三峡工程对现代长江三角洲地貌演化影响的初步研究

杜景龙，杨世伦，陈德超

（1.苏州科技学院 环境学院，江苏 苏州 215011；2.华东师范大学 河口海岸国家重点实验室，上海 200062）

三峡工程对现代长江三角洲地貌演化影响的初步研究

杜景龙1，杨世伦2，陈德超1

（1.苏州科技学院 环境学院，江苏 苏州 215011；2.华东师范大学 河口海岸国家重点实验室，上海 200062）

根据长江三峡蓄水前后十余年的入海泥沙通量和河口口门区冲淤的对比分析，初步探讨三峡工程对长江河口三角洲地貌演化的影响。结果表明：（1）三峡水库蓄水以来（2003-2008年），入库悬沙73%以上被拦截在水库里，因坝下游河床冲刷和支流来沙补给，三峡水库蓄水导致大通站输沙率下降49%；（2）1994-2000年、2000-2004年、2004-2008年，长江口门研究区（1 500 km2）净淤积量分别为7.25×108m3（1.21亿m3/a）、-1.03×108m3（-0.26亿m3/a）和-0.20×108m3（-0.05亿m3/a）；（3）2000年以来，河口门外水深超过7 m的大部分区域处于蚀退，尤以10-20 m区域侵蚀最为强烈，但河口滩地（5 m线以内）较前一时段淤积加强。主要结论：三峡水库蓄水加剧了长江入海泥沙的减少；入海泥沙减少是长江三角洲从淤积转为侵蚀的主要原因，近几年入海泥沙减少和河口口门区出现的冲刷有一半左右可归因于三峡工程的运行；河口滩地的逆势淤积是近年一系列的河口重大工程影响的结果。

三峡工程；河口三角洲；输沙率；地貌演化

Abstract：Based on the sediment supply from the Yangtze River and the analysis of the accretion and erosion of the subaqueous delta at the Yangtze River Estuary in ten years before and after the impoundment of Three Gorges Reservoir in June of 2003，we discussed the effect of Three Gorges Reservoir on the evolution of landform of the Yangtze Estuary delta.The results showed that，（1） From the impoundment of Three Gorges Reservoir（2003-2008），about 73 per cent of sediment from the upper reaches had been intercepted into the reservoir，nevertheless，influenced by river bed erosion of the lower reaches and by sediment supply from tributaries of the lower reaches，the impoundment of Three Gorges Reservoir had caused 49 per cent decline in the bedload sediment transport rate of Datong Station；（2） the net silt accumulation of the study area（1 500 km2） was 7.25×108m3（1.21×108m3/a），-1.03×108m3（-0.26×108m3/a）and-0.20×108m3（-0.05×108m3/a） respectively in 1994-2000yr，2000-2004yr and 2004-2008yr；（3） Most of the area over 7 m depth has been in erosion backward in the study area since 2000，especially the area of 10-20m depth.At the same time，the tidal-flat area（within 5 m isobath） accumulated more intensely than that did in the preceding period of time.The conclusions were that the impoundment of Three Gorges Reservoir accelerated the decrease of the sediment form the Yangtze River which was the main cause for the change from accretion to erosion of the subaqueous delta，and half of the new erosion in the study area was induced by Three Gorges Reservoir in recent years.The tidal-flat area had been accumulating but corrading in recent years due to a series of estuary major projects.

Keywords：Three Gorges Reservoir； the subaqueous delta； bedload sediment transport rate； evolution of landform

河口三角洲地貌演化受流域来水来沙状况、河口自身的地貌发育规律、河口工程建设以及海洋动力条件等因素的综合影响。近几十年来，许多河流因流域筑坝、调水等人类活动导致入海泥沙急剧减少，使三角洲淤涨减慢或发生侵蚀（Trenhaile，1997）。尼罗河由于阿斯旺大坝等一系列水利工程的建设，95%以上的河流来沙被拦截在水库里，导致三角洲强烈蚀退（Fanos，1995）。类似的还有美国的密西西比河（Coleman et al，1998） 以及我国的黄河（许炯心，2001）等。长江是世界重要河流之一，由于流域大量修建水库等原因，长江近期也已出现入海泥沙锐减趋势（Yang et al，2002），特别是2003年三峡水库蓄水以来，大通输沙率已降至1.54×108t/a（2003-2008年），仅相当于20世纪50-70年代水平的1／3左右，在此背景下，长江三角洲的冲淤演变趋势引起了学术界的热切关注（Yang et al，2003；李从先 等，2004）。

