近60年来长江河口河势变化及其对水动力和盐水入侵的影响

2016-12-21 06:49朱建荣鲍道阳
海洋学报 2016年12期
关键词:河势河口水深

朱建荣,鲍道阳

(1. 华东师范大学 河口海岸国家重点实验室,上海 200062)



近60年来长江河口河势变化及其对水动力和盐水入侵的影响

I. 河势变化

朱建荣1,鲍道阳1

(1. 华东师范大学 河口海岸国家重点实验室,上海 200062)

河势是影响河口水动力和盐水入侵基本因子。本文利用20世纪50和70年代长江河口海图,数值化岸线和水深,结合2012年长江河口实测水深资料,分析长江河口自50年代以来的河势变化。长江河口为分汊河口,50年代仅为二级分汊,至70年代才形成三级分汊,四口入海的河势格局。70年代相比于50年代,北支淤浅严重,其上、中、下段容积变化分别为-64.13×106、-306.60×106和-639.27×106m3,对应的变化率分别为-16.30%、-22.74%和-25.69%,均显著减小;南支的上、中、下段容积变化分别为-28.61×106、-35.69×106和126.43×106m3,相应的变化率分别为-1.30%、-2.12%和4.36%;北港由于崇明浅滩和横沙浅滩的淤浅,下段容积明显减小,其上段和下段容积变化分别为109.21×106和-797.14×106m3,对应的变化率分别为5.01%和-15.25%;南港上段由于河道淤浅容积减小,下段北由于铜沙浅滩被冲开形成北槽,导致水深变深、容积增加,其上段、下段北和下段南容积变化分别为-238.95×106、203.58×106和153.34×106m3,对应的变化率分别为-8.96%、6.85%和3.26%。2012年相比于70年代,北支由于大量淤浅和围垦容积大幅减小,其上、中、下段容积变化分别为-199.06×106、-504.61×106和-654.12×106m3,对应的变化率分别为-60.45%、-48.44%和-35.38%;南支的上、中、下段容积变化分别为92.34×106、193.01×106和-163.62×106m3,相应的变化率分别为4.24%、11.73%和-5.40%;北港上段青草沙水库的围垦和下段横沙东滩的围垦造成面积和容积减小,其上段和下段容积变化分别为-154.64×106和-511.79×106m3,对应的变化率分别为-6.75%和-11.55%;南港由于上段河道刷深而下段九段沙以及南汇边滩淤浅、围垦,导致其容积上段增加,下段减小,上段、下段北和下段南容积变化分别为136.39×106、-658.28×106和-1 266.11×106m3,对应的变化率分别为5.62%、-20.73%和-26.06%。

长江河口;河势变化;岸线;水体容积

1 引言

河势变化是河口地貌和沉积研究的基本内容,也是研究河口水文、盐度和泥沙等变化的基础。河势变化是由泥沙输运、沉积自然演变和人类活动(如建筑海堤、滩涂围垦等)引起的。在长时间尺度上,陈吉余等提出了两千年来长江河口的发育模式[1],即南岸边滩推展,北岸沙岛并岸,河口缩窄,河道成形,河槽加深。在当代较短的时间尺度上,造成长江河口河势变化的主要是人类活动,如北槽深水航道工程、青草沙水库工程、南汇边滩和横沙东滩圈围工程等。河势的变化会引起河口水动力的变化,如分流比、潮汐、潮流和余流等。水动力的变化进而引起物质输运的变化。

