长江三角洲水害特点与成因分析

周 飞，马 静，胡雅杰，闫 龙，陈 波

（1.中国水利水电科学研究院 水资源研究所，北京 100038；2.南昌市水文局，江西 南昌 330018）

长江三角洲水害特点与成因分析

周 飞1，马 静1，胡雅杰1，闫 龙1，陈 波2

（1.中国水利水电科学研究院 水资源研究所，北京 100038；2.南昌市水文局，江西 南昌 330018）

结合长江三角洲区域特点，对长江三角洲洪涝、河网水污染、太湖蓝藻水华以及长江口咸潮入侵四类水害特点进行分析，识别区域水害的主要因素和水害成因。结果表明：当前长江三角州洪涝灾害以涝灾为主，具有频发性，影响范围广，损失巨大等特点。河网水污染已为常态，贯穿全年，具有雨污同期性，汛期水污染问题加剧。太湖蓝藻水华表现出明显的时空变异性，长江口咸潮入侵也形成了北支咸潮倒灌进入南支，南支外海咸潮上溯的入侵路径，形成“两边高，中间低”的空间分布特征。水文条件是水害形成的自然因素，人类活动则是导致水害问题不断严重的根本原因。区域下垫面变化加剧了洪涝灾害，而不合理的闸坝调度方式导致汛期河网水污染加剧。区域内污染物过量排放，加重了太湖富营养化程度，使蓝藻水华问题恶化。水利工程的调度运行影响着入海径流，对咸潮入侵产生影响。此外，社会财富的增值亦使水害损失持续上升。

长江三角洲；水害特点；成灾机理；人类活动

长江三角洲是水害的频发区域，近年来人类活动日益增强，城市化进程不断扩展，带来了严重的城市内涝及水污染问题，影响着区域内居民正常的生产生活及社会经济发展。当前长江三角洲水害已从单一的自然型水害转向自然-社会复合型水害，水害损失不仅仅由降水量、洪水量等自然因素单方面决定，更是受土地利用变化、水面利用方式等人类活动影响［1］，导致水害特点发生变化，成灾原因更为复杂。针对此类问题，陈家其［1］开展了长江三角洲水害与城市建设发展关系研究，着重论述了城市水土资源开发对水害成灾环境的影响。朱大奎等［2］分析了区域当前的水资源与水环境现状及其成因，并提出相应的对策。赵娟等［3］则通过对比长江三角洲人地相互作用关系的历史与现状，分析了人类活动对水害的加剧作用。

可见，长江三角洲的水害问题，前人已进行了一系列有益探讨，但仍可以进行以下深入探讨：（1）针对长江三角洲特有的平原河网、太湖、长江河口三大河湖水系分区，深入剖析和明确各分区下产生的特有水害问题；（2）长江三角洲平原河网区闸坝众多，受水利工程调控影响，该区域的水污染不同于太湖水体污染，具有独特的变化规律与成因，需进行深入剖析；（3）对各类水害从自然水文条件和人类社会活动影响两方面综合分析水害驱动因素，揭示其成灾原因。本文即从上述三方面开展研究，旨在从宏观上把握长江三角洲整体的水害状况，为防灾减灾及灾害管理提供参考依据。

1 研究区概况及主要水害问题

1.1 区域概况 长江三角洲地处我国华东地区，是长江入海之前的冲积平原，面积约5万km2，地形呈现周边高、中间低的碟形特点。流域西部和西南部地区为山丘区，属天目山及茅山山区的一部分，约占流域面积的20%。区域范围北起通扬运河，南抵杭州，西至南京，东抵东海，包括上海市全部、江苏省中南部和浙江省北部杭嘉湖平原，共计二省一市，主要城市包括上海、杭州、嘉兴、湖州、苏州、南通、无锡、常州、镇江、泰州、南京、扬州共12个城市，2012年区域总人口6 355万人，GDP 54 884亿元，工业增加值26 297.7亿元，分别占同期全国总量的4.7%、10.3%和12.9%。