长江三峡工程是世界上最大的河流水利枢纽工程，三峡工程对中下游河道及河口环境的影响一直是学术界和工程界关注的焦点（钮新强等，2005；李鹏等，2007；张珍等，2010），但它们有的是基于三峡水库蓄水前的资料进行的预测性研究，有的仅就一期蓄水以来河口三角洲的冲淤进行了初步的探讨。本文根据1994-2008年长江口口门区地形测量资料，利用GIS软件，对三峡工程运行前后三角洲的冲淤变化进行定量分析，结合三峡水库入库、出库控制站及大通水文站的输沙资料，揭示三峡水库蓄水6年来对河口三角洲地貌演化的影响。

1 研究区概况

长江是世界级大河，其径流量和输沙量居世界第四位。现代长江口口门宽约90 km，自徐六泾以下出现三级分叉、四口入海的格局，但长江95%以上的水沙是从南支系统的北港、北槽、南槽三口入海。在季风沿岸流、潮流和波浪的作用下，长江入海泥沙有相当一部分向江苏和浙江沿海及外海扩散，只有30%～50%沉积在口外水下三角洲（沈焕庭，2001）。本文的研究范围包括河口浅滩及水下三角洲（图1），图1中的矩形区域用于冲淤量的计算，南北长约46 km，东西宽约32 km，总面积约1 500 km2。

图1 研究区示意图

2 资料与研究方法

收集了中华人民共和国海事局测绘的1994年、2000年、2004年和2008年的长江口水下地形图，4幅图均为墨卡托投影和理论深度基准面。利用MapInfo软件进行等深线的配准、叠加和面积计算，冲淤量的计算在surfer8.0软件中完成。由于崇明东滩和南汇东滩历史上曾进行过多次的围垦，在计算由冲淤导致的各等深线（0 m和5 m）以上滩地面积的变化时，为了过滤围垦的影响，选121°50′E经线作为参照线，崇明东滩受测图幅面的限制，选取31°33′N纬线作为参照线，在计算崇明东滩的面积时，计算等深线和这两条参照线所包络的面积；南汇东滩则计算各等深线和121°50′E经线所包络的面积；横沙东滩计算的是横沙岛以东滩地的面积；九段沙计算的是等深线自身包络的面积。流域各测站的流量、输沙率（悬沙）和局部河段的河床冲淤数据来自长江水利委员会。

3 结果

3.1 冲淤量的变化

1994-2000年研究区以淤积为主，淤积区的面积占研究区总面积的71.9%，净淤积量7.25×108m3，按干容重1.4 t/m3计算（恽才兴，2004），1994-2000年期间泥沙总淤积量达到10.15×108t，平均每年淤积1.69×108t，占同期大通站入海泥沙量（3.3×108t/a） 的51.2%，可以理解为一半左右的长江入海泥沙淤积在这里，使得海底地形坡面平均每年淤高6.63 cm，6年累计淤高39.8 cm（表1）。淤积主要发生在10 m线以东地区，尤其是横沙东滩临近5 m线以东地区，淤积厚度达到1 m以上；研究区10～5 m线及横沙东滩5～2 m线之间的大部分区域基本上为冲淤平衡区（冲淤幅度<0.5 m）；研究区西部滩、槽相间，冲淤亦基本呈条带状相间分布，但冲刷明显占主导地位，如北港和北槽的下段和南槽口外是条带状的冲刷区，长轴与河槽的走向基本一致，横沙东滩2 m线以内部分区域也呈冲刷态势（图2）。

