長江鄱陽湖問題的原因及湖口建閘的影響

周建軍，張 曼

(清華大學水利系，北京 100084)

過去10～20年，受大規模水利水電開發及自然變化影響，長江河川徑流水情、物質通量及熱循環等都發生了劇烈變化。一些變化對江湖生態環境產生了本質影響，一些通量變化已與人為污染作用相當，一些大尺度變化甚至產生了超過當前認識水平的影響，這些變化深刻改變著長江面貌[1-3]。鄱陽湖和洞庭湖就是受到嚴重影響的區域。

注：①A圖為長江流域主要大壩；B圖為鄱陽湖位置與形態；C、D圖分別為通江湖面面積、湖容與水位(吳淞高程)的關系；②C、D圖中藍色陰影分別示意在15 m水位基礎上降低3 m的湖面面積和容積改變，D圖中粉色陰影示意湖區5 m水位變化對應的滯洪庫容。
圖1 研究區示意及鄱陽湖水域特征

注：A圖為是大通實測平均流量；B圖為是湖口、大通實測平均水位；C圖為是湖口年和10月水位變化。
圖2 長江下游大通及湖口現狀水文特征和水情與歷史情況比較

鄱陽湖位于長江下游最大支流贛江尾閭，是自然塌陷盆地受長江水位上升和擺動于近代形成的中國最大淡水湖泊(圖1)。集贛、撫、信、饒、修五大流域，含贛江、撫河、信江、昌江、安樂江、修水和潦河等七大主要支流，鄱陽湖流域面積16.22萬km2，通江水體面積3 706 km2、容積302億m3，年均入江徑流1 480 億m3，占長江15%，是長江最大徑流來源之一。鄱陽湖面貌主要受長江水位控制，汛期是湖、枯期是河，年內變化劇烈，水文節律與長江異相，吞吐能力很大，是長江洪水和水資源的重要調蓄空間(圖1C和1D)。獨特寬淺、時空變異很大的湖泊形態和地理位置決定了鄱陽湖在長江甚至全球生態系統和生物多樣性等方面的重要地位和獨立價值[4]。長期以來，鄱陽湖周邊長江水文條件相對穩定(圖2C)。但是，三峽水庫蓄水以來，由于長江中下游徑流節律改變，枯水期提前，使湖區提前干涸，湖面縮減，生態、環境、生產和生活條件都受到很大影響[1]。為此，有關地區和部門提出要在湖口建閘以緩解劇烈變化影響，保證鄱陽湖區生產生活條件，改善湖區及周邊環境。然而，鄱陽湖與長江整體關聯，在三峽大壩截斷長江后，如果在湖口及洞庭湖城陵磯建閘，將使中下游主要通江湖泊更大程度與長江隔斷，河湖屬性和面貌被人為操控，在污染越來越嚴重的大背景下，“河變庫”將大幅降低環境容量和生物棲息遷徙范圍，長江生態環境條件和生境多樣性將被再次改變，江湖關系、水資源、生態流量與防洪條件也將進一步改變被人為約束并對自然與社會環境產生系列響應。生境多樣性是生物多樣性和河湖健康的根本[5]，江湖完整應該是“長江大保護”的重要目標，隔斷江湖顯然不是局部問題。

當前對鄱陽湖環境變化原因并不完全清晰，對建閘影響江湖的認識也很不全面，同時，長江環境面貌正在發生劇烈變化，水利水電工程產生的影響還沒有充分體現。筆者認為長江環境變化是當前長江生態環境問題的主要原因和修復重點[6-7]，保護和改善通江湖泊區域生態環境應該站在長江全局高度上統籌考慮，避免用工程修復工程的遺留問題而再次產生更多新的問題。因此，本文圍繞鄱陽湖建閘問題，在分析長江整體變化和湖區變化基礎上，對鄱陽湖和長江保護提出初步認識和建議。

1 鄱陽湖問題的原因

1.1 上游水庫調蓄改變了徑流節律

2003年以來，長江徑流和節律發生了較大變化[1]。宜昌、漢口和大通2003—2016年平均水量比1990年前長系列(1952—1990年)水量分別減少了498億m3、342億m3和505億m3；過去宜昌水量97%頻率干旱情景變成80%～85%，徑流干旱概率顯著增加，嚴重干旱成為常態。而且，水量減少主要集中在汛末和汛后,特別是9—11月。2008—2016年9—11月宜昌水量比1990年前平均減少29.6%、10月減幅達40%。初步推算，到2030年上游規劃水庫群都建成后，若無有效緩解措施，宜昌10月水量將減少56.5%[1]。汛后水量減少主要是因為水庫蓄水，但年水量減少原因目前還不完全清楚。通常認為，水庫調蓄不改變河川水量，然而實測資料顯示，現在春季消落期流域水庫群增加的水量遠小于汛后減少的水量。在短期內發生如此巨大水量虧損，灌溉等用水增加應該是其中一個原因，但這個理由并不充分，因為三峽水庫2003年蓄水后，水庫區間實測產流量顯著減少。三峽水庫入庫斷面(朱沱、北碚和武隆)至宜昌區間7萬km2，降水、氣溫和灌溉用水量無明顯變化，太陽輻射強度有所降低，然而2003—2016年間平均產流量(101億m3，已扣除水庫蓄水)比1991—2002年平均減少18.3%。這種減少顯著超過了水庫水面的可能蒸發量，表明區間水量損失還存在其他固有機制[8]。進一步研究[3]顯示，三峽水庫大規模滯熱和上游干熱河谷向三峽區間集熱使冬季400億m3巨型水體水溫超過氣溫10～14℃，11—1月庫面平均散熱和附加泄熱功率分別達到2.43億kW和1.74億kW。實測資料還顯示，21世紀以來武漢、昆明近20個城市年均氣溫平均升高0.8℃，其中重慶和昆明分別上升1.3℃和1.5℃[9]，長江上游變暖程度顯著高于全球陸面升溫幅度[10]。三峽庫區和四川盆地冬季陰冷潮濕、大氣交換弱，水庫大規模釋熱的“暖氣效應”和蒸散發對周邊環境影響值得研究，水庫是否大量損失水資源更值得認真研究。

