河口问题诱因分析——以太湖为例

吴姗姗

（1.江苏城市职业学院无锡办学点环境与艺术系，江苏 无锡 214000；2.南京师范大学地理科学学院，江苏 南京 210023）

1 引言

河口是河流的终端，是河流与受体的结合部分。出入湖河口是径流与湖泊的融汇处，一般分为近河段、河口段和近湖段。其上界是至湖泊水体对径流水位的影响消失或与径流水体所含物质发生明显变化的区域为止，下界是径流泥沙沉积地带，其位置根据径流的丰枯水期与湖泊水体运动而移动［1］。因河口范围的复杂性与不确定性，一般将调查范围限定在闸前受径流水体影响较强的约50 m 处至近湖泊的喇叭口处；若河口并未修建闸坝，则以近湖泊的喇叭口处至距其约100 m 处为调查河口段［2］。河口是流域物质流的最终归宿，湖滨地区作为经济快速发展区域，对其不合理的开发导致连接湖泊与陆地的河口生态系统结构遭到破坏，一些地区甚至改变环湖下垫面特征以最大程度地利用土地资源，进而使河口出现污染问题。

2 河口的分类

当河床在一段时间内的周期性冲淤变化基本达到平衡时，则此时期内下泄到河口段的流量和输沙量与河床断面的泄水能力及输沙能力相适应。对于处于平衡状态的河口，根据相应过水断面的水利特性与携沙特性参数，将湖浪输水量转化为输沙等价的径流量，不仅克服了自变量的独立性，也区分了湖浪与径流造床作用的差异。人类活动扰动了这一自然环境中的河相关系。

2.1 自然地理分类

早在1960 年就有学者提出入海河口的地貌分类，基于入海河口的自然特征，将入海河口分为溺谷、峡湾、沙坝河口，但并未考虑潮汐、径流等水文因素的影响。Fairbridge 进而将自然地理与水动力因素结合，提出自然地理分类［3］。随着经济发展导致处于生态交错区的河口污染加剧，20 世纪80 年代基于环境风险管理的河口分类开始兴起，其根据因果效应理论（概念分类法、统计聚类法、CART 法），将环境压力负荷下物理、化学、生物响应类似的河口进行归类。国外依据地形、水循环模式、水动力、水化学等因素对入海河口分类，并建立要素间的因果关联［4-6］。美国EPA 和澳大利亚新南威尔士州采用概念分类法进行河口水质管理，将河口分为4 类［7-8］。本文以自然地理因素为基础，根据EPA 的概念分类框架，入湖河口可分为4 个大类和7 个亚类，将地球内外力作用形成的3 类河口依据“EPA 基于剂量—响应模型预测不同的河口对叶绿素生物变量响应的相关关系”进行分类，包括峡湾型河口；水动力主导型河口；潟湖型与构造河口；缓平直型河口。

2.2 太湖河口类型划分

根据水动力对河口形态影响的分类原则，将环太湖沿岸河口分为6 种类型，包括典型喇叭口、弯曲河口、微弯河口、顺直型河口、少汊型河口和网状型河口。典型喇叭口占主要类型（63%），其具有湖泊来水量大和径流量相对较小的基本特征，河口平面形态呈喇叭状。这类河口主要分布在太湖西北、东南部，这与太湖地区常年盛行风向存在一定联系。太湖是典型的风生流湖泊，水体运动主要受风场的影响。并且随着风速的增加，流场对波浪场的影响进一步加大。在春夏季盛行东南风（平均风速3.10 m/s）的作用下，太湖西南部表层水体向偏西方运动，湖心水体整体顺东南风往西北部运动，导致太湖东南部水体流速较大，在春夏时西北岸的河口区波浪作用较大；秋冬盛行东北风（平均风速3.36 m/s），太湖东北部和湖心水体均向西南运动，使得太湖西北岸河口湖泊来水增强［9］。受风力影响，太湖平均有效波高约为13.41 cm，但近岸水流流速较大，进一步加速波浪的破碎，因此环太湖沿岸有效波高较湖心低。可见盛行风是决定湖泊水体流速的主要因素，它进一步影响河口区的湖泊来水量，对入湖河口形态的塑造起重要作用。太湖流域以平原为主的地形（平原面积约占45.8%）和以常绿树种为主的自然植被特征使径流流速较低、含沙量较小，而太湖水体受上述风力影响导致水体平均流速大、波浪作用强，因此环太湖沿岸河口类型呈现出西北、东南岸以典型喇叭口为主的分布特征。

