯水期的分流產(chǎn)生了明顯的影響[2].三峽工程蓄水運(yùn)行降低了汛期壩下干流流量、增大了枯季壩下干流流量，并導(dǎo)致長江輸沙率降低了31%，長江中游干流水情的變化進(jìn)而改變了長江與兩湖的交互作用[22，29-30].三峽蓄水運(yùn)行后由于清水下泄造成荊江河段的沖刷，沙市附近河段同流量下的水位出現(xiàn)不同程度的降低，三口分流河道口門水位相應(yīng)下降，造成三口河道分流、分沙量顯著減小，對洞庭湖產(chǎn)生了不容忽視的影響[31].三峽工程蓄水通過對荊江三口分流分沙的影響，改變了洞庭湖的水沙平衡，與1951-2002年相比，2003-2007年湖區(qū)入湖年平均徑流量由2966×108m3減少至2303×108m3，入湖年平均沙量由1.65×108t減少至0.25×108t[21].數(shù)學(xué)模型計(jì)算表明，如長江流域遭遇1998年洪水，三峽可使洞庭湖汛期7-9月水位下降0.3～0.4m，城陵磯最高洪水位削減1.24m；同時(shí)汛末三峽水庫攔蓄上游來水，使得洞庭湖水位提前消落，枯水提前，尤其是10月份水位顯著下降[32].

自2003年三峽工程蓄水運(yùn)行以來，鄱陽湖的水情產(chǎn)生了顯著的變化，尤其是汛前騰空和汛末蓄水這兩個(gè)時(shí)段[33].Zhang等[34]采用GAMs(Generalized Additive Models)模型模擬證實(shí)了三峽工程蓄水運(yùn)行造成平均5%的長江來水量損失，汛末蓄水期減緩了長江對鄱陽湖的頂托效應(yīng)，進(jìn)而加劇了鄱陽湖秋季的旱情.Liu等[35]利用1973-2011年多時(shí)相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)提取鄱陽湖水面信息，結(jié)合鄱陽湖水量平衡分析，揭示了三峽工程蓄水運(yùn)行引發(fā)的長江與鄱陽湖江湖關(guān)系變化是近年鄱陽湖汛末水位突變的主控因子之一.

2.3 江湖關(guān)系變化的效應(yīng)

長江中游江湖關(guān)系的變化與區(qū)域洪旱災(zāi)害防治、河湖水系水環(huán)境保護(hù)、洲灘濕地和水域生態(tài)安全維護(hù)密不可分.

2.3.1 對防洪的影響 洞庭湖和鄱陽湖兩湖作為長江中游防洪體系中極為重要的一環(huán)，分別承擔(dān)著蓄洪160×108m3和25×108m3超額洪水的任務(wù)*長江流域防洪規(guī)劃，2008.，兩湖在中游江湖水系中的防洪地位不可替代.20世紀(jì)以來，長江高水位的頻率呈顯著的上升趨勢，鄱陽湖的水位受控于長江水位和流域來水，當(dāng)流域汛期延遲而遭遇長江高水位時(shí)，鄱陽湖的防洪安全將受到威脅[36-37].自1950年以來，因土地開墾、防洪大堤的修建、湖泊的萎縮以及洪水期長江水位升高等原因造成江湖關(guān)系改變，鄱陽湖年最高洪水位呈現(xiàn)顯著的上升趨勢[36，38-39].

1980年以來，因荊江裁彎致使長江-洞庭湖的江湖關(guān)系發(fā)生較大變化，三口入湖水沙減少，減緩了洞庭湖的淤積和防洪壓力；但同時(shí)荊江泄流量加大，局部河段防洪形勢更為嚴(yán)峻，對洞庭湖出流頂托作用加強(qiáng)，出流受阻[17]，湖區(qū)水位相應(yīng)抬高，死湖容增大，洞庭湖調(diào)蓄作用減小[40].李義天等[41]研究表明洞庭湖高水期調(diào)蓄量因下游干流泥沙淤積造成的城陵磯水位逐漸抬高而被動增加，從而加重了長江中游的防洪壓力.

三峽水庫調(diào)度運(yùn)行初期，城陵磯-螺山段河道處于沖刷狀態(tài)，降低了洪水位，從而削弱了長江洪水對湖口出流排沙的頂托強(qiáng)度，因此在主汛期洞庭湖湖口泄洪排沙能力均有所提高，加之汛期入湖水量減少和近幾年退田還湖擴(kuò)大行蓄洪面積，使湖區(qū)在三峽水庫運(yùn)行初期未發(fā)生一處潰堤洪災(zāi)[26].可見三峽工程引起江湖水量交換關(guān)系的改變，在延緩湖泊淤積和減輕洞庭湖區(qū)的洪澇災(zāi)害方面起到了積極的作用.

