杭州湾南翼东部边滩时空演变特征及影响因素分析

张伯虎

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

滩涂是海岸带的重要组成部分,是河口地区经济发展的基础条件,亦是河口生态系统得以维持的必要条件。滩涂在提供丰富物质和空间资源的同时,在蓄水、调节径流、均化洪水、保护海岸线、调节气候、提供动植物栖息地以及维持区域生态平衡等方面发挥着不可替代的作用[1-4]。丰沛的长江来沙在陆海相互作用下塑造了杭州湾得天独厚的滩涂资源,主要分布于南翼,其开发利用一直是环杭州湾地区经济社会发展的重要支撑。根据2011年批准实施的《浙江海洋经济发展示范区规划》,杭州湾滩涂资源将迎来新一轮开发利用的历史机遇期。本文以南翼的东部边滩为研究区,通过不同历史时期的地形资料,结合水动力条件、泥沙来源变化及促淤围垦等人类活动掌握其滩涂资源的变化规律和发展趋势。

1 研究区概况

杭州湾南翼滩涂分为庵东边滩和东部边滩2个部分,东部边滩主要是海黄山以南至甬江口之间滩涂的俗称(见图1)。目前,研究区域岸段的高、中潮滩大部分均已被围,现存的自然滩地较狭窄,0 m以上滩涂面积仅有13.29 km2,-5 m以上滩涂面积有125.30 km2。沿岸等高线的平面分布基本上与岸线平行,水下斜坡较陡,坡度在7‰～10‰。该区潮汐类型为非正规半日潮,大小潮平均流速介于1.2～1.9 m/s,风速和风向具有明显的季风气候特点,冬季盛行WN—N风、夏季盛行E—SSE风,大小潮平均含沙量1.22～1.88 kg/m3,岸滩沉积物以粉细砂和砂质泥等细颗粒物质为主。本文主要研究该区-6 m以浅,面积约160 km2区域滩涂的冲淤演变特征。

图1 研究区域位置图

2 研究资料和方法

采用研究区 1959年 (1∶10万)、1979年 (1∶5万)、1998年 (1∶5万)、2003年 (1∶5万)、2010年 (1∶2万)等不同时期的地形图进行分析。对以上资料数字化处理后,进行有效同化,高程统一至1985国家高程基准面。采用数字高程模型 (DEM)定量计算 1959—2003年和2003—2010年岸滩冲淤量。沿岸布设2条代表性剖面,研究其横向冲淤特征,并用剖面与各等高线交点位置的变化计算0,-2,-5 m等高线的水平推移速率。

3 岸滩冲淤特征

3.1 平面冲淤特征

该区域自20世纪50年代以来进行了多次围涂,导致岸线外推,海岸线不断向前推进(见图2)。1959—2010年的51 a间,工程区岸线平均向海推进3.5 km,平均外推速度69 m/a。从岸滩冲淤态势来看,该区域总体上呈现淤积态势,净淤积量 6.93亿m3,平均淤高 4.32 m,平均淤高0.08m/a。为进一步分析其在冲淤态势的时间特征,分别作了1959—2003年和2003—2010年2组冲淤图 (见图2),数据显示,该区域1959—2003年累计淤积量6.16亿m3,年均0.14亿m3,2003—2010年该区累计淤积量0.77亿m3,年均0.11亿m3,近年来淤积速率有所减缓。

图2 研究区1959—2010年冲淤变化图

3.2 剖面冲淤特征

为了研究东部岸滩的横向变化,选取了2个剖面,剖面位置见图1。海岸剖面一般呈反“S”型,由潮间带滩地、水下斜坡和海床3部分组成,从图3可见,1959—2010年的不同历史时期,整体滩面不断淤进,其中局部时段表现为冲刷态势,主要为1959—1979年的1#剖面和1998—2003年的2#剖面,冲刷区域主要位于水下斜坡区域。这在一定程度上表明,较滩地和海床,水下斜坡冲淤相对敏感。岸滩整体向海淤进的同时,不同等高线的淤进速度各不相同(见表1),51 a来,0,-2,-5 m线平均向海推进3.10,2.21,2.71 km,淤积速率分别为61,43,53 m/a,0 m线外推速度最快,岸滩剖面呈逐渐变陡的态势。

