本文選自中國(guó)工程院院刊《中國(guó)工程科學(xué)》2022年第1期 作者:胡春宏,張雙虎 來(lái)源:長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶水安全保障與水生態(tài)修復(fù)策略研究[J].中國(guó)工程科學(xué),2022,24(1):166-175. 編者按 長(zhǎng)江在支撐長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶乃至我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方面發(fā)揮著極其重要的作用,除水害、興水利貫穿于長(zhǎng)江的治理開(kāi)發(fā)歷史。近年來(lái),長(zhǎng)期高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)的累積效應(yīng)正在逐漸顯現(xiàn),加之缺乏系統(tǒng)科學(xué)的生態(tài)保護(hù)理念與措施,長(zhǎng)江治理開(kāi)發(fā)又面臨著一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。 中國(guó)工程院胡春宏院士科研團(tuán)隊(duì)在中國(guó)工程院院刊《中國(guó)工程科學(xué)》2022年第1期發(fā)表《長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶水安全保障與水生態(tài)修復(fù)策略研究》一文。文章系統(tǒng)分析了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶面臨的主要水安全與水生態(tài)保護(hù)修復(fù)問(wèn)題:防洪安全形勢(shì)依然嚴(yán)峻、水生動(dòng)物適宜生境萎縮嚴(yán)重且多樣性降低、長(zhǎng)江與通江湖泊關(guān)系失調(diào)。文章提出了針對(duì)性的水安全保障措施與水生態(tài)修復(fù)策略:一是加快重要蓄滯洪區(qū)的安全工程建設(shè),修訂《長(zhǎng)江流域防洪規(guī)劃》,提高防洪保安能力;二是在長(zhǎng)江上游支流替代生境建設(shè),在長(zhǎng)江中下游實(shí)施部分原通江湖泊的恢復(fù)連通并擴(kuò)大水庫(kù)生態(tài)調(diào)度范圍,修復(fù)受損生態(tài)系統(tǒng);三是實(shí)施洞庭湖北部四口水系綜合整治,在鄱陽(yáng)湖出口建閘并進(jìn)行調(diào)控,科學(xué)改善江湖關(guān)系。 一、前言 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶以長(zhǎng)江干支流為依托,覆蓋滇、川、渝、貴、湘、鄂、贛、皖、蘇、浙、滬 11 個(gè)省份,總面積約為 2.052×106 km2 ,人口數(shù)量、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)占比均超過(guò)全國(guó)的 40%;橫跨我國(guó)東、中、西三大區(qū)域,水、土、光、熱等自然條件較好,經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)雄厚、發(fā)展優(yōu)勢(shì)獨(dú)特。依托黃金水道,推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展,是關(guān)系國(guó)家發(fā)展全局的重大安排。 長(zhǎng)江在支撐長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶乃至我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方面發(fā)揮了極其重要的作用,除水害、興水利貫穿于長(zhǎng)江的治理開(kāi)發(fā)歷史。然而,長(zhǎng)期高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)的累積效應(yīng)逐漸顯現(xiàn),加之缺乏系統(tǒng)科學(xué)的生態(tài)保護(hù)理念與措施,長(zhǎng)江的治理開(kāi)發(fā)又帶來(lái)了一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。2016 年以來(lái),國(guó)家管理部門(mén)、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省份以及學(xué)術(shù)界在長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)方面開(kāi)展了大量工作?!堕L(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》(2017 年)從水資源優(yōu)化調(diào)配、生態(tài)保護(hù)紅線劃定等 6 個(gè)方面提出了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)任務(wù)和重點(diǎn)工作,《長(zhǎng)江保護(hù)修復(fù)攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃》(2018 年)從生態(tài)環(huán)境空間管控、排污口整治等 8 個(gè)方面進(jìn)一步明確了生態(tài)環(huán)境保護(hù)的主要任務(wù)、牽頭單位等。