近百余年%281900-2020年%29洞庭湖湿地演化驱动因素分析.pdf
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1、 (湖泊科学),():近百余年(年)洞庭湖湿地演化驱动因素分析张英豪,王殿常,吴兴华,赖锡军(:聊城大学地理与环境学院,聊城)(:中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京)(:中国长江三峡集团有限公司,北京)摘 要:自 世纪以来,在自然以及人类活动共同作用下,洞庭湖湿地面积与格局发生显著变化。本文在综合大量历史资料、相关文献以及数据的基础上,采用分段线性回归方法将近百余年(年)洞庭湖湿地面积与格局变化划分为 个阶段,并重点分析了各阶段影响湿地演化的驱动因子及相互作用关系。年以来,洞庭湖湿地面积变化可分为 年的明显下降期、年的快速萎缩期、年的稳定期以及 年至今的略微回升期,湿地景观格局变化经历了新中
2、国成立前的相对稳定阶段、的水域向洲滩转化阶段以及 世纪以来的洲滩向水域转化阶段。不同时期,由于社会经济与生产力水平的差异,湿地演变的驱动因素存在差异,导致湿地演变的速率与方向有所不同。围湖垦殖与退田还湖是导致湿地面积发生改变的主要因素,气象波动、水库建设、湖区采砂以及河道整治等则通过改变入湖水文泥沙情势影响湿地格局变化,并影响围湖垦殖与退田还湖等活动。为满足经济发展要求,政府在湿地演变中的参与度逐渐增加,对围湖垦殖的态度发生了“鼓励 参与 禁止 还湖”的转变,为近百余年洞庭湖湿地演化的核心驱动要素。近百余年洞庭湖湿地的演化过程是区域社会经济发展过程的综合呈现,是人力与自然力的角力过程,也是人地
3、关系矛盾协调演化并趋向缓和的过程。关键词:洞庭湖;湿地演变;围湖垦殖;退田还湖;水库建设 ,(:,)(:,)(:,):,(),(),(),(),()(),()(),收稿;收修改稿。国家自然科学基金项目(,)、中国长江三峡集团项目()、中国科学院战略性先导科技专项(类)()、湖泊与环境国家重点实验室开放基金项目()和山东省高等学校青年创新团队发展计划()联合资助。通信作者;:。张英豪等:近百余年(年)洞庭湖湿地演化驱动因素分析 ,“”,:;湿地是陆生生态系统与水生生态系统的过渡地带,特殊的环境提供了复杂且完备的动植物群落,它对于保护物种、维持生物多样性具有难以替代的生态价值。同时,湿地生态系统非
4、常脆弱,很容易受自然和人为因素干扰而发生变化。作为自然综合体,湿地是在地球内力(新构造运动)与外力(地形、气候、水文、植物和动物以及时间等)因素相互联系、相互作用和相互制约条件下而发生发展和形成的。进入人类世以来,围湖垦殖等人类活动成为影响湿地环境演化的重要因素。识别长时间尺度下湿地的演化阶段及其驱动因素对湿地生态系统管理至关重要。洞庭湖是长江中下游的大型通江湖泊,也是我国第二大淡水湖泊,在调节江河径流、沟通航运、繁衍水产以及改善生态环境方面具有重要作用。近 多年来,在自然和人类活动的双重作用下,洞庭湖湿地面积以及景观格局发生剧烈变化。目前,相关研究主要通过历史资料以及遥感影像分析洞庭湖湿地面
