环境科学学报  2015, Vol. 35 Issue (5): 1265-1273
鄱阳湖发展演变及江湖关系变化影响    [PDF全文]
刘志刚1 , 倪兆奎2, 3, 4    
1. 江西省环境保护科学研究院, 南昌 330039;
2. 中国环境科学研究院 环境基准与风险评估国家重点实验室, 北京 100012;
3. 中国环境科学研究院湖泊创新基地 国家环境保护湖泊污染控制重点实验室, 北京 100012;
4. 洞庭湖生态观测研究站, 岳阳 414000
摘要:鄱阳湖为长江流域最大的通江湖泊,江湖关系独特.现代鄱阳湖的形成及其演变是多种因素长期综合作用与发展的结果,且经历了几个不同的阶段.各种影响因素在鄱阳湖演变的不同阶段所发挥的作用也不尽相同.自然因素的影响过程较为缓慢,而人为因素的作用则较为明显,也更为直接.随着湖区人类社会经济的发展,人类对鄱阳湖的依存大大凸显其生态系统的重要性、脆弱性和敏感性.这必将对湖泊的演化,尤其是对冲积平原浅水湖泊的演变发挥决定性作用.特别是近年来面临着江湖关系、河湖关系和人湖关系的改变所带来的重大影响,未来鄱阳湖的发展和演变存在诸多变数和不确定性,面临着许多挑战.科学认识和预测江湖关系变化趋势及其对鄱阳湖的影响,并提出应对鄱阳湖演变与发展对策,对保障鄱阳湖生态安全尤为重要和迫切.
关键词鄱阳湖    江湖关系    演变    影响因素    
The rules and the effects of varing river-lake relationships on the evolution of Poyang Lake
LIU Zhigang1 , NI Zhaokui2, 3, 4    
1. Jiangxi Academy of Environmental Sciences, Nanchang 330039;
2. State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012;
3. State Environmental Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control, Research Center of Lake Eco-environment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012;
4. Dongting Lake Ecological Observation and Research Station (DEORS), Yueyang 414000
Abstract: Poyang Lake is the largest river-connected lake along the Yangtze River basin, with a unique river-lake relationship. Formation and evolution of the modern Poyang Lake is the result of long-term interaction and development of multi-factors, which has undergone several different phases. These factors played the distinct roles in the different phases of the evolution, in the process of which which the natrual effect comes slowly, while anthropogenic effect appears faster and more directly. With the social-economic development around the lake area, human dependence highlights the importance, vulnerability and susceptibility of Poyang Lake ecosystem. This dependence surely will detrimentally take the effect on the course of lake evolution, especially to the shallow lakes in alluvial plains. It's worth noting that the significant impacts of the alteration of river-lake and human-lake relationships will bring more variables and uncertainties on the evolution of Poyang Lake in the future. To guarantee the Poyang Lake's eco-safety, it's particularly important and urgent to understand and predict the changing tendences of river-lake relationship scientifically and to propose countmeasures.
Key words: Poyang Lake    the river-lake relationship    evolution    influence factors    
1 鄱阳湖的形成及自然演变 (Formation and natural evolution of Poyang Lake) 1.1 鄱阳湖的形成

鄱阳湖的形成经历了湖盆与水体两大要素的形成与发育,是多因素综合作用的结果.其中湖盆的形成主要与构造运动有关;而水域形成则是流域降水和江湖关系共同作用的结果.流域丰沛的降水及径流保证了鄱阳湖的积水和冲淤条件,长江水位变化引起的顶托作用,导致湖区泄水量、速率与水位变化,增减湖滩淹没和泥沙淤积,从而导致湖泊容积变化.各湖泊流域江河汇水量变化与泄洪能力变化共同导致湖区洪水位变化和湖盆水面年内季节性变化和周期性年际变化(苏守德,1992).

1.2 鄱阳湖自然演变

1)构造运动

关于鄱阳湖成因和成湖年代的论述颇多,有学者认为,鄱阳湖“属新构造断陷湖泊,产生于第四纪初”(黄第藩等,1965).也有学者认为“鄱阳湖属新构造断陷湖泊”,并较详细地论述了鄱阳湖的成因和演化过程,是鄱阳湖成因的权威之说(谭其骧和张修桂,1982).此外,黄旭初和朱宏富(1983)在论述鄱阳湖地区自然地理特色和地质构造发展过程时,指出鄱阳湖的形成主要是构造因素,尤其是历史时期的一系列地震事件,加之全新世海侵等作用共同作用而形成.罗开富(1983)则认为,长江中下游紧靠江边的湖泊,包括洞庭湖、鄱阳湖和皖中湖群都是长江天然堤截蓄入江支流所致,属天然堤的伴生湖.杨达源(1986)认为是末次冰期以来,长江中下游水位上升才导致湖盆洼地积水成湖.也有研究认为鄱阳湖湖盆的形成是以构造因素为主,水域的形成是中、上游五河来水在与下泄长江水量吞吐平衡中积水成湖(“鄱阳湖研究”编委会,1988).姜家虎等(2009)则认为,第四系初形成的应该是鄱阳湖盆地,而不是鄱阳湖本身.鄱阳湖形成的直接原因是长江主泓道的南徙以及梅家洲的形成和伸展.

