湖泊分类体系及综合分区研究与展望

邢 子 强，黄 火 键，袁 勇，刘 姗 姗2，赵 钟 楠

(1.水利部 水利水电规划设计总院,北京 110120； 2.中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室, 北京 100038)

1 研究背景

湖泊是江河水系的重要组成部分，是蓄洪储水的重要空间，在防洪、供水、航运、生态等方面具有不可替代的作用。根据第一次全国水利普查(《第一次全国水利普查成果丛书》,2017)成果，我国常年水域面积大于1.0 km2的湖泊有2 865个，总面积为7.8万km2。长期以来，受到湖泊围垦、违法养殖、非法采砂等非理性人类活动影响，我国湖泊面积萎缩、水域空间减少、水质恶化、生物栖息地破坏等问题十分突出。因此，对湖泊的保护、管理和合理利用日益受到政府部门的重视，并相继制定出台了河湖休养生息、“水十条”、湖长制等政策以强化我国的湖泊管理保护。

“类例既分，学术自明”。湖泊分类分区是根据湖泊理化生过程及分布、形成与演变过程等方面的异同点，采用典型表征指标对湖泊进行归类区分，是湖沼学学科发展进程中一项重要的基础理论工作[1]，也是实施湖泊综合管理的先决条件[2]。当前，国内外学者根据各自研究视角和研究目的，提出了不同的湖泊分类分区方法并建立了相应的湖泊分类体系[3]。湖泊分类研究重点关注的是湖泊单因子分类的理论研究，但已有分类成果存在着创新性不足，难以全面揭示湖泊自然属性及其演变特征；而湖泊分区方法研究则尚处于初步探索阶段，已有研究多是根据专家经验与其主观判断进行划分的，尚未构建综合性、系统性、理论性的湖泊分区体系。

我国湖泊数量众多、类型多样且开发历史悠久，湖泊特性空间差异显著；随着气候变化和人类活动影响加剧，湖泊数量、湖盆形态、湖泊水文及其生态环境等特性均发生了显著改变，难以照搬已有湖泊分类分区体系。湖北省于2017年颁布了DB42/T 1255-2017《湖北省湖泊分类技术标准》，这也是我国首个省级湖泊分类标准[4]。因此，建立我国统一的、普适的以及定量的湖泊分类分区体系对系统开展湖泊保护修复与分类管理，将具有重要的意义。

本文系统地论述了目前国内外学者对湖泊概念内涵的定义，并重新定义了湖泊的内涵；系统地剖析了国内外当前湖泊分类体系研究现状及存在的问题，并对湖泊分区研究进展进行了梳理总结。在此基础上，提出了我国湖泊分类分区体系的研究方向，以期为我国湖泊管理保护和可持续利用提供决策参考。

2 湖泊概念探讨

2.1 湖泊定义

湖泊形成必须具备两个基本条件[5]：首先，陆地某些地区在地质内力作用或环境外力作用下下陷形成洼地；其次，洼地外源补给水量大于蒸发、渗漏等损失水量，洼地储水形成湖泊。当前，学术界尚未形成统一的、被普遍认同的湖泊的科学定义，不同学者根据其各自的研究领域和方向给出了不同的湖泊定义，主要有以下两种观点。

(1) 环境、水文领域学者重点从湖泊水体赋存特征方面对湖泊进行界定，而对湖泊概念外延条件的论述存在着显著的差异。比如Imberger J[6]，将湖泊定义为“自然形成的且其出流量和入流量受自然河流系统控制的水体”。国内学者伍光和等[7]将湖泊定义为“地面上洼地积水形成比较宽广的水域”。马荣华等[8]将湖泊定义为“陆地上的盆地或洼地积水形成﹑有一定水域面积﹑换水较为缓慢的水体”。《湖泊调查技术规程》[9]对湖泊的定义是“陆地上洼地积水形成的﹑水域比较宽广﹑换流十分缓慢的水体”。上述学者仅从湖泊的水文特性出发对湖泊进行的定性描述，但是，并未明确湖泊水域的确定阈值。美国环保署[10]为了有效开展湖泊管理工作，明确湖泊为面积超过1 hm2的静水水体，其中包括至少有1 000 m2的开阔水域面积，且最深点水位应超过1 m。

