长江口九段沙近期演变及其对北槽航道回淤的影响

刘 杰，赵德招，程海峰（上海河口海岸科学研究中心河口海岸交通行业重点实验室，上海 201201）

长江口九段沙近期演变及其对北槽航道回淤的影响

刘 杰，赵德招，程海峰
（上海河口海岸科学研究中心河口海岸交通行业重点实验室，上海 201201）

利用现场水文、泥沙以及水下地形观测资料，分析了近期九段沙的冲淤演变过程、机理及其对北槽航道回淤的影响。结果表明，近10年来九段沙总体呈现“长高不长大”的变化特点，即0 m以上高滩淤涨明显，而2 m和5m中低滩面变化不大。九段沙的淤高使得南导堤的挡沙功能减弱，一定的风浪条件下九段沙滩面相对较高浓度的含沙水体涨潮越堤进入北槽中段，增加了近期北槽航道回淤的泥沙来源。

长江口；九段沙；冲淤演变；北槽；航道回淤

1 概 述

经过2 000多年来的自然演变和人类活动影响，长江口河道演变为三级分汊、四口入海的喇叭状平面形态。九段沙是长江口最靠外海的第三级分汊口沙洲（图1），北邻长江口北槽深水航道，南靠南槽通道，2005年7月被国务院正式批准为国家级自然保护区。九段沙有着相当重要的地理位置和丰富的湿地资源，因此，其沙体的冲淤演变一直是河口专家学者和社会各界关注的话题。

近10年对于九段沙的成因、历史演变和湿地资源利用等方面陆续开展了不少的研究［1－10］。但随着长江口深水航道整治工程的实施（图1、表1），九段沙冲淤演变的边界条件发生了变化。九段沙近期冲淤变化的动力过程和演变机制有待进一步研究。

表1 长江口深水航道整治工程南导堤的建设概况Table 1 Construction scale of South Training Dikes in Yangtze River Estuary Deepwater Channel Project

本文拟利用1998年以来的水下地形资料（高程基准面均为理论最低潮面）、数次现场水沙观测资料，重点分析近期九段沙冲淤的演变过程、动力机制及其对北槽深水航道的影响，其研究结果可为长江口深水航道减淤措施的制定、九段沙湿地保护与开发及长江口综合整治等提供技术参考。

图1 长江口九段沙示意图（包括典型剖面位置）Fig．1 Sketch of Jiuduan Shoal in Yangtze River Estuary

2 冲淤演变过程

2．1 滩面冲淤变化

图2是1997年12月至2008年11月期间九段沙区域的河床冲淤变化情况。由图2可知，近10年来九段沙上沙体头部、中下沙体滩面均普遍淤积，其中0m以上高滩淤涨明显，淤积幅度普遍在1．5 m左右。同期，江亚南沙滩面总体呈淤涨扩大之势，其沙尾淤积下延，淤积幅度大多在2．5 m左右。此外值得注意的是，九段沙中下沙体两侧2m线附近均出现明显的冲刷，其冲刷幅度普遍在1．5 m左右。

2．2 等深线变化

图3是近10年九段沙的等深线变化，由图可知：①近10年来，九段沙－2 m和0 m以上高滩均呈滩面淤涨范围扩大之势，尤其20022005年期间上沙体头部向上淤涨，头部－2 m线累计上提约1 800 m；中沙体尾部向下淤积，其尾部－2 m和0 m线均分别累计下移约1 500，2 000 m。2005年以来，九段沙上沙体－2 m和0 m线均基本稳定，而中下沙体东侧－2 m和0 m线继续向东南方向淤进。②1998年以来，九段沙2 m和5 m等深线的平面位置总体变化不大，但值得注意的是，九段沙中下沙体两侧2 m线附近滩面均出现明显的冲刷，尤其2002年以来，九段沙尾部北侧2 m窜沟累计向上游推进约4 000 m，由此反映出二期工程南导堤的建设导致九段沙的涨潮沿堤流有所增强。

图2 九段沙滩面冲淤变化情况（1997年12月至2008年11月）Fig．2 M orphological evolution situtation of Jiuduan Shoal from December，1997 to November，2008

综上可知，1998年长江口深水航道治理工程建设以来，南导堤以南的九段沙滩面总体呈现“长高不长大”的变化特点，即0 m以上高滩淤涨明显，而2 m和5 m中低滩面总体变化不大。