表1 研究区冲淤计算（-代表冲刷）

图2 研究区冲淤厚度分布图（负为冲刷）

2000-2008年研究区转变为冲刷为主，淤积区所占面积由71.9%下降到45.9%，净冲刷量1.23×108m3，即每年有0.2×108t底床泥沙损失，海底地形坡面平均每年刷深0.84 cm。淤积主要发生在崇明东滩、九段沙和横沙东滩5 m以内及附近区域，10 m线以东区域由主要的淤积区转变为冲刷区或冲淤平衡区，南北槽和九段沙以东大片区域冲刷作用也明显增强（图2）。表1的分析表明，2000年以来，研究区由淤转冲呈现前期冲刷的强度明显高于后期的特征，2000-2004年，净冲刷量为1.03×108m3，2004-2008年净冲刷量只有0.2×108m3，而淤积区的面积回升了近8个百分点。

3.2 等深线的进退

1994-2008年，研究区0 m线以内滩地的面积始终处于淤积过程，1994-2000年，面积增长约74 km2，增长速率为12.3 km2/a；2000-2004年增长88 km2，增长速率为22 km2/a；2004-2008年增长77 km2，增长速率为19.3 km2/a。四大滩地都呈现较均衡的增长态势（表2）。5 m线以内滩地1994-2008年也处于淤积过程，但淤积的强度远小于0 m线，14年间面积增长了5.17%（约120 km2），而同期0 m线面积增长了34.2%（约240 km2）。10 m、20 m线1994-2000年均向海淤进，2000-2008年转为蚀退（图3）。1994-2000年，在矩形研究区范围内，10 m线向海淤进56 km2，最大淤进距离约3km；2000-2008年，10m线则向西蚀退66km2，最大蚀退距离接近10 km。近10余年0 m线的快速淤积主要是受附近海域重大工程的影响：1998年以来，长江口先后启动了一大批重大工程，如北槽深水航道工程、崇明东滩和南汇东滩的促淤围垦工程等，这些重大工程对附近海域的冲淤产生了较大的影响，受影响最大的首先是0 m线附近滩地，其次是5 m线以内浅滩（杨世伦等，2007；杜景龙等，2008）。受北槽深水航道疏浚工程的影响，10 m线中下段深入北槽以内，造成10 m线形态发生较大的变化，10 m线附近其它海域受工程的影响不大。

表2 不同年份0 m和5 m等深线以上滩地的面积

3.3 典型剖面的冲淤变化

图3 研究区等深线变化

典型断面的冲淤具有以下特征：1994-2000年各断面上均以淤积作用为主，尤其是崇明东滩以东断面（长约50 km）和南汇东滩断面（长约40km），整个断面全程淤积，床面平均淤高0.5 m左右；九段沙和横沙东滩6 m线以外区域淤积作用也十分明显。2000-2008年滩面的变化分两个部分，上部淤积下部冲刷，尤以九段沙以东断面和南汇东滩断面最为典型，但各断面冲淤转换的深度不同，从北到南（崇明东滩、横沙东滩、九段沙、南汇东滩）4个剖面的冲淤平衡水深点分别为11 m、10 m、7 m、5 m，崇明东滩的冲淤转换平衡点最低（11 m水深），南汇东滩的冲淤转换平衡点最高（5 m）。

4 讨论

4.1 三峡水库蓄水对大通站输沙率的影响

自20世纪60年代末丹江水库修建以来，长江大通站的输沙率就开始呈下降趋势（Yang et al，2002），特别是2003年三峡水库蓄水以来，大通站输沙率降至1.54×108t/a（2003-2008年），仅为1994-2002年3.14×108t/a的49%。近几十年长江入海泥沙减少的主要原因是水库的拦沙作用，其次是上游水土保持导致产沙量的降低（Yang et al，2005；Xu and Milliman，2006）。根据长江水利委员会的监测资料，宜昌站2003-2008年的输沙率（0.61×108t/a）比蓄水前的1994-2002年（3.74×108t/a） 下降84%。由表3知，三峡水库蓄水后的2003-2008年入库悬沙通量（2.11×108t/a） 比蓄水前的1994-2002年下降44%，因此上游来沙减少是造成2003-2008年大通站输沙率降低的原因之一。