2.3.2 對水資源供給的影響 進(jìn)入21世紀(jì)的近11年鄱陽湖枯水程度顯著加劇，尤其是近5年來最低水位不斷被刷新，雖然流域降水和五河來水的變化起主導(dǎo)作用，但三峽汛末蓄水引起的長江中游來水減少對鄱陽湖枯季持續(xù)低水位起到了加劇的作用[42-44].洞庭湖的來水量高度集中在汛期，汛期入湖徑流的增減對洞庭湖全年的水量變化影響很大.三峽水庫調(diào)度運(yùn)行初期，三口分流顯著衰減，汛期入洞庭湖的水量大幅度減少，進(jìn)而誘發(fā)了洞庭湖區(qū)連年季節(jié)性缺水，湖區(qū)枯季供水緊張，局部地區(qū)取水系統(tǒng)和航道受阻[26-27].

2.3.3 對水環(huán)境的影響 三峽水庫蓄水運(yùn)行改變了通江湖泊水文情勢，進(jìn)而影響了兩湖的水環(huán)境狀況.水庫汛末蓄水導(dǎo)致兩湖枯季低水位提前出現(xiàn)，一方面湖泊水量減少可能導(dǎo)致湖泊水環(huán)境容量降低，另一方面湖水加速下泄入江有利于減少湖泊營養(yǎng)鹽滯留；枯季三峽水庫增加泄流，將不同程度改善兩湖枯季水量，有利于增加兩湖水體自凈能力，但同時(shí)也可能增加營養(yǎng)鹽在湖泊的滯留.有研究表明，洞庭湖水文情勢的改變導(dǎo)致枯季水環(huán)境容量上升，而洪季水環(huán)境容量則有所下降[45].三峽水庫蓄水期鄱陽湖因湖口水位的降低，大量湖水注入長江，湖泊水量的減少降低了水體自凈能力，導(dǎo)致水質(zhì)下降[46]；三峽水庫泄水期，江水對鄱陽湖湖水出流頂托加重，延長水滯留時(shí)間，增加入湖污染物滯留，可能引起水質(zhì)下降[47].此外，長江倒灌鄱陽湖帶來的泥沙也影響了鄱陽湖水體的透明度[48].

2.3.4 對水生態(tài)系統(tǒng)的影響 鄱陽湖水位的季節(jié)性漲落影響了濕地植被的類型、分布范圍及演替[49-52]，同時(shí)還影響了候鳥棲息地的面積和空間分布[47，53].近年來與江湖關(guān)系變化相關(guān)聯(lián)的洞庭湖水情的變化，尤其是低水位出現(xiàn)時(shí)間提前、持續(xù)時(shí)間延長對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，2011年5月份湖泊水面面積不足同期的45%，東洞庭湖超過1000hm2的濕地全部干旱[54].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)生了不利的影響[55].湖泊水情變化對湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的長期影響可能包括外來物種的入侵[56-58]、典型湖泊濕地演變?yōu)殛懙厣鷳B(tài)系統(tǒng).季節(jié)性水位變化導(dǎo)致魚類生長期的湖泊水面減小，影響長江繁殖的魚苗進(jìn)入湖泊生長發(fā)育[8].

3 江湖關(guān)系研究的趨勢

縱觀長江中游通江湖泊江湖關(guān)系研究，在江湖關(guān)系的演變過程、江湖關(guān)系變化的成因及效應(yīng)等方面已取得了一定的進(jìn)展，但在對江湖關(guān)系的表征、氣候變化與重大工程對江湖關(guān)系影響的貢獻(xiàn)區(qū)分、江湖關(guān)系對湖泊水文節(jié)律、水環(huán)境和水生態(tài)影響機(jī)理、江湖關(guān)系調(diào)整后兩湖對長江的影響等方面尚存在問題，這些問題也是未來通江湖泊江湖關(guān)系研究的重點(diǎn)，需要深入研究.

3.1 表征江湖關(guān)系的指標(biāo)

在對江湖關(guān)系的認(rèn)識方面，由于江-湖相互作用的復(fù)雜性，已有的研究多側(cè)重于江湖關(guān)系的一個(gè)方面，目前尚無一套系統(tǒng)、綜合、權(quán)威的江湖關(guān)系表征方法.如何構(gòu)造具有指示意義的復(fù)合指標(biāo)來表征江湖關(guān)系及其變化是未來長江中游通江湖泊江湖關(guān)系研究的難點(diǎn).對于鄱陽湖而言，江湖關(guān)系的表征應(yīng)涵蓋江湖水量及物質(zhì)能量交換的通量、長江對鄱陽湖的頂托作用強(qiáng)度；對于洞庭湖而言，江湖關(guān)系的表征應(yīng)包涵江湖水沙交換通量、荊江三口分流分沙、城陵磯出流長江頂托(代表性站點(diǎn)的水位流量關(guān)系及出口水力比降).由于長江中游通江湖泊的水情具強(qiáng)烈的季節(jié)性變動特征，江湖關(guān)系的表征還應(yīng)反映年、季、月等多個(gè)時(shí)間尺度特征.

