南科大环境学院姜丽光团队发文揭示鄱阳湖-长江的江湖作用关系新认识
近日，南方科技大学环境科学与工程学院助理教授姜丽光团队在地球物理学领域TOP期刊Geophysical Research Letters上发表了题为“A New Understanding of the Poyang Lake-Yangtze River Interaction: A Backwater Effect on the Yangtze River Perspective”的研究论文。该研究从河流水面坡度变化的新颖视角，探讨了鄱阳湖出流对长江的影响，为理解复杂河湖系统的相互作用及洪水风险管理提供了重要依据。
相互连通的河流与湖泊构成了复杂的河湖系统，其相互作用使得此类系统比单一的河流或湖泊更为复杂，中国的长江-鄱阳湖系统便是典型代表之一。鄱阳湖向长江排放水量约为140 km3/yr，湖泊出流会同时影响主河道上下游的流态。近年极端事件使河湖之间的动态交互备受关注。现有江湖作用关系研究多聚焦于长江对鄱阳湖的影响，而对鄱阳湖如何影响长江的探讨相对不足。鄱阳湖对长江的作用关系存在几个关键问题：鄱阳湖出流在汇合口的回水效应非常显著，抑或微不足道？如是前者，这一效应对长江的影响范围到哪里，其引起的水位抬升幅度又有多大？
图1 研究区河网信息以及站点分布。
针对以上科学问题，团队基于水文站点的水位、流量等实测数据，分析了江湖交汇口上下游335 km各河段的水面坡度（WSS）的动态变化，并基于河道水力学基本原理与模型，量化了长江干流受到回水影响的空间范围和其引起的水位抬升幅度。
研究结果显示，河段的水面坡度WSS年内变幅显著（图2a，2b），尤其靠近交汇处的河段，如河段4-5和河段5-6的WSS在年内呈现显著且截然相反的时序特征（图2a），6-7月的WSS_5-6甚至反超WSS_4-5。这种变化主要受鄱阳湖出流与长江流量的比值（Q5/Q1）调控，比值越大，回水效应越强，交汇处水位抬升幅度也越大，进而影响观测到的河流水面坡度WSS的变化。此外，分析表明回水效应不仅取决于流量比值，还与鄱阳湖出流量的绝对值（Q5）有关（图2c，2d）。
图2 汉口至彭泽11个河段水面坡度（WSS）的年内变化特征（2007-2020年）。(c) 和(d)分别表示WSS_4-5和WSS_5-6与鄱阳湖出流量（Q5）及流量比（Q5/Q1）的散点图。
为进一步回答长江受鄱阳湖回水影响范围的问题，研究团队根据5个水文测站（GS_1至GS_5）将交汇处上游的长江划分为四组河段（图3），通过分析各河段水面坡度（WSS）与对应流量比（Q5/Q1）、长江流量（Q1）和鄱阳湖出流流量（Q5）的相关性（图4），揭示了回水对长江影响的空间范围以及上游来水和下游回水分别对各河段WSS的潜在影响。
图3 交汇处上游的10 个河段的水面坡度和流量比值的年内变化特征（2007-2020年）。
结果显示，回水至少可延伸至距离交汇处74 km的GS_3（码头镇站）附近，河段2-3在3月份前，仍可能受回水影响（图3c）。图4相关矩阵表明，GS_1和GS_2出发的河段，其WSS主要受长江干流流量（Q1）控制，但这种影响越往下游越弱（正相关性越弱）。其中唯一例外的是WSS_1-2，因受到河段1-2之间多条支流的来水影响（支流分布见图1），其与Q1相关性减弱（图4a）。GS_3出发的下游河段主要由Q5的回水影响主导，越延伸至下游负相关性越强（图4b）。
图4 水面坡度与长江流量Q1（图4a）和鄱阳湖出流量Q5（图4b）的相关矩阵。
回水导致的水位抬升可用实际水位减去正常水位而得。利用曼宁公式，在不同糙率系数组合下估算得到的水位抬升结果见图5。在最坏的情况下，水位抬升可以达到14.1米（图5a），最好的情况下依然达到2.6米（图5r）。强烈的回水效应（高ydiff）会导致水面坡度显著趋缓（可达到0.9-1.4 cm/km）。
图5 不同糙率系数组合下九江（GS_4）水位抬升幅度（ydiff）的估算结果。
通过汇合口附近水位变化的分析研究表明，强回水事件的发生需要同时满足两个关键条件：鄱阳湖出流量较大且江湖流量比值较高。这类事件往往导致长江干流交汇处水位显著抬升，大幅增加防洪压力。在极端事件频发的大背景下，鄱阳湖对长江的回水效应可能更加显著。未来可能需要采取调控策略以降低回水效应带来的洪水风险，即控制鄱阳湖出流流量或优化江湖流量比值，在鄱阳湖建坝等工程措施可作为一种潜在调控手段。另一方面，未来可以利用SWOT等新型遥感监测技术，持续监测九江-虎口的坡度变化，可有效估算回水效应强度及相应水位抬升幅度，为监测洪水提供重要的辅助信息。
南方科技大学环境科学与工程学院2023级硕士研究生孟媛媛为论文第一作者，姜丽光助理教授为通讯作者，南方科技大学为论文第一通讯单位。合作单位有河海大学长江保护与绿色发展研究院、中国科学院地理科学与资源研究所、中国水利水电科学研究院、华北水利水电大学等。该研究得到了长江水利委员会长江科学院开放研究基金、深圳市城市环境健康风险精准测量与预警技术重点实验室、南方科技大学高水平专项基金等的支持。
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https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL114807