长江河口水动力和盐水入侵受径流、潮汐、风应力、混合、科氏力、口外陆架环流和海平面上升等动力因子的影响,其中起决定作用的是径流量和潮汐。径流量大,盐水入侵弱;径流量弱,盐水入侵强;长江流域干旱和重大工程是通过改变径流量而影响河口盐水入侵[2—6]。潮汐增强,盐水入侵加剧,长江河口潮汐的半日、半月和季节性变化均对盐水入侵产生显著的影响[7—9]。长江河口冬季盛行北风,北风产生向陆的Ekman水体输运,会加剧河口盐水入侵[9—11]。河底的潮流应力和河表面风的搅动,产生垂向湍流混合,改变盐度的垂向分层和盐水楔形状,进而影响盐水入侵强弱[12]。科氏力使得涨潮流带来的高盐水位于长江河口各个汊道的北侧,落潮流带来的低盐水位于长江河口各个汊道的南侧,形成盐水入侵的横向差异[11]。长江口外陆架环流(台湾暖流和苏北沿岸流)带来高盐水,是长江河口盐水入侵的源[13]。海平面上升加大了河口水深,使得入海径流流速变小、潮流增大,导致盐水入侵加剧,在口门和北支上段盐度锋面处盐度增大最为明显[14]。

近几年长江河口南汇边滩圈围、北支新村沙南水道封堵和北港北汊变宽变深,改变了长江河口的局部地形,影响水动力和盐水入侵[15—17]。但在近60年较长时间尺度上,长江河口河势变化对水动力和盐水入侵的影响,尚未作过研究。本文收集1958、1972、1974、1979年长江河口海图,数值化岸线和水深,订正至平均海平面,对比2012年长江河口水深实测资料,分析长江河口自20世纪50年代以来的河势变化及其对水动力和盐水入侵的影响。因内容较多,论文分3个部分,第Ⅰ部分为近60年来长江河口河势变化,第Ⅱ部分为河势变化对水动力的影响,第Ⅲ部分为河势变化对盐水入侵的影响。本文第I部分河势的变化从岸线变化、河槽面积、容积变化和沿横断面水深变化来分析长江河口不同年代河势及其变化。

2 河势变化

本文收集20世纪50年代和70年代的长江河口海图,对每张海图扫描、数值化岸线和水深,将水深和潮滩高程从海图上的理论最低潮面订正至平均海平面,得到这两个年代的长江河口河势分布(图1、图2)。2012年长江河口河势分布为作者单位和合作单位实测得到的(图3)。为更好地比较岸线的变化,图4给出了3个年代岸线的分布,并将南支、北支、北港和南港分成几个区域。

2.1 概况

长江河口为分汊河口。20世纪50年代(图1),长江河口为二级分汊,第一级由崇明岛分为北支和南支,分汊口在江心沙北汊北侧与北支上端的交汇处,远比目前分汊口北移;第二级由鸭窝沙和横沙岛分为北港和南港,分汊口位于扁担沙的前端;当时横沙岛东侧的铜沙浅滩向东南伸展,还未出现南槽和北槽的第三级分汊;长兴岛还未成型,区域内出现鸭窝沙、园沙等4个小岛。在70年代(图2),江心沙向北并岸,江心沙北汊已基本淤亡,东方红农场的滩涂围垦使得徐六泾河道缩窄,第一级分汊口大幅向南移动;第二级分汊口深受扁担沙和浏河沙演变的影响[18],在两沙洲之间出现新桥通道,分汊口位于新桥通道的上端,鸭窝沙、园沙等几个沙岛还未连成整个岛屿;出现了第三级分汊,由九段沙将南港分为北槽和南槽。该分汊是由1954年长江发生大洪水后,在铜沙浅滩上切割逐渐形成北槽后产生的,被切割分离的沙体就是九段沙的雏形[19]。长江河口“三级分汊,四口入海”的河势格局,于70年代正式成型。在现代的2012年(图3),第一级分汊口西侧的江心沙早已完全并岸、消失;浏河沙上溯,新桥通道上移、变宽,第二级分汊口向上游移动;鸭窝沙、园沙等几个沙岛早已形成整个岛屿(长兴岛);2010年建成的大型边滩水库青草沙水库位于长兴岛西侧,水库堤坝和附属的稳定河势工程加固了南北港分汊口;北槽深水航道工程的建设,使得南导堤上端的鱼嘴成为第三级分汊的分汊口。深水航道南北导堤和丁坝使得北槽成为人工汊道,阻隔口门处北港、北槽和南槽间水沙盐的横向输运,南槽成为喇叭口河道。

