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标题 河湖关系与河湖水系连通研究
范文 赵军凯　蒋陈娟　祝明霞　杨期勇　李九发



摘要：河湖水系连通作为国家新时期治水方略被提出，关于其内涵、理论的探讨成为科学界研究的热点。通过对河湖关系及河湖水系连通概念内涵的综述，以及对河湖连通关系演变关键影响因素的讨论，认为：河湖水系连通属于河湖关系的范畴，是河湖关系研究的重要内容；河湖水系连通的演化主要受地质地貌条件、气候变化、流域来水来沙条件、湖泊演化和人类活动的共同制约。此外，还提出正确认识河湖关系是设计河湖水系连通工程的前提和基础，河湖关系的相关理论是建造河湖水系连通工程的理论依据，直接指导河湖水系连通工程的建设。
关键词：河湖关系；河湖水系连通；概念内涵
中图分类号：TV 213 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2015）06-1212-06
Abstract：Interconnected river system network as a national water conservancy strategy was put forward in the new period，and its connotation and theory have become a hot topic in scientific research.The purpose of this paper is to review the connotations of river-lake relationship and interconnected river system network and to investigate the key impact factors for the evolution of interconnected river system network.The interconnected river system network belongs to the river-lake relationship，and it is an important content of the research on the relationship between rivers and lakes.The evolution of interconnected river system network is mainly affected by the geological and geomorphological conditions，climate change，water and sediment inputs from other watershed，lake evolution，and human activities.In addition，the correct understanding of river-lake relationship is the premise and foundation of the interconnected river system network project.The related theories of river-lake relationship are the theoretical basis to build the interconnected river system network project and to guide the construction of interconnected river system network project directly.
Key words：river-lake relationship；interconnected river system network；concept and connotation
