近期长江河口冲淤演变过程研究

张晓鹤，李九发*，朱文武，程和琴

（1.华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海 200062）

近期长江河口冲淤演变过程研究

张晓鹤1，李九发1*，朱文武1，程和琴1

（1.华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海 200062）

基于长江河口1997年以来数字地形图和近期水文泥沙实测资料，分析研究了近期长江河口大量人工整治工程和流域水库工程建造影响下的河口河道自动调整过程。结果表明：1997－2013年河口段中上游河道微冲刷、拦门沙滩顶仍保持淤积外移、口门外侧近海域冲刷的态势略有增强，而其影响原因与历史时期的自然因素影响为主略有差异，近期人类高强度活动的影响贡献率增大。首先，南支至南港和北港中上游河段河床普遍发生冲刷，河床沙活动较活跃，床面微地貌沙波发育更明显，而口门外侧海域地形略有冲刷蚀退，这些变化与流域来沙锐减有直接关系；北支、北港口门、南槽和北槽河道拦门沙河段呈淤积，尤其北槽主航道的拦门沙河段6 m水深浚深为12.5 m后回淤量很大，这些与拦门沙河道动力结构环境、河口和海域再悬浮泥沙补给有关；局部河段出现强冲和强淤现象，与近期河口工程建造有关。所以，长江河口近期正处在对自然因素变化和人类活动增强的自我缓慢地自动调整和适应过程之中。

长江河口；河床演变；人类活动；潮流；泥沙运动

1 引言

长江为我国第一大河流，世界第三长河，全长6 300余千米，水量丰富并携带大量的泥沙汇入河口沉积或者向海扩散，逐步形成河口三角洲及其沙岛与河槽相间的分汊型河口，以及巨型水下三角洲。长江河口自徐六泾以下被崇明岛分隔成南、北两支，即南支河道和北支河道，南支河道被长兴岛、横沙岛分隔成南、北港，即南港河道和北港河道，南港河道由江亚南沙和九段沙联合沙体分隔为南槽和北槽。经历2 000余年来河口发育而形成了三级分汊、四口入海的基本地形格局［1］。徐六泾至河口口门附近，全长约182 km，徐六泾断面河宽约5.7 km，拦门沙区域宽度约90 km［2］，河口展宽率较大。

对于长江河口的水沙运动和河口演变过程的研究成果颇丰［1—15］。但是，从1997年以来先后有北槽深水航道整治工程开工建设，由水深6.0 m左右拦门沙航槽浚深到12.5 m；白茆沙和新浏河沙护滩及南沙头通道潜堤工程，以及中央沙圈围和青草沙水库工程；横沙东滩、南汇边滩和祟明岛北滩等一系列促淤圈围工程。与此同时，长江干流的三峡、向家坝、溪洛渡等蓄水拦沙水电工程建设等。1997－2013年长江流域和河口区前后众多大型涉水工程的兴建，改变了来水来沙条件和河口水沙环境［13—19］，由此河口冲淤过程必将对其作出适应性响应，并通过河口冲淤自动调整以达到新的平衡［20］。因此，研究1997－2013年的长江河口河道冲淤演变过程，对认识新水沙环境下河口过程对其人类高强度活动的响应，以及河口冲淤自动调整机理具有重要的现实意义。

2 数据资料

数据主要来源于1997－2013年大量的大比例尺海图水深资料，统一采用ArcGIS软件对数据进行处理分析，鉴于1998年为长江河口北槽深水航道整治工程开始施工年，而2003年为三峡工程开始蓄水拦沙年，就1997－2002年和2002－2013年地形数据及冲淤量分别进行计算和统计，而且重点计算0 m水深以下河道的冲淤量；同时，2013年7月和2014年1月洪枯季针对于整个长江口河道水沙现状，进行了北支、南支、北港、南港、北槽、南槽和口门外邻近海域总共12个定点水文观测（图1），使用ADCP和OBS等仪器和采取水样获得第一手现场水沙数据资料，并采用《河流悬移质泥沙测验规范》进行流速和含沙量均值计算和统计［21］。同时，将S1站采取含沙水样中的泥沙颗粒喷散在玻璃片上，再镀金。利用日本产JSM－5610型电镜（放大倍数5～300 000倍）进行泥沙颗粒粒度测量，选取不同泥沙颗粒图片信息；2013年6月利用双频测深仪和浅地层剖面仪，在南港河道进行河床微地貌观测，获得了该河床沙波分布及形态特征数据。

