洞庭湖近20年水文情勢特征及變化趨勢

摘要：水文情勢是水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要參考依據(jù)，研究湖泊、河流等水文情勢變化特征可為水域安全管理和生態(tài)系統(tǒng)功能恢復(fù)提供一定科學依據(jù)。利用城陵磯等代表性站點水文數(shù)據(jù)以及Landsat5、8衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，綜合分析了2000—2020年洞庭湖水文情勢變化特征，并從流域?qū)用娣治隽藖硭畬Χ赐ズ那閯葑兓尿?qū)動影響。結(jié)果表明：（1）洞庭湖整體平均水位年際波動較大，同時年內(nèi)水位變化趨勢較為明顯，具有明顯的豐枯水期；（2）洞庭湖最大水域面積減少，但最小水域面積增加；（3）洞庭湖水體有效連通性大幅度下降，W-E方向的連通性提高，而N-S方向的連通性下降；（4）三口（藕池口、松滋口、太平口）水位和流量變化與湖區(qū)整體水文情勢關(guān)系更加密切，其中藕池口對湖區(qū)水文情勢影響最大。

關(guān)鍵詞：水文情勢；水域面積；水文連通性；洞庭湖

中圖分類號：TV11" " " " 文獻標志碼：A" " " " 文章編號：1674-3075（2025）01-0213-12

水文情勢是指河流、湖泊、水庫等自然水體各水文要素隨時空的變化情況，是水體和水安全變化的重要參考依據(jù)（韓忠青等，2024；米國新等，2024；肖洋等，2024）。近幾十年來，受全球氣候變化以及人類活動干預(yù)的影響，全球各地水文情勢發(fā)生劇烈變化，給人類生活以及湖泊生態(tài)質(zhì)量造成了較大影響（Wang et al，2015；Kong et al，2019；Liu et al，2023；Liu et al，2024）。葉周兵等（2024）通過PCR-GLOBWB和LSTM模型模擬鄱陽湖水文情勢的變化，發(fā)現(xiàn)鄱陽湖區(qū)大部分水文站的水位都有顯著下降趨勢，并且人類活動是鄱陽湖水文情勢變化的主要驅(qū)動因素。Huang等（2024）研究發(fā)現(xiàn)，大壩建設(shè)和氣候變化對贛江區(qū)域最大和最小徑流量有完全相反的影響。Wu等（2024a）和Milly等（2008）發(fā)現(xiàn)氣候干旱變化已經(jīng)顯著改變了一些湖泊的水文情勢，尤其是湖泊水環(huán)境與周圍河流以及氣候因子的協(xié)調(diào)平衡關(guān)系。這些研究都進一步證實，長期定量監(jiān)測水域水文情勢，掌握發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律和主要誘因不僅對水域周邊地區(qū)的社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，而且對維護生態(tài)系統(tǒng)的健康也有著重要作用。

水文情勢的表現(xiàn)形式主要包括水位、水域面積和水文連通性等指標。水位表示水面離河底的距離，其與水量、流速密切相關(guān)。水域面積表示水體分布的范圍，其與淹水時間以及動植物的生境范圍有著密切聯(lián)系。而實際上水文情勢是一個多維復(fù)雜的概念，傳統(tǒng)水文情勢主要由水位和水域面積等指標表示，這會造成一定的信息缺失。近年來水文連通性被看作是水文情勢另一個重要的參考指標（Trigg et al，2013；陳莉等，2023；曾冰茹等，2023）。水文連通性被定義為水文循環(huán)要素內(nèi)部或之間的物質(zhì)、能量或生物體的水介導轉(zhuǎn)移，對于促進自然水系統(tǒng)的形成、發(fā)展和穩(wěn)定以及生物多樣性的保護至關(guān)重要（Pringle，2001；陳莉等，2023；洪杉杉等，2024）。水文連通性是一種特殊的景觀連通性，不同干濕屬性的斑塊之間存在的邊緣效應(yīng)可以更好地表達水體與非水體之間的聯(lián)系。但水文連通性作為大尺度空間上所量化的指標較難長時間定量監(jiān)測。21世紀以來，遙感和計算機軟件模型的快速崛起為這一理論提供了可行性便捷方案。Landsat系列衛(wèi)星提供了米級分辨率長時間序列遙感影像數(shù)據(jù)，對于監(jiān)測區(qū)域尺度水體變化情況提供了較高精度的數(shù)據(jù)支持。由Tan等（2021）開發(fā)的CAST模型基于地理統(tǒng)計分析方法量化了指定距離方向每個像素之間的連接概率，并能夠表征連接對象的時空模式，可以高效快捷地在區(qū)域尺度上計算水文連通性。但當前關(guān)于水文情勢的研究主要集中于分析工程、氣候變化對水位、水量的影響（Li et al，2015；Pal amp; Sarda，2020；Kundu et al，2022），缺乏長時間序列下對多種水文情勢指標的綜合對比。因此，采用多維科學的指標表示整體水文情勢的變化規(guī)律是未來支持高質(zhì)量、精準治理和改善水環(huán)境質(zhì)量的重要科學指導依據(jù)。