3.2 人類活動與氣候變化對江湖關(guān)系影響的區(qū)分

江湖關(guān)系變化是人類活動與流域氣候變化綜合作用的結(jié)果.已有的研究分析了江湖關(guān)系變化的影響因素，重點(diǎn)考慮了不同時(shí)期人類活動尤其是重大水利工程的影響.因此，如何綜合考慮人類活動與流域氣候變化對江湖關(guān)系變化的聯(lián)合影響，并且定量區(qū)分其影響貢獻(xiàn)率是江湖關(guān)系研究的一個(gè)核心問題.根據(jù)目前已有的研究，三峽工程對兩湖水情的影響一般不超過8%～15%，但對其生態(tài)環(huán)境的影響分量，還缺少有效的手段和方法[32].

3.3 三峽工程對江湖關(guān)系變化長期影響的跟蹤研究

近10年來，三峽工程蓄水運(yùn)行對長江中下游生態(tài)環(huán)境的影響引起了廣泛的關(guān)注和爭議[34].雖然已有研究揭示了三峽工程改變了長江中游江湖關(guān)系，進(jìn)而改變了洪枯水的流量過程，產(chǎn)生一系列水資源、水環(huán)境和水生態(tài)問題，但是從國際上在某些大型水利工程興建幾十年后凸顯的一系列嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境問題[21]來看，已有的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以闡明三峽工程對長江中游江湖關(guān)系的長期影響及其可能的效應(yīng).長江中游江湖水沙關(guān)系復(fù)雜、河道邊界條件復(fù)雜，三峽工程及上游大型水利工程運(yùn)行對長江中下游江湖沖淤演變、兩湖水情以及生態(tài)環(huán)境的影響非常深遠(yuǎn).江湖關(guān)系對湖泊水文節(jié)律、湖泊水環(huán)境和水生態(tài)影響機(jī)理和趨勢，需開展長期的跟蹤監(jiān)測和深入研究.

3.4 江湖關(guān)系調(diào)整背景下的江湖關(guān)系健康評價(jià)

江湖關(guān)系變化將改變江湖水文情勢，進(jìn)而直接影響到江湖防洪、水資源供給、水環(huán)境及水生態(tài)的安全，維系江湖兩利的健康江湖關(guān)系是長江中游江湖關(guān)系研究的根本目的，而江湖關(guān)系健康評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建和指標(biāo)健康閾值的確定又成為江湖關(guān)系研究的一個(gè)難題.從總體上看，長江對兩湖(鄱陽湖和洞庭湖)的影響遠(yuǎn)大于兩湖對長江的影響，因此江湖關(guān)系調(diào)整下的江湖關(guān)系健康研究的核心是與江湖相互作用的特征水情要素關(guān)聯(lián)的湖泊水安全研究.

傳統(tǒng)湖泊水安全評價(jià)[59]較多考慮湖泊本身的水位、流量等特征指標(biāo)，較少考慮水環(huán)境和水生態(tài)指標(biāo)，更沒有涉及這些水安全指標(biāo)與相關(guān)水情要素變化的關(guān)聯(lián).江湖相互作用的水情要素變化，是連接湖泊水安全與江湖關(guān)系的紐帶，直接控制通江湖泊水安全情勢.目前已有的研究，在關(guān)注湖泊高水位特征的湖泊防洪安全[60-61]、關(guān)注湖泊低水位特征的湖泊水資源供給安全[42，54]兩個(gè)方面雖有所涉及，但是在湖泊防洪及水資源供給安全等級劃分標(biāo)準(zhǔn)及閾值確定方面尚缺乏深入的研究.