2)水沙作用

据统计,鄱阳湖多年平均年总入湖沙量1862万t,其中,“五河”1375×104 t,占比73%;湖区为330×104 t,占比17%.;长江倒灌入湖沙量年平均值为157×104 t,占比8%.;湖口站多年平均出湖沙量998×104 t.从出入湖沙量来看,鄱阳湖仍处于淤积状态,年平均泥沙淤积量为862×104 t.从出入湖沙量的年际分布来看,鄱阳湖出入湖沙量总体呈现减少趋势.1963年前,出湖沙量年均值为1300×104 t,1963年后含沙量明显减小,减至约960×104 t,1988年后含沙量再次明显减小,减至约720×104 t;2001年后含沙量则明显增加,增加到了约1500×104 t.2001年后鄱阳湖出湖沙量大于入湖沙量,表现为净冲刷,年净冲刷量在700×104 t左右.(鄱阳湖水利枢纽“六大课题”研究组,2011).

江湖间的水沙运动及泥沙淤积是鄱阳湖发育、发展和演变的重要过程.鄱阳湖作为长江中下游平原吞吐型湖泊,上与“五河”相连,下与长江贯通,为入湖水系携带的泥沙提供了一个适宜的沉积环境.鄱阳湖泥沙监测表明,现代鄱阳湖的淤积并非均匀发展的,其与入湖河流的输沙量、各河口位置、水道走向和地形、水体流速、水域面积,以及湖区各地段的微地貌特征及植被等因素密切相关.其影响因素多样复杂.可以说,鄱阳湖泥沙的淤积是江湖关系共同作用的结果.鄱阳湖泥沙淤积主要集中在各入湖大河的入湖河口处,而在湖体开阔区,淤积甚微.由于赣江三角洲面积最大,发育最快,平均年淤速25 mm;饶河三角洲淤速最慢,年平均约3.0 mm;修河、信江三角洲淤速介于赣江、饶河之间.抚河改道后,大量泥沙淤于青岚湖,到1984年,已平均淤高1.79 m,每年约69 mm,沙洲每年向下推进约10 m(刘信中等,2006).

3)气候变化作用

气候变化对通江湖泊演变的影响机理较为复杂且影响过程漫长.首先是通过影响全球降水进而影响海平面的变化,从而进一步影响长江沿程湖泊的演化与发展.据杨达源等(2000)的研究,在第四纪盛冰期低海面时期,世界海平面约低于现今海平面100~130 m,由此引起长江中下游干流深切,水位大幅度下降,曾导致沿江湖泊蓄水外泄而使湖盆洼地成为河网洼地.冰期以后,气候回暖,至全新世中期,长江中下游地区气温上升,降水大量增加.导致河漫滩发育,副热带森林茂密.因海平面增高顶托长江泄水,而长江水位增高又顶托入江支流,使得地面排水不畅,洪水泛滥,长江两岸湖沼发育.因此,认为先秦时期江汉平原上广袤的云梦泽,以及九江黄梅宽谷带河湖不分的水域,均与当时的潮湿气候有关.而云梦泽的消亡与九江黄梅宽谷带湖泊与长江的分离,与西晋至南宋期间气候转为干燥,有一定的关系(史小丽和秦伯强,2007).

最新气候研究成果表明,1959—2008年50年间鄱阳湖流域平均气温为17.9 ℃,呈波动上升趋势,约上升了0.65 ℃,其中冬季、春季变暖显著.1996年以来升温趋势更加明显,升温率达0.58 ℃/10a,1998—2008年流域气温明显偏高.1959—2008年鄱阳湖流域年降水量呈略增多趋势,变化趋势不显著,多年平均降水量为1632 mm.其中流域汛期降水量多年平均值约为743 mm,约占全年降水量的46%.1959—2008年鄱阳湖流域年平均降水日数变化总体趋势不明显,但2002年以来降水日数明显减少,同期年降水量暴雨日数呈略增趋势,区域性暴雨频次、特大暴雨频次均呈明显增加趋势.而小雨、中雨日数呈明显减小趋势,这说明流域降水集中度在增加.对未来气候变化预估表明,2011—2050年鄱阳湖流域年平均温度将降不同幅度升高,其中3种排放情景下2050年相对于2011年将分别升温约0.8、1.6、1.1 ℃.未来降水均为年际波动,但变化趋势不明显(殷剑敏等,2011).

综上所述,在构造运动、气候条件等基本稳定或变化不明显的情况下,湖泊的自然演变主要取决于长江水位的高低、“五河”来水与来沙及淤积,即主要受江湖(包括河湖)水沙关系作用的影响.

2 人类活动对鄱阳湖发展演变的影响 (Impact of human activities on the evolution of Poyang Lake)

长江中下游众多湖泊皆是发育在冲积平原地区,这些湖泊在长期的自然演变过程中使湖泊滩地广为发育.广袤的滩地,地势坦荡,土层深厚,土质肥沃,是良好的土地资源.加之该地区气候温暖湿润,光、热条件充裕,水系发达.因而为开发湖泊滩涂创造了十分有利的自然条件和得天独厚的资源优势.此外,这一地区内河航运条件便利,为人口聚集和生存繁衍,以及社会发展提供优越自然条件.