洞庭湖是中國第二大淡水湖，是長江中下游重要的通江湖泊，同時也是全球200個重點保護生態(tài)區(qū)之一（Olson amp; Dinerstein，1998；Geng et al，2021；2022）。作為一個典型的洪泛區(qū)湖泊，其水文情勢錯綜復(fù)雜且具有明顯的豐枯季節(jié)性變化。洞庭湖主要從太平口、松滋口、藕池口、湘江、資江、沅江、澧水等入水口補水，7個入水口的水源在洞庭湖內(nèi)進行復(fù)雜的交錯后由東北角城陵磯流入長江。最近的研究表明，洞庭湖與長江之間的水文過程在自然和人類活動的雙重作用下不斷調(diào)整（Luque et al，2013；匡燕鵡和馬忠紅，2024）。同時，2003年三峽大壩的啟用對洞庭湖水文情勢也有著重要影響，導致湖水狀況發(fā)生明顯變化（Huang amp; Wang，2016；Geng et al，2023）。本文采用2000—2020年城陵磯等多個水文站水位數(shù)據(jù)以及Landsat5、8衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)從多方面綜合分析近20年洞庭湖整體水文情勢的變化，并利用隨機森林模型分析洞庭湖7個入水口來水差異對湖區(qū)水文情勢變化的影響，旨在為洞庭湖水域安全管理和生態(tài)系統(tǒng)功能恢復(fù)提供科學依據(jù)。

1" " 材料與方法

1.1" "研究區(qū)概況

洞庭湖位于湖南省北部長江荊江南岸，是中國第二大淡水湖。洞庭湖大致位于28.7°～29.6° N和111.8°～113.2° E，屬于亞熱帶氣候區(qū)（圖1）。該區(qū)域降水集中，氣候溫暖，光照充足，年平均氣溫約在8～17 ℃（Wan et al，2020a）。洞庭湖承接長江松滋、太平、藕池、調(diào)弦（1958年堵閉）“四口”分流和湘、資、沅、澧“四水”來水，調(diào)蓄長江流域近30%的水量。洞庭湖獨特的地理位置和氣候條件使得該區(qū)域水文情勢復(fù)雜多變，水位和水域面積變化幅度較大。

1.2" "數(shù)據(jù)來源

洞庭湖1：100萬矢量邊界數(shù)據(jù)來源于國家科技基礎(chǔ)條件平臺——國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心（http：//www.geodata.cn）。2000—2020年城陵磯等水文站點每日水位、流量數(shù)據(jù)來源于湖南省水文水資源勘測中心（表1）。所有水文站點覆蓋了洞庭湖不同區(qū)域的水文特征（圖1），并涵蓋了洞庭湖“三口四水”的所有來水特征。其中，城陵磯位于洞庭湖東北角，是洞庭湖唯一的出水口，被廣泛應(yīng)用于表示洞庭湖整體水文變化（董世杰等，2024）。本研究從中國科學院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http：//www.gscloud.cn）獲取了Landsat5、8總計8張影像（2000—2005、2006—2010、2011—2015、2016—2020），原始影像數(shù)據(jù)來自于美國地質(zhì)勘探局（USGS），空間分辨率為30 m（https：//earthexploree.Usgs.gov）。

