河湖水系連通演變過程

河湖水系連通演變過程《資源科學雜志》2014年第六期1我國河湖水系地理分布特征我國江河湖泊眾多，流域面積在100kni2以上河流2萬多條，總長超過110萬km；水域面積在lkm2以上湖泊有3000多個，總面積超過9萬km2。受地形地貌的影響，許多河流跨三級階梯，總體流向自西向東，絕大多數(shù)河流分布在外流河流域，主要水系包括長江、黃河、淮河、海河、珠江、松花江和遼河。三個地形階梯之間交接的隆起帶，是主要的暴雨中心，也是我國河流的主要發(fā)源地。內陸河水系大都發(fā)育在封閉的盆地內，大致可分為新疆、甘肅、內蒙古、青海、藏北5個內陸河地區(qū)。湖泊分布在很大程度上取決于湖水的補給條件。按地理位置劃分，主要有東部湖區(qū)、東北湖區(qū)、蒙新湖區(qū)、青藏高原湖區(qū)、云貴湖區(qū)等五大湖區(qū)，其中長江中下游平原和青藏高原是湖泊分布最為集中的區(qū)域。湖泊可分為淡水湖和咸水湖，其中淡水湖占全國湖泊總面積的45%,主要分布在外流河流域，與各類河流息息相通。咸水湖主要分布在內流河流域。河湖連通問題主要涉及河網(wǎng)密集的淡水湖泊地區(qū)。位于長江中下游平原、淮河下游和山東南部的淡水湖泊，約占全國湖泊總面積的33%,主要包括鄱陽湖、洞庭湖、太湖、洪澤湖、巢湖。2河湖水系連通演變過程康友展。作者：李原園李宗禮黃火鍵王中根陳敏單位：水利部水利水電規(guī)劃設計總院中國科學院地理科學與資源研究所陸地水循環(huán)及地表過程重點實驗室在自然變化和人類活動的雙重影響下，形成了當前我國河湖水系的總體分布與連通格局。早期地質構造、地貌地形變遷、氣候變化和水文泥沙等因素在河湖水系的形成和演變中發(fā)揮了決定性的作用，但隨著經(jīng)濟、社會的發(fā)展，人類活動對河湖水系連通狀況的干預和影響越來越顯著。從生產生活方式、水土資源開發(fā)方式、人水關系以及其連通狀況等角度，可將河湖水系連通演變進程劃分為以下4個階段（見表1）：（1）遠古時期是我國主要河湖水系的形成和發(fā)展初期。由于遠古時期強烈的地質構造運動而形成了我國西高東低的三級階梯地勢，使主要河流呈現(xiàn)自西向東流的總體態(tài)勢。階地隆起為水流提供了巨大的勢能，在水流切割和河流襲奪作用下，一些互不連通、獨立的內陸水系匯集成河，逐步演變?yōu)閺暮釉吹饺牒？诘纳舷仑炌ǖ拇蠛?。例如，在侏羅紀造山運動強烈作用下，古地中海退出我國西部,在秦嶺、橫斷山脈、云貴高原之間形成了廣闊的四川盆地，與洞庭盆地組成互不溝通的內陸水系；隨后的燕山運動，使四川盆地上升，洞庭盆地下降，鄂西古長江開始發(fā)育，積極向四川盆地溯源伸長；之后的喜馬拉雅造山運動使上游地區(qū)劇烈上升，形成高山、高原與峽谷,而中、下游地區(qū)小幅上升，形成丘陵與山地，其間伴隨的間歇性下沉形成了兩湖、南襄、鄱陽、蘇皖等水體，古長江因地形西高東低而東流入海。該時期的河湖水系處于天然演變狀態(tài)，完全受自然因素控制。人類生活方式主要是逐水而居，以漁獵采摘為生，基本沒有抵御自然災害的能力，只能被動地適應、屈從自然，所以河湖水系的演變具有自然緩慢、突變劇烈等特征。（2）古代是我國主要江河湖泊不斷發(fā)育、自然因素主導的河湖水系格局逐漸形成和不斷調整的時期。在各種自然營力的作用下，至18世紀中葉，我國主要河湖水系格局基本形成，如河網(wǎng)湖泊的發(fā)育和云夢澤的消亡，形成了長江中下游水系格局；又如淮河、海河原本不發(fā)生聯(lián)系的獨立河流，在黃河擺動的干擾下，水系不斷演變和調整。海河水系在北宋末年徹底擺脫了黃河的干擾，形成了北三河、永定河、大清河、子牙河以及漳衛(wèi)河五大水系。至1855年黃河結束奪淮再次北徙后，才逐步形成了當今的黃河下游河道和淮河水系格局［9］。河流強烈的沖刷、切割、襲奪、洪泛和侵蝕具有極大的破壞力。