据史料记载,自西晋末期之后,迄至宋、元,中国北方因多战乱,历史上出现过3次北方人口大规模南迁的高潮.每次人口大规模南迁持续的时间都在百年以上,且都以长江流域为主要迁入地.使得长江流域及沿江湖区人口骤增,也极大地推动和促进了长江流域湖区的经济社会的发展和湖区的开发.伴随历史上几次人口的大规模南迁,鄱阳湖区成为当时江西境内社会经济发展最快、发展最早的地区.据许怀林(1990)的考证,人口倍增的趋势表现是湖区人口占全省人口总数的比重逐渐上升,由洪武廿四年的1234300人(占江西省人口的13.7%),到乾隆四十七年为3064302人(占江西省人口的17.4%),再到咸丰元年达到6242493人(占江西省人口26.1%).湖区人口的增加和聚集促使人们需要开垦更多的耕地、建设更多的村庄和集镇,同时还要筑堤防洪.围湖造田、筑堤防洪成为很长一段时间人们对包括鄱阳湖在内的长江中下游湖泊的主要开发利用方式.明代江西是全国粮食输出的主要地区,属全国八个漕粮输出省份之一(昌庆钟和刘义程,1998).

长江中下游湖区已成为人类聚集、繁衍及社会发展的重要区域.一方面人类对湖区的开发利用及依赖程度日趋增强,同时受到江湖水患威胁加重.另一方面人为活动对鄱阳湖演变的作用也越来越明显.并且逐步成为影响沿江湖泊演变和发展的主导因素.

2.1 围湖造田

随着沿江湖区人口增加,“人地”矛盾日益突出. 作为解决国计民生的手段,历代统治阶层都将注意力集中在了对土地的垦辟上.据史料记载,鄱阳湖围垦从宋代才逐渐兴起,及至明清时代,湖区筑堤建圩活动迅速扩张.

围垦不仅改变了滨湖区土地利用方式,直接改变了滩涂草洲的功能.更重要的是围垦改变了湖盆的形态.天然的湖岸由于修建圩堤,岸线而被“裁弯取直”,湖盆的天然容积被人为缩小.从而影响了湖区的水文情势,以及湖区泥沙淤积速率和程度.此外,围垦还加快了湖区人口的聚集.为抵御洪涝等自然灾害,使得所修建圩堤的防洪标准也越来越高.

2.2 修建防洪工程

“自然灾害”是人类依赖的自然界中所发生的异常现象,主要是指针对人类社会所造成的危害.自然灾害发生的频繁程度在某种意义上说明湖区人类对自然的依赖程度、人类与自然相互的作用程度,以及湖区社会经济的发展水平.历史上长江流域人类所面临的主要自然灾害为水灾(包括洪、涝、旱灾等).但通过对相关资料(《江西省水利志》1995年版)统计分析得知,东晋至北宋这长达579年的时间里,鄱阳湖区发生水灾的年份仅有23次,且没有特大水灾,水灾发生频率是21.57年1次.自北宋至南宋的311年中,水灾年上升为67次,特大水灾年开始出现,水灾频率是4.64年1次,比前一阶段缩短了16.83年.南宋到元代97年中水灾年有30次,水灾频率为3.23年1次,比前一时期缩短了1.41年.明代至清代的276年中水灾年有167次,水灾频率为1.67年1次,比前一时期缩短了1.56年.清代至民国的268年内,水灾年为227次,水灾频率为1.18年1次,比前一历史时期缩短了0.49年.

鄱阳湖区历史上人类与自然灾害抗争主要对象是洪涝灾害,而修建以圩堤为主的水利工程又是抵御水灾的重要措施和手段.古代鄱阳湖区水利工程包括堤防、疏浚、浚塘,以及简单的闸门控水等工程,但工程的防洪标准及工程等级普遍较低.在“兴建-被毁(损)-加固(重建)”的过程中循环往复.随着生产力水平的提高,湖区圩堤等防洪工程越建(修)等级及标准越高.使得湖泊天然调蓄洪水能力降低.防洪工程的修建除改变湖盆形态外,还使得湖区(尤其是尾闾区)的河网水系结构、湿地结构及年内各水期的水文情势发生重大改变. 闵骞等(1992)研究认为,近500年以来鄱阳湖较大洪水有逐渐增多的趋势,倾向率约平均每100年增加0.42个较大洪水年.由近100年(1590—1989年)洪水位上升速度与较大洪水年增加速度的关系,推断鄱阳湖近500年内洪水位的上升速度约为0.48 m/100 a,500年内湖面大约抬升了2.4 m左右.这与其他学者用地质学方法推得的结果相近.鄱阳湖洪水位抬高、大洪水次数增多的主要原因在于长江沿岸及本流域工程防洪措施不断加强(如湖泊围控、圩堤加高加固等)(万荣荣等,2014).