3 太湖流域河口生境退化现状分析

3.1 水动力对河口类型的影响

河口的水动力包括径流来水、波浪、沿岸流、增减水等［10］。湖泊来水中能进行沉积作用的水动力主要为湖浪引起的，其中运动方向垂直于湖岸的水流为波浪，而平行于湖岸运动的称沿岸流。其对河口地貌演变产生较强作用，尤其能对大型浅水湖泊产生显著影响，例如太湖这种具有开阔水域的湖泊，风区长度越大，湖泊越深，越有利于湖流的成长，随着其携带的能量不断增强，因此作用于河口的水动力更强。在以往入海河口分类研究的基础上，可根据入湖河口的水动力与泥沙动态特点，对其进行分类。径流动力主要取决于流域状况，河口的入湖径流量的基本指标为多年平均入湖径流量，相应的湖泊来水指标为湖浪带来的平均流量。基于径流来水与湖泊来水强弱，以湖河水比值（QL/QR）衡量河口区湖泊与径流的水动力强弱。河口段的来沙主要包括径流输沙与湖浪输沙。径流输沙以多年平均入湖输沙量作为径流含沙量指标，湖浪输沙以多年平均入河输沙量作为湖浪携沙指标。径流输沙与湖浪输沙的比值（SL/SR）表示河口区湖河两向的泥沙动态与来源。水流强度与输沙量成正比，一定程度上湖河水比值也反映了湖河水输沙量比值。

3.2 人类活动对河口形态的影响

3.2.1 围湖造田

自20 世纪60 年代以来，在人口激增、土地资源紧张的压力下，多数大型湖泊受到规模性的围垦造田影响，东部地区围圩养殖活动有增无减。虽然围湖造田对平水湖面的面积影响不大，但大多填埋之地是平水期时出露的湖滩，其面积缩减使得丰水期时洪水水位升高，增强了对出入湖径流河槽底部的冲刷，入湖复出湖泥沙量增多。且围湖时湖泊波浪变形，加剧河口段的泥沙淤积，河床断面面积减小，影响河槽摆动，含沙量丰富的径流入湖处形成河口三角洲。因此围垦及其引发的泥沙淤积易缩窄河口段河道，大量泥沙堆积湖底，加速河床淤积甚至填埋出入湖径流。20 世纪80 年代以来，东平湖筑堤围湖缩窄了河道，在围湖后出现洪水泛滥导致某些入湖河口大量泥沙堆积，逐渐形成河口三角洲，当地群众乘势将入湖河汊堵住，进一步缩窄河口段河道。另一方面，围垦使湖岸免受湖浪的冲刷破坏，河口区河床相对稳定，进而加快河道延长，河口不断向湖心推移。

3.2.2 闸坝工程

近年来为了满足农业灌溉、城市供水和淡水养殖等需求，出入湖河口区开始修筑并完善闸坝工程。不同的闸坝类型不同、功能各异，具体见表1。

表1 出入湖河口闸坝建设情况

节制闸的启闭对径流流量的调节起重要作用，而水流又是输送泥沙的动力，径流与河床相互适应，非连续的开闸方式可增大径流量与水流速度，以有效地对河口段河道进行冲淤，减轻枯水期的河口淤积，稳定河口断面形状。太湖流域曾大规模地兴修水利工程，环太湖的176 条出入湖河港设置控制建筑物。而长期闭闸与筑坝工程会减少湖浪的入湖水量，湖流流速减弱，加剧湖泊泥沙淤积与河口河床的萎缩。

贡湖湾位于太湖北部，集水面积约163.76 km2，沿湖湾北岸分布数条出入湖径流［11］，选取其中6 条径流的断面对1 年后的河口河床状况进行预测分析。径流的入湖河口段均建闸以防洪排涝，在此状态下持续发展，河口段流速越大，断面面积、最大径流宽度与水深越大；反之亦然。流速与流水侵蚀成正比，这与径流对河槽的冲刷有关。假设其他条件一定时，处于长期闭闸状态的径流中，仅有庙港河流速较大（约0.2 m/s），因此相较于其余4 条闭闸状态下的径流的河口，其断面面积、径流宽度与水深更大，但河床淤积状况仍然较严重。若在河口段利用闸门调节径流，径流淤积情况将很大程度地得到缓解，河口段河床较稳定。长期处于闭闸状态的杨千港河口存在河床淤积的趋势，而杨千港河口在有规律的开闭闸门状态下，可有效减轻河槽淤塞问题，最大径流宽度与径流水深均远大于闭闸情况下。小溪港河口流速最快且处于利用闸门调节径流的状态，河口段河床较为稳定，未来河口平面形态不会发生明显变化。河口形态并不只受流速与闸门启闭状态控制，所以尽管小溪港径流的流速大于杨千港，未来杨千港的断面面积、径流宽度与水深仍高于小溪港。