沿江各省份開(kāi)展了以水環(huán)境綜合治理、河湖岸線整治、重點(diǎn)水域十年禁捕、河湖“四亂”清理、小水電整頓等為重點(diǎn)內(nèi)容的生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)工作。目前,長(zhǎng)江流域水環(huán)境質(zhì)量顯著改善,生態(tài)持續(xù)惡化態(tài)勢(shì)得到初步遏制,魚(yú)類(lèi)資源呈現(xiàn)恢復(fù)趨勢(shì)。 整體來(lái)看,長(zhǎng)江大保護(hù)成效顯著,但也存在明顯不足。一是目標(biāo)任務(wù)明確,但針對(duì)性的措施策略有所不足,如《長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》等文件明確提出要協(xié)調(diào)江湖關(guān)系,但如何調(diào)控江湖關(guān)系才能實(shí)現(xiàn)江湖兩利以及保護(hù)修復(fù)洞庭湖、鄱陽(yáng)湖(“兩湖”)濕地生態(tài)系統(tǒng),目前還沒(méi)有明確的措施和策略。二是涉水方面的工作還集中在水環(huán)境治理方面,水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)工作明顯滯后。三是長(zhǎng)江防洪安全考慮不足。長(zhǎng)江流域特別是長(zhǎng)江中下游是我國(guó)洪澇災(zāi)害最為嚴(yán)重的地區(qū),洪澇災(zāi)害在造成生命財(cái)產(chǎn)損失的同時(shí)也帶來(lái)嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。確保長(zhǎng)江防洪安全是最重要的生態(tài)環(huán)境保護(hù),但目前的相關(guān)規(guī)劃、研究成果都未涉及長(zhǎng)江流域的防洪安全。 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境問(wèn)題成因復(fù)雜,區(qū)域聯(lián)動(dòng)性強(qiáng),治理開(kāi)發(fā)與保護(hù)修復(fù)矛盾突出。長(zhǎng)江大保護(hù)既要堅(jiān)持整體推進(jìn),增強(qiáng)各項(xiàng)措施的關(guān)聯(lián)性和耦合性,又要實(shí)施重點(diǎn)突破,采取有針對(duì)性的具體措施,從而實(shí)現(xiàn)整體推進(jìn)與重點(diǎn)突破相統(tǒng)一。本文重點(diǎn)開(kāi)展長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶水安全、水生態(tài)環(huán)境問(wèn)題分析,針對(duì)性提出水安全保障與水生態(tài)修復(fù)的措施和策略,以期為長(zhǎng)江大保護(hù)深化研究提供基礎(chǔ)參考。 二、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶主要涉水問(wèn)題之一:防洪形勢(shì)依然嚴(yán)峻 確保防洪安全是長(zhǎng)江大保護(hù)的前提、生態(tài)文明建設(shè)的基礎(chǔ)。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶面積廣、降水量大、暴雨集中,長(zhǎng)江中下游形成的洪水峰高量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。長(zhǎng)江中下游河道安全宣泄能力與洪水峰高量大的矛盾十分突出,是造成歷史上長(zhǎng)江中下游洪澇災(zāi)害頻發(fā)的主要原因。以三峽水庫(kù)為核心的長(zhǎng)江上游控制性水庫(kù)陸續(xù)建成后,長(zhǎng)江中下游防洪形勢(shì)有所緩解,但防洪安全仍面臨一系列問(wèn)題,與保障區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展要求還存在一定差距。 (一)遇大洪水長(zhǎng)江中下游超額洪量仍然巨大 三峽及長(zhǎng)江上游控制性水庫(kù)的防洪庫(kù)容較大,但相對(duì)于長(zhǎng)江中下游巨大的超額洪量仍顯不足。遇歷史上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的 1870 年型特大洪水,即使三峽等控制性水庫(kù)發(fā)揮攔蓄作用,水庫(kù)下泄的流量與水量仍大大超過(guò)荊江河段河道的安全宣泄能力。遇 1954 年型洪水(長(zhǎng)江中下游防御目標(biāo)洪水),三峽等控制性水庫(kù)攔洪后的超額洪量大幅減少,但要確保長(zhǎng)江干流水位不超設(shè)防水位,仍需妥善安排巨大的超額洪量。三峽水庫(kù)建成前,遇 1954 年型洪水,長(zhǎng)江中下游超額洪量為 4.92×1010 m3 ;三峽水庫(kù)建成后,遇 1954 年型洪水,長(zhǎng)江中下游地區(qū)超額洪量仍有 3.36×1010~ 3.98×1010 m3 。根據(jù)相關(guān)分析,現(xiàn)狀長(zhǎng)江上游 21 座控制性水庫(kù)聯(lián)合防洪調(diào)度,遇 1954 年型洪水,長(zhǎng)江中下游的超額洪量仍有 3×1010~ 3.45×1010 m3 。 (二)蓄滯洪區(qū)建設(shè)嚴(yán)重滯后,按計(jì)劃、有控制分蓄洪水難度大 蓄滯洪區(qū)是長(zhǎng)江中下游防洪體系的重要組成部分,除水庫(kù)攔蓄之外,長(zhǎng)江中下游大部分的超額洪量需要通過(guò)蓄滯洪區(qū)分蓄。長(zhǎng)江中下游規(guī)劃了 40 處、總?cè)莘e約 5.9×1010 m3 蓄滯洪區(qū)。在蓄滯洪區(qū)建設(shè)過(guò)程中面臨著安全工程建設(shè)取土與征地困難,移民補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)偏低、居民搬遷意愿不強(qiáng)等問(wèn)題,實(shí)施難度較大。目前,僅荊江分洪區(qū)、圍堤湖垸、澧南垸、西官垸 4 處蓄滯洪區(qū)已建分洪閘進(jìn)行控制,基本完成了安全工程建設(shè)并具備分蓄洪水的條件;其余的重要蓄滯洪區(qū)建設(shè)嚴(yán)重滯后,按計(jì)劃、有控制分蓄洪水困難,一旦啟用淹沒(méi)損失極大。三峽水庫(kù)建成后,實(shí)測(cè)最大入庫(kù)洪峰流量為 7.5×104 m3 /s,洪水持續(xù)時(shí)間較短、洪量較小。近年來(lái),長(zhǎng)江中下游蓄滯洪區(qū)未啟用,主要是未出現(xiàn)類(lèi)似 1954 年或 1998 年型的全流域大洪水。2020 年 7 月,長(zhǎng)江中下游出現(xiàn)大洪水,洞庭湖城陵磯站實(shí)測(cè)最高水位 34.73 m,超保證水位最長(zhǎng)連續(xù) 40 h,如果水位繼續(xù)上漲就要啟用蓄滯洪區(qū);鄱陽(yáng)湖湖口最高水位 22.49 m,距蓄滯區(qū)分蓄洪水控制水位只差 0.01 m。 (三)連江支堤、湖區(qū)圩堤以及洲灘民垸的防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低 從 2016 年、2017 年、2020 年等長(zhǎng)江中下游洪澇災(zāi)害來(lái)看,長(zhǎng)江中下游的防洪險(xiǎn)情主要以湖區(qū)、支流堤防發(fā)生的險(xiǎn)情為主,長(zhǎng)江干流險(xiǎn)情不大。長(zhǎng)江中下游的兩湖地區(qū)大部分堤垸防洪標(biāo)準(zhǔn)不足 10~20 年一遇,標(biāo)準(zhǔn)偏低;洞庭湖區(qū)的 11 個(gè)重點(diǎn)垸堤防雖然堤身形象已達(dá)標(biāo),但其實(shí)施時(shí)間早、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低,目前堤身堤基存在較大安全隱患,亟待實(shí)施全面達(dá)標(biāo)加固建設(shè);鄱陽(yáng)湖區(qū)的 1×104 ~5×104 畝(1 畝 ≈ 666.7 m2 )圩堤多數(shù)未進(jìn)行系統(tǒng)加固,遇高洪水位極易出現(xiàn)潰垸險(xiǎn)情。洲灘是河道行蓄洪水的重要場(chǎng)所,在防御 2020 年大洪水過(guò)程中,通過(guò)適時(shí)運(yùn)用部分洲灘民垸行蓄洪水有效降低了洪峰水位。當(dāng)前,長(zhǎng)江中下游干流河道內(nèi)有洲灘民垸 406 個(gè),總面積約 2.5×103 km2 ,洲上有居民約 130 萬(wàn)人;大部分洲灘堤防堤身單薄、堤基質(zhì)量差,遇大洪水極易自然潰決,居民安全得不到保障。 (四)頻發(fā)的極端降水事件加大了區(qū)域性防洪安全風(fēng)險(xiǎn) 近年來(lái),長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶極端強(qiáng)降水事件頻繁出現(xiàn)、多次刷新歷史記錄,表明氣候變化對(duì)暴雨洪水的影響已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)。2016 年梅雨季,武漢市出現(xiàn)了 6 輪強(qiáng)降水過(guò)程,平均降水量達(dá)到 814.8 mm,為有實(shí)測(cè)資料以來(lái)的最高值。2017 年 6 月,湖南全省平均降水量達(dá) 397.4 mm,為 1951 年有氣象記錄以來(lái)歷史同期第一高位。2021 年 7 月,鄭州氣象站最大小時(shí)降雨量達(dá) 201.9 mm,突破中國(guó)大陸小時(shí)降雨量的歷史極值。極端強(qiáng)降水事件的頻繁發(fā)生,加大了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶區(qū)域性防洪安全風(fēng)險(xiǎn)。 三、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶主要涉水問(wèn)題之二:適宜生境萎縮嚴(yán)重,水生物多樣性降低 長(zhǎng)江干支流蜿蜒貫穿我國(guó)三級(jí)階梯,從源頭到河口地形地貌多樣、氣候水文差異顯著,形成了適宜不同水生生物繁衍、生長(zhǎng)的生境條件,水生生物多樣性極其豐富。長(zhǎng)江流域分布有魚(yú)類(lèi) 400 余種(亞種),其中僅分布于長(zhǎng)江流域的特有物種多達(dá) 156 種(約占長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)物種總數(shù)的 39%)。特有魚(yú)類(lèi)的分布與當(dāng)?shù)靥赜械纳硹l件密不可分,如水文情勢(shì)、地形地貌、河湖水系連通、適宜生物生存的水體物理化學(xué)特性、食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)等。