2.3 长江中下游围湖工程

近几十年来,受人多地少和对湖泊功能认识不足等因素影响,导致湖泊被大量不合理围垦,造成湖泊面积急剧减少.据不完全统计,1940s末以来,长江大通以上中下游地区有1/3以上的湖泊面积被围垦,围垦总面积超过13000 km2,这一数字约相当于目前五大淡水湖面积总和的1.3倍,因围垦而消亡湖泊达1000余个(杨桂山等,2010).长江中下游通江湖泊由102个减少至如今的2个(洞庭湖和鄱阳湖),而其面积还在持续萎缩.长江通江湖泊的减少,使得长江天然调蓄容积缩小,直接导致湖泊洪水调蓄功能下降,改变了长江流域的原有的江湖关系,长江的顶托倒灌作用增强,在相当程度上引发了江湖洪水位的不断升高,鄱阳湖、洞庭湖等仅存的少数通江湖泊调蓄洪压力加大.

2.4 采砂活动

鄱阳湖采砂开始于20世纪80年代,到80年代后期采砂规模逐渐扩大.进入90年代后,特别是2001年2月以来,由于长江中下游河道禁止采砂,在巨大经济利益的驱使下,大量的采砂船涌入鄱阳湖,造成了乱采滥挖的混乱局面.

此外,湖区采砂船舶的功率也变得越来越大,由以前的主要是小型链斗式挖砂船为主,发展到目前大功率的采砂船数量竟达几百条之多.鄱阳湖的采砂量尚无官方明确的统计数据,据估算约为1亿t左右(体积大约6000~7000万m3).大型采砂船一次采砂作业可将水深二、三十米、半径达五、六十米范围里的砂石以及底栖动物、湖草等一吸而尽,作业区可形成将近百米的大坑,造成湖盆局部形态的改变,导致作业区附近草洲大面积坍塌,有的草洲坍塌的岸线竟长达几公里.采砂活动已使鄱阳湖老爷庙湖区湖盆出现了明显的深坑,最深处达-20 m,较20世纪末下切了约18 m左右,对局部湖盆形态、生态环境及功能带来了严重的影响.

3 鄱阳湖与长江江湖关系及其变化(River-lake relationship and its changes)

江湖关系主要是指长江与鄱阳湖的关系.江湖关系为连通的江湖水系之间的相互作用,包括河湖水系之间的水量交换、河床湖盆的自然演变及其产生的物质能量交换.江湖关系是一个复合现象,不同通江湖泊的江湖关系具有不同的内涵(闵骞等,1992).

江湖关系是一个有一定规律的自然现象.自现代鄱阳湖形成至今就一直存在.江湖关系也是人类对自然现象的认识和总结,包含了人类社会对这一自然现象的需求和愿望.江湖关系既然包括江湖物质能量的交换作用,它就不是单纯的水文关系,应该包括生态学及生态系统的联系.不同的历史时期人类对江湖关系认识不同,江湖关系所体现的内涵也不尽相同;江湖关系是不断变化的,任何大的自然因素的改变和人为扰动,都会使原有的关系发生改变,而形成新的关系.

3.1 长江洪水倒灌对鄱阳湖的影响分析

湖口是鄱阳湖的唯一出口,也是鄱阳湖水系的区域侵蚀基面,而湖口的水位又主要受到长江水情的控制(黄第藩等,1965).由于湖口基面基岩比较稳定,落差变化不大,无论枯水期或汛期,鄱阳湖水系的外泄过程,都受到长江水位不同程度的顶托作用和影响.随着长江水位的升高,江湖水位比降减小,湖水外泄量亦将减少,“五河”来水则使鄱阳湖水位升高及湖域扩展.而相同长江顶托作用的湖区水位又受到鄱阳湖湖盆形态及容积的作用和影响.根据《鄱阳湖区综合规划报告(水利部长江水利委员会)》(2011),据鄱阳湖湖口水文站1950—2007年共58年资料统计,除1950、1972、1977、1992、1993、1995、1997、1998、1999、2001、2006等11年未出现江水倒灌外,其余47年均出现倒灌,长江倒灌入湖总水量为1393亿m3,平均每年约20.0亿m3.其中最大倒灌流量为13600 m3 · s-1,年最大倒灌水量为1991年的113.9亿m3.江水倒灌一般发生在7—9月(占比92.4%).在发生倒灌的47年间共有712 d出现倒灌.倒灌期间,湖口水位多在19 m以下,19 m以上水位发生倒灌的有1969年等8年,其中最高倒灌水位为21.12 m(1996年).

3.2 长江、鄱阳湖及五河间的相互影响分析

1)长江、鄱阳湖洪水顶托作用

若湖口出流增加10000 m3 · s-1,武穴(湖口上游约78 km)同一水位(16.5~19 m)情况下,武穴过流能力减少9000 m3 · s-1左右;九江(湖口上游约23 km)同一水位(18~20 m)情况下,九江过流能力减少8600~11100 m3 · s-1.若湖口以上长江干流下泄流量一定(40000 m3 · s-1左右),湖口出流增加10000 m3 · s-1,在高水位时,武穴水位抬高1.0~1.2 m,九江水位抬高1.7~2.1 m.在湖口水位不变情况下,武穴及九江下泄流量增加,湖口出流量则相应减少.湖口在较高水位(18m以上)时,九江来水流量增加10000 m3 · s-1,湖口过流能力要减少8000 m3 · s-1左右,当湖口出流不变时,湖口水位要抬高1.3~201 m.