5、积及景观格局变化,且围湖垦殖与退田还湖被认为是导致洞庭湖面积变化的重要因素,气候波动、河道整治、上游水库建设等影响下的入湖水文泥沙情势变化改变了其湿地景观格局。余姝辰等研究了清末以来洞庭湖区通江湖泊面积的时空演变特征,指出清末以来洞庭湖区通江湖泊的演变主要表现为大通湖的封闭析出、整修南洞庭湖的湖垸置换与南迁、围垦西洞庭湖的局部残存、东洞庭湖的三面合围以及 年特大洪灾后有限的“退田还湖”。卞鸿翔和龚循礼回顾了洞庭湖区的垦殖历史,指出了湖区围垦带来的生态环境问题,并提出了洞庭湖区整治应采取的具体措施。姜加虎和黄群应用数值模拟技术对 年以来洞庭湖淤积、围垦对江湖洪水的影响进行了定量评估,结果显示 年
6、的 年间,湖泊围垦对江湖洪水位升高影响的相对量是湖泊淤积对江湖洪水位升高影响值的 倍。此外,余姝辰还分析了民国中期以来洞庭湖洲滩的时空演变特征,并指出洲滩围垦、出入泥沙变化以及湖砂开采是引起洲滩变化的主要原因。然而,上述研究忽略了各因素间的相互作用关系,较少考虑到影响湿地演化背后的社会、经济、政策方面的深层原因。本文在结合大量历史资料、相关文献以及数据的基础上,采用分段线性回归法将 年洞庭湖湿地演变过程划分为不同阶段,重点分析各演化阶段的主要驱动因素以及各驱动因素间的相互作用关系,深入剖析湿地演变背后的经济、政策影响。本研究可为洞庭湖湿地的保护与管理提供理论支撑,服务以长江大保护为指导方针的长
7、江经济带发展战略。研究区概况洞庭湖位于长江中游荆江段南岸,湖南省北部。湖体呈近似“”形,由东洞庭、南洞庭与西洞庭组成。洞庭湖为吞吐型湖泊,其北面通过松滋、太平、藕池和调弦四口分泄长江中游水沙入湖,这些入湖河流统称为长江四口分流河道,调弦口于 年冬建闸封堵,故又常称三口水系;南、西面有湘水、资水、沅水、澧水四水入湖,即四水水系;入湖水沙经湖泊调蓄后,于城陵矶汇入长江,构成复杂的江湖关系(图)。由于荆江分流入洞庭湖等因素,使得洞庭湖泥沙淤积严重。据统计,每年约有 的泥沙淤积于洞庭湖湖盆,其中 来自于荆江三口分流。泥沙的大量淤积,使得洞庭湖湖盆抬高,洲滩发育迅速。数据与分析方法本文述及的洞庭湖湿地演
8、变主要体现在湖泊的面积变化以及湿地景观格局变化。相关数据取自已有文献资料。其中,湖泊面积是指直接连通外部江河、具有调蓄功能的外湖面积,且 年以来洞庭湖外湖面积数据来自文献,;湿地景观格局采用枯水期(城陵矶水位 )水域与洲滩面积占湖泊总面积 (湖泊科学),()图 洞庭湖水系及主要水文控制站位置 的比值进行表征,相关数据来自文献。本文采用分段线性回归(,)方法对 年洞庭湖湿地演化阶段进行划分。作为一种统计方法,通过变换回归可为一个自变量的不同部分给出单独回归结果。例如,若自变量的时间序列可分为两个部分,可对各部分进行线性回归,即:()()式中,为因变量,为自变量,、为各部分线性回归方程斜率,、为线
9、性回归方程截距。为变点,其选取需满足变点前后两条回归直线的概率 值小于。此外,本文入洞庭湖水沙数据均来源于中国河流泥沙公报与长江泥沙公报。数据内容为荆江三口五站(新江口、沙道观、弥陀寺、康家岗、管家铺)、四水四站(湘潭、桃江、桃源、石门)年径流量以及年输沙量。采用非参数 检验(检验)法对水沙数据时间序列的趋势性进行分析,采用累积距平法以及双累计曲线法对水沙数据变点进行检测。结果与讨论 洞庭湖湿地演化阶段近百余年洞庭湖外湖面积与湿地格局(水域 洲滩面积占比)变化时间序列以及分段线性回归结果如图 与表 所示。从图表中可以看出,年洞庭湖外湖面积变化可分为 个阶段:年,洞庭湖面积明显下降,由 年的 减
