鄱陽湖極端干旱的影響、成因與對策

張奇 薛晨陽 夏軍

1 河海大學(xué) 長江保護與綠色發(fā)展研究院 南京 210098

2 中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所 南京 210008

3 武漢大學(xué) 水資源工程與調(diào)度全國重點實驗室 武漢 430072

鄱陽湖是我國第一大淡水湖，多年平均最大通江湖體面積2 818 km2，最大蓄水量1.32×1010m3[1]。鄱陽湖也是長江中游重要的通江湖泊，流域面積162 000 km2，據(jù)江西省水文部門提供的站點實測徑流計算，鄱陽湖排入長江的1960—2022年平均徑流量1.47×1011m3，占長江下游大通水文站徑流量的16.7%。鄱陽湖蘊涵優(yōu)質(zhì)水資源，是長江中下游重要的戰(zhàn)略水源。鄱陽湖生物多樣性豐富，是多種珍稀生物的重要棲息地，每年遷徙來此越冬的候鳥數(shù)量平均達34 萬只[2]。鄱陽湖也是“微笑天使”江豚的重要棲息地，在此生活的江豚數(shù)量達500 頭，占長江流域江豚總數(shù)的近一半。國家和地方高度重視鄱陽湖的生態(tài)環(huán)境保護，2018年4月26日，習(xí)近平總書記在深入推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展座談會上的講話中明確指出，長江的“生態(tài)環(huán)境形勢依然嚴(yán)峻”，以及“長江‘雙腎’洞庭湖、鄱陽湖頻頻干旱見底，接近30%的重要湖庫仍處于富營養(yǎng)化狀態(tài)”。江西省從1983 年開始實踐的“山江湖”工程，以系統(tǒng)思維統(tǒng)籌考慮“流域—長江—湖泊”的相互關(guān)系，在水源涵養(yǎng)、鄱陽湖水質(zhì)和水生態(tài)保護方面取得了積極的成效。

近20年來，在全球氣候變化和高強度水資源開發(fā)等人類活動影響下，長江中游的江湖關(guān)系持續(xù)調(diào)整，鄱陽湖水文節(jié)律發(fā)生了深刻的變化。主要表現(xiàn)為：湖泊提前進入枯水期，枯水時段延長，枯水期水位下降快，水位創(chuàng)歷史新低等干旱化征兆[3-6]。氣候變化導(dǎo)致鄱陽湖流域發(fā)生極端水文事件。2020年長江發(fā)生了超標(biāo)準(zhǔn)洪水，洪水持續(xù)時間和強度都接近1998年特大洪水的規(guī)模，造成全流域673.3 萬人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)74.2 hm2，絕收19.2×104hm2，農(nóng)業(yè)直接經(jīng)濟損失約313.3 億元。2022 年，長江流域又發(fā)生了歷史罕見的“汛期返枯”事件。2022 年9 月23 日，鄱陽湖水位下降至7.1 m（吳淞高程），為1951年有記錄以來歷史新低。鄱陽湖面積萎縮至244 km2，蓄水量僅為7.8×108m3，全湖近乎完全干涸（圖1）。截至2022年10月底，江西省全省因旱而需要救助的人口達40.7萬余人，其中飲水困難人口1.9 萬余人，全省1 504 個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）530.6萬人受災(zāi)，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞[7]。2023年以來，鄱陽湖總體水位持續(xù)走低，與1953—2022年同期（1—8月）相比下降2.6 m。2023年7月20日，鄱陽湖代表水文站星子站的水位降至12.0 m附近，標(biāo)志著鄱陽湖提前進入枯水期（圖2），2023年成為有記錄以來最早進入枯水期的年份，比歷史平均提前了103 天，比2022年還提前了15天。

