(湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院，湖南 長沙 410007)

1 研究背景

洞庭湖位于湖南省北部、長江干流中游河段的南岸。由于長江和洞庭湖水位流量關(guān)系的變化，洞庭湖經(jīng)歷了由小變大、又由大變小的演變過程，現(xiàn)狀洞庭湖河湖水系復(fù)雜，北納松滋、太平、藕池和調(diào)弦四口，南接湘水、資水、沅水和澧水，以及環(huán)湖直接入湖支流，洞庭湖湖泊由東洞庭湖、南洞庭湖和西洞庭湖(含目平湖和七里湖)組成，湖泊總面積2 625 km2。

為滿足洞庭湖的水利工程建設(shè)、綜合治理以及保護和開發(fā)的需要，在歷次和洞庭湖相關(guān)的規(guī)劃設(shè)計中揚子江水利委員會、湖南省水利水電勘測設(shè)計院、湖南省洞庭湖水利工程局、長江水利委員會等單位均提出并定義了洞庭湖區(qū)的概念[1-6]。各單位確定洞庭湖區(qū)范圍北線的邊界為長江干流河段的南岸，而湘資沅澧四水和直接入湖支流邊界確定的依據(jù)和原則包括：①純洞庭湖區(qū)[1]；②水系、交通干線、地形地貌、高程[2-3]；③水系、水文控制站、高程[4]；④行政區(qū)劃[5]等。由于湘資沅澧四水和直接入湖支流邊界確定的依據(jù)和原則及關(guān)注點各不相同，得出的洞庭湖區(qū)的范圍和區(qū)域面積有較大差異，以致劃定的洞庭湖區(qū)面積從5 570 km2到 60 500 km2各不相等。

洞庭湖和洞庭湖區(qū)具有各自的定義和范圍，但二者之間關(guān)系密切。洞庭湖通常指東洞庭湖、南洞庭湖和目平湖、七里湖等水域，而洞庭湖區(qū)則是與洞庭湖具有內(nèi)在聯(lián)系(如水文特性、地形地貌特征)的區(qū)域。深入研究和科學(xué)、合理確定洞庭湖區(qū)的范圍，對于研究洞庭湖區(qū)洪澇旱災(zāi)害、水生態(tài)環(huán)境惡化產(chǎn)生的機理機制，編制洞庭湖區(qū)防災(zāi)減災(zāi)、水生態(tài)水環(huán)境保護、水資源綜合利用和防洪排澇工程總體布局規(guī)劃具有十分重要的意義。該研究基于湘資沅澧四水尾閭水位流量關(guān)系變化特性，以洞庭湖高洪水位對四水尾閭洪水位不帶來頂托影響為判別條件，確定四水尾閭地區(qū)洞庭湖的邊界點為：湘水株洲航電樞紐、資水桃江水文站、沅水桃源水文站和澧水石門水文站。洞庭湖區(qū)范圍為上述邊界點和地面高程50 m控制的區(qū)域。行政區(qū)劃涉及湖南省的岳陽、益陽、常德、長沙、株洲、湘潭6市的37個縣(市、區(qū))和湖北省荊州市的4個縣(市、區(qū))，區(qū)域總面積23 140.75 km2，其中湖南省境內(nèi)19 217.29 km2、湖北省境內(nèi) 3 923.46 km2。

2 洞庭湖區(qū)范圍研究成果及分析

表1 洞庭湖區(qū)范圍研究成果

2.1 洞庭湖區(qū)范圍研究成果

(1)1938年揚子江水利委員會編制的《劃定洞庭湖湖界報告》[1]確定的洞庭湖區(qū)范圍為純洞庭湖區(qū)，即相當(dāng)于現(xiàn)在所說的2 625 km2相對應(yīng)的洞庭湖范圍，本次研究根據(jù)《劃定洞庭湖湖界報告》附圖量算，區(qū)域面積為5 570 km2。

