长江口南汇边滩冲淤演变的多因子分析

付桂 严超

摘 要：南汇边滩位于长江口和杭州湾的交汇地带，近年来由于促淤圈围工程导致其水沙输移及河势冲淤发生了显著变化。本文主要对引起南汇边滩冲淤演变的多因子进行分析，研究结果表明：南汇边滩周边圈围工程的兴建和特定的滩槽水沙交换的平面环流输沙系统是造成南汇边滩年际冲淤变化的主要因素;自然条件变化如流域来水来沙、潮流、潮差、波浪、水体含沙量、海平面变化是引起南汇边滩季节性变化的原因。

关键词：长江口;南汇边滩;潮滩冲淤变化;促淤圈围工程;平面环流

中图分类号：U617           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）08-0141-03

南汇边滩位于长江口和杭州湾的交汇地带，长江口段为南汇东滩，杭州湾段称南汇南滩，南汇边滩受长江口与杭州湾水沙交换相互影响。二十世纪以来，南汇东滩实施了促淤圈围工程如南汇东滩五期圈围工程（2004-2006年）、浦东国际机场外侧促淤工程（2007-2009年）等，长江口北槽深水航道建设（1998-2010年）等重大工程项目。工程实施改变了原边界，使得边滩河床发生新的冲淤变化。根据笔者对2006-2008年南汇边滩短期冲淤变化研究[1]，总体表现为：年度上南汇东滩以淤长为主，南汇南滩以冲刷为主。不同季节南汇边滩冲淤变化过程存在很大差异：平面上，南汇边滩等深线夏、冬季以淤进为主，春、秋季以蚀退为主;垂向上，南汇东滩断面呈春夏秋冲淤交替、冬季淤积的态势，南汇嘴断面呈秋季冲刷、冬夏季淤积的态势，而位于南汇南滩的断面则呈秋冬季冲刷、春夏季淤积态势。

国内学者研究方向侧重于南汇边滩水沙输移和冲淤演变等方面[1-17]，但未对引起南汇边滩冲淤演变的影响因子进行深入分析。本文将基于研究区域内的边滩边界变化、沉积动力特征、自然条件变化等资料，对影响南汇边滩冲淤演变的多因子进行分析，探讨其冲淤演变机制，为南汇边滩的岸滩资源可持续利用和生态环境保护提供科学参考。

1 南汇边滩年际冲淤演变机制探讨

1.1 潮滩冲淤变化对促淤圈围工程的响应

20世纪90年代以来，南汇边滩实施了多期促淤圈围工程，其中在2004-2006年实施了南汇东滩五期圈围工程，在2007-2009年实施了浦东机场外侧促淤工程。工程实施改变了原边界，使得南汇边滩河床发生新的冲淤变化。南汇东滩五期圈围工程于2006年完成，短期内南汇边滩处于调整阶段，岸线外推后南汇东滩平均流速较工程前总体增加，引起堤坝外侧海域挟沙能力增强，造成南汇东滩2006-2007年大范围的冲刷;2007-2008年南汇边滩水动力调整后，恢复到以前的冲淤环境，南汇东滩滩面仍以淤积为主。此外2007-2009年期间实施了机场外侧促淤工程，圈围工程南围堤必然会产生一个弱流影壁区，从而有利于悬沙在此落淤，实测等深线淤涨外推与此关系密切（见图1）。可见，南汇边滩年际冲淤演变主要与近期促淤圈围工程的实施有关，年际潮滩冲淤变化对于促淤圈围工程的响应是相对比较敏感的。

1.2 潮滩冲淤变化对平面环流输沙系统的响应

南汇边滩处于长江口与杭州湾交汇地带，受两股潮流相互影响，南汇边滩有径流输沙和涨潮回输泥沙的双重补给，在这些水流泥沙动力的相互作用下，南汇边滩在平面上形成了3个泥沙输移系统，详见图2。

总体上表现为浅水滩进沙，深水滩和主槽出沙，在平面上南汇东滩涨落潮优势流、优势沙组成二个顺时针环流和输沙系统，此种流态和输沙系统是南汇东滩大面积圈围后恢复淤涨的基本动力条件。南汇嘴水域浅滩在2-5m等深线范围内下净输沙方向指向杭州湾，5m等深线净输沙向南槽，形成了一个逆时针方向的泥沙输移环流系统，使得南汇嘴水域2-5m线总体向外淤涨。南汇南滩净输沙方向为杭州湾北岸由东向西方向，即长江口落潮水流携带泥沙通过南滩近岸输向杭州湾，因此当长江口泥沙来源减少时，南汇南滩将转入冲刷期。可见，南汇边滩特定的滩槽水沙交换的平面环流输沙系统是造成南汇东滩淤涨、南汇南滩冲刷的主要因素，年际潮滩冲淤变化对于平面环流输沙系统的响应最为直接。

2南汇边滩季节性冲淤演变机制探讨

2.1 潮滩冲淤变化对流域来水来沙的响应

南汇边滩的泥沙来源为长江口入海泥沙。长江入海径流量和输沙量具有显著的季节性差异。图3为大通站长江2007年和2008年径流量及输沙量的月变化情况，可以看出长江径流量及输沙量洪季较大，枯季较小，其中月平均径流量及输沙量最大的为8月份，最小的是2月份。由前面的南汇边滩断面季节性冲淤变化分析可知：冬夏季以淤进为主、春秋季以蚀退为主。南汇边滩的冲淤与长江下泄的水沙量之间存在着良好的对应关系：2007年11月至2008年3月（冬季），长江下泄的月均水沙量逐渐增加，从而引起南汇边滩的淤积;2008年3月至2008年5月（春季），长江下泄的水沙量先增加后减少，从而引起南汇边滩由缓慢淤积向冲刷的转变;2008年5月至2008年9月，长江口水沙量快速上升，由于巨量水沙下泄，引起南汇边滩大幅度淤积;而从2008年9月至2008年11月，由于长江口水沙量的迅速减少，从而造成南汇边滩由快速淤涨向快速冲刷的转变。由此可见，南汇边滩的冲淤对流域来水来沙条件的变化具有敏感的响应。

