构建洞庭湖生态和经济新发展格局

2021-01-06 16:37聂芳容
湖南水利水电 2021年2期
关键词:三峡水库洞庭湖洪水

聂芳容

(湖南省水利厅,湖南 长沙410007)

1 三峡运行以来洞庭湖水情变化

1.1 洞庭湖泥沙淤积减少

洞庭湖区泥沙主要来自于荆江松滋口、太平口、藕池口、调弦口(1958年堵)四口。1956—2002年平均入湖泥沙量14 573万t,平均出湖3 888万t,年平均淤积于湖10 685万t,多年平均淤积率70.6%,洞庭湖平均淤高2 m。三峡水库运行后,2003—2012年年平均入湖1 969万t,年平均出湖1 743万t,淤积于湖226万t,淤积率11.3%。洞庭湖泥沙淤积量减少,利于河湖面积和容量稳定,解除了“湖洲年年高,洪水年年涨”的病患。

1.2 三峡水库运行以来,减轻长江中小洪水威胁

三峡水库依据国家防汛抗旱总指挥部每年汛前和蓄水前批复的当年汛期调度运用方案及蓄水计划实施调度运用。实时调度中,由长江防汛抗洪总指挥部下达调度命令,进行防洪、蓄水和消落期洪水调度。2008—2020年,长江中下游发生多次较大洪水,根据长江中下游地方防汛部门的要求,利用实时水雨情预测预报,在确保防洪安全、风险可控、泥沙淤积许可的前提下,进行水库滞洪调度。2009年三峡水库将最大入库洪峰流量55 000 m3/s削减为出库流量39 000 m3/s,削减洪峰流量16 000 m3/s。2010年汛期,三峡水库多次发挥拦洪错峰作用,先后三次对入库大于50 000 m3/s的洪水实施拦蓄调度,累计拦蓄洪水量260多亿m3,其中对最大入库流量70 000m3/s的洪水,控制出库流量为40 000 m3/s,削减洪峰流量40%以上,拦蓄水量80亿m3。2012年汛期,先后四次对大于50 000 m3/s洪水实施拦蓄调度,累计拦蓄洪水量200.5亿m3,其中对三峡水库建库以来最大入库流量71 200 m3/s的洪水,控制出库流量为45 000 m3/s,削减洪峰流量比例达38%,拦蓄水量51.75亿m3。2020年长江流域发生多次大洪峰,三峡水库多次拦洪削峰,降低了城陵矶洪峰水位,有效缓解了洞庭湖区的防洪压力。

1.3 三峡水库运行以来洞庭湖旱情严重加剧

三峡水库2006年运行以来,9月中旬开始关闸蓄水,至10月底增储水221.5亿m3。拦截了荆江10月平均流量的42.5%。荆南四口[松兹口、太平口、藕池口、调弦口(1958年堵)]10月入湖流量减少约80%,致洞庭湖产生严重干旱。

1.3.1 荆江10月多年平均流量减少42.5%

宜昌站多年平均流量14 270 m3/s,三峡运行后的多年平均流量12 472.6 m3/s,减少12.5%。其中汛期(4—9月)的多年平均流量为20 256 m3/s,2006—2019年汛期(4—9月)平均流量为19 151.3 m3/s,仅减少5.4%,说明汛期各月的平均流量在三峡水库运行前后很相近。宜昌站枯水期(12月至次年3月)的月平均流量在三峡运行前为4 665 m3/s,2006—2019年为4 620.2 m3/s,减少1.3%。说明12月至次年3月宜昌径流变化很小。宜昌径流量减少集中在三峡水库储水期。三峡水库在储水时期拦蓄221.5亿m3,10月下泄流量显著减少。宜昌水文站10月多年平均流量19 400 m3/s,2006—2019年宜昌站10月平均流量11 164.5 m3/s,比多年平均减少42.5%。长江中下游10月径流水量是冬春季灌溉和生态保护的主要水资源,因为12月至次年3月江水低于进水闸底板和洲滩高程,10月江水不上滩,以后10月至次年3月就没有自流灌溉水源了。三峡水库运行以来,中下游平原冬春200多天无江水进垸,无江水淹滩,垸内生产和湿地生态严重受损。

1.3.2 荆南四口10月至次年3月入湖水量减少80%

荆南四口10月的多年平均流量5 266 m3/s。三峡运行14年来,四口10月入湖平均流量减少至937.8 m3/s,减少82.23%。南咀站和小河咀站10月多年平均流量5 350 m3/s,三峡运行后的10月平均流量2 422 m3/s,减少55%。城陵矶10月多年平均流量10 960 m3/s,三峡运行后(2006—2019年)的10月平均流量4 645.4 m3/s,减少57.4%。

荆南四口10月的多年平均入湖水量141.04亿m3。2006—2019年的10月平均入湖水量25.11亿m3,比多年平均入湖水量减少115.9亿m3(减少82%)。10月至次年3月多年平均入湖水量206亿m3,2006—2019年同期入湖水量43.84亿m3,减少160.8亿m3,减少80%。10月入湖水量为洞庭湖冬春灌溉和生态保护主要水资源,10月入湖水量减少82%等于四口入洞庭湖抗旱水资源减少82%。

三峡水库运行以来,荆江主流河床冲深,荆江中枯水位下降。据观测,当三峡水库下泄流量为8 000 m3/s时,荆江沙市站、监利站水位下降1.2~1.4 m。主流泄水能力增大,例如2013年10月7日宜昌站流量9 090 m3/s,枝城站流量9 590 m3/s,监利站流量9 040 m3/s,说明在10 000 m3/s以下,三峡水库下泄流量都从荆江主槽下流至螺山河段了。荆南四口入洞庭湖流量很少,例如2016年10月宜昌平均流量8 661.6 m3/s,四口河道仅新江口站入302.3 m3/s,弥陀寺站入17.7 m3/s,藕池口断流。

1.3.3 荆南四口入湖抗旱水源减少80%,使洞庭湖旱灾严重

1)洞庭湖抗旱水资源减少80%,鱼米之乡无水种水稻,无水养鱼。三峡水库运行前(1981—1998年),四口平均入湖径流量699亿m3,三峡水库运行后(2003—2011年)平均入湖径流量475亿m3,减少224亿m3,未深入调查研究,还以为减少的是汛期洪水。后来根据2006—2019年观测,汛期入湖洪水没有减少,减少的是抗旱水资源。荆南四口10月至次年3月多年平均径流量204.7亿m3,2006—2019年10月至次年3月四口入湖径流量43.84亿m3,四口入湖径流量减少160.8亿m3。三峡水库运行以来,安乡县、南县、华容县及沅江市大通湖垸等共400多万亩农田,每年10月至次年4月200多天没有抗旱水源。许多乡镇拟将水稻田改种旱作物。著名的大通湖渔场、华容东湖渔场因缺水而富营养化,水质劣及Ⅴ类,拟不养鱼或少养鱼。没有抗旱水源,怎能发展生态经济呢?没有水源的灌溉工程,怎能根治旱灾呢?

2)荆南四口河、渠断流,水环境恶化。2003—2008年,沙道观站平均断流198天,弥陀寺站平均断流147天,管家铺站平均断流184天,康家岗站平均断流254天。因四口断流,四口流域15条800多公里河道及垸内400多条6 000多公里渠道冬春干涸,虽然少数沟渠有点积水,但又脏又臭,垸民无水洗澡、洗衣。近年虽然华容县城抽长江水饮用,南县县城抽沱江水止渴,而广大乡镇200天得不到清洁水。水环境严重恶化,河道、渠道无流水,怎能有“江南水乡”呢?

3)洞庭湖河道中枯水位降低,冬春250多天无水淹滩,湿地生态严重衰退。洞庭湖为洪道型湖泊。随着长江泥沙沉积,从上游至下游形成特定高程的湖洲。经调查分析,发现这些湖洲高程与当地河流的多年平均水位有密切关系,也与10月的多年平均水位相近。如鹿角多年平均水位25.63 m,东洞庭湖湿地草洲高程24.5~26 m,芦苇地高程26.0~27.5 m;南洞庭湖杨柳潭多年平均水位29.03 m,南洞庭湖洲草地高程27.5~28.5 m,芦苇地高程28.5~30.0 m;南咀多年平均水位30.23 m,西洞庭目平湖洲草地高程30.5~31.5 m,芦苇地高程31.5~33.0 m。垸民俗语“十月水上洲,湖草青郁郁”。据1978年9月2日卫星图像解译,东、南、西洞庭湖水位接近当地多年平均水位,洞庭湖有水面积约1 000 km2,草洲392.5 km2,芦苇592.2 km2,湿地生态旺盛。三峡水库峻工前,洞庭湖冬季水面积约600~700 km2,三峡水库运行以来,四口冬春季入湖径流量减少80%,特别是10月平均流量比多年平均流量减少4 328 m3/s,减少82.3%。使洞庭湖4条主要河道(安乡——南咀——草尾河——磊石河道;南咀——万子湖——横岭湖——营田河道;沅江——甘溪港——沙头——毛角口——浩河河道;浩河——湘阴——营田——磊石——鹿角——岳阳——城陵矶河道)的中枯水位降低,南咀10月水位降低1.79 m,沅江10月水位降低2.14 m,营田10月水位降低2.6 m,城陵矶10月水位降低2.68 m。2009年10月20日城陵矶水位降为21.4 m,比10月多年平均水位降低5 m。中枯水位降低,使洞庭湖冬季水面由1 000 km2缩小为377 km2。1 000 km2的湿地草洲每年水淹时间从210天减少为100天左右。由于河道水位低于湿地洲滩,从卫星拍摄图像看,洞庭湖冬季呈干枯形象。湖泊野生鱼上洲滩食草日从250天减少为90天。洞庭湖湿地每年200多天无水,怎么能保护生态,怎能建成国家级湿地公园呢?

4)洞庭湖“黄金航道”可能断航。洞庭湖历史上每年春节前后(12月至次年2月)河道流量小,水位低,冬航困难,通过航道整治,略有改善。近年又因流量减少,多处航道水浅阻航。湘阴港历史最低水位(1987年2月17日)22.65 m,2017年12月7日水位20.77 m,比历史最低水位低1.88 m,多次出现搁浅、滞航、停航情况。三峡水库运行以来,安乡站10月多年平均流量减少61.5%,南咀站10月平均流量减少47.4%。今后可能安乡航道、新泉寺航道、甘溪港航道、南洞庭湖航道、畔山洲航道出现停航。航道缺水,怎能建成“黄金水道”呢?

2 洞庭湖水生态修复和经济发展必须找到抗旱水源

2.1 从长江恢复抗旱水源方案不可靠

1)“敞开三口,恢复大水脉”不可能恢复抗旱水源。2016年几位专家向湖南推荐“敞开三口,恢复大水脉”,期望从三口引江水解决洞庭湖抗旱水源。经近年实地调查研究发现此方案脱离实际。2017年11月13日,宜昌流量10 020 m3/s时,藕池口已断流。优化三峡水库调度,也难从三口恢复抗旱水源。2011年5月中下游大旱,宜昌流量仅5 200 m3/s,为抗御大旱,三峡水库实行优化调度,加大下泄流量2 000 m3/s,改善了长江干流航运和水质安全问题,但2011年5月三口入湖流量仅240 m3/s,为多年平均流量的10%,城陵矶(七里山)流量3 500 m3/s,仅为多年平均流量的25%。2011年洞庭湖夏季干旱非常严重。若今后每年的10月至次年4月三峡水库下泄只能达6 000~8 000 m3/s,敞开藕池口,疏浚藕池河道,也很难引江水入湖。因藕池口水位低于藕池流域地面高程。太平口(弥陀市)因南闸底板高程35 m,虎渡河太平口至南闸河槽淤高35 m以上,打开太平口,引水入湖也难,唯一可能的是从松滋河陈二口引水,设计流量约200 m3/s,也只能供给松滋流域小部分地方抗旱水源。

2)“城陵矶建坝壅灌洞庭湖”方案的可行性尚需进一步研究。中国水利水电科学研究院2019年10月提出“长江与洞庭湖关系变化及控制对策研究(即城陵矶建枢纽大坝研究报告)”。从此报告中“城陵矶枢纽运行调度控制水位过程表”看,枢纽对洞庭湖自然环境生态保护有四方面不利:一是河坝切断了长江和洞庭湖鱼类等生物洄游通道,江豚和四大家鱼的繁殖可能会产生严重问题,例如长江葛洲坝切断了中华鲟和四大家鱼通道,严重影响长江鱼类生态。目前长沙湘江枢纽大坝虽然建有鱼道,但没有恢复四大家鱼上游至衡阳近尾洲产卵;二是城陵矶枯水期控制水位抬高至24.5 m,失去湘阴、南咀至城陵矶(17 m)的枯水行水坡降,泥沙会淤积于东、南洞庭湖河槽和湖泊之中,形成新的排涝和航运不畅;三是不能解决洞庭湖800万亩农田自流灌溉;四是旱年的12月、1月、2月入洞庭湖流量很小,洞庭湖水体置换日期延长,很可能形成水污染;五是利用洞庭湖蓄水以补长江缺水,会与洞庭湖本身排涝、用水产生矛盾。此方案不符合中央保护长江母亲河精神,需进一步研究。

3)三峡水库汛末提前多蓄水可能需要较长时间实践和研究。中国工程院“三峡工程试验性蓄水阶段评估报告”指出:在防汛风险可控、泥沙淤积许可的前提下,实施中小洪水调度是必要的,也是可行的。近年试验性蓄水实践证明,从9月11日开始蓄水,并在9月底蓄水至160 m的方案是正确的。当前调度方案虽然认为可提前到9月11日开始蓄储水,但汛期至9月底水位不能超过156 m,实际仅储水超过50亿m3,没有解决10月储水与中下游抗旱争水的矛盾。若9月底允许蓄水位165 m,可缓解10月储水量过多而激化与中下游争水的矛盾。三峡水库运行以来,国务院指令做了实验性优化调度,效果也很好,但中国工程院评估报告认为:三峡水库提前蓄水必须克服后续洪水风险。深入研究认为想要解决后续洪水风险,需保留国务院1985年长江防御特大洪水方案,需要搞好公安分洪区和洪湖蓄洪区安全建设,可能还需在荆江分洪区从北闸至无量庵增设分洪道,三峡水库和分洪道并备并用,这方面的认识可能需要较长时间试验和研究,才能统一。洞庭湖恢复抗旱水源迫在眉睫,不能把洞庭湖生命需水放在这种前途未知的“希望”上。

4)松滋陈二口建进水闸可引流量很小,仅能解决洞庭湖生态修复所需用水。松滋西支新江口水文站2006—2019年14年的10月平均流量599.6 m3/s;11月平均流量318.4 m3/s。可引进流量约200 m3/s,但枯水年入湖流量约40~70 m3/s。可引进流量很小。洞庭湖在三峡运行以来,四口10月平均入湖流量减少4 330.7 m3/s,松滋口引进200 m3/s,也不能恢复洞庭湖160亿m3的抗旱水源。

2.2 优化湘资沅澧水库调度,抓好汛末储水,是恢复洞庭湖抗旱水源的最可靠方案

2.2.1 湘资沅澧干流大型水库有充足的储水库容

湘资沅澧四水干流有东江、柘溪、凤滩、五强溪、江垭、皂市等20座大型水库,有效库容246.75亿m3,目前每年汛末仅蓄水120多亿m3,只有应蓄水量的50%。若防洪抗旱兼顾,抓好汛末蓄水储水,力争8月底或9月底达到正常蓄水位,汛末储水量可达240.75亿m3,比现状增加蓄水120多亿m3。科学配置本省水资源,可为全省生产发展和生态保护提供水资源安全保障。