2003-2008年坝下游测站（黄陵庙水文站）年均输沙率为0.58×108t/a，同期大通站的输沙率为1.54×108t/a（表3），有接近1×108t/a的泥沙是下游河道冲刷和支流补沙作用的结果。因此三峡工程对大通站输沙率的影响既不是简单的有多少泥沙被拦截在水库里的问题，也不是简单的在大通站观测到蓄水后有多少泥沙减少的问题，必须对三峡水库蓄水以来上游来沙、库区淤积以及中下游河道和湖泊的调节作用进行综合的分析。在泥沙质量守恒的假定下，悬沙的输出量等于上游干流的输入量加上两侧支流的补给量和区段内河床的侵蚀量。蓄水前三峡库区段输出泥沙与输入泥沙量持平，因此，假定三峡水库不蓄水，2003年以来各年的出库泥沙量将等于入库泥沙量，根据黄陵庙站的悬沙浓度和从干流进入洞庭湖的5站平均悬沙浓度之间的关系，推算从干流进入洞庭湖的泥沙量；根据洞庭湖的水沙输入量计算从湖泊进入干流的泥沙量（城陵矶站）；同理，推算2003年以来三峡水库不蓄水的假定情景汉口站的各年输沙量，进而推算大通站的各年输沙量。采用 Yang等（2003） 和张珍（2007）等的方法，本文计算出2003-2008年三峡水库蓄水引起大通站输沙率减少0.78×108t/a。2003-2008年大通实测输沙率比1994-2002年减少1.60×108t/a（表3）。因此，从1994-2002年时段到2003-2008年时段，大通输沙率的减少49%是由于三峡工程的运行，另51%是由于流域的其它人类活动和自然变化所致。

表3 三峡水库泥沙淤积和大通站输沙率

4.2 冲淤变化的原因

图4 典型剖面的冲淤对比

近几十年长江入海泥沙呈明显减少趋势，20世纪90年代比20世纪60年代输沙量下降了1/3，在此背景下，长江口外水下三角洲淤积速率明显减弱，从1958-1978年的5.5 cm/a下降到1978-1998年的1.1 cm/a（杨世伦等，2003）。本文计算的1994-2000年、2000-2004年和2004-2008年3个时段的大通站输沙率分别为3.4×108t/a、2.49×108t/a和1.43×108t/a，对应的研究区的冲淤速率分别为 6.63 cm/a、-1.41 cm/a 和-0.28 cm/a。1994-2000年的淤积速度较1978-1998年时段大，可能是因为计算区的范围不同（后者计算区范围较大，约6000平方公里，覆盖了河口三角洲的大部分区域），随后的2000-2004年时段和2004-2008年时段由淤积转为冲刷，可以推断，这种由淤积向冲刷的转换的主要原因是长江入海泥沙量的减少。而0 m线和5 m以内滩地2000-2008年的持续淤涨则是受河口重大工程的影响（杨世伦等，2007；杜景龙等，2008）：1998年以来，长江口进行了大量的工程建设，如深水航道工程、南汇东滩人工半岛和围垦工程、崇明东滩围垦工程等。深水航道整治工程对九段沙和横沙东滩冲淤的影响较大，南汇东滩人工半岛和围垦工程、崇明东滩围垦工程分别对其所在的南汇东滩和崇明东滩0 m和5 m附近区域产生较大的影响，而且影响的强度是潮间带较潮下带大。

2000-2008年，长江经历了三峡水库蓄水这一重大事件（2003-2005年的一期蓄水和2006-2007年的二期蓄水），楼飞（2005） 对2000-2002年长江口外水下三角洲的冲淤研究表明，2000-2002年水下三角洲部分区域已经出现侵蚀，但仅7～15 m水深区域出现微量冲刷，水深超过20 m的区域则保持淤涨，本文计算结果表明，水深超过7 m的大部分区域均处于蚀退，尤其10～20 m之间的区域侵蚀最为强烈。由此可以推断，研究区出现大面积的侵蚀发生在2003年三峡水库蓄水之后，三峡水库蓄水加速了长江来沙的减少，从而导致研究区从淤积转为冲刷并出现侵蚀加强的趋势。