1.3" "水位數(shù)據(jù)

本研究將獲取到的2000—2020年城陵磯每日水位數(shù)據(jù)累加除以該年天數(shù)作為該年份的平均水位。將各年每月水位累加取平均作為近20年內(nèi)的月平均水位。

1.4" "遙感數(shù)據(jù)

本研究將遙感影像劃分為2000—2005、2006—2010、2011—2015、2016—2020等4個時期。每個時期依據(jù)最高和最低水位的時間選取云量低于20%的影像，人工篩選出受云霧干擾最小的影像拼接作為該時期的原始影像（表2）。由于Landsat衛(wèi)星30 m空間分辨率的影像為16 d間隔，且大多影像受云霧干擾較為嚴重，很難保證在每年水位最高或最低時都有不受云霧干擾的影像。因此本研究以5年時間為間隔，選取5年內(nèi)水位最高和最低的時間匹配該時間的影像數(shù)據(jù)。本文研究不涉及連續(xù)的水域面積變化，只統(tǒng)計最大和最小水域面積的變化趨勢。隨后對影像進行輻射、正射校正。利用綠、紅外波段計算歸一化水指數(shù)（normalized difference water index，NDWI），如果NDWI大于0.2歸于水體，其他歸為非水體。

隨后對影像進行處理：第一部分把提取的水體影像采用GCS_WGS_1984地理坐標系（空間分辨率約為30 m）進行統(tǒng)一，用于在空間上分析水體面積變化；第二部分把提取的水體影像采用WGS_1984_UTM_Zone_50N投影坐標系進行統(tǒng)一，并基于最鄰近法重采樣到100 m，用于計算水文連通性。

1.5" "水文連通性

本研究采用CAST 1.4模型計算水文連通性（Li et al，2019；Tan et al，2019）。CAST模型主要通過干濕單元的連續(xù)性來評價水文連通性，通過連接對象（CONNOB）和連通性函數(shù)（connectivity function，F(xiàn)C）2方面來表示。CONNOB定義為具有相同屬性的有效像素群。如果CONNOB的屬性滿足特定物種的要求，則CONNOB是指一個合適的棲息地（斑塊、像元等），其中所有像元都被認為是相連的，不同屬性的CONNOB之間沒有有效連接。FC量化了湖泊與其洪泛區(qū)之間在水平和垂直方向上形成的地表水文聯(lián)系的概率，并能夠描述水體流動過程中發(fā)生的過渡和阻斷情況。在數(shù)學意義上，F(xiàn)C表示沿給定方向n個點的值都高于閾值z的概率（Pr）（Tan et al，2021）：

式中：[Iuj;zc]為判斷位置[uj]處的變量Z[（uj）]是否超過閾值[zc]的指標。如果Z[（uj）]gt;[zc]，則[Iuj;zc]=1，否則為0。從起始位置[u1]開始對計算域內(nèi)所有的位置進行估計。計算域的空間熵越高，隨著n的增加[FCn;zc]接近0的速度越快。

1.6" "隨機森林模型

本文使用隨機森林回歸分析評估洞庭湖7個入水口水位、流量變化與湖區(qū)整體水文情勢之間的相對關(guān)系。隨機森林模型可以在確定類別時評估輸入變量的重要性。本文把所有年份70%的數(shù)據(jù)劃分為訓練集，30%劃分為測試集，模型的準確性由最終預(yù)測值和訓練樣本的實際值之間的相關(guān)度（R2）決定。觀測值和預(yù)測值之間的均方誤差（%IncMSE）的增加用于指示每個預(yù)測變量的重要性。模型中每棵樹單獨計算度量，然后在整個集合上取平均值，除以整個集合的標準偏差。