(2)1984年湖南省水利水電勘測設(shè)計院和湖南省洞庭湖水利工程局編制的《湖南省洞庭湖區(qū)近期防洪蓄洪工程初步設(shè)計書》[2]和1985年湖南省水利水電勘測設(shè)計院編制的《長江流域綜合利用修訂補充規(guī)劃報告(洞庭湖區(qū)綜合利用規(guī)劃)》[3](以下簡稱“《補充規(guī)劃》”)確定洞庭湖區(qū)范圍的依據(jù)為：長江荊江河段、京廣和枝柳鐵路、長常桃公路、太陽山-鳳凰山-嘉山和地面高程25～50 m等河流水系、交通干線、地形地貌特點。由此確定的洞庭湖區(qū)總面積18 780 km2，其中湖南152 00 km2，湖北3 580 km2。行政區(qū)劃涉及湖南省6市36縣(市、區(qū))，湖北省范圍內(nèi)資料不詳。

(3)長江水利委員會1997年編制的《洞庭湖區(qū)綜合治理近期規(guī)劃報告》[4]和2015年編制的《洞庭湖區(qū)綜合規(guī)劃報告》[5]確定洞庭湖區(qū)范圍的依據(jù)為：長江荊江河段、湘資沅澧四水尾閭控制站、50 m等高線等河流水系、水文站和地形地貌特點。1997年《洞庭湖區(qū)綜合治理近期規(guī)劃報告》中洞庭湖區(qū)面積仍采用《補充規(guī)劃》成果，即洞庭湖區(qū)總面積為18 780 km2，其中湖南15 200 km2,湖北3 580 km2；2015年《洞庭湖區(qū)綜合規(guī)劃報告》確定的洞庭湖區(qū)范圍沒有調(diào)整，但重新核實了洞庭湖區(qū)面積，洞庭湖區(qū)總面積20 109 km2，其中湖南省16 157 km2，湖北省3 952 km2。行政區(qū)劃涉及湖南省6市36縣(市、區(qū))、湖北省1市4縣(市、區(qū))。

(4)2013年湖南省、湖北省人民政府編制的《洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃》[6]從行政區(qū)劃的角度確定洞庭湖區(qū)的范圍為湖南省岳陽市、常德市、益陽市全境及長沙市望城區(qū)和湖北省荊州市全境，區(qū)域總面積6.05萬km2，其中湖南省境內(nèi)4.64萬km2,湖北省境內(nèi)1.41萬km2。行政區(qū)劃涉及湖南省4市25縣(市、區(qū))、湖北省1市8縣(市、區(qū))。

洞庭湖區(qū)范圍研究成果詳見表1。

2.2 范圍成果分析

2.2.1 《補充規(guī)劃》

(1)定義洞庭湖區(qū)位于長江荊江河段以南，而荊江河段只到洞庭湖出口城陵磯，按照狹義的理解，岳陽市云溪區(qū)、臨湘市不在洞庭湖區(qū)范圍內(nèi)，但從防洪工程的完整性和閉合性考慮，洞庭湖出口以下的長江干堤自岳陽市城區(qū)(東風(fēng)湖、吉家湖)、永濟垸、江南陸城垸至黃蓋湖為連續(xù)的防洪工程，洞庭湖區(qū)范圍可以延續(xù)至江南陸城垸的鐵山嘴(黃蓋湖出口)。

(2)以京廣和枝柳鐵路、長常桃公路等交通干線確定洞庭湖區(qū)范圍，株洲市、湘潭市、長沙市雨花區(qū)都不在洞庭湖區(qū)范圍內(nèi)。而且，益陽市桃江縣、常德市石門縣也不在洞庭湖區(qū)范圍內(nèi)。

2.2.2 《洞庭湖區(qū)綜合治理近期規(guī)劃》和《洞庭湖區(qū)綜合規(guī)劃》

(1)定義洞庭湖區(qū)位于長江荊江河段以南，而荊江河段只到洞庭湖出口城陵磯，按照狹義的理解，岳陽市云溪區(qū)、臨湘市不在洞庭湖區(qū)范圍內(nèi)，但從防洪工程的完整性和閉合性考慮，洞庭湖出口以下的長江干堤自岳陽市城區(qū)(東風(fēng)湖、吉家湖)、永濟垸、江南陸城垸至黃蓋湖為連續(xù)的防洪工程，洞庭湖區(qū)范圍可以延續(xù)至江南陸城垸的鐵山嘴(黃蓋湖出口)。

(2)和前述的其他成果相比，增加了“四水尾閭控制站以下”這個條件，湘水尾閭控制站為湘潭水文站。若以湘潭水文站為界確定洞庭湖區(qū)范圍，則株洲市全部、湘潭市的湘潭縣都不在洞庭湖區(qū)范圍內(nèi)。