图1 长江河口形势和水文测站图Fig.1 The Yangtze River Estuary with observational stations

3 长江流域来水来沙和河口含沙量分布及变化

长江为丰水丰沙性河流，根据大通水文站多年统计资料，长江进入河口区多年平均年径流总量为8.94 ×1011m3，多年平均径流量为2.83×104m3／s［19］；由长江径流携带进入河口区的悬移质泥沙多年平均年输沙总量为3.80×108t，多年平均输沙率为12.05 t／s［19］。但是近十几年来由于长江流域水利工程、水土保持等工程的实施，致使径流携带入河口的泥沙递减60%左右（见图2），同时河口局部区域也受到长江口航槽整治、滩涂圈围和护滩工程等因素的影响。2003年以后在河口区域主要受控流域来沙影响较大的南支、南港、北港中上河段河道和口门外邻近海域的多年多测点平均含沙量相应地减少了50%左右，而2013－2014年洪枯季大潮实测单点平均含沙量仅为1997年以前多年平均含沙量的40%左右。在河口发育拦门沙地形的北支、南槽和北槽河道含沙量变化较小，而且含沙量仍较高（见表1）。这些特征与河口区域陆海两股动力相互作用过程的差异，以及河口不同河道泥沙再悬浮和近海来沙增加量有关，致使河口泥沙出现新的分布格局（表1）。而泥沙作为河口水动力与河床演变的纽带物体，已成为目前长江河口河床冲淤演变的平面分布格局发生变化的诱导因素。

图2 1953－2010年大通站径流量、输沙量过程线Fig.2 Yearly river discharge（red-dot line）and sediment discharge（blue-box line）at the Datong Hydrological Station from 1953 to 2010

表1 河口区域平均含沙量统计表（单位：kg／m3）Tab.1 Statistics of average suspended sediment concentration in the estuary（unit：kg／m3）

4 近期河口河床冲淤变化平面分布格局

1997年以来随着长江流域和河口众多工程建设，河口泥沙分布发生变化［16］，河口河槽和浅滩相应地出现微冲微淤的平面分布格局，并在对河口新水沙环境下缓慢地适应性自动调整。主要表现在0 m水深以下以冲刷为主的河道有南支、南港、北港中上游河段和河口口门外邻近海域；以淤积为主的河道有北支、北港口门河段、南槽和北槽拦门沙主体河段（见图3和表2）。其中，南支主河道普遍持续冲刷，1997－2013年共计冲刷量达5.37×108m3，年均冲刷量为0.34×108m3。2002－2013年年均冲刷量有所增大，是1997－2002年年均冲刷量的3倍之多。其次是南港主河道和北港的中上河段，1997－2013年分别共计冲刷量达1.9×108m3和0.17×108m3，年均冲刷量分别为0.12×108m3和0.01×108m3，年均冲刷量均小于南支河道。

表2 1997-2013年长江口0 m以下河道冲淤量计算统计表Tab.2 Statistics of amounts of channel erosion and deposition below 0 m isobaths in the Yangtze River Estuary from 1997 to 2013

续表2

近年长江河口淤积区淤积量仍较大，其中北支河道仍处在不断地淤积中，1997－2013年累积淤积量为9.11×108m3，年均淤积量为0.57×108m3。其次是南槽和北槽河道，1997－2013年共计淤积量分别达3.17×108m3和1.41×108m3，年均淤积量分别为0.20×108m3和0.09×108m3。北港口门区域仍为淤积区（图3）。

图3 1997－2013年长江口冲淤变化图Fig.3 Erosional and depositional variations of the channels in the Yangtze River Estuary from 1997 to 2013

