洞庭湖水患灾害分析及其治理策略

洞庭湖水患灾害分析及其治理策略刘世奇段炼中余元君(湖南省洞庭湖水利工程管理局，湖南长沙)摘要：洞庭湖是我国一颗璀璨的明珠，维系着长江中游防洪安全和生态安全大局；洞庭湖区又是一块险地，频繁发生的洪涝灾害，长期威胁湖区人民群众生命财产安全，困扰经济社会发展。首先从地质学角度研究了洞庭湖的形成及演变过程，进而以地质学为基础并综合多学科视角分析了洞庭湖洪涝灾害频发的根本原因，最后在地学背景启示的基础上，对洞庭湖的洪涝灾害提出了综合治理策略。关键词：水患灾害；地学；治理策略；洞庭湖中图分类号：TV85文献标识码：A1概述洞庭湖位于湖南省北部，长江中游荆江段南岸，目前是我国第2大淡水湖，屈居鄱阳湖之后。洞庭湖跨湘、鄂两省，湖区总面积 km2。作为通江湖泊，洞庭湖接纳四水，吞吐长江，承担了长江汛期巨大超额洪水的调蓄任务，在长江中下游防洪中起了重要作用。数千年来，洞庭湖凭借“北通巫峡，南极潇湘”的优越地理位置，肥沃的土壤和适宜的气候，历经长期的开发和治理改造，物阜人丰，素享“鱼米之乡”的美誉，对全省国民经济发展具有举足轻重的作用。但洞庭湖同时也是全国洪涝灾害最频繁、严重的地区。据史料记载，从公元1400～1949年的550 a中，共发生大范围洪涝灾害120次，平均4．6 a出现一次。20世纪50一70年代平均每4～5 a一次大水灾，80年代平均3～4 a一次大水灾。20世纪90年代以来，洪涝灾害更为频繁。这些洪涝灾害给湖区人民的生产、生活造成了巨大的损失，如1954、1996、1998年洪涝灾害直接经济损失分别达121、303、197亿元。洞庭湖的水患灾害引起了各界有识之士的高度重视，国内外、省内外大批水利工程学、地质学、气象学、环境科学等专家从不同的背景、不同的视角对引发湖区洪涝灾害的因子进行分析研究。本文力图从洞庭湖的变迁、形成过程人手，以地质学为基础结合当前对洞庭湖较为成熟的多学科研究成果，探讨造成洞庭湖洪涝灾害的根本原因及其特点，并在此基础上提出基于地学结合多学科的洞庭湖治理策略，以期对洞庭湖治理作出一点贡献。2洞庭湖的变迁过程2．1洞庭湖的空间概念解析研究洞庭湖的变迁过程以及探讨其未来发展趋势，首先要弄清楚洞庭湖的空间概念，即弄清楚“洞庭湖”(“洞庭湖盆”)和“洞庭湖区”(“洞庭盆地”)的概念及其联系与区别。“洞庭湖”和“洞庭湖区”是我们通常的称谓，“洞庭湖盆”和“洞庭盆地”是地质上的称谓。其中“洞庭湖”和“洞庭湖盆”在空间上是同一概念，指的是目前大堤所围限的湖区范围，在平水期和枯水期，区内湖面和洲滩交错分布，在洪水期才完全没于水下。洞庭湖盆主要由湖槽和洲滩组成。洞庭湖盆边界为永久性的防洪大堤所围限，其面积接近一常数值。洞庭湖受水位季节性波动的影响，湖域面积变化很大，但当城陵矶水位达到32 m时，湖盆中的洲滩被淹没，水位再往上涨时，洪水只是沿着大堤上涨，湖域面积基本为一常数值(不考虑大堤的坡度)。当东洞庭湖水位达为34 m，南洞庭湖为35 m，目平湖为36 m。七里湖为42 m时，洞庭湖的面积量算最大值为2625 km2，我们通常所说的洞庭湖面积指的就是该数值。而“洞庭湖区”和“洞庭盆地”是更广阔的空间概念，除了大堤围限的“洞庭湖盆”外，还包括其外围的垸田、洪道以及盆地周缘的一些台地，在行政区划上包括湖南部分的6地市37县(区)和湖北的4县(市)，面积为 km2，在地质构造上主要为6组控湖构造所围的洞庭湖冲积平原和受洪水顶托影响的尾间地区。“洞庭盆地”和“洞庭湖盆”在空间上是整体和局部的关系。2．2洞庭湖的演化形成过程洞庭盆地是中生代白垩纪以来由中国东部地壳强烈拉伸而形成的断陷盆地，它主要受北北东向、北东向和北西向3组断裂的切割，形成了东部为幕阜一九岭隆起，南部为雪峰隆起，西部为武陵隆起，北部为华容隆起，中央为一个北西向长170 km、北东『谶87．