三峽等上游水庫的蓄水和調度對干流汛期及汛后流量影響很大。2006—2016年(現狀)與三峽水庫建成之前時段(1990—2002年)比較，大通斷面7—11月平均流量分別減少了10 600、7 330、7 430、7 050 和2 140 m3/s，其中9—11月68%、89%和79%水量的減少是因為湖口以上長江干流流量減少造成的，這與上游宜昌水量減少過程完全對應[1]。與此同時，在汛期洪水流量遠低于當地河道設計泄洪能力條件下，汛期流量減小對鄱陽湖水位、持水量和生態面貌影響很大，造成汛后出湖流量減少和河湖水位提前降低。鄱陽湖等大型水體汛期持水量少，主要是因為上游三峽水庫等汛期攔中小洪水和超汛限水位運行[9]。三峽工程規劃防洪目標是保荊江安全和相應減輕中下游其他地區防洪負擔[11],這種防洪原則可保證一般情況下長江自然洪水節律不變，是最大限度保證中下游防洪安全和生態健康的最佳選擇。遺憾的是，現在三峽工程等的調度違背了論證確定的原則，不但使徑流節律朝單一化方向發展，而且攔中小洪水顯著加劇中下游河道沖刷[1]。

目前，長江流域大量水庫調蓄減少了徑流，特別是顯著減少了伏秋徑流，對中下游河流造成實質性改變。而且，長江上游還有大量規劃大壩正在建設，這些大型水庫都要承擔中下游防洪任務[11]，伏秋季節大量水庫蓄水將進一步減少徑流。

1.2 長江中下游河道全面大幅度沖刷下切

三峽水庫蓄水以來，中下游泥沙通量銳減，清水沖刷超過了三峽工程論證預期的最大幅度[1]。2003年后，不但一般意義的河床質泥沙全被水庫攔截，而且三峽工程論證認為根本不會淤積水庫[12]的8 μm以下極細泥沙也減少了90%以上。溪洛渡等上游水庫2014—2016年蓄水后，三峽水庫入庫泥沙大幅減少，宜昌和大通輸沙量分別比天然情況減少98.6%和72%。長江中下游是完全沖積平原河流，泥沙減少直接導致河床沖刷。到2016年，宜昌—湖口段沖刷量和荊江河槽平均下降分別超過20.9億m3和2.5 m；同時，湖口以下也出現嚴重沖刷，2001—2016年湖口—江陰實測沖刷11.8億m3。10余年中下游河床的沖刷量已超過三峽工程論證預期要在50年后才會出現的極限，而當前中下游沖刷趨勢仍在加速。除清水外，三峽工程攔中小洪水也加劇了河道沖刷。長江中下游河道灘區寬淺，天然洪水主要經河灘下泄，斷面平均流速很小，河道可能產生淤積。三峽工程試驗性運行以來，沒有按規劃原則調度，長期攔中小洪水和超汛限水位運行[9]，使對下游沖刷能力最大的平灘洪水持續時間顯著延長，水流能量被人為地調節于沖刷河槽[1]。這種調度既降低下游河流非汛期水位和汛期安全洪水位，產生的生態影響很大[5]，同時也嚴重降低三峽工程防御荊江特大洪水的能力。

1.3 長江中下游伏秋水位全線大幅降低

表1 長江中下游干流各水文站現狀與歷史逐月水位降低幅度 m

注： “↑”代表升高。

長江上游水庫蓄水、調節和清水下泄沖刷降低河床，導致中下游干流伏秋高溫季節(8—10月)水位全線下降。表1顯示了沙市、城陵磯、漢口、湖口和大通2008—2016年水位降低程度，其中10月多年平均水位分別降低4.0、2.3、2.9、2.8和2.0 m，江湖提前進入枯季(圖2B)。長系列水位特征(圖2C)顯示，2000年以前湖口水位基本穩定，2004年以后有一定程度降低，而10月平均水位和最低水位顯著下降。湖口水位降低主要與三峽工程等的調節相關。這期間長江中下游仍處于高溫季節(日均氣溫20～30℃)，江湖及周邊濕地干出水面，涉水植被受到嚴重脅迫。由于長江水位提前降低使湖泊提前干枯，10月初、末鄱陽湖通江湖面面積分別從3 000 km2和1 400 km2縮減到2 000 km2和150 km2；荊江水位降低還顯著減少由松滋口等荊南三口進入洞庭湖的水量，西洞庭湖環境面貌和人民生產生活受到影響；上游水庫蓄水及干流水位提前降低使兩湖秋季持水量提前流失60億m3～80億m3。每年7月后，鄱陽湖、洞庭湖(特別是鄱陽湖)降水量明顯少而蒸散發很大，江湖提前干枯加劇了周邊濕地和農田失水，增加了春旱風險[1]。