我国水资源总量丰富，但时空分布极不均匀，人均水资源量不足世界平均水平的1/4，是一个典型的贫水国家。我国政府高度重视水资源紧缺、水环境恶化、洪涝灾害等水资源问题，已经把节约用水作为一项长期坚持的战略性决策。水利事业的发展为我国水资源问题的解决提供了可靠的保障。2010 年，水利部长陈雷在全国水利规划工作会议上强调，河湖水系连通是提高水资源配置能力的重要途径[1]。2012年，水利部明确提出水资源开发利用控制、用水效率控制、水功能区限制纳污是“三条水资源管理红线”。自此，河湖水系连通和最严格水资源管理作为我国新时期两大治水思想被提升为国家战略[2]。2014年陈雷部长再次强调，大力推进民生水利的发展，不断推进江河湖库水系连通，优化水资源配置格局的宏观治水思路[3]。河湖水系连通战略成为保障国家新时期水安全治理方略。
1 河湖关系
湖泊对河流的调蓄作用历来为人们所重视[4-8]。在国外，河湖关系的研究多数是在河流系统（river system）研究中涉及到[9-12]。
在我国，研究河湖关系不能不提到长江中下游的河湖关系。长江流域集水面积180万 km2，占我国国土面积的1/5多，有8大支流（雅砻江、岷江、嘉陵江、乌江、汉江、湘江、沅江和赣江）和众多的湖泊，尤其在中下游水系网络发达，河网稠密，河湖关系非常复杂，历来是人们关注的焦点[13-16]。
早在1983年欧阳履泰将长江与洞庭湖的关系（图1）描述为：江湖关系是由“四口”水系构成的江湖相通、休戚相关的内在联系，它使江湖流域因素的来水来沙过程，通过“四口”分流分沙作用不断发生变化，对江湖的水沙条件及其演变直接和间接地施加重要影响[17]。不过，他讨论的荆江与洞庭湖的关系，局限于河湖水沙交换、变化以及河湖连接通道的演变过程。随着研究的深入，学者们注意到洞庭湖泥沙淤积和城汉（城陵矶-汉口）河道的冲淤变化，构成了一个江湖分合相互影响、相互制衡的复杂关系[18]。还有学者已论证：江湖关系实质上是在自然与人类的各种关系背景下复合形成的江、湖、地、人之间的关系[19]。2010年，韩其为院士指出：通常人们所说的“江湖关系”，指的是长江与洞庭湖的关系，主要包括江湖流量分配的变化、分流河道的冲淤、荆江的冲淤、洞庭湖淤积变化以及莲花塘至武汉河段的冲淤变化，这五个方面相互影响、相互作用，影响到长江流域的防洪、生态和水资源[20]。他明确论述了荆江与洞庭湖的关系包含了人、自然环境、生态与水资源的内容。至此，人们已经对河湖关系有了较为深入的认识：它是包含人类活动影响在内的人与自然环境之间的人水、人地相互影响的关系。可见，人们对江湖关系内涵的认识是由简单到复杂，从简单的人水矛盾、水与环境关系，再到人与自然环境关系的转变过程中逐渐形成的。所涉及的问题由防洪抗旱，到河湖关系演变过程及机理、资源和生态环境等方面。
2 河湖水系连通
2.1 对河湖水系连通涵义的理解
目前，关于河湖水系连通概念有以下几种代表性的理解。2010年，张欧阳指出：河道干支流、湖泊及其它湿地等水系的连通情况，反映了水流的连续性和水系的连通状况的河湖水系连通的重要内涵[21]。此定义与当前水利部提出的河湖水系连通战略意图的要求尚有很大的差异。随后，出现了以实现水资源可持续利用、人水和谐为目标，以提高水资源统筹调配能力、改善河湖生态环境、增强抵御水旱灾害能力为重点任务，通过水库、闸坝、泵站、渠道等必要的水利工程，建立河流、湖泊、湿地等水体之间的水力联系，优化调整河湖水系格局，形成引排顺畅、蓄泄得当、丰枯调剂、多源互补、可调可控的江河湖库水网体系的河湖水系连通的内涵[22]。此内涵强调了人类活动在河湖水系连通中的作用，强调建设河湖水系连通工程以实现水资源可持续利用（河湖水系连通工程早已有之，如2000多年前我国的都江堰、郑国渠、灵渠等，而人们对河湖水系连通内涵的理解相对较晚）。还有学者提出了在自然水系基础上通过自然和人为驱动作用，维持、重塑或构建满足一定功能目标的水流连接通道，以维系不同水体之间的水力联系和物质循环的河湖水系连通内涵的观点[23]。