2．3 纵横剖面变化

图4是分别沿南导堤南侧约1 km处、九段沙滩脊线附近的纵剖面变化（剖面位置见图1）。由图可知，1997年12月至2002年8月一期工程南导堤（包括完善段工程）建成（图1、表1），九段沙窜沟明显淤浅，上沙体普遍淤积。2002年8月至2005年8月二期工程南导堤建设期间，九段沙上、中沙体（约S5丁坝以上区域）的继续淤积，且上、中沙体的淤积厚度较下沙体大。2005年以来，九段沙继续淤涨，且位于0 m以下低潮滩的下沙体淤积较明显。从横向来看，靠南导堤一侧的滩面淤积更为明显，即LS1纵剖面的淤积幅度大于LS2。至2008年11月，南导堤靠S4至S5区段南侧的大部分滩面已超过南导堤堤顶高程（－2 m）。

图3 九段沙的等深线变化（1997－2008年）Fig．3 Change of contour lines of Jiuduan Shoal from 1997 to 2008

由九段沙横断面（断面位置见图1）变化可知（图5），1997年12月至2002年8月期间，九段沙S4丁坝以下滩面略有冲刷。2002年8月至2005年8月二期工程建设期间，九段沙呈快速淤涨态势，且0 m以上高滩滩面（S4－S5丁坝区段）的淤积幅度明显，九段沙中下沙体两侧2m线附近也出现明显的冲刷。而2005年之后，九段沙高滩淤积速率有所减缓，但靠南导堤一侧的0 m以下中低滩面仍存在明显的淤积。至2008年11月，CS1断面（S4丁坝附近）滩面平均水深高达－2．9 m，已明显超过南导堤堤顶高程。

图4 九段沙的纵剖面变化（剖面位置见图1）Fig．4 Change of longitudinal profile of Jiuduan Shoal（profile position shown in Fig．1）

3 冲淤演变的机理

由九段沙的冲淤演变过程分析可知，近期九段沙总体呈现“长高不长大”的变化特点，即0 m以上高滩淤涨明显，而2 m和5 m中低滩面总体变化不大。从时间上看，九段沙北侧沙体呈快速淤涨的时段主要集中在2002年8月至2005年8月，而2005年之后，九段沙高滩的淤涨速率已有所减缓。

长江口深水航道治理工程南导堤的建设，改变了九段沙北侧自然的边界条件，可能是近期河床冲淤演变的主要驱动因子。南导堤修建，一定程度上阻断了北槽与南槽之间的水沙交换，使九段沙－南槽－南汇东滩形成向上收缩的喇叭型平面形态。长江口潮波传播方向为东南－西北向［3］，且在涨潮流上塑过程中受科氏力的影响发生右偏。因此，南导堤修建后，九段沙滩面，尤其中低滩面的涨潮流优势有所增强，促使泥沙向高滩区域输送。同时，在涨潮沿堤流作用下，南导堤（S6－S9丁坝区段）南侧的涨潮窜沟上溯冲刷发展，也给九段沙高滩淤涨提供了一定的泥沙补充。此外，长江口外潮流为顺时针方向的旋转流，一、二期南导堤建成后，口外涨潮流在涨潮后期由南（九段沙）向北（北槽）输送的泥沙易被南导堤阻挡，大量的来沙在九段沙滩面落淤，也是近期九段沙高滩淤涨的原因之一。

北槽深水航道治理一、二期工程南丁坝群的实施，较好地稳定了九段沙中低滩面的北边界线，而且九段沙头部在鱼嘴工程控制下也基本稳定。另外从流通量、底层欧拉余流和平面水流特征的变化看，工程实施以来，九段沙中低滩面（下段）的水动力条件未有明显改变［4］，这一局势使得中、低滩面的东南侧边界亦总体稳定。以上这些条件，正是九段沙中、低滩面近期变化不大的原因所在。

图5 九段沙的横断面变化（断面位置见图1）Fig．5 Change of cross section of Jiuduan Shoal（crosssection position illustrated in Fig．1）

4 九段沙近期演变对北槽航道的影响

由前文分析可知，近期南导堤（S4－S5丁坝区段）以南的九段沙0 m以上高滩淤涨明显，相当部分的滩面高程已高于－2 m，S4丁坝附近的南导堤被滩面覆盖，由此，该区段南导堤的导流挡沙功能已丧失。多次现场水文测验和近期地形监测结果均表明（图2、图3（c）、图6、图7），南导堤附近存在较强的涨潮越堤水流，涨潮越堤流的水体含沙量也相对较大，尤其是有一定风浪的条件下S4丁坝以下区段的含沙量普遍较高，2008年10月现场监测到的部分越堤水流含沙量高达5．5 kg／m3。MODIS卫星遥感影像反演结果也可清晰的反映出，在大潮涨潮后期，南导堤S4丁坝以下区域的高浑浊水体越堤进入北槽，明显增大了北槽的水体含沙量［11，12］。

图6 2007年7月、10月各测点的潮流玫瑰图Fig．6 Tidal current rose of hydrological gaging postion in July and October 2007

