史载，洞庭湖原为古云梦泽的一部分(春秋时，梦在楚方言中为“湖泽”之意，与漭相通)，本为华夏第一大淡水湖。当时的云梦泽横亘于湘鄂两省间，面积曾达4万平方公里，故司马相如《子虚赋》有“云梦者八九百里”之说。后由于长江泥沙沉积，云梦泽分为南北两部分，长江以北成为沼泽地带，长江以南还保持着浩瀚的水面，称之为洞庭湖。
历史早期的洞庭湖
洞庭湖在地质史上虽与江汉平原的云梦泽同属于“江汉——洞庭凹陷”，但在历史时期，它是作为一个独自的水系而存在和发展的，并不属于古云梦泽的范围。
《山海经》：“又东南一百二十里，曰洞庭之山，帝之二女居之，是常游于江渊，澧、沅之风，交潇湘之渊”。
《庄子·天运》：“帝张咸池之乐于洞庭之野”，称洞庭为平野。说明当时湘、沅、澧诸水在洞庭山(今君山)附近与长江交汇，洞庭湖地区还只是一片河网交错的平原，只是后来环绕君山的所谓“洞府之庭”形成了一个大的湖泊，始有洞庭湖之称。
1957 年在安徽寿县出土的战国楚怀王六年(前323 年)制“鄂君启节”，所述舟节西南水路铭文为“自鄂(今湖北鄂城)往：上江、入湘、入资、沅、澧、油”。从舟节铭文水流交汇不及入湖来看，与《山海经》、《庄子》所载洞庭平原的自然景观也是一致的。
《水经》记载：澧水“又东至长沙下隽县西北，东入于江”；沅水“又东至长沙下隽县西，北入于江”；湘水“又北过下隽县西，……又北至巴丘山，入于江”；资水“又东与沅水合于湖中，东北入于江也”。说明在君山西南的资、沅二水交汇处，有湖泊的存在。
战国时屈原在《楚辞·九歌·湘夫人》中“袅袅兮秋风，洞庭波兮木叶下”，当即指此湖。只是由于那时这一夹在沅、资二水之间的湖泊水体很小，尚未为人所注意，因而《尚书》、《周礼》、《尔雅》、《吕氏春秋》、《淮南子》等都未把它列入古代有名的泽薮之内。
《广舆图》记载了洞庭湖全盛时的面积
东晋以后洞庭湖的逐渐扩展
东晋、南朝之际，随着荆江内陆三角洲的扩展和云梦泽的日趋萎缩，以及荆江江陵河段金堤的兴筑，强盛的长江来水，向荆江南岸穿越沉降中的华容隆起的最大沉降地带，进入拗陷下沉中的洞庭沼泽平原，从而形成为一片烟波浩瀚的巨泽。
北魏郦道元为《水经》作注时，已充分反映了洞庭湖扩展的这一巨大变化。他指出湘、资、沅、澧，“凡此四水，同注洞庭，北会大江”。并云“湖水广圆五百余里，日月若出没于其中”。盛弘之在《荆州记》中，也作出相同的描绘：“巴陵南有青草湖，周回数百里，日月出没其中”。青草为洞庭湖的通称。
历史时期洞庭湖区一直处于缓慢的沉降之中，再加上古代荆江分水口多在北岸，南岸的洞庭湖区，很少受到长江泥沙淤积的影响。
唐宋时期，洞庭湖水面进一步向西扩展，号称“八百里洞庭”。《巴陵志》即有：“洞庭湖在巴丘西，西吞赤沙，南连青草，横亘七八百里”的记载。唐代诗人李白在《游洞庭湖》诗中描写：“洞庭西望楚江分，水尽南天不见云”，可见其湖面的辽阔及气势的雄伟。
明、清之际，洞庭湖的面积继续有所扩展。明嘉靖、隆庆(1522—1572年)年间，张居正为了保护在湖北安陆的“显陵”以及他自己家乡江陵的安全，采取“舍南救北”的方针，在荆江北岸筑起黄檀长堤，使北岸穴口基本堵塞，长江水沙多由荆南排入洞庭湖区，在湖底淤高而来水有增无减的情况下，洪水期湖面水域不断扩展，逐渐有西洞庭湖与南洞庭湖的形成。于是，“每年夏秋之交，湖水泛滥，方八九百里，龙阳(今汉寿)、沅江则西南之一隅耳”。这一洞庭湖向西南扩展的形势，一直延续到清道光年间(1821—1850 年)。其时洞庭湖“东北属巴陵，西北跨华容、石首、安乡，西连武陵(今常德)、龙阳、沅江，南带益阳而寰湘阴，凡四府一州九邑，横亘八九百里，日月皆出没其中”。这是洞庭湖的全盛时期。
萎缩中的洞庭湖
萎缩中的洞庭湖
十九世纪中期以后日趋萎缩的洞庭湖