随着南水北调、长江干流航运和生态保护需水量的增加,三峡水库中枯水位条件下的水资源已很难满足长江中下游两岸平原抗旱需水。中央已提出重新研究水资源科学配置,提高湘资沅澧水资源的利用率,主要依靠本省水资源根治旱灾,是必由之路。希望将这方面的工程纳入“十四五”规划,保障洞庭湖及四水尾闾抗旱水源。

2.2.2 抓住湘资沅澧8月末水量也可增储水100多亿m3

洞庭湖出口七里山水文站8月多年平均流量17 400 m3/s,若下泄10 000 m3/s,四水流域大型水库可储198.2亿m3,若防洪抗旱实行统筹兼顾,防汛抗旱指挥实行全年调度,抓住8月来水可使大型水库蓄水达到正常设计水位。若8月来水较少,9月多年平均流量14 700 m3/s,还可储水121.8亿m3。如果出现1972年特旱年,8月最小流量5 700 m3/s,9月最小流量4 330 m3/s,为保证发电和航运下泄流量3 000 m3/s,还可储水106.8亿m3,可为洞庭湖区10月至次年2月增补水100亿m3,可为洞庭湖主干河道补充流量1 000 m3/s。只要把汛末和8月来水蓄储起来,就能满足洞庭湖和环洞庭湖丘陵区灌溉水源。湘江湘潭站8月平均流量1 530 m3/s,河道生态下泄800 m3/s,还有18.9亿m3,最枯年份(1960年)虽然当年6月以后流量小于800 m3/s,但5月平均流量达2 060 m3/s,只要抓住最后一次洪水的尾水,也能使水库多蓄一些水。抓住湘资沅澧汛末和8月来水量,洞庭湖平原及环湖丘陵区抗旱水源保障率达95%。

2.2.3 大型水库储水措施

1)湘江增储水措施。东江水库集雨面积为4 719 km2,多年平均产水量45.4亿m3,总库容91.48亿m3,为多年调节。蓄洪水补枯的主要措施是抓住每年汛末和8月来水使汛末蓄水位达285 m,增储抗旱水源15亿m3。

2013年7月初至8月中旬湘江流域45天大旱,湘江下游湘潭站7月16日至8月16日流量从807 m3/s降到156 m3/s。特别是8月15—18日连续4天流量仅156 m3/s。若东江水库7月16日至8月16日多下泄400~644 m3/s,可解除湘江水质变差的风险。当前东江水库汛末水位275 m左右,若提高5~6 m,库存多年调节水量11~15亿m3,对保湘江干流生态环境、发电和库内生产、旅游都有利:一是补充湘江干流旱年枯季300~500 m3/s,确保湘江中下游最小流量大于800 m3/s,保障水质和生态安全;二是提高发电水位,增加发电量约10%;三是消除库区内岸边荒漠带,美化景观,库内水面从140 km2扩大到154 km2,有利于库区生产。

2)资水增储水措施。柘溪水库抓好汛末和8月来水可为资水干流下游枯季补水。柘溪水库集雨面积22 640 km2,多年平均径流量185亿m3,水库总库容35.7亿m3,正常水位165 m,兴利库容22.58亿m3,要求汛末水位达165~167.5 m,增储抗大旱水源11亿m3。若兴建金塘冲水库,还可增加抗旱水源2亿m3。

3)沅水增储水措施。五强溪水库集雨面积8.38万km2,多年平均径流量643亿m3,总库容42亿m3,正常水位108m,兴利库容20.2亿m3,汛末水位达108 m,增储水12亿m3。凤滩水库集雨面积1.75万km2,多年平均径流量157亿m3,总库容17.64亿m3,正常水位205m,兴利库容10.6亿m3,汛末水位达205 m,增储抗旱水源4亿m3。抓住汛末和8月来水,可多储水20多亿m3。

4)澧水增储水措施。澧水流域增储水措施是优化江垭、皂市水库调度。不用江垭、皂市两水库替代干流桑植河蓄洪(因已不需要)。江垭、皂市两水库多年平均产水量74亿m3,总库容32.96亿m3,若抓住汛末和8月来水,使两库汛末蓄水达正常水位,增储抗大旱水源15亿m3。

2.3 江垭水库、皂市水库优化调度,可解除藕池河流域和东洞庭湖冬春干旱

特旱年北洞庭区水源非常缺乏,如2009年10—11月有37天三峡水库下泄流量小于8 000 m3/s,新江口33天入湖流量在130 m3/s以下,沙道观、藕池基本断流,弥陀寺20天断流,恰逢澧水流域8—10月少雨,石门站10—11月,流量50 m3/s以下。故此安乡站2009年10月的流量在532 m3/s以下,小于安乡站10月历史最小流量(1 150 m3/s)。11月流量在200 m3/s以下,小于安乡11月历史最小流量(385 m3/s)。南咀10月流量在1 090 m3/s以下,小于10月历史最小流量(1 370 m3/s)。11月流量在492 m3/s以下,小于11月历史最小流量(598 m3/s)。解决这种特旱年水源问题的办法:优化江垭、皂市水库调度,增加储水15亿m3,就可保证藕池河流域抗大旱的水源。例如2009年7—8月降雨很少,但6月20—22日降雨271 mm,产水量12亿m3。用预报调度方案,适当提高江垭、皂市水库汛控水位,藕池河就可获得12亿m3抗旱水源。

澧水江垭、皂市水库已具备优化调度条件。澧水集雨面积18 583 km2,多年平均降雨量1 425.4 mm,多年平均径流量131.2亿m3。澧水流域山高陡峻,是著名的暴雨区。1935年7月3—5日降特大暴雨,干流三江口洪峰流量达30 300 m3/s,洪水席卷慈利、石门、澧县、津市,淹死30 000多人,为湖南省有记录以来洪水吞淹人口最多的洪灾。为了治理澧水1935年型洪灾,澧水流域水利规划时,把治理目标集中在将三江口1935年30 300 m3/s洪峰流量削减为12 000 m3/s,要求澧水修建宜冲桥、江垭、皂市等大型水库分别蓄洪水2.5亿m3/s,7.4亿m3/s,7.8亿m3/s,分别将干流(张家界)洪峰流量从11 900 m3/s削减为7 200 m3/s;支流溇水(江垭)洪峰流量从10 000 m3/s削减为1 700 m3/s;支流渫水(皂市)洪峰流量从11 200 m3/s削减为1 300 m3/s,至总干流(三江口)洪峰流量从30 300 m3/s削减为12 000 m3/s。1998年建成江垭水库,兴利库容11.64亿m3。2009年建成皂市水库,兴利库容9.3亿m3,共计兴利库容20.94亿m3,有充足储水库容。因规划时偏于蓄洪削峰的要求,江垭、皂市两水库汛期限制水位太低,实际储水量仅为储水库容的40%。

按此方案,江垭水库1998年建成后至今20多年没有蓄到正常水位(236 m),每年实际蓄水量为6.3~7.2亿m3,1.4万亩水面积,每年300多天荒着。皂市水库2009年建成,因4月1日—7月31日汛限水位126 m,至今也没有达到正常蓄水位。发电量少,库区4.5万亩耕地荒废着不能种也不能养。为改进江垭水库的调度,原设计单位(湖南省水利水电勘测设计研究总院)于2008年11月提出“江垭水库调度复核报告”。复核报告认为“江垭水库自1998年蓄水以来,除为大坝安全鉴定的需要,使蓄水位达到正常蓄水位(236 m),其余均未达到正常蓄水位,汛期受汛限水位限制,每年大量弃水,而需要灌溉时又缺水,迫使江垭水库为灌溉供水而让电站破坏性运行”、“为发挥水库蓄水兴利效益,满足日益增长的发电和供水需求”,推荐江垭水库汛期分期提高控制水位:6月21日—7月31日,库水位233.5~236 m。湖南省水文水资源勘测中心也进行了分析,认为澧水流域测量和预报准确度已提高,江垭、皂市水库自动测报系统已建立,可提高汛期控制水位。优化后调度方案,江垭、皂市水库增加储水13.2亿m3。多发电3亿kW·h。还可更好利用库区6万亩水面,很好发挥两库防洪、发电、抗旱综合效益。优化澧水流域防洪方案和江垭、皂市水库调度,是全流域各县市和防洪、抗旱、发电及水库管理单位的共同愿望。澧县和津市大堤已加高加固,已具备抗御45 m水位的能力。三江口洪峰流量可定为16 000 m3/s。九垸蓄洪区隔堤已建成,完善了安全措施,遇1935年特大洪水也可防御。调整澧水防洪规划和优化江垭、皂市水库调度,势在必行。

2.4 水府庙水库优化调度可解决娄底市区干旱和优化水环境

2.4.1 基本情况

水府庙水库控制面积3 160 km2,多年平均降雨量1 368 mm,坝址多年平均径流量22.5亿m3。坝顶高程97.4 m,死水位85.5 m,相应库容1.1亿m3;正常蓄水位94 m,相应库容3.7亿m3(其中兴利库容2.6亿m3),设计防洪水位95.88 m;校核洪水位97.6 m。防洪限制水位4月1日至6月30日为93 m,7月1日至9月30日为94 m。移民水位95.72 m,相应库容4.46亿m3。设计灌田100万亩,引用流量44.5 m3/s,发电流量142.8 m3/s。水库竣工运行期1962—2005年运行情况如下:

1)平均降雨量1 352 mm,年平均入库水量22.865亿m3,弃水量37.3亿m3。

2)最大年降雨量1 762 mm,最大入库流量3 914 m3/s,最大入库水量37.6亿m3;最大出库流量2 417 m3/s,弃水量13.199亿m3。最高水位94.26 m。

2.4.2 水库运行效益及问题

2.4.2.1 效益

1)每年韶山灌区灌田100万亩。

2)年发电量(0.5~1.0)亿kW·h。

3)为湘潭市城区提供水源。

2.4.2.2 存在问题

实际运行水位低,影响调节和库区环境:

1)多年平均降雨量以下的情况下,水库冬春水位多日在88~89 m,与设计正常水位94 m差5~6 m。库区54 km2蓄水面仅淹26 km2左右,约50%的库区6个月左右敞荒,没有发挥生产和生态环境作用。

2)实际蓄水位低,减少储水量,削弱“蓄丰补枯”调节能力,降低抗旱效应。

3)实际蓄水位低,影响150~200km环库岸边建设。

4)实际蓄水位低影响航运。

5)蓄水位低,降低发电水头。

2.4.3 提高水府庙水库正常水位设想

维持库区日常水位93~94 m,扩大水面,稳定水环境,将其建成为湘中“西湖”,利于娄底市环库建成风景生态带。争取1 000 t级船舶直通涟钢厂。

2.4.4 扩大效益措施

1)汛期将水库水位控制在93~94 m,设计防洪水位、校核洪水位不变,汛末争取达到94 m(力争95 m),冬春水位保持在94 m发电。维持水位稳定,改善库区水环境,增加抗旱水量。

2)精准调度,洪峰水位和下泄洪峰流量不超过设计标准。根据预报提前降低库水位,当降雨量达30 mm时,预泄降水位,腾出防洪库容,待削峰。泄流量达到入库流量时,水库水位最高达设计洪水位95.88 m。

3)兴建通海航道建设,使海外铁矿石直通涟钢厂,扩大湘中通江达海条件。

3 上移进水口,连通现有渠道,建设1 000 万亩自流灌区

3.1 为什么要上移进水口

1)为了恢复自流灌溉。洞庭湖中枯水位下降,灌区原进水闸引不到水,必须上移取水口。环洞庭湖包括岳阳、益阳、常德、长沙、湘潭、株洲等市,50 m高程以下平原面积1.52万km2,其中堤垸内面积约1万km2,耕地约1 000万亩。新中国成立以来经过园田化建设,开挖渠道10 000多条,干支渠道长20 000多公里。撇洪河100多条,长度1 000多公里。建有排灌泵站约4 000处,装机超1万kW,建成以各堤垸和防洪大圈为框架的灌排体系。著名的有大通湖灌排渠系、华容护城至东湖渠系、南县育乐垸南茅运河、安乡县的安造、安保渠系、澧县的澧阳平原灌区和澧松渠系、常德市的冲天、柳叶湖灌排系统、汉寿县沅南垸排灌系统、益阳市烂泥湖灌排系统等,洞庭湖各垸内灌排工程建成,保障了洞庭湖商品粮基地旱涝保收和城乡供水。三峡水库运行以来(2006—2019年),三口入湖水量减少,洞庭湖河道水位显著下降。安乡水位下降1.5 m,沅江水位下降2 m,营田水位下降2.5 m,城陵矶(七里山)水位下降3 m(最大一次下降5 m)。各垸原有的进水闸都引不到抗旱水。2006—2019年14年,洞庭湖中部南咀、小河咀有12年的10月水位低于多年平均水位。恢复自流灌溉,几乎所有渠道现有进水口必须移向上游。

2)为了特大干旱年各灌区也能从河道生态流量中取得灌溉和饮水抗旱水源。新中国成立以来洞庭湖出现过两次大旱。1972年8月洞庭湖大旱,资水在益阳三里桥拦坝,挖开三里桥大堤引水入烂泥湖垸灌田;澧水在蒿子港筑坝拦澧水,并挖开蒿子港大堤引澧水枯流灌民主阳城垸农田。1985年5月藕池断流,河底干枯,华容在鲇鱼须河挖河掏坑、取土壤水入操军垸和护城垸抗旱。出现这种大旱,难以采用增加水库下泄流量抬高河道水位来保证水源,只能从河道枯水流量中引水抗旱。洞庭湖区各灌区只有向上游建进水闸,才能引进农用灌溉和生活用水水源。

3.2 需改建进水口和改善渠系的灌区工程

1)安乡西水东调工程。从松滋东支(大湖口河)五七闸引松滋口水,通过安造垸,跨过虎渡河进安昌垸,再跨过藕池西支进安化垸(此灌渠口已建,可能需扩大),灌田约60万亩。

2)华容西水东调工程。此工程渠首可能与安乡西水东调工程同道,下段渠道接藕池西支进藕池中支陈家岭河、经陈家岭河进南顶垸,再跨藕池东支梅田湖河进集成安合垸,再跨过鲇鱼须河进华容护城垸,还可引水进华容河及罗账湖、东湖。华容西水东调工程也可从渠首至入鲇鱼须河采用管道工程。灌溉范围包括华容和君山区钱粮湖,灌溉面积约100万亩。

3)藕池河流域灌区工程(或称澧水东调工程)。该灌区需从澧水津市观音港经七里湖、五里河引水至安乡。渠首在松虎洪道马泗脑,引澧水进南县南汉垸、跨藕池中支进育乐垸,入南茅运河和通过沱江进大通湖垸,以及东洞庭湖湿地公园,漉湖,灌溉面积约3 000 km2,其中耕地200多万亩。

4)澧松垸灌溉工程。该灌区内已有澧阳平原中兴渠、有澹水,涔水以及涔北撇洪河,只需建进水闸和连通工程。上段进水口可能设张公庙附近,而进涔水的进水闸可能设澧水河艳州河坝以上,灌溉面积约700 km2,其中农田55万亩。