2.2 潮滩冲淤变化对潮流及潮差的响应

長江口区水域潮流的入射方向决定了泥沙进入方向，从潮流方向来看，潮流的入射方向与南汇边滩的东南伸展走向基本一致，且潮流的作用在南汇东滩及南汇南滩差异明显，使得南汇边滩在垂直岸线变化上要大于平行岸线。潮流对南汇边滩输沙起着重要的作用，当潮流切应力大于表层沉积物的临界起动剪切应力，表层沉积物在涨落潮流的作用下发生输运，直到在低流速时，潮流剪切应力小于临界沉降剪切应力时再次沉降。因此，潮流作用也是造成南汇东滩淤积、南汇南滩侵蚀的原因之一。

此外，潮差的变化与潮滩的冲淤变化基本相对应，当潮差较大时潮滩基本是以侵蚀为主，而潮差小则表现为淤积。南汇边滩的潮位可通过东滩中浚站和南滩的芦潮港站潮汐特征值（见表1）来分析，在高潮位时芦潮港潮位高于中浚站，低潮位时芦潮港潮位要低于中浚站，由此产生水面横比降，影响着长江口和杭州湾之间的水流和泥沙交换。从表中还可以看出，中浚站的潮差较南汇南滩芦潮港站的潮差小，这是导致南汇东滩淤积南汇南滩冲刷的因素之一。

2.3 潮滩冲淤变化对波浪的响应

南汇边滩地处长江河口开敞地带，沉积物易受波浪掀沙、潮流输沙作用，从而导致潮滩滩面的侵蚀变化。为深入了解南汇边滩波浪掀沙机理，通过计算浅滩段沉积物临界起动切应力及波浪剪切应力，判断潮滩冲淤变化对波浪的响应[18-20]。本文利用2005年8月“麦莎”台风期间及其前后的风浪过程平均特征值数据作为计算依据，计算的沉积物临界起动切应力在0.08～0.14N·m-2之间，平均为0.11N·m-2，波浪测点计算后的波浪剪切应力在1.2～2.2N·m-2之间，平均为1.7N·m-2。可以看出：波浪剪切应力大于表层沉积物的临界起动剪切应力，表层沉积物在波浪作用下易被掀动且在潮流作用下输沙，从而导致潮滩发生侵蚀，故南汇潮滩的冲淤变化与波浪掀沙有关。

南汇东滩主要以黏土质粉砂及粉砂为主，水深较浅，波浪可轻易将水深1m以浅的沉积物掀起，东滩的潮滩冲淤对波浪作用比较敏感;南汇南滩沉积物普遍较粗，主要以粉砂及细沙为主，水深较深，波浪对南滩潮滩沉积物作用有限，需要更大波级的波浪作用才能将其起动。位于南汇边滩的水下沙嘴向东南突出，受春季SE—SSE浪向及秋季NE—NNE浪向作用影响较大，突出的地形受因波浪直接入射引起波能辐聚，易受冲刷，从而导致了南汇东滩春秋季节以冲刷为主。

2.4 潮滩冲淤变化对水体含沙量的响应

泥沙补给是岸滩淤涨必要条件，从图4可以看出，南汇边滩近岸水域高潮时刻冬季含沙量偏高，春季含沙量呈逐月减少趋势，夏季含沙量呈逐月增加趋势。这一监测数据，正好与南汇边滩季节性的冲淤变化规律相符，冬季水体含沙量最大，泥沙补给充足，恰好迎来南汇边滩淤涨期;春季含沙量呈逐月减少趋势，泥沙补给逐渐减少，导致南汇边滩冲刷;夏季含沙量逐月增加，泥沙补给逐渐增加，南汇边滩又重新恢复淤涨。因此，南汇边滩的冲淤与水体含沙量的补给是密不可分的。

2.5 潮滩冲淤变化对海平面升降的响应

海平面上升会导致潮滩过水面积增大，滩面水深变深，相应潮间带水动力增强，不利于滩面悬沙落淤[21-22]。南汇边滩的冲淤与上海沿海海平面变化之间也存在着一定的对应关系：通过图5可以看出，冬春季节（2007年11月至2008年5月）上海沿海海平面比常年低，以2月份为全年最低，比常年低160毫米，从而有利于冬季淤积态势形成;夏秋季节（2008年5月至2008年12月）上海沿海各月海平面均高于常年同期，其中9月份海平面为全年最高，比常年高250毫米以上，海平面的明显上升会使得南汇边滩潮差和波高增大，从而进一步加大南汇边滩洪季的冲刷幅度。因此，南汇边滩的季节性冲淤与海平面升降有关。

3 结论

（1）南汇边滩周边圈围工程的兴建和特定的滩槽水沙交换的平面环流输沙系统是造成南汇边滩年际冲淤变化的主要因素。

（2）南汇边滩自然条件的变化如流域来水来沙、潮流、潮差、波浪、水体含沙量、海平面变化是引起边滩季节性变化的原因。

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