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2025 , Vol. 23 >Issue 4: 668 - 678

DOI: https://doi.org/10.13248/j.cnki.wetlandsci.20250021

湿地水文

近60年西洞庭湖生态水位研究

  • 曹艳敏 , 1 ,
  • 王崇宇 2 ,
  • 裴烜铭 1 ,
  • 冯萱 1 ,
  • 杨怡 1
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曹艳敏（1983—），女，河北省张家口人，博士，讲师，从事水文方面的研究。 E-mail:

收稿日期: 2025-01-20

  修回日期: 2025-04-28

  网络出版日期: 2026-03-12

版权

版权所有©《湿地科学》编辑部2025
曹艳敏, 王崇宇, 裴烜铭, 等. 近60年西洞庭湖生态水位研究[J]. 湿地科学, 2025, 23(4): 668-678 [Cao Y M, Wang C Y, Pei X M, et al. Ecological water level of West Dongting Lake in the past 60 years. Wetland Science, 2025, 23(4): 668-678
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Ecological water level of West Dongting Lake in the past 60 years

  • Cao Yanmin , 1 ,
  • Wang Chongyu 2 ,
  • Pei Xuanming 1 ,
  • Feng Xuan 1 ,
  • Yang Yi 1
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Received date: 2025-01-20

  Revised date: 2025-04-28

  Online published: 2026-03-12

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Copyright ©2025 Wetland Science. All rights reserved.
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摘要

生态水位是判断湖泊健康的重要指标，西洞庭湖是洞庭湖生态体系的重要组成部分。为了科学识别西洞庭湖生态水位演变特征及影响因素，本研究收集石龟山、牛鼻滩、小河咀和南咀4个水文站近60 a的逐日水位数据，采用IHA-RVA法和年内展布法，计算了生态水位及其保障率，对高、低水位发生时间和历时进行了分析。研究结果表明，受澧水和沅水梯级建设的影响，石龟山站、牛鼻滩站水位突变时间分别为1985年和1992年；小河咀站、南咀站水位突变时间为2003年。4个水文站适宜生态水位、最小生态水位年保障率均呈下降趋势，其中澧水尾闾的石龟山站下降最显著，适宜生态水位保障率由47.21%下降到28.32%，最小生态水位保障率由78.50%下降到48.78%。石龟山站和沅水尾闾的牛鼻滩站的高水位发生时间推后，历时缩短，低水位发生时间提前，历时增长；南咀站和小河咀站低水位发生时间提前，历时增长，高水位发生时间推后，历时缩短。本研究对西洞庭湖生态水位保障度及历时的变化特征开展分析，可以为西洞庭湖生态系统健康评估和生物多样性研究提供参考。

本文引用格式

曹艳敏 , 王崇宇 , 裴烜铭 , 冯萱 , 杨怡 . 近60年西洞庭湖生态水位研究[J]. 湿地科学, 2025 , 23(4) : 668 -678 . DOI: 10.13248/j.cnki.wetlandsci.20250021

Abstract

The ecological water level serves as a crucial indicator for assessing the health of lakes. Xidongting Lake is a significant component of the Dongting Lake ecosystem. To scientifically identify the evolutionary characteristics and influencing factors of the ecological water level in Xidongting Lake, this study collected daily water level data from four hydrological stations: Shiguishan, Niubitan, Xiaohekou, and Nanchu, spanning over the past 60 years. The IHA-RVA method and intra-annual distribution method were employed to calculate both the ecological water level and its guarantee rate; additionally, an analysis was conducted on the occurrence time and duration of high and low water levels. The research findings indicate that due to the construction of cascade hydropower stations along the Li River and Yuan River, abrupt changes in water levels at Shiguishan Station occurred in 1985, while those at Niubitan Station were noted in 1992. Furthermore, abrupt changes in water levels at Xiaohekou Station and Nanchu Station were observed in 2003. The annual guarantee rates for both the suitable ecological water level and the minimum ecological water level at the four hydrological stations exhibit a downward trend, with the most pronounced changes observed at the Shiguishan Station located in the lower reaches of the Li River. Specifically, the guarantee rate for the suitable ecological water level has decreased from 47.21% to 28.32%, while that for the minimum ecological water level has declined from 78.50% to 48.78%. At both Shiguishan Station and Niubitan Station in the lower reaches of the Yuan River, there has been a postponement in high water levels along with a reduction in their duration; conversely, low water levels have occurred earlier and persisted longer. Similarly, at Nanju Station and Xiaheju Station, low water levels have also advanced in occurrence time and increased in duration, whereas high water levels have been delayed and shortened in duration. This study examines water levels in West Dongting Lake, as well as identifying changing characteristics associated with these metrics. The findings aim to provide valuable insights for assessing ecosystem health within West Dongting Lake's lake and wetland environments as well as contributing to research on biodiversity within these ecosystems.