长江三角洲河湖水系特点分明，主要由三部分组成，如图1所示：一是区域中间的平原河网区；二是以太湖为中心的洼地及湖泊；三是长江干流入海形成河口水域。首先，平原河网区河道密布，是全国河道密度最大的地区之一，已形成自然水系叠加人工河道的城市河网体系。其内水利工程众多，形成了以望虞河、太浦河等引排工程为主体，由上游水库、周边江堤海塘和平原区各类圩闸等组成的工程体系。

区域众多的湖群中以太湖为中心，大小湖泊星罗棋布。太湖位于长江三角洲中心偏南位置，全部水域在江苏省境内，湖水南部与浙江省相连，是我国东部近海区域最大的湖泊，湖面形态如向西突出的新月。湖泊南岸为典型的圆弧形岸线，东北岸曲折多湾，湖岬、湖荡相间分布，太湖水面面积为2 338.11 km2，湖岸线总线405 km，平均水深1.89 m，湖底地形由东向西倾斜，湖盆形态呈浅碟形。

长江口是我国第一大河口，河口径流量大，水体自净能力强，河口水域现已成为上海市及苏南地区重要的供水水源地。受长江径流和潮汐上溯影响，长江口是咸淡水交汇的特殊区域，环境条件复杂多变，其水体的理化特征以及水生生物习性都具有特殊性，已成为多种生物周年性溯河和降河洄游的必经通道，形成一个结构独特、功能多样的生态系统。

图1 长江三角洲河网水系分布

1.2 主要水害问题 长江三角洲河湖水系的分区特点决定了水害也呈现不同的分类：一是在城市、农田等人类活动区域形成的区域性洪涝灾害；二是在平原区河网和以太湖为主的湖群水体中产生的水污染问题，其中河网地区主要为河网水污染，而湖泊内主要为蓝藻水华的爆发；三是在长江河口因咸潮上溯产生的水生态问题。各类水害分述如下：

（1）洪涝灾害。长江三角洲多年平均降水量为1 147.7 mm，年际变化显著，全年降水量的60%集中于汛期5—9月，且持续性暴雨天气频发，每年6月中下旬至7月上旬易出现梅雨季暴雨，降雨历时长、总量大、范围广，往往造成流域性洪涝灾害；8—9月份出现台风季暴雨，降雨强度大、暴雨集中，易形成山体滑坡、泥石流等区域性洪灾。长江三角洲地势平坦低洼，加之经济发达、人口密集，洪涝灾害往往影响范围广、历时长，经济损失巨大，是该地区最主要的水害之一。

（2）河网水污染。长江三角洲是典型的平原河网区，河渠水系众多，水系发达，圩区、闸坝等水利工程密布，具有人工调度性强、自净能力差、水力联系复杂等特点。20世纪80年代后该地区工业化与城市化进程加速，带来了严重的水环境问题，河网水污染问题日益凸显［4］。以主要区域太湖流域为例，根据《太湖流域水资源公报》，2012全年水质评价总河长6 032.9 km，全年期水质达到或优于Ⅲ类的河长比例仅为18.7%，河网内氨氮、高锰酸盐指数、总磷严重超标，且河网汛期水质明显差于非汛期。

（3）太湖蓝藻水华。太湖地处长江三角洲南缘，当前太湖蓝藻水华暴发已成为长江三角洲区域面临的最突出、最重要的水环境问题。2007年4—5月梅梁湖和贡湖暴发严重的蓝藻水华现象，更是污染了无锡市供水水源地，影响了200多万人的正常生活用水，给广大人民群众的生活及身体健康带来威胁。

（4）长江口咸潮入侵。长江三角洲是我国受咸潮影响最为显著地区之一，长江口咸潮入侵的主要影响可分为两类：一是长江口和近岸海域的低盐区不仅是幼鱼和无脊椎动物的育苗场，还是洄游鱼类重要的产卵场，盐水入侵造成该低盐区盐度升高，对水生生物的生存、产卵等造成破坏。二是长江口布置有宝钢水库、陈行水库、青草沙水库等取水口，其中陈行水库已成为上海市的第二水源地，咸潮入侵直接威胁供水安全。