之后，夏军等学者进一步提炼为：在自然和人工形成的江河湖库水系基础上，维系、重塑或新建满足一定功能目标的水流连接通道，以维持相对稳定的流动水体及其联系的物质循环状况的观点[24]。可以看出，此概括简洁明确地指出了河湖水系连通的两种类型——自然形成的和人工干预下形成的，并强调人类活动的作用。也有学者对河湖水系连通的理论基础进行了探讨[4，23-25]，取得了一些进展。可见，水系连通是建立在水文循环基础之上，遵循物质循环、水量平衡和能量平衡等自然界的基本法则，同时又与人类生产生活密切相关，人们要建设水系连通工程还要以可持续发展、河湖健康及人水和谐理论等作指导；理解河湖水系连通的内涵和理论，对于更好地发挥以自然连通为基础的水系连通性能，使之向着更有利于人类社会经济发展和生态环境安全的方向演进，具有重要的指导意义。
基于以上对河湖水系连通概念内涵的理解，作者认为普遍意义的河湖连通关系，不仅包括外流区的河湖关系，还包括内流区的河湖关系，不仅包括江河与自然湖泊的关系，还包括人工运河与湖泊的关系，江河与人工湖泊（水库）的关系，不但包括流域内河湖关系，还应包括跨流域河湖关系等。
因此，一般河湖连通关系的内涵理解为：江河与通江湖泊或者水库组成的河湖（库）系统，包括河、湖（库）、地和人等要素，各要素之间相互联系、相互作用、彼此影响；河湖关系在系统中各要素的相互作用下不断演化，系统演化遵循一定的自然规律，同时又受到人类活动的强烈干扰，演化有两种方式：突变和渐变；河湖之间的物质流（水、泥沙、生物源、其他物质）、能量流（水位、流量、流速等）、信息流（随水流和人类活动而产生的信息流动、生物信息等）和价值流（航运、发电、饮用和灌溉等），各种流以河湖水系连通为纽带，以水沙等物质交换为载体，来实现河湖系统演化；系统演化最终趋于稳定状态，这种稳定状态是相对的，是一种动态平衡状态；系统各要素之间的相互作用涉及到流域防洪、生态、资源利用和环境保护等。
按不同的尺度，水系连通可以分为流域尺度、跨流域尺度和国际河流（表1）。国际河流（跨国界河流）与其它尺度的水系连通视研究目的和对象会有交叉，相应的其研究理论也会相似或相同。例如，多瑙河是欧洲第二大河，流经德国、奥地利、斯洛伐克、匈牙利、克罗地亚和南斯拉夫等国，最后在罗马尼亚东部注入黑海，全长2 850 km，水力资源丰富。在此河上兴建水利工程，会涉及到国际河流全流域水资源可持续开发利用和流域协调发展的理论，就需要流域多国进行协商共同开发（1949 年8 月18 日，保、匈、罗、捷、苏、乌及南斯拉夫等国为了改善多瑙河通航条件，在贝尔格莱德签订了关于多瑙河自由通航的国际协议。开始了全流域规划，计划修建45 级通航与发电水利枢纽，总计利用水头为401 m，总装机容量为786 kW，年发电量为438亿kW·h）[26]。
2.2 河湖水系连通演变的关键因素
河湖水系连通按其形成原因可分为自然连通和人工连通两类。依据这两类河湖水系连通探讨其演变的规律（图2）。
2.2.1 地质地貌条件
地质地貌是基础条件，它决定着河湖水系连通的基本格局，它的变化直接影响着河湖水系连通演变的方向。一定的河湖水系连通总是与当地地质地貌条件相适应。例如，黄河中下游历史上曾经河网稠密，湖泊众多，河湖水系四通八达。《尚书·禹贡》中所记载的黄河河道在孟津以下，汇合洛水等支流，改向东北流，经今河南省北部，再向北流入河北省，又汇合漳水，向北流入今邢台，巨鹿以北的古大陆泽中，然后分为几支，顺地势高下向东北方向流入大海[27]。可是由于黄河水流夹带大量泥沙，中下游河道淤积，水系连通受阻，以至于黄河下游出现过几次重大的改道，黄河故道废弃，使河湖关系恶化。再如，鄱阳湖区地势低平，四周山丘环绕，在九江、湖口间向北开敞，由于地质作用形成湖盆南高北低的地势，洼地泄洪受到长江水流顶托而水位抬高，积水成湖，形成了能吞吐长江的复杂的河湖关系。可见，地质地貌条件是形成河湖水系连通的基础条件，决定着河湖水系连通情况，地质地貌条件一旦变化，水系连通状况必然随之改变，河湖关系也发生相应的调整。