图1 20世纪50年代长江河口河势Fig.1 River regime of the Changjiang Estuary in the 1950s

图2 20世纪70年代长江河口河势Fig.2 River regime of the Changjiang Estuary in the 1970s

图3 2012年长江河口河势Fig.3 River regime of the Changjiang Estuary in 2012

图4 长江河口岸线变化Fig.4 The shoreline changes of the Changjiang Estuary20世纪50年代:红色;20世纪70年代:绿色;2012年:黑线。给出横断面sec1-sec7位置,用于给出水深沿横断面分布。给出划分长江河口各个区域1-12的位置,用于计算各区域面积和容积Red line:1950s; blue line:1970s; black line:2012. The transections sec1-sec7 were specified to show the water depth. The positions of area 1-12 were divided to calculate their area and volume

2.2 北支

历史资料表明,北支曾是长江入海的主通道。18世纪后,长江入海主流转为南支,1915年北支分流比减小到25%[20]。之后北支河槽不断淤积、萎缩,加之大量的围垦工程,北支汊道轴线与南支主流轴线夹角不断增大,分流比急剧减小,至今枯季北支分流比已不足5%。

2.2.1 岸线变化

在北支上段(图4,区域1),50年代至70年代,在崇明岛西北岸线大幅向北移动,潮滩变陆地,河道北侧和西侧岸线向陆移动,河道处于缩窄状态。从70年代至2012年,崇明岛西北角岸线继续向北移动,河道明显变窄,弯道变急;其他地方岸线变化不大。

在北支中段(区域2),从50年代至70年代,南侧岸线变化不大;北侧岸线上段向北移动,处于冲刷状态,中下段岸线略向北移动。从70年代至2012年,南侧岸线发生了巨大变化,大幅北移,河道缩窄近一半;北侧岸线已无变化。

在北支下段(区域3),从50年代至70年代,南侧岸线略微向南移动,北侧岸线略微向北移动。从70年代至2012年,南侧岸线大幅北移,北侧岸线不变,北支口门缩窄;崇明东滩大幅向东淤涨,北支口门向东延伸。

2.2.2 沿横断面水深变化

给出北支3个横断面(图4)水深在50年代、70年代和2012年的分布(图5)。断面1位于北支上端,在50年代断面宽4.3 km;两侧浅中间深,最大水深达到4.7 m。至70年代,由于崇明岛西边岸线的西移,断面宽度减小为3.9 km,水深两侧深中间浅,西侧水槽很深,水深达到12 m,东侧水槽水深4.6 m。至2012年断面显著束窄,尤其是西侧的江心沙的消失,河道宽度仅为2.18 km;原先东侧的水域完全淤积成为浅滩,仅留靠西的一条狭窄通道,最大水深6.8 m。

图5 北支沿横断面sec1、sec2和sec3水深分布Fig.5 Profiles of water depth along the transection sec1,sec2 and sec3 in the North Brunch面向上游,左侧岸线为水深线的起点,右侧岸线为水深线的终点。红线:20世纪50年代;绿线:20世纪70年代;黑线:2012年Facing upstream,the start point of the water depth line locates at the left coastline,and the end point of the water depth line locates at the right coastline. Red line:1950s; green line:1970s; black line:2012

横断面2位于北支中上段,在50年代断面宽度约为4.1 km,北侧有一较深水槽,深度达到12 m。至70年代南北岸线大幅向北移动,断面宽度略有减小,约为3.5 km,水深分布较为均匀,平均为3.3 m。至2012年,断面显著变窄,北岸南移,南岸北移,宽度仅为2 km;中部淤积,南北侧有水槽,特别是北侧发展出了一条较深的水槽,最大水深达到7.8 m。

横断面3位于北支中下段,在50年代宽度约为9.4 km,最大水深7 m左右;河道中间有一浅滩,宽度大约1 km。至70年代断面宽度略有增加,约为10.5 km;水深变浅,最大水深约为4 m。至2012年,由于崇明北缘边滩的淤积,南侧岸线北移,宽度减为9.3 km;南侧水深大幅减小,出现水深高于海平面的滩地,北侧水深较70年代变化不大。