值得強調的是，盡管長江中下游河道發生了嚴重沖刷，但當前干流水位降低主要還不是由于河道下切。實測資料分析顯示，城陵磯和湖口中枯流量期間同流量水位降低幅度分別小于0.7和0.5 m[9]，遠小于表1中伏秋(特別是9—11月)水位降低值。顯然，水庫蓄水、汛后水量減少和調度才是水位降低的主要原因。盡管如此，由于干流全線大規模沖刷先兆和趨勢已經非常明顯，加上長江上游更多大型梯級水庫將長期持續攔沙，因此今后干流河槽存在更大幅度沖刷下切和更嚴重改變中下游江湖關系與河流面貌的風險。

1.4 鄱陽湖流域及周邊環境情況變化

相應于長江整體徑流節律和水情變化，鄱陽湖周邊及其流域上游入湖情況也發生了變化。實測資料顯示，近年汛后鄱陽湖出入湖流量都在減少，枯水期湖水位與長江(湖口)水位的相對關系發生劇烈改變(圖3)。

2006—2016年與1990—2002年9—11月平均水量比較(表2和圖3A)，長江大通逐月分別減少193億m3、189億m3和63億m3(占比分別為18.3%、22.9%和11%)，湖口鄱陽湖入江流量逐月分別減少62億m3、21億m3和13億m3(占比分別為38.8%、18.5%和15.6%)，七河入湖總水量逐月分別減少23億m3、16億m3和-2億m3(占比分別為28.2%、28.5%和增加3.5%)。從過程上看，多年平均10月下旬退水曲線上升(圖3A)，表明鄱陽湖流域汛末水量減少主要與其上游水庫汛后蓄水有關。而9月和10月，湖口實測流量減少量明顯大于七河的減少量，這是因為當前鄱陽湖汛期長期處于低水位緣故。鄱陽湖流域汛末來水量和湖區汛期持水量減少，使9—11月湖口月平均(最大)入江流量分別降低了2 380(3 180)、774(1 670)和521(1 960)m3/s。在長江下游汛后流量日益減少條件下，鄱陽湖及其流域汛后流量大幅度減少也促進了干流水位降低。特別是鄱陽湖流域汛后流量減少比例超過28%，這是導致湖區上段和七河尾閭湖區干枯和環境狀態變化的重要原因。

表2 研究區入湖平均水量和流量現狀與歷史變化

注：“-”代表增加；建閘后湖口水量和流量按七河入湖計算，建閘減少湖口水量和流量的比較時間都是2006—2016年與1990—2002年。

注：①A圖指鄱陽湖上游入湖七河及出湖(湖口)實測平均流量；B圖為文獻[13]論證研究鄱陽湖建閘工程對七河干流控制水庫做的調節研究(水庫調節作用很小)；C圖為鄱陽湖星子、都昌與湖口水位差的季節分布特性，根據1953—2002年與2009—2016年逐日實測水位統計；D圖為2—3月星子、都昌與湖口水位差的長期變化趨勢；②本圖體現鄱陽湖流域水庫調度[13]作用。

圖3 鄱陽湖區水文特征和水情的現狀與歷史比較

2012年，鄱陽湖流域已建各類蓄水工程24.2萬座，總庫容769.4億m3。大中小型水庫9 489座，總庫容和興利庫容分別為291.9億m3和155.2億m3；七河干流萬安、峽江、江口、洪門、廖坊、浯溪口和柘林等大型水庫總庫容和興利庫容分別為143億m3和56.3億m3，控制了主要入湖徑流，其中僅修水的柘林水庫庫容和興利庫容分別達79.2億m3和34.47億m3。但是，流域水庫調節性能和調度能力都很差，沒有發揮應有調節作用。鄱陽湖建閘工程的論證研究[13]也沒有首先考慮利用流域水庫群的調節能力，上述7座大型水庫多年平均蓄水和向下游補水分別只考慮了總興利庫容的75%和51%，其中柘林水庫多年平均蓄水量和供水量分別只有22.4億m3和16.7億m3(分別占興利庫容65%和54.2%)。實際運行資料顯示，流域調節能力最大的柘林水庫，2006年以后竟長期將最低水位提高10 m 以上，每年22億m3～25億m3調節庫容長期不用。七河干流控制水庫調節計劃[13]顯示，這些水庫雖然控制了鄱陽湖79.6%的入湖徑流，但是總蓄水量和補水量分別只占其控制徑流量的5.1%和3.7%，流域水利工程基本上沒有發揮調節作用(圖3B)。

注： 圖A為湖口-都昌段54 km入江水道給定高程以下實測斷面面積[13]比較(其中粗線是2010年、細線是1998年);圖B為入江水道平均斷面面積及其(不含湖口)與水位的關系。圖4 鄱陽湖入江水道(湖口—都昌)2010年與1998年實測河道斷面比較