本研究所建立的隨機森林模型因變量為洞庭湖整體的水位和流量，自變量為洞庭湖7個入水口的水位和流量。在表示水文情勢變化的指標中，水域面積、水文連通性的變化本質(zhì)上都是由水位和流量所驅(qū)動的，同時由于遙感數(shù)據(jù)與水文站點數(shù)據(jù)的尺度問題，無法衡量洞庭湖入水口水位、流量變化對湖區(qū)水文連通性的影響，因此本文采用水文站點的水位和流量數(shù)據(jù)來分析洞庭湖入水口來水差異對湖區(qū)水文情勢變化的影響。

1.7" "數(shù)據(jù)分析

本研究采用線性和非線性擬合的方法分析洞庭湖年際和年內(nèi)平均水位的變化趨勢。利用MATLAB處理水域面積的變化，用1、0和-1分別表示水體面積增加、不變和減少的像元。本研究所有的數(shù)據(jù)處理工作在MATLAB、ArcMap和ENVI上進行，所有數(shù)據(jù)分析工作在Origin和SPSS上進行。

2" "結(jié)果與分析

2.1" "水位變化情勢

洞庭湖整體平均水位年際變化波動較大（圖2a）。在2002、2005、2012、2016年平均水位顯著高于整體平均水平，2006、2011年顯著低于整體平均水平。就年內(nèi)水位變化而言，洞庭湖整體變化趨勢呈單峰狀態(tài)，具有明顯的豐枯水期，6、7月的平均水位顯著高于其他月份，并且在7月達到峰值（圖2b）。年內(nèi)月平均水位變化最大可達約7.71 m。

2.2" "最大、最小水體面積變化情勢

2000—2020年洞庭湖最大水域面積整體呈現(xiàn)減少趨勢，縮減了約99.70 km2，其中2011—2020年洞庭湖最大水域面積表現(xiàn)為增加趨勢。2000—2020年洞庭湖最小水域面積整體呈增加趨勢，增加了約188.85 km2（圖3）。

2.3" "水文連通性變化情勢

洞庭湖在不同水域面積下的最大CONNOB面積表現(xiàn)出較大的空間異質(zhì)性（圖4）。水體面積的下降造成了水文連通性的大幅度下降，斑塊破碎程度增加，斑塊邊緣效應(yīng)增強。其中2000—2010年洞庭湖最大CONNOB面積從最大水域面積下的2 055.17 km2縮減到最小水域面積下的257.85 km2，2011—2020年從2 039.62 km2縮減到382.44 km2，縮減程度分別為1 797.32 km2和1 657.18 km2，占比分別為87.45%和81.25%。同時無效連通體（即與水域之間無任何物質(zhì)和能量傳遞的可能，圖4中白色區(qū)域部分）大幅增加，進一步阻斷了枯水期洞庭湖各區(qū)域之間的物質(zhì)和營養(yǎng)元素交換和傳輸。

洞庭湖整體FC在不同方向上分布規(guī)律相似。在自西向東（W-E）和自北向南（N-S）2個方向，均會在特定距離上出現(xiàn)明顯的連通隔斷點，阻礙整體的水文連通性（圖5）。就2個時期對比而言，2011—2020年W-E方向上的連通性概率要高于2000—2010年，但N-S方向要低于2000—2010年。W-E方向上2011—2020年和2000—2010年平均連通性概率分別為0.52和0.43，漲幅為0.09，占比17.31%。N-S方向上2011—2020年和2000—2010年平均連通性概率分別為0.47和0.50，減幅為0.03，占比6%（圖6）。