(2) 地质、湖沼等领域学者则主要是从湖泊形成的2个基本条件的角度对湖泊概念内涵进行论述。比如王洪道[11]、施成熙等[12]学者对湖泊的定义是“湖泊是湖盆、湖水、水体中所含物质——矿物质、溶解质、有机质及水生生物等所共同组成的矛盾体；是大陆封闭洼地的一种水体，并参与自然界的水分循环”。《中国水利百科全书》[13]沿用该湖泊内涵，将湖泊定义为“湖盆及其承纳的水体，湖盆是地表相对封闭可蓄水的天然洼地”。此外，还有部分学者[14]从湖泊管理的角度提出湖泊是一个以水面、湖岸带以及湖泊流域为区域，以水为纽带所构成的一个自然、社会和经济系统。

本研究在系统总结上述研究成果的基础上，将湖泊定义为：湖泊是陆域环境上由湖盆、湖水、水中所含物质组成，具有水流相对缓慢、不与海洋发生直接水力联系等特征，参与流域范围内自然生态系统的物质循环、能量流动和信息传递过程，兼具自然属性和社会属性的自然综合体。

2.2 湖泊特征

湖泊是一个开放的且具有一定反馈调节机制的动态复杂系统，也是自然环境与人类社会相互作用的综合体[15]，具有自然属性、社会属性、生态属性等多维属性特征。

(1) 自然属性。湖泊是由气候、水文、地形、地质、沉积、生物等共同作用形成的一个自然综合体，其自然属性包括湖泊构成、存在的形态、地理位置、环境状况、资源条件以及演变规律等方面。湖泊是陆地水圈的重要组成部分，与大气圈、生物圈和岩石圈有着不可分割的密切关系，是地球多圈层的连接点[16]，各圈层相互作用的自然过程均会导致湖泊整体的变化[17]。

(2) 社会属性。湖泊的社会属性是指湖泊资源通过人类经济活动表现并由此产生的生态经济效益所衡量的，系统地反映了湖泊对社会经济系统的支撑和调控能力。一般而言，湖泊具有多种用途的综合功能，根据其所处地理生态环境以及人们开发利用湖泊资源目标所显示出的功能差异，包括供水水源、防洪调蓄、水产渔业、旅游疗养、水运交通、水力发电、矿盐资源以及自然保护区等各种功能[18]。

(3) 生态属性。湖泊的生态属性是指天然条件下湖泊对于维护区域生态平衡、调节气候、维护生物多样性等区域生态环境的支撑能力，承载着生态系统要素间的能量流、物质流和信息流，具有重要的生态功能。具体包括生物多样性维持、区域气候调节、水旱灾害防治、水源涵养、水土保持、环境净化等[19]。但是，湖泊作为一个开放的动态系统，水、沙、营养物和污染物主要来自流域尺度，易受气候变化和人类活动等外部因素的影响；同时，湖泊水域相对封闭，水体流动缓慢，交换更新周期长，自我修复能力相对较弱，湖泊生态功能易受影响甚至破坏且恢复难度较大。

3 湖泊分类体系研究

当前，国内外学者按照湖泊分类的学科背景、主导因素等，从不同角度出发对湖泊分类进行了研究，主要是从湖盆成因、湖泊水文、湖泊所含物质以及河湖关系等湖泊自然属性等方面确定湖泊的类型。当前，湖泊分类体系主要包括以下12种分类体系，如图1所示。

3.1 基于湖盆成因的湖泊分类体系

湖盆是湖泊赖以存在的先决条件，直接反映了湖泊的形成、发展及演变历程，同时对湖泊理化生特性也具有显著的制约作用。在地理学和湖沼学学科中，通常以湖盆成因作为湖泊分类的重要依据。19世纪，Darvis[20]基于湖盆营力性质对湖泊类型进行了划分，包括构造作用形成的湖(Constructive)、侵蚀作用形成的湖(Destructive)以及堰塞作用形成的湖(Obstructive)3类。Hutchinson[21]在1957年根据不同动力地质作用形成的湖盆地貌形态特征，对湖泊进行了分类，主要划分为构造湖、滑坡湖、火山湖、冰川湖、河成湖、溶解湖、海岸湖、风成湖、有机成因湖、陨星湖以及人造湖共11个大类和76个亚类。Hutchinson湖泊分类体系是近代比较系统完备的湖泊分类方法，并获得了多数学者的认可。国内学者基于Hutchinson分类体系，进一步对湖泊湖盆成因进行了分类研究[22]。

