在全球气候变化和人类活动双重影响下，大型洪泛平原河江湖系统之间的水文交互关系正变得日益复杂。这种交互（湖水外泄入江与江水倒灌入湖）直接决定着区域的水资源安全、泥沙输移及湿地生态系统的健康。然而，长期以来，高分辨率的二维水面高程观测数据的缺乏，导致难以精准捕捉这一交互过程中的精细流场变化与时空异质性。

    近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所宋春桥研究员团队联合南方科技大学，利用新一代地表水和海洋地形（SWOT）卫星观测数据，首次在二维空间尺度上精细刻画了鄱阳湖-长江系统的水面高程场，揭示了江湖水文交互中显著的季节性“比降反转”与“顶托延伸”现象。

    研究发现，虽然丰水期江湖流量更大，但枯水期鄱阳湖对长江干流的抬升影响范围反而更远，这一反直觉的发现为理解复杂江河湖系统的水动力机制提供了全新视角。

一、水力梯度的时空分异：干流“枯陡丰缓”与交汇区“丰期反转”

    利用SWOT构建的连续水位剖面，研究团队发现长江干流与河江湖交汇区展现出截然不同的水面坡度（WSS）季节性演变规律（图1）。当干流呈现“枯陡丰缓”的特征时，交汇区却在丰水期表现出更剧烈的坡度波动甚至逆转。

    在枯水期，结果定量显示：在枯水期，干流水位较低，但水面坡度却显著增大，平均达到2.61 cm/km；而在丰水期，尽管水位整体抬升了7-–8米，干流的水面坡度却变得更为平缓，约为2.02 cm/km。这种季节性差异与传统的“流量越大、流速越快、比降越大”的简单认知形成了鲜明对比，揭示了受下游湖泊泄流和河道形态共同作用下的复杂水力学过程。

    而在江湖交汇区（湖口附近），水面坡度表现出更为剧烈的波动，并与干流表现出截然相反的季节性节律。在丰水期，受长江高水位的强烈顶托，湖口段甚至出现了水面比降为负（即江水倒灌入湖河流向湖泊倒灌）的现象，SWOT数据精准捕捉到了2023年10月初发生的江水长江倒灌事件。而在枯水期，水面坡度整体较为平缓，表现为稳定的湖补河江单向模式。

图1. 长江干流和江湖交互区的水力梯度（水位和水面坡度）季节性差异

二、鄱阳湖对长江的回水效应在枯水期传导更远

    研究团队利用分段回归断点检测算法，结合沿干流水位剖面精准量化了受鄱阳湖出流影响的长江干流空间范围（图2）。

    在枯水季（如2024年1月），自湖口向上游约17.2 km范围内，干流水面坡度受到显著“抬升”，显示出典型的湖补河江“回水效应”；同时，下游约7.6 km内也检测到可辨识的水动力信号，说明湖水对长江下游局部河段亦有调节作用。

    在未来干旱加剧情景下，枯水季回水可能进一步增强，对长江中游低流量期的航运条件、水资源利用以及河岸生态产生深远影响。

    而在丰水季（如2024年6月），回水影响范围明显收缩，上游约14.8 km，这可能是丰水期长江干流高水位、高流量削弱了鄱阳湖来水对其水面形态的“改造能力”。这意味着，“回水效应”并不一定在丰水期鄱阳湖高水位时最强，而是与河湖双方的相对水位与动量对比更为相关。在未来干旱加剧情景下，枯水期回水可能进一步增强，对长江中游低流量期的航运条件、水资源利用以及河岸生态产生深远影响。

图2. 鄱阳湖对长江干流的回水效应季节性差异（左：干季，右：湿季）

三、江河湖交汇区的微观流场与流向判别

    除了定量圈定回水范围外，研究团队还利用SWOT栅格水面高程精细绘制了湖口交汇区的二维流向场和流向玫瑰图。结果表明无论旱涝，“湖水入江”依然是主导模式。但在丰水期，交汇区会出现明显的双向流争夺，湖口附近流场较为紊乱，存在旋回流等复杂水动力结构，凸显湖口作为“水动力过渡带”的独特地位。

    此外，SWOT数据还表现出对局部微地貌水力效应的捕捉能力。在研究区内的沙洲、江心岛附近（如图3：R-1,R-2区域），SWOT清晰地观测到了因水流受阻而产生的局部水位隆起（约0.5米），。针对这种精细的“水力指纹”的捕捉，是过去任何卫星遥感手段都无法实现的。

图3. 江湖交互段年均水位的空间格局及局部地貌驱动的水位异常

    综合研究结果表明，枯水期鄱阳湖对长江干流水位格局的回水控制范围更远，相对作用更突出。该研究有助于支撑合理制定长江中下游的防汛抗旱水量调度方案和精细评估极端洪旱事件下河湖生态栖息地的生态风险。

    研究成果以Unveiling the floodplain river-lake hydrological interactions by SWOT observations为题，近期发表在期刊Geophysical Research Letters。论文第一作者为詹鹏飞特别研究助理，通讯作者为宋春桥研究员，合作者包括南方科技大学姜丽光助理教授等。该研究工作得到国家重点研发计划、江苏省自然科学基金、国家自然科学基金等项目资助。

    Zhan,P.,Jiang,L.,Liu,K.,Chen,T.,Fan,C.,Zeng,F.,& Song,C*. (2025). Unveiling the floodplain river‐lake hydrological interactions by SWOT observations. Geophysical Research Letters,52,e2025GL118459. 

文章链接：https://doi.org/10.1029/2025GL118459