《资源科学》：退田还湖后鄱阳湖区洪水调蓄功能的多情景模拟（姜鲁光、封志明、于秀波、甄霖、黄河清）

资派斜学 Resources science 第32卷第5期2010年5月 010,32(5):817-823 Vol 32, No 5 May, 2010 文章编号:1007-7588(2010)05-0817-07 退田还湖后鄱阳湖区洪水调蓄功能 的多情景模拟 姜鲁光,封志明,于秀波,甄霖,黄河清 (中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101) 摘要:1998年以来退田还湖工程的实施,对郗阳湖区洪水调蓄功能具有明显影响。本文利用高精度数字地 形模型和防洪圩堤数据,基于GIS空间分析和水文模拟,对鄱阳湖区现状(2005年)和未来不同洪水情景下的洪水 调蓄能力进行了模拟分析,分别计算了相应的蓄洪面积和容积。研究表明,2005年鄱阳湖洪水位曾一度超过双退 堤进洪水位(18.50m),双退圩堤进洪后,湖泊面积实际扩大2385hm2,相应增加6907×10m3湖泊容积。为了研究 还湖后鄱阳湖区未来洪水调蓄功能的可能变化,本文设置了20.50m、21.68m、22.59m三种洪水水位情景,分别 对应万亩(667hm3)以下单退圩堤蓄洪、万亩以上单退圩堤蓄洪、1998年历史最高洪水位重现三种可能情景,对 郗阳湖区洪水调蓄功能的变化进行了模拟。研究表明:与2005年相比,三种洪水情景下,鄱阳湖区退田还湖后将 分别增加蓄洪面积17325hm2,57198hm2和65573hm2,分别增加蓄洪容积71426×10m3,205545×10m3和 49175×l0m,退田还湖工程可以有效缓解鄱阳湖区的防洪压力。 关键词:退田还湖;洪水调蓄;情景分析;生态系统服务;鄱阳湖 1引言 限定退田还湖圩堤的有效高程,确保退田还湖圩堤 鄱阳湖是我国第一大淡水湖,鄱阳湖区既是我在高洪水位时能够发挥调蓄洪水的作用。根据江 国重要的商品粮基地,又是长江中游重要的洪水调西省2002年颁布的平垸行洪、退田还湖工程措施总 蓄功能区。千百年来,在人多地少的特殊国情体实施方案,当鄱阳湖控制性水文站一湖口水文站 下,湖区居民通过围湖造田,不断拓展生存空间,在水位超过18.50m时,鄱阳湖区双退圩堤要率先分蓄 洪水风险的胁迫下,进行着高强度的土地利用。洪水;当鄱阳湖洪水位超过2050m时,保护面积在 1998年特大洪涝灾害过后,中央政府在长江中游启万亩以下的单退圩堤必需开闸分蓄洪水;当鄱阳湖 动了“平垸行洪、退田还湖、移民建镇”工程(总称退洪水位超过21.68m时,保护面积在万亩以上的单退 田还湖工程),是湖区防洪与土地利用政策的重要圩堤必须分蓄洪水。2005年后,鄱阳湖区退田还湖 转变。 巩固工程基本完工并开始发挥效用。 退田还湖政策出台后,中央和地方政府颁布了 鄱阳湖区包括江西省南昌市区、南昌县、新建 系列法规推动了退田还湖工程的深入实施。工县、进贤县、九江市区、永修县、德安县、星子县、都 程实施的早期(1998年-2002年)以灾后重建、移民昌县、湖口县、余干县、鄱阳县等12个县市,分别 建镇为主。结合鄱阳湖区实际,退田还湖被分为隶属南昌、九江和上饶三个地级市,鄱阳湖区土地 退人又退田”的“双退”和“退人不退田”的“单退”总面积2028950km2(图1)。 两种模式。2002年,国家启动了“退田还湖巩固工 鄱阳湖区是长江中游退田还湖面积最大、退田 程”,试图通过修筑进洪堰、进洪闸等水利工程设施还湖模式最为典型的区域,因而受到广泛关注。有 收稿日期:2010-03-15;修订日期:2010-04-13 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划):“中国主要陆地生态系统服务功能与生态安全”(编号:2009cB421106):国家自然科学 基金项目:“鄱阳湖区洪水调蓄与粮食供给服务的多情景互竞研究”(编号:40901285) 作者简介:姜鲁光,男,山东临沂人,博士,副研究员,主要从事水土资源利用与生态系统服务变化研究。 E-mail: jiangle@igsnrraccn C1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://wwwchutphoou.resci.cn

第32卷 第5期 2010年5月 2010，32（5）：817-823 Resources Science Vol.32，No.5 May，2010 http://www.resci.cn 文章编号：1007-7588（2010）05-0817-07 退田还湖后鄱阳湖区洪水调蓄功能 的多情景模拟 姜鲁光，封志明，于秀波，甄 霖，黄河清 （中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101） 摘 要：1998年以来退田还湖工程的实施，对鄱阳湖区洪水调蓄功能具有明显影响。本文利用高精度数字地 形模型和防洪圩堤数据，基于GIS空间分析和水文模拟，对鄱阳湖区现状（2005年）和未来不同洪水情景下的洪水 调蓄能力进行了模拟分析，分别计算了相应的蓄洪面积和容积。研究表明，2005年鄱阳湖洪水位曾一度超过双退 圩堤进洪水位（18.50m），双退圩堤进洪后，湖泊面积实际扩大2385 hm2 ，相应增加6907×104 m3 湖泊容积。为了研究 退田还湖后鄱阳湖区未来洪水调蓄功能的可能变化，本文设置了20.50m、21.68m、22.59m三种洪水水位情景，分别 对应万亩（666.67 hm2 ）以下单退圩堤蓄洪、万亩以上单退圩堤蓄洪、1998年历史最高洪水位重现三种可能情景，对 鄱阳湖区洪水调蓄功能的变化进行了模拟。研究表明：与2005年相比，三种洪水情景下，鄱阳湖区退田还湖后将 分别增加蓄洪面积 1 7325 hm2 ，5 7198 hm2 和 6 5573 hm2 ，分别增加蓄洪容积 7 1426×104 m3 ，20 5545×104 m3 和 34 9175×104 m3 ，退田还湖工程可以有效缓解鄱阳湖区的防洪压力。 关键词：退田还湖；洪水调蓄；情景分析；生态系统服务；鄱阳湖 收稿日期：2010-03-15；修订日期：2010-04-13 基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）：“中国主要陆地生态系统服务功能与生态安全”（编号：2009CB421106）;国家自然科学 基金项目“: 鄱阳湖区洪水调蓄与粮食供给服务的多情景互竞研究”（编号：40901285）。 