5)澧南灌区工程。此灌区分两段,上灌区包括澧南垸及道河流域,下段石龟山至鼎城区的民主阳城垸及西洞庭农场,灌溉面积200多km2,其中耕地25万亩,下段引水闸可能设石龟山,引水进马家吉航道,再入白芷湖、牛屎湖。

6)沅北灌区工程。此灌区包括沅水北岸护城垸、八官崇孝垸、西湖垸及大圈内的贴边湖、柳叶湖、马家吉河道、冲天柳叶湖撇洪河及小港、内河,总面积约900多km2,其中耕地70万亩。该渠首进水口设河伏以上,从河伏山打隧洞引水进渐水撇洪河,再进贴边湖、柳叶湖,再进冲柳撇洪河,苏家吉河道,马家吉河道及小港西港内河。

7)沅南灌区工程。此灌区包括鼎城区三合垸、汉寿沅南垸,灌区内已有沅南撇洪河,中心渠道。该渠道应设新咀以上,引水进沅南撇洪河,可解决自流灌溉,灌区面约600多km2,其中耕地约50万亩。

8)沅江琼湖——万子湖灌溉工程。此灌溉工程也可称南洞庭湖河湖连通工程,包括沅江城丘陵区琼湖六大内湖和南洞庭湖区万子湖,总面积约1 000 km2,其中耕地26.3万亩。引水渠首设小河咀以上,进口水位达30 m以上,以保证万子湖湿地生态。

9)资水南岸灌区工程。此灌区包括资水南岸桃江县、赫山区丘陵区及烂泥湖垸、湘宾垸,总面积756 km2,其中耕地55.6万亩。此灌区内已建烂泥南撇洪河、烂泥湖垸内有烂泥湖原内河,只需引水入撇洪河、可灌溉各已建山塘、渠、港。取水口设在资水南岸,花果山河段以上。

3.3 新建环洞庭湖浅丘陵区灌区工程

环洞庭湖岸边及湘资沅澧四水尾闾有2万多平方公里浅丘陵地带,高程50~150 m,是建设洞庭湖黄金经济圈的优势地带,靠湖有水,地势高于洞庭湖洪峰水位,不会被洪水淹、有水运航港、有高速公路、有高铁通过,是城乡结合,水陆结合部位,是工农业发展的优良基地。2035年发展规划有必要考虑这些地带的灌溉和供水问题。这些地方主要有澧水与沅水之间的临澧及鼎城桃源丘陵地带约3 000 km2;沅水与资水之间的鼎城、汉寿、资阳丘陵地带约2 000 km2;资水与湘水之间的桃江、赫山区、宁乡丘陵地带,面积约5 000 km2,湘江左岸的湘潭、涓水、涟水至长沙县丘陵地带,面积约5 000 km2;还有洞庭湖东岸的浏阳河、平江河、新墙河下游丘陵地带,面积约5 000 km2,共计约25 000 km2。这些丘陵地目前农业灌溉缺水,发展工农产业更需解决供水和灌溉水源。在“十四五”规划和2035年发展规划中必须优先规划水源。可设想从澧水三江口以上引水入临澧道河流域及太阳山区,从资水金塘冲水库引水进桃江县赫山区和宁乡丘陵区,先灌梓山冲水库和鱼形山水库,迎丰桥水库,再灌烂泥湖撇洪河,还可设想从大源渡坝上左岸引水灌湘潭涟水流域,从株洲河埧右岸引水沿京广铁路高程线经长沙、浏阳河尾闾,再前进灌汩罗江尾闾、新墙河尾闾,还可进岳阳城。

4 修复洞庭湖湿地生态

4.1 洞庭湖湿地的重要性

洞庭湖是长江最大的泄洪蓄洪湖泊,又是长江最大的湖泊湿地。古代洞庭湖为河网平原,唐代号称八百里洞庭,也是以湿草地面积为主。历史上由于泥沙淤积,洞庭湖沧海桑田,几经变化,但湿地草原面貌一直是洞庭湖的胜状。至1949年,洞庭湖区湖泊面积4 350 km2,其中湿草地有2 000 km2。1954年特大洪水后,洞庭湖大整治,洞庭湖天然河湖合并为东洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖和四水四口共八大洪道,天然湖泊面积3 910 km2,其中湿地草洲也有2 000 km2。

洞庭湖洲滩的高程与洞庭湖各河道湖泊的径流特征和输沙能力密切相关,特别与各地的多年平均水位相近。如城陵矶站多平均水位24.52 m,鹿角多年平均水位25.63 m,营田站多年平均水位26.73 m,东洞庭湖湿地草洲高程为24.5~25.5 m,芦苇地高程26~27 m。南洞庭湖杨柳潭多年平均水位29.03 m,沅江站多年平均水位30.3 m,南洞庭湖草洲高程26.5~28.5 m,芦苇地高程28.5~30.5 m。西洞庭湖周文庙站多年平均水位30.56 m,肖家湾站多年平均水位30.5 m,西洞庭湖湿地草洲高程为30.0~31.0 m,芦苇地高程31~33 m,这与水流坡降,即水流动力,输沙能力有关。沿着河流的主流走向,两岸形成洲滩,洲滩又将湿地与主河槽分开,形成特定的湖中心生态水位线,各湿地有特定生态水面积和生态水量。全世界自然湿地约有514万km2,加拿大占第一位,有127万km2,美国占第二位,有湿地111万km2,俄罗斯居第三位,中国居第四位,有湿地面积38.5万km2。长江流域总共有河漫滩7 866.5 km2,江心有洲滩面积1 171.5 km2。还有通江湖泊——洞庭湖4 091 km2,鄱阳湖3 910 km2,长江和通江湖泊中有洲滩地17 039 km2,其中白泥湖约10 000 km2,芦草湿地约7 000 km2。洞庭湖有湿地草洲约2 000 km2,鄱阳湖有湿地草洲约600 km2。20世纪70年代,洞庭湖湿地生态十分旺盛。据1976年4月30日卫星图象显示,当时东洞庭湖水位23.88 m,鹿角水位25.4 m,南洞庭杨柳潭水位29.03 m,小河嘴水位30.3 m,西洞庭石龟山水位33.4 m。东、南、西洞庭湖水面1 259 km2,容水量21.66亿m3,有草洲面积1 600 km2,芦苇面积600 km2。洞庭湖地理水文环境的特殊性,形成以河流水文带,季节性淹带,滞水低地带等3种景观结构为主的我国最大湖泊湿地景观。据调查共有植物265种,其中草本植物占97.4%,木本植物7种,年产芦苇56万t,全区野生植物蕴藏量约为176.82万t,年产干草料100~150万t。洞庭湖湿地药用植物非常丰富,共有药用植物144种,46科。洞庭湖有鱼类117种,20世纪70年代,野生鱼捕捞量约1亿kg,其中国家收购量达0.675亿kg。洞庭湖还是长江特种水生物——白鳍豚、江豚的主要生栖地。誉为“水中大熊猫”之称的白鳍豚1982年有400头,现已绝种。在20世纪70年代洞庭湖有江豚2 000多条,涨水时可见到成群江豚活动。1978年冬,在洞庭湖横岭湖渠道中有100多条江豚越冬,至今洞庭湖依然是江豚的主要生栖地。据调查,目前洞庭湖中有江豚100~150头。洞庭湖湿地生态的兴旺是保护长江生态,美化中华自然环境的重要自然条件,是长江黄金经济带的精华。

4.2 洞庭湖湿地生态严重衰退

4.2.1 洞庭湖湿地生态严重衰退

20世纪70年代至今,洞庭湖冬春湖泊水面积减少50%,东、南、西洞庭湖中的水面积不足400 km2,藕池河流域的河槽干枯,洞庭湖芦苇地被欧美杨侵占,草洲面积也减少很多,所以近年洞庭湖湿地呈现干枯状态。湿地植物减少,鱼类减少,鸟类减少。野生鱼产量由1亿kg减少到约1 500万kg,过去洞庭湖中的大鱼重约25 kg,现在湖中1.5 kg以上的鱼很少。野鸭、候鸟减少50%,江豚的生栖地缩小,洞庭湖湿地生态遭严重破坏。

4.2.2 洞庭湖湿地生态衰退的原因

洞庭湖湿地衰退的主要原因是生态水面减少,生态水位降低,生态水量减少等,以及河道冬季水位降低,流量减少,河水不上洲。

4.2.2.1 生态水面积减少

1)泥沙淤积,使湿地水面积减少。洞庭湖1954年大整治,三口洪水和泥沙主要流向从三口洪道转入南洞庭湖和东洞庭湖。1972—1995年淤积泥沙18.8亿m3,使洞庭湖冬季水面积减少约750 km2。注滋口河出口淤积泥沙量约3.5亿t,淤高面积50 km2。三口洪道及目平湖淤积泥沙约5亿t,主要淤积分布于藕池流域和目平湖,淤积面积100 km2。南洞庭湖西部淤积量10亿t,淤积范围从黄土包河左岸至南洞庭湖管竹山、铁汊湖、畎口至青山及荷叶湖,淤积面积360 km2(其中万子湖150 km2、横岭湖80 km2,荷叶湖120 km2)。东洞庭湖区淤积量约10亿t,分布于鹿湖东部、东洞庭湖(湘江北岸)东部武尚洲至君山对面,淤积面积300 km2。

2)南洞庭湖洪道疏浚降低湿地水位,减少湿地水面积。1998年大洪水后,实施对南洞庭洪道疏浚,疏浚黄土包河,挖深扩宽万子湖管司潭出口,将万子湖冬季生态水位从29.95 m降至26 m,万子湖冬季水面减少150 km2。挖深横岭湖出口,将冬季水位从26 m降为24.5 m,减少水面积100 km2。南洞庭湖冬夏季水面积共减少250 km2。

3)漉湖分包经营,减少水面积。漉湖分包经营冬季敞开鹿湖出口,使漉湖低水彻底放出,漉湖冬季水面减少50 km2。

由于以上原因,洞庭湖冬季生态水面积由20世纪50年代1 500 km2,至70年代减为1 200 km2,至90年代减为约700 km2,至2010年减少为450 km2。

4.2.2.2 生态水位降低

生态水位是指湿地中内湖的冬季水位。洞庭湖各河段湿地中的水港、水凼、小内湖的冬季保持特定水位,也与相邻主干外河的10月水位关系密切,如七里山10月多年平均水位降低至24.5 m(东洞庭湖湿地生态水位线25~25.5 m)。由于三峡水库10月储水,七里山10月水位降低2.5~3 m,东洞庭湖湿地生态水位降低至24 m以下,以致东洞庭湖湿地中心湖24.5~25.5 m的潜水带和浅水洲失去水源,减少了小鱼小虾的数量,也就减少了候鸟食物来源。横岭湖南边历来是江豚食鱼虾的主要生栖区,横岭湖生态水位线降低,生态水面减少,江豚难以为继。

4.2.2.3 生态水量减少,湿地缺失灌溉水源

生态水量是指湿地内湖冬季所保留的水量。在20世纪70年代,湖草中水凼,水港、湖汊星罗棋布,冬雪之天,凼港之中野鸭成群。三峡运行15年来,其中12年10月河水低于湿地洲滩高程,这种情况下,10月无水漫滩,冬季滋生潜水草和鱼虾的水量减少。

4.2.2.4 外河生态流量变小,湿地难以取得水源

生态流量是指维护湿地生态的河道必须稳定的流量,在洞庭湖区是指四水四口洪道及草尾河、南洞庭湖、湘江尾闾至城陵矶主干河道10月多年平均流量。如七里山的10月多年平均流量10 000 m3/s,小于这个流量,水就不上东洞庭洲滩。如南嘴小河嘴的10月多年平均流量4 790 m3/s,小于这个流量,则万子湖水浅,呈枯水状态,若达到这个流量,江豚就上游到万子湖和白沙渡口。若南嘴小河嘴10月的流量小于10月最小月平均流量2 239 m3/s,则万子湖水面很小。三峡运行以来,南嘴和小河嘴10月流量比历史最小流量还小,近年万子湖多年冬季干枯,机动小船都难入湖,修复洞庭湖生态,不仅要解决灌溉农田,还应当恢复洞庭湖河道生态流量。

4.3 洞庭湖湿地生态修复措施

1)恢复洞庭湖失去的冬季160亿m3抗旱水源。三峡水库10月储水221.5亿m3,荆江三口的10月入湖流量减少4 400 m3/s,必须充分蓄储湘资沅澧四水的水资源,使各河道10月河道流量达到10月多年平均流量。

2)引水灌溉湿地。因干旱年很难有充足的抗旱水资源,各垸和湿地很难从临近河段引进抗旱水。如2011年,尽管三峡加大下泄流量,城陵矶4月和5月最高水位分别为22.55 m、23.88 m,最低水位分别为21.69 m、21.49 m,月平均流量在3 500 m3/s以下。原有进水闸和进水口不能引到水,必须将进水口移向上游。东洞庭湖必须与藕池河流域灌溉结合,从松澧河道马泗脑引水,南洞庭湖必须从沅水小河嘴以上引水。

3)恢复各湿地原有储水地势地形条件,分块储水养生态。万子湖原横岭湖至管司潭南堤高程约30 m,可维持万子湖生态水位29 m,青山至芦林潭原有横岭北堤,可维持横岭湖生态水位26 m,漉湖有矮围旧堤,高程28.5~30.0 m,出口有六闸门,可维持漉湖生态水位27 m,这些原有条件在近年被人为挖开,应及时恢复。可采取芦柴捆等材料,或用活动节闸适时拦水抬高水位至生态水位,到实际有效再逐步完善挡水储水工程。恢复东、南、西洞庭湖湿地生态水位不需在洞庭湖出口、草尾河出口、南嘴、小河嘴建坝,只需控制万子湖、横岭湖、漉湖、东洞庭湖湿地公园出口。

4.4 洞庭湖湿地公园建设必先搞好顶层设计

洞庭湖的地理和水环境独特性,形成了以河湖水道、季节性淹水带、滞水低洼带三种景观结构为主的我国最大河网湖泊湿地景观。洞庭湖气候温和、空气清新、土地肥沃、水草丰富,为发育多样性的湿地生物提供了十分优良的自然条件,适宜水生动植物生长、定居、繁殖。多种水草为鱼类提供充足食物,水草鱼虾又为鸟类提供充足的食物,引来侯鸟翔集。洞庭湖有充足条件建成中国乃至世界最大最美的湿地公园,但当前必须落实湿地保护和修复措施,必须做好洞庭湖湿地公园的顶层设计:

1)以天然湖泊、洪道为核心,分级建立子湿地公园,国家、省、市、县共建共管洞庭湖湿地公园。洞庭湖是洪道湖泊,上下游水位差很大,如中游南咀至洞庭湖出口城陵矶(七里山)冬季水位差达10.51 m(1961年1月29日南咀水位27.8 m,城陵矶水位17.29 m)。如此大的落差,自然基本条件使从上游至下游各河段湖泊形成各具特色的湿地,如目平湖、东南湖、万子湖、横岭湖、漉湖、东洞庭湖冬季水位都不相同。洪道型湖泊特征使洞庭湖区自然形成数十个独具特色的子湖泊。建议依据自然条件在东、南、西洞庭湖分别建设东洞庭湖湿地公园(已有)、漉湖湿地公园、万子湖湿地公园、横岭湖荷叶湖江豚保护湿地公园、西洞庭湖湿地公园(已有)。在四水、四口洪道分别建立湘江湿地公园、资水湿地公园、沅水湿地公园、澧水湿地公园、六家渡河湿地公园、藕池河中支湿地公园、藕池东支鲇鱼须河湿地公园等,充分发挥当地政府力量,省、地、县共同建设洞庭湖国家湿地公园。