(3)1997年《洞庭湖區(qū)綜合治理近期規(guī)劃》與1985年《補充規(guī)劃》相比，兩者定義的洞庭湖區(qū)范圍有較大的區(qū)別，但洞庭湖區(qū)范圍面積相同(2015年《洞庭湖區(qū)綜合規(guī)劃》中對該面積重新進行了量算，成果見表1)。

(4)和前述的其他成果相比，增加了“50 m高程以下區(qū)域”這個條件，使洞庭湖區(qū)區(qū)域范圍更加明確，量化程度更高。

2.2.3 《洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃》

2013年《洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃》中洞庭湖區(qū)的范圍結(jié)合“長株潭兩型社會建設(shè)試驗區(qū)”、“大湘西武陵山經(jīng)濟協(xié)作區(qū)”和“湘南地區(qū)國家級承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)”等區(qū)域性規(guī)劃的范圍確定，包括湖南省岳陽市、常德市、益陽市全境及長沙市望城區(qū)和湖北省荊州市全境，規(guī)劃范圍是從行政區(qū)劃角度出發(fā)，而不是從洞庭湖及洞庭湖區(qū)的自然屬性考慮。

3 四水入湖河段水位流量關(guān)系變化特性

為盡可能反映天然洪水下的四水入湖河段水位流量關(guān)系，消除航電梯級運行造成的水位頂托對水位流量關(guān)系的干擾，本文在考慮實測資料時間一致性的同時，選取四水主要控制站在1998年洞庭湖洪水后至控制站不受到下游水利工程運行影響時段的水位流量資料，研究四水入湖河段水位流量關(guān)系變化特性。

3.1 湘水入湖河段水文特性

3.1.1 控制站水位流量曲線

圖1 湘水尾閭水位流量關(guān)系

湘水永州以上為上游、永州至衡陽為中游、衡陽以下為下游，濠河口為湘水河口，湘水至此即進入洞庭湖。湘水下游有衡山、株洲和湘潭等水文站。為了消除株洲航電樞紐和長沙綜合樞紐的影響，點繪衡山1998～2004年(下游株洲航電2005年蓄水)、株洲1998～2010年(下游湘江長沙樞紐2010年蓄水)、湘潭1998～2010年(下游湘江長沙樞紐2010年蓄水)水位流量關(guān)系曲線，成果見圖1。從衡山、株洲、湘潭水文站水位流量相關(guān)分析可以看出：① 從上至下各水文站水位流量相關(guān)性降低，衡山站相關(guān)系數(shù)為 0.994 1，株洲站相關(guān)系數(shù)為 0.888 6，湘潭站相關(guān)系數(shù)為 0.749 0；② 衡山站水位流量關(guān)系近似為單一線，水位流量關(guān)系的變化已基本不受下游水位的頂托影響。

3.1.2 洞庭湖區(qū)對湘水頂托影響程度判別

根據(jù)前述分析研究，洞庭湖區(qū)洪水對湘水的頂托影響范圍在湘潭、株洲以上，到衡山頂托影響基本消除。從受洞庭湖區(qū)頂托影響確定洞庭湖區(qū)范圍的角度，洞庭湖區(qū)在湘水的范圍可以確定在衡山水文站，但考慮到衡山水文站下游已建有株洲航電樞紐，航電樞紐的運行部分改變了河道的水文特性，所以確定株洲航電樞紐為洞庭湖區(qū)在湘水的范圍。

3.2 資水入湖河段水文特性

3.2.1 控制站水位流量曲線

資水小廟頭以上為上游、小廟頭至桃江馬跡塘為中游、馬跡塘以下為下游，甘港口為資水河口，資水至此即進入洞庭湖。資水下游有桃江、益陽等水文站?？紤]到桃江水文站的站址移動和益陽水文站的資料系列情況，點繪桃江1998～2004年(2005年站址移動)、益陽1998～2010年(2010年后不再觀測流量)水位流量關(guān)系曲線，成果見圖2。從資水桃江、益陽水文站水位流量相關(guān)分析可以看出：① 從上至下各水文站水位流量相關(guān)性降低，桃江站相關(guān)系數(shù)為 0.984 5，益陽站相關(guān)系數(shù)為 0.604 1；② 桃江站水位流量關(guān)系近似為單一線，水位流量關(guān)系的變化已基本不受下游水位的頂托影響。