作者简介：姜鲁光，男，山东临沂人，博士，副研究员，主要从事水土资源利用与生态系统服务变化研究。 E-mail: jianglg@igsnrr.ac.cn 1 引 言 鄱阳湖是我国第一大淡水湖，鄱阳湖区既是我 国重要的商品粮基地，又是长江中游重要的洪水调 蓄功能区[1,2] 。千百年来，在人多地少的特殊国情 下，湖区居民通过围湖造田，不断拓展生存空间，在 洪水风险的胁迫下，进行着高强度的土地利用。 1998年特大洪涝灾害过后，中央政府在长江中游启 动了“平垸行洪、退田还湖、移民建镇”工程（总称退 田还湖工程），是湖区防洪与土地利用政策的重要 转变。 退田还湖政策出台后，中央和地方政府颁布了 一系列法规，推动了退田还湖工程的深入实施。工 程实施的早期（1998年-2002年）以灾后重建、移民 建镇为主。结合鄱阳湖区实际，退田还湖被分为 “退人又退田”的“双退”和“退人不退田”的“单退” 两种模式。2002年，国家启动了“退田还湖巩固工 程”，试图通过修筑进洪堰、进洪闸等水利工程设施 限定退田还湖圩堤的有效高程，确保退田还湖圩堤 在高洪水位时能够发挥调蓄洪水的作用。根据江 西省2002年颁布的平垸行洪、退田还湖工程措施总 体实施方案，当鄱阳湖控制性水文站—湖口水文站 水位超过18.50m时，鄱阳湖区双退圩堤要率先分蓄 洪水；当鄱阳湖洪水位超过20.50m时，保护面积在 万亩以下的单退圩堤必需开闸分蓄洪水；当鄱阳湖 洪水位超过21.68m时，保护面积在万亩以上的单退 圩堤必须分蓄洪水。2005年后，鄱阳湖区退田还湖 巩固工程基本完工并开始发挥效用。 鄱阳湖区包括江西省南昌市区、南昌县、新建 县、进贤县、九江市区、永修县、德安县、星子县、都 昌县、湖口县、余干县、鄱阳县等12个县市[3,4] ，分别 隶属南昌、九江和上饶三个地级市，鄱阳湖区土地 总面积2 0289.50km（2 图1）。 鄱阳湖区是长江中游退田还湖面积最大、退田 还湖模式最为典型的区域，因而受到广泛关注。有

资源科学 第32卷第5期 中国 /: 进资县 注:右侧为1998年4月3日 Landsat tM卫星影像 图1鄱阳湖区位置 学者对鄱阳湖区退田还湖工程实施后的 防洪形势进行了预估,认为退田还湖对增 加鄱阳湖蓄洪能力十分有限。鄱阳湖 退田还湖的主要工程措施在2004年末陆 续完工,2005年汛期首次发挥作用。但 是,由于2005年并没有发生较大洪水,其 最高水位为1898m,仅有双退圩堤体现了 德安 退田还湖的成果,众多单退圩堤的成效并 未得到验证 邮阻高程m 本文拟针对鄱阳湖未来洪水的多种 1500 可能情景,利用最新的地形和防洪工程数 1000.00 00.00 据以及GS空间分析技术,结合近年来作 200.00 者对鄱阳湖区进行的实地考察成果,对退 田还湖后鄱阳湖区的洪水调蓄功能进行 30.00 深入研究,以期揭示湖区洪水调蓄功能的 20.50 最新变化,为湖区防洪和社会经济发展提 供决策依据。 2数据与方法 注:由湖区1:5万数字高程模型获得 21数据来源 图2鄱阳湖区地形 (1)地形数据。本文所用地形数据为 Fig 2 Digital Elevation Model (DEM)of Poyang Lake region o1994-h0p06o resc inaAcademicJOurnalElectronicPublishinghOuse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

第32卷 第5期 资 源 科 学 http://www.resci.cn 学者对鄱阳湖区退田还湖工程实施后的 防洪形势进行了预估，认为退田还湖对增 加鄱阳湖蓄洪能力十分有限[5,6] 。鄱阳湖 退田还湖的主要工程措施在2004年末陆 续完工，2005 年汛期首次发挥作用。但 是，由于2005年并没有发生较大洪水，其 最高水位为18.98m，仅有双退圩堤体现了 退田还湖的成果，众多单退圩堤的成效并 未得到验证[7] 。 本文拟针对鄱阳湖未来洪水的多种 可能情景，利用最新的地形和防洪工程数 据以及GIS空间分析技术，结合近年来作 者对鄱阳湖区进行的实地考察成果，对退 田还湖后鄱阳湖区的洪水调蓄功能进行 深入研究，以期揭示湖区洪水调蓄功能的 最新变化，为湖区防洪和社会经济发展提 供决策依据。 2 数据与方法 2.1 数据来源 （1）地形数据。本文所用地形数据为 注：右侧为1998年4月3日Landsat TM卫星影像 图1 鄱阳湖区位置 Fig.1 Location of Poyang Lake Region (right: Landsat TM Image on Apr. 3, 1998) 图2 鄱阳湖区地形 Fig.2 Digital Elevation Model (DEM) of Poyang Lake region 注：由湖区1∶5万数字高程模型获得 818

姜鲁光等:退田还湖后鄱阳湖区洪水调蓄功能的多情景模拟 819 2010年5月 鄱阳湖区1:5万数字高程模型(DEM)。该DEM系依地图空间信息(圩堤不闭合),无法直接应用于本文 据国家测绘局编制的1:5万地形图,对全部等高线、的洪水调蓄功能的多情景研究。 等深线、控制点、高程点、深度点,以及静止水体范 笔者根据鄱阳湖区退田还湖实施之前1998年 围线、河流等地形特征要素数字化形成矢量地形4月3日的 Landsat tm卫星影像、参照湖区1:5万地 图,并在 Arcgis下进行空间插值生成栅格尺寸为形图和水利工程资料对圩堤边界进行目视解译。 25m×25m的数字高程模型。在 ArcGIs环境下进行对于湖汊型圩堤,在 ArcgIs92水文分析模块的支 拼接后转换为吴淞高程系统,阿尔伯斯投影(图2)。持下,根据1:5万数字地形模型,计算岀圩堤的防洪 (2)防洪圩堤数据。目前对于鄱阳湖区圩堤最保护面积;部分小型圩堤的范围根据1:5万地形图 为权威的资料是1999年江西省水利厅主持编制的绘制。1998年后实施退田还湖的圩堤信息根据退 《江西省圩堤图集》(内部资料),图集对鄱阳湖区众田还湖规划资料,结合实地考察确定(图3) 多圩堤的分布位置、保护面积、保护人口、防洪标 根据规模和重要性的大小,鄱阳湖区圩堤通常 准、排灌设施、险工险段等信息都有记述。