長江口九段沙近期演變及其對北槽航道回淤的影響

劉 杰，趙德招，程海峰（上海河口海岸科學(xué)研究中心河口海岸交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201201）

長江口九段沙近期演變及其對北槽航道回淤的影響

劉 杰，趙德招，程海峰
（上海河口海岸科學(xué)研究中心河口海岸交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201201）

利用現(xiàn)場水文、泥沙以及水下地形觀測資料，分析了近期九段沙的沖淤演變過程、機(jī)理及其對北槽航道回淤的影響。結(jié)果表明，近10年來九段沙總體呈現(xiàn)“長高不長大”的變化特點(diǎn)，即0 m以上高灘淤漲明顯，而2 m和5m中低灘面變化不大。九段沙的淤高使得南導(dǎo)堤的擋沙功能減弱，一定的風(fēng)浪條件下九段沙灘面相對較高濃度的含沙水體漲潮越堤進(jìn)入北槽中段，增加了近期北槽航道回淤的泥沙來源。

長江口；九段沙；沖淤演變；北槽；航道回淤

1 概 述

經(jīng)過2 000多年來的自然演變和人類活動影響，長江口河道演變?yōu)槿壏帚?、四口入海的喇叭狀平面形態(tài)。九段沙是長江口最靠外海的第三級分汊口沙洲（圖1），北鄰長江口北槽深水航道，南靠南槽通道，2005年7月被國務(wù)院正式批準(zhǔn)為國家級自然保護(hù)區(qū)。九段沙有著相當(dāng)重要的地理位置和豐富的濕地資源，因此，其沙體的沖淤演變一直是河口專家學(xué)者和社會各界關(guān)注的話題。

近10年對于九段沙的成因、歷史演變和濕地資源利用等方面陸續(xù)開展了不少的研究［1－10］。但隨著長江口深水航道整治工程的實(shí)施（圖1、表1），九段沙沖淤演變的邊界條件發(fā)生了變化。九段沙近期沖淤變化的動力過程和演變機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

表1 長江口深水航道整治工程南導(dǎo)堤的建設(shè)概況Table 1 Construction scale of South Training Dikes in Yangtze River Estuary Deepwater Channel Project

本文擬利用1998年以來的水下地形資料（高程基準(zhǔn)面均為理論最低潮面）、數(shù)次現(xiàn)場水沙觀測資料，重點(diǎn)分析近期九段沙沖淤的演變過程、動力機(jī)制及其對北槽深水航道的影響，其研究結(jié)果可為長江口深水航道減淤措施的制定、九段沙濕地保護(hù)與開發(fā)及長江口綜合整治等提供技術(shù)參考。

圖1 長江口九段沙示意圖（包括典型剖面位置）Fig．1 Sketch of Jiuduan Shoal in Yangtze River Estuary

2 沖淤演變過程

2．1 灘面沖淤變化

圖2是1997年12月至2008年11月期間九段沙區(qū)域的河床沖淤變化情況。由圖2可知，近10年來九段沙上沙體頭部、中下沙體灘面均普遍淤積，其中0m以上高灘淤漲明顯，淤積幅度普遍在1．5 m左右。同期，江亞南沙灘面總體呈淤漲擴(kuò)大之勢，其沙尾淤積下延，淤積幅度大多在2．5 m左右。此外值得注意的是，九段沙中下沙體兩側(cè)2m線附近均出現(xiàn)明顯的沖刷，其沖刷幅度普遍在1．5 m左右。

2．2 等深線變化

圖3是近10年九段沙的等深線變化，由圖可知：①近10年來，九段沙－2 m和0 m以上高灘均呈灘面淤漲范圍擴(kuò)大之勢，尤其20022005年期間上沙體頭部向上淤漲，頭部－2 m線累計(jì)上提約1 800 m；中沙體尾部向下淤積，其尾部－2 m和0 m線均分別累計(jì)下移約1 500，2 000 m。2005年以來，九段沙上沙體－2 m和0 m線均基本穩(wěn)定，而中下沙體東側(cè)－2 m和0 m線繼續(xù)向東南方向淤進(jìn)。②1998年以來，九段沙2 m和5 m等深線的平面位置總體變化不大，但值得注意的是，九段沙中下沙體兩側(cè)2 m線附近灘面均出現(xiàn)明顯的沖刷，尤其2002年以來，九段沙尾部北側(cè)2 m竄溝累計(jì)向上游推進(jìn)約4 000 m，由此反映出二期工程南導(dǎo)堤的建設(shè)導(dǎo)致九段沙的漲潮沿堤流有所增強(qiáng)。