圖2 資水尾閭水位流量關(guān)系

圖3 沅水尾閭水位流量關(guān)系

3.2.2 洞庭湖區(qū)對資水頂托影響程度判別

根據(jù)前述分析研究，洞庭湖區(qū)洪水對資水的頂托影響范圍在桃江站已基本消除。從是否受洞庭湖區(qū)水位頂托影響來確定洞庭湖區(qū)范圍的角度考慮，洞庭湖區(qū)在資水的范圍即在桃江水文站。

3.3 沅水入湖河段水文特性

3.3.1 控制站水位流量曲線

沅水黔城以上為上游、黔城至沅陵為中游、沅陵以下為下游，常德德山為沅水河口，沅水至此即進入洞庭湖。沅水下游有桃源、常德等水文站。根據(jù)兩站資料情況，點繪桃源1998～2012年、常德2000～2012年(該站2000后開始觀測流量)水位流量關(guān)系曲線，成果見圖3。從沅水桃源、常德水文站水位流量相關(guān)分析可以看出：① 從上至下各水文站水位流量相關(guān)性降低，桃源站相關(guān)系數(shù)為 0.970 1，常德站相關(guān)系數(shù)為 0.932 7；② 桃源站水位流量關(guān)系近似為單一線，水位流量關(guān)系的變化已基本不受下游水位的頂托影響。

3.3.2 洞庭湖區(qū)對沅水頂托影響程度判別

根據(jù)上述分析研究，洞庭湖區(qū)洪水對沅水的頂托影響范圍在桃源站已基本消除。從是否受洞庭湖區(qū)水位頂托影響來確定洞庭湖區(qū)范圍的角度考慮，洞庭湖區(qū)在沅水的范圍即在桃源水文站。

3.4 澧水入湖河段水文特性

3.4.1 控制站水位流量曲線

澧水桑植以上為上游、桑植至石門為中游、石門以下為下游，津市為澧水河口，澧水至此即進入洞庭湖。澧水下游有石門、津市等水文站。點繪石門、津市水文站1998～2012年水位流量關(guān)系曲線，成果見圖4。從澧水石門、津市水文站水位流量相關(guān)分析可以看出：① 從上至下各水文站水位流量相關(guān)性降低，石門站相關(guān)系數(shù)為 0.988 6，津市站相關(guān)系數(shù)為0.729 3；② 石門站水位流量關(guān)系近似為單一線，水位流量關(guān)系的變化已基本不受下游水位的頂托影響。

圖4 澧水尾閭水位流量關(guān)系

3.4.2 洞庭湖區(qū)對澧水頂托影響程度判別

根據(jù)上述分析研究，洞庭湖區(qū)洪水對澧水的頂托影響范圍在石門站已基本消除。從是否受洞庭湖區(qū)水位頂托影響來確定洞庭湖區(qū)范圍的角度考慮，洞庭湖區(qū)在澧水的范圍即在石門水文站。

4 洞庭湖區(qū)范圍的確定

4.1 洞庭湖區(qū)范圍的確定原則

洞庭湖位于湖南省北部、長江干流南岸。長江干流枝城至城陵磯河段稱為荊江，分泄長江水流進入洞庭湖的四口和洞庭湖水流注入長江的出口都位于該河段內(nèi)，但洞庭湖區(qū)的岳陽市云溪區(qū)、臨湘市在洞庭湖出口城陵磯以下而不在荊江河段以南。

為科學(xué)、合理確定洞庭湖區(qū)在四水尾閭地區(qū)的范圍，本文在分析研究四水尾閭水位流量關(guān)系變化特性的基礎(chǔ)上，以高洪水位情況下洞庭湖區(qū)洪水不對四水尾閭洪水產(chǎn)生明顯頂托作為條件確定洞庭湖區(qū)在四水尾閭的范圍。

4.2 洞庭湖區(qū)范圍

根據(jù)前述的分析，確定洞庭湖區(qū)范圍為：長江干流河段以南、湘水株洲航電樞紐以下、資水桃江水文站以下、沅水桃源站以下、澧水石門站以下、地面高程在50 m(56黃海高程)以下跨湘、鄂兩省的平原、湖泊水網(wǎng)地區(qū)。