過(guò)去數(shù)十年,人類(lèi)活動(dòng)對(duì)長(zhǎng)江流域河湖生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的干擾破壞,特有物種的適宜生境急劇萎縮,水生生物多樣性顯著降低,如白鰭豚功能性滅絕,達(dá)氏鱘、胭脂魚(yú)等珍稀魚(yú)種以及江豚等特有物種種群規(guī)模大幅減少。從長(zhǎng)江上、中、下游來(lái)看,各江段面臨的主要生物多樣性保護(hù)問(wèn)題和應(yīng)對(duì)策略各不相同。 (一)上游的水庫(kù)建設(shè)造成魚(yú)類(lèi)適宜生態(tài)環(huán)境萎縮 在自然情況下,長(zhǎng)江上游為灘潭交替、水流緩急相間的峽谷河流生境,是長(zhǎng)江眾多珍稀特有魚(yú)類(lèi)的棲息地,曾有特有魚(yú)類(lèi) 126 種(如達(dá)氏鱘、胭脂魚(yú)、川陜哲羅鮭等國(guó)家級(jí)保護(hù)動(dòng)物),占長(zhǎng)江特有魚(yú)類(lèi)總數(shù)的 80%。同時(shí),長(zhǎng)江上游是我國(guó)水能資源最為集中的區(qū)域,各大支流已建、在建數(shù)十座大型水庫(kù)電站,顯著改變了河流的自然生境。 ①河流從自然漲落的流水環(huán)境變?yōu)榻淳徚鳝h(huán)境。水庫(kù)建成后,庫(kù)區(qū)水位變化緩慢、河流的流速顯著變緩、水深與透明度增加,適宜流水環(huán)境魚(yú)類(lèi)(如裂腹魚(yú)、高原鰍類(lèi)等)的棲息環(huán)境幾乎消失。金沙江下游的烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩 4 座梯級(jí)水電站庫(kù)區(qū)長(zhǎng)度占規(guī)劃河段總長(zhǎng)的 93.6%;三峽水庫(kù)庫(kù)區(qū)約 600 km 江段也從流水環(huán)境變成緩流環(huán)境。 ②水文情勢(shì)時(shí)空變異性降低。受水庫(kù)調(diào)蓄影響,壩下水流自然漲落頻次與幅度均明顯變緩,水文情勢(shì)的時(shí)空變異性降低,影響到產(chǎn)漂流性卵魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵。1980—1989 年、1990—1999 年、2000—2009 年、 2010—2019 年,宜昌站年均水位漲落次數(shù)(日流量變幅大于 1000 m3 /s)分別為 103 次、92 次、87 次和 70 次。 ③水庫(kù)滯溫影響。魚(yú)是變溫動(dòng)物,產(chǎn)卵需要適宜的水溫。梯級(jí)工程建成后,下泄水流的升溫降溫明顯滯后,造成魚(yú)類(lèi)繁殖期延遲。三峽水庫(kù)建成后,宜昌站春季“四大家魚(yú)”產(chǎn)卵適宜水溫(18 ℃)出現(xiàn)時(shí)間推遲了 1 個(gè)月,秋季中華鱘產(chǎn)卵適宜水溫(18 ℃)出現(xiàn)時(shí)間推遲了近 20 天(見(jiàn)圖 1)。 ④大壩造成河流阻隔,影響魚(yú)類(lèi)洄游。中華鱘是典型的河海洄游型魚(yú)類(lèi),親魚(yú)成熟后進(jìn)入長(zhǎng)江產(chǎn)卵繁殖。歷史上中華鱘的產(chǎn)卵場(chǎng)主要位于金沙江下游、長(zhǎng)江上游,產(chǎn)卵場(chǎng)范圍長(zhǎng)達(dá) 800 km。1981 年葛洲壩水利樞紐截流以后,中華鱘的上溯繁殖洄游通道被迫阻斷,中華鱘在壩下形成了新的產(chǎn)卵場(chǎng),但產(chǎn)卵場(chǎng)范圍已不足 10 km。中華鱘自然繁殖群體數(shù)量逐漸減少,從 2017 年開(kāi)始連續(xù) 4 年未監(jiān)測(cè)到中華鱘的自然繁殖。 圖 1? 不同工況下宜昌水文站實(shí)測(cè)水溫對(duì)比 (二)中游的江湖連通性減弱 長(zhǎng)江中游為東亞季風(fēng)氣候下形成的洪泛平原區(qū),水系縱橫交織、湖泊星羅棋布,與江河自然連通(稱(chēng)為通江湖泊),形成了獨(dú)特的江湖復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。在江湖復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中,河流水流較急,為適宜流水環(huán)境繁殖的魚(yú)類(lèi)提供了繁殖場(chǎng)所和必要的水文條件;通江湖泊保持了緩流或者靜止水流環(huán)境,湖泊中的浮游動(dòng)植物、底棲動(dòng)物、水生高等植物豐富,魚(yú)苗孵出后需要由江入湖索餌育肥。這種靜動(dòng)復(fù)合的生態(tài)環(huán)境條件,孕育了長(zhǎng)江中下游特有的生物多樣性。長(zhǎng)江中游是長(zhǎng)江江豚等珍稀水生動(dòng)物、“四大家魚(yú)”等重要經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)的棲息地與繁育場(chǎng)所。 長(zhǎng)江中游原有通江湖泊近 100 個(gè),20 世紀(jì) 50 年代以來(lái),人類(lèi)圍湖造田、防洪筑堤、建閘養(yǎng)殖,使得多數(shù)自由通江湖泊變?yōu)榻韪艉础D壳?,僅剩洞庭湖、鄱陽(yáng)湖與長(zhǎng)江保持自然連通。