2 水害特点分析

2.1 洪涝灾害 洪涝灾害日趋频发，受灾面积广，损失严重。根据有关文献资料［2，5］，历史上长江三角洲区域洪灾平均每10年一次（表1），20世纪90年代之前约6～7年一次，但进入90年代以后，平均每4～5年就有一次较为严重的洪涝灾害。统计1990年以来的流域农业受灾面积和经济损失指标（基于2011年可比价），如图2所示。发现期间有6年发生较严重的洪涝灾害，损失巨大，其中1991年最为严重，造成直接经济损失（可比价）345亿元，超过58万hm2农田受淹。

涝灾问题突出。长江三角洲为平原洼地，区域受圩内排水条件和外河水位影响，经常形成严重的内涝灾害，主要有两种情况：一是在长期的开发形成大面积的人工水网的情况下，受到圩垸修筑影响，区域需靠人力或动力排除圩内积水，而当排水动力不足或超标准降水时，就会出现内涝问题；二是区域特殊的地理位置，常受长江高水位顶托，圩内涝水难以排出，也极易成涝。

表1 长江三角洲历代洪灾发生频次

2.2 河网水污染 长江三角洲河网水污染最大的特点是雨污同期，汛期水质明显差于非汛期，河道内污染物随洪水过程扩散，造成河长达标率下降。根据统计资料［6-8］，分析历年河长达标率变化过程，得到平均河长达标率仅为17%，除个别月份外，历年河长达标率最高不超过40%，表明区域内河网水污染状况已为常态。但通过历年最好与最差月达标率的差值来分析河长达标率在丰枯季的波动情况，发现丰枯季河长达标率波动由大到小、最差月达标率逐步改善的趋势（图3），其原因一方面是2005年起“引江济太”工程进入长效运行阶段，增强了河网区域水体的流动性，河道内污染水体得到置换，水质改善［9］。另一方面2007年太湖蓝藻事件后，中央和地方政府加大了太湖流域水污染的治理力度，实施一系列截污减排措施［10］，区域水环境质量提高。

图2 长江三角洲1991—2012年洪涝灾害损失情况

图3 长江三角洲2001—2012年河长达标率变化过程

尽管如此，在汛期河长达标率仍处于年内最低水平，平均河长达标率仅为在12.9%（图4），分析历年汛期河长达标率随累积降水量的变化过程（图4），汛期河长达标率呈“下降—上升”的V字型过程，即从5月开始，随降雨量的不断累积，河长达标率呈明显的下降趋势，最低点集中在6—7月，而随着降水量进一步累积，河道内污染物得到稀释，达标率开始上升。

图4 河长达标率随汛期累积降水量变化过程

2.3 太湖蓝藻水华 蓝藻水华灾害情势近年来发生明显改变，主要有两个方面：一是蓝藻爆发时间提前，持续时间长；二是爆发区域向外扩展，由湖西区扩展至南部及湖心区。

图5 历年蓝藻水华时空演变规律

首先，从时间上来看，太湖蓝藻暴发经历从无到有的过程。根据1979年以来的卫星遥感影像［11-12］，太湖蓝藻的大面积暴发发生在1987年6月，至2000年前后水华面积基本维持在该水平，2004年起水华集聚面积、暴发强度逐渐增大，暴发时间总体呈逐年提前的趋势，且持续时间开始延长。如图5（a）所示，2004年前，太湖蓝藻初始暴发时间晚于5月份，大多在6、7月份首次出现，但2005年蓝藻初始暴发时间提前至4月份，尤其2007年3月份即出现蓝藻首次暴发，2008—2012年基本维持在4月份。持续时间上，2000年以后，蓝藻暴发持续时间快速增长，特别是2004年后蓝藻持续时间长达8—10个月，几乎全年都在发生。