本文基于1960—2022年江西省提供的實測氣象水文數(shù)據(jù)，重點分析鄱陽湖水文干旱的影響和成因，并提出相應(yīng)的對策建議。

1 鄱陽湖歷史水位極值變化特征

鄱陽湖水位變化趨勢在2000年左右發(fā)生了顯著改變。以鄱陽湖星子站為代表站，對1960—2022年星子站水位的年極大值和極小值進行距平和累積距平的分析發(fā)現(xiàn)（圖3），年水位極大值在1987、1999 和2014年發(fā)生突變。年水位極大值在1960—1987年呈不顯著下降趨勢（p>0.05），2000—2014 年呈顯著下降趨勢（p＜0.01），1988—1999 年（p＜0.01）、2015—2022 年（p＜0.05）呈現(xiàn)顯著上升趨勢。年水位極小值的變化趨勢更為明顯，1980—2003 年呈顯著上升趨勢（p＜0.01），1960—1979 年、2004—2022 年呈顯著下降趨勢（p＜0.01）。

21世紀(jì)以來，鄱陽湖水位極大值距平正負值交替出現(xiàn)，水位極大值在1960—2022年多年均值19.22 m上下波動；水位極小值距平多為負值，累積距平線下降，即水位極小值持續(xù)降低。2022年水位極小值距平達到歷史最低值（–1.48 m），水位極小值比1960—2022 年多年平均值（7.96 m）低1.48 m，達6.48 m，突破歷史最低7.11 m（2004年2月4日)。對2003年前后水位極小值的重現(xiàn)期進行分析，發(fā)現(xiàn)百年一遇的低水位從7.59 m下降到了7.15 m，意味著近20年來鄱陽湖的低水位呈越發(fā)偏枯趨勢。三峽水庫汛后蓄水造成長江干流水位降低，加快了鄱陽湖出流，造成鄱陽湖進入枯水期時間提前，枯水期水位下降快等現(xiàn)象。2003年三峽工程運行后，鄱陽湖枯水期（星子站水位低于12 m）的開始時間由三峽水庫蓄水前的11月上旬提前到了10月上旬，提前了約1個月。

2 鄱陽湖典型干旱事件及其影響

（1）鄱陽湖歷史上出現(xiàn)過多次嚴(yán)重的高溫干旱事件。2013年7—8月中旬，西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱“西太副高”）異常偏西偏北，致使雨帶北移，鄱陽湖流域出現(xiàn)高溫少雨天氣，至8 月下旬干旱情況才有所緩解；2019年也出現(xiàn)嚴(yán)重的夏秋連旱，干旱自7 月中旬開始發(fā)展，持續(xù)時間達半年之久。2019 年全年降雨與多年平均基本持平，但年內(nèi)分布極其不均勻，8—12 月的降雨量不到全年降雨量的兩成。21 世紀(jì)以來，鄱陽湖發(fā)生干旱的次數(shù)增加，程度加重。長江上游大型控制性水庫群的運行造成長江干流河道下切，干流水位下降，對鄱陽湖的頂托作用明顯減弱，導(dǎo)致鄱陽湖蓄水量下降；此外，從2000年開始，長江主河道采砂全面禁止，大量采砂行為轉(zhuǎn)移至鄱陽湖內(nèi)，使得鄱陽湖北部通江河道過水?dāng)嗝嫦虑校蛾柡顾芰訌姡龃罅僳蛾柡某龊俊Ｔ跉夂蜃兓尘跋拢祟惢顒右欢ǔ潭壬霞觿×僳蛾柡母珊党潭萚8]。

圖3 1960—2022年鄱陽湖水位極大值（a）和極小值（b）距平和累積距平Figure 3 Poyang Lake extreme water levels (a) anomaly and (b) cumulative anomaly from 1960 to 2022