2)在各子湿地公园内严格划定核心区(无人区)和保护带。洞庭湖的天然湖泊、洪道历来是国有土地。土地改革时,垸区农民各家都在垸内分有田地,在河湖中没有经营所有权,但因长期允许自由进入天然河湖从事捕鱼等活动,70%的天然河湖乱捕乱杀现象严重,必须要因地制宜确定各湿地公园的范围,且在其内划定核心自然生态区和周边保护带,如东洞庭湖湿地公园面积700 km2,其中湖心水面积约200 km2,湖心湿草地200 km2,芦苇面积300 km2。湖心水面积和草地为生态核心区,禁止进入。芦苇和堤边为保护带允许采芦蒿和观湖,但不能侵犯鱼、鸟、麋鹿。东洞庭湖湿地近年生态保护和湿地生产相得益彰。学习东洞庭湖湿地公园成功经验,各地湿地区都应确定湿地公园保护范围,且在公园内确定核心生态保护区和周围保护生态带,划定湖心水域面积、湿草地面积、芦苇区和堤岸边观湖带。各部门必须相互配合,使每个湿地公园的自然生态得到可靠保护,又能使水土资源得以充分利用,使生态兴旺,水生经济得到充分发展。

3)为洞庭湖湿地保护和水生经济发展提供水资源。三峡水库运行以来,2006—2012年的10—11月入湖水量减少160多亿m3,使洞庭湖的冬季河道水位达不到湿地生态水位。2010年10月至2011年4月,城陵矶月平均流量在3 000 m3/s以下,按城陵矶最小环境流量4 000 m3/s计算,每年共需补充水量165亿m3。

4)迅速研究洞庭湖湿地冬季抗旱措施。洞庭湖湿地主要分布在东洞庭湖、南洞庭湖和目平湖。10月东洞庭湖湿地公园生态水位为25 m,万子湖湿地生态水位为28.5~29 m,横岭湖湿地生态水位为26.5~27 m,而同期这些湿地邻近河道的10月水位比湿地生态水位低1~2 m,必须从上游建取水口,引水入湿地。当前急需从坡头引沅水入目平湖,从马泗脑引淞虎河水入大通湖,从小河咀引沅水入万子湖、横岭湖,从黄茅洲引草尾河水入漉湖和东洞庭湖湿地公园。不解决湿地冬季抗旱水源问题,生态难以保护。

4.5 南洞庭湖生态水利工程推荐报告

4.5.1 南洞庭湖范围

南洞庭湖区西邻赤山岛,东至湘江尾闾,南接资沅水尾闾,北至东洞庭湖,包括沅江市的东南湖、万子湖、黄土包河、下塞湖、漉湖、琼湖丘陵,还有湘阴横岭湖。南洞庭湖位于洞庭湖中部,接纳资、沅、澧和松滋口、太平口、藕池口六条水系,是洞庭湖行洪排涝和航运的中心。总面积3000多km2,其中天然湖泊河道面积2 000 km2,堤垸面积约600 km2,湖岛和湖边丘陵面积约400 km2。

4.5.2 南洞庭湖自然面貌

南洞庭湖区自然面貌以天然湖泊为主,河、湖、山、水、洲、田、林、草景观齐备,具有湖泊各种自然风貌和生物多样性。

4.5.3 南洞庭湖自然资源

入南洞庭湖的进水口有南咀、小河咀及资水等。多年平均入南洞庭湖流量5 528 m3/s,占洞庭湖多年平均流量的52.2%。1954年最大入湖洪峰流量42 700 m3/s,占洞庭湖最大组合入湖流量的66.7%。南洞庭湖年径流量1 745亿m3,占洞庭湖年径流量的62%,占长江中游螺山站年径流量的25%,水资源十分丰富。南洞庭湖区85%的土地为淤积平原,面积约2 500 km2,平均厚约10 m,淤泥量约250亿m3。土质多为沙壤土,含有丰富的有机物,肥力很高,不用人工施肥,芦苇、湖草、树木生长旺盛。南洞庭湖区水生植物面积约1 000 km2,其中堤外防浪林129.1 km2,有防浪林400多万株。芦苇地面积200多km2,年产芦苇20多万t。青草洲面积约200 km2,年产青草15万t。沉浮植物洲面积350 km2多。

4.5.4 南洞庭湖湿地生态衰退

4.5.4.1 南洞庭湖形成

南洞庭湖地区在1952年以前为堤垸,有垸田100多万亩,是洞庭湖区的主要生产地。地表下4~5 m有古代的桥墩和涵管,南宋时为洞庭湖最兴旺的鱼米之乡,有子母城、莲花坳等乡镇集市。1852年藕池溃口和1870年松滋溃口后,平均每年进入洞庭湖洪水量1 100亿m3,汛期水位抬高1~2 m,使南洞庭湖堤垸遭洪水侵淹。1952年南洞庭湖突发八级风暴,水浪3 m多高,洪浪翻过堤顶,击溃大堤,洪水汹涌奔泻垸内,淹死数千垸民。为了垸民不再遭洪灾,1952年冬经中央批准,湖南省举全省之力,由省委书记挂帅,兴师百万,整修南洞庭,退田环湖(1 000 km2),形成南洞庭湖。

4.5.4.2 南洞庭湖生态环境损伤和衰退

1)泥沙淤积,生态水面减少。1952—2006年(三峡水库蓄水前)54年间,南洞庭湖沉於泥沙20多亿m3。南洞庭湖北部从东南湖至荷叶湖(700 km2)平均於高了3 m,万子湖、横岭湖北部芦洲直逼万子湖中心地带。南洞庭湖冬季生态水面减少300多km2,冬季生态水面缩小60%。

2)三峡水库10月储水,使南洞庭湖冬季生态水资源减少。2006年以前,南洞庭湖南咀站的10月多年平均水位29.63,10月多年平均流量2 600 m3/s,三峡水库实施10月蓄水后,2006—2019年,80%年份10月水位为28.5m左右,流量为500~1 000 m3/s,水位降低1.1 m,流量减少60%~80%,使万子湖、横岭湖冬季严重缺水。

3)万子湖和横岭湖出口洪道疏浚降低了万子湖冬季水位。1998年特大洪水后,实施洞庭湖洪道疏浚工程,用挖泥船挖开了万子湖出口洲滩,使万子湖出口冬季水位降低了1.5~2 m。疏浚前万子湖出口冬季水位29.03 m,疏浚后为25~25.5 m,使南洞庭湖冬季断航,也减少了鱼类的生栖水体。

4)丝网、拖网、採鱼、电鱼、炸鱼等野蛮捕杀。种鱼和鱼苗遭灭绝性捕杀,鱼产量减少,种鱼趋向绝境。

5)外来树种(欧美杨)侵占芦苇和草地。2000年以来,岳阳纸厂在洞庭湖发展种植欧美杨,南洞庭湖80%的芦苇洲都种植了欧美杨。树行密织,树枝如网,根布如盖。树下不长芦苇,树上不落飞鸟,严重破坏湿地原生环境生态。

4.5.5 南洞庭湖湿地生态急需修复措施

4.5.5.1 2018—2019年生态保护措施初见成效

落实中央保护长江和洞庭湖生态政策以来,2018—2019年,湖南省委省政府采取了紧急措施,修复南洞庭湖生态环境取得初步成果:

1)彻底拆除纸厂、化工厂,水质变清,基本恢复Ⅲ类。

2)清除外来树种面积100多平方公里。

3)坚决贯彻10年禁渔政策,迁出湖中捕捞人员,清除丝网、拖网、採溜、电炸工具和打击野蛮捕猎行为。

4)拆除下塞湖围堤,恢复自然生态。

4.5.5.2 南洞庭湖湿地生态修复的根本措施

1)合理调配沅、资两河水资源,储水抗旱。因南洞庭湖湿地生态流量、生态水位、生态水面、生态水量等基本要素已改变,依靠三峡水库目前的10月下泄流量已很难恢复三口入湖水量。恢复抗旱水源可靠措施是优化沅水五强溪水库、凤滩水库调度,储水抗旱。沅水五强溪水库总库容42亿m3,正常水位108 m以下防洪库容13.6亿m3/s,风滩水库总库容17.33亿m3,正常水位205 m以下有效库容13.9亿m3,其中防洪库容2.8亿m3,共计有抗旱库容16.7亿m3。近年6—8月蓄水率仅为50%~60%,若优化调度,在洪水末端及时关闸蓄水,使汛末水位达到正常蓄水位,可多得抗旱水量(16~18)亿m3,可为10月至次年3月每月补水2亿m3,万子湖冬季水位抬高1.5~2 m。

2)建立南洞庭湖湿地公园,划定湿地核心区范围。南洞庭湖湿地中有数十个子湖泊,以核心区小湖泊为中心,扩大生态水面,多培植沉水植物和浮生水草,繁育小鱼小虾,引候鸟和水鸟回家。

3)湿地生态保护与湿地生态经济发展相向而行。在弘扬湿地优良生态的同时,利用芦苇、草料、野菜、药材发展生产,利用湿地淡水资源发展大水体野生养鱼和清洁网箱养鱼,利用湿地景观发展水上旅游,做到生态保护与生态经济双丰收。

4.5.6 南洞庭湖湿地公园六项综合工程

4.5.6.1 十湖连通,引水灌溉

从沅水右岸幸福坝建引水闸,引沅水进胭脂湖、后江湖、琼湖、石矶湖、榨南湖、万子湖、黄土包河、下塞湖、横岭湖、荷叶湖共十大湖泊,进流量100 m3/s,进水口10月水位30 m以上,比万子湖沅江港进水口水位高1~2 m,遇到冬旱年份,从10月至次年3月,引水量18~20亿m3,为南洞庭湖生态保护、大水体养鱼、生态经济发展提供充足水源。十湖连通工程没有大型建筑,仅有一座中型进水闸,两条连通渠,一座倒虹吸管。

4.5.6.2 万子湖出口控制工程

万子湖出口位于万子湖与横岭湖隔堤官司潭。在2001年疏浚洪道敞口之前万子湖出口10月水位维持27.5 m,出口挖深以后万子湖出口水位降至25.5 m,若用增大流量的方法使湖水位达到27.5 m,需增流量1 000 m3/s。无法找到增加1 000 m3/s的条件,只有控制出口方法才能使万子湖出口水位达27.5 m。万子湖出口有横岭湖堤为天然控制线,只需在官司潭和弓管子用浮船略加缩窄口门即成。控制恢复万子湖出口水位27.5 m有三大效益:一是扩大万子湖冬季水面150 km2,有利修复湿地生态;二是增加储水1.5亿m3;三是为万子湖——杨柳潭——毛角口——益阳航道创造水流条件。

4.5.6.3 南洞庭湖航道疏浚工程

南洞庭湖航道从沅江城区经万子湖至廖潭口,再左进黄土包河去下塞湖接赤磊航道;右进资水杨柳潭至毛角口,上接益阳港,下去湘阴浩河口,此航道是洞庭湖水运大动脉,将是洞庭湖航道网中心枢纽,使长江岳阳港通过万子湖直通益阳港、沅江港、常德港,缩短航程50 km,构成洞庭湖水运和水上旅游枢纽,为南洞庭湖生态修复和生产发展建立基础条件,还可集万子湖之水,解除毛角口、甘溪港浅滩断航问题。此工程没有河坝,没有大工程,只需疏浚150 km航道,航道宽200 m,深2~5 m,疏浚土方约1.5亿m3。

4.5.6.4 甘溪港河道改造工程

甘溪港河两端建控制闸,可避免1999年民主垸溃垸和益阳市崩堤那样的洪水威胁,还能为甘溪港通航提高保障。

4.5.6.5 黄土包河引水储水工程

黄土包河疏挖工程线路:从沅水出口或从南咀出口引水进黄土包河,也可从下琼湖胜利闸建虹吸管穿过沅江航道,跨入黄土包河进口。沿黄土包河长50 km,疏浚宽500~1 000 m,挖深10~20 m,土砂方共计5~10亿m3。黄土包河汛末蓄水保持29.5~30 m,蓄水3亿m3。该河水位比相邻的万子湖、横岭湖北部高程高1~1.5 m,是南洞庭湖重要引水储水保障措施。从黄土包河南岸开4~5条渠道放水入万子湖芦苇洲中的沟、港和低洼地,使芦苇洲中心形成数十个核心水面,为养鱼养虾,发展芦苇及其它水生植物创造条件。此工程疏挖土可输送至共双茶垸大堤,修筑大堤内外平台,提高大堤质量,并结合培植防浪防风景观林带。

4.5.6.6 下塞湖湿地修复工程

下塞湖位于东洞庭湖与南洞庭湖交界处,左边为赤磊河道,右边为南洞庭湖,是洞庭湖的心脏地带,长约10 km,宽5~10 km,面积50 km2,高程25.5~28.5 m,是洞庭湖上一块完美的湿地草原,每年300多天是一望无际的青草原野。登高眺望草原,厚密旺盛的盛状,令人喜悦;若亲近草原,花草芬芳扑面而来,令人心旷神怡。为进一步完善下塞湖湿地草原生态环境和充分利用资源,需补充几项生态工程:

1)从黄土包河引水补充下塞湖心和沟港生态水量,养鱼虾于湖,引天鹅、白鹤、雪雁等候鸟入草原。

2)增建从沅江城区到下塞湖水上航线和交通设施。

3)下塞湖邻近垸区修建旅居和疗养公园:①茶盘洲垸旅游居住别墅公园;②漉湖芦苇场旅游餐饮居住公园;③天鹅凼、莲花岛旅居基地。以上游客居住点,建房采用轻钢构造法,当年施工当年受益。

4.5.6.7 目平湖垸、新胜垸、永胜垸等垸蓄水养鱼工程

目平湖垸面积17 492亩,垸民4 686人,新胜垸(芦苇场)面积10 098亩,人口5 360人,永胜垸面积9 252亩,人口4 650人,均为单退垸,垸民已搬出垸至高地居住,而继续靠垸内种田收入为生,垸民房屋已经搬迁,垸内没有固定住房,仅少数耕种工棚。垸内由于离居所较远,无精耕细作,收入不多,土地没有充分发挥作用。根据农业部、生态环境部、林草局〔2019〕28号文推进大水面生态养鱼发展的指导性意见,将这些单退小垸土地转向养鱼为主,每年关蓄半垸水,垸内冬季水位提高2~3 m,实行垸内大水面野生养鱼和清洁的网箱养鱼。

5 希望继续优化三峡水库调度

5.1 三峡水库调度需进一步优化

5.1.1 三峡水库主要特征

正常水位175 m;防洪限制水位145 m;优化调度限制水位156 m;枯季消落最低水位155 m;100年一遇限制水位166.9 m;设计洪水位175 m;校核洪水位180.4 m;总库容393亿m3;防洪库容221.5亿m3;兴利调节库容165亿m3;枯季调节流量5 860 m3/s。

5.1.2 三峡水库防洪调度方式

5.1.2.1 三峡水库防洪目标

1)对上游大型洪水进行调节,减轻荆江河段和洞庭湖区防洪负担,减少使用荆江防洪区防洪的机会,提高荆江河段的防洪标准。

2)对发生在上游的特大洪水(如1870年洪水)进行控制和调节,配合荆江分洪区以避免荆江河段(江汉平原和洞庭湖区)发生毁灭性灾害,通过对全流域和中下游大型洪水进行补偿调节,减少中下游平原地区的分蓄洪量。