2.2.3 面积和容积变化

将北支划分为上段(区域1)、中段(区域2)和下段(区域3),北支口门外为区域4(见图4)。在50年代,北支的上、中、下段面积分别为79.13×106、257.19×106和414.15×106m2,容积分别为393.43×106、1 348.36×106和2 488.15×106m3;至70年代,北支的上、中、下段面积分别为75.36×106、264.81×106和431.81×106m2,容积分别为329.30×106、1 041.76×106和1 848.88×106m3;至2012年,北支的上、中、下段面积分别为53.46×106、148.02×106和309.98×106m2,容积分别为130.24×106、537.15×106和1 194.76×106m3。

70年代相比于50年代,北支的上、中、下段面积变化分别为-3.77×106、7.62×106和17.66×106m2,对应的变化率分别为-4.77%、2.96%和4.26%,容积变化分别为-64.13×106、-306.60×106和-639.27×106m3,对应的变化率分别为-16.30%、-22.74%和-25.69%。可见,从面积上看,北支上段减小,中段和下段增加。但从容积上看,北支上段、中段和下段均减小,幅度明显,原因如上所述,北支淤浅严重。

2012年相比于70年代,北支的上、中、下段面积变化分别为-21.90×106、-116.79×106和-121.83×106m2,对应的变化率分别为-29.06%、-44.10%和-28.21%,容积变化分别为-199.06×106、-504.61×106和-654.12×106m3,对应的变化率分别为-60.45%、-48.44%和-35.38%。从面积上看,北支上段、中段和下段均大幅减小,原因在于70年代至2012年间北支经历了大量围垦工程,如1991-1996年崇明北边缘边滩围垦、2002-2003年黄瓜沙围垦、2008年崇明北湖下游圈围等[21]。从容积上看,北支上段、中段和下段由于北支的大量淤浅大幅减小。

在北支口门外(区域4),在50年代面积为761.21×106m2,容积为6 047.82×106m3;至70年代,面积为761.21×106m2,容积为6 142.71×106m3。70年代相比于50年代,面积没有变化,容积变化了94.90×106m3,变化率为1.57%。至2012年,面积为761.21×106m2,容积为6 145.66×106m3,相比于70年代,面积没有变化,容积变化了2.95×106m3,变化率为0.05%。崇明浅滩的淤浅使该区域西南部分水深变浅,但该区域水深在3个年代逐渐变深,加之北港北汊向这个区域发展,所以该区域的容积在3个年代略有增大趋势,变化幅度很小。

2.3 南支

南支河段上自徐六泾,下至吴淞口,为长江入海主流。1958年,南支上段徐六泾人工节点的形成,对南支河势起到了较好的控制作用[19]。中段白茆沙将河道分成南、北两条水道。下段扁担沙又将河道分为南支主槽和新桥水道,扁担沙、浏河沙、中央沙等沙体的演变,影响南支河势变化。

2.3.1 岸线变化

在南支上段(区域5),从50年代至70年代,随着南通、东方红农场的相继建成,徐六泾河道北岸岸线大幅向南移动,河宽显著束窄。江心沙大幅北移,几乎与北岸相接。崇明岛西南角岸线由于老白茆沙的并岸向西大幅移动。从70年代至2012年,徐六泾河道北岸岸线已无变化;江心沙已完全并岸,加大了南北支河道的夹角;其余地方岸线变化不大。

在南支中段(区域6),从50年代至70年代,北侧岸线向南移动,南丰沙冲刷消失,南侧岸线变化不大。从70年代至2012年北侧岸线向南略有移动,其它地方岸线基本不变。

在南支下段(区域7),从50年代至70年代岸线没有变化。从70年代至2012年,南侧岸线向北略有移动,北侧岸线没有变化。随着青草沙水库的建成,该区域东侧部分围垦成陆。