从空间上看，太湖蓝藻分布区域经历了由北、西北向南再向湖心扩散的过程，如图5（b）所示：2000年以前，主要区域为梅梁湖、竺山湖及其相连水域，西部沿岸区偶有发生；在2000—2003年期间，南部沿岸区蓝藻暴发频率增加，形成以梅梁湖和竺山湖为核心，向南部扩展的态势；而在2003年以后，蓝藻水华面积进一步扩大，开始向湖心区扩散，严重时可与梅梁湖、竺山湖、西部及南部沿岸相连而覆盖太湖近一半的水域面积。蓝藻水华面积开始扩展的时期与蓝藻出现提前爆发，持续时间延长所处的时间节点较为一致，均在2000年前后，此期间蓝藻水华情势开始发生改变。

2.4 长江口咸潮入侵 对于咸潮入侵，按国家取用水相关标准，以水体的氯度大于250 mg/L时即表明水体受到影响，换算成盐度值为0.45‰。长江口的咸潮入侵一般是发生在徐六泾以下区域，这里形成独有的“三级分汊、四口入海”态势，分为北支、北港、北槽和南槽4个入海通道。在特殊的地形及水动力条件影响下，外海潮波沿入海通道的南港、北港和北支形成了三条特殊的上溯路径，如图6（a）所示。三条路径中，北支的咸潮入侵已为常态，盐度值常年与外海相当，而大量的观测数据及相关研究［13-14］表明，南支的氯度平均值及受咸潮影响的天数远低于北支，南支包括南港和北港两条路径，盐水随海潮自南槽和北槽向口内入侵，经南港和北港进入长江口南支，受下泄水流影响，盐度不断降低，直至吴淞口处潮流结束上溯。长江口盐度空间分布如图6（b）所示，受入侵路径影响，长江口盐度呈现“两边高，中间低”的沿程分布，表现为：南支陈行水库至吴淞口区间内盐度值最低；受北支盐水倒灌影响，从吴淞口起中游至上游，盐度沿程增加；吴淞口下游至外海，受海潮上溯影响，盐度也沿程增加。

图6 长江口咸潮入侵路径与盐度空间分布

3 水害驱动因素分析

（1）水文条件。汛期暴雨频发，集中降水引发洪涝灾害，因水体流动累积的污染物扩散导致河网水污染加剧。研究区汛期5—9月降水量大，多年平均值达774mm，占全年降水量的67%，最大值为1991年的1 104 mm。降水主要集中在主汛期6—8月，占全年降水量40%，期间暴雨频发，典型的暴雨过程包括6月中下旬至7月上旬的梅雨季暴雨和7—8月份的台风季暴雨。统计1991—2012年局地和全区暴雨（24小时P≥50mm）出现次数如图7，结果表明，在局地和全区范围内汛期平均发生暴雨14次，降水总量超过700mm，可见汛期90%以上的降水均为暴雨过程，促使区域江河水位迅速上涨，防洪压力剧增，是引发洪涝以及河网水污染加剧的自然条件。

对于太湖蓝藻水华而言，营养盐含量往往是其爆发的主要诱因，但太湖湖水位变化在一定程度上也影响着蓝藻水华的产生及其危害。首先太湖水体内营养盐含量在丰枯季随太湖水位变化而变化。通过点绘4—7月水华爆发期内的营养盐指数（TN、TP、高锰酸盐等权重归一化处理得到）随湖水位的变化关系（图8）可看出，湖内营养物随湖水位变化关系密切，特别是4—5月，太湖水位偏低，保持在2.8～3.1m，受水位影响营养盐浓度此期间达到最高，为蓝藻生长提供良好的营养环境。其次，太湖低水位易产生“湖泛”现象，相关研究表明［15］大部分“湖泛”的发生在太湖水位3.30 m以下。“湖泛”现象严重时会威胁到取用水水源地安全，造成供水危机，2007年4—5月期间太湖爆发的严重蓝藻水华事件，即是无锡南泉水厂附近出现“湖泛”所引发。上述驱动关系事实上在20世纪80年代以前并不明显，主要是由于当时太湖水质良好，水质基本保持在Ⅲ类以上［16］，湖体内缺少TN、TP等营养盐的输入，因此并未产生蓝藻水华问题。