5.1.2.2 三峡水库调节方式

1)三峡水库控制条件。①应当使荆江河段的防洪标准达到100年一遇洪水,通过三峡水库的防洪调度,在遇到100年一遇洪水时,控制水库下泄流量不超过荆江河段的安全泄量58 600 m3/s,亦即控制相应沙市水位为44.5 m。在此情况下(20—100年一遇洪水)荆江分洪区不分洪,使荆江河段防洪标准达100年一遇。②必须保荆江河段在遭遇特大洪水时的行洪安全。

2)三峡水库汛期调度方式和三峡库容分配。①遭遇上游1 000年一遇洪水,如1870年洪水,三峡水位达175 m,使用三峡防洪库容221.5亿m3。②对上游中小洪水,三峡库容汛期控制水位145 m。当发生20年一遇洪水,三峡水库水位可升至157.5 m,使用三峡水库防洪库容73.3亿m3;当发生100一遇洪水,三峡水位才可升高到166.5 m,使用三峡水库防洪库容143.3亿m3。

5.1.3 三峡水库运行实际发现的调度困难

三峡水库自2006—2020年运行来看,发现三个调度困难:一是为了100年一遇洪水情况下,不使用荆江分洪区分洪,三峡水库从157.5~166.7 m之间的93.4亿m3防洪库容99年不能使用,使三峡水库优化防洪调度和汛末储水抗旱调度严重困难。二是三峡水库汛期调度没指出长江中下游发生大洪水,如2020年长江下游大洪水的补偿调度。三是若中等洪水多占防洪库容,没有解决后续洪水风险的措施。

5.2 2020年洪水说明需要增加20%~99%中等洪水调度库容

5.2.1 2020年7—8月长江从上游至下游相继发生多次大暴雨洪水

7月初上游四川降暴雨,7月2日三峡水库入库洪峰流量5.3万m3/s。

7月7—8日长江中游沅水流域降暴雨,洪峰流量2.54万m3/s,10日洞庭湖出口七里山洪峰流量3.53万m3/s,洪峰水位34.55 m,达保证水位。

7月8—9日,长江下游江西、江苏降暴雨。7月11日鄱阳湖出口洪峰水位达22.93 m,超历史最高洪水位(22.43 m)0.5 m,顶托汉口水位持续上涨,7月13日汉口洪峰水位28.74 m,为新中国成立70年来第三位(1954年29.73 m、1998年29.43 m)。

7月12—13日,上游又发生洪水,三峡入库洪峰流量3.7万m3/s。

7月14—15日上游四川暴雨,7月18日三峡入库洪峰流量6.1万m3/s。

5.2.2 三峡水库优化调度可减少中下游洪水威胁和洪水灾害

2020年7—8月,三峡水库多次关闸拦洪,共拦蓄洪水200亿m3,分别降低沙市、莲花塘、汉口、湖口洪峰水位3 m、0.8 m、0.5 m、0.2 m,有效减少了中下游的洪水威胁和洪水灾害。

7月2日,三峡水库入库洪峰流量5.3万m3/s,自然状况下沙市洪峰水位应为43.5 m,三峡水库拦截1.8万m3/s,沙市水位降为41.5 m。三峡水库蓄洪水15亿m3,库区水位从146.7 m上升到149.95 m。

7月8—15日,三峡入库洪水不大。因下游降暴雨,鄱阳出口洪峰水位超历史最高水位,鄱阳湖、南京、太湖等地洪水威胁严重,而且鄱阳湖等地发生溃垸。为了减少下游洪水灾害,三峡水库连续关闸,蓄洪44.5亿m3,水位从148.9 m上升到155.5 m,降低螺山、汉口、湖口洪峰水位,减轻了中下游洪水威胁。

7月15日三峡水库水位已达155.5 m。16日三峡入库流量3.1万m3/s,17日4.9万m3/s,18日6.1万m3/s,19日5.8万m3/s。按三峡水库汛期调度方案,155 m以上的防洪库容只能用于保荆江大堤,16—19日不能再关闸拦蓄洪水,而这时因下游洪水位很高,特别是江西、安徽、江苏正在堵口复堤和转移水淹区的垸民,为减少下游洪灾,三峡水库继续关闸拦洪,其中18日6.1万m3/s,削减流量只下泄3.29万m3/s,16—20日共拦洪65亿m3。三峡水库水位从155.5 m上升到164.5 m。使汉口水位从7月13日的28.74 m下降至28.38 m。若三峡不拦洪,汉口洪峰水位将达29 m以上。

8月19日三峡入库洪峰流量7万m3/s,自然径流状况下宜昌流量6万m3/s,沙市洪水位超44.5 m,超保证水位。三峡水库再次拦蓄后,下泄4.9万m3/s,沙市水位为43.6 m,螺山以下洪水位末达警戒水位。2020年优化调度实践说明防中等洪水至100年一遇洪水需三峡水库蓄洪80~100亿m3。

5.2.3 三峡水库2020年优化调度意义重大

1)2020年优化调度说明三峡水库增加为中小洪水调度是必要的。三峡水库2020年7月15—18日和8月19—21日,在下游洪水超过历史最高水位情况下,连续关闸拦洪,两次超过汛限控制水位156 m,最高水位达164.5 m,使用三峡水库防洪库容124.86亿m3,有效减少中下游洪水威胁和洪水灾害。三峡水库在整个洪水过程中,及时拦蓄又及时排出,没有发生因过蓄而形成对荆江的洪水威胁。三峡水库调蓄库容从55亿m3提升到150亿m3是可能的。三峡水库增加为中小洪水调度意义重大。从近170多年发生的洪水痕迹和洪水记录来看,除1852年藕池溃口、1870年松滋溃口,其余的各类洪水,即100年一遇以下各类洪水都可利用三峡水库拦洪削峰,减少洪水威胁。

2)增加中等洪水调蓄库容,可使三峡水库综合效益大大提高。三峡水库2006—2012年试蓄水评估报告指出:三峡水库汛末提前蓄水是必要的,也是可能的。三峡水库优化调度方案已将汛末蓄储水起始日期从每年10月1日提前到9月中旬,但规定9月30日以前限制蓄水位为154 m,实际效益不大。2020年7—8月优化调度,三峡水库水位达165 m,储水120~150亿m3。若每年9月底三峡水库蓄水位达165 m,可克服每年10月过多储水与中下游生态保护和抗旱用水的矛盾,三峡水库在生态保护、灌溉、航运和南水北调方面效益倍增。

5.3 保留荆江分洪区原调度方案,完善保安措施,解除后续洪水风险

长江上游发生特大洪水,洪流冲向荆北和洞庭湖,威胁数千万城乡人民生命财产安全。“万里长江,险在荆江”,根治荆江洪患是中国大事。开国之初,毛主席题词:“为了广大人民利益,争取荆江分洪工程胜利”。1952年修建荆江分洪区,1954年特大洪水时,运用荆江分洪区将沙市洪峰水位44.67 m降为44.49 m,保住了荆北大堤安全,以后又陆续修建特大洪水分洪道工程。在沙市对面布置腊林口分洪口,在太平口上游修建涴市分洪区和涴市分洪口,以使上荆江超额洪水通过荆江分洪区,再从荆江分洪区无量庵吐入荆江和人民垸,再进洪湖分洪区。20世纪70—80年代在洪湖蓄洪区修建八十弓隔堤,以保证武汉市安全,国务院1985年批准此分洪道工程。1993年三峡工程开工以来,此分洪道规划暂停实施,荆江分洪区的蓄洪安全措施没有继续实施,1998年特大洪水时,沙市洪峰水位达45.2 m,超过历史最高水位0.58 m,荆江防洪十分紧张。国家防总拟用荆江分洪区蓄洪,因分洪区内公安县城等安全区堤防矮小单薄,若开北闸进洪水,垸内50万城乡垸民将受水淹之苦。同时,水文预报洪峰时间很短,因此放弃开北闸分洪。在分洪道规划设计没有完全实施的情况下,三峡水库必须预留充足的防洪库容(约150亿m3)。2020年7月19日中下游洪峰水位超历史最高水位,下游数千万人民遭受洪水严重威胁,为了保护下游人民生命安全,三峡水库在水位超过155 m后继续拦洪削峰,蓄水位达164.5 m,只留防洪库容约70亿m3,若后续发生10万m3/s的特大洪水,就会发生后续洪水风险,这是一对矛盾,必须避免特大洪水后续洪水风险,才能科学调度。三峡水库拦洪削峰措施和荆江分洪道措施必须齐备,才能根治长江洪水灾害。进一步搞好荆江分洪区和洪湖蓄洪区安全建设,继续优化三峡水库调度,既能每年充分利用三峡水库为中等洪水调度,又可避免后续特大洪水风险,还可化洪水为抗旱资源,促进长江黄金经济带的发展。不能用三峡水库代替荆江分洪区。荆江分洪区约1 000 km2,数十万人口,每使用一次淹没范围大,人口多,影响也大。现有条件与1952年也不同了,有些大洪水年需要使用荆江分洪区,但不一定象发生1870年或1954年特大洪水那样分进大流量,调蓄大水量。许多方面建议在荆江分洪区内再设分洪道,保留从北闸至吴量庵分洪道,争取能分泄约10 000 m3/s,又能避免荆江分洪区全淹。

6 全面了解江湖变化,保护长江泄洪蓄洪能力

6.1 长江中下游泄蓄能力在减少,蓄洪区在减少

6.1.1 泄洪能力减少

2020年7月13日螺山水位33.34 m时,流量52 500 m3/s,1998年7月7日,螺山水位33.41 m时,流量58 500 m3/s,螺山站在同等洪水位情况下(接近1954年洪峰水位33.17 m),2020年比1998年少下泄6 000 m3/s。受长江中下游近年来建桥30多座,两岸一些滩地被新建港岸占用,缩窄河槽的影响,在同水位情况下,长江洪水位抬高。有专家分析,2020年洪水期在与往年来水相同的情况下,少下泄约30亿m3。

6.1.2 蓄洪能力减少

长江中下游原防洪规划,在城陵矶区蓄洪量320亿m3,湖南洞庭湖,湖北洪湖各承担160亿m3。现在正在搞蓄洪建设的仅洞庭湖的钱粮湖垸、共双茶垸、大通湖东及湖北洪湖东垸,其蓄洪能力不到规划的一半。1998年大洪水时,溃黄金大垸、西官垸、安造垸以及中洲子和三洲联垸,调蓄洪水80亿m3。1998年后,长江河槽中的巴垸堤都加高了,重现大洪水,这些垸也不会溃了。荆江分洪区没有搞安全建设,虽然有三峡水库蓄洪削峰,荆江和城陵矶区的蓄洪能力可能还是减小了。

6.2 全面分析螺山站水位抬高原因

6.2.1 螺山站洪水抬高是泄洪能力减小所至

1998年7月20日,螺山站洪水位33.17 m时,下泄流量为58 000 m3/s,比1954年洪峰水位33.17 m的下泄流量(65 000 m3/s)少下泄7 000 m3/s。1996年7月18日螺山水位33.17 m时下泄流量也只有58 000 m3/s。螺山河段泄洪能力减少已客观存在,不是偶然状况。1998年7月20日至8月20日,长江上游(枝城)和洞庭湖水系(包括湘资沅澧四水区间)入荆江和洞庭湖洪水1 810.3亿m3,同期螺山站下泄1 656.1亿m3。洞庭湖、荆江、城螺河段共调蓄洪水154.2亿m3,其中洞庭湖蓄50亿m3,荆江及城螺河段(准确讲应是莲花塘至牌洲湾河段)共蓄洪水24亿m3,溃垸蓄洪水80亿m3。1998年螺山站洪水位从7月20日33.17 m没持续上升的状况下,螺山下泄流量从58 000 m3/s逐步加大到65 000 m3/s,多下泄洪水量102亿m3,至8月20日螺山洪峰水位34.95 m。若今后螺山河段下泄能力继续减少,螺山河段、下荆江、洞庭湖洪峰水位将会更高。螺山河段泄洪能力减少的原因较多,据初步观察分析,主要有三个方面:

1)1968—1972年下荆江三处裁弯取直,缩短洪水行程80 km,使城陵矶至武汉河段淤积泥沙5亿多吨,河底抬高。

2)牌洲湾洲滩围垦,缩窄河道,形成卡口。

3)螺山至新洲脑航道整治,南岸筑11道堤坝和北汊锁口。

以上变化使螺山河段泄洪流量减少,使洪峰水位抬高。从1998年洪峰水位与1954年洪峰水位来看:牌洲湾洪峰水位抬高1 m(31~30 m),新洲脑抬高1.72 m(34.74~33.02 m),螺山抬高1.78 m(34.95~33.17 m)。

6.2.2 充分了解洞庭湖1998年蓄洪削峰作用

洞庭湖1954年面积4 350 km2,调蓄洪水280亿m3。1954年洞庭湖范围:从东洞庭湖出口七里山,至东洞庭湖磊石、斗米嘴;至南洞庭湖杨柳潭、沅江南咀、小河嘴;至西洞庭湖区沅水坡头、三角堤、四分局;至七里湖澧水小渡口。1954年莲花塘洪峰水位33.95 m,沅江洪峰水位35.26 m,南嘴洪峰水位36.05 m。1954年大洪水后,洞庭湖进行堵支并流,堵口合垸和1958年建农场围垦。1954年范围内的4 350 km2面积减少为2 625 km2。因没有把四水四口洪道1 013多km2包括在天然湖泊内,说洞庭湖天然湖泊面积只有2 625 km2,蓄水量为167亿m3,这种说法从1989年一直误传至今。因为1995年以前,莲花塘洪水位没有超过33.95 m,南嘴洪水位没有超过36.05 m,没有去研究这方面的问题,但1996年莲花塘洪峰水位达35.17 m,比1954年洪峰水位(33.95 m)高1.36 m,洞庭湖各地水位都抬高1~1.5 m。四湖和四水四口洪道参加调蓄长江洪水,洞庭湖的面积扩大1 300 km2,增蓄水130多亿m3。再不将四水四口洪道路纳入洞庭湖,使许多水文计算成果错误,甚至影响防汛抢险措施和各种规划,有必要重新认识洞庭湖天然湖泊面积和容量。1968—1972年下荆江河段三处裁弯,使城陵矶至武汉河段淤积泥沙5亿t,牌洲湾滩洲围垦,螺山至新洲脑河段南岸筑十多个堤坝及北边洪湖分道锁口三种变化使城陵矶(莲花塘)洪峰水位抬高至35.8 m。20世纪90年代起,水情大变。从20世纪90年代起四水尾闾洪道和四口洪道1 300多平方公里,已参加长江洪水调蓄。1996年洞庭湖调蓄洪水282亿m3,多蓄洪水超100亿m3。1998年城陵矶(莲花塘)洪峰水位达35.8 m,超1954年洪峰水位(33.95 m)1.85 m,1998年洞庭湖调蓄洪水300多亿m3,比按2 625 km2面积计算容量多130亿m3。从实事求是出发,洞庭湖现在自然湖泊面积4 091 km2,调蓄容量300亿m3。不能以1954年的边界来论洞庭湖范围、面积、容量。