从图3和表2看，在河口口门外侧的近海5～15 m水深区域，已成为目前长江河口及邻近海域冲刷最明显的水域，研究区域的5～10 m水深线所包络的1.18×103km2面积内，1997－2013年累积冲刷量为4.73×108m3，年均冲刷量为0.30×108m3。10～15 m水深线所包络的1.03×103km2面积内，1997－2013年累积冲刷量为2.55×108m3，年均冲刷量为0.16×108m3。再从图3和图4看，冲刷区一般都出现在拦门沙前坡区域，而河道拦门沙体顶端为淤积区，15～20 m左右水深区域为冲淤过渡缓冲带。

从河口整体上看，目前，长江河口自徐六泾至拦门沙前坡的邻近海区其地形冲淤呈现两头冲刷而拦门沙地带为淤积的极有规律地平面分布格局。

图4 Ⅰ－Ⅰ′、Ⅱ－Ⅱ′、Ⅲ－Ⅲ′、Ⅳ－Ⅳ′断面地形剖面图Fig.4 Variations of typical cross sections（Ⅰ－Ⅰ′、Ⅱ－Ⅱ′、Ⅲ－Ⅲ′、Ⅳ－Ⅳ′）

此外，由河口涉水工程引起局部区域冲淤最为明显的有：新浏河沙护滩工程前沿冲刷至32 m水深，青草沙水源地围堤邻近河道水域普遍出现冲刷，尤其南北槽分流口潜堤的挑流作用，导致南槽口1997年8 m左右水深，至2012年冲刷并增深到16 m多。而北槽丁坝田内全面出现强淤积，累积淤积量达3.00×108m3左右（见图3）。

5 讨论

近期长江河口地形出现有冲有淤呈极有规律的分布形势，与近16年来在流域和河口区域人类高强度干扰，致使河口区不同河道来沙量出现不均等现象，由此带来水流输沙能力的变化，以及在不同河道受控于陆海两股水流互相作用和水流结构差异的影响有关，而且整个河口已进入了对新水沙环境适应性地不断冲淤自动调整过程。

南支主河道普遍持续冲刷，而且冲刷区域以主河槽为主体，其冲刷量位于6条汊道之首。众所周知，南支河道位于河口段中上游，其水沙特性基本上受控于流域来水来沙的影响［22］，致使该河道含沙量减小速度增加（见表1），尤其2003年以来，由于三峡水库拦沙而导致来沙大幅度锐减，河道水体含沙量未达饱和，水流挟沙能力逐渐增强，2013年6月（S1站）实测近底层悬沙中出现0.388 mm细砂类泥沙颗粒（图5），表明河床沙已被再悬浮而进入水体中，此时段河床冲刷强度增加3倍之多（见表2）。可见，近期南支主河道出现普遍持续冲刷，与流域来沙锐减具有直接关系。当然南支河道的下游河段，即南北港分流口河段局部地带出现强冲刷点和带（见图3），新浏河沙护滩工程前沿水深达到32 m，与新浏河沙护滩和青草沙圈水工程有关，属于堤坝工程前沿冲刷性质。

南港属于上连南支河道，下通南北槽的中间过渡性河道，受控于流域和海域来水来沙的影响，河道持续缓慢冲刷，含沙量出现减小，其年均冲刷量少于南支河道，含沙量大于南支河道，表明南港河道冲刷也与近期流域来沙锐减有关，同时与河口和近海再悬浮泥沙略有补给也有关联。2003年以来的冲刷强度比1997－2013年略小（表2），其原因与引起南港河道的冲刷除与近期来沙减少导致河床挟沙力增强有关外，还与2003年以前南港人工大量挖沙有关［23］，致使此期间该河道计算冲刷量反而大。近期河道仍呈微冲状态，实测近底层悬沙中出现0.344 mm细砂类泥沙颗粒，而且底沙推移运动极为活跃，床面普遍发育微地貌沙波（图6、图7）。可知，大量底沙运动对其12.5 m水深的深航槽维护具有较大的影响。

图5 S1测站悬沙颗粒电镜扫描图Fig.5 Scanning electron micrograph（SEM）of suspended particles at S1 station

图6 南港河道沙波观测航迹线图（2013年6月）Fig.6 Observation track of sand waves in the South Channel（June，2013）