图1 湖泊分类体系示意Fig.1 Scheme of Lake classification system

3.2 基于湖泊水文特征的湖泊分类体系

湖泊水体是湖泊概念内涵的集中体现，是湖泊存在的最基本条件。其中，湖泊水量是影响湖泊水文情势变化的根本因素，包括湖泊水域、水深、湖水滞留时间等特征指标。南京湖泊所王苏民等[23]、王洪道[11]主要依据湖泊水域面积构建了湖泊分类标准，其中，大型湖泊的水域面积大于500 km2、中型湖泊介于50～500 km2、小型湖泊小于50 km2。该湖泊分类方法已普遍被我国大部分学者和水利管理者接受，并被广泛应用于第一次全国水利普查、湖长制实施等。此外，环境保护部环境工程评估中心从湖泊环境质量影响评价角度出发，综合考虑到了枯水期湖泊水深和水域面积等因素而建立湖泊形态分类体系[24]，如表1所示。

湖泊水位变化对湖泊物理化学过程具有显著的作用，也直接影响到湖泊生态系统的演变过程。根据湖泊水深的差异，可将湖泊划分为浅水湖、深水湖两类，但是这两者之间并没有严格的界定，一般将是否存在温跃层作为划分的标准[25]。由于湖泊温跃层的存在，深水湖与浅水湖在湖泊水体流动性、内源营养盐释放及水生生物分布等方面均存在着较大差异。绝大多数浅水湖泊的水深不超过20 m[26]。比如杨文龙[27]，根据湖盆深度对云南高原湖泊进行了分类研究，在其研究中，将平均水深在15 m以内的湖泊划分为浅水湖，而将平均水深在20 m以上的湖泊划分为深水湖。

表1 湖泊形态分类体系Tab.1 Lake classifications system based on morphology

湖泊水龄直接表征了湖泊水体交换的速率，也是湖泊水文特征的一项重要指标。根据拉姆萨尔湿地类型分类系统，基于湖水滞留状况，可以将湖泊分为间歇湖(时令湖)和常年湖两类。其中，间歇湖(时令湖)是指水域面积大于8 hm2的季节性、间歇性的淡水湖；而常年湖指是终年有水的湖泊。此外，GB/T13923-2006《基础地理信息分类与代码》[28]是根据湖水赋存状况建立的湖泊分类体系，包括常年湖、时令湖、干涸湖3种类型。其中，典型的时令湖包括澳大利亚的艾尔湖和我国广西的犀牛湖，而新疆罗布泊则为典型的干涸湖。

湖水温度状况是引起湖水理化过程和动力现象的主要因素，是湖泊生物界最重要的环境条件，也是影响生物新陈代谢和物质分解、决定湖泊生物生产量的重要指标[29]。根据湖泊水温参数的变化特征，可将湖泊分为暖湖、温湖、冷湖3种类型[30-31]。其中，暖湖又称热带湖，指最冷月份湖泊表层水温高于4℃的湖泊，湖泊不会出现冰冻现象；温湖亦称温带湖，湖泊表层水温最高将超过4℃，最低也将低于4℃；冷湖又称极地湖，湖泊表层水温低于4℃。

3.3 基于湖泊所含物质的湖泊分类体系

湖泊是所在流域物质和能量之“汇”，湖水所含物质是维系湖泊生态系统健康的关键所在。湖泊矿化度是表征湖水化学性质的重要指标之一。根据湖水矿化度，湖泊可被分为淡水湖、咸水湖和盐湖3种类型，但对湖水矿化度的划分阈值尚未达成共识。Hammer[32]、王苏民等[23]、邓绶林[33]、郑喜玉等[34]、王晓峰[35]等国内外学者分别提出了不同湖泊矿化度划分的标准，如图2所示。其中，郑喜玉等确定的盐湖分类体系在我国水管理过程中得到了较多应用，并被应用于SL261-2017《中国湖泊名称代码》[36]《中国盐湖志》等湖泊体系划分。

