973项目申请书.doc

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973计划项目申请书

项目名称

:

长江中下游江湖关系演变及其对河流湖泊生态环境影响与调控

申报单位

:

中国水利水电科学研究院

水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院

长江水利委员会长江科学院

武汉大学

中国水产科学研究院长江水产研究所

清华大学

河海大学

中国科学院水生生物研究所

中国科学院生态环境研究中心

中国地质大学（武汉）

项目首席科学家:

王浩

申报日期:

2011-03-12

中华人民共和国科学技术部制

2011年3月

摘要

江（河）湖关系综合调控是构建和谐人地关系的关键任务之一；系统识别江（河）湖关系的驱动机制、演变规律、生态与环境效应是当前资源环境领域基础研究的重大前沿和热点问题。

长江流域（宜昌-大通段）是我国实施“中部崛起”战略及“健康长江”建设的关键地区。

然而，在气候变化和区域水土资源开发的综合影响下，特别是在长江上游梯级水利/水电枢纽群和区域重大水利工程群（包括水库群和河道整治工程）的影响下，该区域江湖间水沙蓄泄过程及江湖关系发生了显著变化，区域干旱与洪涝呈频发和广发趋势，水生态退化态势严峻，水生动物物种多样性衰退严重、问题突出。

“为什么要进行江湖关系调控”、“江湖关系是否可调控”、“如何进行江湖关系调控”是实践中亟待回答的三个核心问题。

本项目拟解决三个关键科学问题：

江湖关系演变“自然-人工”二元驱动机制及演变规律、江湖关系演变的生态与环境效应及适应机制、江湖关系多维均衡调控机理及调控阈值。

结合上述科学问题，本项目拟开展四项研究工作：

①长江中下游江湖关系演变“自然-人工”二元驱动机理；②变化环境下长江中下游江湖关系演变规律及发展趋势预测；③长江中下游江湖关系演变的生态与环境效应及适应机制；④长江中下游和谐江湖关系多维均衡调控阈值与模式。

通过本项目的研究，将系统识别长江中下游流域江湖关系及演变驱动机制，揭示多时空尺度江湖关系的演变规律，预测江湖关系演变的发展趋势，客观评价江湖关系演变的生态与环境效应及适应性，明晰“自然-人工”二元驱动模式下江湖关系多维均衡调控机理，并提出调控模式。

通过多学科交叉研究，引领水科学领域关键基础理论与技术的新发展，培养一支具有国际竞争力的科技人才队伍。

围绕上述研究内容，本项目拟设置6个课题：

（1）长江中下游江湖关系驱动机制及自然演变规律；

（2）重大水利工程对长江中下游江湖关系演变的影响机理；（3）长江中下游江湖系统物理与数学模型集成模拟及预测；（4）长江中下游江湖关系演变的生态响应与适应机制；（5）长江中下游江湖关系演变对河湖水环境的影响机制与效应；（6）长江中下游健康江湖关系多维均衡调控阈值与模式。

本项目将由中国水利水电科学研究院牵头，联合来自水利部、教育部、农业部和中科院长期从事水循环、泥沙、生态和环境等领域研究的10家科研院所共同承担；研究中将整合7个国家重点实验室和15个省部级实验室等优势科技资源，并依托长江流域水文泥沙、水生态、水环境3套原型观测站网和1.4km长的大比例尺整体物理模型予以完成；研究团队由活跃在学科前沿并取得突出科研业绩的中青年科技人员组成。

项目申报总经费为3900万元。

II

一、立项依据

（一）国家重大需求

1、江（河）湖关系合理维系是资源环境领域研究的重大问题

江湖关系是江湖间以水沙交换和河床变化过程为关键的反馈作用关系，受到自然和人类活动特别是重大水利工程（群）的综合影响，并随着流域/区域水循环及伴生的水沙、水生态和水环境过程变化（以下简称“水循环多过程”）而发生演化；与此同时，江湖关系变化也影响到流域水循环多过程的演变。

江湖关系变化具有显著的资源、生态和环境效应，维系着区（流）域的水安全、生态安全、环境安全、能源安全及航运安全等，影响到区（流）域整体经济社会的和谐发展。

江湖关系的合理维系，是构建和谐人地关系的关键。

2011年中共中央1号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》（简称“中央1号文件”）明确指出：