湖泊水位的变化与湖泊的动植物系统功能和结构密切相关[1]，是判断湖泊生态系统是否健康的重要指标[2]。湖泊水位与湖泊面积[3]、湖泊纳污能力[4]、湖泊系统动植物功能[5]、湿地功能[6]、草洲或洲滩出露面积[7]等都有关系。影响湖泊水位的因素众多，如气候、径流、泥沙冲淤、地形因素以及人为因素等[8-9]。湖泊水位是一个重要的科学问题，为了方便开展研究，有学者提出了生态水位的概念[9]。生态水位的作用是保障生态系统功能完整，维持生物多样性[10]。目前，关于生态水位的定义很多，从生态系统[11]、生物需求[12]、水环境[13]、水资源利用[14]以及湖泊景观[15]等多个角度提出了不同的定义。生态水位的研究方法有曲线相关法[16]、湖泊形态分析法[17]、生境分析法[18]、物种生境法[18]、历时水位法[19]、面积法[20]等。但是这些方法结果均为单一值，难以提供全面的生态水位信息。有研究认为，生态水位应由水位的范围、产生时间、频率及持续时间等组成[10,15]。研究表明，湖泊生态过程不仅受最低水位影响，还会受到最高水位、水位波动以及持续时间的影响[1,21]。因此，Coops提出了恢复天然水位情势有助于改善湖泊水质和生物多样性的观点[22]。金峰等[11]借助水文变化指标法(IHA-RVA)提出了适宜生态水位的概念，构建包括高、低水位发生时间、历时和水位变化率等在内的生态水位指标体系，并应用于鄱阳湖。
洞庭湖为中国第二大淡水湖[23]，由西、南、东3部分串联形成。西洞庭湖是洞庭湖生态体系的重要组成部分，北有松滋河、虎渡河、澧水注入，南有沅水汇入，均经西洞庭湖调蓄汇入南洞庭湖。在此过程中，4条河流出现相互干扰的现象[23]。目前，对洞庭湖生态水位的研究成果多集中在洞庭湖出口的城陵矶和东洞庭湖区域，关注三峡工程运行对洞庭湖水位的影响[24]。Cheng等[9]利用IHA-RAV法，分析洞庭湖出口城陵矶水文站水位，得出城陵矶1月水位变化较大。董世杰[24]利用IHA-RVA法分析洞庭湖水位，得出三峡工程运行后，洞庭湖水位整体达到中度改变。梁婕[25]、王鸿翔[2]、黄宇云[26]等学者通过不同方法对东洞庭湖生态水位进行了研究，但是结果存在差异。Zou等[8]认为，在2004年后西洞庭湖、南洞庭湖和东洞庭湖多年平均水位受径流和地形变化的影响，均呈下降趋势。王鸿翔[27]得出三峡工程运行后，城陵矶和杨柳潭水文站年平均水位微弱上升，而南咀站年平均水位在下降。以上在东洞庭湖和南洞庭湖的研究结果稍有差异，但是西洞庭湖(南咀站)水位下降的研究结果一致。学者一致认为，2003年三峡工程运行后，已经影响到洞庭湖“荆江三口”[长江中游荆江水流通过松滋口、太平口(虎渡河)、藕池口和调弦口(位于华容河，1959年堵闭)，现为三口称“荆江三口”]的分流分沙，其中包括影响到汇入西洞庭的松滋河和虎渡河[28]。鉴于西洞庭湖有松滋河、虎渡河、澧水和沅水汇入，西洞庭湖水情演变不仅会受到三峡工程的影响，也会受到澧水和沅水开发的影响，这些水利工程对西洞庭湖产生的影响值得研究。西洞庭湖国家级自然保护区于2002年入选国际重要湿地名录，且有研究表明西洞庭湖国际重要湿地景观破碎程度大于南洞庭湖和东洞庭湖[29]。在东、南、西洞庭湖中，西洞庭湖湿地景观破碎程度最大，最小生态水位保障率最低。
湖泊的生态水位包括最小生态水位和适宜生态水位[27]。最小生态水位维持了湖泊及湿地生态系统中各物种生命的基本体征，保证生态系统的健康和基本功能不退化；适宜生态水位维持湖泊及湿地生态系统结构稳定和生物多样性[27]。本研究收集西洞庭湖石龟山、牛鼻滩、南咀和小河咀4个水文站近60 a的水位监测数据，首先确定4个水文站水位的突变时间点，其次分析突变前后西洞庭湖生态水位的变化特征，最后计算西洞庭湖生态水位保障率及历时。研究站点涉及澧水尾闾地区(石龟山站)、沅水尾闾地区(牛鼻滩站)，以及西洞庭湖主要控制站点小河咀站和南咀站，可以识别澧水和沅水流域梯级开发以及三峡工程对西洞庭湖生态水位保障度及历时的影响。分析西洞庭湖生态水位保障度及历时的变化特征，可以为进一步分析西洞庭湖泊和湿地生态系统健康，生态系统生物多样性提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区