與此同時，2000年以來鄱陽湖區大量采砂，導致都昌以下(不含湖口斷面)入江水道河槽最低高程1998—2010年降低了2.15～10.57 m[14]，2010年后一些斷面還在大幅度降低[15]。根據江西省鄱陽湖建設辦公室2012年提供的資料，僅2000—2011年間湖區登記采砂量5.18億t，其中45%主要來自湖口、廬山、星子和都昌縣等鄱陽湖入江水道段。實測資料(圖4)顯示，除湖口斷面外，入江水道斷面顯著擴大，都昌—湖口段在1998—2010年12 m高程(吳淞高程)以下河道過水面積擴大了10 000 m2。湖口斷面變化不大(反而略有減小，2010—2015年最低高程淤積2.72m[15])，表明入江水道斷面大幅擴大不是湖口水位降低引起沖刷造成的。湖區大量采砂對湖盆地貌、湖區水位和環境也產生很大影響。鄱陽湖長期水位變化特征(圖3C～D)完全揭示了鄱陽湖與長江水位關系和短期內湖區枯水位劇烈變化情況。鄱陽湖汛期是湖、枯期是河，汛期因為湖口水位較高、入江水道過水斷面很大，都昌、星子與湖口之間平均水位差只有0.1～0.2 m(甚至低于湖口)；枯水期(特別是春季)水位降低后，入江水道完全退化成河，上述水位差顯著增大(其中2—3月最大)。1990年前星子站2—3月平均水位高出湖口1.56 m、水面比降0.035‰(最大比降0.07‰)，2009年以后(2009—2016年)上述水位差只有0.38 m；都昌站與湖口站1990年前和2009年以后水位差分別為3.18 m和0.65 m。過去枯水季節長江水位降低后，湖面水位顯著高于湖口，這是保證湖區最枯水位相對較高和湖面較大的重要機制。其間適逢湖區春灌，為相對較高湖水位提供了較好的取水條件。這一機制1990年以前長期保持基本穩定，20世紀90年代開始該機制作用略有減小，而2009年以后湖面相對水位劇烈降低，都昌2—3月平均水位相對于湖口降低了2.53 m(圖3C～D)。2006以來,春季湖口流量與過去并沒有太大變化(圖3A)，由此可以判定，湖區(都昌)水位相對湖口降低2.5 m，完全是由于入江水道過度采砂造成的。三峽水庫蓄水以來，12—3月湖口水位略有抬升(0.8 m以內)(圖2B)，但是湖區相對水位降低幅度遠超過湖口升高幅度。鄱陽湖過度采砂是導致當前湖區枯季極低水位，影響春灌取水的關鍵原因。

2 湖口水位降低成因

鄱陽湖低水位與干支流流量變化和河道沖淤變化相關。水位-流量關系是河流形態、流量、阻力和動力過程的綜合體現。在區分流量漲落、消除下游水位頂托影響后，考慮到短期阻力變化主要與河道沖刷粗化有關，同流量水位變化集中反映了河道沖淤變形的影響。采用對數流量的二階拋物曲線可以很好模擬漲水和落水過程的水位流量關系[16]：

Z=alg2Q-blgQ+c

(1)

式中：Z為水位；Q為流量；a、b和c為擬合常數。

由于湖口不是干流水文站，大通水文站距離較近且流量資料完整，故采用大通流量來近似反映湖口—大通段水流狀態，湖口水位可與大通流量建立關系。圖5根據1954—2017年逐年漲水和落水(35 000 m3/s 流量以下)水位-流量關系確定逐年湖口和大通同流量水位變化情況，來表明同流量水位變化機制。從圖5可見，無論是擬合系數還是同流量水位變化，都體現出2000年前基本穩定、近年發生了較大改變。河道沖刷已經影響到長江下游河流的基本特性。

注：①圖的上部分別對應于湖口和大通落水過程擬合系數a、b、c的變化趨勢，表明同流量水位變化機制；②圖的下部線是漲水、圈是落水、粗虛線是分段平均值，湖口水位-流量關系采用大通流量；③本圖是根據漲水和落水過程的湖口和大通水位流量關系(流量<35 000 m3/s部分)來確定的。圖5 1951—2017年湖口和大通同流量水位變化

與三峽水庫蓄水前(1990—2002年)比較(圖5)，2008—2017年的平均大通流量10 000、15 000、20 000、25 000和3 0000 m3/s對應的湖口水位分別降低0.72、0.65、0.57、0.49和0.43 m；大通流量20 000、25 000和30 000 m3/s對應的大通水位分別降低了0.29、0.28和0.26 m。這是河道沖刷的作用。另一方面，根據前面的流量過程比較，9月和10月大通流量分別減少了6 940和5 210 m3/s(表2)，流量減小導致湖口9月(大通流量按35 000 m3/s基準計)水位降低1.8 m、10月(大通流量按30 000 m3/s基準計)湖口水位降低了1.5 m。這是上游水庫影響和流量減少的作用。若在鄱陽湖建閘，將使9月、10月平均出湖流量將進一步分別減少1 520 m3/s和1 890 m3/s(表2)，相應湖口水位會分別再降低0.43 m和0.57 m。

在上述相關因素中，長江枯水期流量變化對湖口水位影響最大。盡管當前湖口以下長江河道發生的大幅度沖刷也導致水位下降，但湖口水位降低的主要原因仍是汛后長江流量減小。如果鄱陽湖和洞庭湖建閘以及今后長江上游更多水庫蓄水，9—10月流量還會進一步減少，而長期清水沖刷，河床還會進一步下切。在可預見條件下，湖口水位會將進一步降低，長江中下游(含鄱陽湖)河湖面貌和生態環境條件將面臨嚴峻挑戰。

