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自然资源遥感 >

2025 , Vol. 37 >Issue 5: 24 - 31

DOI: https://doi.org/10.6046/zrzyyg.2024317

湖泊生态环境遥感监测专栏

1933—2024年洞庭湖注滋口三角洲时空演变特征

  • 邹娟 , 1, 2 ,
  • 余姝辰 , 1, 2 ,
  • 贺秋华 1, 2 ,
  • 徐质彬 3 ,
  • 尹向红 1 ,
  • 邹聪 1
展开
  • 1.湖南省自然资源事务中心，长沙 410004
  • 2.洞庭湖区生态环境遥感监测湖南省重点实验室，长沙 410004
  • 3.湖南省遥感地质调查监测所，长沙 410015
余姝辰（1990-），女，高级工程师，主要从事生态环境遥感监测与研究。Email：。

邹 娟（1989-），女，高级工程师，主要从事资源环境遥感监测与科研工作。Email：。

Copy editor: 李瑜

收稿日期: 2024-10-08

  修回日期: 2025-01-27

  网络出版日期: 2026-06-03

基金资助

湖南省自然科学基金项目“近百年来洞庭湖洲滩湿地时空演替及其与水文环境耦合机理研究”(2024JJ8320)

湖南省科技人才托举工程“年轻优秀科技人才培养计划”(2023TJ-N16)

湖南省自然资源科技计划项目“洞庭湖区水生态安全及解决方案研究”(湘自资科20230151ST)

“‘洞庭湖区山水林田湖草沙一体化保护修复工程’监测评估关键技术研究”(湘自资科20230142ST)

收起

Spatiotemporal evolution of the Zhuzikou delta in Dongting Lake from 1933 to 2024

  • ZOU Juan , 1, 2 ,
  • YU Shuchen , 1, 2 ,
  • HE Qiuhua 1, 2 ,
  • XU Zhibin 3 ,
  • YIN Xianghong 1 ,
  • ZOU Cong 1
Expand
  • 1. Hunan Center of Natural Resources Affairs，Changsha 410004，China
  • 2. Hunan Provincial Key Laboratory of Remote Sensing Monitoring of Ecological Environment in Dongting Lake Area，Changsha 410004，China
  • 3. Remote Sensing Geological Survey and Monitor Institute of Hunan Province，Changsha 410015，China

Received date: 2024-10-08

  Revised date: 2025-01-27

  Online published: 2026-06-03

Fold

摘要

藕池河东支注滋口三角洲是近百年来洞庭湖区发育最快、面积最大的洲滩之一。该文基于1933年以来20个时段的历史地图和航天航空遥感数据，采用遥感解译与历史对比分析方法，剖析1933年以来该三角洲时空演变特征。结果表明：1933—2024年间，空间上注滋口三角洲表现为不断向湖域推进，淤积的高位洲滩被围垦形成堤垸，老的河道废弃为垸内“哑河型内湖”，新的河道不断向湖域延伸并多次改道；注滋口下游河道向湖域延伸38.99 km，年均推进速度为428.46 m/a；注滋口三角洲淤积面积340.19 km2，年均淤积3.74 km2；该三角洲边淤积边围垦，累计围垦面积230.42 km2，占总淤积面积近50%；不同时段扩张速率不同，分为1933—1954年的缓慢扩张期、1954—1998年的快速扩张期、1998—2010年的基本稳定期和2010—2024年的微略萎缩期等，2010年之后该三角洲开始萎缩，结束了1933年以来的扩张历史。研究成果为科学保护修复洞庭湖洲滩湿地资源提供了原创性资料。

关键词： 历史地图; 遥感技术; 洞庭湖区; 注滋口三角洲; 时空演变

本文引用格式

邹娟 , 余姝辰 , 贺秋华 , 徐质彬 , 尹向红 , 邹聪 . 1933—2024年洞庭湖注滋口三角洲时空演变特征[J]. 自然资源遥感, 2025 , 37(5) : 24 -31 . DOI: 10.6046/zrzyyg.2024317