2)鄱阳湖、五河洪水顶托作用

据水利部长江委对鄱阳湖五河尾闾及湖区樵舍、昌邑等水文站水位资料统计分析,鄱阳湖水位对五河尾闾顶托影响范围取决于湖盆水位及湖洪与河洪遭遇情况:当湖区洪水大而五河为一般洪水时,影响范围赣江至丰城、抚河至温家圳、信江至梅港、乐安河至石镇、昌江至古县渡、修河至柘林坝下;当五河洪水大而鄱阳湖洪水一般时,其影响范围赣江下移约66 km至铁桥下、抚河下移约12 km至架桥、信江下移约21 km至大溪渡、乐安河至石镇下游200 m、昌江至古县渡下游150 m、修河下移约40 km至永修县城附近.

3)鄱阳湖调蓄作用分析

据资料分析,鄱阳湖对五河洪水历年洪峰消减量7940~55100 m3 · s-1,多年平均消减量22300 m3 · s-1,多年平均消减71.2%;对五河最大一次洪水过程,鄱阳湖的调蓄量为11.3~207.2亿m3,多年平均值为92.9亿m3,平均调蓄洪水量百分比为23.3%.据1954—2006年资料统计,在大通总入流中,鄱阳湖与长江干流武汉-大通河槽多年平均削减量为21100 m3 · s-1,平均削减百分比为27.3%;对大通站年最大60 d 洪量对应的一次洪峰调蓄中,鄱阳湖与长江河槽总的调蓄量为20.6~415.8 亿m3,平均189.9亿m3,其中鄱阳湖调蓄量平均为59.6 亿m3,占总调蓄量的31.4%.可见鄱阳湖对“五河”洪水的调蓄作用显著,对长江武汉至八里江江段洪水的调蓄作用也较大.

长期以来,人类对待江湖关系是在“认识-总结-再认识-再总结”过程中提升进步,同时在认识自然的过程中不断地改造自然.在过去相当长的时间里,人类对江湖关系的认识多停留在基于水文参数的分析对洪涝灾害关注和研究方面.而对江湖关系的变化趋势研究的不多.

4 鄱阳湖发展演变的阶段性特征 (Periodical characteristics of evolution of Poyang Lake)

综合分析鄱阳湖的形成、发展及演变过程,以及湖区人类社会发展的历史,可将鄱阳湖的演变大致划分为以下几个时期:第一个时期是以自然条件为主导因素的缓慢变化阶段(湖盆形成至宋代以前),其主要依据是湖盆及积水条件已经形成,人为扰动较弱,湖泊演变以自然因素(如降水、淹没、冲刷、淤积等)作用为主.第二个时期是以自然条件和人类活动相互作用的适度变化阶段(宋代围湖开始至新中国成立前),其主要依据是湖区人口快速增加,人地矛盾日益突出,湖区逐渐形成了以农业为基础的自然-经济-社会体系,人们对江湖关系形成了初步认识,并加以利用,围垦等活动逐年增强,加剧了湖泊的演变.但受认识及生产力水平所限,围湖等工程等级较低,抵御洪、涝的能力较弱,湖区洪涝灾害频发.第三个时期是以人类对江河湖泊开发活动为主导因素的快速变化时期(新中国成立至今),其主要依据是长江中下游已成为我国经济社会发展的重点地区,人类对江湖关系的认识明显提高,对江河湖泊依赖程度加大,以水资源利用、减灾防灾等为主要内容的各类(如防洪、发电、航道、取水、排水等)工程遍布长江中下游流域及湖泊,且工程等级明显提升,工程对水资源的调控能力及标准显著提高.对湖泊演变的作用和影响加大.而这一变化较显著的时期又分为4个阶段.

4.1 新中国成立前的自然演变阶段

该阶段长江流域和“五河”流域尚未进行大规模的水利工程开发,河流的水文情势主要受气候影响为天然状况.长江中下游尚存有天然通江湖泊面积约28895 km2,这些通江湖泊对洪水的调蓄能力较强,长江水位对鄱阳湖的顶托和阻滞作用明显.鄱阳湖水文及淤积过程受长江及“五河”双重影响特征鲜明.本阶段鄱阳湖区围垦已形成规模,围湖为本阶段湖泊演变的标志.据统计,至新中国成立前,鄱阳湖共建有大、小圩子363座,圩区总面积达1580 km2,圩堤长度1391 km,受益农田面积约158万亩.由于湖区社会经济较为落后,又饱受血吸虫病危害,湖区人口仅有约200万.而到20世纪80年代初,鄱阳湖区共建有圩堤560座,堤线总长2318.3 km,保护农田311.4万亩,保护人口350.9万人(鄱阳湖研究”编委会,1988).加之所建圩堤防洪标准低,湖区洪涝灾害频发.该阶段鄱阳湖的主要生态安全问题为湖区受洪涝灾害威胁所引发的农业生产和生活安全问题.