图2 典型盐湖分类体系Fig.2 Salt Lakes classifications system based on the mineralization

湖泊营养元素含量直接决定了湖体初级生产力，是导致湖泊富营养化问题最根本的原因。经济合作与发展组织[37]提出采用总氮、总磷、叶绿素和透明度等指标对湖泊富营养化状态进行判断，湖泊发生富营养化的标准为平均总磷浓度大于0.035 mg/L、叶绿素浓度大于0.008 mg/L、透明度小于3 m。国内学者舒金华等[38]，基于已有湖泊营养状态分类研究，结合全国132个主要湖泊营养状态调查资料，提出了我国湖泊营养状况分类的原则和方法，制定了以总磷、总氮、叶绿素a和水草量为评价指标，将湖泊营养类型划分为贫营养、中营养和富营养3种类型。中国环境监测总站[39]编制的《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》要求采用综合营养状态指数法，基于叶绿素a(Chl-a)、总磷(TP)、总氮(TN)、透明度(SD)、高锰酸盐指数(CODMn)5项监测指标划分湖泊富营养化的状态，具体包括贫营养、中营养和富营养3级。其中，富营养级又可细分为轻度富营养、中度富营养和重度富营养。

此外，金相灿[26]根据湖泊营养盐与生产力的响应关系，将我国湖泊分为响应性湖泊和非响应型湖泊两类。其中，对于响应型湖泊，进一步以营养盐和生产力的响应关系、营养盐和水生植物的响应关系以及营养状态指标体系作为分类依据，将响应型湖泊划分为浮游植物响应型、大型水生植物响应型和混合响应型3亚类；对于非响应型湖泊，以水生植物的生长速率及氮的存在形态作为分类依据，将其划分为异常营养型和其他类型2个亚类。

3.4 基于湖泊-河流关系的湖泊分类体系

湖泊及所在流域是一个完整的动态变化的系统；湖泊演变过程是河流-湖泊系统中物质产生、输移、转化和控制相互作用的结果[40]。流域尺度上，湖泊与河流的关系密切，湖泊水量变化直接受入(出)湖河流径流的制约。根据湖泊补给条件，可将湖泊划分为有源湖、无源湖两类[30]。其中，有源湖是指有河流或溪涧汇入的湖泊，其水量主要靠入湖江河补给，我国大多数湖泊都属于有源湖；无源湖是指湖泊所处流域面积极小，没有河流或溪涧汇入，湖泊水源主要靠降水或湖滨山体裂隙水补给，典型的无源湖如长白山天池等火山口湖、敦煌月牙泉等风成湖。

根据河流-湖泊的位置关系及水力联系差异，湖泊又包括河源湖和尾闾湖两类[41]。其中，河源湖指与河流的河源相连接的湖泊，没有河流汇入而仅有河流流出，是一种排水湖。河源湖常为火山口湖或冰斗湖，比如长白山天池是松花江上游支流二道白河的河源湖。尾闾湖又称为河口湖、终点湖等，位于内流河河口的湖泊，有一至数条内流河注入而无河流流出；但也有学者将外流河河口地段的湖泊称为河口湖。

根据湖泊补排状况，又可将湖泊分为吞吐湖、闭口湖、间歇湖3类[41]。其中，吞吐湖也称为泄水湖、连河湖，指连接河流的不同段落或连接支流与主流的湖泊，比如鄱阳湖和洞庭湖等；闭口湖又称非排水湖、不流通湖、不排水湖、无开口湖，指湖水不向外排泄的湖泊，比如青海湖；而间歇湖是指在高水位时才向外排泄湖水的湖泊，典型的是内蒙古的呼伦湖在高水位时湖水才注入额尔古纳河。此外，Birge等[42]基于大量湖泊调查结果，按照湖泊外源输入碳源状况，将湖泊分为自养型湖泊(autotrophic lakes)和异养型(allotrophic lakes)两类。其中，自养型湖泊由于无外部河流，仅有极为有限的坡面流汇入，湖水有机物主要由湖泊初级生产力产生；而异养型湖泊有河流外源输入水和营养物质等，其湖水有机物则来源于流域汇入和湖泊产生两部分。