江湖水體交流是江湖之間生物與物質(zhì)交流的基礎(chǔ),江湖水位周期性漲落是魚(yú)類(lèi)及濕地生態(tài)環(huán)境保持健康狀態(tài)的重要條件。江湖阻隔之后,江湖洄游型魚(yú)類(lèi)的洄游通道阻斷,魚(yú)類(lèi)索餌育肥場(chǎng)所面積萎縮,導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)的多樣性與資源量銳減,如歷史上長(zhǎng)江中游有魚(yú)類(lèi) 230 余種,而 2000 年來(lái)僅調(diào)查到 74 種。 (三)下游的水域岸線過(guò)度開(kāi)發(fā) 水域岸線是河湖生態(tài)系統(tǒng)的重要載體,作為一種獨(dú)特、有價(jià)值、不可替代的資源在維持生態(tài)安全和地球穩(wěn)定性方面起著基礎(chǔ)性作用。根據(jù)遙感影像解譯,長(zhǎng)江干流(宜賓市以下)岸線長(zhǎng)約 7909 km, 2017 年長(zhǎng)江干流岸線開(kāi)發(fā)利用率為 35.9%、自然岸線保有率為 64.1%;長(zhǎng)江上、中、下游的岸線開(kāi)發(fā)利用率極不均衡,下游最高,如上海市岸線開(kāi)發(fā)利用率約為 50%、江蘇省岸線開(kāi)發(fā)利用率接近 60% (常州市、蘇州市超過(guò) 80%,無(wú)錫市幾無(wú)自然岸線)。自然岸線中生態(tài)價(jià)值最高的是自然洲灘岸線,長(zhǎng)江干流占比已不足 20%,處于下游地區(qū)的江蘇省相關(guān)資源幾乎開(kāi)發(fā)殆盡。自然岸線過(guò)渡開(kāi)發(fā)、灘涂充分利用,使得濕地生態(tài)環(huán)境大量喪失,導(dǎo)致豐枯帶生物多樣性、棲息密度及生物量明顯下降,河湖生態(tài)系統(tǒng)更顯脆弱。 四、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶主要涉水問(wèn)題之三:長(zhǎng)江與洞庭湖、鄱陽(yáng)湖關(guān)系失衡 洞庭湖、鄱陽(yáng)湖是長(zhǎng)江中下游僅存的兩大通江湖泊(見(jiàn)圖 2)。長(zhǎng)江干流通過(guò)荊江南岸四口(松滋口、太平口、藕池口、調(diào)弦口(1958 年封堵))分流分沙進(jìn)入洞庭湖;長(zhǎng)江對(duì)洞庭湖、鄱陽(yáng)湖出流有明顯的頂托作用,間或倒灌入鄱陽(yáng)湖;洞庭湖、鄱陽(yáng)湖出流又對(duì)長(zhǎng)江干流水位有一定雍高。長(zhǎng)江與洞庭湖、鄱陽(yáng)湖相互作用和相互影響的關(guān)系簡(jiǎn)稱(chēng)為江湖關(guān)系。江湖關(guān)系演變受長(zhǎng)江上游水沙過(guò)程、長(zhǎng)江干流的沖淤變化、兩湖的水沙過(guò)程、湖泊的淤積圍墾等綜合影響,江湖關(guān)系演變又影響到長(zhǎng)江干流堤防安全與河勢(shì)穩(wěn)定、湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)、濱湖區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用等。江湖關(guān)系失衡是長(zhǎng)江大保護(hù)面臨的最重要、最復(fù)雜問(wèn)題之一。 圖 2? 長(zhǎng)江與兩湖位置關(guān)系示意圖 (一)江湖關(guān)系歷史演變過(guò)程與趨勢(shì) 受自然演變、人類(lèi)活動(dòng)的影響,歷史上江湖關(guān)系一直在變。1860 年和 1870 年長(zhǎng)江大水,藕池、松滋先后決口成河,形成了以荊南四口分流入湖為標(biāo)志的近代江湖格局。20 世紀(jì) 70—80 年代下荊江裁彎、湖區(qū)圍墾等強(qiáng)人類(lèi)活動(dòng)結(jié)束后,至 2003 年三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用前,江湖關(guān)系相對(duì)穩(wěn)定:長(zhǎng)江干流沖淤基本平衡,長(zhǎng)江分流入洞庭湖水量略有減少,兩湖水文情勢(shì)無(wú)趨勢(shì)性變化。 2003 年三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用,之后長(zhǎng)江上游又建成了多座控制性水庫(kù)。三峽及長(zhǎng)江上游控制性水庫(kù)的聯(lián)合運(yùn)用,顯著改變了長(zhǎng)江中下游干流河道的水沙過(guò)程,導(dǎo)致江湖關(guān)系發(fā)生突變。一方面,長(zhǎng)江上游來(lái)沙量銳減(三峽水庫(kù)蓄水以來(lái)入庫(kù)沙量減少了 70%),加之三峽水庫(kù)攔沙(三峽水庫(kù)又將入庫(kù)沙量的 76% 攔在庫(kù)區(qū)),出庫(kù)水流含沙量極低、接近清水,長(zhǎng)江中下游干流全線發(fā)生不飽和水流引起的沖刷,枯水流量對(duì)應(yīng)水位顯著降低;另一方面,三峽及上游控制性水庫(kù)在 9—10 月份集中興利蓄水,長(zhǎng)江中下游干流流量銳減。兩方面因素的共同作用,使得 9—10 月份長(zhǎng)江干流水位顯著降低,對(duì)湖泊出流頂托作用減弱,湖泊水位消落速率加快、水位降低,提前進(jìn)入枯水期。