（2）鄱陽湖干旱造成巨大的影響。江西省是農(nóng)業(yè)大省，干旱直接導(dǎo)致巨大的農(nóng)業(yè)受損。根據(jù)1978—2022年農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積、絕收面積、受災(zāi)人口和直接經(jīng)濟損失等因素，鄱陽湖歷史上因干旱而損失最大的年份為1978、1986、1991、2003、2007、2011 和2019年[9]（表1）。1978年的年降雨量在1960—2022年時間段內(nèi)排序倒數(shù)第1 位（圖4），因此也是農(nóng)業(yè)受災(zāi)最為嚴(yán)重的一年。2003 年是農(nóng)業(yè)直接經(jīng)濟損失最大的一年，這是由于2003年是典型的伏秋冬連旱，在6月下旬—9 月上旬，江西省超過一半的縣市出現(xiàn)日最高氣溫超過40℃的情況，降雨量比歷史同期減少40%左右，高溫少雨發(fā)生在7—8月早稻灌漿結(jié)實，晚稻秧苗生長的關(guān)鍵時期，造成農(nóng)業(yè)受災(zāi)嚴(yán)重。2022年，鄱陽湖的最低水位創(chuàng)歷史新低（圖4），但是干旱對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟造成的損失并不是最嚴(yán)重的，原因是：① 流域水利工程的建設(shè)和調(diào)度策略更加完善。2022 年7 月初，鄱陽湖流域中型水庫的蓄水率高達84%，為后期的抗旱提供了一定的保障。長江上游水庫群也多次加大出庫流量向下游補水，有效抬高了長江干流水位，緩解了鄱陽湖的干旱。② 江西省的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化。據(jù)《江西省水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)查》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，1980—2021 年江西省的水稻種植結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，2021年中稻和一季晚稻的種植面積比1980年增加了3倍多，種植比例達到了27.5%。中稻和一季晚稻的灌溉期錯開了8—9月農(nóng)業(yè)灌溉需水的高峰期，因而減少了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失[7,9]。

（3）干旱對湖區(qū)生態(tài)環(huán)境也造成顯著影響。① 越冬候鳥。鄱陽湖面積巨大的洪泛濕地蘊含眾多的碟形湖，它們是越冬候鳥的重要棲息地。遙感影像監(jiān)測表明，2022年7月中旬水面面積大于1 km2的碟形湖蓄水總面積為930 km2，而到8月初，碟形湖的數(shù)量減少了36%，蓄水總面積縮減了86%[7]，越冬候鳥棲息地面積顯著減少。② 湖泊水質(zhì)。碟形湖水位下降造成水文連通性降低，低水文連通導(dǎo)致水質(zhì)空間差異增大，造成碟形湖水質(zhì)變差[10]。③ 水生生物。湖區(qū)水位下降還造成水生生物的生存空間被壓縮，魚類、蚌類、底棲生物等死亡。根據(jù)《長江流域水生生物資源及生境狀況公報》的調(diào)查結(jié)果，2022年鄱陽湖魚類資源豐度比2020 年下降約6.3%[11]。④ 濕地植被。洪泛區(qū)地下水是濕地植被的重要水分來源，湖泊干旱造成洪泛濕地地下水埋深增大，沉水植被的生存空間被中生性植被群落嚴(yán)重擠占，苔草等濕地植被的生長期提前并快速衰老，以苔草和水生植物塊莖為主要食物的候鳥或?qū)⒚媾R食物短缺的危機[12,13]。

3 2022年鄱陽湖特大干旱成因

（1）大氣環(huán)流。2022年長江極端干旱既與連續(xù)拉尼娜對我國氣候的影響及西太副高季節(jié)內(nèi)變化異常有關(guān)，也與青藏高原熱力異常和破紀(jì)錄高溫事件有關(guān)，多個影響因子交織在一起，成因復(fù)雜且有不確定性。2022年夏季，異常的大氣環(huán)流使得整個北半球經(jīng)歷了高溫干旱，歐美和亞洲均出現(xiàn)了嚴(yán)重的干旱事件，常年冰雪覆蓋的北極圈溫度也飆升至32.5℃[14]。西太副高是控制長江中下游夏季氣候最重要的大氣環(huán)流系統(tǒng)，異常的西太副高會導(dǎo)致極端高溫、干旱和洪水的發(fā)生[15,16]。2022 年夏季偏強的西太副高是長江中下游高溫干旱天氣事件的重要原因，從6 月中旬開始，西太副高不斷西伸北抬，至7—8 月一直控制著長江流域，尤其是8 月的極端異常副高，使得長江流域盛行下沉氣流，導(dǎo)致地面增溫，高溫干旱指標(biāo)突破歷史值，出現(xiàn)極端高溫干旱事件[17,18]。此外，位于阿拉伯半島至伊朗上空的大陸副熱帶高壓不斷東伸北抬，與西太副高長時間貫通匯合，形成了一個強度大、范圍廣的副熱帶高壓控制帶，阻止了南部水汽向中緯度輸送，造成長江流域降雨減少。上述因素造成鄱陽湖發(fā)生了超100年一遇的極端干旱事件。