Abstract

The Zhuzikou delta，located on the east branch of the Ouchi River，has been one of the fastest-growing and largest marshlands in the Dongting Lake area over the past century. Based on the historical maps and aerospace remote sensing data from 20 periods since 1933，this paper analyzed the spatiotemporal evolution of the delta through remote sensing interpretation and historical comparative analysis. The results showed that over the past 90 years，the Zhuzikou delta had been persistently advancing towards the lake area，with the deposited high-level bottomland being reclaimed into embankments. The old river channels had been abandoned and evolved into inner lakes of a blocked river type within the embankments，while the new river channels had been continuously extended towards the lake area along changing paths caused by multiple course changes. The channels of the lower reaches in the Zhuzikou delta have extended 38.99 km towards the lake area at an average annual rate of 428.46 m/a. The sedimentation area in the delta has expanded to 340.19 km2 at an average annual rate of 3.74 km2/a. Reclamation of the delta has been carried out in parallel with sedimentation，with a cumulatively reclaimed area of 230.42 km2，accounting for nearly 50% of the total sedimentation area. The expansion rate has been varying across periods，including a slow expansion period from 1933 to 1954，a rapid expansion period from 1954 to 1998，a period of relative stability from 1998 to 2010，and a slight shrinkage period from 2010 to 2024. The delta has started to shrink since 2010，marking an end of its expansion history since 1933. The research findings provide original data for the scientific protection and restoration of wetland resources in the Dongting Lake.

Key words： historical map; remote sensing technology; Dongting Lake area; Zhuzikou delta; spatiotemporal evolution

0 引言

湖泊洲滩亦即湖泊自然消落带，是指湖泊中枯水位时露出水面、高水位时被水淹没的处于动态变化的滩地，是湖区水陆物质、能量和信息交流的自然交替带和生态敏感带[1]，其特殊生境在维持湖岸生态系统平衡、保障珍稀动物栖息、构建生物多样性等方面发挥着巨大的服务功能[2-3]。洞庭湖洲滩演变是江湖关系变化的重要内容。由于江、湖环衔，洞庭湖的洲滩变化会反馈于长江，两者的互动改变着江湖蓄泄能力和生态系统。揭示洞庭湖洲滩时空演变特征，对加强长江流域生态安全和洪涝灾害防治具有重要意义。
洞庭湖洲滩湿地具有消落幅度大、分布面积广、生境类型复杂等特点[4]。20世纪60年代，为布局“围湖造田”，湖南省水电勘测设计院先后2次采用实地调绘的方式开展洞庭湖洲滩调查[5]。20世纪80年代之后，为防治洪涝灾害，加强湿地生态保护，洞庭湖洲滩演变研究得到学术界的高度重视[5]。前人对洞庭湖洲滩的时序演化研究主要有出入泥沙统计法[6-9]、地形比对分析法[10-12]等，这些方法虽然具有数据详实、结论可靠等特点，但对泥沙淤积的具体空间位置难以厘定。协同历史地形图和遥感影像开展洲滩演化研究是一种有效的方法，具有动态、客观、多频次反演不同水位下洲滩出露情况等技术特点。梁婕等[13]和周柏林等[14]利用MODIS影像，分析了三峡工程运行初期洞庭湖洲滩面积和出露时间变化特点；杜耘等[15]基于不同时代的TM遥感影像并结合湖泊沉积物沉积速率测定，研究近代洞庭湖三角洲的发展规律；余姝辰等[16-20]利用多源遥感影像，分析了三峡水库运行前后近 23 a间（1994—2016 年）洲滩面积时序变化规模和洲滩地表覆盖变化特点；郭小虎等[21]利用前人基于遥感调查统计的不同年份洞庭湖区洲滩面积变化的成果，分析了2022年特枯年洞庭湖区洲滩面积变化特性。但是，囿于历史地形图的有限性，前人在研究时段上基本集中在21世纪以来，仅个别上溯到20世纪70年代[22]，对20世纪60年代及以前的洲滩演变没有涉及，难以构建长时间尺度的洲滩时序变化数据以及客观识别不同区位洲滩空间演变特征和驱动机理。
洞庭湖洲滩众多，如东洞庭湖的漂尾洲、新墙河口三角洲、南洞庭湖的湘江、资水入湖河口三角洲、目平湖的沅水入湖河口三角洲、淞澧洪道三角洲等，注滋口三角洲是洞庭湖区近百年来发育最快、面积最大的洲滩之一[19-20]，也是湖区候鸟、麋鹿等珍稀动物的栖息场所[23]。但是，由于全球气候变化、三峡等水利工程实施后的水沙条件变化，该洲滩湿地功能重构，由此带来湿地生态和水生态安全问题。本文基于20世纪30年代以来20个时段的历史地形图和航天航空遥感数据，剖析1933年以来注滋口三角洲时空演变特征，以期为科学保护修复洞庭湖洲滩湿地资源，合理选择候鸟、麋鹿栖息生境提供客观资料。

