筑坝河流的水文生态效应及其生态修复:以三峡水库与长江中下游典型河段为例
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1 长江中下游概况及生态保护

1.1 长江中下游概况

长江发源于青藏高原的唐古拉山主峰格拉丹冬雪山西南侧,干流全长6300余km,总落差约5400m,横贯我国西南、华中、华东三大区,流经青海、四川、西藏、云南、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海等11个省(自治区、直辖市)注入东海,支流展延至贵州、甘肃、陕西、河南、浙江、广西、广东、福建等8个省(自治区)。流域西以芒康山、宁静山与澜沧江水系为界;北以巴颜喀拉山、秦岭、大别山与黄河、淮河水系相接;南以南岭、武夷山、天目山与珠江和闽浙诸水系相邻。流域面积约180万km2,约占我国国土面积的18.8%。流域面积10000km2以上的支流有49条,其中80000km2以上的一级支流有雅砻江、岷江、嘉陵江、乌江、湘江、沅江、汉江、赣江等8条,重要湖泊有洞庭湖、鄱阳湖、巢湖和太湖等。

长江干流宜昌以上为上游,长4504km,流域面积约100万km2。宜昌至湖口段为中游,长955km,流域面积约68万km2。干流宜昌以下河道坡降变小、水流平缓,枝城以下沿江两岸均筑有堤防,并与众多大小湖泊相连,汇入的主要支流有南岸的清江、洞庭湖水系的湘资沅澧四水、鄱阳湖水系的赣抚信饶修五河和北岸的汉江。自枝城至城陵矶河段为著名的荆江,两岸平原广阔,地势低洼,其中下荆江河道蜿蜒曲折,素有“九曲回肠”之称,南岸有松滋、太平、藕池、调弦(已建闸)四口分流入洞庭湖,由洞庭湖汇集湘、资、沅、澧四水调蓄后,在城陵矶注入长江,江湖关系最为复杂。城陵矶以下至湖口,主要为宽窄相间的藕节状分汊河道,总体河势比较稳定,呈顺直段主流摆动,分汊段主、支汊交替消长的河道演变特点。

湖口以下为下游,长938km,流域面积约12万km2。干流湖口以下沿岸有堤防保护,汇入的主要支流有南岸的青弋江、水阳江水系、太湖水系和北岸的巢湖水系,淮河部分水量通过淮河入江水道汇入长江。下游河段水深江阔,水位变幅较小,大通以下约600km河段受潮汐影响。

1.1.1 水文

长江中下游流域水系发达,干流横贯万里,沿途有众多支流汇入。其中,流域面积超过8万hm2的支流有沅江、湘江、汉江、赣江4条;河流长度超过1000km的支流有沅江、汉江2条。

中国前两大淡水湖泊——鄱阳湖和洞庭湖均在长江中下游地区。鄱阳湖位于江西南昌和九江之间,湖周主要有赣江、抚河、信江、饶河(都江)、修水5条河流汇聚,北端与长江相通。洞庭湖位于湖南北部,南有湘江、资水、沅江、澧水“四水”汇入,北有松滋、太平、藕池、调弦(1959年已封堵)“四口”吞纳长江洪水,湖水由东面的城陵矾附近注入长江,历来是长江最大的吞吐湖。

长江流域年降雨量除金沙江四川一小部分小于750mm外,一般均在800~2000mm(部分地区超过2000mm),因此长江水量甚为丰沛。雨量的年内分配及水位消长情况大体是:冬季雨量稀少,只占全年的5%~15%,是为长江水位最枯季节,此时之水位变化亦较平稳,至2月、3月间,长江干流出现最枯水位。由于冬季最冷月温度除金沙江上游及个别支流外,一般均在0℃以上,因此长江干流大都没有结冰现象。到每年3月以后,雨量逐渐增加,水位亦随之逐步上升,通常称为桃汛,6—9月为长江流域雨量最多季节,此时全江水位高涨,变化最大。