5 km的长方形断陷盆地。洞庭湖的演变主要受构造运动、泥沙淤积和人类活动影响3大因素的制约，地质历史时期主要以内外地质作用为主，构造沉降起决定作用，泥沙淤积次之。历史时期人类活动影响加剧，泥沙淤积日益严重。3大因素共同起作用，特别是自清末到现在的近100 a来，人类的围湖垦殖和泥沙淤积在湖盆的演化历史中居主导地位，而构造沉降收稿日期：2009—05—12作者简介：刘世奇，男，湖南省洞庭湖水利工程管理局工程处，博士。第14期刘世奇等：洞庭湖水患灾害分析及其治理策略77的影响相对居次。因此洞庭湖的演变可以分为两个阶段：第1阶段是汉晋以前(距今144Ma一2000 a)的自然演变阶段。第2阶段是汉晋以后(距今约2000 a)的人类括动一自然复合作用演变阶段。第1阶段洞庭湖的演变主要受内外地质作用控制，即主要受构造沉降和泥沙淤积制约，人类活动的影响不存在或很小，构造沉降起决定作用。距今144—97．5Ma，首先在桃源二蒂形成山间盆地，另外在石门、泪罗一带形成了小的山间盆地，其它均为隆起区；距今97．5—65Ma，盆地发生大面积沉降，除太阳山凸起外，北起南县南至益阳，东起汨罗西至澧县全部为浩瀚的大湖泊，为早期洞庭湖(内陆湖盆地)的形成时期；距今65～2．48Ma，洞庭湖盆地周边继续隆起，早期形成的凹陷盆地分化解体，凸起区扩大，凹陷区缩小，这时的湖泊分割在澧县、常德、沅江、泪罗等局部范围内；距今2．48～1．6Ma，洞庭湖断陷盆地又开始下降，起初主要是几个互不相连的内陆湖盆，湖的总面积5432．5 km2，晚期沉积盆地范围扩大，一些湖盆连成片，湖的总面积扩至9587．5 km2；此后第四纪开始，洞庭盆地受新构造运动影响，在外围山地间歇性上升的同时，湖盆下降，在早更新世时，坳陷幅度最大，此时湖盆周边断裂活动较强。中更新世时，沉积范围最大，但沉积中心不及早更新世明显，并且沉积中心向西南迁移。晚更新世时，坳陷活动几乎停止，到晚更新世末至全新世初期时，洞庭湖区为河网切割平原景观。其中距今1．61～0．4Ma，洞庭湖湖泊面积达 km2，此时湖泊面积达到历史最大值。第2阶段洞庭湖区的人类活动可以追溯到新石器时代。在洞庭湖周缘及丘陵地区，发现了大溪文化及以前文化遗址45处，随后的居家岭文化遗址主要分布在湖区的西北部及西部五县市。但是湖区腹地由于洪水泛滥，再加上人类活动能力还很弱，基本上还处于认识自然阶段，所以从新石器时代至商周战国时期，人类改造自然的能力不强，对环境的影响还不很大，加上湖区人口稀少，洞庭湖的演变还是以自然作用为主，人类活动叠加在自然力之中起作用。汉晋南北朝时期，人类活动在洞庭湖的演变过程中扮演的角色逐渐显为重要，表现为：破坏植被，造成水土流失加剧，泥沙淤积加重。围湖垦殖改变了泥沙淤积的场所，使得大量的泥沙淤于洪道、河床之中，抬高洪水水位。沿河、湖筑堤，改变水流的自然走向，使得江湖关系恶化；唐宋时期，由于人类活动的加剧，造成洞庭湖流域植被明显破坏，泥沙淤积日甚，人类的围垦有了进一步的发展，使得洞庭湖面积大为缩小，当时湖泊总面积只有3300 km2左右，比汉晋南北朝时期面积缩小几乎一半；元明时期，由于荆江大堤经常溃口，进入洞庭湖的洪水量增大，湖泊面积有所扩大。元代统治者改以前宋代的堵筑为疏导，在江陵、石首、监利等县开6穴，其中杨林、宋穴、调弦三穴“挟江水而南，百里之内皆与洞庭接壤”；明代，洞庭湖区人民不堪苛税纷纷破产流亡，堤垸无人修补，废田还湖现象严重，估计当时湖泊面积为5600 km2左右；清代初期，统治者对围湖造田积极鼓励、扶持。湖区人口快速增长，围垦出现高潮。雍正、乾隆时期，湖区围垦到了“无土不辟”的地步。