1 研究区概况与数据源

1.1 研究区概况

洞庭湖注滋口三角洲位于藕池河东支入湖河口。藕池河与松滋河、虎渡河、调弦河合称“荆江南流四河”，是沟通长江与洞庭湖的水沙通道，也是连接江湖关系的重要纽带。1852年，长江大水冲决荆江的新厂—石首段，1860年、1870年长江两次大洪水在原溃口处冲击形成藕池河。藕池河自藕池口南下经康家岗和管家铺，其下按分合关系分为东支、中支、西支3条支流（图1），各支流互相交织，彼此穿插，呈典型的辫状水系，流域面积3 818.60 km2[18]，1950—2023年间平均径流量309.88×108 m3，占荆江向南分流总径流量的36.88%。其中，藕池河东支全长143 km，多年平均径流量286.24 ×108 m3[24]。
图1 研究区及外围水系

Fig.1 Research area and surrounding water

藕池河自管家铺至黄金岔分流为东支和西支，其中东支至殷家洲再次分流，往西一支经鲇鱼须、荣家嘴、沙口、悬河口至九斤麻又与主流汇合并又一次分流，形成X形水系。往南者称沱江，至茅草街入草尾河、南洞庭湖；往东者为主流，经罗文窑北、景港、文家铺、复兴港、注滋口后，注入东洞庭湖，在河口形成注滋口三角洲。该三角洲是近百年来形成的湖泊三角洲，地表覆盖主要为芦苇和湖草，间有沙洲和欧美黑杨。

1.2 信息源

研究中，收集利用了1933年以来20个时段的历史地形图和航空航天遥感影像。
1）历史地形图。有1933年、1944年、1958年3个时段。1933年地形图由中华民国湖南省财政厅清丈田亩测量队调绘，比例尺1∶25 000，无经纬度、无投影，其“标高由（长沙）小吴门外设定标高点100 m起算”（图2（a））；1944年地形图由美国陆军制图局“参照民国三十三年航摄照片平面修测”，比例尺1∶250 000，采用横轴墨卡托投影，吴淞零点高程，无坐标系但有经纬度标识（图2（b））；1958年地形图依据1954年11—12月前苏联航摄的黑白航片调绘，比例尺1∶50 000，北京54坐标系，吴淞高程（图2（c））。
图2 1933年以来注滋口三角洲空间扩展典型信息源

Fig.2 Typical information sources for spatial expansion of the Zhuzikou Delta since 1933

2）航空遥感影像。包括1954年、2014年2个年份。其中，1954年航片为前苏联1954年11—12月航摄的全色纸质照片，空间分辨率约为5.0 m，单张像幅23 cm×23 cm（图2（d））；2014年航片为湖南省测绘部门组织航摄的真彩色数字影像，空间分辨率为0.45 m。上述2期航片均已由测绘部门制作为正射影像图（digital orthophoto map，DOM）。
3）航天遥感影像。共收集利用了15个时相，获取时间自1968年11月—2024年1月。航天遥感影像主要根据注滋口三角洲的突变年份进行选择取舍，数据类型包括MSS/TM/ETM+/OLI/HJ-1等低空间分辨率（15~79 m）数据和KH-4B/GF-1等高空间分辨率（1.8~2.0 m）数据。其中，KH-4B数据于1968年11—12月获取，空间分辨率1.8 m，单景面积13.8×188 km2，相机焦距0.61 m，无星历参数（图2（e））；其他卫星数据均为枯水期获取影像，水位一般为21~22 m，如GF-1数据于2024年9月27日获取，空间分辨率2.0 m（图2（f）），对应城陵矶水位21.72 m。