人類為了生存和發(fā)展，不斷地與洪水作斗爭，起初只是對洪水進行堵塞（在定居地的周圍壘土擋水）、疏導，后來隨著人類社會的發(fā)展以及航運、軍事等需要，開始采取人工措施對河湖水系進行干預。該時期的河湖水系連通仍然以自然演變?yōu)橹?，但也出現(xiàn)了一些順應自然規(guī)律的開發(fā)治理與人工干預。河流治理處于不斷摸索階段,開發(fā)處于起步階段，顯示出了初步的人為干預能力，伴隨著自然因素的作用，對河湖水系格局的形成也產生了決定性影響。人們在長期與洪水做斗爭的過程中，逐步總結出“治水順水之性，不與水爭勢，導之入海，高者鑿而通之，卑者疏而宣之”、“乘勢利導、因時制宜”和“束水攻沙”等治水方略。如西漢后期賈讓提出的不與水爭地、開辟分洪河道和修建堤防的治黃三策，仍然是當今治水理念的重要組成部分。又如東漢末年曹操為了政治軍事目的，先后開鑿白溝、平虜、泉州等人工運渠，連通永定河、大清河、子牙河等河流，調劑水源，改善航運條件，第一次將海河流域各個獨立的水系連通起來。（3）近代是我國主要河湖水系不斷調整，自然一人工相結合河湖水系格局逐步穩(wěn)定的時期。隨著人類科技水平和生產能力的提高，對河湖水系格局與經(jīng)濟社會發(fā)展格局相匹配的需求也越來越高，防洪建設、河湖圍墾和水資源開發(fā)利用等活動越來越頻繁。人類活動通過直接或間接改變河流邊界條件、水沙條件，對河湖水系演變的影響越來越顯著，使河湖水系的演變呈現(xiàn)出自然一人工相結合驅動發(fā)展的趨勢。河湖水系逐漸從連片、支葉形轉變成線帶狀、網(wǎng)格型的形態(tài)，特別是位于下游的平原河網(wǎng)地區(qū)，水面面積越來越小，堤防不斷加高，枯水期水量不足，河湖水系的水動力減弱，河流淤積嚴重。如建國初期，為滿足發(fā)展生產的需要，我國對洞庭湖、大通湖等湖泊進行了大規(guī)模圍墾，其速度為自然淤積的3倍，湖泊面積大大萎縮。又如，南方地區(qū)的河湖水系眾多，區(qū)域不合理的修堤建閘，使通江湖泊急劇減少，水系破碎，濕地面積減少。同時，加之未發(fā)生劇烈的構造運動，呈現(xiàn)出河湖水系自然演變減緩、人工干預增強的趨勢。（4）現(xiàn)代是我國主要河湖水系進一步調整，連通方式不斷豐富，河湖水系格局逐步完善的時期。該時期我國開展了大規(guī)模防洪建設，在過去零星江河堤防工程的基礎上,對各江河進行了系統(tǒng)地修筑，建設控制性工程以及蓄滯洪區(qū)，逐步形成了流域防洪工程體系。20世紀末形成了“全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、標本兼治、綜合治理，興利除害結合、防汛抗旱并舉、開源節(jié)流與保護并重”1）的治水方針，倡導對水土資源系統(tǒng)性開發(fā)利用，圍墾河湖、開發(fā)農田、發(fā)展灌溉、增加供水，加強建設灌排體系和供水體系。河湖水系格局與區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展密不可分。隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，特別是1998年長江大洪水以來，在以人為本、人水和諧的可持續(xù)發(fā)展治水理念的指導下，人類活動從多個方面對河湖水系連通產生影響。在防洪治理方面，完善防洪工程體系建設，突出強調人水和諧，不與水爭地，開展了平垸行洪、退田還湖等措施；在水資源開發(fā)利用方面，強調總量控制和需求管理，優(yōu)化水資源配置，實行最嚴格的水資源管理，保障經(jīng)濟社會發(fā)展用水及生態(tài)環(huán)境用水；在水資源保護方面，加強水污染防治，重視水生態(tài)保護與修復。隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化不斷發(fā)展，水資源短缺、水生態(tài)環(huán)境惡化問題日益突出,以水資源配置和水生態(tài)環(huán)境保護與修復為目的的河湖水系連通工程開始出現(xiàn)，如南水北調、引漢濟渭、引黃濟青、引灤入津、引岳濟淀等。該時期河湖水系格局直接受人類活動影響，自然影響因素的主導作用逐漸減弱。河湖水系在為人類服務的同時，其面臨的壓力負荷也不斷增大，一些地區(qū)開始出現(xiàn)水資源與水環(huán)境超載的現(xiàn)象，導致部分河湖嚴重萎縮，連通性減弱，水旱災害多發(fā)頻發(fā)，水資源短缺形勢嚴峻，河湖功能與作用發(fā)生改變。3河湖水系連通演變驅動因子人類社會的生存發(fā)展與河湖水系及其演變密切相關。河湖水系及其連通狀況不僅決定了水土資源格局和水資源承載能力與環(huán)境容量的大小，而且對生態(tài)環(huán)境和水旱災害風險產生重要影響。影響河湖水系及其連通狀況演變的主要因素可分為自然因素和人為因素兩大類。3.1自然因素自然因素包括地質構造、地形地貌、氣候氣象、水文泥沙等，對河湖水系的格局、形態(tài)、結構及功能的演變起控制性作用。地質構造對河湖水系的總體格局、走向起決定性作用，具有劇烈性、突發(fā)性等特點。我國主要江河大都發(fā)源于由地質構造運動產生的三大地形階梯之間的隆起帶，因此地質構造作用直接影響河湖水系的形成。地形地貌變遷是一個非常緩慢的過程，對河湖水系演變的影響是一個具有長時間的積累效應。氣候氣象是河湖水系演變中水動力變化及其作用的直接影響因素，但氣候變化對河湖水系演變的影響存在多方面的不確定性。水文泥沙是河湖水系演變最直接的影響因素。河流的侵蝕、搬運和堆積作用改變河流的水沙條件，導致河流結構形態(tài)、淤塞程度以及湖庫面積的改變，進而影響河湖水系的連通狀態(tài)。3.2人為因素人類活動自古有之，但近代人為因素已逐步成為影響河湖水系及其連通狀況的最活躍因素。例如，運河、溝渠的修筑形成了新的河網(wǎng)水力聯(lián)系，人工河湖的開挖形成新的通道和景觀廊道,水庫、閘壩、蓄滯洪區(qū)的興建改變了河道原有的徑流過程，圍墾開發(fā)、河道整治改變了河湖的橫向聯(lián)系，生產生活用水、污水排放等改變了河湖水環(huán)境狀況。這些人為因素直接導致了河湖水系及其連通狀況的改變。止匕外，人類大規(guī)模土地開發(fā)、基礎設施建設和城鄉(xiāng)建設等活動顯著改變了下墊面條件，使產匯流條件發(fā)生較大變化，也間接影響了河湖水系的水量、物質、能量、生物等循環(huán)過程，使河湖水系演變的動力條件發(fā)生變化。在河湖水系的演變過程中，自然因素與人為因素往往相互作用、共同影響：①對于因自然因素導致的河湖水系改變,人類往往會采取各種工程措施和非工程措施主動加以應對，必然使河湖水系發(fā)生新的變化；②人類對河湖水系的各種干預往往會反過來加速或者減緩自然演變的過程。同時，人類活動也可以通過改變地貌（下墊面）、局地氣候等自然因素間接影響河湖水系的自然演變。4我國河湖水系連通演變狀況分析我國河湖水系連通演變經(jīng)歷了遠古時候完全受自然因素控制的天然狀態(tài)期，到古代由自然因素主導、順應規(guī)律的人為治理開發(fā)為輔的水系格局形成與調整期，再發(fā)展到近代河湖水系自然演變減緩、人工干預作用加強的階段。由近代至今，我國主要河湖水系進一步調整，連通方式不斷豐富，河湖水系格局逐步完善。（1）經(jīng)過漫長的自然演變和持續(xù)的江河開發(fā)治理，目前我國已初步形成了以自然水系為主體、人工水系為輔助、河勢基本得到控制的河湖水系及其連通格局。江河治理歷來是中華民族興國安邦的大事，尤其針對長江、淮河流域等發(fā)生特大洪水的嚴峻形勢，我國在以往治理的基礎上對長江、淮河、黃河和海河進行了新的治理，開展了長江荊江分洪、杜家臺分洪、黃河下游堤防加固以及淮河、海河行洪通道疏通等治理工程。