对指导可以分为重点圩堤、分蓄洪圩堤、退田还湖圩堤、 水利工程建设意义重大,但由于图集比例尺、投影般圩堤等不同类型(表1),笔者在圩堤数据库中将 不统一,而且对于湖汊型圩堤没有给出保护面积的不同类型的圩堤赋予不同的编码,便于进行空间查 安 都昌 单退圩堤 ■重点圩堤(>667km) 重点圩堤(33.3~66.7km 新建。南昌 图3鄱阳湖区圩堤分类示意 Fig 3 Location of polders and their categories 表1鄱阳湖区圩堤分类 Table 1 Categories of polders around Poyang Lake 特征说明 退人又退田 东风圩、珠北圩等 单退圩堤“退人不退田 水岚洲圩、莲北圩等 重点圩堤 国家投资加固,确保防洪安全 红旗联圩、蒋巷联圩等 蓄滞洪圩堤 国家投资加固,超高水位时分洪 康山圩、黄湖圩等 一般圩堤 基本无国家防洪投入,居民自发抗洪 陈家圩、丰产圩等 o1994-2010ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnup//owwe.resci.cn

2010年5月 姜鲁光等：退田还湖后鄱阳湖区洪水调蓄功能的多情景模拟 http://www.resci.cn 鄱阳湖区1:5万数字高程模型（DEM）。该DEM系依 据国家测绘局编制的1:5万地形图，对全部等高线、 等深线、控制点、高程点、深度点，以及静止水体范 围线、河流等地形特征要素数字化形成矢量地形 图，并在 ArcGIS 下进行空间插值生成栅格尺寸为 25m×25m的数字高程模型。在ArcGIS环境下进行 拼接后转换为吴淞高程系统，阿尔伯斯投影（图2）。 （2）防洪圩堤数据。目前对于鄱阳湖区圩堤最 为权威的资料是1999年江西省水利厅主持编制的 《江西省圩堤图集》（内部资料），图集对鄱阳湖区众 多圩堤的分布位置、保护面积、保护人口、防洪标 准、排灌设施、险工险段等信息都有记述。对指导 水利工程建设意义重大，但由于图集比例尺、投影 不统一，而且对于湖汊型圩堤没有给出保护面积的 地图空间信息（圩堤不闭合），无法直接应用于本文 的洪水调蓄功能的多情景研究。 笔者根据鄱阳湖区退田还湖实施之前1998年 4月3日的Landsat TM卫星影像、参照湖区1∶5万地 形图和水利工程资料对圩堤边界进行目视解译。 对于湖汊型圩堤，在ArcGIS 9.2水文分析模块的支 持下，根据1∶5万数字地形模型，计算出圩堤的防洪 保护面积；部分小型圩堤的范围根据1∶5万地形图 绘制。1998年后实施退田还湖的圩堤信息根据退 田还湖规划资料，结合实地考察确定[8 （] 图3）。 根据规模和重要性的大小，鄱阳湖区圩堤通常 可以分为重点圩堤、分蓄洪圩堤、退田还湖圩堤、一 般圩堤等不同类型（表1），笔者在圩堤数据库中将 不同类型的圩堤赋予不同的编码，便于进行空间查 图3 鄱阳湖区圩堤分类示意 Fig.3 Location of polders and their categories 表1 鄱阳湖区圩堤分类 Table.1 Categories of polders around Poyang Lake 圩堤类型 退田还湖圩堤 重点圩堤 蓄滞洪圩堤 一般圩堤 双退圩堤 单退圩堤 特征说明 “退人又退田” “退人不退田” 国家投资加固，确保防洪安全 国家投资加固，超高水位时分洪 基本无国家防洪投入，居民自发抗洪 举例 东风圩、珠北圩等 水岚洲圩、莲北圩等 红旗联圩、蒋巷联圩等 康山圩、黄湖圩等 陈家圩、丰产圩等 819

资源科 第32卷第5期 询统计。 情景Ⅲ:鄱阳湖洪水位达到22.59m,即达到 2.2情景分析方法 1998年的最高洪水位(也是历史最高洪水位)。 情景分析( Scenario Analysis)并非简单的预测 需要说明的是,以上3种情景是不断递进的关 而是设置一定的先决条件,对未来可能发生的情景系,比如当情景Ⅲ发生时,情景I和情景Ⅱ事先就 及其后效做出科学的判断,这些先决条件和可能的已经发生。同时,圩堤进洪后,圩堤内的淹没面积 情景都是完全能够实现的。。在鄱阳湖区特定的仍会随水位升高而增加 退田还湖工程措施和水文情势下,本节通过设置不3研究结果 同的洪水水位情景,分析各情景下鄱阳湖区洪水调 3.1双退圩堤的洪水调蓄功能 蓄功能的变化。 (1)基本条件设定。假设现有的退田还湖工程 根据DEM的模拟结果(假定圩堤内空圩待蓄, 措施保持不变,且都能够发挥应有的作用,其他非 没有渍水),按照2005年实际双退圩堤面积计算,当 退田还湖圩堤既不发生溃堤,也不分蓄洪。同时, 洪水位达到18.50m,双退圩堤从进洪到蓄满,可以 本文设置情景时仅考虑洪水水位的变化,即假定有扩大湖泊面积2385hm(图4),相应增加6907×10m3 足够的洪水水量来满足设定的洪水情景。由于湖泊容积(图5),这已在2005年得到验证 200年鄱阳湖水位已超过1850m,双退圩堤的分蓄32万亩以下单退圩堤进洪(情景1)的洪水调蓄 洪功能已经得到验证因而在本文中作为情景分析功能 的基期( Baseline)进行研究,而对未来更高的可能 当鄱阳湖洪水位达到20.50m,保护面积在万亩 洪水位进行情景设定。 以下的单退圩堤将分蓄洪水,待洪水蓄满后,可以 (2)可能洪水情景设定。对于鄱阳湖退田还湖增加湖泊蓄洪面积13467hm,相应增加58276 圩堤而言,还可能出现以下洪水情景 l0m3湖泊蓄洪容积。同时,在18.50~20.50m的水 情景I:鄱阳湖洪水位超过20.50m,即万亩以位变化区间上,双退圩堤还将增加鄱阳湖容积 下的单退圩堤进洪水位 6243×10m3(图5),连同双退圩堤增加的蓄洪面积 情景Ⅱ:鄱阳湖洪水位超过21.68m,即万亩以和容积,情景Ⅰ实际增加鄱阳湖蓄洪面积17325 上的单退圩堤进洪水位; hm2,增加蓄洪容积71426×10m3。 25.0 退田还潮后 情景Ⅲ二 田还湖 情景 21.0 20,0 日 天然湖盆 15.0 010002000300040005000600070008000900010000 面积(km) 图4退田还湖后鄱阳湖水位面积曲线的可能变化 Fig 4 Changes of water level lake area curves after retuming farmland to lake 01994-2610chinaxcLademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnkinet

第32卷 第5期 资 源 科 学 http://www.resci.cn 询统计。 2.2 情景分析方法 情景分析（Scenario Analysis）并非简单的预测， 而是设置一定的先决条件，对未来可能发生的情景 及其后效做出科学的判断，这些先决条件和可能的 情景都是完全能够实现的[9,10] 。在鄱阳湖区特定的 退田还湖工程措施和水文情势下，本节通过设置不 同的洪水水位情景，分析各情景下鄱阳湖区洪水调 蓄功能的变化。 （1）基本条件设定。假设现有的退田还湖工程 措施保持不变，且都能够发挥应有的作用，其他非 退田还湖圩堤既不发生溃堤，也不分蓄洪。同时， 本文设置情景时仅考虑洪水水位的变化，即假定有 足够的洪水水量来满足设定的洪水情景。由于 2005年鄱阳湖水位已超过18.50m，双退圩堤的分蓄 洪功能已经得到验证，因而在本文中作为情景分析 的基期（Baseline）进行研究，而对未来更高的可能 洪水位进行情景设定。 （2）可能洪水情景设定。对于鄱阳湖退田还湖 圩堤而言，还可能出现以下洪水情景： 情景Ⅰ：鄱阳湖洪水位超过 20.50m，即万亩以 下的单退圩堤进洪水位； 情景Ⅱ：鄱阳湖洪水位超过 21.68m，即万亩以 上的单退圩堤进洪水位； 情景Ⅲ：鄱阳湖洪水位达到 22.59m，即达到 1998年的最高洪水位（也是历史最高洪水位）。 需要说明的是，以上3种情景是不断递进的关 系，比如当情景Ⅲ发生时，情景Ⅰ和情景Ⅱ事先就 已经发生。同时，圩堤进洪后，圩堤内的淹没面积 仍会随水位升高而增加。 3 研究结果 3.1 双退圩堤的洪水调蓄功能 根据DEM的模拟结果（假定圩堤内空圩待蓄， 没有渍水），按照2005年实际双退圩堤面积计算，当 洪水位达到 18.50m，双退圩堤从进洪到蓄满，可以 扩大湖泊面积2385hm（2 图4），相应增加6907×104 m3 湖泊容积（图5），这已在2005年得到验证。 3.2 万亩以下单退圩堤进洪（情景Ⅰ）的洪水调蓄 功能 当鄱阳湖洪水位达到20.50m，保护面积在万亩 以下的单退圩堤将分蓄洪水，待洪水蓄满后，可以 增加湖泊蓄洪面积 1 3467 hm2 ，相应增加 5 8276× 104 m3 湖泊蓄洪容积。同时，在 18.50～20.50m 的水 位变化区间上，双退圩堤还将增加鄱阳湖容积 6243×104 m（3 图 5），连同双退圩堤增加的蓄洪面积 和容积，情景Ⅰ实际增加鄱阳湖蓄洪面积 1 7325 hm2 ，增加蓄洪容积7 1426×104 m3 。 图4 退田还湖后鄱阳湖水位面积曲线的可能变化 Fig.4 Changes of water level – lake area curves after returning farmland to lake 820

姜鲁光等:退田还湖后鄱阳湖区洪水调蓄功能的多情景模拟 2010年5月 景 退田还湖后 退田还湖前 情景Ⅱ 天然湖盆情景 20554 2005 58276 □圩堤蓄满容积 ■水位区间新增容积 11 100200300400500600700800 容积(×10m3 图5退田还湖后鄱阳湖水位容积曲线的可能变化 Fig 5 Changes of water level -lake volume curves after returning farmland to lake 33万亩以上单退圩堤进洪(情景Ⅱ)的洪水调蓄22.59m三个洪水位情景,对鄱阳湖不同退田还湖圩 功能 堤的洪水调蓄功能进行了模拟研究。研究表明,三种 当鄱阳湖洪水位达到21.68m,保护面积在万亩情景下,鄱阳湖将比2005年洪水期分别增加蓄洪面积 以上的单退圩堤会自动进洪。万亩以上单退圩堤17325hm2、57198hm2和65573hm2,分别增加蓄洪容 进洪蓄满后,可以新增蓄洪面积41553hm3。与此同积71426×10°m3、205545×10m3和349175×10m。 时,保护面积在万亩以下的圩堤内的淹水面积也在 与退田还湖前(1998年前)的平水期相比,若历史 不断扩大,由13468hm2增加到15645hm3。情景Ⅱ最高水位(22.59m)重现时,鄱阳湖蓄洪面积将扩大 实际增加蓄洪面积57198hm2,相应增加湖泊蓄洪容67958hm3,其中单退圩堤蓄洪面积64100hm,双退 积205545×l0m3。待圩堤蓄满洪水后,只要有更多圩堤蓄洪面积3858hm3。共增加蓄洪容积356082× 的洪水水量涌入,水位会继续上涨。 l0m3,其中双退圩堤提供蓄洪容积21214×10m3, 3.41998年洪水重现(情景Ⅲ)时鄱阳湖区的洪水万亩以下单退圩堤提供蓄洪容积89972×10m3,万 调蓄功能 亩以上单退圩堤贡献了244896×10m3的蓄洪容积 如果鄱阳湖区再次遭遇1998年出现的历史最 研究表明,在18.50m以下,退田还湖工程对于 高水位2259m,鄱阳湖区单退圩堤保护的面积将全鄱阳湖自由水面的涨落没有任何影响。如果在三 部被淹没,与2005年洪水期相比(即不含2005年双种情景下单退圩堤都能按照退田还湖规划方案,切 退圩堤内的淹没面积和蓄满容积),鄱阳湖蓄洪面实发挥作用,对鄱阳湖洪水的调蓄作用是较为明显 积扩大65573hm2,增加蓄洪容积349175×10m3 的,尤其是万亩以上单退圩堤的蓄滞洪作用更为显 4结论与讨论 著。不过,这与多年的围湖造田对洪水调蓄的负面 4.1研究结论 影响相比,作用尚显微弱。 本文以2005年为基准根据鄱阳湖区退田还湖4.2讨论 工程实施规划和现状调查,设置20.5m、21.68m和 本文对鄱阳湖区实施退田还湖工程后的洪水 C1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://wwwchutphoou.resci.cn