10、少至 年的,减幅为 ,平均每年萎缩 张英豪等:近百余年(年)洞庭湖湿地演化驱动因素分析;年,湖泊面积萎缩剧烈,由 年的 缩减至 年的 ,平均缩减速率为 ;年以后,分段线性回归结果,但由于 年前后回归方程斜率由负转正,故可以 年为界分为两个阶段,即 年,湖泊面积略微减少,减少幅度为 ,年均萎缩 ,年后,湖泊面积有所上升,但这种面积扩大极其有限,面积仅增加 。年洞庭湖外湖湿地格局变化可分为 个阶段:新中国成立之前,洞庭湖洲滩面积维持在湖区总面积的 左右;,洲滩比例显著上升,并在 达到峰值,年,洞庭湖洲滩面积占比,水域仅占比;进入 世纪,洲滩比例有所下降,基本维持在 左右。图 年洞庭湖湿地面积(数据
11、摘自文献,)及格局(水域 洲滩占比,数据取自文献)变化 ,表 近 年洞庭湖外湖面积及湿地格局(水域 洲滩面积占比)分段线性回归结果 ,拟合时段线性回归方程外湖面积 年 年 年 年湿地格局 年 年 年:表示时间(单位:年),表示外湖面积(单位:);:表示时间(单位:年),表示水域 洲滩面积比(单位:)。洞庭湖湿地演变驱动因素据上所述,本文将近百余年来洞庭湖湿地演变分为 个阶段。在不同时期,湿地演变驱动因素及各因素间的互馈关系存在差异,湿地演变的速率与方向有所不同(图)。年 受 世纪中叶江湖关系巨变(荆江“四口分流”(调弦口于 年封堵而变为“三口分流”,下同)局面形成)影响,这一时期长江入洞庭湖水
12、沙量大幅增加,大量泥沙充填于洞庭湖内,洲滩迅速淤涨。洲滩的迅速发育为大规模围湖垦殖提供前提条件。同时,明清时期的洪武大移民(“江西填湖广”)为该时期洞庭湖平原筑堤建垸提供了有利人力资源支撑。洲滩的迅速淤涨以及人口的增加,使得洞庭湖围湖垦殖呈现恶性膨胀。这一时期,政府对湖区垦殖持鼓励态度。例如,年湖南督军谭延恺颁布滨湖淤洲垦务简章,规定纳费给照开垦;次年,湖南省长张敬尧下令,尚未开垦的新淤,允准“缴纳领照,筑堤围垸”;此外,政府拨款修筑沅江、澧县官垸,以作示范。该时期,洞庭湖新增围垦面积 (包括圩内湖泊如大通湖等的围垦,下同),湿地面积明显下降。泥沙的大量淤积使得湖区部分水域向洲滩进行转化,但人
13、们对滩地的围垦同时减小了洲滩以及湖泊面积,水域与洲滩占比相对稳定。该时期,降水波动引起的洪水事件改变了入湖水沙情势,进而对洞庭湖湿地面积产生重要影响。由于 (湖泊科学),()图 近百余年洞庭湖湿地演变驱动过程 ,当时生产力低下,提防单薄低矮,圩区规模较小,堤线长而零乱,在大洪水的作用下经常发生溃决。尤其是 与 年的长江流域特大洪水,使得湖区堤垸倒溃三分之二以上,湿地面积也相应增加。然而,由于圩田的经济效益在当时仍大于水灾的损失及筑圩的耗费,洪水过后人们对堤垸进行并垸合修。该时期政府也因洪水溃垸而明令禁围。年洪水后,当时的内政、实业、交通三部于当年 月召开“废田还湖及导淮张英豪等:近百余年(年)
14、洞庭湖湿地演化驱动因素分析入海会议”,会议公决了“以后河湖沙洲滩地,非经水利主管机关之研究证明其确不妨害水流及停蓄者,不得围垦”。湖南省府据此颁发了“严禁盗修淤洲堤垸”的命令,年大水后再次颁令“禁止围垦新垸,凡违令挽修者即为盗修,除处以妨害水利之罪外,并刨毁其堤垸”。但禁围并无实效,实际能遵令刨毁的堤垸百无有一。据滨潮洲土视察团民国 年(年)冬统计,当时有未经批准的“盗挽”堤垸 个,耕地面积 万亩(),且这些是已挽成垸的,正在挽修的尚未计算在内。因此,年以前,由于生产力水平较低,湖区堤垸常因洪水而溃决,但为满足经济发展与粮食需求,洪水后人们不顾禁围政策又会对湖区进行复垦,围垦主要以“水退人进、
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