根据湖泊连接河流入海情况，又可将湖泊划分为外流湖和内流湖[41]。其中，外流湖与河流相通，湖水最终汇入海洋；而内流湖，又称内陆湖，是指湖水不排入海洋的湖泊。我国大致以大兴安岭南段-阴山山脉-祁连山脉东段-巴颜喀拉山脉-冈底斯山脉一线为界，西北部大多为内流湖，湖泊以咸水和盐湖为主，湖泊水量以蒸发与渗漏为主；东南部为外流湖区，湖泊以淡水湖为主，湖泊水量损耗主要是以出湖径流为主，而湖面降水、蒸发、渗漏所占比例较小[43]。

4 湖泊综合分区研究进展

适宜的湖泊分区是提升湖泊科学管理能力、提升湖泊功能的关键。湖泊分区研究多采用层次分析结构，针对区域范围内湖泊典型代表特征的联系与影响进行理论与统计分析，在对湖泊典型特性集进行聚类分析的基础上划定湖泊分区。当前，国内外相关学者针对湖泊分区表征指标遴选、最优湖泊分区方法等方面开展了相关研究工作，并开展了湖泊分区实例分析探讨。

作为全球湖泊集中分布区，北欧和北美地区的学者和湖泊管理机构已经开展了相关湖泊分区研究工作，并在湖泊分区指标、分区方法等方面取得了诸多研究成果。Toivonen等[44]采用去趋势对应分析方法和典范对应分析方法，根据芬兰南部57个小湖泊生态梯度、物种组合等监测数据，筛选出了不同湖泊类型的主导表征指标。Emmons等[45]，根据美国中北部威斯康星州境内湖泊水域面积、水深、汇水面积、总碱度等监测数据对湖泊分区方法进行了研究，结果表明：相对于非层次聚类方法，决策树方法能够有效降低湖泊表征特征指标的维度且分区准确率较高。Thierfelder[46]采用主成分分析方法和多维尺度变换方法，建立了湖泊硬度和水色的无机-有机二维指标，并提出了基于有机-无机相结合的湖泊分区方法。Jenerette等[47]，对美国东北部370个湖泊采用主成分分析方法，从36个监测指标中筛选出了15个湖泊分区指标，并论证了K值均值聚类方法比基于行政区划、土地分级、随机分组等常规方法建立的湖泊生态分区更加准确有效。

国内学者主要是基于湖泊基本表征要素并结合我国湖泊的实际情况，对我国湖泊分区的空间分布特征开展了研究。王苏民等[23]等结合已有研究成果，根据自然环境特征和开发利用状况等，将我国湖泊划分为5个自然分布区域，即青藏高原地区湖泊、蒙新高原地区湖泊、云贵高原地区湖泊、东部平原地区湖泊以及东北平原与山区湖泊；而东南地区由于湖泊分布少且面积小，未将其单独列区。刘鸿亮[48]利用主导因素叠置法，考虑到了基于湖泊营养物生态区域的分异性、生态系统的等级性、生态区域内的相似性和区域间的差异性、人类活动影响程度的差异性等因素，提出了我国湖泊营养物生态分区方案，该方案将全国划分为东北湖区、新疆湖区、内蒙古湖区、青藏高原湖区、华北平原湖区、云贵高原湖区、中东部湖区和东南湖区。Zhou等[49]，根据我国三级阶梯地貌特征，将全国湖库划分为3个I级生态分区，并结合积温、年日照时数等指标，进一步细化为6个II级生态分区，建立了全国湖库2级生态分区体系。张德禄等[50]构建了中国湖泊“分区、分类、分级”三级划分框架，并提出了以湖盆形态、水文特点等作为分类指标的湖泊水生态分区指标体系。姜甜甜[51]根据全国地貌地形、降水量、温度因素差异，并结合我国水资源二级分区及省级行政区，将全国湖泊划分为8个一级生态区。

此外，有些学者针对我国部分重要湖泊分布区提出了湖泊分区方案并建立了试点湖泊分区。吕金福等[52]，采用“成因-水量-水质”综合分类分区方案，并结合松嫩平原湖泊群区域环境、湖泊主导类型与类型组合的区域分异，将松嫩平原湖泊群划分为大庆湖泊群、莫莫格湖泊群、舍力湖泊群、乾安湖泊群、大安湖泊群、向乌湖泊群6个亚区。于少鹏[53]结合大庆湖泊群特征，提出了按“地貌部位-成因-水量-水质”顺序建立四级湖泊分类分区的系统。宁龙梅等[54]选取了江汉湖泊群中13个典型阻隔湖泊，根据社会经济、生态等统计数据聚类分析方法，将所研究的湖泊划分为四大类并确立了湖泊的通江顺序。