2010年5月 姜鲁光等：退田还湖后鄱阳湖区洪水调蓄功能的多情景模拟 http://www.resci.cn 3.3 万亩以上单退圩堤进洪（情景Ⅱ）的洪水调蓄 功能 当鄱阳湖洪水位达到21.68m，保护面积在万亩 以上的单退圩堤会自动进洪。万亩以上单退圩堤 进洪蓄满后，可以新增蓄洪面积4 1553hm2 。与此同 时，保护面积在万亩以下的圩堤内的淹水面积也在 不断扩大，由1 3468hm2 增加到1 5645hm2 。情景Ⅱ 实际增加蓄洪面积5 7198hm2 ，相应增加湖泊蓄洪容 积20 5545×104 m3 。待圩堤蓄满洪水后，只要有更多 的洪水水量涌入，水位会继续上涨。 3.4 1998年洪水重现（情景Ⅲ）时鄱阳湖区的洪水 调蓄功能 如果鄱阳湖区再次遭遇1998年出现的历史最 高水位22.59m，鄱阳湖区单退圩堤保护的面积将全 部被淹没，与2005年洪水期相比（即不含2005年双 退圩堤内的淹没面积和蓄满容积），鄱阳湖蓄洪面 积扩大6 5573hm2 ，增加蓄洪容积34 9175×104 m3 。 4 结论与讨论 4.1 研究结论 本文以2005年为基准，根据鄱阳湖区退田还湖 工程实施规划和现状调查，设置 20.5m、21.68m 和 22.59m三个洪水位情景，对鄱阳湖不同退田还湖圩 堤的洪水调蓄功能进行了模拟研究。研究表明，三种 情景下，鄱阳湖将比2005年洪水期分别增加蓄洪面积 1 7325hm2 、5 7198hm2 和6 5573hm2 ，分别增加蓄洪容 积7 1426×104 m3 、20 5545×104 m3 和34 9175×104 m3 。 与退田还湖前（1998年前）的平水期相比，若历史 最高水位（22.59m）重现时，鄱阳湖蓄洪面积将扩大 6 7958hm2 ，其中单退圩堤蓄洪面积6 4100 hm2 ，双退 圩堤蓄洪面积3858hm2 。共增加蓄洪容积 35 6082× 104 m3 ，其中双退圩堤提供蓄洪容积 2 1214×104 m3 ， 万亩以下单退圩堤提供蓄洪容积8 9972×104 m3 ，万 亩以上单退圩堤贡献了24 4896×104 m3 的蓄洪容积。 研究表明，在18.50m以下，退田还湖工程对于 鄱阳湖自由水面的涨落没有任何影响。如果在三 种情景下单退圩堤都能按照退田还湖规划方案，切 实发挥作用，对鄱阳湖洪水的调蓄作用是较为明显 的，尤其是万亩以上单退圩堤的蓄滞洪作用更为显 著。不过，这与多年的围湖造田对洪水调蓄的负面 影响相比，作用尚显微弱。 4.2 讨论 本文对鄱阳湖区实施退田还湖工程后的洪水 图5 退田还湖后鄱阳湖水位容积曲线的可能变化 Fig.5 Changes of water level –lake volume curves after returning farmland to lake 821

资源科 第32卷第5期 调蓄功能情景分析,是建立在一定的科学假设之上形势大幅好转,单退圩堤内耕地面积逐年增加,经 的。现实中的诸多不确定因素会增加研究精度的营模式更为集约。但是,由于退田还湖圩堤不能享 不确定性。首先,本文假定所有退田还湖圩堤在分受国务院2000年颁布的《蓄滞洪区运用补偿暂行办 蓄洪之前处于“空圩待蓄”状态,在现实中,圩堤内法》规定的蓄洪补偿,在未来较高洪水位情景下进 在洪水期分蓄洪前都会有一定量的渍水,这会削弱行分蓄洪可能会面临较大的阻力。因此,应当未雨 退田还湖圩堤的部分调蓄功能。其次,实施退田还绸缪,及早制定政策应对未来圩堤蓄洪所带来的多 湖巩固工程以后,国家对于退田还湖圩堤不再进行种问题。 加固建设,随着农村义务工的取消,这些圩堤将缺 乏必要的维护,部分退田还湖圩堤存在未到蓄洪水参考文献( References) 位就发生溃堤的可能。另外,许多外部因素会对退 田还湖工程及其效应造成影响。比如,三峡工程建 1]封志明长江中游平原湖区的农业发展潜力长江流域资源 成后,鄱阳湖区出现较高洪水位的可能性与洪水风 与环境,1994,3(2):114-120 险会有所下降,退田还湖圩堤分蓄洪的概率也会相(2]王晓鸿樊哲文鄢帮有等鄱阳湖湿地生态系统评估北 京:科学出版社,2004 应降低。江西省拟建的鄱阳湖水利枢纽工程如果(31鄱阳湖研究编委会鄱阳湖研究M上海上海科学技术出版 实施,也将显著改变鄱阳湖区的水文情势 社,1988 退田还湖是我国实施的一次大规模适应洪水、4]江西省科学院中国科学院南京地理与湖泊研究所江西省山 增加湖区洪水调蓄功能的工程。从理论上讲,退田 江湖开发治理委员会.鄱阳湖地图集[M]北京科学出版社, 还湖应当将历史时期围湖造田的耕地大规模转变 5]刘影.平垸行洪退田还湖对鄱阳湖区防洪形势的影响分析 为天然湖泊。但由于鄱阳湖年内水位变幅较大,且 江西科学,2003,21(3235-238 大部分时间处于中低水位,即使将退田还湖圩堤都161闵骞鄱阳湖退田还湖及其对洪水的影响湖泊科学,200 实施双退,也不能常年维持水面。事实上,鄱阳湖 163)215-222. 区较低的洪水水位(如18.50~20.50m)一般不会对7]姜鲁光退田还湖后鄱阳湖洪水风险与土地利用新变化人 圩堤安全造成影响,在此洪水位进行分蓄洪的边际 民长江,2009,4017:8-10. 效益不大。如果鄱阳湖区遭遇较高的洪水水位(如1811mg. rgen N M, Brown D G,et aL. Land-cover change ane vulnerability to flooding near Poyang Lake. Jiangxi Province, 20.50~22.59m),就可能会危及圩堤安全,在此水位 China[]. Photogrammetric Engineering Remote Sensing, 2008, 进行分蓄洪的边际效益较高。因此,以双退和单退 74(6:775-786 相结合的退田还湖模式是符合鄱阳湖区实际的,有[91 Roo A d. Schmuck g. Perdigao V,eaal. The influence of historic 助于在保障防洪安全的前提下对耕地进行高效利 land use changes and future planned land use scenarios on floods 用,保障区域与国家粮食安全。 in the Oder catchment [J Physics and Chemistry of the Earth 退田还湖工程的实施有其特殊的社会经济背 2003,28(33-36:1291-1300. [10 Zacharias L, Dimitriou E, Koussouris Th. Integrated water 景,它是在1998年灾后重建、圩堤内农业利润微薄 等特殊背景下启动并实施的。2004年以来,由于农 Trichonis Lake[J]. Environmental Modeling Softuare. 2005. 20 业税的免除和国家各项惠农补贴的实施,农业经济 01994-2610chinaxcLademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnkinet

第32卷 第5期 资 源 科 学 http://www.resci.cn 调蓄功能情景分析，是建立在一定的科学假设之上 的。现实中的诸多不确定因素会增加研究精度的 不确定性。首先，本文假定所有退田还湖圩堤在分 蓄洪之前处于“空圩待蓄”状态，在现实中，圩堤内 在洪水期分蓄洪前都会有一定量的渍水，这会削弱 退田还湖圩堤的部分调蓄功能。其次，实施退田还 湖巩固工程以后，国家对于退田还湖圩堤不再进行 加固建设，随着农村义务工的取消，这些圩堤将缺 乏必要的维护，部分退田还湖圩堤存在未到蓄洪水 位就发生溃堤的可能。另外，许多外部因素会对退 田还湖工程及其效应造成影响。比如，三峡工程建 成后，鄱阳湖区出现较高洪水位的可能性与洪水风 险会有所下降，退田还湖圩堤分蓄洪的概率也会相 应降低。江西省拟建的鄱阳湖水利枢纽工程如果 实施，也将显著改变鄱阳湖区的水文情势。 退田还湖是我国实施的一次大规模适应洪水、 增加湖区洪水调蓄功能的工程。从理论上讲，退田 还湖应当将历史时期围湖造田的耕地大规模转变 为天然湖泊。但由于鄱阳湖年内水位变幅较大，且 大部分时间处于中低水位，即使将退田还湖圩堤都 实施双退，也不能常年维持水面。事实上，鄱阳湖 区较低的洪水水位（如18.50～20.50m）一般不会对 圩堤安全造成影响，在此洪水位进行分蓄洪的边际 效益不大。如果鄱阳湖区遭遇较高的洪水水位（如 20.50～22.59m），就可能会危及圩堤安全，在此水位 进行分蓄洪的边际效益较高。因此，以双退和单退 相结合的退田还湖模式是符合鄱阳湖区实际的，有 助于在保障防洪安全的前提下对耕地进行高效利 用，保障区域与国家粮食安全。 退田还湖工程的实施有其特殊的社会经济背 景，它是在1998年灾后重建、圩堤内农业利润微薄 等特殊背景下启动并实施的。2004年以来，由于农 业税的免除和国家各项惠农补贴的实施，农业经济 形势大幅好转，单退圩堤内耕地面积逐年增加，经 营模式更为集约。但是，由于退田还湖圩堤不能享 受国务院2000年颁布的《蓄滞洪区运用补偿暂行办 法》规定的蓄洪补偿，在未来较高洪水位情景下进 行分蓄洪可能会面临较大的阻力。因此，应当未雨 绸缪，及早制定政策应对未来圩堤蓄洪所带来的多 种问题。 参考文献 （References）： [ 1 ] 封志明. 长江中游平原湖区的农业发展潜力[J]. 长江流域资源 与环境, 1994, 3(2): 114-120. [ 2 ] 王晓鸿,樊哲文,鄢帮有,等. 鄱阳湖湿地生态系统评估[M]. 北 京: 科学出版社, 2004. [ 3 ] 鄱阳湖研究编委会. 鄱阳湖研究[M]. 上海:上海科学技术出版 社, 1988. [ 4 ] 江西省科学院,中国科学院南京地理与湖泊研究所,江西省山 江湖开发治理委员会. 鄱阳湖地图集[M]. 北京:科学出版社, 1993. [ 5 ] 刘影. 平垸行洪退田还湖对鄱阳湖区防洪形势的影响分析[J]. 江西科学, 2003, 21(3):235-238. [ 6 ] 闵骞. 鄱阳湖退田还湖及其对洪水的影响[J]. 湖泊科学, 2004, 16(3):215-222. [ 7 ] 姜鲁光. 退田还湖后鄱阳湖洪水风险与土地利用新变化[J]. 人 民长江, 2009, 40(17): 8-10. [ 8 ] Jiang L, Bergen K M., Brown D G., et al. Land-cover change and vulnerability to flooding near Poyang Lake, Jiangxi Province, China[J]. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 2008, 74(6): 775-786. [ 9 ] Roo A D, Schmuck G, Perdigao V, et al. The influence of historic land use changes and future planned land use scenarios on floods in the Oder catchment [J]. Physics and Chemistry of the Earth, 2003, 28(33-36): 1291-1300. [10] Zacharias I, Dimitriou E, Koussouris Th. Integrated water management scenarios for wetland protection: application in Trichonis Lake[J]. Environmental Modeling & Software, 2005, 20 (2):177-185. 822

姜鲁光等:退田还湖后鄱阳湖区洪水调蓄功能的多情景模拟 2010年5月 Scenario analysis on the Flood regulation Service of the Poyang lake Region JIANG Luguang, FENG Zhiming, YU Xiubo, ZHEN Lin, HUANG Heqing (nstitute of Geographic Sciences and Natural Resources Research. Chinese Academy of Sciences, Beying 100101. China) Abstract: Poyang Lake is the largest fresh water lake in China. Due to monsoon climate annual wet and dry cycles, consequent fluctuations in the Yangtze River levels, and a shallow bathymetry, Poyang Lake experiences large seasonal fluctuations in water levels with a range of 12 m between low to high water levels on average. It has a surface area of