2000-2008年，研究区净冲淤量-1.23×108m3，由于大通站泥沙减少的49%是由三峡工程蓄水引起的，而本研究区近几十年的冲淤速率与大通站输沙率之间存在良好的线性正相关（r=0.98）（Yang，2010），因此粗略估计近年研究区出现的冲刷有一半左右归因于三峡工程运行。数据统计结果还表明，研究区80%以上的冲刷量发生在2000-2004年，2004-2008年仅占16.3%，考虑到前两年（2000-2002年）研究区基本处于冲淤平衡状态（楼飞，2005），因此2003-2004年是研究区侵蚀最强烈的时期，该时期正是三峡水库一期蓄水实施阶段，库区泥沙淤积1.12×108t/a，大通站输沙率下降到1.77×108t/a，比工程前两年（2000-2002年） 减少1.2×108t/a。2004年以后，尽管经历了三峡水库的二期、三期蓄水，库区泥沙淤积达到1.5×108t/a，黄陵庙水文站的出库泥沙从2003-2004年的 0.76×108t/a下降到2005-2008年的0.49×108t/a，但由于下游河道的泥沙补给（悬沙的输出量等于上游干流的输入量加上两侧支流的补给量和区段内河床的侵蚀量），大通站输沙率（1.42×108t/a） 却没有明显的下降（减少了0.35×108t/a）。因此，笔者认为2004-2008年研究区的冲刷较前一阶段弱的原因可归结为：（1） 由于下游河流的补给，尽管大通站输沙率仍然持续下降，但下降的梯度放缓；（2） 先冲容易后冲难，即冲刷接近极限后即使入海泥沙进一步下降也可能不如前期侵蚀强烈；而且长江口素有“大冲之后必有大淤”的规律，一期蓄水后带来的研究区的强烈冲蚀，在没有显著来沙下降的情况下，强烈的侵蚀很难再持续下去。

5 结论

（1） 研究表明，三峡大坝的拦沙效应是显著的，它将大部分上游来沙拦截在水库中，三峡水库蓄水以来（2003-2008年），入库悬沙的73%被拦截在水库里，尽管坝下游河床冲刷和支流补充了一部分泥沙，但是，这种补充远不足以补偿大坝拦截的泥沙，因此，人海泥沙通量仍出现明显下降。采用泥沙平衡法计算结果表明，相对于同期（2003-2008年）水库不蓄水的假定情景，三峡水库蓄水以来导致大通站输沙率下降49%。（2）等深线进退结果表明，2000-2008年，河口5 m线以内的浅滩仍然处于淤积过程，但淤积的强度远低于0 m线滩地，后者主要受河口重大工程的影响（5 m线也部分受到影响）；10 m、20 m线则受来沙减少的控制向海蚀退。（3）一期蓄水对大通站输沙率的影响高于二期，再加上“先冲容易后冲难”的规律，研究区自三峡工程蓄水二期以来的侵蚀程度没有一期蓄水后两年强烈。随着三期蓄水的继续实施，大通站输沙率的变化及三角洲的冲淤值得继续关注。

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（本文编辑：郭筝）

Preliminary study on the effect of Three Gorges Reservoir on the evolution of landform of the Yangtze Estuary delta

DU Jing-Long1，YANG Shi-Lun2，CHEN De-chao1
（1.School of Environmental Science and Engineering，SUST，Suzhou 215011，China； 2.State Key Laboratory of Estuarine&Coastal Research，East China Normal University，Shanghai 200062，China）

P641；X523

A

1001－6932（2012）05－0489－07

2011-12-30；

2012-04-12

国家自然科学基金重点项目（41130856）；建设部科技项目（2010-R2-13，2010-R2-30）。

杜景龙（1968-），男，博士后，副教授，主要从事海岸动力地貌及地理信息系统方面的研究。电子邮箱：jwuyue@163.com。