圖2 九段沙灘面沖淤變化情況（1997年12月至2008年11月）Fig．2 M orphological evolution situtation of Jiuduan Shoal from December，1997 to November，2008

綜上可知，1998年長江口深水航道治理工程建設(shè)以來，南導(dǎo)堤以南的九段沙灘面總體呈現(xiàn)“長高不長大”的變化特點(diǎn)，即0 m以上高灘淤漲明顯，而2 m和5 m中低灘面總體變化不大。

2．3 縱橫剖面變化

圖4是分別沿南導(dǎo)堤南側(cè)約1 km處、九段沙灘脊線附近的縱剖面變化（剖面位置見圖1）。由圖可知，1997年12月至2002年8月一期工程南導(dǎo)堤（包括完善段工程）建成（圖1、表1），九段沙竄溝明顯淤淺，上沙體普遍淤積。2002年8月至2005年8月二期工程南導(dǎo)堤建設(shè)期間，九段沙上、中沙體（約S5丁壩以上區(qū)域）的繼續(xù)淤積，且上、中沙體的淤積厚度較下沙體大。2005年以來，九段沙繼續(xù)淤漲，且位于0 m以下低潮灘的下沙體淤積較明顯。從橫向來看，靠南導(dǎo)堤一側(cè)的灘面淤積更為明顯，即LS1縱剖面的淤積幅度大于LS2。至2008年11月，南導(dǎo)堤靠S4至S5區(qū)段南側(cè)的大部分灘面已超過南導(dǎo)堤堤頂高程（－2 m）。

圖3 九段沙的等深線變化（1997－2008年）Fig．3 Change of contour lines of Jiuduan Shoal from 1997 to 2008

由九段沙橫斷面（斷面位置見圖1）變化可知（圖5），1997年12月至2002年8月期間，九段沙S4丁壩以下灘面略有沖刷。2002年8月至2005年8月二期工程建設(shè)期間，九段沙呈快速淤漲態(tài)勢，且0 m以上高灘灘面（S4－S5丁壩區(qū)段）的淤積幅度明顯，九段沙中下沙體兩側(cè)2m線附近也出現(xiàn)明顯的沖刷。而2005年之后，九段沙高灘淤積速率有所減緩，但靠南導(dǎo)堤一側(cè)的0 m以下中低灘面仍存在明顯的淤積。至2008年11月，CS1斷面（S4丁壩附近）灘面平均水深高達(dá)－2．9 m，已明顯超過南導(dǎo)堤堤頂高程。

圖4 九段沙的縱剖面變化（剖面位置見圖1）Fig．4 Change of longitudinal profile of Jiuduan Shoal（profile position shown in Fig．1）

3 沖淤演變的機(jī)理

由九段沙的沖淤演變過程分析可知，近期九段沙總體呈現(xiàn)“長高不長大”的變化特點(diǎn)，即0 m以上高灘淤漲明顯，而2 m和5 m中低灘面總體變化不大。從時(shí)間上看，九段沙北側(cè)沙體呈快速淤漲的時(shí)段主要集中在2002年8月至2005年8月，而2005年之后，九段沙高灘的淤漲速率已有所減緩。

長江口深水航道治理工程南導(dǎo)堤的建設(shè)，改變了九段沙北側(cè)自然的邊界條件，可能是近期河床沖淤演變的主要驅(qū)動因子。南導(dǎo)堤修建，一定程度上阻斷了北槽與南槽之間的水沙交換，使九段沙－南槽－南匯東灘形成向上收縮的喇叭型平面形態(tài)。長江口潮波傳播方向?yàn)闁|南－西北向［3］，且在漲潮流上塑過程中受科氏力的影響發(fā)生右偏。因此，南導(dǎo)堤修建后，九段沙灘面，尤其中低灘面的漲潮流優(yōu)勢有所增強(qiáng)，促使泥沙向高灘區(qū)域輸送。同時(shí)，在漲潮沿堤流作用下，南導(dǎo)堤（S6－S9丁壩區(qū)段）南側(cè)的漲潮竄溝上溯沖刷發(fā)展，也給九段沙高灘淤漲提供了一定的泥沙補(bǔ)充。此外，長江口外潮流為順時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)流，一、二期南導(dǎo)堤建成后，口外漲潮流在漲潮后期由南（九段沙）向北（北槽）輸送的泥沙易被南導(dǎo)堤阻擋，大量的來沙在九段沙灘面落淤，也是近期九段沙高灘淤漲的原因之一。