清咸丰二年(1852 年)及同治十二年(1873 年)，荆江南岸相继发生藕池及松滋决口，加上原有太平、调弦两口，形成四口分流局面，荆江泥沙大量输入洞庭湖。这使湖区沉积量远远超过湖盆构造下沉量。一百多年来，湖泊正经历着自然葑淤消亡的过程。而由于泥沙的淤积和盲目的围垦使洞庭湖面积不断缩小。原来位于湖滨的常德、澧县、安乡、益阳等城市，现在距湖远的已有十余公里，近的也有三四公里。湖区面积已缩小到二千八百二十平方公里。本来是我国最大的淡水湖的洞庭湖，现已小于鄱阳湖，而退居到第二位。
80年代以来，西洞庭湖和南洞庭湖(北部)正向沼泽化演变。
长江流域最大的调蓄湖泊
洞庭湖古代曾号称“八百里洞庭”。20世纪90年代末，据水利部门测算，有面积2579.2平方公里(一说2740平方公里 );但它还有湘、资、沅、澧四水和“长江四口”1300多平方公里洪道面积(一说1.878万平方公里 )。两者合计，仍有3879.2平方公里。
湖盆周长为803.2公里，总容积220亿立方米，其中天然湖泊容积178亿立方米，河道容积42亿立方米。
洞庭湖是长江流域最重要的调蓄湖泊，它的巨大蓄洪能力，曾使长江无数次的洪患化险为夷，江汉平原和武汉三镇得以安全渡汛。无论是调蓄面积还是调蓄水量，仍然为长江流域最大的调节湖泊，是国内第一大淡水湖。1978年后，有人称它为国内第二大淡水湖，值得商榷。
洞庭湖是历史上重要的战略要地、中国传统文化发源地，湖区名胜繁多，以岳阳楼为代表的历史胜迹是重要的旅游文化资源。也是中国传统农业发祥地，是著名的鱼米之乡，是湖南省乃至全国最重要的商品粮油基地、水产和养殖基地。
近年来洞庭湖水环境恶化趋势得到根本遏制
洞庭湖区吞吐长江、接纳四水，既是富饶的鱼米之乡，又是重要的饮用水源地。“十二五”以来，洞庭湖治理取得了重大进展，尤其是自2014年洞庭湖生态经济区上升为国家发展战略以来，国家和省市进一步加强了洞庭湖综合治理，洞庭湖水环境恶化的趋势得到根本遏制。
水利工程建设全面推进：“十二五”以来，以洞庭湖近期实施方案项目为重点的水利工程建设全面推进，水利工程等级标准和保障能力全面提升。钱粮湖等三大垸、围堤湖等10小垸共670公里的堤防得到加固，防洪标准由3-5年一遇提高到5-10年一遇。此外，安化等9个蓄洪垸堤防加固工程也全面启动，至此，洞庭湖区24个蓄洪垸近期可全面完成堤防加固。
灌排泵站更新改造工程分批实施：除了堤防标准的提升和蓄洪垸安全建设的逐步推进，洞庭湖区内13处大型灌排泵站更新改造工程也分批实施。目前，鱼尾洲等5处泵站实施完成，东保等8处泵站全进展顺利。同时，麻塘垸等一般垸堤防加固、澧水整治水利血防二期工程等20个水利血防项目、马公湖水源补偿等三峡后续规划项目也在抓紧实施中。综合治理成效显著，防洪排涝能力极大提高：全面推广使用“千里眼”项目管理系统，洞庭湖区治理项目施工进度、监理日志、施工人员考勤情况等都内容都纳入其中，真正为洞庭湖治理装上了“千里眼”。因洪灾造成的损失减少，人民群众的生活也日渐安定。随着洞庭湖湿地面积的有效扩大，江豚等几近绝迹的珍贵水生生物也频频现身，湖区的农业生产条件也得到极大改善。
十三五时期，湖南继续通过一系列措施，还湘江“一江碧水”，复洞庭“一碧万顷”。建立洞庭湖水环境综合治理管理体系。在国务院批复的《洞庭湖生态经济区规划》框架内，进一步严格环境论证，调整优化产业结构和布局。科学制定实施《洞庭湖生态经济区水环境综合治理实施方案》，突出保障水资源，防治水污染、修复水生态、维护水安全，加大全流域整治工作力度。进一步健全生态环境监测网络体系，加强湖区及四水入湖水质监测。加强水资源、水环境统筹分析，积极开展水文情势变化、水环境质量与容量等研究，推进科学治水。
十三五期间，湖南还将实施洞庭湖水环境综合治理十大重点工程，与湖北省联手呵护好洞庭湖。
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