2.2.2 气候变化
气候条件直接决定着河流径流量的多寡和季节分配，对河网水系的发育有着重要的影响。气候变化又有不同尺度之分，气候变迁（冰期和间冰期旋回）影响河流水系发育。据A·彭克和E·布吕克纳的《冰川时期的阿尔卑斯山》（3卷），阿尔卑斯山区有4次冰期和3次间冰期，造成山北麓多瑙河上游几级砂砾阶地发育。另外，人类活动也驱使气候发生变化。现代科学所讨论的全球气候变化主要指几十年到上百年时间尺度的气候变化，表现为气温、降水、蒸发等主要气象要素的变化[28]。研究表明：1400 年前明显萎缩，干涸过程中出现了6个期次的湖相沉积环境变迁，代表了至少6个期次的干湿气候变化，为河流自然改道所致；而近代罗布泊干涸，是人类影响的结果[29-30]。据研究，在1860年和1870年长江的两次特大洪水，藕池、松滋先后决口（图1），自此奠定了荆江四口（松滋口、太平口、藕池口和调弦口）分流入洞庭湖的局面[17]。总之，气候变化很大程度上影响着河湖水系连通状况，进而使河湖关系调整，河湖关系又重新塑造新的地表环境，反过来影响河湖水系连通性能的演变。
2.2.3 流域来水来沙条件
河流是气候的镜子。径流量的多寡、河流含沙量大小和河流挟沙能力饱和与否是河流水系演化、河床演变、河湖水沙交换等的直接动力。径流量及其输沙能力发生变化，直接影响着河湖水系连接通道的水动力条件，影响着水系通道的冲淤变化、河湖水系连通状况的优劣、河湖关系演变过程。气候变化常常是河川径流量发生变化的原因[31]，人类活动则可以直接影响河川径流量的变化[32]。总之，无论是自然因素还是人为因素造成河流来水来沙条件的变化，最终都会导致河湖水系连通性能发生变化，影响河湖关系的演化。
2.2.4 湖泊演化
湖泊在其形成时要经过大规模地质过程，多数天然湖泊都是受地质构造作用、火山作用或冰川作用而形成的。所有湖泊都会经历从产生、发育到萎缩的过程。每个湖泊的产生，都伴随着一个生物群落建立和演替的过程。目前，人类活动正在加速湖泊演化过程。2005年，联合国在其《千年生态系统评估》（Millennium Ecosystem Assessment）针对全球湖泊加速消失的问题发出过警告。遥感数据显示，与数十年前相比，目前河湖水系连通状况发生了较大的变化，乍得湖（Lake Chad）面积缩小近90%；在过去的50年，中国已减少了约1 000个内陆湖泊[33]。长江中下游平原湖区是我国乃至世界上罕见的典型浅水湖群，湖泊总面积1.41×104 km2，多数湖泊平均水深只有2 m。在历史上曾有“千湖之省”美誉的湖北省，现存湖泊面积2.44×103 km2，仅是20世纪50年代的34%[14]。可见，湖泊演化过程对河湖水系连通状况有较大的影响。
2.2.5 人类活动
人类通过在河流上建造大坝、水库、水电站、跨流域调水工程等，拦截部分河流径流量，改变了河流自然的水动力条件、含沙量以及输沙能力，对流域河湖水系连通产生较大的影响，从而使河湖关系作相应的调整。密西西比河是世界上监管最严格的河流之一，1920年后人类修建的一系列水利工程，造成许多水系连接通道被切断，拦截了大量沉积物，而这些沉积物是河流造床的主要物质基础，以至于密西西比河下游河道沿程冲刷[34]。新中国成立后，调弦口于1959年人为堵口，荆江正式进入三口分流的时期。1966年以来，下荆江经历了三次裁弯取直（1966年-1968年中洲子人工裁弯，1968年-1970年上车湾人工裁弯，1972年沙滩子自然裁弯），其中两次都是人工裁弯（图1）。截止2005年，在长江流域陆续修建了各种类型的水库45 000余座，总库容超过1 700 亿m3，相当于流域径流总量的19%[35]。尤其三峡工程建设对下游河道和河湖关系有较大的影响。研究表明，三峡水库的运行拦截了其下游长江干流和通江湖泊（洞庭湖）泥沙来源的88%[36]，长江中游特别是荆江河段的水沙组成发生变化，水流挟沙处于次饱和状态，坝下河道沿程冲刷，荆江河段首当其冲；部分地段近岸河床的水下岸坡冲刷变陡，局部河段河岸甚至发生了崩岸险情[37]。