北港主河道1997－2002年间以冲刷为主，年均冲刷量在各河道之首，而2002年以来该河道由冲刷转为淤积，2002－2013年中累积淤积量达1.37×108m3，年均淤积量为0.12×108m3，研究时段其年冲刷量略大于淤积量（见表2）。从图3看，北港冲刷区域主要位于河道中上游河段，而拦门沙始终处于淤积外移状态（见图8）。可见，北港河道表现为中上游河段冲刷而口门拦沙淤积的分布格局，其原因更为复杂，影响因素更多，除与近期来沙减少导致河床挟沙力增强有关外，近期北港分流口的新浏河沙护滩和青草沙圈水，以及横沙东滩大量圈围土地和过江桥墩等工程实施，中上游河段河道出现缩窄和S型河道形态等，均为主槽和工程围周局部区域产生冲刷的主要影响因素，而被冲刷泥沙主要在拦门沙水域淤积，形成河道中上游河段冲而下游河段淤的势态（见图3、图8）。目前，该河道涉水工程基本完成，工程导致局部河段冲刷趋于缓慢，而拦门沙河段淤积区域较宽广，淤积量显示较大，是2002年前后河道由冲转淤的基本原因。北港河道的平面冲淤分布格局，代表了直接通海河道的冲淤分布特性。

图7 南港实测沙波形态剖面（2013年6月）Fig.7 Measured sand waves profile in the South Channel（June，2013）

图8 北港拦门沙滩项水深变化图Fig.8 Water depth variations at the mouth bar crest of the North Channel

北支属于涨潮河道，河道一直处在淤积之中，1997－2013年河道总淤积量为各河道之首，年均淤积量达0.57×108m3。其主要原因与分流北支水量比值不断减小，涨潮水流顺河道向中上游河段源源不断输送泥沙有关［24］，水体含沙量很高，导致河道中上游持续淤浅，而强劲的涨潮流在北支下游北侧区域产生了局部冲刷（见图3）。同时，与近期北支河道局部边滩大量圈围有一定关联［25］。

北槽是近年来人类干扰最严重的河道，1998年开始实施深水航道整治工程，建有分流口潜坝，河道南、北侧导堤和19条丁坝，以及维持航槽12.5 m水深的疏浚工程等（见图9），基本改变了河道自然形态格局，减缓了相邻河道的水沙交换过程。1998－2002年部分工程实施期间，河道略有冲刷，尔后河道快速淤积，由冲刷转为严重淤积，由1997－2002年累积冲刷量为0.23×108m3到2002－2013年累积淤积量为3.40×108m3，水体含沙量较高，而且近期直接受涉水工程影响，含沙量变幅也较大［14，18，26］。从图3和图9看，主要淤积区域为丁坝坝田内，累积淤积量达3.00×108m3左右［26—27］，坝田内已经基本达到淤积平衡。同时，航槽中段处在陆海两股动力平衡带的拦门沙浅滩顶部区域，泥沙回淤量较大，年疏浚量在数千万立方米［14，17，26—27］。当然，北槽航道水深得到明显改善，航槽依靠疏浚维持水深达到12.5 m，其中人工疏浚起到较大效果。而值得一提的是北槽河道冲淤变化受其流域来沙锐减的直接影响不明显，表明与河口区和海域再浮悬泥沙补给和拦门沙特有的动力环境及整治工程关系密切。

图9 北槽深水航道河势图（2013.08）Fig.9 Bathymetric map of the deep waterway project in the North Passage（August，2013）

南槽属于河口拦门沙河道之一，长期以来处于淤积状态，近百年来拦门沙浅滩顶部持续外移［28］。研究时段河道出现有冲有淤，但淤积量大于冲刷量。从图3看，河道的上游河段呈强冲刷，主要与1998－2002年南北槽分口潜坝工程实施而导致南槽分流比变化，南槽由1998年分流为46.3%增至目前的57%左右，致使南槽上游河床出现强冲刷，大量泥沙向下游河段输送并淤积河床，故然致使1997－2002年总淤积量强度大于2002－2013年。同时，在流域来沙锐减的条件下，与北槽、北港口门和北支河道同类，目前该河道水体含沙量仍较高，与河道存在最大浑浊带有关，是导致拦门沙浅滩顶端河床持续淤积的基本原因。