“完善优化水资源战略配置格局，在保护生态前提下，尽快建设一批骨干水源工程和河湖水系连通工程，提高水资源调控水平和供水保障能力”。

需要指出的是，江湖关系与水循环多过程演变之间具有多向反馈关系，其演变的驱动机制及所产生的生态与环境效应也极为复杂，是资源环境领域研究中的重大前沿和难点问题；然而，当前针对河湖水系连通主题的相关研究尚不能满足上述战略需求，亟待开展系统深入研究。

2、江湖关系系统识别是长江中下游水安全保障的科学基础

长江中下游地区江湖关系是我国乃至世界上江湖关系最为复杂地区之一。

长江干流宜昌-大通段是长江中下游的非感潮河段，洞庭湖和鄱阳湖是典型的大型吞吐型湖泊和长江中下游的调洪及水源区；区内河网密集、湖库广布，在独特地理环境和气候水文格局综合作用下，形成了“江涨湖蓄、江退湖泄、江湖季节性涨落”的独特江湖关系（图1）。

长江水沙条件与河床变化会导致通江湖泊的连锁反应，湖泊的变化又会再反馈于长江，两者之间的互动改变着江湖蓄泄能力、河湖生态系统的完整性与稳定性、水生生物多样性、湿地功能以及水资源的开发与保护。

自1860年和1870年两次特大洪水相继冲开藕池、松滋两口，洞庭湖除接纳湘、资、沅、澧来水外，还调蓄和分泄荆江四口（其中调弦口1958年冬封堵）入湖的长江洪水，经湖区调蓄后在城陵矶注入长江，与长江形成了庞大的、复杂的河湖水网区，水流、泥沙冲淤变化、河道和湖盆演变复杂。

鄱阳湖承纳赣江、抚河、信江、饶河、修水等五大水系以及博阳河等支流来水，经调蓄后由湖口注入长江，与长江相互顶托和相互影响，有“高水是湖，低水似河”、“洪水一片，枯水一线”的自然特征。

随着气候变化和人类活动的影响，长江中下游江湖关系呈现出新的演变特征，改变了长江中下游地区洪涝、干旱及水资源的时空格局，诱发了系列生态与环境问题。

图1长江干流宜昌-大通段江湖及敏感生态区域分布图

（1）江湖关系演变转变为“自然-人工”二元驱动模式

近60年来，随着气候变化和人类活动影响的加剧，以自然一元驱动为主体特征的长江中下游江湖关系演变，逐渐演变成“自然-人工”二元驱动的演变模式，驱动机制及资源、环境与生态效应更为复杂。

气候变化改变了区域降水及入江、入河、入湖水量及泥沙过程，进而影响到江湖之间的水沙交换过程及江湖关系的演变。

人类活动深刻改变了长江干流来水来沙条件和湖泊流域水文泥沙动力特征，深刻影响到了长江中下游地区江湖关系的演变。

随着三峡工程、葛洲坝工程等103座大型水库的建设与运行调度，长江上游的来水来沙条件发生了显著变化；调弦口建闸封堵、下荆江裁弯以及中下游堤防加固等河道整治工程的实施，改变了长江干流水沙的输移特性。

随着湖泊流域内水利工程群的开发和区域水土保持工程的实施，入湖水量和泥沙过程及通量也发生了显著变化；与此同时，湖区围湖造田与退田还湖的相继实施，使得自然演变过程中以渐变为主体特征的湖盆演变过程在短时段内发生了突变，进而影响湖泊水体水动力特征及泥沙冲淤过程。

（2）江湖关系演变改变了长江中下游洪涝和干旱格局

随着上游地区特大梯级水利枢纽工程群的运行调度及湖区水利工程建设，特别是三峡工程运用后，长江中下游干流、湖泊的泥沙冲淤发生了显著变化，改变了行洪河道及蓄洪区特性，导致下游防洪格局发生变化。

荆江南三口联通之一的调弦河自1958年堵坝建闸以来，河床一般淤高4～8m，上游进口段比堵坝时淤高近15m；长江与洞庭湖联通之一的藕池河急剧淤积萎缩。

近60年来，沙市洪水位累计下降了约0.7m，而城陵矶洪水位累计升高了约1.8m，螺山洪峰流量累计增大了约7000m3/s等。

1998年大水，在洪量不及1954年的情况下，长江中下游全面超1954年洪水位。

与此同时，因洪水期入湖总体水量的减少和枯季出湖流量的加快，导致湖区枯水延长，水资源短缺。

荆江三口五站平均断流时间由上世纪50年代的57.4d增加至2001～2006年的163.6d；2006～2008年10月份，洞庭湖七里山站水位平均降低0.77～1.42m，鄱阳湖湖口站水位平均降低了0.43～1.02m，并提前近1个月进入枯水期；与此同时，湖泊水位年内变幅增加，鄱阳湖和洞庭湖均增加了1～2m。

