湖北省主要湖泊分布及形态特征

晏志伟，肖贵清，周彦洲

(1.湖北省襄阳市水文水资源勘测局，湖北 襄阳 441003；2.湖北省水文水资源中心，湖北 武汉 430071；3.湖北省水文水资源应急监测中心，湖北 武汉 430071)

湖北省因位于洞庭湖北面而得名，素有“千湖之省”的美称。新中国成立初期，全省有6.67×10-2km2以上湖泊1 332个，面积8 528 km2；至20世纪80年代，有6.67×10-2km2以上湖泊843个，面积2 983 km2。在众多江河湖泊的滋养下，湖北成为著名的“鱼米之乡”。湖泊在湖北省供水、旅游、防洪等方面发挥了重要作用。

目前，学界对湖泊的分布和形态研究主要集中在空间分布和湖泊岸线形态特征方面，金伯欣等[1]对汉江湖群进行了综合研究；陶家元[2]对江汉湖群中的河间洼地湖、河谷沉溺湖的形态特征和成因与新构造运动的联系进行了研究；张毅等[3]利用历史文献、地图和影像数据，采用遥感和地理信息技术和方法，研究湖北省湖泊近百年来的时空演变特征。有的学者对中国湖泊的数量、空间分布特征和湖泊岸线形态特征进行了研究[4-8]。但是，采用实测数据研究湖北省主要湖泊(10 km2以上湖泊)的水面率、补给系数、发育系数、水深、面积及容积增长率等形态特征参数的并不多见。因此，本文利用第一次全国水利普查中湖北省湖泊详查的测量成果，统计分析湖北省主要湖泊形态特征。分析成果旨在为湖北省主要湖泊的研究、开发、利用、保护和管理提供翔实的基础资料和数据支撑。

1 研究概况和主要湖泊分布

1.1 研究区域概况

湖北省位于中部地区，北纬29°01′53″～33°6′47″、东经108°21′42″～116°07′50″，地处长江中游，地势大致为东、西、北三面环山，西高东低，中部低平并向南敞开，地貌复杂多样。其气候温暖、降水丰富、河网密布、湖泊众多，境内除长江、汉江干流外，流域面积50 km2以上的河流1 232条，长约4×104km。湖北素有“千湖之省”之称，境内湖泊主要分布在江汉平原。现有湖泊755个，湖泊水面面积合计2 706.851 km2，水面面积10 km2以上的湖泊50个，洪湖、长湖、梁子湖、斧头湖的水面面积在100 km2以上。

1.2 数据

本研究所采用的数据主要来源于《湖北省湖泊图集》[9]、第一次全国水利普查中湖北省水面面积10 km2以上湖泊的详查测量成果。根据国务院水利普查办公室的统一部署，湖北省水文水资源局系统提出了河湖普查和湖泊详查工作方案和湖泊详查技术细则[10-12]，在全国范围内率先建立指标评价体系。组织完成了水面面积10 km2以上的湖泊详查，全面完成外业测量内业整理。外业测量包括平面控制测量、高程控制测量、水下地形测量和岸上地形测量4个部分，内业整理包括地形图成图(图形展绘、图形分幅)，采用CASS9.0软件按DTM数字建模，三角网法计算(等高线法、断面法、方格网法校核)各级水位的相应面积和湖容。

1.3 主要湖泊分布

湖北省的自然地理环境、河流水系和丰富的水热资源造就了星罗棋布的湖泊；主要湖泊分布于长江、汉水两岸广大冲积、淤积平原上。其地理分布最北端为钟祥市的南湖，最南端为监利县老江湖，最西端是松滋市小南海，最东端黄梅县大源湖，主要分布在湖北省的鄂东南、鄂东北、鄂中南地区。

2 主要湖泊形态特征

2010—2012年，湖北省水文水资源局全面系统地完成了全省50个主要湖泊的外业测量和内业整理。根据50个主要湖泊测量成果，统计和计算高水位条件下的湖泊面积、容积、湖泊岸线长度、湖泊宽度、平均水深，并对主要湖泊的形态特征进行分析。

2.1 湖泊水面率

湖泊水面率(α)是指湖泊水面面积与湖泊集水区域的比值，用式(1)表示：

α=f/F

(1)