西洞庭湖(28°47′N~29°07′N，111°57′E~112°17′E)由目平湖和七里湖组成，目平湖位于沅水、澧水尾闾和松滋河、虎渡河合流的末端；北面有松滋河、虎渡河、澧水注入，南面有沅水自西注入，经过调蓄后北往南咀、南往小河咀注入南洞庭湖[30]；七里湖现有湖泊面积93.9 km2[30]，位于津市以下，由于松滋河来水量大，又常与澧水顶托，淤积速度较快[30]。
石龟山站(29°24′N，112°00′E)位于七里湖、松滋河和澧水交汇处，是控制澧水尾闾入湖的水文站，距南咀站51.8 km。牛鼻滩站(29°01′N，111°51′E)位于沅水尾闾地区，作为沅水入湖的控制站。南咀站(29°04′N，112°17′E)和小河咀站(28°51′N，112°19′E)分别位于西洞庭湖(目平湖)入南洞庭湖的北端和南端。

1.2 研究方法

1.2.1 数据来源

本研究收集石龟山站1959—2020年、牛鼻滩1980—2020年、南咀站1965—2020年、小河咀站1959—2020年逐日水位资料，高程统一采用吴淞高程系统。由于有些水文站建站时间稍晚，统计资料最长为60 a左右。数据由湖南省水利厅提供。

1.2.2 Mann-Kendall突变分析

Mann-Kendall(M-K)检验法是一种非参数统计检验方法，广泛用于水文时间序列分析。计算公式详见文献[27]。本研究采用M-K检验法进行趋势和突变分析。

1.2.3 适宜生态水位计算

Richter等[31]提出水文改变指标法(IHA)，将湖泊、河流水文情势从流量、发生时间、频率、持续时间和变化率等方面分为5组33个参数。变动范围法(RVA)是在水文变化指标(IHA)法的基础上，利用建立的生态水文指标评价河流或湖泊水文改变程度[32]。RVA法计算适宜生态水位的原理是认为湖泊适宜生态水位变动范围不应超过天然可变范围(即RVA阀值)[32]。以突变前RVA阀值的中值，即月均水位发生频率为50%作为适宜生态水位，计算方法详见文献[32]。