5 湖泊分类分区研究展望

构建一个兼顾湖泊自然和功能属性、宜于湖泊流域管理的分类分区体系，对于深化河湖系统形成、发育与演变过程认识，强化湖泊管理保护、维护湖泊健康具有重要的意义。当前，湖泊分类方法多是从单一角度出发，从某一个侧面反映湖泊的特征，难以实现对湖泊系统的整体性、综合性的刻画，更难从流域尺度上反映自然环境变化及人类活动对流域-湖泊相互作用的影响。开展的湖泊综合分区研究多是基于地理学、水文学、生态学等理论与方法，从湖泊自身属性特征的角度建立湖泊分区区划，因此较少考虑流域尺度上的社会经济发展对湖泊的影响，而当前的湖泊分区区划尚无明晰确切的边界，难以有针对性地对湖泊实施科学管理，也难以实现因湖施策的管理目标。

6 结 论

基于上述分析与总结，在多学科交叉融合发展和研究技术方法创新等背景下，亟需加强对以下方面的研究。

(1) 基础数据积累和共享。湖泊分类分区研究是研究者对湖泊这一客观事物的主观描述，受到湖泊基础数据可获取性的限制。相对于气象、水文等基础监测站网，我国湖泊野外调查和监测站点相对较少，缺少网格化、一体化、长序列的湖泊监测站网。湖泊基础数据是开展湖泊分类分区研究的基础，基于不充分、不完善数据信息的湖泊分类描述,将会导致湖泊分类分区结果的准确性低、应用效果差等问题。未来需要强化湖泊所在流域的水文、水环境、水生态等多要素多尺度的监测调查，构建与湖泊分类分区研究需求相匹配的湖泊基础数据集。针对不同部分获取湖泊基础数据资料分散且缺少统一规范的问题，未来应加强湖泊监测的统一性，建立完善的湖泊监测体系，优化监测数据的时空代表性，实现不同部门之间湖泊监测数据的共享。

(2) 丰富湖泊分类分区理论。湖泊科学领域的发展仅有100余年的历史，然而已初步形成了湖泊物理、湖泊化学、湖泊生物、湖泊沉积、湖泊遥感、湖泊流域管理等分支研究领域。但是，湖泊作为一个开放的复杂巨系统，湖泊本身是地球表面陆地水圈的重要组成部分，通过水力联系而参与到流域物质循环、能量流动和信息传递的基本功能。此外，湖泊多位于人口密集区，受到人类活动的强烈影响。但是当前开展的湖泊科学研究深受地理地质、海洋科学、水文学及生态环境等学科的影响；湖泊分类分区理论仍沿用相关学科以经验描述和宏观分析为主的传统的研究思路与方法。为此，未来湖泊分类分区理论应强化能够全面揭示并反映湖泊形成演化过程与驱动要素的综合特性，探求流域尺度上自然环境变化与人类活动对不同类型湖泊演变特征的定量分析，并对不同湖泊的形成、演变、消亡等全生命周期过程进行分析模拟，以实现流域-湖泊复合系统演化规律的阐释以及为管理政策的制定提供新的分析视角和工具。

(3) 优化湖泊分类分区技术方法。当前，不同学者基于不同的研究目的和知识背景，对湖泊分类分区做了大量探索性研究工作并取得了一定的研究成果；但是，随着湖泊科学研究的深入、跨学科的融合与创新，湖泊分类分区依据将得到不断扩展，主导指标将进一步丰富、分类分区方法将实现综合集成创新，分类分区指标将涵盖到地貌、水文、气象、土壤、生物、社会经济、景观美学等诸多方面。但是如何筛选最能表征湖泊特性的关键指标因子，实现分类分区指标的化繁为简，是今后湖泊分类分区关键技术所在。此外，建立融合多种要素、普适的、且能针对湖泊具体特性进行调整的湖泊分类分区方法，同时融合有大数据、人工智能等新技术的高效集成应用，也将成为湖泊分类分区研究的重要发展方向。