根据雨季的先后不同,洞庭、鄱阳两湖水系在4—8月都有出现最高水位机会,而以6月为最多;在上游,长江干流和它的支流最高水位出现在7—9月,而以7月机会最多。

汉江在6—10月出现最高水位,7—9月出现的机会较多;城陵矶以下的长江干流因受湖泊之调节作用,全年多是一巨大之峰形,水位一般以7月、8月为最高。

1.1.2 气象

长江中下游地区属于典型的季风气候,冬寒夏热,四季分明,年内变化与季风进退密切相关,东南部地区夏季还常受台风影响。由于全域横亘着几个不同的气候区,雨区分布比较复杂,在一般年份,长江流域主要雨带的移动是自东南走向西北,鄱阳湖、洞庭湖以每年4月为多雨月份,故其洪水发生亦较早,6月以后雨区开始扩展西移,7月、8月以四川盆地一带降雨最为集中,汉江此时降雨亦显著增加,以后雨区开始扩展西移。9月、10月汉江流域降雨仍占重要地位,形成长江流域最后一个雨区。正是因为一般年份长江流域各主要雨区降雨集中时间的错开,减少了最高洪水汇合的机会,才减轻了洪水的威胁。但如遇气团情况反常,雨季重叠,各雨区长时间暴雨相互遭遇,则将造成巨大洪水泛滥,1954年的长江大洪水就是非常突出的事件。

长江中下游流域属亚热带季风气候,冬季温和,夏季高温。年均气温14~18℃,1月月均气温0~5.5℃,7月月均气温27~28℃,绝对最高气温可达38℃以上;无霜期210~270天。长江中下游流域年降水量为1000~1500mm。降水量年内分配不均,多集中在5—10月,占全年的70%~90%;降水量年际变化较大,从单站年降水量分析,最大年降水量与最小年降水量的比值在1.5~5.0,大多在3.5左右。每年6—7月,受夏季风和北方冷空气影响形成“梅雨”,出现长时间的阴雨天气;梅雨季节过后,受西太平洋副热带高压影响形成“伏旱”。降水量地区分布不均匀,总趋势为由东南向西北递减,山区多于平原。年降水量大于1600mm的地区主要为江西和湖南部分地区。

长江流域雨量丰沛,水资源较丰富。每平方公里水资源量约56万m3,为全国平均值的1.9倍。流域水资源主要为河川径流,据1956—2000年流域水文资料,上游控制站宜昌多年平均天然年径流量4515亿m3,下游控制站大通为9405亿m3,大通以下区间约452亿m3,流域多年平均年径流量约9857亿m3。长江年径流量的地区组成,宜昌以上占46%,中游洞庭湖、汉江、鄱阳湖约占42%,下游支流水量有限。径流在年内分配和降水相应,很不均匀,干流汛期水量约占年径流量的70%~75%,支流则在55%~80%;但年际变化小,1956—2000年年入海水量最丰年近12800亿m3,最枯年也有6820亿m3(长江水利委员会水文局,2004)。

降水量平均年相对变率在江南、江北略有变化,江南的变率一般在20%以下,只有湖南西北部超过20%,江西东部武夷山西侧均不及10%,是长江变率最小地区之一。长江中游北岸大别山西南,唐白河、丹江口上游一般为30%~50%,为长江变率最大地区。

综上所述,长江流域降水,不论年降水量、汛期降水量,以及极大年、月降水量,其在空间上的分布大多是中游最多,下游次之,上游最小;江南大于江北。

1.1.3 地质

长江流域地跨扬子准地台、三江褶皱系、松潘—甘孜褶皱系、秦岭褶皱系和华南褶皱系等五大构造区,地质构造复杂多变。地层自太古宇至新生界第四系发育齐全,并有不同时期岩浆岩分布。根据区域地质环境的特征,结合干支流开发治理中存在的各类地质问题,全流域可划分为三大工程地质区:

(1)西部青藏川滇区。位于陇南山地—龙门山—乌蒙山以西广大高山、中山地区,包含青南—川西高原、横断山地和陇南—川滇山地等三大地貌单元。地质构造以松潘—甘孜褶皱系为主体,西缘、北缘和南缘分别为三江褶皱系、秦岭褶皱系和扬淮地台各二级构造单元。岩性以浅变质砂板岩、千枚岩为主,部分为碳酸盐岩、碎屑岩和岩浆岩。新构造运动以来呈强烈上升,区域稳定性较差,活动断裂分布广,地震活动强烈,曾发生过6级以上地震100多次,约占全流域同类地震总数90%以上。冻融、滑坡、崩塌、泥石流等环境地质问题十分突出,一些地区水土流失十分严重,同时存在高烈度区抗震、高地应力、深度河床覆盖层以及高边坡稳定等重大工程地质问题。

(2)中部秦川鄂黔区。位于陇南山地—龙门山—乌蒙山以东,伏牛山—鄂西山地—武陵山以西中山、低山和丘陵地区,包括秦岭山地、四川盆地和鄂黔山地等3个地貌单元。地质构造北部以秦岭褶皱系南、北秦岭褶皱带为主体,南部则为扬子准地台的四川台坳、上扬子台褶皱带和大巴山台缘褶皱带。岩性北部秦岭山地以变质岩和岩浆岩为主,南部则以碳酸盐和红层碎屑岩分布最广。新构造运动以来呈中等幅度隆起,区域稳定性好,活动断裂分布少,地震活动微弱,历史上仅发生过6级以上地震2次。滑坡、崩塌、泥石流、岩溶塌陷和渗漏、岩体风化和软弱夹层是本区内主要环境地质和工程地质问题。

(3)东部湘赣鄂苏皖区。位于伏牛山—武当山—鄂西山地—武陵山以东低山丘陵、平原地区,包括淮阳山地、长江中下游平原和江南丘陵三大地貌单元。地质构造北部属秦岭褶皱系的南阳坳陷和淮阳隆起,中部为扬子准地台的下扬子台褶带、浙西皖南台褶带和江南地轴等二级构造单元,南部则为华南褶皱系所在。岩性淮阳山地以岩浆岩和变质岩分布最广;长江中下游平原主要以土、砂和砂砾石组成的松散土层为主;江南丘陵在中低山地分别由碳酸盐岩、变质岩和岩浆岩组成,而众多的盆地均为红色屑岩。新构造运动以来,北部淮阳山地和南部江南丘陵均呈微弱隆起,长江中下游平原则处于沉降中。区域稳定性总体较好,仅在太阳山、麻城、团风、茅山、瑞金等活动断裂带附近曾发生过6级地震。地面沉降、土体胀缩和变形、岩溶塌陷、岩体中软弱夹层以及已建水库加固等是区内主要环境地质和工程地质问题,一些地区水土流失,河湖淤积、坍岸现象严重。

长江堤防多建在一级阶地和高漫滩前缘,地形较低,沿线河渠纵横,并有古河道、古溃口、湖、塘、坑、沟密布,堤基虽多数有二元结构,但其组成、厚度与性状变化较大。通过勘察,长江中下游南京以上沿江两岸长约2700km的主要干流堤防的工程地质条件大致可以分为四类:一类是工程地质条件好的堤防,总长约427km,占15.7%;二类是工程地质较好的堤防,总长约937km,占34.4%;三类是地质条件较差的堤防,总长844km,占31.0%;四类是地质条件差的堤防,总长513km,占18.9%。近50%的三、四类地质条件差和较差的堤防是今后堤防建设基础处理的重点。

南京以下堤段,堤基多为壤土、淤泥质壤土、砂壤土、粉细砂,呈不等厚间互层状结构,单层厚一般1~10m。总体看,堤基工程地质条件较差,崩岸较严重。抓紧堤身加固、填塘固基、护岸和护坡至关重要;修建穿堤建筑物时需进行地基处理。

长江中下游有荆江、洞庭湖、洪湖、武汉附近、鄱阳湖、华阳河等六大区,各区以第四系全新统冲积层为主,一般具二元结构,上部:黏土、粉质黏土、壤土;下部:粉细砂。滨湖地带以黏土为主,并有淤泥质土,滨江圩堤堤基黏性土层较厚,工程地质条件较好,上部黏土较薄,被破坏部位亦有渗透变形问题。淤泥质土分布堤段需注意沉降变形。