1.2.4 最大、最小生态水位计算

年内展布法[33]最初在河道生态需水量中提出并应用，后推广应用到生态水位计算中。年内展布法和IHA-RVA计算生态水位的过程如下：
先计算出多年年平均水位\begin{document}$ \overline{Z} $\end{document}，然后将天然日水位数据输入RVA软件，得到天然状态下各月多年平均RVA的上、下限阀值ZHi、ZLi(RAV法通常以月平均水位发生频率为25%作为RVA阀值上限，以月平均水位发生频率为75%作为RVA阀值下限)，代入公式(2)，得到最大和最小年平均水位\begin{document}$\bar Z_{\max} $\end{document}和\begin{document}$\bar Z_{\min} $\end{document}；将最大和最小年平均水位(\begin{document}$\bar Z_{\max} $\end{document}和\begin{document}$\bar Z_{\min} $\end{document})与多年年平均水位\begin{document}$\bar Z $\end{document}的比值作为同期平均值比η；通过RVA可以求出天然状态下的各月平均水位\begin{document}$\bar Z_{i} $\end{document}，即适宜生态水位，乘以同期平均值比η，利用同等比例的缩放原理公式(4)，计算得到各月的最大、最小生态水位Zmini和Zmaxi。
\begin{document}$ \bar Z = \frac{1}{{12}}\sum\limits_{i = 1}^{12} {\bar {{z_i}} } $\end{document}
\begin{document}$ \overline{Z}_{\text{max}/\min}=\frac{1}{12}\sum\limits_{i=1}^{12}\mathit{z}_{\mathit{\mathit{H{i}}}/Li} $\end{document}
\begin{document}$ \eta = {\bar Z _{{\text{max}}/\min }}/\bar Z $\end{document}
\begin{document}$ {Z_{{\text{ma}}{{\text{x}}_i}/\min }}_i = \bar z {}_{\text{i}} \cdot \eta $\end{document}
式(1)~(4)中，\begin{document}$ \overline{Z} $\end{document}(m)为多年年平均水位；\begin{document}$ \overline{Z}_i $\end{document}(m)为第i个月的多年平均水位；\begin{document}$ \overline{Z}_{\max} $\end{document}(m)为最大年平均水位，\begin{document}$ \overline{Z}_{\min} $\end{document}(m)为最小年平均水位；ZHi(m)为天然状态下各月水位的RVA上限多年平均值；ZLi(m)为天然状态下各月水位RVA下限多年平均值；η为同期均值比；Zmaxi(m)为第i个月的最高生态水位；Zmini为第i个月的最低生态水位。

1.2.5 高、低水位及发生时间、历时计算

(1)高、低水位计算
将天然日水位数据Hi由大到小排列，得到下式：
\begin{document}$ H_i=i/(n+1) $\end{document}
式(5)中，i为秩次；n为日水位Hi的样本个数。以此求得25%和75%保证率下的日水位(m)。参照文献[2]，将频率低于25%的水位定义为高水位；频率高于75%的水位定义为低水位。
(2)高、低水位发生时间
湖泊高水位发生时间指湖泊水位初次上升至高水位阀值的日期(以年积日计算)；低水位发生时间指湖泊水位初次下降至低水位阀值的日期(以年积日计算)[27]。连续7 d的水位平均值达到高/低水位阀值，认为属于高/低水位事件[10]；有研究补充，2个同样的水位事件如果相差小于5 d，是受水位波动影响，可认定为同一水位事件[2]。综合考虑上述2个界定标准，开展高、低水位历时统计。
\begin{document}$\begin{split}&HW{L_{{\mathrm{stim}}}}/LW{L_{{\mathrm{stim}}}} = \min (JD) \text{，} \\&s.t.\frac{1}{7}\sum\limits_{i = JD}^{JD} {DW{L_i}} \geqslant HW{L_{{\mathrm{thr}}}}或s.t.\frac{1}{7}\sum\limits_{i = JD}^{JD} {DW{L_i}} \leqslant LW{L_{{\mathrm{thr}}}}\end{split} $\end{document}
式(6)中，\begin{document}$s.t.\dfrac{1}{7}\displaystyle\sum\limits_{i = JD}^{JD} {DW{L_i}} $\end{document}为连续7 d水位；HWLstim、LWLstim分别为高、低水位发生时间；JD为日期；DWLi为日平均水位；HWLthr、LWLthr分别为高、低水位阀值。
(3)高、低水位历时
水位历时指高、低水位事件持续时间。高/低水位的历时以高/低水位结束日期减去高/低水位开始日期，具体计算公式为：
\begin{document}$ HW{L_{{\mathrm{dur}}}} = HW{L_{{\mathrm{etim}}}} - HW{L_{{\mathrm{stim}}}} $\end{document}
\begin{document}$ LW{L_{{\mathrm{dur}}}} = LW{L_{{\mathrm{etim}}}} - LW{L_{{\mathrm{stim}}}} $\end{document}
\begin{document}$\begin{split}&HW{L_{{\mathrm{etim}}}}/LW{L_{{\mathrm{etim}}}} = \max (JD) \text{，} \\&s.t.\frac{1}{7}\sum\limits_{i = JD}^{JD + 6} {DW{L_i}} \geqslant HW{L_{{\mathrm{thr}}}}或s.t.\frac{1}{7}\sum\limits_{i = JD}^{JD + 6} {DW{L_i}} \leqslant LW{L_{{\mathrm{thr}}}}\end{split} $\end{document}
式(7)~(9)中，HWLdur、LWLdur分别为高、低水位历时(d)；HWLetim、LWLetim分别为高、低水位结束日期(年积日)；HWLstim、LWLstim分别为高水位开始日期(年积日)。