2008—2020 年的 8 月下旬至 10 月下旬(三峽水庫(kù)在 2008 年開(kāi)始汛后 175 m 蓄水),洞庭湖城陵磯站平均水位消落 4.7 m,比 1981—2002 年同期平均值增加了 1.23 m,10 月下旬城陵磯站平均水位降低了 2.13 m;鄱陽(yáng)湖星子站平均水位消落 4.49 m,比 1981—2002 年同期平均值增加了 1.69 m,10 月下旬星子站平均水位降低 2.68 m。三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用前后兩湖水位過(guò)程的對(duì)比見(jiàn)圖 3 和圖 4。伴隨著 9—10 月份兩湖水位消落幅度加快,兩湖提前進(jìn)入枯水期。2008— 2018 年,洞庭湖汛后開(kāi)始進(jìn)入枯水期的平均時(shí)間為 10 月 19 日,比 1981—2002 年提前了 27 天;鄱陽(yáng)湖汛開(kāi)始進(jìn)入枯水期的平均時(shí)間為 11 月 3 日,比 1981—2002 年提前了 39 天。洞庭湖、鄱陽(yáng)湖頻頻干旱見(jiàn)底,其實(shí)質(zhì)是江湖關(guān)系發(fā)生了突變,兩湖進(jìn)入枯水期的時(shí)間提前以及枯水期延長(zhǎng)。 圖 3? 不同階段洞庭湖城陵磯站水位對(duì)比 圖 4? 不同階段鄱陽(yáng)湖星子站水位對(duì)比 洞庭湖北部地區(qū)的荊南四河為分流型河道,分流量與江湖關(guān)系演變密切相關(guān)。江湖關(guān)系的突變,還導(dǎo)致長(zhǎng)江分流進(jìn)入洞庭湖的水量銳減、荊南三口斷流時(shí)間延長(zhǎng)等?,F(xiàn)狀江湖關(guān)系下,藕池河西支只在汛期 7—8 月份長(zhǎng)江大水時(shí)分流,其余大部分時(shí)間斷流,年平均斷流天數(shù)約 280 天;藕池東支、松滋河西支在 10 月中下旬開(kāi)始斷流,年平均斷流天數(shù)約 180 天;虎渡河在 11 月中旬開(kāi)始斷流,年平均斷流天數(shù)約 130 天。 長(zhǎng)江上游正在建設(shè)烏東德、白鶴灘、雙江口、兩河口等控制性水利樞紐,這些水庫(kù)建成后與已建控制性水庫(kù)影響疊加,預(yù)計(jì)未來(lái)百年內(nèi)長(zhǎng)江中下游干流仍將持續(xù)沖刷,汛后 9—10 月份長(zhǎng)江中下游干流流量進(jìn)一步降低,江湖關(guān)系仍將長(zhǎng)期發(fā)生變化。兩湖 9—10 月份水位消落加快、提前進(jìn)入枯水期,長(zhǎng)江分流入洞庭湖水量減少、斷流時(shí)間延長(zhǎng),將是長(zhǎng)期且趨勢(shì)性的,不可逆轉(zhuǎn)。 (二)江湖關(guān)系變化對(duì)兩湖的影響 兩湖與長(zhǎng)江相互作用、相互影響,塑造了兩湖季節(jié)性漲落的水文節(jié)律,加之“淺碟型”湖盆地形特點(diǎn),使得兩湖具有“豐水一片、枯水一線”“水落草出、水漲草淹”等獨(dú)特且豐富的濕地景觀格局,確立了在長(zhǎng)江乃至全球生態(tài)系統(tǒng)與生物多樣性維系方面的獨(dú)特價(jià)值。在天然情況下,9—10 月份湖泊水位緩慢降低,草洲逐漸出露,水域、淺水、泥灘、草洲維持了相對(duì)合理的比例,為不同越冬候鳥(niǎo)提供適宜的生態(tài)環(huán)境。三峽水庫(kù)運(yùn)用后,9—10 月份兩湖水位消落加快、水面急劇萎縮,草洲提前出露瘋長(zhǎng);當(dāng)大批越冬候鳥(niǎo)到達(dá)時(shí),部分草洲已經(jīng)變老、泥灘板結(jié)、水域面積萎縮,越冬候鳥(niǎo)的食物源與棲息環(huán)境受到嚴(yán)重影響。兩湖也是江豚活動(dòng)的主要場(chǎng)所,9—10 月份水位降低、水域面積萎縮,限制了江豚的活動(dòng)范圍;江豚被迫到湖中水深較深的航道中活動(dòng),航船螺旋槳致江豚死傷事件頻發(fā)。此外,兩湖是濱湖地區(qū)生產(chǎn)生活、農(nóng)業(yè)灌溉的重要水源,9—10 月份的較低水位造成了濱湖區(qū)季節(jié)性、區(qū)域性水資源供需矛盾,如洞庭湖受影響灌溉面積為 2.19×106 畝、鄱陽(yáng)湖受影響灌溉面積為 3.1×106 畝。 洞庭湖北部荊南四河地處平原區(qū),四口分流量是當(dāng)?shù)氐闹饕?;荊江四河斷流,造成湘鄂兩省 4 地市、12 縣區(qū)、420 萬(wàn)人、5.54×106 畝耕地季節(jié)性水資源短缺,還導(dǎo)致荊南四河各支汊生態(tài)基流得不到保障,各支汊水動(dòng)力條件變差,斷流期大部分河汊變成“死水”,水體自?xún)裟芰档?,部分?jǐn)嗝嫠|(zhì)超標(biāo),部分河段發(fā)生“水華”。 五、對(duì)策建議 (一)加快重要蓄滯洪區(qū)達(dá)標(biāo)建設(shè),修訂《長(zhǎng)江流域防洪規(guī)劃》 1998 年以來(lái),長(zhǎng)江上游陸續(xù)建成 21 座、總庫(kù)容約 1×1011 m3 的控制性水庫(kù),預(yù)計(jì)到 2025 年達(dá)到 1.4×1011 m3 。控制性水庫(kù)運(yùn)用在一定程度上降低長(zhǎng)江中下游防洪壓力,為防洪體系的調(diào)整完善創(chuàng)造條件。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的快速發(fā)展也對(duì)防洪保安提出了新的更高的要求。 1. 