荆江三口分流分沙比发生变化，河湖水沙交换过程随之而变，使河湖关系重新调整。我国南水北调东线工程，沟通了长江、淮河、黄河、海河四大水系，以及沿程的骆马湖、南四湖、洪泽湖、东平湖等湖泊，是大型的河湖水系连通工程，不但可以缓解北方水资源紧缺的危机，而且可以通过水系连通改变湖泊水流水动力条件，改善湿地的生态环境功能。因此，人类活动对河湖水系连通的破坏和改善作用非常之大，起到加速、延缓或者改变河湖水系连通的性能，甚至能决定着河湖关系演变的方向。
3 河湖关系与河湖水系连通
3.1 河湖水系连通本身属于河湖关系的范畴
通过对河湖关系内涵的讨论可知，河湖水系连通是河湖关系研究的重要内容。河湖关系强调的是河流与湖泊处在河湖系统之中，研究的内容涉及河湖系统的特征，系统中各要素的关系，系统如何演进、系统变化所遵循的自然规律，系统形成与演化的过程及其机理，河湖系统与人类的关系，在人类的干预下系统将会怎样，系统如何维持平衡，怎样的人类干预才能使系统向着人与自然环境和谐、有利于社会经济发展的方向演化。河湖水系连通强调的则是河湖水系如何连通才能达到既定的目标，更注重于人类如何利用河湖关系的原理来做水系连通工程造福于人类。显然，河湖水系连通本身属于河湖关系的范畴。
3.2 正确认识河湖关系是设计河湖水系连通工程
的前提和基础 搞清楚区域河网水系结构、地形地势条件，干支流径流组成和比例关系，了解河湖连接通道性能，流域洪、枯水规律，河流泥沙来源、输沙能力、含沙量、河相关系等是设计河湖水系连通工程的前提和基础。如我国都江堰水利工程充分利用当地地形地势条件，因势利导，筑堰引水，自流灌溉，使堤防、分水、泄洪、排沙、控流相互依存，共为体系，保证了防洪、灌溉、水运等综合效益的充分发挥。都江堰建成后，成都平原沃野千里，水旱从人。该工程伟大之处是建堰两千多年来经久不衰，是人类历史上河湖水系连通工程的典范之作。相反，如印度最大的水电项目，恒河上的特赫里（Tehri）大坝，由于建坝前对该地区河网水系的径流运行规律的调查研究不够充分，结果建坝三年后给印度带来了水危机，水库供应给首都的水有一半都在库底渗漏浪费了。由此可见，正确认识河网水系的地形条件，洪、枯水特点，掌握河网水系的水沙规律等，是设计、建造河湖水系连通工程的前提和基础。
3.3 河湖关系的演变理论是建造河湖水系连通工
程的理论依据 自然健康的河湖关系，在河网水系水分循环、水量平衡、能量平衡、生物环境净化、生态系统稳定等功能中起到非常重要的作用，在河湖水系连通的条件下进行着水沙交换，维持着河湖水系网络中物质、能量和信息的流通。河湖水系网络中的水沙等物质交换直接影响着河湖水系连接通道的演变和生物信息流通，进而影响着河湖关系的演变。而河湖水系连通工程的目的是为人类社会经济发展服务，并力图维持或恢复河湖关系的自然状况，保证河湖水沙等物质交换畅通。河湖水系连通工程功能是自然河湖水系连通的延续，良好的河湖水系连通工程本身是维护健康河流的具体措施，是人们追求和谐人水关系的现实体现，是河湖关系演变理论的具体应用。
4 结语
河湖水系连通的演变机理主要受地质地貌条件、气候变化、流域来水来沙条件、湖泊演化和人类活动的共同制约。其中人类活动对河湖水系连通的干扰作用非常之大，起到加速、延缓或者是改变河湖水系连接通道的性能，甚至在特定条件下能决定河湖关系演变的方向。
确认河湖关系与河湖水系连通的关系是，河湖水系连通本身属于河湖水系网络的一部分，属于河湖关系的范畴。河湖关系理论是进行河湖水系连通工程的理论基础，河湖水系连通工程应以河湖关系演变理论为指导。正确认识河网水系的地形条件，洪、枯水特点，掌握河网水系的水沙演变规律等，是设计、建造河湖水系连通工程的前提和基础。河湖水系连通工程恰是河湖关系理论的具体实践。要加强河湖关系理论的研究，以此来指导河湖水系连通工程的正确实施。
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