城陵矶(莲花塘)水位抬高,洞庭湖的淹没范围上延80~100 km。1954年洞庭湖出口城陵矶(七里山)洪峰水位34.55 m,其上游边界湘阴洪峰水位35.21 m,沅江城区洪峰水位35.26 m,城陵矶至湘阴90 km,上下游水位差0.66 m,1998年七里山洪峰水位35.94 m,相应长沙洪峰水位36.78 m,从洞庭湖出口至长沙166 km,上下游水位差0.84 m。1998年洪水坡降比1954年洪水坡降还缓。从客观情况看,1998年长沙至城陵矶水流迟缓,水面清清,疑似一湖清水。以上水情变化,足够说明1998年洞庭湖范围不再是1954年的范围,湘水不再是止于湘阴,而是长沙。资水不再是止于杨柳潭,而是益阳。沅水不是止于小河嘴,而是常德。澧水不止于小渡口,而以津市为界。1998年洞庭湖区天然湖泊面积包括东洞庭湖、南洞庭湖、目平湖、七里湖和四水四口洪道,共计蓄水面积4 091 km2多。洞庭湖的泄蓄洪能力保持与1954年水平对荆江和城螺河段的防洪安全有利,应支持洞庭湖的保护,支持挖湖修堤,支持环湖建镇和沿堤筑台,支持完全撤出单退垸人员,支持河湖疏浚工作。

6.3 应高度重视保护城螺河段泄洪和蓄洪能力

1)保护螺山至牌洲湾的泄洪能力。过多缩窄牌洲湾河道对两湖都不利,应认真研究牌洲湾泄洪能力的恢复。2018年笔者现场观察螺山至新洲脑河道状况,发现南岸11座堤坝被冲刷削低或破损沉落,北汊道锁口已失效,似又恢复从北岸螺山直偏向南岸新洲脑,需认真研究变化,再不能搞影响泄洪的工程。

2)应保护洪湖西部蓄洪区,加修八十弓隔堤。

3)清除荆江和城汉河段的行洪障碍,保留荆北大堤外的巴垸在特大洪水情况下的行洪作用,不要因为有了三峡水库而放松荆江分洪区的安全建设。三峡水库蓄洪削峰和蓄洪区蓄洪削峰措施齐备,才能确保荆北大堤特大洪水情况下万无一失。做好了荆江蓄洪区的防洪安全建设,才能减少溃垸损失。不能用三峡水库取代荆江分洪区,中等洪水至100年一遇洪水也需要用荆江分洪区。长江中下游的防洪安全和生态保护必须靠上游三峡等大型水库的科学调度,而三峡等大型水库优化调度和综合效益的发挥,必须要有中下游泄洪蓄洪能力的配合,不能修了水库丢了河道和蓄洪区。

7 挖湖修堤,建设高质量堤防

7.1 洞庭湖存在特大洪水威胁

三峡水库运行以来,中下游中小洪水水位降低,因此有些地方放松大堤建设,忽视蓄洪垸保护和安全建设。2020年长江下游洪峰水位超历史最高水位说明中下游防洪安全不能过多依赖于三峡水库。今后中下游仍有特大洪水威胁,必须加固大堤。洞庭湖仍有特大洪水威胁,更要重视加固大堤。

1)1870年特大洪水峰高量大,三峡水库难以控制。1870年长江上游发生特大洪水,三峡河段洪峰水位痕迹达黄陵庙横梁,根据推算,1870年7月15日至8月14日,三峡河段洪水总量达1 677.8亿m3。最大7日洪量547.7亿m3,比宜昌在1954年最大7日洪量(385亿m3)多160.7亿m3,比1998年洪量(349亿m3)多196.7亿m3。若宜昌允许下泄7万m3/s,三峡水库需拦蓄洪量192.7亿m3。若如2020年7月19日在1870年洪水发生前三峡水库蓄水达164.5 m,已使用三峡水库防洪库容150亿m3,只留防洪库容71.5亿m3,而荆江分洪区没有搞好蓄洪安全建设,则仍有100多亿m3超额洪水。

2)三峡水库缺设城陵矶附近中小洪水调蓄库容150亿m3。2020年7月13日、8月19日两次蓄水位达164.5 m,储水150多亿m3,为中下游防洪减灾做出贡献。防洪抗旱优化调度实践说明三峡水库增设中等洪水调蓄库容和提前储水势在必行,但没有解决后续洪水风险的措施。

3)中等洪水至100年一遇洪水不使用荆江分洪区蓄洪泄洪,使荆江河段失去最重要的解决后续洪水风险措施。

4)若三峡水库控制不了特大洪水,而荆江分洪区不能使用,将可能在荆南杨家脑溃口,1870年在松滋溃口倾泄入洞庭湖3万m3/s,松滋、公安、安乡一带洪水超过堤顶约1.5 m。

由于以上原因,洞庭湖存在特大洪水威胁。

7.2 为什么要建设高质量堤防

习近平总书记在江苏考察时(2020年11月12日)指示:“推动经济社会高质量发展”。面对可能发生的特大洪水风险,洞庭湖必须建设高质量堤防。其原因有:

1)在湘资沅澧四水尾闾地带,因兴建水电站和两岸小垸成为重要工业区,近年已有少数城市河段超过历史最高洪峰水位。今后再发生1996年或1998年特大洪水,湘资沅澧四水流域城市洪峰必然超过1996年和1998年洪峰水位。

2)1954年、1998年特大洪水重现,城陵矶(莲花塘)洪峰水位可能再达到35.8 m,若发生1870年特大洪水,调度不能达到设计预想,洞庭湖四口地区可能有更高水位。

3)洞庭湖湖区现有大堤虽经过近年加固,但质量较差,堤脚基础鼓水翻砂严重,堤身渗透,涵闸电排站隐患较多。2016年华容县新华垸溃垸,2017年益阳市烂泥湖垸大堤管涌,说明洞庭湖的重点堤防特别是11个重点垸和县城以上堤防应进一步加固。

7.3 高质量堤防有哪些要求

高质量堤防总要求是:重现1996年、1998年、1954年和1870年特大洪水时,不溃重点垸和县城以上城市大堤。需达到以下具体要求,防洪、交通、园林、旅游、观景五结合。

1)堤顶高程:设计洪水位按各地已出现历史最高水位设计。

2)堤基普遍进行防渗压浸处理。做好切水心墙,并宽筑内脚压渗平台,堤内脚带无翻砂鼓水。

3)堤脚要宽。学习长沙潇湘大堤经验,堤脚从外脚到内脚,宽100~200 m。

4)堤身宽厚结实,设两级平台,一级平台高程达保证水位,宽5~10 m,二级外平台高程需堤脚以上4~5 m,还应有压脚平台和防浪林。二级内平台为沿堤交通道,路边植风景林带。

5)堤顶宽达15~20 m,兼做防洪抢险道和沿堤旅游观景台。

6)堤身质量要求:在最高洪水位时堤身不冒汗(无渗水)。

7)做好外肩防浪墙和安全栅,路面硬化,内外坡培草种花。

8)每隔1~2 km,堤顶设1个躲雨平台和亭阁。

9)每隔3~5 km,堤顶设防汛观巡值班及防汛物料库房。

10)堤内脚以外可建旅游休闲及小公园。

7.4 挖湖修堤筑台,实现防洪安全和生态保护

7.4.1 为什么要挖湖修堤

洞庭湖需建设高质量堤防长度约2 000 km。现有堤身每米土方约500~800 m3,每米还需加土方500~1 500 m3,共计需土方10~20亿m3。不可从山丘区挖土修堤,只有就近用挖泥船挖湖吹泥筑堤,才能实现堤防加固。

7.4.2 挖湖修堤有利于洞庭湖生态修复

新中国成立以来,洞庭湖新淤泥沙约50亿m3,使天然湖洲和河洲平均抬高2 m,严重破坏天然湖泊的原生态,使洞庭湖的调蓄容量减少约50亿m3。挖泥修堤有利于洞庭湖生态修复和水资源科学利用。

7.5 洞庭湖区具备挖泥船修堤经验和设备

洞庭湖区使用挖泥船疏浚河道,吹泥填凼,吹泥筑堤和堵口复堤已有丰富的经验。20世纪80年代挖泥船吹泥筑堤,提高了堤防质量,为抗洪减灾起到了重大作用。

1973年,湖南省学习广东省挖泥肥田经验,最初意在挖湖泥肥田,试验中发现吹泥沉淀后结实,逐步发展和完善挖泥船修堤新技术。1973—1985年,湖南省计委和湖南省水利水电局安排在益阳船厂制造小型挖泥船,因为当时缺造船钢板,省计委领导建议造水泥钢丝网薄壳船试用,试用中出现了船体裂缝和因船体太重下沉的现象,因此停止制造。后向国家申请解决了钢板,益阳船厂仿荷兰进口的液压绞吸式挖泥船进行制造取得了成功。1985—1988年,王明湘厅长指示大力使用挖泥船修堤,先后共制造了挖泥船35条,其中200~800 m3挖泥船3条,加上原有的4条,总计有挖泥船39条。省水利电力厅将这些小挖泥船分配到各地、县、农场。各县还成立了挖泥船队,使用挖泥船填凼固基,充填筑堤,对险工险段进行处理,解决多年来人工无法解决的问题。如沅水尾闾两岸的八官垸、护城丹洲垸,三合院、沅南垸以及毛角口河两岸的南湖垸、湘资垸、烂泥湖垸、沅江的南大垸,屈原农场临东洞庭湖大堤等。原来有的大堤建在沙基或卵石基础上,又因修堤取走了表面的粘土,每到汛期洪水位时,垸内到处翻砂鼓水造成堤身坍塌,地面沉陷,要处理这类险情,需花费大量人力、物力、财力,这是各级政府感到头痛的大难题。20世纪80年代集中了一批挖泥船,对这些堤垸进行了填塘固基、充填筑堤,凡是管涌的堤段及地面全面进行了覆盖。屈原农场临东洞庭湖大堤在每年汛期到处翻砂鼓水,省挖泥船队帮助填充筑堤6 420 m,完成土方85万m3,将32处浸眼全部进行了覆盖。钱粮湖农场的采桑湖提段,从1958年建场时起,堤身修了又塌,塌了又修,到80年代用挖泥船填充才解决了这一难题。数千公里的堤防加高加固需数亿立方米土方,大堤内外禁脚附近50~100 m的土已取尽,且大堤内脚已挖成深坑,靠人工修堤已是不可能完成的事。洞庭湖在实践中创造出用挖泥船从湖中把泥土吹扬到堤脚,填塘固基,再用推土机推移上堤,取得了巨大的成功和效益。1993年时任副省长王克英指示发展挖泥船修堤,从荷兰购进1 600~3 800 m3/h大型挖泥船10多条。20世纪70—90年代中期,挖泥船填塘固基,充填筑堤,除险加固的土方有2亿m3,普遍抬高了沿堤内的地面高程,有效加固加高了大堤,提高了抗洪能力,为战胜1998年特大洪水发挥了重大作用。

7.5.1 洞庭湖区挖泥船筑堤技术

7.5.1.1 吹填筑堤的基本方法

为了广泛运用挖泥船吹泥浆入大堤内脚填凼固基和淤培大堤内坡,消除大堤内翻砂鼓水和管涌,进而用挖泥船直接吹筑大堤。1984年在汉寿县马家铺堤段进行了吹泥筑堤试验。

马家铺工程是围堤湖隔堤中老河道堵口堤段,最深河床高程为29m,堤基淤泥深3m,最高外洪水位39m,最高内江水位33 m,设计堤顶高程40.8 m,面宽8 m,临水坡1∶3,背水坡1∶2.5。堤顶5 m以下设平台,平台面宽5 m。此处为老河套,地势低洼,常年淹水,若用人工筑堤,取土困难,经多种施工方法比较,决定采用挖泥船吹填修堤。

1)施工前准备。施工方案确定后,于1984年9月中旬成立了马家铺堵口工程指挥所,负责组织和领导施工。首先实测了1∶2 000的堵口堤址及土场地形图,按堤身设计断面,计算了堵口总土方为33.34万m3(不包括消失、挤淤、塌陷和4次子堤决口流失土方)。作好施工放样,设置大堤中心线和边脚线及临时通讯等标志,与此同时,指挥所与汉寿县挖泥船队签订了施工合同,用两艘80 m3/h挖泥船承担施工。

2)施工方法:

①水下吹填。1984年10月15日,汉寿县挖泥船队用1号和6号挖泥船开始进行水下吹填施工。1号船位于临水坡边,6号船位于背水坡一边,两船均距大堤中心线400 m处开挖,输泥管则来回沿中心线两侧吹填,到1985年3月上旬,堤基已由最深河床29 m填至31 m,出水面宽120~150 m,水下坡比尽量放缓,且间歇停止吹填,使堤基沥水固结。

②分池分边,轮回吹填。1985年3月下旬,堤基表土已基本固结,固结厚度为30~50 cm,开始组织劳力,沿内外坡脚修筑高度3.0 m(高程34.0 m)、面宽1 m、内外坡1∶1.5的第一级子堤,并利用原围堤湖渍堤,将700 m堤段分成2个沉淀池,1号池长32.5 m,2号池长380 m。在修筑子堤的同时,采取与子堤成垂直方向,每隔20 m交错埋置直径0.5 m的芦柴捆,共埋设芦柴12 t,以利泥浆沥水早固。沉淀池筑成后,又增加3号船参加吹填。1985年4月上旬,3艘船集中吹填1号池,沿子堤边逐渐使泥浆流向中心线,每次吹填高度和轮回吹填时间视子堤承受能力而定,原则上每个池吹填时间为1个月,每次吹填高度0.5~0.8 m(指填土地高,而不是泥浆表层高),到1985年12月中旬,冲填高达33.8 m。在第一级沉淀池吹填过程中,由于子堤单薄,质量差,加之导沥作用小吹填速度快,导致了4次子堤崩溃,流失土方1万多m3。

1985年12月底,修筑第二级沉淀池子堤,子堤高2.5 m(堤顶高程36.5 m),面宽、坡比不改变,质量做到夯紧压实,再不能埋设导沥芦柴捆。在进泥方法上,仍然是轮回吹填。在沥水导流上,则采取在子堤和基本较好的地方,每个池凼开挖一个溢流口,底宽1.5 m溢流口底高于每次计划吹填高0.5 m,并用草垫和薄膜铺护口底及流坡,以免冲刷,同时还组织了一支专业队,日夜轮班巡逻,维修防护子堤,一旦发现险情,及时处理加固。另一方面采取做田塍的办法,用木制板耙将池凼内稀泥搭护子堤坡脚,以防渗漏滑坡,因而保证了第二级沉淀池的施工顺利进行。到1986年6月中旬,堵口大堤平均高达36 m,最高处达36.5 m,面宽48~52 m,到1986年6月底停止了吹填。

③人工填筑,整形结顶。堵口大堤吹填高达36 m以后,由于面窄,修子堤后,池容小,停机时间多,开机时间少,设备不能充分利用,工期会延长。同时一、二级池容填土尚未完全沥干固结,且发现内外堤脚已隆起,说明堤身仍在继续下沉,如继续筑仓吹填,可能导致堤身塌陷,因此,决定停止用挖泥船吹填。在1986年冬修时,用人工填筑,由于吹填体尚未排水固结,当人工加修到38 m高程时,部份堤身鼓胀和滑坡,后经开沟沥水,才固结稳定。

7.5.1.2 几处堵口复堤施工

洞庭湖区丰顺垸等溃垸关系到灾民居住和生产问题,要求迅速堵口复堤。过去堵口用人工和陆地机械施工,工程难度大,工期长。1994年长沙市丰顺垸溃口,1996年华容团洲、团山、沅江县宪城垸溃口,都用挖泥船从河中挖泥吹填,取得较好效果。