1.2.6 生态水位保障率计算

生态水位保障率以工程作用影响为时间节点，计算时间节点后湖泊实测水位能保障生态水位的天数与年(月)总天数的比值，该值越大表明湖泊生态系统越健康[27]。已有研究推荐以最小生态水位和适宜生态水位[32]进行湖泊生态水位保障度计算，计算公式为：
\begin{document}$ {\alpha _{ij}} = \frac{{{D_{ij}}}}{D} = \frac{{\displaystyle\sum\nolimits_{} {{{\mathrm{sgn}}} ({Z_{ijk}} - {Z_j})} }}{D} $\end{document}
\begin{document}$ \mathrm{sgn}({Z}_{ijk}-{Z}_{j})=\left\{\begin{aligned}&1\qquad {Z}_{ijk}>{Z}_{j}\\&0\qquad {Z}_{ijk}\le {Z}_{j}\end{aligned}\right. $\end{document}
式(10)~(11)中，αij为第i年第j月的生态水位保障率；Dij为第i年第j月生态水位保障天数；D(d)为第i年第j月的总天数；Zijk(m)为第i年第j月第k日的湖泊日水位；Zj(m)为第i年第j月的生态水位。

2 结果与分析

2.1 水位突变和趋势分析

2.1.1 水位突变分析

对各站进行M-K突变分析，澧水控制站石龟山站水位突变时间发生在1985年(表1)。结合澧水流域规划，滟洲电站是澧水梯级开发最末一级，于1976年动工，1980年暂缓，1991年复建[34]，结合梯级开发其他电站的建设情况，确定石龟山站水位突变年份为1985年是合理的。沅水控制站牛鼻滩站水位突变时间发生在1992年和2003年。参考《沅水流域综合规划》(2020年) [35]，五强溪水库为沅水干流关键性大型水利工程，为季调节性水库，对沅水尾闾地区有重要影响，水库于1986年复工建设，1994年建成发电。考虑五强溪水库影响，确定沅水尾闾控制站牛鼻滩站水位突变年份为1992年。小河咀站和南咀站水位突变时间发生在2003年。
1 The timing of abrupt fluctuations in water levels at various hydrological monitoring stations within West Dongting Lake

西洞庭湖各水文站水位突变时间

水文站M-K检验法分析的水位突变时间
石龟山1985年
牛鼻滩1992年、2003年
南咀2003年
小河咀2003年

2.1.2 水位趋势分析

将石龟山站(1959—2020年)、牛鼻滩站(1980—2020年)、南咀站(1965—2020年)、小河咀站(1959—2020年)年平均、汛期(5—10月)、枯水期(11月至次年4月)水位进行整理，4个水文站年平均水位均呈下降趋势，其中受到松滋河影响的石龟山站下降最显著(图1)。石龟山站1959—1984年年平均水位为32.88 m，1985—2020年年平均水位下降至31.86 m。南咀站1965—2002年年平均水位为30.11 m，2003—2008年下降至29.78 m，2009—2020年年平均水位为29.81 m。小河咀站1959—2002年年平均水位为30.02 m，2003—2008年下降至29.68 m，2009—2020年年平均水位为29.73 m。
1 Yearly variation of water level during the average year, flood season and dry season in West Dongting Lake