对于河口口门外侧邻近海域，在受外海潮流进入河口前沿的加速作用下，而由于近期流域供沙量大幅度减少，致使潮流挟沙能力增强，海床必然发现冲刷，并将再悬浮泥沙进入河口河道，成为河道拦门沙河床淤积泥沙来源之一。可见，流域来沙锐减，是该水域海床出现冲刷的主要原因。

6 结语

1998年以来，河口和流域相继实施了大量的人造工程，致使流域来沙量锐减60%之多，不同河道在陆海两股动力相互作用的差异影响下，河口含沙量出现极不平衡的分布，在河道纵向上两头含沙量明显减小，而拦门沙河道尤其滩顶端含沙量仍较高的新的悬沙分布格局，由此带来与此相适应的挟沙能力和输沙过程的变化，含沙量出现减小的南支、南港和北港中上游河道，以及口门外侧的邻近海域出现持续缓慢冲刷。而含沙量仍较高的拦门沙滩顶水域河床仍以淤积为主。同时，河口大型涉水工程对某一河道或局部河段冲淤产生较大影响。总之，目前整个河口冲淤演变仍处在对新水沙环境作适应性的自我调整过程之中，以至河口逐步达到新的平衡。

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Study on recent bed changes of erosion and siltation in Yangtze River Estuary

Zhang Xiaohe1，Li Jiufa1，Zhu Wenwu1，Cheng Heqin1

（1.State Key Laboratory of Estuarine and Costal Research，East China Normal University，Shanghai 200062，China）

Based on the digital nautical charts since 1997 and recent hydrologic field observations，the variations of erosion and siltation in Yangtze River Estuary under theinfluence of artificial regulation engineerings and basin reservoirs are analyzed.The results indicate that since 1997，（1）the morphological features have been undergone by slightly erosion in upper estuary，（2）the mouth bar crest still received deposition and moved seaward，and（3）the nearshore seabed have been increasingly eroded.And the dominant cause on those phenomena has been changed from the original nature factors to recent intensive human activities.Firstly，the riverbed in South Branch（SB），South Channel（SC）and the upper and middle reaches of North Channel（NC）has been eroded overall.The sediment above bed was very active and surface sediment was coarsened.Bed surface sand wave was becoming more distinct，and the nearshore seabed outside river mouth is being eroded slightly.These variations mentioned above are attributed to river runoff and sediment load.Secondly，there was a sediment deposition in the reaches of North Brach（NB），the mouth of NC and the mouth bars of North Passage（NP）and South Passage（SP），especially for the main channel of NP，which matches a big quantity of back silting after the Deep Waterway Project.The reasons why caused these variations are not only changes in the dynamic structure in estuarine mouth bars，but also variations for thesupply of sediment resuspension in local area and offshore area.In addition，the severe erosion and siltation in some reaches is closely related to those estuarine engineering constructions.In a word，the Yangtze River Estuary is in slow adjustment and adaptation under changing natural factors and intensive human activities recently.

Yangtze River Estuary；geomorphic changes；human activities；tidal current；sediment transport

TV882.2

A

0253-4193（2015）03-0134-10

张晓鹤，李九发，朱文武，等.近期长江河口冲淤演变过程研究［J］.海洋学报，2015，37（3）：134—143，

10.3969／j.issn.0253-4193.2015.03.014

Zhang Xiaohe，Li Jiufa，Zhu Wenwu，et al.Study on recent bed changes of erosion and siltation in Yangtze River Estuary［J］.Haiyang Xuebao，2015，37（3）：134—143，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2015.03.014

2014-04-02；

2014-05-19。

国家自然科学基金（41340044，51479074）；科技部基础专项重点项目（2013FY112000）。

张晓鹤（1991—），男，陕西省渭南市人，从事河口海岸泥沙运动和河床演变研究。E-mail：XHZ_Zhang＠163.com

*通信作者：李九发（1949—），男，江西省南丰县人，教授，从事河口海岸泥沙运动和河床演变及海岸工程研究。E-mail：jfli＠re.ecnu.edu.cn