加快重要蓄滯洪區(qū)安全達(dá)標(biāo)建設(shè) 蓄滯洪區(qū)是長(zhǎng)江中下游防洪體系的重要組成部分,但受限于移民補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)偏低、占地取土等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,導(dǎo)致蓄滯洪區(qū)安全建設(shè)嚴(yán)重滯后,多數(shù)重要蓄滯洪區(qū)不具備按計(jì)劃、有控制的分蓄洪水條件。建議在國(guó)家層面協(xié)調(diào)發(fā)展改革、水利、自然資源等部門(mén),優(yōu)先加快洞庭湖區(qū)錢(qián)糧湖、共雙茶、大通湖東以及鄱陽(yáng)湖區(qū)康山等啟用頻率高和分蓄洪水能力大的重要蓄滯洪區(qū)的安全達(dá)標(biāo)建設(shè)。 2. 修訂《長(zhǎng)江流域防洪規(guī)劃》 《長(zhǎng)江流域防洪規(guī)劃》(2008 年)旨在解決 1998 年大洪水暴露出的長(zhǎng)江流域防洪問(wèn)題,對(duì)一段時(shí)期內(nèi)長(zhǎng)江流域防洪減災(zāi)建設(shè)起到了指導(dǎo)作用。隨著三峽及長(zhǎng)江上游控制性水庫(kù)的陸續(xù)建成,長(zhǎng)江防洪形勢(shì)出現(xiàn)了深刻變化:中下游干流河道發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的沖刷下切,影響河勢(shì)穩(wěn)定和堤防安全;中下游超額洪量減少,蓄滯洪區(qū)運(yùn)用幾率降低,調(diào)整蓄滯洪區(qū)布局、優(yōu)化防洪控制水位的訴求強(qiáng)烈;近年來(lái)長(zhǎng)江中下游的洪澇災(zāi)害暴露出連江支堤、湖區(qū)圩堤等防洪標(biāo)準(zhǔn)明顯偏低。建議組織相關(guān)單位和專(zhuān)家學(xué)者,統(tǒng)籌考慮長(zhǎng)江中下游新的水沙條件、近年來(lái)暴露出來(lái)的主要防洪問(wèn)題,對(duì)長(zhǎng)江中下游防洪標(biāo)準(zhǔn)、荊江河段及洞庭湖城陵磯等重點(diǎn)區(qū)域的防洪控制水位、重要防洪工程等進(jìn)行再論證、再布局,據(jù)此修訂完善《長(zhǎng)江流域防洪規(guī)劃》,精準(zhǔn)指導(dǎo)未來(lái)長(zhǎng)江中下游的防洪治理。 3. 三峽水庫(kù)相機(jī)實(shí)施下泄流量不小于 5×104 m3 /s 的洪水調(diào)度 2003 年三峽水庫(kù)運(yùn)用以來(lái),最大下泄流量不超過(guò) 4.9×104 m3 /s,平均每年只有 4.5 天時(shí)間下泄流量大于 4×104 m3 /s,壩下中小洪水過(guò)程顯著減少,洪水出槽上灘幾率幾乎喪失;灘地雜草和樹(shù)木迅速生長(zhǎng)、糙率增加,將導(dǎo)致下游河道行洪能力降低;荊江大堤也未經(jīng)受原設(shè)計(jì)的河道安全泄量洪水的檢驗(yàn)。建議三峽水庫(kù)每隔幾年相機(jī)實(shí)施下泄流量不小于 5×104 m3 /s 的洪水調(diào)度,防止河道萎縮,檢驗(yàn)河道的安全泄量,發(fā)現(xiàn)堤防潛在的安全隱患,以應(yīng)對(duì)未來(lái)可能出現(xiàn)的大洪水。 (二)加強(qiáng)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度和生態(tài)環(huán)境修復(fù)重建 長(zhǎng)江江豚等旗艦物種、特有魚(yú)類(lèi)的生長(zhǎng)繁殖需要特定的水文過(guò)程和生態(tài)環(huán)境條件。人工繁育和增殖放流,雖然能在一定程度上降低部分水生動(dòng)物滅絕的風(fēng)險(xiǎn),但距離恢復(fù)生物自然種群這一生態(tài)保護(hù)終極目標(biāo)仍有差距。為此,長(zhǎng)江流域需要修復(fù)重建自然生境。 1. 加強(qiáng)長(zhǎng)江流域大中型水庫(kù)生態(tài)調(diào)度并納入流域管理機(jī)構(gòu)調(diào)度職責(zé)范圍 三峽水庫(kù)連續(xù) 10 年開(kāi)展了以促進(jìn)“四大家魚(yú)” 產(chǎn)卵繁殖為目標(biāo)的生態(tài)調(diào)度,取得了一定的效果。長(zhǎng)江上游魚(yú)類(lèi)種數(shù)、特有魚(yú)類(lèi)種數(shù)占長(zhǎng)江流域的 70%~80%,同時(shí)長(zhǎng)江上游也是梯級(jí)水庫(kù)分布最為集中的區(qū)域。建議按照“先重要、后一般,先易后難” 原則,逐漸將水庫(kù)生態(tài)調(diào)度范圍擴(kuò)大到長(zhǎng)江上游各大流域梯級(jí),塑造魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵繁殖所需的生態(tài)水文過(guò)程;將生態(tài)調(diào)度納入流域管理機(jī)構(gòu)的調(diào)度職責(zé)范圍,加強(qiáng)生態(tài)調(diào)度的執(zhí)行與監(jiān)督力度。在近期,加快開(kāi)展三峽及長(zhǎng)江上游控制性水庫(kù)的聯(lián)合生態(tài)調(diào)度研究與實(shí)踐,減緩三峽水庫(kù)滯溫效應(yīng),促進(jìn)中華鱘的自然繁殖。 2. 開(kāi)展支流替代生境建設(shè)和原通江湖泊的恢復(fù)連通 “順應(yīng)自然”開(kāi)展生態(tài)保護(hù),恢復(fù)河流的連通性和自然的水文、水溫等生態(tài)要素。