4.2 新中国成立到20世纪80年代的大规模人类干扰阶段

该阶段是人类活动最为突出的时段.首先,对长江中下游通江湖泊实施了大规模的围垦和建闸(控湖),通江湖泊面积从解放初的28859 km2缩减至1972年的7600 km2,缩减了21259 km2.同时,沿江圩堤还增加了几百万千瓦的电排能力,将圩内积水排入长江.使得长江中下游干流河槽过水断面减小,泄流不畅,流量增加,水位升高.水文情势较之前发生了较大变化,又使得湖口出现高水位的几率增多,长江对鄱阳湖的顶托(倒灌)和阻滞作用明显增强.其次,为贯彻“以粮为纲,全面发展”的方针,湖区围垦活动迅猛,20世纪50年代湖区建圩69座,面积349.9 km2.60年代湖区建大、小圩子141座,面积793.4 km2.70年代湖区建千亩圩区37座,面积211.7 km2.进入80年代,湖区内大规模的建圩活动已基本得到控制,主要进行联圩并垸工程,围垦面积仍增加了40 km2.这一阶段围湖面积达1355 km2.因围垦而损失的湖泊容积约80×108 m3以上,相当于目前鄱阳湖容积的53%(谭其骧和张修桂,1982).第三,期间 鄱阳湖“五河”干流中上游陆续兴建了一些大型水库,包括袁河的江口水库(兴利库容3.4亿m3)、赣江的上犹江水库(兴利库容4.71亿m3)、信江的七一水库(兴利库容1.25亿m3)、修河的柘林水库(兴利库容34.44亿m3)等.河湖关系也发生了一些变化.相比其它因素,长江中下游通江湖泊大范围的控湖成为本阶段影响江湖关系和湖泊演变的重要标志.1982年湖区人口较1949年增加了约292.06万.同时伴随着湖区的围垦活动,人口剧增也成为另一个标志.

由于大面积围垦,鄱阳湖面积、容积急剧减少,鄱阳湖形态参数发生很大变化.高程22 m的湖体水面面积由1954年的4390 km2,减少至1985年的3222 km2,减少了1168 km2,因此,岛屿率增加了0.7%.围垦还使得湖岸线缩短、变直,目前岸线长约1200 km,较1954年减少了849 km.湖泊形态变得较为规则,弯曲系数由9变为6;湖盆形态系数由85变为107.由于湖面变小,流域面积不变,气候条件变化不大,使得湖泊补给系数相对增大,由39增至51,湖泊的调节系数则相应变小,由14.0%变为11.4%.

据统计,由于流域大规模开发建设活动,造成水土流失加剧,20世纪80年代鄱阳湖“五河”除信江外,赣、抚、饶、修四河的年均含沙量分别比50年代上升了30.37%、56.12%、31.11%与2.97%(胡细英,2001).由于鄱阳湖“五河”入湖流速减小,入湖泥沙大量淤积为三角洲,呈扇形扩散.三角洲淤到一定高度后筑堤围垦,堤外继续淤高,使堤外高于堤内,即群众所称的“久圩成塘”.不断再淤积再围垦,并向湖心推进,致使各河入湖口下移.解放后至1984年止的35年内,赣江西支、中支入湖口各下移约7 km,南支下移约12 km,北支下移约11 km(杨达源等,2000).本阶段湖区经济仍以农业为主,工业基础较为落后.但湖区渔业捕捞能力成倍增长,渔船数量从60年代的7000条,猛涨至80年代初的近20000条.该阶段鄱阳湖主要生态安全问题仍为湖区洪涝灾害带来的生产和生活安全,以及对渔业资源的破坏.

4.3 20世纪80年代初至2003年的流域经济快速发展阶段

本阶段人类活动依然活跃.第一,长江中下游沿岸的控湖活动结束,原有的通江湖泊已基本丧失调蓄洪水和天然湿地的功能.长江上游开始规划建设一批大型水利枢纽工程(如葛洲坝枢纽),由于调控能力有限,长江干流的水文情势虽有改变,但总体仍以天然状态(降水、径流)为主,长江对鄱阳湖的顶托和阻滞作用明显.第二,鄱阳湖区围垦基本停止,而转为对圩堤的加固加高,以提高防洪标准.本阶段湖区停止围垦及“98洪水”后湖区实施“退田还湖、平垸行洪”成为影响湖泊演变的重要标志.据统计,鄱阳湖区共单双退圩堤235座,其中单退149座(万亩以上25座、万亩以下124座),双退86座.涉及圩区总面积达747.6 km2,有效蓄洪容积约37.6×108 m3.第三,“五河”干流陆续兴建了一批大型水库,包括赣江的万安水库(兴利库容10.2亿m3)、信江的大坳水库(兴利库容0.77亿m3)、界牌枢纽和抚河的洪门水库(兴利库容3.74亿m3)等.河湖关系进一步发生变化,但仍未对鄱阳湖的水文情势产生明显影响.此外,本阶段鄱阳湖作为重要湿地及越冬候鸟栖息地的地位显著提升,以江西鄱阳湖、南矶湿地国家级自然保护区、都昌候鸟省级自然保护区为代表的一批自然保护区陆续建立.这一时期滨湖地区经济开始由以农业为主逐步向工业转变.区域城镇化进程明显加快.人类对湖泊的依赖程度提高,鄱阳湖生态系统的重要性、敏感性和脆弱性提高.