approximately 3 850 km in the high-water season, but no more than 1,000 km in low-water seasons. In the past decades, in order to enhance the total grain production to support the dense population, large area of wetland was reclaimed as farmland in the middle reaches of the Yangtze River. Many levees were built to encircle new farmland in low elevation areas adjacent to lakes and rivers, forming polders that are protected against flooding. In the year 1998, there were about 6, 400 km of levees in the Poyang Lake Region(PLR), which serve to partially restrain the lake extent during the flood season Suffered tremendous flood disaster in 1998, the importance of flood regulation service of lake wetlands was recognized by the policy makers in China. After the flood in 1998, a Returning Farmland to Lake Policy was launched by the central government of China and implemented in the middle reaches of the Yangtze River, especially in the Plr to enhance the flood regulation function. According to the implementation plan of the policy, levees of important polders were reinforced and some small polders were designated to be restored back to wetlands or flood etention areas. In practice, the levees are classified to several categories in terms of their importance, which in turn was determined by how much farmland the polder contains and whether the polder contained small or large urban areas. Based on high resolution Digital Elevation Model (DEMS), levee information derived from Landsat TM images and large scale topographic maps, the change in flood regulation function was assessed with the approaches of geo-spatial analysis, hydrological modeling and scenario analysis. The increased area and volume for flood regulation was calculated according to three potential flood level scenarios designed by the returning Farmland to Lake Policy. It is indicated that the flood retention area of poyang Lake will be increased by 17 325 ha, 57 198 ha and 65 573 ha, according to the 3 flood level scenarios as 20.50 m, 21.68 m, 22.59 m, respectively. Meanwhile, the flood regulation volume will be increased by 71426×10m,205545×l0m3and3491.75×10°m, respectively, compared to the baseline year of 2005. The flood regulation function of the PLR has thus been advanced Key words: Returning farmland to lake, Flood regulation; Scenario analysis; Ecosystem Service, Poyang lake C1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://wwwchutphoou.resci.cn