式(1)中，f为湖泊水面面积；F为湖泊集水面积。

对全省面积10 km2以上的50个湖泊(不含跨省湖泊)的湖泊水面率数据的分析情况如图1所示，小于4%的有6个，4%～8%的有12个，8%～12%的有11个，12%～24%的有14个，大于24%的7个。湖泊水面率以天鹅湖的62.8%为最大，牛山湖的38.8%次之，太白湖的2.3%为最小，全省平均13.8%，绝大多数湖泊在3%～30%之间。天鹅湖为长江故道，故水面率较大，天星湖也高达29.9%。4个面积大于100 km2的湖泊中，洪湖为7.3%，梁子湖为8.2%，斧头湖为10.8%，长湖为5.7%。

图1 湖北省主要湖泊水面率分布柱状图

2.2 湖泊补给系数

湖泊补给系数β指湖泊集水面积与湖泊水面面积的比值，用式(2)表示：

β=F/f

(2)

式(2)中，f为湖泊水面面积；F为湖泊集水面积。

从计算公式(1)与(2)可以看出，α与β互为倒数，β值越大表明湖泊停滞时间短，湖水自净能力强。通过对50个湖泊的β值的统计，小于4的湖泊有6个，4～8的湖泊有14个，8～16的湖泊有17个，16～32的湖泊有11个，大于32的湖泊2个。其中，以太白湖的43.03为最大，以天鹅湖的1.59为最小，平均为12.5，绝大多数在3～30之间。4个大于100 km2的湖泊中，洪湖为13.78，梁子湖为12.18，斧头湖为9.24，长湖为17.42。

2.3 湖岸发育系数

湖岸发育系数S为湖泊某一水位下(本次计算为高水位下数据)湖岸线长度与湖泊面积对应的圆的周长之比。计算公式为：

(3)

(4)

式(3)和(4)中，l为湖岸线长度(km)；F为l对应的湖泊面积(km2)；R为湖泊面积对应圆的半径(km)。

湖岸发育系数S描述湖泊岸线的弯曲程度，反映湖汊数量分布的多少。S越大表明湖泊岸线曲折、湖汊多，反之则岸线平滑规则、湖汊少。当湖泊为圆形时其湖岸发育系数S等于1，为正方形时为1.13。

统计50个湖泊的S值如图2所示，小于2的有12个，2～4的湖泊有16个，4～6的有13个，6～8的有5个，大于8的有4个。以赤东湖的11.5为最大，以汈汊湖的1.29为最小，平均为4.07，绝大多数在1.5～7.5之间。4个大于100 km2的湖泊中，洪湖为1.47，长湖为5.86，梁子湖为7.03，斧头湖为4.48。

图2 湖北省主要湖泊湖岸发育系数比例

2.4 湖泊水深

湖北省主要湖泊多属于浅水型湖泊，湖泊水深直接反映了湖盆的形态。根据对50个湖泊的高水位与常水位时的平均水深、最大水深进行统计，结果如表1、表2所示。

表1 湖北省主要湖泊高水位水深统计表

表2 湖北省主要湖泊常水位水深统计表

高水位时，平均水深在1.03～8.11 m之间，以西湖为最小，五湖最大，有24个湖泊的平均水深小于3 m，占到总数的48%，平均水深小于5 m的占到总数的86%，最大水深在2.15～24.2 m之间，以沉湖为最小，天星湖为最大，有92%的湖泊最大水深小于12 m，天星湖与天鹅湖的最大水深大于20 m。最大水深与平均水深之比有38个湖泊小于2.0，占总数的86%。表明湖北省主要湖泊的水深浅，湖底平坦。

常水位时，平均水深在0.58～4.10 m之间，以花家湖为最小，天鹅湖最大，有28个湖泊的平均水深小于2 m，占到总数的56%，平均水深小于3 m的占到总数的84%，最大水深在1.45～22.2 m之间，以海口湖为最小，天星湖为最大，有92%的湖泊最大水深小于10 m，天星湖的最大水深大于20 m。