2.4" "入水口來水差異對湖區(qū)水文情勢變化的影響

本研究所建立的隨機森林模型最終預(yù)測值和訓練樣本的實際值之間具有較高的相關(guān)性（R2=0.89、R2=0.86），判別結(jié)果具有一定的可信度（圖7）。近20年來洞庭湖7個入水口（三口四水）對湖區(qū)整體水文情勢變化具有不同程度的貢獻，其中藕池口的水位（%IncMSE=14.11）和流量（%IncMSE=14.31）變化是洞庭湖整體水文情勢變化的最大驅(qū)動力（圖8）。總體而言，三口（藕池口、松滋口、太平口）的水位（%IncMSE=26.01）和流量（%IncMSE=32.97）變化與湖區(qū)整體水文情勢關(guān)系更加密切。這也表明近20年洞庭湖與長江之間江湖關(guān)系的變動是誘導洞庭湖水文情勢變化的主要原因。

3" "討論

3.1" "洞庭湖近20年水文情勢變化趨勢

本研究發(fā)現(xiàn)2000—2020年間洞庭湖整體水文情勢發(fā)生較大變化。就水位而言，近20年洞庭湖平均水位年際波動較大，這表明洞庭湖受氣候變化和人類活動的影響，易出現(xiàn)洪澇和干旱災(zāi)害。這其中包括2006、2011年等特枯年和2002、2016年等特大洪水年（圖2a）。同時，2003年為典型的水位突變年份，這主要是由于2003年三峽大壩的開通所造成的長江中下游水文和水環(huán)境的變化所致。這些結(jié)果與前人研究具有相似性（Mei et al，2015；董世杰等，2024）。三峽大壩的建設(shè)雖然顯著提高了長江流域水資源利用效率，但在蓄水期間，水庫的放水量急劇減少，顯著影響了長江中下游的水環(huán)境，其中包括主河道侵蝕、干流與湖泊之間的水沙交換以及湖泊水文情勢的急劇突變（Gao et al，2014；2017；Zhang et al，2020）。同時，洞庭湖年內(nèi)水位變化趨勢較為明顯，具有明顯的豐枯水期（圖2b），并且在7月水位達到峰值。這是流域氣候變化以及水庫、水利設(shè)施等綜合作用的結(jié)果。降水、干旱（Cheng et al，2016；Li et al，2020）以及三峽大壩等水利工程的調(diào)蓄作用（Huang amp; Wang，2016）共同驅(qū)動著洞庭湖徑流量和湖水水位的變化。

就水體面積變化而言，近20年洞庭湖最大水域面積減少了約99.70 km2（圖3），說明洞庭湖在豐水期蓄水能力以及對于長江中下游水量調(diào)節(jié)功能有所下降，但突發(fā)洪水的概率降低，這與近期采用水文站點數(shù)據(jù)（鄭穎等，2024）和哨兵衛(wèi)星數(shù)據(jù)（宋利娟等，2023）的監(jiān)測結(jié)果一致。自20世紀中后期開始，洞庭湖最大水域面積就在不斷縮減。2003年三峽大壩運行后，洞庭湖與長江之間水位—流量關(guān)系發(fā)生變化，秋季蓄水顯著降低了長江中下游（主要是三口）對洞庭湖的補水量（Gao et al，2013）。這種現(xiàn)象不僅存在于洞庭湖，鄱陽湖等長江中下游通江湖泊的水域面積都受到了相似的影響（Tan et al，2019）。三峽大壩的主要功能之一就是防洪。當長江上游發(fā)生暴雨等極端事件導致水位上漲時，三峽大壩通過調(diào)節(jié)水庫的水位，有效控制長江上游的洪水，減少下游地區(qū)的洪災(zāi)風險（Wan et al，2020a）。同時近20年洞庭湖最小水域面積增加證明了近些年來政府和國家所啟用一系列措施，例如退耕還濕、水系連通工程等取得了明顯效果。最小水域面積增加主要依靠人造水利設(shè)施的季節(jié)性補水，這有助于在枯水期提升洞庭湖整體生態(tài)質(zhì)量以及恢復(fù)水文連通性，確保物質(zhì)和營養(yǎng)元素的均勻分布（姚璐等，2021；劉晉等，2024），同時還有益于干旱時期動植物生境的保護以及農(nóng)田的灌溉。