3 湖口建閘的影響

長江下游河道沖刷、上游水庫汛后蓄水、鄱陽湖流域汛后水量減少和湖區大規模采砂，使鄱陽湖湖區提前干涸，出現連續極枯，對河湖面貌、生態環境、人民生產生活造成了嚴重影響。因此，有關地區提出要在湖口建閘，汛后控湖，緩解9—10月湖水位降低進程，抬高枯季湖水位，擴大湖面，保證灌溉取水，改善五河尾閭航道和環湖面貌。這是最直接和簡單的應對措施，對當地具有一定合理性。然而，湖口建閘將徹底改變枯季鄱陽湖自然屬性和獨特的濕地環境，威脅候鳥棲息生境；枯期江湖隔斷后，已被三峽大壩切斷的長江殘余生境將被進一步肢解，江湖水情和面貌完全被人為操控，長江水生系統更加碎片化，江豚等魚類生存條件將被再次破壞，決定流域生物多樣性的生境多樣性將不復存在。同時，在流域污染越來越嚴重的大背景下，枯季湖泊形態從河流變成水庫必然顯著降低環境容量(根據環境評價標準，河道比湖庫總磷承受能力高若干倍[17])。歷史經驗已經表明，長江通江湖泊被隔斷后，生態系統普遍退化，環境問題嚴重。當前，鄱陽湖和洞庭湖是長江僅存的兩個通江湖泊，也是長江中下游主要徑流來源，對下游、河口及周邊海域環境起著作用重要。特別是在流域徑流已被大量水庫嚴重改變的情況下，鄱陽湖等建閘將阻延9—10月退水過程，與下游水位維持、河口抵御咸潮及周邊海域環境保護都是對立的。

3.1 對湖口以下水位的影響

湖口距長江口920 km，圖2顯示在枯水期湖口與河口總落差8～10m，平均比降0.01‰，這是典型的平原河流。平原河流水位發生變化，不但影響河流、沿江濕地和緩沖帶的生態環境，而且對沿岸地下水位和灌溉引水條件都有直接影響。

注：①湖口(實線)和大通(虛線)水位降低幅度(A)根據公式(1)和圖5方法計算；②同潮差條件下，潮區(實線)和潮流(虛線)界上溯幅度(B)根據公式：L=C1ln(10 000Dt/Q)+C2計算[18],其中L為潮區(流)界范圍、Dt為河口江陰斷面的潮差、Q為大通流量、潮區(流)界常數C1=115.92(112.03)和C2=714.84(330.29)，由此可得ΔL=C1ln[Q/(Q-ΔQ)](ΔL上溯幅度，ΔQ大通月平均流量變幅)；③沖刷情景針對大通流量不變，2006—2016年與1990—2002年平均比較；不建閘情景是指大通月平均流量減少7 050 m3/s，建閘情景是在不建閘基礎上鄱陽湖入江流量進一步減少1 890 m3/s(表2)，圖中藍色陰影是建閘影響幅度；③各種因素指長江下游河道沖刷、汛后流量減小和湖口建閘。圖6 各種因素對10月湖口--大通水位和感潮河段范圍的影響

圖6A顯示，由于汛后流量減少和河道沖刷，現在湖口、大通10月份與原來大通天然流量15 000～33 000 m3/s對應的平均(最高、最低)水位已經分別降低了2.77 m(3.3、2.3 m)和1.97 m(2.1、1.7 m)，湖口以下河道水面的平均比降減小31%。在此基礎上，如果湖口建閘控制，10月湖口、大通平均(最高、最低)水位將降低3.43 m(4.0、2.8 m)和2.44 m(2.5、2.2 m)，湖口以下水面平均比降減小38%。湖口建閘將增加湖口—大通水位降低幅度0.47～0.66 m。上述水位降低還會進一步延伸到湖口以上，這樣長江下游汛后退水期流量還會減少。更多分析還顯示，9月下游水位降低幅度與10月相當。現在枯水位降低幅度已經很大，由于枯水年沿江引蓄水量更大，水位降低將更嚴重。上游更多水庫蓄水進一步減少汛后流量，建閘攔截汛后水量對長江下游水位的影響必須高度重視。

3.2 對長江潮區(流)界的影響

潮區(流)界范圍是河口潮汐對河流影響的重要指標，決定著河口咸淡水摻混、往復流和感潮波動范圍，其變化對鹽度、工農業用水、最大渾濁帶與河口攔沙、河道污染物輸移和生物棲息環境等都有重要影響，是河口及感潮段基本生態環境條件。長江感潮河段范圍一般認為在大通以下(長約699 km[19-20])，由于上游水利工程影響，近年潮區(流)界在上移[18,20]。現在大通10月出現流量小于15 000 m3/s 的機會顯著增加[1]、大通至河口(徐六涇)間河槽沖刷下切等都利于鹽水和潮區(流)界上溯。

根據簡單方法[18]計算結果(圖6B)，在原來大通流量15 000～25 000 m3/s期間，2006—2016年10月平均流量減少了7 050 m3/s(表2)，潮區界和潮流界平均(最大、最小)分別上溯52.6 km(38.4、73.6 km)和50.8 km(37.1、71.1 km)。如果鄱陽湖建閘，10月出湖流量將進一步減少，潮區和潮流界平均(最大、最小)上溯距離將分別增加到72.3 km(51.1、105.1 km)和69.9 km(49.6、101.5 km)，建閘凈增潮區(流)界幅度13～31 km。建閘攔截汛后流量變化對潮區(流)界范圍影響靈敏，越干旱年份影響越大。