从50年代至2012年,南支主体岸线变化不大,主要变化在上下两个分汊口,上段变化改变了南北支分汊口的角度,下段变化改变了南北港分汊口的形状。

2.3.2 沿横断面水深变化

对南支共取4个横断面(图4),水深在50年代、70年代和2012年的分布见图6。 断面4位于徐六泾河道,水深呈“V”字形。50年代断面宽度达到9.9 km,但6 km以北都是高程接近海平面的滩地;南侧水深最大处在2.2 km处,最大水深为38.9 m。至70年代由于北岸南通、东方红农场的围垦,北侧岸线大幅南移,导致断面宽度大幅束窄至5.7 km;水深分布形状没有很大变化,最大水深变小为27.4 m。至2012年,该断面宽度较70年代没有变化,“V”字形向南移动,水深最大值在1.6 km处,最大水深为39.4 m。

断面5位于崇头以下河道,在50年代宽度达到11.7 km,水深从南岸至北岸逐步减小,南侧主河道最大水深达到18.0 m。至70年代由于老白茆沙的并岸,断面宽度减小为9.2 km,水深分布与50年代相似,南侧主河道最大水深为21.5 m。至2012年北侧岸线继续南移,断面宽度缩减为8.9 km;由于白茆沙的再次形成和发展,将该断面河道分为南北两个水道,南水道水深较深,最大水深为25.7 m,北水道较浅,最大水深为15.2 m。

断面6位于浏河口附近河道,河宽在3个年代都没有变化,均为13.6 km。因为该段滩槽形式复杂,水深沿横断面波动很大。在50年代南侧主河道水深最大值在5.5 km处,最大水深为18.8 m;至70年代水深变浅,最大水深为14.4 m;至2012年主河道南移,水深最大值在4.3 km处,最大水深为20.1 m。

断面7位于南北港分汊口,断面两端水深深,中间水深浅。断面宽度在3个年代没有变化,均为15.9 km。在50年代断面南侧南港入口河道最大水深19.2 m,北侧北港入口河道最大水深14.8 m;至70年代南侧南港入口河道最大水深19.0 m,北侧北港入口河道最大水深13.4 m,较50年代变化不大。至2012年青草沙水库的建成,使该断面南北分离,工程在该断面上的长度达到5 km;南侧南港入口河道最大水深18.9 m,北侧北港入口河道最大水深18.3 m。

图6 南支沿横断面sec4、sec5、sec6和sec7水深分布Fig.6 Profiles of water depth along the transection sec4,sec5 and sec6 in the South Brunch面向上游,左侧岸线为水深线的起点,右侧岸线为水深线的终点。红线:20世纪50年代;绿线:20世纪70年代;黑线:2012年Facing upstream,the start point of the water depth line locates at the left coastline,and the end point of the water depth line locates at the right coastline. Red line:1950s; green line:1970s; black line:2012

2.3.3 面积和容积变化

将南支划分为上段(区域5)、中段(区域6)、下段(区域7)。在50年代,南支的上、中、下段面积分别为316.03×106、209.31×106和350.66×106m2,容积分别为2 206.06×106、1 681.57×106和2 902.06×106m3;至70年代,南支的上、中、下段面积分别为257.68×106、204.32×106和357.04×106m2,容积分别为2 177.45×106、1 645.88×106和3 028.49×106m3;至2012年,南支的上、中、下段面积分别为241.02×106、200.94×106和316.99×106m2,容积分别为2 269.80×106、1 838.89×106和2 864.87×106m3。

70年代相比于50年代,南支的上、中、下段面积变化分别为-58.35×106、-4.99×106和6.38×106m2,相应的变化率分别为-18.46%、-2.38%和1.82%。南支上段面积大幅减小,中段略有减小,下段略有增加。上段大幅减小的原因在于南通、东方红农场的围垦以及崇明岛西南角的南移大幅束窄了上段河道。容积变化分别为-28.61×106、-35.69×106和126.43×106m3,相应的变化率分别为-1.30%、-2.12%和4.36%。南支上段和中段容积减小,下段增加,变化幅度不大,上段由于北侧围垦,导致南侧河道刷深,所以容积变化幅度不大。