终于，咸丰、同治年间藕池、松滋相继溃口，形成了四口南流局面，新的江湖关系形成，分流入湖的水量沙量大增。在19世纪的最后30 a中，一方面由于水量的增加，使得洞庭湖水面扩大；另一方面，泥沙的增多使得湖盆淤浅，短期内表现为在抬高水位的同时使水域扩大，湖泊面积达到5400 km2左右，这是洞庭湖的最后一次“回春”。此后洞庭湖走向加速萎缩的阶段，进入本世纪以来，四口在将大量洪水宣泄于洞庭湖中而导致湖面扩大的同时，也将大量的泥沙倾泻入湖，导致湖底淤浅及北岸沙洲的增长。随着北岸堤垸不断伸长，南岸堤垸时有溃废，洞庭湖发生南迁。修堤围垸迅速发展，北岸堤垸不断向南发展，逐渐与赤山接近，洞庭湖被分割为东、西两部分。北岸沙洲在向东南方向发展的过程中，受水流交汇的影响，转向正东方向后又折向东北，这样从东洞庭湖中分割、包围出一个大通湖。同时，原在沅江境内的万子湖和湘阴县境内的横岭湖因垸田的溃废而扩大、连通，形成南洞庭湖。到1949年，洞庭湖的湖泊面积尚余4350 km2；建国以后，由于泥沙淤积和围湖垦殖，洞庭湖湖泊面积萎缩很快。根据相关研究，1956～1995年洞庭湖总淤积量约35．2亿m3，多年平均淤积量约为0．88亿m3，年平均淤厚0．018 m，洞庭湖水系中，松滋河的东西两支、资水尾阊、草尾河、西洞庭湖两个出口测站的河床呈冲刷趋势，其他水系湖泊呈淤积状态。建国以后湖区进行了3次大的围垦，20世纪50年代后期，总围垦面积达600多平方千米，平均每年围湖约120 km2。此后，分别于60年代和70年代有两次大的围垦。到1983年时，洞庭湖湖泊面积仅剩2691 km2。通过对洞庭湖演化地质变迁过程的分析，可以得出以下结论：①洞庭湖的形成经历了漫长的地质年代，距今144—97．5Ma间形成了洞庭湖的雏形，在距今1．61—0．4Ma间达到鼎盛时期，湖面积 km2；②洞庭湖盆升降运动时有发生，整体上以沉降为主，而且沉积速率在加大。3洞庭湖水患灾害形成机制洞庭湖区是全国洪涝灾害最频繁、严重的地区之一，给人民生活和生命财产造成巨大的损失。洞庭湖的洪涝灾害不单是一种气象灾害，而是发生于大气、水圈、生物圈和地圈之间的一种界面型灾害，是以一定的地学背景、气象背景、人类环境背景为基础发生的，有较大的区域性和很强的综合性，应从更泛的角度去考察它。3．1洞庭湖位于地质构造中水患频繁的第2沉降带从地学角度来看，洞庭湖位于新华夏系第2沉降带内，该沉降带为我国大型、特大型洪涝灾害多发地，1998年的长江洪灾与东北松辽平原的洪灾遥相呼应，均说明了这些地区是我国历史上水患最频繁且最严重的地区。究其原因主要有：①第2沉降带西侧的兴安岭、太行山、武武陵山、雪峰山地势高峻，形成屏障，使东南暖湿气流在其迎风坡形成暴雨区；②受地质构造影响，长江、黄河均成东西走向，其流域范围在大致相同的纬度区和季风气候区，汛期时间虽有差异但基本相近，中上游洪水易与中下游洪水相互叠加，发生全流域性灾害；③河流中上游处于一、二地势台阶的隆升区，河谷深切、坡降大，水流携沙能力强，不易泛滥，流过第2地势台阶后进入东部平原区，河道迅即加宽，坡降突缓，水流停滞而集中，泥沙大量沉降，加之这一交替部位距海尚有较长距离，如长江宜昌至入海口长达1800 km，而水位高差仅50 m左右，洪流速度极慢，沿途因地质条件变化，卡口多，形成许多“瓶颈”，洪流易进难排。3．2湖盆萎缩是洞庭湖洪涝灾害的重要原因导致洞庭湖区成为全国洪涝灾害最频繁最严重地区的一个重要原因是：洞庭湖特有的地学背景导致湖盆萎缩，致使湖?白的调蓄能力削弱，从而造成湖区洪涝灾害。湖泊调蓄能力的下降是自然因素和人为活动因素共同造成的结果。上游人民为了谋

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