2 技术方法

2.1 信息源处理

本文利用的航空影像均为DOM，可直接使用；对于卫星遥感影像和1933年、1944年无坐标系或无经纬度标示的地形图，以2014年航摄DOM为平面控制底图，采用多项式纠正模型，在ERDAS Imagine支持下，配准、纠正、拼接各类卫星遥感影像，按15.0 m重采样，并转换为大地2000坐标系，1985国家高程基准；对于1958年地形图，在ArcGIS支持下直接转换为大地2000坐标系，1985国家高程基准。

2.2 洲滩信息提取

采用人机交互方法圈定洲滩信息。本文利用的信息源类型较多，精度相差大。历史地形图的比例尺从1∶25 000到1∶250 000不等，航空/航天遥感影像的空间分辨率变化于2.0~79 m之间。基于不同精度的信息源解译得到的洲滩信息精度存在差异。为控制并保证研究精度，洲滩边界线的圈定由同一人统一检查修订，以消除不同人员之间的认知差异。

3 注滋口三角洲时空变化特征

3.1 不同历史时段三角洲空间扩张

河流入湖处泥沙淤积由河口向湖心发展。藕池河东支位于东洞庭湖西部，是长江“四口”输沙量最大的河流，1956年以来年均输沙量3 920×104 t，占同期入湖泥沙总量的34.34%，为注滋口三角洲提供了充分的物质来源[24]。1933—2024年间，藕池河东支河口地带“沧海桑田”，空间上表现为注滋口三角洲不断向湖域推进，淤积的高位洲滩被围垦形成堤垸，老的河道废弃为垸内“哑河型内湖”，新的河道不断向湖域延伸并多次改道（图3）。
图3 1933年以来注滋口三角洲洲滩发育与围垦变化系列图

Fig.3 Maps showing the development and reclamation changes of the sandbars in the Zhuzikou Delta since 1933

1933年地形图（图2（a））显示，注滋口三角洲难觅踪影。其时，藕池河东支乃扁担河的东延，经明山头和东、西两湖南缘抵东洞庭湖西岸的注滋口后，分为南北两支，北支插旗河为主流，在今插旗一带注入东洞庭湖的北西角采桑湖，南支隆庆河在今北洲子农场一带进入与东洞庭湖连为一体的大通湖，泥沙沿南北两支河道呈边滩淤积，注滋口离湖岸5.20 km，其中围筑的德泰垸、伯乐垸等宽约1.35 km，洲滩宽约3.50 km。1944年12月地形图（图2（b））显示，藕池河北支插旗河封堵并东移，绕钱粮湖东缘北流，是为悦来河，洲滩扩张明显，南支隆庆河及其边滩基本维持原状（图3（a））。
1954年11—12月航片（图2（d））显示，北部悦来河入湖河段因洲滩扩展继续东移，南部隆庆河河口改道向东进入东洞庭湖，但洲滩无明显变化，三角洲未见围湖垦殖。迨至1958年，入湖河段北部围挽钱粮湖垸，受其影响，北支悦来河被封堵成为钱粮湖垸的哑河型内湖[25]，并改道东流入湖，河段长度为6.60 km；南支隆庆河向南绕团山垸西侧至下河坝后拐向北流，为东浃河，于东浃入湖（图3（b））。这一水流态势延续至10 a之后。
1968年KH-4B卫星影像（图2（e））显示，两支水系均同步拐向北流，入湖河段两侧边滩沿河道下游推进，北部主流淤出团洲雏形，南部东浃河淤出新洲。1970—1971年围筑新洲垸期间，1971年在团洲的南堤拐冲开新口，至1973年，河口水系与洲滩均发生巨变，南部隆庆河被封堵，与其连通的东浃河成为牛轭湖；主流一分为三，两支向北流入采桑湖，一支向东进入东洞庭湖，河长14.76 km，其时三角洲面积迅猛扩张（图3（c））。
1978年，北部围挽团洲垸，原南北多叉分支的藕池河多支并流，演变成向北东方向直流的单一河道，三角洲随河口向湖域推进，此时河道增加到19.87 km。1980年，水利部决定“停止围垦”，藕池河入湖口的高位洲滩再未围挽，团洲垸、新洲垸东部的一线大堤定型，其后注滋口三角洲的扩张在湖域中发生。1987年，藕池河东支在湖域中的河道与河口三角洲继续向北东扩张，河长27.02 km。但受君山、建新防洪堤、君山北侧高位洲滩阻隔，特别是汛期长江水位顶托乃至经湖口倒流的水力作用影响，河道往北东推进达东洞庭湖湖心位置后，1989年河口开始转向南东，1994年之后河口急转南部流去，河长30.07 km（图3（d））。
1998年之后，藕池河河口基本维系南流河道态势，三角洲向南推进，但不同年份的推进速度不同。1998年的推进速度明显偏大，这与1998年长江流域特大洪水携带大量泥沙有关。至此，三角洲基本定型，仅河口微略变化（图3（e））。2010年以来，注滋口三角洲进入萎缩阶段，结束了1933年以来的长期扩张态势，在三角洲东部边滩和南东部边滩出现冲刷，最大冲刷宽度526 m。此阶段藕池河河道继续维持南流水势，河口水系呈扇形展布，且略有摆动与延伸（图3（f））。