7.5.1.3 关于泥沙沉淀池设计

吹填筑堤先要做好沉淀池,沉淀池的长、宽、深必须妥当设计才能使吹填的土料能沉淀下来。沉淀池的宽度应当满足断面设计要求,一般是30~100 m,沉淀池的长度一般为500~2 000 m,若太短,泥土不能充分沉淀而被排弃。根据洞庭湖区吹填筑堤试验,利用大堤内脚为挡水面,离堤脚内50~100 m修子堤做沉淀池,子堤高3~5 m,池宽50~100 m,池长200~500 m,容量为0.5~1.0万m3,可接纳几条小型挖泥船(80 m3/h)挖的泥水量。若池长为1 000~2 000 m,容量为2~4万m3,可接纳大型挖泥船(1 600 m3/h)挖的泥浆量,沉淀效果较好。吹填筑堤的核心是泥浆沉落,若沉淀池没有足够的容量,会使末端弃水口流速低于0.5 m/s,会产生弃泥过多或者挖泥船停工时间太长,工效很低。从这一点出发,挖泥船吹填适宜填凼和筑堤基础,当填泥上升到堤腰以上,挖泥船吹填效果较差。

7.5.1.4 关于排水固结

泥浆中的水份及时排出才能缩短工期。粉质壤土、粉质粘土固结50天后,5 m以下含水量小于28%,趋近流限;固结80天,填体含水量可降低到23%~25%,接近稳定含水量,泥浆中小份及时排出的关键是做好填体内排水设备。排水设备的用途是使施工过程中的泥浆多余水分及时排出坝体,使下部土层在压重下固结,减少填体孔隙压力,增加坝坡稳定,特别是在土质透水性小、含水量高而又必须缩短工期的情况下,专用排水设备的设置就显得非常必要。我国《水中填土筑坝施工技术暂行规定》中规定,建筑在不透水地基上、坝高超过10 m,和建筑在透水地基上、坝高超过20 m的均质坝,均需设置专用排水设备。堤体内的排水设备用竖井和横沟连通,井圈采用竹笼或芦席做成,或随着填土上升,放在面上,中填砂,每上升一层再抽出外圈。垂直的井径0.7~1.0 m,每个井控制的面积为100~400 m2,井距10~20 m。水平导渗管一般布置在堤外坡,管径0.5 m,最好是每个横面的水平导渗管布置在竖井的中心点连线上,水平管的坡降1/100~1/200,固结后用泥封死。马家铺筑堤工程虽然做了排水设施,但工艺和布局都不符合要求,且施工速度快,故未能较好地起到排水效果,施工期内,产生了鼓肚和滑坡现象。团洲垸堵口也因未做好排水设施,当填筑到2/3高程(填土地厚约10 m时),填体严重滑坡塌陷。为了总结经验,对马家铺和团洲填体钻孔取土做了土壤试验,获得了土壤的物理性质等有关数据。两处为粉质壤土和粉质粘土:湿容重y=1.73~1.80 t/m3,干容重y=1.17~1.39 t/m3,含水量ω=29.2﹪~52.2﹪,渗透系数K=5.57×10-6cm/s,排水速度很慢。为使团洲大堤在汛前达到设防高程,研究采取多方案排水,其主要措施:①开沟排水,沟距3~6 m,沟深1~2 m,为防止泥浆滑挫填沟,用竹板沙料等填沟;②削坡减载;③分段筑多级平台(每4~5 m设一级);④抛石护脚。团洲堵口以上排水措施处理以后,从3月底至5月初(约40天)已填筑的填体稳定,终止滑动。堤顶在吹填体上再加高3~5 m,堤顶面宽达8 m。洞庭湖区10多处用挖泥船吹填堵口堤段,1998年特大洪水时,在填体挡水深10 m以上的情况下,安全无恙,没有出现渗漏管涌和滑坡现象。

7.5.1.5 开仓取土试验情况

从马家铺开仓取土试验情况看,吹填土方密实,当含水量下降到29%,干容重达到1.39 g/cm3,若完全渗水固结,含水量下降到25%~26%,干容重达到1.5 g/cm3左右,比人工修筑的均匀密实。我们根据土样有关数据,采用瑞典圆弧法,对马家铺堵口大堤边坡进行了稳定计算,求得最危险圆的安全系数FS=1.647,属安全。实践证明,所有用挖泥船吹填的地段,没有渗漏和滑坡现象。

7.5.2 洞庭湖区挖泥船队能力和设备

液压绞吸式挖泥船轻巧灵活,性能良好,操作方便。在省内益阳船厂等处仿制80 m3/h挖泥船35台,并分配给湖区各县、农场,各地先后成立挖泥船队,到1987年共有挖泥船队15个(含省挖泥船队),职工994人,后为了便于施工,又陆续添配生活船47艘,起锚船17艘,供应船27艘,总马力19 883匹,至1987年止累计完成土方8 762.24万m3。至1986年止国家先后投资7 513.13万元(其中:土方费3 733.64万元、船舶费3 115.49万元、维修改造费239.86万元、其它费362.44万元)。各地自筹经费379.66万元(其中:县场301.03万元、堤垸77.83万元、其它0.8万元),已形成固定资产3 163.18万元。

7.5.3 挖泥船吹填堵口成功实列

7.5.3.1 常德安乡县书院洲堵口

1998年7月24日,安乡县安造垸城区附近的书院洲大堤因管涌溃决。安造大垸有3乡2镇,面积30多万亩,人口17.5万。决口时外河水位超过历史最高水位0.32 m,溃口流速达3 m/s,最大冲深12 m,流量约1 400 m3/s。为了保住安乡县城10万人的安全,决定在汛期抢堵,这在洞庭湖抗洪史上是罕见的。开始用钢木排架裹头,继之采用角钢焊成边长2 m及3 m的四面六边体(内填块石重1 t)填口。由于流速达3.5 m/s,溃口处船停不住,改从两端抛投四面体(俗称“铁菱角”),同时用浮吊将四面体投于龙口中间,终于在8月11日合龙成功。合龙后,立即在上游面抛投土袋,其上盖土工彩条布,上压土袋以断流闭气,同时用挖泥船吹泥填平溃口内脚深坑。整个堵口复堤工作,有2 500多军民奋战16天,共用石料4.33万m3,钢材400 t,编织袋130万条,彩条布1.2万m2,沉船3条,共计耗费约1 000万元,成功保护了安乡县城10万市民的安全。

7.5.3.2 长沙市丰顺垸堵口

长沙市丰顺垸在1994年7月19日湘江水位超过历史最高水位时,因管涌而溃,溃口宽365 m,堤顶高程41.2 m,凼底高程27 m,复堤土方20万m3。丰顺垸溃垸关系到灾民居住和生产问题,要求20天内堵口复堤。为使灾民迅速重建家园,采用挖泥船吹填和人工整修的方法进行修复,就地取土料,将原均质粘土堤改为粘土斜墙沙体堤。采用15万m3当地粉沙土填凼和修筑堤内平台,外运3万m3粘土筑外坡斜墙。用4条80 m3/h绞吸式挖泥船,挖堤外河洲,向垸内溃口凼吹填,每天吹泥0.8~1.0万m3,7天内将溃口凼吹满,溃口处堤脚高出地面1~2 m,再用装土草袋包修筑2~3 m子堤围堰,5天时间堤内脚平台高程达35 m,同时外坡粘土斜墙高程也达到35 m,距堤顶设计高程5 m。平台以上堤顶部分由于填土场面积缩小,挖泥船沉泥池太小,用挖泥船吹填堤身困难,堤身上部主要用汽车运土和人工修筑。该溃口从溃口后第4天开始填堵,历时15天,至8月5日湘江发生第二次洪水时,堤顶高程已超过洪水水位(36 m),发挥了防洪作用。

实践证明,采用挖泥船吹填和人工修整相结合的堵口复堤方法,可以缩短工期,节省人力和经费,又疏通了河道,是一种比较科学的复堤方法。

7.5.4 汉寿沅南垸堵口复堤

汉寿沅南垸南阳堤段1995年7月3日溃口,溃口宽度760 m,堤顶高程40 m,地面高程25~28 m。溃口后淹没耕地22万亩,受灾人口10余万。为了使灾民迅速恢复家园,抢插晚稻,要求25天内堵塞溃口,修复堤防。堵口复堤需土方50万m3,该堤段垸内低洼,而且淹水深5 m左右,无法取土。撇洪河左岸为堤,右岸为硬黄土山,土源困难,用人工和汽车运土都难于在限期内完成堵口复堤任务,必须就地取土。该堤段溃口原因系当地土质问题所致,原堤段土质含高岭土,干土成块而硬,湿土易滑。1976修建撇洪河筑堤时用人工填筑,填方大土块较多,夯压不实,撇洪河通水以来,堤内坡层出现了渗漏和滑坡。采用当地土料,必须解决施工方法和土料质量问题。采取的办法是用40多台推土机将右岸山头黄土推入河中,将土块水化松散,再用6条绞吸式挖泥船将泥土吹入溃口凼内。平均每天填土方2万m3,5天填出水面,10天填土达33 m高程,15天填土达到36.5~38 m高程,宽30~40 m。然后停止挖泥船吹填,用人工和手扶拖拉机等运土填筑堤身,20天填土达到38 m左右高程,比设计高程只低2~2.5 m,冬修时修至标准。外坡用防渗料做防渗面,堤身灌浆,内脚抛石压脚。该溃口如期抢复,10万灾民迅速恢复家园,并抢插晚稻,减轻了灾害和救灾工作困难,深受当地政府和群众称赞。1996年7月,沅南撇洪河水位比1995年更高,该溃口新堤安全无恙。

7.5.5 岳阳华容团洲堵口复堤

1996年7月19日,东洞庭湖水位达35.23 m,超过历史最高水位,华容团洲垸因沙基管涌而溃决,溃口长464 m,冲坑长度800余m,地面高程26 m,冲刷后坑底高程18 m。该堤段周围为粉质粘土,天然含水量高,多呈流塑状态,土体力学强度低。由于周围为湖洲,无干土,无论用什么机械施工,都难将土沥干,过去类似此种堵口用人工挑土施工,难度特大,极易产生滑坡,有的1年内都难以堵复成功。此处堵口亦采用挖泥船吹填取得成功。堵口第一期从冲坑底至地面(18~29.5 m)用绞吸式挖泥船吹填,填土约100万m3,面宽800 m×400 m。第二期在吹填体上用草袋土包筑围堰,堰顶高程33 m,吹填土方80万m3。第三期用人工和机械运土修堤,堤顶高程37 m,人工土方18万m3。当挖泥船吹筑堤身至33 m高程时,因沉池小,土湿而不能继续进行,于是改用人力修筑,也因土质透水性差,填体内土壤稀软,往上加土,产生下沉(日沉量达0.9 m)和堤坡鼓胀下挫开裂,后采用开沟排水方法,在填体30~33 m高程内外坡面每间隔6 m开排水沟,使坝体内水分渗出。数天后继续往上加土,坡稳。此堵口为首例粉粘土、深填方、用挖泥船施工,土方量比陆地施工约多1倍以上,但可从水中取土,适应湖区堵口复堤。这一堵口工程在1997年汛前竣工,经过1998年特大洪水的考验,堤身稳定。

7.6 重点加固堤防布局

1)安造垸和安乡大堤加固工程。

2)安保大垸加固工程。

3)松澧垸、澧县县城大堤加固工程。

4)常德市沅澧垸和常德城市大堤加固工程。

5)沅南垸和汉寿县城大堤加固工程。

6)育乐垸和南县县城大堤加固工程。

7)大通湖大垸大堤加固工程。

8)益阳市长春垸和沅江县城大堤加固工程。

9)烂泥湖大垸大堤加固工程。

10)长沙市城市大堤加固工程。

11)华容县城及华容护城垸大堤加固工程。

12)湘阴县城白水江撇洪及湘宾南湖垸大堤加固工程。

13)岳阳市城市堤防和长江大堤加固工程。

7.7 修建洞庭湖中心防洪救生大道

7.7.1 建防洪救生大道的必要性

1)1952年南洞庭湖发生类似海啸的大风暴,南洞庭湖水面卷起1丈多高的波浪,湖水翻过堤顶,造成垮堤,当晚湘宾南湖垸居民正在睡梦中,淹死1 000多垸民。1969年宁乡特大山洪冲垮宁乡群英垸,宁乡县城至夏铎铺5 km公路淹没,宁乡双江口,长沙新康数万人被淹。因公路中断,车不能到灾区,船载救灾物资从沩水出口冲向双江口,因沩水水流太急,船上不去,用飞机投食品,大多落到水中,灾民取不到,这种情况下,必须有能直接到达抢险地点的陆地救生大道。

2)当前洞庭湖区通过垸区的公路都存在路面高程低于洪水位的路段,若华容、南县、大通湖垸等发生溃淹,东南洞庭湖出现大灾,抢险队伍和物资就很难及时到达,必须修建一条通往洞庭湖中心部位的安全救生大道。

7.7.2 救生大道的高程

所有道路路面高程应高于最高洪水位,且加风浪超高2~2.5 m。

7.7.3 救生大道路线选择原则深入洞庭湖中心,贴近东、南洞庭和大通湖垸。

北线:从长沙经岳阳,华容至大通湖北大堤,再从北大堤经过青山至湘阴到长沙。

南线:从长沙至益阳,沅江县城,再沿共双茶垸东堤接大通湖北堤与北线救生道汇合。

7.7.4 线路初步设想

1)北线,长沙至岳阳利用长岳高速,岳阳至华容利用杭瑞高速(华容新太垸段可能路面高程不够需加高),华容经石矶山修堤至南山,再从凤山头建桥进胡子口隔堤,加宽胡子口隔堤和大通湖北大堤(这段堤长约60 km)堤加宽30~50 m(兼为救生大道路的交通和救生平台),再从北大堤东头建桥过草尾河,黄土包河,经严家山,再架桥至青山,再建南洞庭湖大桥从青山至湘阴。

2)南线,长沙至益阳利用长益高速(宁乡段可能需要加高)至沅江,再从赤山架桥到共双茶垸东堤至茶盘洲,接大通湖北堤。

7.7.5 优点

1)救生大道基本沿洞庭湖确保垸和湖泊、蓄洪区分界线。

2)救生道路贴近风险区,可快速有效达到救生地。

3)救生道路可与旅游观光大道结合。

8 科学利用水土资源,发展生态经济

8.1 进一步明确洞庭湖区经济发展目标和布局

洞庭湖历史上多洪水灾害。新中国成立以来,也有2/3的年份有洪灾。三峡水库建成运行15年来,还出现了2016年、2017年、2020年洪水威胁,若重现1954年、1870年、1998年特大洪水,溃垸危险仍然很大。洞庭湖最高洪水位以下的地面,不宜多建房屋和工厂,只宜发展生态经济,最宜发展水生经济。工业和城镇只宜建在环洞庭湖的丘陵地带,在洞庭湖平原区内十分必要的建筑物,也只宜沿堤筑台。目前这方面的认识不深刻,有些工业企业已进入垸内。在新的发展格局中首先需对洞庭湖3.5万km2的(包括环湖丘陵)国土有个顶层规划,丘陵区以发展企业为主,堤垸以种养为主。