就湖泊水環(huán)境和水生態(tài)安全評價(jià)方面，長江中游兩湖復(fù)雜湖泊水文水動力條件與水環(huán)境、水生態(tài)的關(guān)系研究尚未開展.其他區(qū)域的研究表明，湖泊水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)[62-64]和營養(yǎng)鹽滯留系數(shù)[65-66]是受水文情勢和水動力學(xué)條件影響的、反映湖泊水體富營養(yǎng)化的重要指標(biāo).湖泊水生態(tài)安全包括湖泊洲灘濕地生態(tài)與水域生態(tài)安全兩個(gè)方面.湖泊洲灘濕地植被分布面積、地表植物生物量和植物多樣性指數(shù)是衡量濕地生態(tài)系統(tǒng)狀況的重要指標(biāo)，這些指標(biāo)與湖泊水位的年際、季節(jié)性變動密切相關(guān)[51].硅藻是河湖生態(tài)系統(tǒng)中的優(yōu)勢藻類，已成為水環(huán)境與水生態(tài)監(jiān)測的重要生物指標(biāo)[67-68]，硅藻多樣性指數(shù)受到水動力條件尤其是水體流速的影響[69].上述研究可為長江中游江湖關(guān)系調(diào)整背景下的湖泊水環(huán)境和水生態(tài)安全指標(biāo)體系的構(gòu)建提供借鑒，在水環(huán)境、水生態(tài)安全指標(biāo)與關(guān)鍵水情要素關(guān)系、安全指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)及閾值確定方面需深入探討.

3.5 江湖關(guān)系健康調(diào)控原理和江湖水系重大水利工程一體化優(yōu)化調(diào)度研究

長江中游通江湖泊優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，很大程度上依賴于與長江快速的水體交換和發(fā)育良好的洲灘濕地.江湖關(guān)系變化必然改變湖泊水文、水動力的時(shí)空格局，引起湖泊內(nèi)部污染物質(zhì)的輸移過程和湖泊水環(huán)境容量改變，在特定的條件下可能導(dǎo)致局部水體環(huán)境質(zhì)量惡化、富營養(yǎng)化加重和藻類水華暴發(fā)，同時(shí)這些變化又影響著湖泊濕地植被生長和發(fā)育，反過來改變濕地水動力、水質(zhì)凈化能力和珍稀候鳥棲息地生境等.闡明江湖關(guān)系改變的這些綜合效應(yīng)，必須揭示水沙、污染物質(zhì)與湖泊生物之間的相互影響、相互制約關(guān)系.目前這方面的研究還較薄弱，相關(guān)成果也較為分散，難以為預(yù)測江湖關(guān)系變化帶來的湖泊水文、水環(huán)境和生態(tài)演變提供科學(xué)支撐.深入認(rèn)識江湖關(guān)系變化效應(yīng)，一方面可提出有效措施以應(yīng)對江湖關(guān)系變化帶來的不利影響，實(shí)現(xiàn)江湖兩利目標(biāo)；另一方面，也可更好地預(yù)估引起江湖關(guān)系重大改變的水利工程建設(shè)，如鄱陽湖水利樞紐工程(湖口建閘)、跨流域調(diào)水和水系調(diào)整等對長江中下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響，避免造成失誤.在加快環(huán)鄱陽湖和環(huán)洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)的背景下，中游水環(huán)境和生態(tài)壓力將進(jìn)一步加重，圍繞協(xié)調(diào)重大水利工程影響下江湖水資源、水環(huán)境和生態(tài)關(guān)系問題，特別是像長江中游地區(qū)這樣復(fù)雜龐大的江河關(guān)系的協(xié)調(diào)，目前國內(nèi)外都沒有可以借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)或案例.因此，迫切需要深入開展保障長江中游水安全的重大應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究，以揭示重大水利工程與大型江湖系統(tǒng)相互作用的過程與動力學(xué)機(jī)制，指導(dǎo)實(shí)踐的需求.

當(dāng)前，長江中游通江湖泊面臨前所未有的水安全壓力，重大水利工程具有良好的調(diào)節(jié)水沙能力.充分發(fā)揮現(xiàn)有重大水利工程的效益，將長江三峽水庫與洞庭湖入湖四水和鄱陽湖入湖五河流域大中型水庫納入統(tǒng)一的調(diào)度系統(tǒng)，開展江湖水系重大水利工程一體化優(yōu)化調(diào)度，是改善和維持江湖關(guān)系健康最為經(jīng)濟(jì)、可行的手段.通過重大水利工程聯(lián)調(diào)聯(lián)控一體化調(diào)度改善下游水沙條件和水生態(tài)環(huán)境狀況，正受到各方面的高度重視，也取得了良好的成效.如黃河調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)顯著改善黃河中下游水沙情勢和水資源供給狀況，“引江濟(jì)太”和“引江濟(jì)巢”等調(diào)水沖污實(shí)踐對改善湖泊水環(huán)境和水資源供給狀況發(fā)揮了重要作用.因此，在江湖關(guān)系變化的機(jī)制和效應(yīng)研究基礎(chǔ)上，綜合多學(xué)科知識構(gòu)建大型河湖系統(tǒng)的健康評價(jià)理論與方法，明確水安全要素健康閾值，以此為條件，研究以江湖水系重大水利工程群聯(lián)合調(diào)度為核心的江湖關(guān)系優(yōu)化調(diào)控準(zhǔn)則和方法，是當(dāng)前亟須開展并解決的基礎(chǔ)理論問題.

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