2010年5月 姜鲁光等：退田还湖后鄱阳湖区洪水调蓄功能的多情景模拟 http://www.resci.cn Scenario Analysis on the Flood Regulation Service of the Poyang Lake Region JIANG Luguang，FENG Zhiming，YU Xiubo，ZHEN Lin，HUANG Heqing (Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China) Abstract: Poyang Lake is the largest fresh water lake in China. Due to monsoon climate annual wet and dry cycles, consequent fluctuations in the Yangtze River levels, and a shallow bathymetry, Poyang Lake experiences large seasonal fluctuations in water levels with a range of 12 m between low to high water levels on average. It has a surface area of approximately 3 850 km2 in the high-water season, but no more than 1,000 km2 in low-water seasons. In the past decades, in order to enhance the total grain production to support the dense population, large area of wetland was reclaimed as farmland in the middle reaches of the Yangtze River. Many levees were built to encircle new farmland in low elevation areas adjacent to lakes and rivers, forming polders that are protected against flooding. In the year 1998, there were about 6,400 km of levees in the Poyang Lake Region (PLR), which serve to partially restrain the lake extent during the flood season. Suffered tremendous flood disaster in 1998, the importance of flood regulation service of lake wetlands was recognized by the policy makers in China. After the flood in 1998, a Returning Farmland to Lake Policy was launched by the central government of China and implemented in the middle reaches of the Yangtze River, especially in the PLR to enhance the flood regulation function. According to the implementation plan of the policy, levees of important polders were reinforced and some small polders were designated to be restored back to wetlands or flood retention areas. In practice, the levees are classified to several categories in terms of their importance, which in turn was determined by how much farmland the polder contains and whether the polder contained small or large urban areas. Based on high resolution Digital Elevation Model (DEMs), levee information derived from Landsat TM images and large scale topographic maps, the change in flood regulation function was assessed with the approaches of geo-spatial analysis, hydrological modeling and scenario analysis. The increased area and volume for flood regulation was calculated according to three potential flood level scenarios designed by the Returning Farmland to Lake Policy. It is indicated that the flood retention area of Poyang Lake will be increased by 17 325 ha, 57 198 ha and 65 573 ha, according to the 3 flood level scenarios as 20.50 m, 21.68 m, 22.59 m, respectively. Meanwhile, the flood regulation volume will be increased by 714.26×106 m3 , 2 055.45×106 m3 and 3 491.75×106 m3 , respectively, compared to the baseline year of 2005. The flood regulation function of the PLR has thus been advanced. Key words: Returning farmland to lake; Flood regulation; Scenario analysis; Ecosystem Service; Poyang Lake 823