8.2 洞庭湖区耕地利用方式和生产结构需调整和改革

洞庭湖区的土地利用方式,在1972年以前主要是种水稻,1980年停止围垦,垸内主要工程为开渠、建电泵排水,扩大稻田,近年兴种蔬菜、养龙虾、河蟹等,最近推广稻虾套种,还有些新的新品种出现。各垸这种主动改革,有成功的,也有些需及时叫停。水稻耕地和商品粮基地应保持原规模,或者还应扩大。在蓄洪区和在特大洪水时必需分泄洪水的小垸,宜以养鱼为主,还有很多低洼地,应退田还湖,蓄水和养鱼,棉花地应减少。乡村的新发展规划应合理利用土地。单退垸的利用方式急需调整,现在单退垸人员房屋没有完全退出,不安全,种植质量差,产量低。当地干群认为以彻底退出为好,集中经营,统一管理,最宜改为水产养殖。遵照习近平总书记藏粮于地的指示,洞庭湖区耕地应利用冬春洪涝灾害少的条件,扩大春土豆生产。若规划种土豆500万亩,可产商品粮150亿kg,能解决北方小麦旱灾和南方洪灾减产的情况下补充粮食不足。近年农田化肥和农药使用过量,水污染严重。据大通湖、华容东湖调查,农田入湖水质为Ⅲ类,湖泊水质肯定为Ⅴ类。不减少化肥农药,生态难优,河长制难落实,应奖励推广用农家肥,少用化肥,需制定颁布农田科学用化肥农药的法规。

8.3 保护内湖蓄水容量,综合利用内湖资源

在1965年电排建设歼灭战之前,洞庭湖垸内内湖面积300余万亩(2 000 km2),约占垸内总面积的20%。电排歼灭战和园田化建设后,内湖面积约150万亩,调蓄容量约15亿m3。主要功能蓄纳渍水,减少涝灾,储水灌田和保障垸内乡村冬季用水,实践证明内湖的面积不能减少,蓄渍容量不能减少。根据近年蓄渍抗旱的需要看,应恢复到1969年前的内湖面积和容量。近年普遍利用内湖养鱼,如益阳大通湖、华容东湖、安乡珊珀湖变成养鱼场,使湖水污染严重。当前急需清除内湖污物,恢复优良水质。有些地方为了种草除污,控制内湖蓄渍,不能为了种水草,限制蓄水。内湖综合利用不能妨碍防涝和抗旱,如西洞庭湖区要求挖深内湖,扩大蓄渍抗旱能力,已污染的内湖应通过挖湖抬田和种植植物除污,植物生长过程是分解污物的最好措施。根据1969年开渠的经验,挖湖泥筑堤修路或抬田,结合种草种树。草可养鱼,树成材,还美化环境。

8.4 科学利用湖洲芦草资源

洞庭湖区有芦苇地约100万亩,草洲地约100万亩。湖草地是野生动物的天堂,是湖区人民的乐园。近年芦苇无人买,湖草无人砍,湖洲生产需研究新方式。有些单位和企业在研究做芦荀,培芦菌,但没有上生产规模。芦苇和洲草利用需创造新用途,各地试验已有些新技术:

1)芦苇脱胶新技术。不用碱水脱胶将芦苇做成包装箱和建材板,既解决芦苇用途,又可解决减少化纤袋生产后产生的包装箱和化纤板短缺。

2)湖洲草料利用新技术。许多外地群众和专家到洞庭湖参观时都发问,这么好的草原,为什么不放牧?其实他们不知道南方血吸虫病的厉害。为防血吸虫病,禁止湖洲敞放牛羊。据血防部门专家研究,牛羊不上洲,在垸内办养殖场圈养是可行的,将湖草收割到垸内,新鲜草直接喂牛羊,老草晒干打碎成粉拌其他细料成混合饲料,圈养牛羊成规模产业。湿地有丰富药材,民间说芦荀是洞庭湖人参,黎头草是洞庭湖的虫草,药效很高,应人工培植,成规模产业。

8.5 大力发展湖泊大水面养鱼

洞庭湖4 000 km2天然水域,淡水年径流量达2 600多亿m3,是中国淡水养鱼最优越的自然环境。据传说长江流域20世纪50年代,长江鱼3—5月进洞庭湖,吃饱养肥,九九重阳再回长江。怎样使好水好草养好鱼,怎样养鱼挣来钱?要研究分析新办法。根据农业、生态、林草三部联合发布的“关于推进大水面生态养渔业发展的指导意见”,研究新的养鱼获鱼办法:

1)优化河坝调度,恢复四大家鱼回游路。不需一年365天全敞,只需在鱼上游产卵期和下游回湖期数日敞开自然通道。

2)坚决贯彻“十年禁渔”,继续收缴乱捕、乱捞、电击、炸药等野蛮捕鱼工具和船只,惩戒乱捕人员。

3)严格控制化肥投放。培育草料和用有机肥生养的蚯蚓等无害鱼饲料。

4)制订定点定线钓鱼获鱼办法和管理法规。任何钓鱼、捕鱼都应在监控和管理下进行,发展新钓鱼产业。

8.6 目前养鱼的方式、存在的问题及解决的措施

1)野生野养方式。这种方式鱼苗产于天然环境,鱼生长也是在天然河道湖泊。如长江流域20世纪50年代天然水面野生鱼,由于无人为破坏和没有过度捕捞,年产量达6.5亿多kg,这种方式已严重衰退,原因是建坝拦断了青草鲢鳙四大家鱼产卵通道及过度捕捞。当前采取10年禁渔,禁拖网、丝网、迷魂阵、电炸、药毒等野蛮捕杀,将会恢复野生渔业的发展,但根据当前实际情况看,还需恢复两种生态条件:一是恢复四大家鱼洄游产卵通道;二是恢复洲滩生态面积。因三峡水库10月过多储水,长江干流及洞庭湖10月水位下降,严重减少河道水流漫滩天数,使野生鱼食草食虾时间和场地减少,需要引水灌溉湿地和恢复湿地生态环境。

2)人放野养方式。人工培养鱼苗,投入池塘、水库和内湖养殖。古代乡村池塘养鱼都是这种方式,从前没有人工投入化肥、人畜屎尿等有害有毒饵料情况下,没有破坏大水体,对环境没有危害。据调查,东江水库过去没有银鱼,因银鱼要求水体清洁。没有人工投饵料,发展很快,已成银鱼基地。铁山水库前几年养鱼,没有投放化肥及人畜屎尿等有毒物,仅利用库中水草和上游来水中的轻度肥水,年产鱼达15万kg。千岛湖水库也在发展生态养鱼。湖南省池塘、水库、内湖面积很广,科学利用这些淡水体养鱼,是发展淡水养鱼的重要措施。做好禁投化肥等有害饲料,以不弄脏天然大水体为原则,还应鼓励塘库投草料养鱼。

3)人放精养方式。人放精养方式主要是指鱼苗培养。所有的大水体养鱼,必须先培育出鱼苗,从鱼苗培养成几两或一两斤重,必需用精饲料。据调查,精养鱼池由于过多投放饵料,甚至投放化肥和发酵乳化后的人畜屎尿较多,土壤和水体严重污染。解决措施是改变投料品种,不投化肥和高浓肥屎料,投无毒的饵料,如蚯蚓、豆饼、草饼。精养鱼池用过的水要精处理,用过的土壤要定期轮作种草或挖出堆丘种树,通过种草种树,依靠植物生长过程化解有害物。

人放精养方式还有网箱养鱼。近几年的网箱养鱼产生的严重问题,是大量投放化肥等饵料。网箱养鱼在不影响行洪,不影响航运,不弄脏水的条件下,还应考虑科学使用。

8.7 扩大部分天然湖泊水域和堤垸的蓄水经营

东、南洞庭湖被泥沙淤积成洲以后,冬季水面仅400 km2。很多群众和领导到了洞庭湖见不到“浩浩荡荡、横无涯际”,都认为洞庭湖被围垦了。希望恢复“洞庭天下水”,当然不单为形象,对生态而言,东、南、西洞庭湖冬季水面积大,对行洪,对航运,对生态,对鱼鸟的生栖都有利。为使东、南、西洞庭湖冬季水面积恢复到1 000 km2,建议结合修堤筑台和采砂、挖深部分天然湖泊。近10年采砂约22亿t,东洞庭湖从岳阳港至湘阴深水区扩大约150 km2。若今后用挖泥船取土挖砂300亿m3,不仅加固了大堤,获得数万亿收入,洞庭湖冬季深水面积达1 000 km2,而且为长江多储备抗旱水源300亿m3,相当于三峡水库的抗旱水源。还建议将中洲垸、团洲垸、采桑湖垸移民上丘上台,改为蓄水养殖为主。只改变种养方式,不是废垸还湖,不减少耕地,也不减少粮食产量,还可多生产水产品,增加安全性,这样洞庭湖冬季水面达1 000~1 200 km2,今后春夏秋冬都可见到洞庭湖烟波浩渺。天然湖泊水面积恢复不需拦河筑坝,不影响行洪,不影响排涝,还可改善航运,改善生态。只需因地制宜,恢复原有地势地形,分块储水,再恢复原有引水进水道路,再从上游引水灌溉就能成功恢复水面,当年实施,当年发挥效益。

9 发展旅游,弘扬洞庭湖文化

9.1 洞庭湖自然环境优美、物产丰富、精神文化先进

洞庭湖令人向往,因为洞庭湖有优美的自然环境,丰富的物产,和先进的文化与精神文明。

9.1.1 洞庭湖自然环境优美

洞庭湖“衔远山,吞长江”。多年平均径流量2 600多亿m3,水量充足,为鄱阳湖的3倍,为太湖的10倍。洞庭湖位于亚热带,春夏秋冬四季分明。春天,景明气和,岸芷汀兰,郁郁葱葱。万里堤岸渠旁,杨柳嫩绿,满湖生气渤渤,令人心旷神贻。夏天水色一天,横无涯际,浩浩荡荡,不是海洋,胜似海洋,呈现出容纳千山万水、消除江险之博大胸怀。秋季万里稻熟,天下一遍金黄,千里湖泊湿地芦橙草绿,呈现出“湖广熟,天下足”五谷丰登之豪情。冬季,白雪铺地,雪光耀眼,接天白色之中,镶嵌着星星点点小村庄,人们沉静在安乐之中。洞庭湖虽然处在荆江的南岸,俗语“万里长江险在荆江”,而洞庭湖经过湖泊人民千秋万代的辛劳,依靠自然,利用自然,克服灾患,创造人间美境。世界四大河流从上游高山进入下游平原部位都有湖泊相衔接。从当前的生态环境看,洞庭湖最美,最有益于人类。亚马逊河洪水过于凶猛,它的多年平均流量达13万m3/s,每年当洪水泛滥,下游几乎没有人的立足之地,那里的居民还靠木船和鱼槎谋生。尼罗河虽然上游有广阔的森林,而它的年径流量比长江的年径流量小很多,它的中下游是世界最大的沙漠地带,缺水,干旱十分严重。密西西比河年径流量与长江相似,气候也相似,它有黄石公园,人居较少,其自然环境保留较好,而它不像长江和洞庭湖那样生产和文化发达。随着三峡水库优化调度,洞庭湖的环境会更加美好。

9.1.2 洞庭湖资源和物产丰富

洞庭湖水资源丰富,可利用水量约800多亿m3,现在平均年开发利用水量仅400亿m3,尚有400多亿m3开发潜力。洞庭湖淤土资源丰富,据初步调查勘测,洞庭湖肥土淤积量约2 000亿m3。淤土肥沃,垸民说洞庭湖淤泥是“五金六银七钢八铁”,形容洞庭湖淤泥似金银可贵。洞庭湖砂石储藏量约1 500亿t,砂质优良,特别是湘江流域的石英砂,为世界上最优质的砂石料,全世界的高层建筑和重要建筑都在用湘江和东洞庭湖砂石,洞庭湖砂石料相当于国家的一个大金矿和一个大油田。

9.1.3 洞庭湖文化古迹和精神文明为世人歌颂

有史以来,洞庭湖人民利用优良的自然条件发展生产,创造出许多世界顶尖级的物质文化和精神文明。澧县城头山的水稻栽培古迹,说明洞庭湖区是世界上最早开始栽培水稻的地区,将中国的五千年文明史提前到八千年;屈原是世界最早四大诗人之一,“楚辞”歌颂了洞庭湖人民的爱国热情,也突出了中华民族的爱国思想;范仲淹的“岳阳楼记”唱出了洞庭湖的盛状,更突出了中国人“先忧后乐”的崇高品德;左宗堂带领湖湘精英和洞庭湖的生产技术,生产工具入新疆,保卫祖国边境安宁;王震将军带领湘军建设新疆八一军垦农场,是当代湖南人民支援祖国边疆的新体现。洞庭湖是红色文化的集中地,毛主席秋收起义是中国共产党最早的武装革命,毛主席写“湖南农民运动考查报告”,先到湘潭和洞庭湖各地调查,“三大纪律八项注意”都吸收了洞庭湖人民的思想,彭德怀元帅参军前曾在湘阴修过堤,洞庭湖区文化遗产很多,有岳阳楼,有屈子祠,有慈母塔,乌龙塔,镇江塔,凌云塔……。

9.2 沿大堤修建观湖和旅游带

湖南有两个世界瑰宝,一个是张家界的石林奇景,一个是洞庭湖洪水和湿地草原。洞庭湖的3 800 km2沿湖沿河防洪大堤,既是防洪保安的钢铁长城,又是观湖的最佳地带。环湖交通公路,环湖观湖台与大堤结合优点很多,堤防基宽,堤身结实,对防洪有利,旅游路台与大堤结合,靠近河湖,方便而且观景效果最好,特别是沿东洞庭湖的君山垸大堤,钱粮湖垸大堤,大通湖的新洲垸,幸福垸,隆西垸的大堤,大通湖的北大堤,最适合大堤与观湖交通公路相结合。长沙潇湘大堤和潇湘大道结合,已做出了榜样。潇湘大堤宽厚结实,堤内交通宽阔,堤外有江景,防浪林风景相依,是长沙市民和外来游客最喜爱休闲观景的场所。大堤与景观路台结合是建设洞庭湖湿地公园的最好措施,若不能取洲土修堤,洞庭湖湿地公园难以建成。

9.3 恢复和增建观湖楼台,弘扬洞庭湖文化

9.3.1 修缮和增建楼台及旅游场所

1)修缮岳阳楼,将从南湖出口至七里山沿湖边岸扩建为百里滨湖公园和岳阳观湖带。

2)修缮君山景观,并建君山楼阁。

3)在扁山建洞庭楼和观洞庭公园。

4)修建鹿角塔和观江豚公园。

5)修复磊石屈原楼阁和龙舟竞赛公园。

6)修建青山塔。

7)修建赤山楼阁。

8)修建大通湖观湖楼。

9)益阳新建桃花江公园。

10)常德新建桃花源。

9.3.2 弘扬文化措施

1)学习和解读楚辞,岳阳楼记,柳毅传书,桃花源记等诗词、小说。

2)著近代新书,例如整修南洞庭湖,整修西洞庭湖,洞庭渔歌,八百里洞庭美如画,月亮岛笑声,秦始皇到洞庭,正德皇帝与躲风亭,姑嫂树,子母城,陀杆洲,八官崇孝,蒿子港,茅草街。

3)大力弘扬“先忧后乐”精神,宣传雷锋精神及近年部队牺牲的战斗英雄事迹,以及1998年等抗洪抢险牺牲精神。宣传洞庭湖人民为建设商品粮基地、保护洞庭湖的大公无私精神。

4)大力宣传“桃花源”精神,弘扬洞庭湖人民爱自然、和谐,保护生态,创造人间优美生活环境精神。

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