（3）江湖关系演变导致长江干流和两湖地区生态呈退化态势

随着湖泊水位的整体下降和年内变幅的增加，“洲滩－湖面”交替的时间节律发生变化，湖区湿地退化呈加剧趋势，并导致区域生物多样性的锐减。

2000年与2006年相比，洞庭湖区越冬鸟类总数由30万只下降到3～4万只，濒危物种东方白鹳由802只下降到36只，白鹤在2004年基本消失，江豚的江、湖间迁移基本被隔断。

与此同时，长江干流和两湖地区水生生态系统和生物资源也呈现出急剧退化趋势。

较之1974年，2004年洞庭湖鱼种类数减少33.7%，洄游性鱼类总计减少47.1%；以鲤、鲫、青鱼、草鱼、鲢、鳙和鲇等为优势种的种群结构被以鲤、鲫为主的结构所替代，且82.4%的优势种为湖泊定居性鱼类；一大批原来为经济种类的鱼类濒临灭绝，“四大家鱼”野生种群也已沦为濒危物种；长江中游白鲟已近10年未见踪迹，江豚在1991～2006年内减少了50%，2006年仅存1200～1400头；被誉为长江“三鲜之首”的鲥鱼已绝迹，水中“大熊猫”的白鱀豚已功能性灭绝。

此外，长江中下游湖区是血吸虫病扩散的重点区域，钉螺分布面积占长江中下游的90%以上；近年来湖区钉螺面积呈进一步扩大的态势，2000～2006年间，洞庭湖和鄱阳湖湖区钉螺面积分别增加了3.6%和14.7%，分别达到17.5万hm2和7.8万hm2。

（4）江湖关系演变促使长江流域江湖水环境发生变化

随着长江上游梯级水利工程群对长江干流来水的调节，湖区枯水期蓄水量减少，使得水体自净能力和环境容量大大降低，湖区水质呈现恶化趋势，部分地区水华爆发风险呈进一步增大趋势。

洞庭湖已连续5年保持低水位，水位的降低导致湖内水环境容量减小，总氮、总磷污染加剧，2003年洞庭湖的营养盐状态已经处于中－富营养化水平；2008年，洞庭湖蓝藻爆发面积达到10km2；2009年，鄱阳湖I～III类水面比例为63.9%，全年水质类别为Ⅳ类、营养状况为中营养，2009年洞庭湖I～III类，全年水质类别为劣Ⅴ类，营养状况为轻度富营养化，荆南三河总体水质类别为IV～劣V类（2009年水资源公报）。

3、江湖关系综合调控是长江中下游战略发展的迫切需求

长江流域（宜昌-大通段）是我国实施“中部崛起”战略的关键地区，国家先后批复了《武汉城市圈资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验总体方案》、《湖南长株潭城市群综改方案》和《鄱阳湖生态经济区规划》等重大战略性规划；该区是我国的“鱼米之乡”，是农作物和淡水渔业的主产区，特别是水产种质资源以及珍稀水生物种的集中分布区，也是世界重要湿地、国家生态保护及“健康长江”建设的关键地区之一，分布有32个国家级自然保护区、41个省级保护区和24个市县级自然保护区，东洞庭湖和鄱阳湖被列入国际重要湿地名录；区内人口稠密，水文情势复杂，洪涝与干旱灾害呈广发和频发态势，一直是我国治水的重点和难点地区；与此同时，该区还是南水北调中线工程水源调节区和我国内河航运的关键区。

2011年5月18日国务院常务会议讨论通过了《三峡后续工作规划》，核心工作是要妥善处理三峡工程蓄水后对长江中下游江湖关系演变带来的不利影响，实施科学调控措施。

鉴于长江宜昌-大通段江湖关系演变所产生的生态与环境影响，及其在建设“健康长江”和国家实施“中部崛起”战略中的重大地位和作用，江湖关系的演变及综合调控，也已受到政府部门、学术界和社会公众的高度重视。

然而，当前尚未系统揭示长江中下游地区江湖关系的演变机理，针对气候变化和人类活动特别是重大水利工程影响下江湖