西洞庭湖年平均、汛期、枯水期的水位变化

汛期(5—10月)，4个水文站水位均随时间呈下降趋势，其中以石龟山下降最明显，斜率为−0.59；小河咀水位下降不显著，斜率为−0.12。石龟山站1959—1984年汛期平均水位为34.03 m，1985—2020年下降至33.21 m。
枯水期(11月至次年4月)，4个水文站水位均随时间呈下降趋势，同样石龟山下降最显著，斜率为−0.9。石龟山站1959—1984年枯水期平均水位为31.72 m，1985—2020年下降至30.52 m。

2.2 生态水位分析

以石龟山站1985年、牛鼻滩站1992年之前的水位数据为基础；南咀站、小河咀站2003年前的水位数据为基础，计算得到最大生态水位、最小生态水位、适宜生态水位(图2)。4个水文站6—8月水位基本处于高水位以上，12月至次年2月处于低水位以下。南咀站、小河咀站分别位于西洞庭湖入南洞庭湖的北端和南端，两站的高、低水位相差不大，且年内生态水位过程也较为一致。
2 Monthly ecological water levels at various hydrological stations in West Dongting Lake

西洞庭湖各水文站逐月生态水位

石龟山站位于松滋河和澧水交汇处，低水位为31.54 m，高水位为34.36 m(图2)。牛鼻滩站受沅水影响，低水位为30.21 m，高水位为32.77 m。南咀站低水位为28.8 m，高水位为31.2 m。小河咀站低水位为28.98 m，高水位为30.86 m。

2.3 年度生态水位保障率

通过年内展布法，得到4个水文站1—12月最小生态水位和适宜生态水位，将逐日水位数据与最小生态水位和适宜生态水位相比，计算得到4个水文站水位的年度保障率(图3)。对各站突变年份前后适宜和最小生态水位保障率进行对比分析。在澧水梯级建设的影响下，澧水尾闾石龟山站适宜生态水位保障率由47.21%下降至28.32%，最小生态水位保障率由78.50%下降到48.78%(表2)。在沅水梯级建设的影响下，沅水尾闾牛鼻滩站适宜生态水位保障率由49.43%下降至45.81%，最小生态水位保障率由86.23%下降到72.53%。可以看出，澧水梯级建设对澧水尾闾适宜生态水位、最小生态水位保障率的影响突出。南咀站和小河咀站在三峡工程运行前的适宜生态水位保障率为48.75%~50.06%，最小生态水位保障率达到75.11%~75.78%。其中，在三峡工程运行前南咀站的最小生态水位保障率(75.78%)，与王鸿翔[27]的结果(82.7%)相近。三峡工程运行后的适宜生态水位保障率为34.36%~50.06%，最小生态水位保障率达到59.27%~63.72%。
3 Annual ecological water level guarantee rate of West Dongting Lake

西洞庭湖逐年生态水位保障率

2 The annual guarantee rate of ecological water level before and after abrupt change at each hydrological station in West Dongting Lake

西洞庭湖各水文站突变前后生态水位年保障率

水文站生态水位指标保障率/%
水位突变前水位突变后
石龟山适宜生态水位保障率47.2128.32
最小生态水位保障率78.5048.78
牛鼻滩适宜生态水位保障率49.4345.81
最小生态水位保障率86.2372.53
南咀适宜生态水位保障率50.0638.20
最小生态水位保障率75.7863.72
小河咀适宜生态水位保障率48.7534.36
最小生态水位保障率75.1159.27