3.2 三角洲面积时序变化及其驱动原因

经量算，注滋口三角洲总淤积面积463.06 km2，其中1933—2024年间淤积面积340.19 km2，年均淤积3.74 km2；注滋口三角洲边淤积边围垦，累计围垦面积230.42 km2，占三角洲总淤积面积近50%，其中1933—2024年间围垦面积172.42 km2，主要发生于1958—1978年；注滋口下游河道长度延伸38.99 km，年均推进速度为428.46 m/a，其中1958—1998年由6.60 km增加到35.89 km，年均增加了732.25 m/a。进入21世纪，注滋口三角洲的扩张速率明显放缓，近年因冲刷而出现萎缩。
不同时段注滋口三角洲空间分布、面积与被围垦面积不同，大体可分为4个阶段（图4）。
图4 1933年以来注滋口三角洲面积时序变化曲线

Fig.4 Time series variation curve of Zhuzikou Delta area since 1933

1）1933—1954年的缓慢扩张期。三角洲总面积由122.87 km2增加到161.30 km2，扩大38.43 km2，年均扩张速率为1.83 km2/a。本阶段，洞庭湖区遭受 1935 年、1948 年、1949 年和1952年、1954年等特大水灾，荆江水沙沿藕池河东支南侵，致使三角洲扩张。本阶段战乱频繁，时局不稳，加之1935年大水后，湖南省府颁令“禁止围垦新垸，凡违令挽修者即为盗修”[26]，新中国成立后又忙于1952年、1954年的灾后重建，因此，尽管本阶段三角洲的洲滩面积达103.30 km2，但除1933年以前围垦的团山垸、德泰垸、伯乐垸等面积为58.00 km2的堤垸外，未发生新的围湖垦殖。三角洲沿南部隆庆河和北部插旗河2条河道向湖域自然发展。
2）1954—1998年的快速扩张期。为持续时间最长、扩张速率最大的发展阶段，三角洲总面积由161.30 km2增加到461.41 km2，扩大了300.11 km2，扩张速率为2.61~11.14 km2/a，年均6.82 km2/a，是1933—2024年间年均扩张速率（3.74 km2/a）的1.82倍。其中，1954—1958年、1968—1973年以及1996—1998年3个时段的扩张速率最大，分别达到10.05 km2/a，11.14 km2/a和10.24 km2/a。这与1954年、1969年、1998年洞庭湖区发生特大洪涝灾害的时间吻合[27]。1958—1978年间，在“以粮为纲”的农业发展背景下，湖区掀起了 “向湖泊进军，向水面要粮”热潮，注滋口三角洲先后围挽了3个大型堤垸，分别是1958年围垦的钱粮湖垸，面积87.43 km2；1971年围垦的新洲垸，面积34.28 km2；1978年围垦的团洲垸，面积50.71 km2。本阶段，我国先后经历了“大炼钢铁”“向荒山要粮”等群众运动，森林滥伐，水土流失加剧，致使大量泥沙被地表水搬运并沉积于河口，这是本阶段三角洲快速扩张的主要驱动。