图7 长江三角洲局地和全区历年暴雨频数

图8 营养盐随湖水位变化趋势

（2）人类活动。下垫面变化是加剧洪涝灾害的主要原因。近年来城市化发展导致城镇建筑用地面积不断增加，大面积的透水性下垫面转化为不透水路面。加之长期以来的围湖造地，大范围的联圩、并圩打乱了原有的天然河网水系，导致水域面积不断萎缩。根据相关研究［17］，区域1991年城区建设面积已从4 857 km2增至2008的23 178 km2，增幅近4倍，而水域面积累积减少1 063 km2。快速的城市化建设，直接影响流域的水文过程和产汇流机制，致使降水后径流系数增加，加大了区域产水量［18］，加大了区域洪涝灾害爆发的频度和强度。

此外，在人类活动影响下，区域内独特的闸坝调度运行方式，是导致汛期河网水污染的主要原因，具体表现为：枯水期闸坝阻断导致污水积留，汛期闸坝泄洪，纳污河段污水扩散。在枯水期闸、坝等工程关闭的情况下，河道内污水流动缓慢，基本与其他河道水体切断联系，水体自净能力差，河道形成显著的分段化特点，出现部分河段水质及感官“达标”，纳污河段污水积留的现象。汛期到来，为保证区域防洪安全，纳污河段闸坝开启，形成河、湖水体相互连通的水系格局，此时积留的高污染水体也随洪水扩散至其余相对达标的河段中，河长达标率急剧下降，造成汛期河网水污染。

区域污水过量排放，加重太湖富营养化程度，是蓝藻水华进一步恶化的根本原因。根据《太湖水资源公报》及文献资料［19］统计结果，随着国民经济的快速增长，区域废污水排放量在逐年上升。1987年，太湖流域废污水排放量为36亿m3，1999年增至49亿m3，2003年已达到53.4亿m3，超过了太湖多年平均的蓄水量。之后污水排放量每年仍持续增加，直至2012年废污水排放量已达64.3亿m3。在废污水中，生活污水和以服务业为主的第三产业每年废污水比例逐渐增加，促进蓝藻水华生长的TN、TP即来源于此，导致蓝藻水华进一步严重。尽管如此，流域主要污染物排放量（表2）则在2007年后呈现出了降低的趋势，可见区域水环境治理力度在不断加大，污染物排放量得到有效控制，这也进一步解释了河网区域达标率逐步提高的原因。

表2 太湖流域近年主要污染物排放量 （单位：万t）

枯季径流偏小引起咸潮入侵本属于自然规律，但在水利工程运行和调度的影响下，自然的枯季径流过程发生改变，影响着咸潮入侵规律。长江大通断面是长江口咸潮上溯所能到达的上界，分析历年咸潮入侵情况（图9），发现咸潮入侵次数随枯季入海流量变化显著，而当大通径流量低于16 000 m3/s时咸潮入侵天数明显增加。可见长江入海径流依然是控制咸潮入侵的主要指标，目前对大通径流量影响主要有三峡和南水北调两大工程，三峡工程在10—11月仍处于蓄水期，下泄流量减少，会导致咸潮入侵周期提前，而1—3月下泄流量增加，将消减河口水体的氯化物浓度［20］，减轻损失。而南水北调东线工程运行后最大引江抽水将达1 000m3/s，咸潮入侵问题将由于枯季入海径流量减小而加剧［21］。由此可见，合理的水利工程调度，适时泄水压咸可成为控制咸潮入侵的有效手段。

（3）区域财富增值。如前所述，长江三角洲是我国经济最发达的地区，自20世纪90年代以来区域进入高速发展时期，GDP总量呈几何倍数上升，人口大量集聚。经过可比价折算（2011年为基准年），区域1991年GDP为4 532亿元，2000年已达到13 181亿元，增长近3倍，至2012年区域GDP已达52 000亿元，是1991年的11.5倍。对于人口，1991年区域总人口5 325万人，2012年总人口数已达6 355万人，人口增加1 000万人。GDP的快速增长，人口的不断增加，一方面反映出区域社会经济的快速发展，生活水平的显著提高，而另一方面也使得区域在各类水害下的暴露程度加重。从风险的角度看，暴露程度越大，其灾害风险也越大［22］，灾害发生时往往损失的绝对量也越大，这也是导致水害损失巨大的直接原因。