2012年相比于70年代,南支的上、中、下段面积变化分别为-16.66×106、-3.38×106和-40.05×106m2,相应的变化率分别为-6.47%、-1.66%和-11.22%。南支上段、中段和下段面积均有减小,下段最为明显,原因在于青草沙水库圈围。容积变化分别为92.34×106、193.01×106和-163.62×106m3,相应的变化率分别为4.24%、11.73%和-5.40%。南支上段和中段容积增加,下段减小。

2.4 北港

2.4.1 岸线变化

北港划分为上段(区域8)和下段(区域9)。北港上段(区域8),50年代至70年代岸线基本没变,仅西侧的一些小岛逐渐消失。70年代至2012年,鸭窝沙、园沙等沙岛合并,形成现在的长兴岛;青草沙水库工程使长兴岛西北侧岸线大幅北移;北侧崇明东滩岸线大幅南移,并向东延伸。

北港下段(区域9),在50年代和70年代没有陆地。至2012年,横沙东滩的围垦使该区域西南侧成陆。

2.4.2 面积和容积变化

在50年代,北港的上段和下段面积分别为328.68×106和744.78×106m2,容积分别为2 181.45×106和5 226.97×106m3;至70年代,北港的上段和下段面积分别为336.96×106和745.37×106m2,容积分别为2 290.66×106和4 429.85×106m3;至2012年,北港的上段和下段面积分别为223.22×106和703.80×106m2,容积分别为2 136.02×106和3 918.06×106m3。

70年代相比于50年代,北港的上段和下段面积变化分别为8.28×106和0.59×106m2,对应的变化率分别为2.52%和0.08%。可见,北港的上段和下段面积略有增加。上段和下段容积变化分别为109.21×106和-797.14×106m3,对应的变化率分别为5.01%和-15.25%。北港上段容积小幅增加,下段大幅减小。崇明浅滩和横沙浅滩的淤浅,使下段容积明显减小。

2012年相比于70年代,北港的上段和下段面积变化分别为-113.74×106和-41.57×106m2,对应的变化率分别为-33.76%和-5.58%,容积变化分别为-154.64×106和-511.79×106m3,对应的变化率分别为-6.75%和-11.55%。从面积上看,北港的上段由于青草沙水库的围垦大幅减小,下段由于横沙东滩的围垦略有减小。从容积上看,北港上段和下段均减小。

2.5 南港

由于50年代北槽和南槽还未分离形成,南港划分为上段(区域10)、下段北(区域11)和下段南(区域12)。

2.5.1 岸线变化

南港上段(区域10),从50年代至70年代的变化同北港上段,西北角的一些小岛消失,其他地方岸线基本不变。从70年代至2012年,长兴岛的形成使北侧岸线连为一条,南侧岸线没有太大变化。

南港下段北(区域11),从50年代至70年代,岸线没有太大变化。从70年代至2012年,横沙东滩的围垦使该区域西北侧成陆;南侧九段沙部分成陆。

南港下段南(区域12),从50年代至70年代,岸线变化不大。从70年代至2012年,南汇边滩的围垦使南侧岸线东移;北侧九段沙部分成陆。

2.5.2 面积和容积变化

在50年代,南港的上段、下段北和下段南面积分别为284.55×106、481.10×106和900.47×106m2,容积分别为2 667.32×106、2 971.32×106和4 704.97×106m3;至70年代,南港的上段、下段北和下段南面积分别为292.96×106、482.42×106和900.30×106m2,容积分别为2 428.37×106、3 174.89×106和4 858.31×106m3;至2012年,南港的上段、下段北和下段南面积分别为263.88×106、450.90×106和722.19×106m2,容积分别为2 564.75×106、2 516.61×106和3 592.20×106m3。

70年代相比于50年代,南港的上段、下段北和下段南面积变化分别为8.41×106、1.33×106和-0.18×106m2,对应的变化率分别为2.96%、0.28%和-0.02%,容积变化分别为-238.95×106、203.58×106和153.34×106m3,对应的变化率分别为-8.96%、6.85%和3.26%。从面积上看,南港的上段和下段北增加,下段南减小,变化幅度很小。从容积上看,南港的上段减小,下段北和下段南增加,上段由于河道淤浅容积减小,下段北由于铜沙浅滩被冲开形成北槽,导致水深变深、容积增加。