水體面積下降造成了洞庭湖最大CONNOB面積的大幅度下降，斑塊破碎程度增加，斑塊邊緣效應(yīng)增強（圖4）。水域與周圍地區(qū)連接性不斷破碎所帶來的生態(tài)問題已經(jīng)是全球范圍內(nèi)湖泊水文連通性的一致難題（Karim et al，2015）。一方面，水體連通為洪泛區(qū)提供重要的沉積物分布途徑，為各地區(qū)提供各種營養(yǎng)元素物質(zhì)的傳遞（Mertes et al，1996；Day et al，2008）。在人為和自然的雙重作用下，主河道水源轉(zhuǎn)移和流向變化導致水體連通性大幅下降，加劇了湖泊斑塊的異質(zhì)性（Tockner et al，2000；Pringle，2001）。湖泊斑塊異質(zhì)性增強會導致大多物質(zhì)不能通過水流均勻分布，造成營養(yǎng)物質(zhì)短缺或富營養(yǎng)化等問題。另一方面，關(guān)鍵斑塊（生境）與主河道發(fā)生的破碎分離必將引起動植物多樣性的減少。值得注意的是，邊緣效應(yīng)增強會使原來屬性相同和相近的斑塊產(chǎn)生異質(zhì)性，這會嚴重縮小動植物的最適生境范圍，尤其是候鳥。據(jù)研究顯示，不同種類的候鳥均需要最小棲息地面積（Aharon-Rotman et al，2017）。如果斑塊異質(zhì)性一再增強，候鳥等以湖泊濕地為潛在棲息地的動物生境可能會被永久破壞。

在W-E和N-S 2個方向上，洞庭湖水流均會在特定距離上出現(xiàn)明顯的連通隔斷點，阻礙整體的水文連通性（圖5）。一方面是由于水量或流速過低導致水體不能進一步流通；另一方面，在水流流向上可能出現(xiàn)較大或較高的地形坡度或人為設(shè)施阻斷了主河道在特定方向的進一步流通（Tan et al，2021）。這就需要在特定距離進行人工補水或者改造地形來進一步恢復(fù)主河道的整體連通性。同時，近20年洞庭湖W-E方向的連通性提高而N-S方向的連通性下降（圖6），這與最近相關(guān)研究得出的結(jié)論類似（Li et al，2024）。這表明在現(xiàn)有措施和政策下應(yīng)進一步考慮改善洞庭湖南北方向的水文連通性。

3.2" "洞庭湖水文情勢變化與三口來水密切相關(guān)

近年來洞庭湖水文情勢發(fā)生劇烈變動的誘因被廣泛研究，大部分研究結(jié)果表明人類活動和氣候變化的雙重作用為主要原因。例如Wu等（2024b）通過長時間序列氣候變化研究發(fā)現(xiàn)，降水變化所導致的干旱、潮濕強度變化加劇了流域尺度上的水文問題；Jiang等（2009）通過生態(tài)系統(tǒng)健康模型得出，31%的洞庭湖區(qū)正在遭受較大的人為干擾壓力。這些研究結(jié)果雖然為恢復(fù)洞庭湖生態(tài)功能提供了一定的科學指導，但洞庭湖作為一個典型的通江湖泊，其最大的特點是與長江以及流域水系之間的水過程活動頻繁復(fù)雜（Yu et al，2018）。洞庭湖有7個入水口，并且換水周期僅約18 d，頻繁復(fù)雜的水文條件一直是科學治理的難點。近些年來，越來越多的研究證實洞庭湖入水口水文情勢的變化是湖區(qū)水文、水環(huán)境變化的最主要驅(qū)動因素（Yang et al，2020；申幸志等，2024），本文的研究結(jié)果也支持這一觀點。且在7個入水口中，三口（藕池口、松滋口、太平口）的水位、流量變化在近20年與洞庭湖水文情勢變化聯(lián)系更為密切，其中藕池口最為關(guān)鍵（圖8）。三口分流是洞庭湖與長江之間江湖關(guān)系調(diào)整的重要驅(qū)動因子。三峽大壩蓄水后，三口的流量和水位發(fā)生了明顯變化，導致三口多年平均分流量減少33.87%、分流比降低19.84%，進一步加劇了洞庭湖水文情勢的變化（趙秋湘等，2020）。這些變化是三峽大壩徑流調(diào)節(jié)以及下游河道地形調(diào)整的綜合結(jié)果（朱玲玲等，2014）。三峽大壩蓄水后，荊江河段的沖淤變化導致了洞庭湖區(qū)水位下降，同時削弱了長江與洞庭湖的水力聯(lián)系（渠庚等，2012）。這與尼羅河流域等地的研究結(jié)果不一致，即氣候變化是湖泊等自然水體水文情勢變化的主要驅(qū)動因素（Haddeland et al，2014），原因在于尼羅河流域的自然水體受人類設(shè)施干擾的程度較小，因此湖泊的氣候變化占據(jù)了主導地位。但洞庭湖、鄱陽湖、美國的黃石湖（Pringle，2001）等受人類水利設(shè)施影響較為嚴重，由人類活動所帶來的流域來水變化超過了氣候變化對于水文情勢變化的影響。因此本文研究表明在現(xiàn)有情景下，調(diào)節(jié)藕池口的水位和流量是改善洞庭湖水文情勢或恢復(fù)洞庭湖對長江的調(diào)蓄功能的重中之重。