湖泊容积决定于湖水面积与水深，湖北省湖泊以中小型湖泊为主、深度小，所以湖泊容量极其有限；即使是洪湖、梁子湖等大湖，亦因湖盆平浅，湖泊容积不大，无法与国内外深水湖泊相比。洪湖与云南的抚仙湖相比，洪湖水面是抚仙湖的1.9倍，而抚仙湖的平均水深却是洪湖的60倍，抚仙湖的容积是洪湖的24.7倍。洪湖与长白山上我国最深的湖泊天池相比，更深刻地反映了这一问题。天池系火山湖，面积仅9.8 km2，洪湖的水面是它的41倍，但因天池平均水深达205 m，是洪湖的142倍，天池的容积反而是洪湖的2.7倍[1]。

2.5 湖泊增长率

为了深入论证与定量研究湖泊面积、容积随水位升降变化的幅度，通过对50个主要湖泊测量的水位、面积、湖容资料进行分析，计算其平均增长率、相对增长率以及最大增长率。

1)平均增长率：是指湖泊水位每上升1 m，全湖平均增长的面积(km2/m)和容积(km3/m)，用式(5)、式(6)表示：

面积增长率：

(5)

容积增长率：

(6)

式中，S高、S低分别为湖泊高水位与低水位时相应的水面积；H高、H低分别为高水位与低水位；V高、V低分别为湖泊高水位与低水位时相应的湖泊容积。

根据分析，湖北省湖泊的平均面积增长率在1.30～62.0 km2/m之间，以天星湖的1.30 km2/m为最小，洪湖的62.0 km2/m为最大。面积小于50 km2的42个湖泊的平均面积增长率在9.7 km2/m以下，面积大于50 km2的8个湖泊中有6个平均面积增长率大于18.0 km2/m；

湖北省湖泊的平均容积增长率在477～27 286万 m3/m之间，以排湖的477万 m3/m为最小，洪湖的27 286万 m3/m为最大。面积小于50 km2的42个湖泊的平均容积增长率在3 634万 m3/m以下，面积大于50 km2的8个湖泊中有6个其平均容积增长率大于6 500 万m3/m；

面积相对增长率：

(7)

容积相对增长率：

(8)

相对面积增长率在0.04～0.36之间，以天星湖的0.04为最小、沉湖的0.36为最大，有半数湖泊的相对面积增长率在0.10～0.20之间，面积大于50 km2的8个湖泊的相对面积增长率在0.10～0.15之间；相对容积增长率在0.04～0.39之间，以天星湖的0.04为最小，海口湖的0.39为最大，有34个湖泊的相对容积增长率在0.10～0.20之间；其中天星湖、天鹅湖、老江湖的相对面积、容积增长率都在0.06以下。

3)最大增长率：是指湖泊从最低水位到高水位进程中，每上升1 m时，湖面积或容积的最大增长值，用fmax(面积增长率)或Vmax(容积最大增长率)表示。

最大面积增长率在3.60～424 km2/m之间，以老江湖的3.60 km2/m为最小，洪湖的424 km2/m为最大。面积小于50 km2的42个湖泊中有41个最大面积增长率小于35.0 km2/m，面积大于50 km2的8个湖泊中有5个最大面积增长率大于60 km2/m；最大容积增长率在976～43 400万 m3/m之间，以借粮湖的976万 m3/m为最小，洪湖的43 400万 m3/m为最大。面积小于50 km2的42个湖泊的最大容积增长率小于4 800万 m3/m，面积大于50 km2的8个湖泊中有5个最大容积增长率大于10 000万 m3/m。

3 结语

1)湖北省主要湖泊分布于长江、汉水两岸广大冲积、淤积平原上，主要分布在湖北省的鄂东南、鄂东北、鄂中南地区。

2)湖北省主要湖泊的形态特征是表征湖北省主要湖泊自然特性的重要指标，集中反映了湖北省湖泊水深浅，湖底平坦，容量有限，调蓄能力较弱的特性。高水位时平均水深在1.03～8.11 m之间，有24个湖泊的平均水深小于3 m，占到总数的48%，平均水深小于5 m的占到总数的86%，有92%的湖泊最大水深小于12 m，最大水深与平均水深之比有38个湖泊小于2.0，占总数的86%。这也说明湖北省湖泊水深浅，湖底平坦；以中小型湖泊为主，深度小，湖泊容量极其有限。即使如洪湖、梁子湖等少数大湖，亦因湖盆平浅，湖泊容积不大，无法与国内其他深水湖泊相比。

3)湖北省主要湖泊形态特征是对湖泊进行规划﹑设计和管理、调查研究、开发、利用、保护的重要基础资料。