表1 鄱陽湖2022年與歷史重災(zāi)年干旱災(zāi)害程度對比Table 1 Comparison of drought disaster degree between 2022 and historical severe drought years of Poyang Lake

圖4 鄱陽湖流域1960—2022年降雨量（a）和年最低水位（b）變化情況Figure 4 Changes in rainfall (a) and annual lowest water level (b) in Poyang Lake from 1960 to 2022

（2）鄱陽湖流域“五河”流量減少。鄱陽湖“五河”（贛江、撫河、信江、饒河和修水）徑流是鄱陽湖的主要來水，其對出湖流量（湖口站）的貢獻率達80%左右。2022年“五河”來水總量占1960—2021年平均值的95%，水量在多年序列中排序第34位，但年內(nèi)分配不均勻。2022 年7—11 月“五河”入湖流量為1 098 m3/s，僅為1960—2021 年平均值的38%（圖5），比歷史同期平均值減少62%。其中，8—11 月入湖水量為1960年以來同期平均流量倒序第1位。10月底全流域30余條集水面積大于10 km2的河流出現(xiàn)斷流，大型水庫有效蓄水減少到8.23×109m3，比7 月的蓄水量減少了20%；中小型水庫的有效蓄水減幅甚至超過了50%，約30%中小型水庫水位消落至死水位[7]。

圖5 鄱陽湖流域“五河”月平均流量與年總水量各月分配比例Figure 5 Monthly average discharge volume and monthly distribution proportion of annual total water volume of Five Rivers in Poyang Lake catchment

（3）長江上游來水減少。鄱陽湖與長江的水力關(guān)系（江湖關(guān)系）對鄱陽湖水量的季節(jié)性變化有重大影響。取決于長江干流水位與鄱陽湖水位的相對落差，長江對鄱陽湖可產(chǎn)生“排空”“頂托”“倒灌”等作用。長江干流九江水文站2022 年7—11 月平均流量為11 994 m3/s，僅為歷史同期平均值（1993—2021 年）的44%（圖6）。長江上游來水的減少，使長江對鄱陽湖產(chǎn)生顯著的“排空”作用。2022 年湖口站流量顯示，7—11 月出湖流量平均值為2 197 m3/s，比同期“五河”入湖流量（1 098 m3/s）增加1 倍，鄱陽湖蓄水量被顯著“排空”，造成湖泊水位劇烈下降。

4 應(yīng)對鄱陽湖干旱問題的對策建議

面對日趨嚴(yán)峻的全球變化影響下的水旱災(zāi)害，目前迫切需要采取適應(yīng)性的水管理應(yīng)對措施，既要有水庫群調(diào)控等工程措施，也要有預(yù)報預(yù)警、調(diào)度及保險和法規(guī)組成的非工程措施，二者缺一不可。

（1）綜合運用長江流域水庫群，實施科學(xué)的協(xié)同調(diào)度，以有效緩解鄱陽湖干旱，保障社會經(jīng)濟用水，維護湖泊生態(tài)安全。長江流域水庫的聯(lián)合調(diào)度在流域防洪抗旱方面發(fā)揮著巨大效益，有效減少了長江中下游洪水和干旱造成的經(jīng)濟損失[19]。2022 年8 月1—15日，流域控制性水庫群有序向中下游地區(qū)補水約5.30×109m3，其中三峽水庫補水1.09×109m3，一定程度上緩解了長江中下游的干旱程度。模擬顯示，盡管三峽水庫庫容量較大，有一定的補水能力，但對鄱陽湖的補水效果不明顯，補水效率較低，且只能進行應(yīng)急短時補水。在實施長江上游補水的同時，應(yīng)聯(lián)合運用湖泊流域和湖區(qū)各類水利工程，科學(xué)實施江、湖、河協(xié)同調(diào)度，合理調(diào)配上、中游水資源，保障用水需求，減少旱災(zāi)對經(jīng)濟社會的影響，維護生態(tài)安全。

圖6 長江干流九江站月平均流量值和年總水量各月分配比例Figure 6 Monthly average discharge volume and monthly distribution proportion of annual total water volume at Jiujiang Station on mainstream of Yangtze River