4" "結(jié)論

本文結(jié)合長時間序列下水文站點以及遙感數(shù)據(jù)綜合分析了洞庭湖近20年水文情勢變化趨勢與流域來水之間的關(guān)系。研究得出：（1）洞庭湖整體平均水位年際波動較大，同時年內(nèi)水位變化趨勢較為明顯，具有明顯的豐枯水期；（2）洞庭湖最大水域面積減少，但最小水域面積增加；（3）洞庭湖水體有效連通性大幅度下降，W-E方向的連通性提高而N-S方向的連通性下降；（4）三口（藕池口、松滋口、太平口）水位和流量變化與湖區(qū)整體水文情勢關(guān)系更加密切，其中藕池口對湖區(qū)水文情勢影響最大，改善洞庭湖水文現(xiàn)狀應(yīng)優(yōu)先調(diào)節(jié)三口尤其是藕池口來水狀況。本文研究結(jié)果可為洞庭湖水域安全管理和生態(tài)系統(tǒng)功能恢復(fù)提供一定的科學依據(jù)。

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Hydrological Characteristics and Trends of Dongting Lake over the Last 20 Years

Abstract：The hydrological regime plays an important role in determining the quality of aquatic ecosystems. Studying the hydrological changes in lakes， rivers and other water bodies provides a scientific basis for water safety management and ecological restoration. In this study， we analyzed change in the hydrological regime of Dongting Lake from 2000 to 2020 and explored the effect of inflowing water on changes in hydrology using random forest regression. The study was based on hydrological data from 8 representative stations （Chenglingji， Yingtian， Nanzui， Yangliutan， Taoyuan， Mituosi， Shadaoguan， Kangjiagang） and Landsat 5 and 8 satellite remote sensing data. Results show： （1） In the past 20 years， the annual average water level of Dongting Lake fluctuated widely， with water levels in 2002， 2005， 2012 and 2016 significantly higher than the average， and levels in 2006 and 2011 significantly lower than the average. The changes in water level within a year were more regular， displaying a single peak and distinct levels in the wet and dry periods. （2） The maximum annual water area of Dongting Lake decreased by 99.70 km2 from 2000 to 2020， but the minimum water area increased by 188.85 km2. （3） The effective connectivity of the water surface of Dongting Lake decreased significantly over the past 20 years. In general， connectivity increased along the west-east axis and decreased along the north-south axis. （4） Changes in water level were closely related with flow rates of the three major inlets （Ouchikou， Songzikou， and Taipingkou） and closely related to the overall hydrological regime of Dongting Lake， with Ouchikou having the largest impact.

Key words： hydrological regime; water area; hydrological connectivity; Dongting Lake