3.3 對上海飲用水源的影響

位于長江口內的青草沙水庫建成后，上海70%水源依靠長江。河口咸潮是影響供水的要素，鹽水入侵問題已經很嚴重[22-23]；當前，河口及周邊主要是劣Ⅳ類海水[24]，污染問題也很嚴重。這些問題與流域大量水庫調蓄、跨流域調水、引江濟湖和用水量增加都有關系[1]。作為長江重要服務對象，上海飲用水和環境安全是長江保護的重要目標。

天然情況下，長江口咸潮主要會出現在1—2月。現在汛后10月大通流量減少使鹽水入侵機會增加。2006年干旱年，秋季流量14 400～15 000 m3/s期間，河口(海門)鹽度長期嚴重超標[22]。三峽工程規劃將15 000 m3/s作為大通10月流量下限，認為這種極端情況出現的概率極小，而現實情況是大通流量小于15 000 m3/s的天數大大增加[1]。20世紀末，大通以下引水調水工程的引調水能力就已經超過了7 000 m3/s[25],加上最近的引江濟太和長三角地區控采地下水，大通以下引江規模更大。這些引水調水工程越干旱年份引水越多，對河口抵御咸潮能力的影響越大。而且，10月的長江口淡水密度顯著低于1月，低淡水密度相當于口外海水鹽度升高了5 g/L，加上期間或遇天文大潮出現鹽水入侵的條件更多，10月已成為上海市飲用水源受咸潮威脅最嚴重時期[1]。根據1951—2016年實測流量資料得到10月平均和最小流量變化趨勢(圖7)。從圖7可見，三峽水庫蓄水前，大通流量緩慢減少，三峽蓄水后(2006—2016年)流量出現突變趨勢。月平均流量(最小流量)的多年平均值分別從30 800 m3/s(25 700m3/s)(1991—2002年)降低到23 740 m3/s(17 560 m3/s)(2006—2016年)，最小流量平均減少8 110 m3/s。1951—2002年大通10月流量小于15 000 m3/s的天數是11 d(概率0.68%)，而2006—2016年累計天數35 d(概率10.3%)，發生概率增加了15倍。若鄱陽湖建閘截流，同樣2006—2016年系列大通流量小于15 000 m3/s天數將出現64 d，概率18.8%。

注：①圖中建閘情景大通流量小于15 000 m3/s天數是直接根據實際大通流量扣除鄱陽湖建閘減少下泄流量1 890 m3/s(表2)計算結果。②流量指長江大通斷面10月最小流量、最小流量7 d滑移平均和月平均流量；影響指對2003年后大通10月流量小于15 000 m3/s天數的影響。

圖7長江大通10月流量變化趨勢和鄱陽湖建閘的影響

上述只是現狀分析，而今后進一步影響汛后大通流量的不利因素還很多，如，鄱陽湖建閘或促進洞庭湖以同樣方式建閘，南水北調中線調水量越來越多，西線和滇中調水工程等增加上游截流，上游白鶴灘和雅礱江、大渡河等更多大型水庫蓄水，大通以下很多引水工程發揮巨大潛力等。下游河道大幅度沖刷、水位降低和河道比降減小等也會進一步降低抵御咸潮的能力。現在15 000 m3/s大通流量的安全性實際上已經嚴重削弱。汛后潮區(流)界上延和鹽水入江范圍增加，污染物在河流內部和河口回蕩滯留時間加長，對下游、河口及周邊人民生產生活影響會很大。長江口和杭州灣是目前我國沿海水質最差區域，劣Ⅳ類水比例長期占60%和100%[24]，這固然與當地污染排放有關，但是，河口地區污染物向外海擴散程度受制于口外沖淡水區域的大小，而后者決定于出海淡水量和口外淡水羽狀射流發生概率。長江洪水和汛后徑流大量減少都會削弱排海污染向深海擴散能力，使更多污染物在河口周邊積累。汛后大通流量是長江下游與河口生產力與環境容量的基礎，當前河口及周邊環境條件已經很不樂觀，洪水減少和汛后淡水減少趨勢需要得到控制，對此必須高度重視。修復和保護長江應把汛后大通流量不低于15 000～18 000 m3/s作為生態流量標準[1]，嚴格控制流域各種工程開發和用水量增加。

4 對鄱陽湖問題的認識和建議

10余年來長江中下游和鄱陽湖等水域環境面貌發生了顯著變化，明顯改變主要集中在汛后伏秋季節，湖口水位提前降低、鄱陽湖提前干枯；而春季鄱陽湖相對于湖口水位大幅降低，出現極枯情景。但是，鄱陽湖“汛期是湖、枯期是河”基本自然特征沒有改變，導致這些變化的主要原因是長江上游水庫調蓄嚴重改變徑流節律(汛后流量減小和汛期洪水減少)，干流河道沖刷也是重要原因。鄱陽湖流域水庫攔截使汛后入湖徑流減少也加劇了湖區干旱。特別值得強調的是，鄱陽湖近年大量采砂是造成連續極枯水位的主要原因。這些改變對湖區生態環境影響很大，長期極低水位也影響了鄱陽湖湖區及周邊人民的生產生活。