2012年相比于70年代,南港的上段、下段北和下段南面积变化分别为-29.08×106、-31.52×106和-178.11×106m2,对应的变化率分别为-9.93%、-6.53%和-19.78%,容积变化分别为136.39×106、-658.28×106和-1 266.11×106m3,对应的变化率分别为5.62%、-20.73%和-26.06%。从面积上看,南支上段、中段和下段均有减小,原因在于上段长兴岛的形成、下段北横沙东滩的围垦以及下段南汇边滩的围垦。从容积上看,南港上段增加,下段减小,原因是上段河道刷深而下段九段沙以及南汇边滩淤浅、围垦。

3 结论

利用20世纪50和70年代长江河口海图,数值化岸线和水深,结合2012年长江河口水深实测资料,给出了70年代相比于50年代、2012年相比于70年代北支上段中段下段、南支上段中段下段、北港上段下段、南港上段下段北和下段南的面积和容积变化量值和变化率,分析了河势变化的原因,主要结论为:

(1)长江河口为分汊河口,20世纪50年代仅为二级分汊,横沙岛东侧的铜沙浅滩向东南伸展,还未出现南槽和北槽的第三级分汊。第一级由崇明岛分为北支和南支,分汊口在江心沙北汊北侧与北支上端的交汇处,远比目前分汊口北移;第二级由鸭窝沙和横沙岛分为北港和南港,分汊口位于扁担沙的前端;当时长兴岛还未成型,区域内出现鸭窝沙、园沙等4个小岛。至70年代才形成 “三级分汊,四口入海”的河势格局。在第一级分汊口江心沙向北并岸,江心沙北汊已基本淤亡,第一级分汊口大幅向南移动;第二级分汊口位于新桥通道的上端,鸭窝沙、园沙等几个沙岛还未连成整个岛屿;出现了第三级分汊,由九段沙将南港分为北槽和南槽。至现代的2012年,第一级分汊口西侧的江心沙早已完全并岸、消失;第二级分汊口向上游移动,2010年建成的大型青草沙水库加固了南北港分汊口;北槽深水航道工程的建设,使得南导堤上端的鱼嘴成为第三级分汊口;深水航道南北导堤和丁坝使得北槽成为人工汊道,南槽成为喇叭口河道。

(2)在北支上段,50年代至70年代,河道处于缩窄状态;70年代至2012年,河道继续变窄,弯道变急。在北支中段,从50年代至70年代、70年代至2012年,南侧岸线发生了巨大变化,大幅北移,河道缩窄近一半。在北支下段,从50年代至70年代、70年代至2012年,南侧岸线大幅北移,北支口门缩窄;崇明东滩大幅向东淤涨,北支口门向东延伸。

(3)在南支河段,从50年代至2012年,主体岸线变化不大,主要变化在上下两个分汊口,上段变化改变了南北支分汊口的角度,下段变化改变了南北港分汊口的形状。70年代相比于50年代,上段面积大幅减小,原因在于南通、东方红农场的围垦以及崇明岛西南角的南移大幅束窄了上段河道;上段由于北侧围垦,导致南侧河道刷深,容积变化幅度不大。2012年相比于70年代,南支上段、中段和下段面积均有减小,下段最为明显,原因在于青草沙水库圈围。

(4)在北港河段,70年代相比于50年代,崇明浅滩和横沙浅滩的淤浅,使下段容积明显减小。2012年相比于70年代,北港的上段由于青草沙水库的围垦和下段横沙东滩的围垦造成面积和容积减小。

(5)在南港河段,70年代相比于50年代,南港的上段容积减小,下段北和下段南容积增加,上段由于河道淤浅容积减小,下段北由于铜沙浅滩被冲开形成北槽,导致水深变深、容积增加。2012年相比于70年代,南港上段、下段北和下段南面积均有减小,原因在于上段长兴岛的形成、下段北横沙东滩的围垦以及下段南汇边滩的围垦。从容积上看,南港上段增加,下段减小,原因是上段河道刷深而下段九段沙以及南汇边滩淤浅、围垦。