该阶段湖泊生态安全水平由20世纪80年代初的“很安全”水平急剧下降至“一般安全”水平,并接近“一般”水平(中国环境科学研究院,2012).出现的主要问题是湖泊容积缩小,调蓄洪能力降低,湖区防洪压力大;入湖泥沙量减少,尾闾淤积减弱;入湖污染负荷明显增加,水质下降.

4.4 2003年至今的江湖关系变化影响阶段

该阶段影响湖泊演变的主要因素是以三峡工程等为标志的大型控制性枢纽工程的建成运行,使得长江干流的水文情势及水沙条件发生明显改变.长江对鄱阳湖的顶托和倒灌作用明显减弱,长江河道来沙量大幅减少,河道水位与流量关系发生了改变.江湖关系发生了趋势性变化,表现为鄱阳湖出流加快,枯水期提前、枯水期延长,以及枯水位降低等.这一时段,鄱阳湖“五河”流域也继续兴建大型水库,其中包括赣江干流中游的峡江枢纽(兴利库容2.14亿m3)、抚河干流的中游廖坊水库(兴利库容1.14亿m3)、袁河上游的山口岩水库(兴利库容0.6亿m3)等.该阶段以鄱阳湖生态经济区建设为契机的开发建设活动成为影响湖区演变的又一重要标志.湖区航道整治、沿湖公路及工业园建设,以及大规模无序采砂也成为本时期的典型特征.湖区酷渔滥捕问题依然突出.此外,部分湖区湿地还出现了新的围湖造地.

5 长江与鄱阳湖江湖关系变化对鄱阳湖发展演变的影响 (Influence of the river-lake relation change on evolution of Poyang Lake) 5.1 近期长江与鄱阳湖江湖关系出现的新变化

进入21世纪以来,长江干流来水条件发生较大改变,长江干流普遍发生冲刷,同流量下水位下降,使得长江水位对鄱阳湖的顶托作用减弱,鄱阳湖原来的水量下泄吞吐平衡被打破.导致江湖关系发生了显著的趋势性变化.

2003年以来,鄱阳湖枯水位和特枯水位(星子站8 m以下)时间提前,持续时间延长(见表 1).过去鄱阳湖星子站水位出现低于9~10 m的时间一般出现在12月上、中旬,2006年以后提前到9月底或 10月底;一般枯水期出现提前1个多月.低于10 m的时间2007年长达60 d、2008年为104 d、2009年142 d、2011年达到179 d;星子站低于8 m的特枯水位2007年持续27 d、2008年持续44 d、2009年持续55 d;而最枯的1963年没有出现过,次枯的1978年也仅持续11 d(胡振鹏等,2010).此外,长江上游未来还将陆续兴建的乌东德、白鹤滩等水库的总防洪库容近200亿m3,且水库蓄水时间也大都安排在8、9月份.随着以上水库的建设、运用,鄱阳湖在蓄水期出现水位降低的趋势将更明显,枯水期延长可能会趋势化和常态化.

表1 鄱阳湖枯水期水位情况(吴淞高程) Table 1 Water level of Poyang Lake in low-water stage(Wusong Elevation)
5.2 流域发展给鄱阳湖带来的环境压力

相关研究结果表明,鄱阳湖的发展演变与流域人类活动的关系日趋紧密.人类活动(主要为实施各类开发建设工程及调控水资源)通过改变原有的江湖关系从而对湖泊的生态环境变化产生作用,这种作用不仅是水文情势的改变,更重要的是伴随水文情势的变化产生的物质、能量及生物多样性的改变.其作用和影响是综合的、累积性的,且不断显现,并对湖泊生态环境产生了压力,同时导致湖泊生态功能退化,生态健康和安全受到一定影响,鄱阳湖近20年来的影响及变化尤为凸显.

自20世纪80年代以来,鄱阳湖流域社会经济活动对其生态影响综合评分值保持在60~80分之间,表明存在一定的社会经济压力(中国环境科学研究院,等. 2012).鄱阳湖生态结构尚合理、系统结构尚稳定,水质总体处于Ⅲ~Ⅳ类水质状态.这与湖区及流域社会经济发展水平较为相符.近20年以来,鄱阳湖流域社会经济活动对其生态影响综合评分值总体上呈现缓慢下降的趋势,近几年下降的速率更快,人类活动对鄱阳湖生态的影响有加重的趋势.

1)湿地植被发生的新变化

受江湖关系变化引起的枯水位和特枯水位时间提前,持续时间延长的影响,鄱阳湖出现了退水淹没过程不规则波动.使得鄱阳湖湿地(尤其是一百多个蝶形湖)植被的生长发育出现了一些新的的变化.丰水期维持的时间缩短,水位提前下降,使许多洲滩过早出露,水淹时间大幅缩短.土壤含水量低,不能满足湿地植物的生态需水,湿地植物群落出现矮化,种群数量下降、群落生物量锐减等变化,湿生植物被耐旱植物所取代,挺水植物(芦苇、荻等)分布面积缩小、分布高程下降了(约50~70 cm),大量的中生性草本植物入侵,双子叶植物比重上升,外来入侵种数量明显增加. 鄱阳湖水位偏低,不少洲滩内湖干涸,大量的沉水植物由于长时间出露而死亡,湿生草本植物由于大多以根茎繁殖,尚未能占据该地段,呈现出出露泥滩地的景观.相对脆弱的常见物种,其繁殖体不适应这一水文变化而大量死亡,种群数量下降,成为湖区稀有物种.

