鄱阳湖入出湖悬移质泥沙变化分析

鄱阳湖入出湖悬移质泥沙变化分析

江西河、福河、信阳河、饶河、秀河五个流域的蓄水区（以下简称“五河控制水站以下区域的蓄水区），通过湖泊入口流入长江，形成一个以湖泊为中心的完整水系。鄱阳湖流域总面积162225km2,其中五大河流流域面积136726km2,区间面积25499km2。鄱阳湖不仅是江西五大河流与区间水的集散地,也是悬移质泥沙的集散地。对鄱阳湖入出湖悬移质泥沙进行系统分析,只在20世纪80年代初“鄱阳湖综合科学考察”中开展过,之后的悬移质泥沙分析多针对某一入湖河流进行。本次结合“江西五大水系对鄱阳湖生态影响研究”课题的研究,对鄱阳湖入出湖悬移质泥沙(以下简称泥沙)进行了系统的统计、计算与分析,将主要成果汇集于本文,供有关工作参考。1进入湖泊的沙子和变化鄱阳湖的泥沙来源于鄱阳湖流域和长江倒灌,以鄱阳湖流域为主,即主要来源于“五河”和“区间”入湖水体所携带的泥沙。1.1影响入湖泥沙的因素分析鄱阳湖流域入湖泥沙包括“五河”入湖泥沙和“区间”入湖泥沙两部分。根据1956~2005年泥沙资料统计,五大河流及区间多年平均输沙量1689×104t,其中五河1450×104t(赣江916×104t、抚河143×104t、信江212×104t、饶河99×104t、修河80×104t)、区间239×104t。五河输沙量占入湖沙量的85.8%,区间占14.2%。1956~2005年入出湖多年逐月平均输沙量详见表1,由表1可知,入湖沙量主要集中在3~7月,占年输沙量的85.5%。50年来,由于“五河”上游兴建水利水电工程和水土流失的改善,“五河”入湖泥沙发生了巨大变化,如1972年修河柘林水库建成蓄水、1990年赣江上游流域的治理、1993年赣江万安水库的开始正式运行等对入湖水沙关系产生了显著的影响。根据水沙关系特点分析,分为5个年段:1956~1965年、1966~1975年、1976~1985年、1986~1995年和1996~2005年,入湖沙量分别为1517×104t、1758×104t、1697×104t、1248×104t和957×104t。由此可见,1985年之前五河入湖沙量呈增加趋势,80年代末开始呈减少趋势,特别是90年代末以来变化最为显著,比多年平均值减少43.3%。鄱阳湖不同年段平均径流量、平均输沙量详见表2,鄱阳湖入湖水体历年平均含沙量变化过程如图1所示,鄱阳湖流域五大河流年径流量与年输沙量关系如图2所示。众多研究表明,内陆河道泥沙变化主要由降水变化与人类活动两大因素造成,且其长期变化(即多年变化)主要由人为因素引起。人类活动对河流泥沙的影响,主要包括以下4个方面:一是植被的破坏或恢复;二是水土流失治理措施;三是流域内土建工程对地表的损坏;四是水库建设与运行。鄱阳湖流域内水库建设规模在近50年内一直呈加大态势,尤其是大中型水库的数量不断增多(见表3),对入湖泥沙的减少起到了关键作用,尤其在近20年内,其作用更加显著。20世纪80年代中期以前,鄱阳湖流域入湖泥沙有时增加、有时减少,与流域森林植被率与水土流失变化(见表4)基本一致;20世纪80年代中期以后鄱阳湖流域森林植被率不断上升,与鄱阳湖入湖泥沙不断减少相一致。表明流域森林植被率的变化,是造成入湖泥沙变化的另一重要原因。也就是说,鄱阳湖流域近20年入湖泥沙不断减少,是水利工程拦截与水土流失治理共同作用的结果。根据万安水库监测试验结果分析,以前者的作用为主,其贡献率约为80%。1.2湖口站倒灌沙量7~9月为长江主汛期,长江水位高,常出现江水倒灌现象,长江泥沙随江水倒灌入湖,倒灌沙量与倒灌水量、江水含沙量有关,根据湖口站历年逐月沙量资料分析,长江倒灌沙量的年平均值为151×104t,其中7~9月份占倒灌泥沙总量的96.9%,最大年倒灌沙量为699×104t(1963年),倒灌时间集中在7~9月。湖口站7~9月平均输沙量为-76×104t,即倒灌沙量多于出湖沙量(倒灌沙量146×104t,出湖沙量70×104t)。近50年,长江倒灌进入鄱阳湖的泥沙呈逐渐减少的变化趋势,长江不同年段平均倒灌泥沙变化见表5,除与年平均倒灌次数和倒灌水量逐渐减少有关外,还受长江水体泥沙含量逐步下降的显著影响,这是两者共同作用的结果。2大河流来水来沙量及输沙量变化鄱阳湖泥沙随湖水经湖口水道进入长江,根据湖口站历年水沙资料分析,平均年输沙量976×104t,最大年输沙量2170×104t(1969年),最小年输沙量-372×104t(1963年)。