2.4 月平均生态水位保障率

与突变年份前相比，石龟山站1—12月适宜生态水位和最小生态水位保障率均减小(图4)，12月适宜生态水位、最小生态保障率的减小幅度分别为48.84%和52.80%。沅水梯级开发后，与天然情况相比，牛鼻滩站10月适宜生态水位、最小生态保障率的减少幅度分别为30.4%和29.63%。三峡工程运行后，南咀站、小河咀站4—12月适宜生态水位和最小生态水位保障率均减小；1月、3月生态水位保障率增加，其中南咀站1月和3月适宜生态保障率比三峡工程运行前提升23.15%和11.66%。
4 Monthly average ecological water level guarantee degree of West Dongting Lake

西洞庭湖月平均生态水位保障率

因为三峡工程对长江具有“调洪补枯”作用，使得西洞庭湖年内生态保障率发生改变，南咀站和小河咀站4—12月生态水位保障率减小，1—3月生态水位保障率增大。这与王鸿翔[27]对南咀站的研究结果相近，证明了长江中上游的梯级水库在枯水期的调度作用明显。石龟山站和牛鼻滩站以澧水和沅水梯级开发的影响为主，尤其是石龟山站在澧水梯级开发的影响下1—12月适宜生态水位和最小生态水位保障率均大幅度减小。

2.5 高低水位发生时间及历时

1985年后，石龟山站低水位开始时间由年积日第323日提前至第299日，历时由128 d增加至201 d，历时延长57%(图5a)；高水位开始时间由年积日第161日到第168日；历时由75 d降低到49 d，历时缩短34%(图5b)。1992年以前，牛鼻滩站低水位开始时间由年积日第306日提前到第275日，历时由101 d增加到138 d，历时延长37%(图5c)；高水位开始时间由年积日第129日推后到第141日，历时由87 d降低到71 d，历时缩短18%(图5d)。在澧水和沅水梯级建设影响下，两流域尾闾地区出现高水位出现时间推后，历时缩短；低水位出现时间提前，历时增长的情况。
5 The occurrence time and duration of high and low water levels in West Dongting Lake

西洞庭湖高低水位发生的时间及历时

三峡工程运行后，南咀站低水位开始时间由年积日第316日提前到第295日，历时由89 d延长到125 d，历时延长40%(图5e)；高水位开始时间由年积日第157日推后到第163日，历时由87 d缩减到67 d，历时缩短23%(图5f)。三峡工程运行后，小河咀站低水位开始时间由年积日第321日提前到第276日，历时由95 d延长到138 d，历时延长45%(图5g)；高水位开始时间由年积日第135日推后到第153日，历时由90 d缩减到69 d，历时缩短23%(图5h)。通过小河咀站和南咀站高低水位出现时间及历时，可以得出三峡工程运行后，西洞庭湖出现低水位发生时间提前，历时增长，比三峡工程运行前增长40%左右；高水位出现时间推后，历时缩短的现象，比三峡工程运行前缩短20%左右。高低水位发生时间与历时变化与三峡工程的水利调度一致。

3 讨　论

三峡工程、澧水和沅水梯级开发导致西洞庭湖4个水文站年度和月平均生态水位保障度都有不同程度下降。

3.1 与其他研究结果的比较

本研究计算得出三峡工程运行前南咀站年度最小生态水位保障程度为75.78%，与王鸿翔[27]计算的82.7%相近。三峡工程运行后，在月均生态水位保障率结算中本研究计算得出南咀和小河咀站4—12月生态保障率减小，1—3月生态水位保障率增加。该结果与王鸿翔[27]对南咀站计算结果相近，再次证明长江中上游的梯级水库在枯水期的调度作用更为显著。王鸿翔[27]以南咀站代表西洞庭湖整体生态水位演变情势，本研究在此基础上增加了沅水和澧水尾闾地区分析。在已批复的《澧水流域规划报告》[34]中，澧水总体工程布局共26个梯级，其中干流16个梯级[35](已建11个梯级)。澧水流域面积相对沅水较小，峰高量小，陡涨陡落。澧水梯级建设对澧水尾闾地区生态水位保障率的影响在西洞庭湖地区最为突出，突变年份后的适宜生态水位保障率与天然状态下相比，适宜生态水位保障率下降至天然状态下的59.99%，最小生态水位保障率下降至天然状态下的62.14%。在澧水和沅水梯级建设影响下，两流域尾闾地区出现高水位出现时间推后历时缩短，低水位出现时间提前历时增长的情况。本研究认为，针对西洞庭湖湿地保护措施，不仅需要考虑三峡工程调度影响，同样需要考虑澧水和沅水梯级开发的影响。