3.2.3 快速发展的工农业

太湖环湖区是经济发展中心，为了抵御风浪对湖岸的侵蚀，人口集中的湖滨区陆续修建了护岸堤。尤其是在水陆物质交换的汇集点——河口，护岸工程不仅缓解了湖浪对河口岸的冲蚀作用，也可以束沙束水，减缓河口两岸沙坝的形成。此外，由于湖滨区工农业集中、人类活动频繁，各大淡水湖均受到不同程度的污染，而面源氮磷流失是水体富营养化和水污染的重要原因。水体富营养化导致藻类大量繁殖，盛行风推动湖浪运动，河口因其特殊的口袋型平面形态和纵剖面而成为污染物与藻类集中汇入的收纳口。当蓝藻暴发时，大量蓝藻顺盛行风堆积在河口，藻类死亡后沉淀成为河口沉积物的一部分。因此，近河口区表层沉积物中氮磷含量普遍偏高，太湖西部入湖河口的表层沉积物中TP 含量均值远高于太湖沉积物的TP 含量均值。在持续的水体富营养化状态下，河口段淤积将不断增加，最终河道会淤塞变窄，直到河口堵塞消亡。

综上所述，由于湖滨区的人类活动强度大，改变了河口水动力，经济活动已成为河口生态环境退化的重要因素。

3.3 气象条件和滨湖岸带形状的耦合对河口水质的影响

由研究结果可知，季风对研究区域水质有着重要的影响。太湖流域是典型的亚热带季风气候，夏季盛行东南季风，而夏季也是蓝藻暴发的重要时期。该区域一年中偏南风占总天数的40%，夏季偏南风占比72%［12］。夏季风将湖面的蓝藻及漂浮物质输送到岸边，且在大风浪作用下，湖底沉积物受到扰动而释放营养盐到水体中，使得该区域水体营养盐富集。研究区域正好位于夏季风的迎风岸，在夏季风的作用下，大量蓝藻和漂浮物质在五里湖的环山河和贡湖湾一带聚集，使得该区域水体长时间处于贫氧或缺氧状态，蓝藻等水生生物大量死亡，水体恶化。喇叭形河口又是良好的俘获区，例如环山河以及贡湖湾一带的河口，在喇叭口和季风的双重作用下，这些区域的水质污染程度明显高于其他地区。

3.4 土地利用方式对河口水质的影响

利用ENVI 软件解译Landsat 8 多波段遥感影像，根据研究需要，按照国家标准将各土地利用类型分成建设用地、耕地、草地、水域、林地、未利用地等。借助ArcGIS 空间分析功能，将解译的遥感数据进行属性计算，得出每期的各类型土地利用方式面积数据及空间分布图，在此基础上利用栅格计算等功能进行转移矩阵分析。结合水质理化指标数据空间分布图可知，水质浓度分布具有明显的空间分布规律，且与土地利用方式分布特征具有较好的一致性。贡湖湾地区河流经过湿地公园，水体得到较好的净化，各指标浓度明显低于湖泊水质。五里湖地区河流经过城市等建设用地，大量的污染物被排放到水体中，水质污染较严重，而湿地公园的建设使得临湖一侧的河水得到较好的净化，湖水水质明显好于河水。马蠡港一带靠近主城区，以建设用地为主，人类活动较密集，由于受到城市生活污水、工厂及城市径流排放的影响，水质污染较严重。随着建设用地面积的快速增长，其携带来的大量活性氮被排放到环境中，是造成水体富营养化的主要原因。城市生活污水和畜禽养殖污水排放是造成水体氮素积累的重要因素。

4 环境污染风险对污染累积因子的响应

本研究将多种环境因子进行主成分分析，最终选取了闸坝、风向、河口类型、土地利用方式、人为干扰度等因子（见图1），并根据实地调研和文献，对各因子进行赋值。最终将各因子值相加，设定为污染累积因子，将修正的内梅罗污染指数设定为环境污染风险，最后将二者进行相关性分析。研究结果表明，该5 类因子的综合作用对河口水质产生重要的影响。不同的河口各因子作用和权重不同，对水质产生的结果也有差异，例如李长桥河地区植被丰富，对水质净化作用较强，但该河口是喇叭形且位于夏季风迎风坡，季风携带的污染物占比较大，导致该区域水体污染较严重。由图1 可知，闸坝和河口类型是河口水质的主要影响因子。其中，总污染风险主要受闸坝影响，其次是河口形状。位于马蠡港一带的河口主要影响因子是排污和土地利用方式，而现实中该区域为人类活动频繁的主城区，城市生活污水、雨水径流排放量较大。

图1 环境污染风险和综合污染因子的RDA 分析

5 结论

（1）根据水动力对河口形态影响的分类原则，将环太湖沿岸河口分为典型喇叭口、弯曲河口、微弯河口、顺直型河口、少汊型河口和网状型河口。在自然风力作用下，环太湖沿岸河口类型呈现出西北、东南岸以典型喇叭口为主的分布特征。

（2）湖滨地区是经济快速发展的区域，对其不合理的开发将导致河口生态系统严重破坏。研究结果表明，闸坝、风向、河口类型、土地利用方式、人为干扰度等因子均会对河口形态及其生态环境产生不同程度的影响。