河势是影响河口水动力和盐水入侵基本的因子,下文将基于50年代、70年代和2012年长江河口河势,数值模拟和分析不同年代潮汐潮流、分流比、余流和盐水入侵及其变化。

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The effects of river regime changes in the Changjiang Estuary on hydrodynamics and salinity intrusion in the past 60 years I. River regime changes

Zhu Jianrong1,Bao Daoyang1

(1.StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China)

River regime is an essential factor of hydrodynamics and salinity intrusion in estuaries. In this paper,the digitized sea chart of the Changjiang Estuary in 1950s and 1970s,and measured data in 2012 were used to analyze the river regime changes of the Changjiang Estuary since 1950s. The Changjiang Estuary is a bifurcated estuary,which had two-order bifurcations in 1950s and the situation of the three-order bifurcations and four outlets into the sea was formed since 1970s. Comparing the Changjiang Estuary in 1970s and in 1950s,the volumes of upper reaches、middle reaches and lower reaches of the North Branch had changed by -64.13×106,-306.60×106and-639.27×106m3,the rates were-16.30%,-22.74% and-25.69%,the volume of the North Branch decreased significantly because of the serious siltation; the volumes of upper reaches、middle reaches and lower reaches of the South Branch had changed by-28.61×106,-35.69×106and 126.43×106m3,the rates were-1.30%,-2.12% and 4.36%; the volumes of upper reaches and lower reaches of the North Channel had changed by 109.21×106and -797.14×106m3,the rates were 5.01% and -15.25%,the volume of lower reaches decreased significantly because of the siltation of Chongming Shoal and Hengsha Shoal; the volumes of upper reaches、north lower reaches and south lower reaches of the South Channel had changed by -238.95×106,203.58×106and 153.34×106m3,the rates were -8.96%,6.85% and 3.26%,the volume of upper reaches decreased because of the siltation,the volume of northern lower reaches had increased because the cutting off of Tongsha Shoal increased the depth of water. Comparing the Changjiang Estuary in 2012 and in 1970s,the volumes of upper reaches、middle reaches and lower reaches of the North Branch had changed by -199.06×106,-504.61×106and-654.12×106m3,the rates were -60.45%,-48.44% and -35.38%,the volume of the North Branch decreased significantly because of the serious siltation and reclamation; the volumes of upper reaches、middle reaches and lower reaches of the South Branch had changed by 92.34×106,193.01×106and -163.62×106m3,the rates were 4.24%,11.73% and -5.40%; the volumes of upper reaches and lower reaches of the North Channel had changed -154.64×106and -511.79×106m3,the rates were -6.75% and -11.55%,the volumes had decreased because of the reclamation of Qingcaosha Reservoir and Hengsha eastern tidal flat; the volumes of upper reaches、north lower reaches and south lower reaches of the South Channel had changed by 136.39×106,-658.28×106and -1 266.11×106m3,the rates were 5.62%,-20.73% and -26.06%,the volume of upper reaches had increased because the channel in the upper reaches became deeper and the volume of lower reaches had decreased because of the siltation and reclamation of Jiuduansha and Nanhui tidal flat.

Changjiang Estuary; river regime change; coastline; water volume

2016-03-04;

2016-07-05。

国家自然科学基金项目(41476077);上海市科委重点项目(14231200402)。

朱建荣(1964—),男,浙江省海宁市人,研究员,从事河口海岸动力学研究。E-mail:jrzhu@sklec.ecnu.edu.cn

10.3969/j.issn.0253-4193.2016.12.002

P731.23

A

0253-4193(2016)12-0011-12

朱建荣,鲍道阳. 近60年来长江河口河势变化及其对水动力和盐水入侵的影响I. 河势变化[J].海洋学报,2016,38(12):11—22,

Zhu Jianrong,Bao Daoyang. The effects of river regime changes in the Changjiang Estuary on hydrodynamics and salinity intrusion in the past 60 years I. River regime changes[J]. Haiyang Xuebao,2016,38(12):11—22,doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2016.12.002

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