4.3 洞庭湖區(qū)行政區(qū)劃和總面積

按照上述確定洞庭湖區(qū)的范圍，采用DEM數(shù)據(jù)、1990年版1 ∶50 000地形圖和《中國分省系列地圖冊(湖南省地圖冊)、(湖北省地圖冊)》，洞庭湖區(qū)行政區(qū)劃主要涉及湖南省的岳陽、益陽、常德、長沙、株洲、湘潭6市的37個縣(市、區(qū))和湖北省荊州市的4個縣(市、區(qū))，區(qū)域總面積23 140.75 km2，其中湖南省境內(nèi)19 217.29 km2(占83.05%)，湖北省境內(nèi) 3 923.46 km2(占16.95%)。另外還局部涉及到湖南省岳陽市的平江縣、常德市的石門縣、長沙市的瀏陽市、株洲市的醴陵市、湘潭市的韶山市、湘鄉(xiāng)市等5市6縣(市、區(qū))和湖北省宜昌市的枝江市，相應(yīng)區(qū)域總面積 265.41 km2(詳見表2)。

5 結(jié)論與建議

洞庭湖北納松滋、太平、藕池和調(diào)弦四口，南接湘水、資水、沅水和澧水四水，還接納汨羅江、新墻河等環(huán)湖支流直接入湖。全湖區(qū)河流水系密布，水位流量關(guān)系復(fù)雜。為滿足洞庭湖的水利工程建設(shè)、綜合治理以及保護和開發(fā)的需要，在歷次和洞庭湖相

表2 洞庭湖區(qū)涉及行政區(qū)劃

注：表中備注欄中項目為行政區(qū)劃涉及到該次劃分的洞庭湖區(qū)范圍但湖區(qū)面積相對較小的市縣，括號內(nèi)為其面積，單位km2。

關(guān)的規(guī)劃設(shè)計中不同的單位均提出并定義了洞庭湖區(qū)的概念，但由于各自的側(cè)重點和關(guān)注點不同，分別以河流水系、交通干線、地形地貌、地面高程、水文控制站、行政區(qū)劃等因素來確定湘資沅澧四水和直接入湖支流邊界點，得出的洞庭湖區(qū)的范圍和區(qū)域面積有較大差異。

本文從湘資沅澧四水尾閭水位流量關(guān)系變化特性的角度出發(fā)，以洞庭湖高洪水位對四水尾閭洪水位不帶來頂托影響為判別條件確定四水尾閭洞庭湖區(qū)的邊界點為：湘水株洲航電樞紐、資水桃江水文站、沅水桃源水文站和澧水石門水文站。洞庭湖區(qū)范圍為上述邊界點和地面高程50 m控制的區(qū)域，區(qū)域總面積23 162.14 km2，其中湖南省境內(nèi)19 217.29 km2(占82.97%)，湖北省境內(nèi)3 944.85 km2(占17.03%)。行政區(qū)劃涉及湖南省的岳陽、益陽、常德、長沙、株洲、湘潭6市的37個縣(市、區(qū))和湖北省荊州市的4個縣(市、區(qū))。

洞庭湖的范圍比較明確，全盛時期面積達到近6 000 km2，現(xiàn)有面積2 625 km2，即現(xiàn)在的東洞庭湖、南洞庭湖和西洞庭湖(包括目平湖、七里湖)。洞庭湖區(qū)的范圍和區(qū)域面積則由于不同部門和單位的關(guān)注點不同而出現(xiàn)較大差異。目前國內(nèi)外除鄱陽湖區(qū)的范圍采用防洪控制水位確定(即鄱陽湖區(qū)范圍為湖口水文站防洪控制水位22.50 m所影響的鄱陽湖區(qū))外[7]，還沒有發(fā)現(xiàn)類似湖區(qū)范圍確定方法的研究成果。該研究僅從水利部門的角度出發(fā)，根據(jù)洞庭湖的水文特性確定洞庭湖區(qū)的范圍。洞庭湖區(qū)范圍的正確定義和確定是一個綜合性的命題，牽涉到水利、農(nóng)業(yè)、氣象、經(jīng)濟和社會管理等眾多學(xué)科，就需要聯(lián)合多部門開展基礎(chǔ)性研究，為科學(xué)合理確定湖區(qū)范圍提供依據(jù)。