图3 典型剖面变化图

表1 等高线淤进、蚀退变化表 m

4 岸滩冲淤演变的主要影响因子分析

4.1 水动力条件

据2008年7月下旬至8月上旬该水域水文测量[5],该区域涨落潮流基本沿等深线走向作反复流动,涨潮流呈偏西北向,主流向在320°～340°,落潮流呈偏东南向,主流向大致在140°～160°。实测各站大小潮涨潮垂线平均流速1.29m/s,大小潮落潮垂线平均流速1.52 m/s,落潮流速大于涨潮流速。杭州湾泥沙以悬沙为主,南岸为净出沙通道,落潮流携带的泥沙促使了滩面的持续淤涨。同时,从潮滩发育阶段看,目前东部边滩大部分滩地均已被围,塘外滩地只要有泥沙补充,潮滩将继续淤涨[6];但受涨潮流抑制,一定程度上抑制了岸滩的淤涨速度。杭州湾波浪以风浪为主,频率高达95%以上,夏季以E和SE向风浪为主,冬季以NW向风浪为主,季节性变化明显。冬季的离岸风浪有利于岸滩淤积,而夏季向岸风浪的冲蚀破坏,会促使岸滩的相对冲刷变陡。

4.2 长江来沙量

杭州湾岸滩发育泥沙主要为长江来沙[7-10]。据水利部泥沙公报[11],20世纪50—80年代大通站平均输沙量为4.33亿t/a,90年代平均为3.43亿t/a,减少了约20%;21世纪以来,由2000年3.39亿t/a到2004年减少至1.47亿t/a,2006年降至0.844亿t/a,出现了大通水文站有记录以来的最低值。研究结果表明[12],长江入海泥沙量减少对杭州湾北岸海域的冲淤作用已经有所反映,1959—2003年,海床地形年平均淤积0.13亿m3,而2003年以来平均冲刷0.71亿m3。根据水体挟沙力原理,在流速不变的情况下,水体含沙量一旦小于饱和含沙量,就会通过潮流从海床冲刷泥沙进行补充。由于湾内潮流的再搬运过程,泥沙来量减少的影响会相对滞后。但从长远来看,泥沙来量的减少可能导致岸滩建造由淤积转为淤积速率降低,甚至出现冲刷的可能。

4.3 促淤和围垦工程

滩涂围垦一般采用先促淤后围堤,通过修筑垂直岸线的堤坝后,减少沿岸潮流量,泥沙在两侧岸段的隐蔽区和相对较弱的水动力条件下沉积,导致滩面的持续淤积。东部岸滩不断开展的促淤工程亦是其不断淤涨的原因之一。近年来长江口、杭州湾开展了一系列围滩促淤造地工程,南汇人工半岛一期工程1994年开工,筑坝3.21 km;二、三期工程促淤造地36.67 km2;1999年开始的南汇东滩一、二期促淤工程及在此基础上实施的三、四、五期圈围工程,圈围土地78.13 km2[13]。南汇近岸水域是长江水沙直接进入杭州湾的通道,围垦工程的实施对沿江沿海水域泥沙量沿途进行拦截,使本已减少的入海泥沙量进一步得到减弱。相关研究表明[13-14],与宏观自然条件变化对杭州湾滩涂资源影响相比,促淤圈涂工程作用更为明显,1997年以来芦潮港以西岸滩的全面冲刷后退与其密切相关。按照规划“十二五”期间,南汇边滩还将促淤约1.53 hm2(22.9万亩),杭州湾也将开展一系列围垦[13],这将对杭州湾的滩涂和海床带来多大程度的冲淤变化,尚需进一步研究。建议有关部门根据长江入海泥沙持续减少以及杭州湾大规模围垦工程实施的大背景下,组织开展调查研究,提出合理、经济、有效的保滩护岸措施,寻找保护、开发利用杭州湾滩涂资源的途径,促进杭州湾经济社会可持续发展。

5 结 语

(1)1959—2010年,研究区域岸线全线外移,平均向海推进3.5 km,海床整体表现淤积态势,累计淤积量6.16亿m3,平均淤高4.32 m。1959—2003年该岸滩以年均 0.14亿m3的速率淤涨,2003—2010年减小为年均0.11亿m3,近年来淤积速率有所减缓。

(2)岸滩剖面除局部时段的水下斜坡表现为冲刷态势外,岸滩整体向海淤进,0,-2,-5 m线淤进速率不同,1959—2010年0 m线以61 m/a的速率向海淤进,速度最快,岸滩剖面呈逐渐变陡的态势。

(3)沿岸潮流的输沙作用以及围垦促淤工程等是造成该区岸滩持续淤高的主要原因。但受涨潮流的抑制、风浪的冲蚀破坏以及杭州湾大规模的围垦和在长江来沙量减少的宏观背景下,岸滩的淤涨速度将会日趋缓慢。

(4)南汇边滩和杭州湾还将规划开展的一系列围垦工程,将对杭州湾的滩涂和海床产生多大的影响,建议加强研究,提出合理、经济、有效的保滩护岸措施,促进杭州湾经济社会可持续发展。

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