20世紀50年代、60年代和90年代之后，根據(jù)流域綜合規(guī)劃、流域防洪規(guī)劃確定的方案，我國多次大規(guī)模對主要江河流域進行了治理。目前，我國江河初步形成了以自然水系為主、人工水系為輔的河湖水系及其連通格局，河勢基本得到控制，河湖功能得以發(fā)揮。（2）為滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對灌溉、防洪、供水、航運等方面的需求，興建了一批河湖水系連通工程,提高了水安全保障能力，有力支撐了我國經(jīng)濟社會的發(fā)展。長期以來，為滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的需求，我國陸續(xù)興建了引江、引黃等一大批調引水工程，例如南水北調、引黃濟津、引黃濟青、引黃入晉等工程，對促進區(qū)域協(xié)調發(fā)展發(fā)揮了重要作用。一些地區(qū)根據(jù)其水資源條件和發(fā)展需求，也因地制宜的修建了許多區(qū)域性的連通工程，以提高當?shù)厮踩Ｕ夏芰?，如甘肅引大入秦工程，廣東東深供水工程以及遼寧大伙房輸水工程等。這些河湖水系連通工程有效滿足了當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展對供水、灌溉的需求，有力促進了經(jīng)濟社會的發(fā)展。目前，我國已基本形成以七大江河等水系為主體的河湖水系連通格局。南水北調工程的建設形成了我國“四橫三縱、南北調配、東西互濟”的水資源宏觀配置格局，水資源配置能力和水安全保障能力大大提高。(3)在長期的水土資源開發(fā)利用過程中，部分地區(qū)也存在忽視河湖自身演變規(guī)律、減弱河湖水系連通性的行為，一定程度上影響了河湖健康功能。在過去人類進行江河治理、水資源開發(fā)利用或實施河湖水系連通時，在一定程度上忽視了河湖水系自身的特點和演變規(guī)律。例如，擠占河道、圍湖造田、過度墾殖以及治水失誤擾亂水系等行為，致使河湖水系及其生態(tài)系統(tǒng)瀕臨危機。隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,水土資源開發(fā)力度的不斷加大，導致工業(yè)廢水和生活污水的大量排放,水體污染進一步加劇了水資源的緊缺。止匕外，水系阻隔、水動力減弱也是引起水生態(tài)環(huán)境問題的重要原因之一。如太湖的水污染問題，除了由污染物過量排放造成以外，人為隔斷或減弱湖泊與周圍水體的自然連續(xù)性和水量交換，削弱了湖泊自凈能力，加劇水質惡化。(4)為滿足生態(tài)文明建設對河湖水系生態(tài)環(huán)境的需求，在局部地區(qū)實施了一些以水生態(tài)修復為主的河湖連通工程，提高了水環(huán)境承載能力，為促進生態(tài)文明建設發(fā)揮了重要作用。近年來，生態(tài)環(huán)境問題備受關注，我國提出了人水和諧理念與可持續(xù)發(fā)展治水思路，開展了對河湖健康的探討和水生態(tài)保護與修復工程的建設，如塔里木河下游應急輸水、引江濟太、扎龍濕地補水等工程。江蘇無錫市、湖北武漢市、廣西桂林市、山東萊州市等10個城市先后開展了水生態(tài)系統(tǒng)保護和修復試點工作，以及建設健康長江、維護黃河健命和綠色珠江等河流保護的實踐。一些地方還開展了以水生態(tài)修復為目的的河湖水系連通，如山東省濟南市水生態(tài)文明試點創(chuàng)建行動。5結語河湖水系連通是古今中外行之有效的治水舉措，也是適應我國新時期水利發(fā)展需要的治水新方略。河湖水系連通涉及水循環(huán)物理過程及其伴生的化學、生物和人文過程，有其自身的演變規(guī)律。河湖水系演變歷程受自然因素和人為因素的雙重影響。其中，自然營力是河湖水系演變的控制性因素，