湖口建閘可以人工控制鄱陽湖水位消落過程，抬高枯季水位，這是工程的主要目的。但是，湖口建閘和促使洞庭湖建閘隔斷江湖是嚴重問題。盡管有關設計考慮了用大孔口閘門便于過江豚和魚，但由于枯季流量很小，開閘過魚與閉閘壅水是完全矛盾的，枯季徹底隔斷江湖不可避免。三峽工程已經截斷長江，如果最后兩大通江湖泊再被隔斷，將嚴重肢解長江生態系統，使流域生境多樣性徹底喪失；在人工調控之下，較高枯水位淹沒原來大片冬季臨水濕地和鳥類覓食區，候鳥越冬環境變數很大；同時，枯水季節是河湖水環境問題嚴重時期，“河變庫”導致流域污染滯留、積累，環境容量降低，而迄今長江中下游已被隔斷的通江湖泊生態環境改善的例子不多。

更重要的是，鄱陽湖和洞庭湖是長江下游重要水源和自然調節單元，對緩解三峽水庫等上游水庫汛后蓄水的影響也發揮了重要作用。而江湖隔斷必將進一步加劇長江汛后面貌改變，降低河道水位和環境容量以及河口抵御咸潮的能力。兩湖建閘不是一個局部問題，在受嚴重人類活動影響和劇烈改變的當下，應該按“共抓大保護”原則統籌研究和解決鄱陽湖等問題。

4.1 堅持三峽工程規劃確定的主要防大洪水原則

三峽工程規劃確定三峽工程主要用于防大洪水，保荊江大堤安全和相應減少中游防洪壓力[26]。然而，三峽工程試驗性蓄水以來，連年攔中小洪水和超汛限運行，河道實際泄洪流量低于設計能力10 000～20 000 m3/s。這已經造成中游河道泄洪能力下降[9]，沖刷程度遠超過預期[1]。僅就通江湖泊而言，消滅大洪水也使湖泊汛期持水量減少，水面縮小和濕地不能充分淹沒，碟形湖和牛軛湖等水體與干流季節聯通機制被破壞。1998年后長江沒有發生過真正大洪水，規劃的防洪體系沒有經過考驗。三峽工程規劃要求的長江中游蓄滯洪區建設長期拖延，而蓄滯洪區長期難以使用又成為三峽工程攔中小洪水的理由(實際上攔中小洪水主要為了大量增加發電量)。長期下去，不但防洪安全風險很大，而且對中下游(含河口)生態環境嚴重不利。建議首先抓緊落實長江中游蓄滯洪區建設，提高干流河道泄洪能力，使中下游達到規劃要求的防洪能力；切實執行三峽工程規劃確定的三峽工程防大洪原則，不攔中小洪水，不片面追求發電效益；根據當前三峽水庫入庫泥沙極少和存在的大量調度潛力實施動態汛限調度[28-29]，增加汛期下泄安全洪水，減少汛后蓄水[1,9],在保證長江中游大洪水安全的同時，盡量恢復自然徑流節律和河湖生機。這是當前長江修復的首要任務。

4.2 適當調整長江流域總體規劃

現有長江流域規劃[11]主體原則是在“生態文明建設”提出前制定的，“五位一體”原則沒有得到體現，三峽工程建成后長江生態環境出現的大量問題[1-3,6-7]沒有給與應有重視，流域規劃過分要求長江上游水庫為中下游承擔防洪任務。除三峽水庫外，長江流域規劃還要求上游干支流水庫在7月主汛期預留340億m3～360億m3防洪庫容。大量防洪水庫汛后蓄水與長江下游枯水期提前直接相關，今后矛盾還會更大。在實際運用中“防洪第一”的三峽工程卻連年超汛限運行攔中小洪水，難以發揮高效防洪作用的同時嚴重破壞了長江的徑流節律[1]。在當前生態環境問題已經凸顯的情況下，長江流域規劃應該根據“共抓大保護”和“五位一體”要求進行適當調整。其實長江流域規劃和全流域統一調度還有很大潛力[27]，有利因素包括：①三峽水庫是河道型水庫，汛期調度具有很大靈敏性和快速預泄能力；②長江上游干支流均已建庫控制，洪水預報技術和水平已顯著提高，三峽水庫入庫洪水準確預見期應該可以超過3 d，預泄調度潛力巨大；③今后相當長時間內三峽水庫入庫泥沙極少，汛期4個月已沒必要堅持低水位“蓄清排渾”，可以通過動態設置汛限水位方式改善汛期防洪調度和汛后蓄水[28-29]。調整三峽上游水庫調度原則可大量減少汛后蓄水，更上游水庫也沒有必要完全汛后蓄水[27]。建議：①主汛期，將三峽工程汛限水位降低到135 m，但在無洪水期間可按150 m運行，在需要攔洪前，三峽按下游河道安全泄量預泄騰空防洪庫容(最低可降到135 m)；金沙江下游水庫按死水位運行，而更上游水庫蓄水。②主汛期后，根據當時洪水標準和考慮預泄能力提高三峽水庫運行水位，金沙江下游水庫只留區間防洪庫容蓄水攔洪。③預報荊江將出現較大洪水前，三峽水庫通過預泄后再攔洪，上游水庫盡量蓄水保證荊江安全。④加強中下游堤防，維護河道泄洪能力，高質量完成已規劃蓄滯洪區的建設用于承擔剩余洪水。⑤以水資源工程重新定位長江上游擁有大型水庫的水電站，按水資源優先和全流域優化原則進行調度。讓長江中下游河道和三峽工程防洪能力切實發揮作用才是保長江安全之大計。中游蓄滯洪區建設與地區生產生活密切相關，不能一拖再拖。在保證長江中游特大洪水安全條件下，走“與洪水和諧相處”道路才能平衡防洪與生態安全。提高長江中下游防洪能力，提高安全洪水流量上限，優化調度，減少汛后蓄水,盡量降低長江中下游伏秋季節提前干旱程度[27]。