图9 历年长江口咸潮入侵情况

4 结论

洪涝灾害、河网水污染、太湖蓝藻水华以及长江口咸潮入侵是当前长江三角洲地区面临的主要水害。对于洪涝灾害，以涝灾为主，受汛期降水直接驱动，灾害日益频发，损失由于国民财富增值迅速，不断增大；区域河网水污染已呈常态化，贯穿全年，且具有雨污同期性。受区域独特的闸坝调度方式影响，汛期闸坝泄洪，纳污河段污水随洪水扩散，导致河网水污染加剧；太湖蓝藻水华近年来表现出明显的时空变异性，区域内污染物过量排放，营养物富集，是诱发蓝藻水华的根本原因。同时在水体富营养化的情况下，太湖枯季低水位也会影响蓝藻水华的爆发，并有利于“湖泛”问题的产生；从入侵路径上看，长江口咸潮入侵特点为北支倒灌入南支，南支外海咸潮上溯并止于吴淞口，受此影响，南支盐度呈现“两边高，中间低”的分布特征。咸潮入侵天数随枯季入海径流变化显著，当前水利工程调度和运行影响着枯季径流过程，进而对咸潮入侵产生影响，但通过合理调度，适时泄水压咸可成为减轻咸潮入侵问题的有效手段。

本文对长江三角洲水害的特点及驱动因素进行分析与论述，明确了近年长江三角洲水害变化的特点与趋势，可为宏观把握区域水害情势和水害治理提供参考。同时对于有效实施水害调控与治理措施，定量分析区域水文条件、人类活动、社会经济条件等对灾害的影响，合理估算水害损失十分必要。

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Study on characteristics and causes of water-induced disaster in Yangtze Delta

ZHOU Fei1，MA Jing1，HU Yajie1，YAN Long1，CHEN Bo2
（1.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2.Nanchang Hydrology Bureau，Nanchang 330018，China）

The Yangtze Delta is suffering from the water-induced disasters，like the flood，the river pollution in the plain，the outbreak of the cyanobacteria in Taihu Lake and the seawater intrusion in the estuary，which lead to dramatic losses every year.The aim of this paper is to analyze the characteristics of above four types of the water-induced disasters and identify the main causes.The result shows that water logging is the majority in the region with frequent occurrence，wide range and huge damage.The default state of the river pollution runs through the whole year with the synchronization in precipitation，which cause a water quality deterioration when the flood season comes.The outbreak of the cyanobacteria in Taihu Lake has a temporal and spatial regularity.The seawater intrusion in the estuary also has its own special path，i.e.seawater backward flowing into the southern branch from the northern branch as well as the sea region.This fixes a spatial distribution in a lower salinity in the midd le and a higher salinity at the both sides.Obviously，the hydrological factors in nature cause the disaster.However，the interaction with the human activity exacerbates the disaster damages.For instance，the variations of land use and cover intensify the flood；the inappropriate operations on the dams and sluices worsen the water quality；the eutro-phication in Tailhu Lake could be further deteriorated due to the the excess contam inant discharges；the operations in the water facilities lead to the changes in runoff into the sea，which would influences the sea water intrusion.In addition，the enlargements of social wealth is a force to be reckoned which results in a continuous grow th in the losses by the water-induced disasters.

Yangtze Delta；characteristic of water-induced disaster；mechanism；human activity

TV213

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.02.001

1672-3031（2016）02-0081-09

（责任编辑：韩 昆）

2015-09-07

水利部公益性行业科研专项经费项目（201201073）；留学人员科技活动项目“洪涝损失的全口径评价技术”

周飞（1987-），男，辽宁沈阳人，博士生，主要从事水害损失核算、生态水文等方面研究。E-mail：bob20131117@sina.com