图7 2008年10月各测点的含沙量变化过程（水文测验点位置见图1）Fig．7 Sedim ent concentration process of hydrological gaging position in October 2008（positon shown in Fig．1）

当口外涨潮流上溯至九段沙高滩区域时，在床面阻力和高滩阻挡的双重作用下，上溯的涨潮水流往高滩两侧分散，其中向南导堤一侧的涨潮流主要在S4丁坝以下翻越南导堤，进入北槽中、下段。由于涨潮越堤水流最大含沙量一般出现在涨潮后期，此时，大量高含沙水体越堤进入北槽后将进入相对较长时段的憩流期，有利于越堤悬浮泥沙在北槽内沉积。因此，近期九段沙的演变，尤其高滩的淤涨，极大地削弱了长江口深水航道治理工程南导堤的挡沙功能，增加了航道回淤的泥沙来源。

图8 九段沙涨潮越堤流的输沙路径Fig．8 Sediment transport pathway of overtopping current on Jiuduan Shoal during flood tide

5 结 语

（1）近10年来，九段沙滩面总体呈现“长高不长大”的变化特点，即0 m以上高滩淤涨明显，而2 m和5 m中低滩面总体变化不大。

（2）九段沙0 m以上高滩的淤涨主要集中在2002年之后，期间，二期工程南导堤（约18 km长）的修建，增加了九段沙滩面（尤其中低滩面）的涨潮流优势，促使泥沙向高滩区域输送；同时，二期南导堤南侧的涨潮窜沟上溯冲刷发展，也给上游九段沙高滩的淤涨提供了一定的泥沙补充。此外，一期工程南导堤的挡沙作用也加速了这种淤涨态势。

（3）现场观测表明，南导堤附近水域存在较强的涨潮越堤水流，且水体含沙量相对较大。2005年以来，九段沙高滩的淤涨使得南导堤的挡沙功能减弱，增加了北槽航道回淤的泥沙来源。

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［10］杜景龙，杨世伦．长江口北槽深水航道工程对周边滩涂冲淤影响研究［J］．地理科学，2007，27（3）：390－394．（DU Jinglong，YANG Shilun．Influence of Deepwater Channel Project at North Passage of the Yangtze River on erosion and accumulation of Hengsha East Shoal and Jiuduansha Shoal［J］．Scientia Geographica Sinica，2007，27（3）：390－394．（in Chinese））

［11］刘 杰．长江口深水航道河床演变与航道回淤研究［D］．上海：华东师范大学，2008．（LIU Jie．Study on morphological evolution and siltation in deep waterway due to channel re－construction in the North Passage of the Yangtze Estuary［D］．Shanghai：East China Normal University，2008．（in Chinese））

［12］刘 杰，程海峰，徐志扬，等．利用MODIS遥感影像反演长江口北槽表层泥沙场［C］∥第三届长江论坛“河口治理与生态保护”分论坛论文集，上海：上海市水务局，2009：117－121．（LIU Jie，CHENG Haifeng，XU Zhiyang，etal．Using MODIS imagery tomap concentrations of suspended sediment in the North Passage of Yangtze Estuary［C］∥Collected Papers of SubForum of Estuary Regulation and Environment Protection，The Third Yangtze Forum．Shanghai：Shanghai Water Affairs Bureau，2009：117－121．（in Chinese） ）

（编辑：王 慰）

Recent M orphological Evolution of Jiuduan Shoal and Its Effect on Navigation Channel Sedimentation of North Passage in Yangtze River Estuary

LIU Jie，ZHAO Dezhao，CHENG Haifeng
（Shanghai Estuarine and Coastal Science Research Center，Shanghai 201201，China）

On the basis of the field measurement data of hydrology，sediment and underwater topography，the evolutional process andmechanism of Jiuduan Shoal（JDS）in recent10 years and its effect on navigation channel sedimentation of the North Passage（NP）are analyzed．The results are showed that JDS presents overall a feature of growing taller notbigger，i．e．the high shoal of elevation above 0m is raising obviously，but the low shoal of elevation above 2m and 5m is stable．The higher beach of JDS is weakening its function of blocking sediment of South Training Dikes in the 2nd phase Deepwater Channel Project，and the rising tidal currentwith relatively higher sediment concentration on the beach face of JDSacross South Training Dikes discharges into themiddle reach of NP under certain condition ofwind and waves，which would increase sediment sources of navigation channel sedimentation of NP in recent years．

Yangtze River Estuary；Jiuduan Shoal；morphological evolution；North passage；navigation channel sedimentation

TV148．3

A

1001－5485（2010）07－0001－05

20090822；

20091215

西部交通建设科技项目（200632800074）

刘 杰（1975），男，安徽亳州人，博士，副研究员，主要从事河口海岸泥沙研究，（电话）13311836071（电子信箱）ecsrc＠163．com。