鑒于實(shí)際,長(zhǎng)江上游生境的恢復(fù)重建不可能在梯級(jí)開(kāi)發(fā)河段內(nèi)實(shí)施,但可從與干流相連的一些支流著手。建議選擇與長(zhǎng)江上游特有魚(yú)類(lèi)豐富且與梯級(jí)開(kāi)發(fā)河段相連通的支流,將該支流的攔河建筑物(有重要供水任務(wù)的水庫(kù)除外)全部拆除,恢復(fù)河流自然連通,重建特有魚(yú)類(lèi)棲息地;優(yōu)先設(shè)立赤水河水生態(tài)保護(hù)示范區(qū),選擇青衣江、安寧河、水洛河等重要支流優(yōu)先開(kāi)展棲息地的修復(fù)重建試點(diǎn)。在長(zhǎng)江中下游,選擇生態(tài)地位重要、工程量相對(duì)小的湖泊,試點(diǎn)開(kāi)展原通江湖泊的恢復(fù)連通,修復(fù)江湖洄游性魚(yú)類(lèi)洄游通道、促進(jìn)江湖交流。 (三)統(tǒng)籌治理與保護(hù),科學(xué)調(diào)控江湖關(guān)系 重大生態(tài)修復(fù)工程應(yīng)從生態(tài)系統(tǒng)整體性特別是從江湖關(guān)系的角度出發(fā),在源頭查找原因,據(jù)此系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、實(shí)施治理措施。三峽及長(zhǎng)江上游控制性蓄水運(yùn)用是現(xiàn)狀江湖關(guān)系演變的主要驅(qū)動(dòng)力,也是兩湖頻頻“干旱見(jiàn)底”的根源。隨著長(zhǎng)江上游控制性水庫(kù)的建設(shè)運(yùn)用,未來(lái)百年或更長(zhǎng)時(shí)間,兩湖 “干旱見(jiàn)底”態(tài)勢(shì)只會(huì)加重而不可逆轉(zhuǎn)。通過(guò)適當(dāng)?shù)墓こ檀胧捎行д{(diào)控江湖關(guān)系,恢復(fù)湖泊的自然水文節(jié)律,增加湖泊的綜合服務(wù)功能。 1. 在鄱陽(yáng)湖出口建閘,合理調(diào)控湖泊水文節(jié)律 關(guān)于在鄱陽(yáng)湖出口建閘,社會(huì)各界存在爭(zhēng)議。部分生態(tài)專(zhuān)家學(xué)者持反對(duì)態(tài)度,主要是擔(dān)心建閘后湖泊長(zhǎng)期維持高水位,湖泊豐漲枯落的自然水文節(jié)律喪失,影響濕地植被的漸次出露。根據(jù)本課題組的長(zhǎng)期研究,鄱陽(yáng)湖出口建閘并合理調(diào)控,可有效應(yīng)對(duì)江湖關(guān)系變化對(duì)鄱陽(yáng)湖的影響,又不會(huì)帶來(lái)新的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,整體來(lái)看建比不建強(qiáng)、早建比晚建強(qiáng)。在鄱陽(yáng)湖出口建閘,應(yīng)秉持“建閘不建壩、調(diào)枯不控洪”原則,4—8 月份閘門(mén)全開(kāi)敞泄、江湖連通;9—11 月份通過(guò)閘控保持湖泊水位緩慢消落,恢復(fù)到三峽水庫(kù)運(yùn)行前多年平均水文節(jié)律;12—3 月份適當(dāng)提高湖泊的最低水位。相關(guān)舉措有利于塑造與越冬候鳥(niǎo)棲息環(huán)境相適應(yīng)的濕地生態(tài)環(huán)境格局,擴(kuò)大水生生物生存空間,增加湖泊綜合服務(wù)功能。 2. 實(shí)施洞庭湖北部水系綜合整治,增加枯水期分流入湖水量 就洞庭湖來(lái)說(shuō),實(shí)施洞庭湖北部水系綜合整治比洞庭湖出口建閘更為迫切,潛在效益也更顯著。洞庭湖北部水系綜合整治以荊南三河疏浚為重點(diǎn),以改善江湖連通關(guān)系、恢復(fù)枯水期長(zhǎng)江分流入洞庭湖能力為目標(biāo)。相關(guān)舉措可顯著提高洞庭湖北部地區(qū)供水保障程度,改善河湖水環(huán)境質(zhì)量,增強(qiáng)長(zhǎng)江與洞庭湖魚(yú)類(lèi)交流。 注:本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整,若需可查看原文。 作者介紹 胡春宏,水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)專(zhuān)家,中國(guó)工程院院士。 長(zhǎng)期從事泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)、河床演變與河道整治、工程泥沙等領(lǐng)域的理論與應(yīng)用研究。建立了江河水沙調(diào)控理論、模型與技術(shù)體系,解決了黃河口流路穩(wěn)定與治理、黃河下游萎縮性河道治理與塑造中水河槽、黃河中游三門(mén)峽水庫(kù)運(yùn)用方式調(diào)整與降低潼關(guān)高程、黃河上游水庫(kù)調(diào)控與河道減淤、長(zhǎng)江三峽水庫(kù)及下游河道泥沙模擬與調(diào)控、塔里木河干流河道治理與輸水堤防建設(shè)、官?gòu)d水庫(kù)疏浚整治與恢復(fù)向北京市供水等江河治理中的工程技術(shù)難題。開(kāi)展了長(zhǎng)江與洞庭湖、鄱陽(yáng)湖關(guān)系演變及其調(diào)控,黃河流域水沙變化機(jī)理與趨勢(shì)預(yù)測(cè),西南河流源區(qū)徑流變化和適應(yīng)性利用等重大問(wèn)題的研究。 |
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來(lái)自: 工農(nóng)商學(xué)兵 > 《工程與科學(xué)院》