湖泊水位降低,沉水植物光合作用加强,氮、磷等营养元素浓度变大,在湖汊、港湾中大面积苦草被竹叶眼子菜所代替.水位提前下降,洲滩提前出露,草洲发育时间相应加长,使草洲向三角洲前缘、向蝶形湖湖心推进,群落生物量有所增加.低水位出现时间早、持续时间长,使得南荻、芦苇和苔草等湿生植物提前成熟、枯黄(胡振鹏等,2010).湿地植被变化对鄱阳湖越冬候鸟及水生动物生境的影响还有待进一步观测.

2)渔业资源衰退,江豚数量锐减

鄱阳湖鱼类种质资源衰退明显.1980年前鄱阳湖拥有鱼类物种122种之多(苏守德,1992),1982—1990年间发现鱼类103种,1997—2000年间发现鱼类共101种,2010年的调查数据表明,鄱阳湖常见鱼类仅为84种,湖区鱼类产卵场数量明显减少.表明鄱阳湖鱼类资源退化趋势明显.鱼类资源量较20世纪80年代以前锐减70%以上.河海洄游性的鳗鲡和长颌鲚等变得罕见.据江西省水产研究所近10年的监测调查,已很难发现鳗鲡成鱼.鲥鱼更是难觅踪迹.与20世纪50年代至80年代相比,目前鄱阳湖渔获物中鲤、鲫鱼和小杂鱼所占比例明显上升,而四大家鱼的比例呈下降趋势,经济价值较高的银鱼等在鄱阳湖成为罕见鱼种.作为外来物种的小龙虾则变为主要渔业产品.通过对近10年的数据分析,鄱阳湖天然总渔获量总体相对稳定,天然渔获总量为2.35×104~3.33×104 t · a-1平均为2.9×104 t · a-1(王圣瑞等,2014),年际间有波动.但相比1990s间的平均4.26×104 t下降显著.而且渔获物以当年繁殖的鱼居多,且呈现个体低龄化、小型化和低质化(鄱阳湖生态安全调查与评估专题课题组,2008).

长江江豚生境受到严重威胁.据中国科学院水生生物研究所在2005至2007年进行的5次鄱阳湖江豚考察的结果分析,其种群数量大约在450头左右,数量比较稳定,只是随着季节的不同,种群数量存在一定的变动.而当时整个长江江豚种群估计也仅为1100头左右.因此,鄱阳湖江豚数量估计超过整个长江江豚种群数量的1/3.统计分析表明,长江江豚种群数量15年左右的时间损失了近1/3,年下降速率超过5%.

3)水质总体较好,局部“水华”问题凸显

目前,鄱阳湖水质总体较好,但呈缓慢下降趋势,特别是2003年以后,水质下降趋势明显.近年来,湖区水体藻类密度大幅增加,夏秋季蓝藻占优势,系统存在发生蓝藻水华风险.且湖区局部水域已偶有水华蓝藻现象.

总之,鄱阳湖流域社会经济活动对其生态影响目前还不十分突出,总体保持较轻影响,但有日益加大的趋势,土地利用、流域水环境质量、入湖河流水环境等需要引起较大的关注(中国环境科学研究院等,2012).

6 结论(Conclusions)

现代鄱阳湖在自然因素及人类活动的共同作用下,经历了湖盆形成、湖盆的积水、江湖关系形成等过程.鄱阳湖的演变作为一个必然趋势,其主要影响因素由以自然因素为主导逐渐向自然与人为因素共同作用,发展到目前以人为因素为主导.其演变进程也由缓慢向适度,以及快速发展.人为因素的作用主要是快速改变了江湖关系,从而加速了湖泊的演变.随着对湖泊依赖程度的加大,鄱阳湖生态系统的重要性、脆弱性和敏感性明显提升.未来鄱阳湖的发展和演变存也在诸多变数和不确定性,人类面临着许多新的挑战.水是生命之源、生产之要、生态之基.湖泊是重要的淡水资源之一,具有十分重要的生态功能.鄱阳湖作为我国最大的淡水湖泊和通江湖泊,其生态安全状况虽然总体处于“安全”水平,但是已经接近“一般安全”水平,下降趋势不容忽视.保护鄱阳湖不仅仅是水质保护和水污染防治,要充分认识湖泊的演变与发展,充分认识“江湖关系”、“人湖关系”.要把鄱阳湖的保护融入到流域和区域社会经济发展中考虑.尤其要解决好“人湖”关系,科学认识、评价和调控湖泊的演变与发展,构建江湖关系和湖泊演变的评价指标体系.以环境承载力为依据,实现“人湖”和谐.

致谢(Acknowledgements): 感谢江西省水利厅提供相关的水文数据,感谢中国环科院王圣瑞博士和江西省环科院张萌博士对本文修改提出的宝贵建议.

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