4.3 提高鄱陽湖流域水利工程調節能力

對比圖2A和圖3A可見，氣候差別決定了鄱陽湖流域與長江干流的徑流過程存在較大季節差異。鄱陽湖主汛期在4—6月，7月開始進入枯期，而長江洪水主要發生在7—8月。長江上游水庫群對中下游徑流過程影響最大的是伏秋季節(8—10月)提前干旱，9—10月干流水位全線降低[1]，而4—6月流量增加(圖2A)。可見，鄱陽湖流域上半年有充分剩余水量。當前，鄱陽湖流域雖然水庫很多，但調節能力還有很大提升空間。上述季節差異是重要優勢資源，完全可以用于修復鄱陽湖和長江徑流過程。

建議加強鄱陽湖流域水庫調節能力建設，進行優化管理，提高水庫群上半年蓄水量，在下半年提前充分供水。建議防洪庫容較大的水庫增設汛后補水水位，將鄱陽湖枯季(9—10月)作為重要補水目標，同時增加長江下游汛后流量。初步估算，僅利用好柘林水庫已有調節庫容和適當增加汛后補水庫容(汛后補水水位設在吳淞高程69 m)就可增加補水量17.6億m3(圖8)，專門用于補充三峽水庫等蓄水期間(9月20日至10月底)鄱陽湖的入湖流量；同時，還可以幫助加大長江枯季(12—2月)入湖水量22.9億m3，緩解湖區春季極度干旱。為此，國家需支持江西省切實解決好贛江上游柘林等水庫庫區移民和工程改建等具體問題。鄱陽湖流域水庫群具有獨特優勢和潛力，建議開展以修復江湖徑流過程為目標的增加鄱陽湖流域工程調節能力的研究。這是江湖兩利措施，對汛后流域徑流過程修復具有重要價值。

注：①陰影范圍是調節區間；②柘林水庫死水位、汛限水位、正常水位和設計(校核)洪水位分別是50 m、64 m、65 m、70.13 m(73.01 m)，1998—2005年實際運用最高和最低水位67.96和51.17 m，但2006年以來一直按上述極不充分調節方式運行(調節幅度只有5 m左右)，水庫調節能力嚴重浪費；③W1是增加補水功能(設汛后補水水位69 m)滯洪補水庫容(17.6億m3)，增加汛后40 d下泄流量500 m3/s)，W2是按死庫容調節充分增加枯季補水(庫容22.9億m3)，合計可增加補水量40.5億m3,庫容按文獻[30]校核后的庫容曲線計算。

圖8柘林水庫運行方式及調度改進對鄱陽湖和長江下游9—10月補水能力的影響

4.4 修復鄱陽湖入江水道

最近10余年鄱陽湖人工采砂嚴重破壞了入江水道。根據實測斷面資料，1998—2010年間都昌以下實際采砂量超過3億m3。采砂主要加深和擴大了枯水河槽斷面，使低水位斷面過水面積成倍增加，水面比降劇烈減少，2—3月份都昌平均水位降低2 m，嚴重加劇了湖區水量流失，導致持水量減少。這是近年鄱陽湖頻現極低水位的主要原因。入江水道水下地貌決定著湖區基本環境面貌，必須修復。建議嚴格控制湖區采砂、禁止枯水期河槽采砂，通過人工和自然措施盡量修復入江水道。人工措施可考慮在都昌以下40 km范圍的入江水道人工喂沙堆建4～6道沙坎(頂高程黃海5 m以下、寬100 m、總方量400萬m3～600萬m3)，適當壅高湖區枯水位，促進入江水道自然回淤，逐步恢復枯水河槽。

4.5 加強鄱陽湖及其周邊適應能力建設

當前，長江上游大量規劃水利水電工程還在不斷建設之中，中下游沖刷在加速，其他人類活動和氣候變化的影響也存在諸多挑戰，未來流域用水與生態環境保護矛盾更大，變數更多，若無重要措施，鄱陽湖等的退化趨勢很難根本扭轉。當前的保護策略應盡量統籌考慮緩解上述變化進程，在積極全面修復長江的同時，特別需要重視降低水利水電工程的影響，減少汛后蓄水和抑制河道沖刷，同時要努力提高長江河湖適應能力。建議將鄱陽湖問題放到全流域層面，各利益相關方站在“共抓大保護”的高度統籌考慮，避免草率決策的同時，當前首先應該考慮安排和加強供水設施建設、加強環境治理和控制采砂等，切實改善湖區群眾生產生活條件。總之，在長江流域建壩已嚴重肢解生態系統情況下，不應該“以工程修復工程”，以免進一步隔斷江湖，加劇中下游生境碎片化。