（2）科學(xué)調(diào)控鄱陽湖碟形湖群，維持碟形湖與主湖、河流之間的水文連通，以一定程度上維持濕地生態(tài)水位，保障生態(tài)安全。鄱陽湖約3 000 km2的洪泛區(qū)發(fā)育著大量的碟形湖，數(shù)量超過100 個，面積在1—71 km2之間。高水位時，它們被淹沒，與通江水體融為一體；低水位時，碟形湖與通江水體脫離聯(lián)系，在洪泛區(qū)出露形成獨特的湖群。研究表明，其中77個碟形湖的總水面面積和總蓄水量分別占枯水期鄱陽湖水面面積和蓄水量的18.5% （± 6.8%） 和5.6% （±2.0%）[1]。這些碟形湖的蓄水量對緩解湖區(qū)的干旱具有重要作用。在遵循鄱陽湖自然水文節(jié)律規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過運用碟形湖已建的堤壩、閘門，科學(xué)調(diào)控碟形湖與通江湖泊水體、河流等地表水體之間的水文連通[20,21]，可緩解枯水期和特別干旱年份的湖泊干旱程度，維持濕地生態(tài)水量安全。

（3）適度開發(fā)利用鄱陽湖平原區(qū)地下水資源，彌補湖泊干旱帶來的水源不足問題。鄱陽湖平原區(qū)指流域“五河”7口水文觀測站①萬家埠站、虎山站、外洲站、李家渡站、梅港站、虬津站、渡峰坑站。以下的集水域，總面積為24 023.6 km2，約占鄱陽湖流域總面積的15%。平原區(qū)地下水埋深年內(nèi)變幅顯著，枯水期地下水埋深0—10 m，平均埋深2 m。淺層含水層主要由中粗砂、砂礫石組成，黏土層間歇性插入，導(dǎo)水性強。地下水與湖泊之間水交換顯著。在5—7 月，湖泊補給地下水；在8月—次年4 月，地下水排入湖泊。在枯水期，地下水補給湖泊的水量達湖泊蓄水量變化的近一半[22]。考慮到平原區(qū)地下含水層對水量的巨大調(diào)蓄能力，且其補給水源豐富，地下水循環(huán)過程快，可作為備用水源適度開發(fā)利用，作為湖區(qū)生活、生產(chǎn)的重要備用水源，應(yīng)對湖泊的極端干旱災(zāi)害。

（4）細化論證擬建鄱陽湖水利樞紐工程的運行調(diào)度方案。該樞紐工程在每年汛期4—8月閘門全開，保持江湖完全自由連通；9月—次年3月通過調(diào)控閘門攔截出湖水量，對湖區(qū)水位進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)汛末洪水資源化利用，恢復(fù)鄱陽湖秋冬季的水文節(jié)律。研究發(fā)現(xiàn)，樞紐工程可有效抬升湖泊水位，全湖平均水位可抬升3 m[23]。針對不同氣候水文年，樞紐工程可使鄱陽湖枯水期水位恢復(fù)早期的平均水平，并且將汛末攔蓄的水量滯后半個月，在保證湖區(qū)蓄水量的前提下，還能一定程度上緩解長江下游的干旱。但針對如2022年這樣的特別干旱年，需要進一步論證樞紐工程的應(yīng)急調(diào)度方案。同時，調(diào)度方案的論證還需充分考慮與各類已建水利工程的聯(lián)合運用。

（5）提升流域尺度極端氣象水文事件的預(yù)測預(yù)報能力，促進數(shù)據(jù)共享，完善信息發(fā)布機制，強化抗旱防災(zāi)體系建設(shè)。亟需加強流域尺度極端水文事件的預(yù)報能力。采用先進技術(shù)，加密氣象觀測和水文觀測，融合各類觀測數(shù)據(jù)，提高觀測數(shù)據(jù)的時空分辨率和可靠性；發(fā)展新型的湖泊流域水文過程集成模型[24]，延長預(yù)見期；強化數(shù)據(jù)共享和協(xié)同工作機制，促進信息共享和交流，提高預(yù)警和應(yīng)對能力；完善極端氣象水文事件預(yù)警系統(tǒng)，包括預(yù)警發(fā)布機制、信息傳遞渠道和應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，最大限度減輕水旱災(zāi)害的影響。