出湖沙量年内分布不均匀,出湖沙量年内分配规律受长江、五大河流水沙规律及鄱阳湖湖盆特征的共同影响,湖口流量的大小、水位的高低是反映水流的挟沙能力大小的主要因素,是江河、湖泊共同作用的结果。1月五大河流来水量较小,输沙量也不大,为73.2×104t,占年平均输沙量的7.5%;2~5月五大河流来水量逐渐增加,长江水位较低,湖水下泄较快,挟沙能力强,出湖沙量大,期间出湖沙量731×104t,占年平均输沙量的74.9%,其中,2月138×104t,占年平均输沙量的14.1%,3月257×104t,占年平均输沙量的26.3%,4月225×104t,占年平均输沙量的23.1%,5月111×104t,占年平均输沙量的11.2%;6月为五大河流的主汛期,出湖月平均流量达年内最大,但此时湖水位较高,星子站月平均水位达16.09m,流速不大,输沙量小于2~5月,仅为75.1×104t,占年平均输沙量的7.7%;10~12月五大河流来水减少,湖水随长江退水水位逐渐下降,水流比较缓慢,各月输沙量相对较小,各月输沙量占年输沙量百分比在3.5%~7.2%之间。以水位为参数的湖口站日平均流量与输沙率关系详见图3。近几年,湖口站年出湖输沙量急剧增加,如2000年以前多年平均输沙量938×104t,2001~2007年为1401×104t,主要原因在于出湖年径流量虽然有所减少(见图4),但出湖水体的含沙量则成倍增大(见图5)。其中出湖年径流量的减少是由流域内降水减少造成的,而出湖水体含沙量增加与鄱阳湖北部水域航道整治及湖底采砂密切相关。3入湖泥沙冲淤规律河流沙量主要由洪水挟带而来,河流的输沙量在年际、年内具有与径流相似的丰、平、枯周期性的变化规律。由于在洪水期洪水的含沙量一般都较大,因此,洪水期输沙量所占比重一般都大于同期洪水水量所占比重。鄱阳湖的来沙量主要集中在3~7月,输沙量占全年输沙量的85.4%,径流量占年径流量的70.1%。鄱阳湖的冲淤规律主要受五大河流及区间、长江水沙变化规律控制,1~3月鄱阳湖水位较低,呈河流特征,此时湖面比降大,流速快,水流的挟沙能力强,水流对湖床产生冲刷,出湖沙量大于入湖沙量,特别是3月份冲刷量最大,多年平均冲刷量达116.3×104t。4月开始,五大河流进入汛期,湖水位升高,此时鄱阳湖呈湖泊特征,水面比降减小,水流缓慢,入湖泥沙开始在湖区淤积,4、5、6月湖区多年平均泥沙淤积量分别为69.3×104t、248.8×104t和391.1×104t,以6月份淤积最大。7~9月为长江主汛期,鄱阳湖受长江水位顶托或倒灌影响,湖流很小,入湖泥沙大部分淤积在湖泊内,泥沙淤积量加剧,7、8、9月平均泥沙淤积量分别为212.5×104t、90.2×104t和85.1×104t。10~12月,随长江水位不断下降,湖水泄量加大,湖水位降低,鄱阳湖又显河相特征,湖水归槽,流速逐渐增大,水流对湖底冲刷,10、11、12月平均泥沙冲刷量分别为6.6×104t、52×104t和57.2×104t。全年而言,则以淤积为主,多年平均净泥沙淤积量为713.1×104t。鄱阳湖的冲淤规律:从时段分,4~10月为淤积期,11~3月为冲涮期;从湖水位分,低水冲、高水淤,鄱阳湖(1956~2005年)逐月平均入、出湖沙量见表6。从表6可知,鄱阳湖湖盆泥沙淤积量较大的是5~7月,其中5、6月主要由于入湖泥沙量特别大而造成,但湖水位高、湖流较小也起了一定作用;7月则主要由于湖水位高、湖流很小所至,但入湖泥沙量较大也起了明显作用。泥沙冲刷量较大的是2~3月,是入湖泥沙量相对较大与湖水位较低、湖流较大共同作用的结果。值得注意的是,近年来(尤其是2003年以后)由于航道整治和湖底采砂等影响,鄱阳湖入出湖泥沙关系发生了显著改变,主要表现在全年出湖泥沙量远大于入湖泥沙量,如1956~2002年鄱阳湖平均每年泥沙淤积量是828×104t,而2003~2007年则为-865×104t。调查表明,航道整治和湖底采砂主要发生在鄱阳湖北部湖区,根据实测资料分析,2008年5月与1999年9月比较,入江水道星子断面湖底高程最大下降深度为6m,平均湖底高程下降了2.4m,主航道宽度由1149m增加到1245m;屏峰断面湖底高程最大下降深度为11.7m,平均湖底高程下降了4.15m,主航道宽度由889m增加到1061m。航道整治和湖底采砂对湖盆局部影响显而易见,同时,对湖口的水沙关系、水沙特性必将造成影响。4环境系统与环境变化入、出湖泥沙