3.2 生态水位对景观破碎度影响

黄宇云[26]对东洞庭湖城陵矶站的研究认为，其大部分时间能满足三峡工程运行前适宜生态水位需求。王鸿翔[2,27]认为，三峡工程运行后东洞庭湖不满足生态水位阀值要求的时间较少。本研究表明，三峡工程运行、澧水和沅水梯级开发对西洞庭南咀站和小河咀站适宜生态水位、最小生态水位保障率的影响更显著。有研究得出，2000年以前东洞庭湖、南洞庭湖、西洞庭湖沼泽完全暴露的多年平均时间为177 d、78 d、194 d，2000年后暴露时间延长至198 d、102 d、225 d[36]。从沼泽暴露时间增加幅度分析，以西洞庭湖增加最显著[36]。结合本文分析，解释了西洞庭湖国际重要湿地景观破碎程度大于南洞庭湖和东洞庭湖的成因。

3.3 生态水位变化对生态系统的影响

西洞庭湖出现低水位发生时间提前，历时增长，高水位出现时间推后，历时缩短的现象。首先导致湖草向海拔相对较低的区域扩张，并出现湿地植被的正向演替[37]。洄游鱼类需要高流量信号刺激才可以繁殖产卵，如洞庭湖“四大家鱼”(青鱼Mylopharyngodon piceus、草鱼Ctenopharyngodon idellus、鲢鱼Hypophthalmichthys molitrix、鳙鱼Aristichthys nobilis)产卵期为4—7月。三峡工程运行前，西洞庭湖4个水文站高水位发生时间主要在6月，波动范围从4月下旬到7月上旬(图5)；在三峡工程和澧水、沅水梯级建设的作用下，高水位发生时间虽然同样集中在6月，但是高水位出现平均时间推后且历时缩短。在家鱼繁殖期4—7月，家鱼接收不到充足高流量刺激信号，会导致受精鱼卵量下降，已有研究验证洞庭湖洄游鱼类占比减少了20%[38]。
西洞庭湖家鱼、芦苇(Phragmitesaustralis)、南荻(Triarrhena sacchariflora)等动植物繁殖生长关键时期，最小生态水位和适宜生态水位保障率均减小，不利于动植物繁衍生长[2]。而挺水植物在冬季和春季休眠，需要保持较低的水位[2]。南咀站、小河咀站1月、3月生态水位保障率在增加(图4)，低水位持续历时在增加，表明西洞庭湖冬季和春季水位提高且历时增加，不利于挺水植物过冬。

4 结　论

结合澧水和沅水流域建设，确定石龟山站和牛鼻滩站的突变时间分别为1985年和1992年。小河咀站和南咀站水位突变时间发生在2003年，受三峡工程蓄水运行影响。
石龟山站低水位为31.54 m，年均高水位为34.36 m。牛鼻滩站低水位为30.21 m，高水位为32.77 m。南咀站低水位为28.8 m，高水位为31.2 m。小河咀站低水位为28.98 m，高水位为30.86 m。
4个水文站适宜生态水位和最小生态水位年保障率均下降，其中以澧水尾闾石龟山站最显著，其适宜生态水位保障率由47.21%下降至28.32%，最小生态水位保障率由78.50%下降到48.78%。
三峡工程运行后，西洞庭湖南咀站和小河咀站低水位发生时间提前，历时增长；高水位发生时间推后，历时缩短。在澧水和沅水梯级建设影响下，石龟山站和牛鼻滩站高水位发生时间推后，历时缩短，低水位发生时间提前，历时增长。
三峡工程以及湖南省澧水和沅水骨干水库的调度均以“调洪补枯”为原则，建议在家鱼产卵期4—7月增加高流量释放的时间和频率；在冬季和春节，考虑洞庭湖挺水植物需要休眠，应适当减少补水历时。

参考文献

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