3）1998—2010年的基本稳定期。三角洲面积由461.41 km2增加到471.07 km2，仅扩大9.66 km2，年均扩张速率为0.81 km2/a，亦即注滋口三角洲已基本稳定。究其原因，一是1998年长江流域特大洪灾后，在“封山育林、退耕还林”等32字方针的指导下，洞庭湖流域上游的水土保持得到根本性好转；二是2003年三峡工程运行对长江中下游进行水沙调节，使经藕池河东支的入湖泥沙大幅减少。据2022年《中国河流泥沙公报》统计[24]，1956—1998年藕池河东支年均入湖输沙量为5 735.33×104 t，1999—2010年减少到每年779.58×104 t，减幅达到86.41%。入湖输沙量的急剧减少是注滋口三角洲基本停止扩张的主要原因。
4）2010—2024年的微略萎缩期。此阶段三角洲进入萎缩阶段，结束了1933年以来的扩张态势，三角洲总面积由471.07 km2减少到463.06 km2，年均萎缩0.57 km2。究其原因，仍然是藕池河携带水沙的大幅减少所致。本阶段经注滋口的年均入湖泥沙量仅为150.58×104 t，只占1956年以来年均输沙量3 920×104 t的3.84%。2010年以后三角洲开始萎缩，与余姝辰等[17-20]认为的“1998—2018年间，（洞庭湖）洲滩缓慢萎缩”、刘晓群等[10]认为的“2003 年以来东洞庭湖呈冲刷状态”等研究结论一致。

4 结论

本文基于1933年以来20个时段的历史地图和航天航空遥感数据，解剖1933—2024年间藕池河东支注滋口三角洲时空演变特征，为科学保护修复洞庭湖洲滩湿地资源提供了原创性资料。
1）1933—2024年间，藕池河东支河口地带“沧海桑田”，空间上表现为注滋口三角洲不断向湖域推进，淤积的高位洲滩被围垦形成堤垸，老的河道废弃为垸内“哑河型内湖”，新的河道不断向湖域延伸并多次改道，注滋口下游河道向湖域延伸38.99 km，年均推进速度为428.46 m/a，其中1958—1998年由6.60 km增加到35.89 km，年均增加速度为732.25 m/a。进入21世纪，注滋口三角洲的扩张速率明显放缓。
2）注滋口三角洲总淤积面积463.06 km2，其中1933—2024年的90 a间淤积面积扩张340.19 km2，年均扩张3.74 km2。注滋口三角洲边淤积边围垦，累计围垦面积230.42 km2，占注滋口三角洲总淤积面积近50%。不同时段注滋口三角洲扩张速率不同，分为1933—1954年的缓慢扩张期、1954—1998年的快速扩张期、1998—2010年的基本稳定期和2010—2024年的微略萎缩期4个阶段，前3个阶段的年均扩张速率分别为1.83 km2/a，6.82 km2/a和0.81 km2/a，2010年之后注滋口三角洲开始萎缩，结束了自1933年来的扩张历史。
3）洲滩是湖泊的水陆交错带和生态敏感带，其快速扩张致使湖容减小。建议对洞庭湖洲滩湿地清淤扫障，退田还湖（如团洲垸），恢复洞庭湖蓄洪调节能力。洞庭湖洲滩众多，注滋口三角洲只是众多洲滩的一个典型代表，未来有待进一步对其他三角洲进行研究解剖。

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