北槽深水航道治理一、二期工程南丁壩群的實(shí)施，較好地穩(wěn)定了九段沙中低灘面的北邊界線，而且九段沙頭部在魚嘴工程控制下也基本穩(wěn)定。另外從流通量、底層歐拉余流和平面水流特征的變化看，工程實(shí)施以來，九段沙中低灘面（下段）的水動力條件未有明顯改變［4］，這一局勢使得中、低灘面的東南側(cè)邊界亦總體穩(wěn)定。以上這些條件，正是九段沙中、低灘面近期變化不大的原因所在。

圖5 九段沙的橫斷面變化（斷面位置見圖1）Fig．5 Change of cross section of Jiuduan Shoal（crosssection position illustrated in Fig．1）

4 九段沙近期演變對北槽航道的影響

由前文分析可知，近期南導(dǎo)堤（S4－S5丁壩區(qū)段）以南的九段沙0 m以上高灘淤漲明顯，相當(dāng)部分的灘面高程已高于－2 m，S4丁壩附近的南導(dǎo)堤被灘面覆蓋，由此，該區(qū)段南導(dǎo)堤的導(dǎo)流擋沙功能已喪失。多次現(xiàn)場水文測驗(yàn)和近期地形監(jiān)測結(jié)果均表明（圖2、圖3（c）、圖6、圖7），南導(dǎo)堤附近存在較強(qiáng)的漲潮越堤水流，漲潮越堤流的水體含沙量也相對較大，尤其是有一定風(fēng)浪的條件下S4丁壩以下區(qū)段的含沙量普遍較高，2008年10月現(xiàn)場監(jiān)測到的部分越堤水流含沙量高達(dá)5．5 kg／m3。MODIS衛(wèi)星遙感影像反演結(jié)果也可清晰的反映出，在大潮漲潮后期，南導(dǎo)堤S4丁壩以下區(qū)域的高渾濁水體越堤進(jìn)入北槽，明顯增大了北槽的水體含沙量［11，12］。

圖6 2007年7月、10月各測點(diǎn)的潮流玫瑰圖Fig．6 Tidal current rose of hydrological gaging postion in July and October 2007

圖7 2008年10月各測點(diǎn)的含沙量變化過程（水文測驗(yàn)點(diǎn)位置見圖1）Fig．7 Sedim ent concentration process of hydrological gaging position in October 2008（positon shown in Fig．1）

當(dāng)口外漲潮流上溯至九段沙高灘區(qū)域時(shí)，在床面阻力和高灘阻擋的雙重作用下，上溯的漲潮水流往高灘兩側(cè)分散，其中向南導(dǎo)堤一側(cè)的漲潮流主要在S4丁壩以下翻越南導(dǎo)堤，進(jìn)入北槽中、下段。由于漲潮越堤水流最大含沙量一般出現(xiàn)在漲潮后期，此時(shí)，大量高含沙水體越堤進(jìn)入北槽后將進(jìn)入相對較長時(shí)段的憩流期，有利于越堤懸浮泥沙在北槽內(nèi)沉積。因此，近期九段沙的演變，尤其高灘的淤漲，極大地削弱了長江口深水航道治理工程南導(dǎo)堤的擋沙功能，增加了航道回淤的泥沙來源。

圖8 九段沙漲潮越堤流的輸沙路徑Fig．8 Sediment transport pathway of overtopping current on Jiuduan Shoal during flood tide

5 結(jié) 語

（1）近10年來，九段沙灘面總體呈現(xiàn)“長高不長大”的變化特點(diǎn)，即0 m以上高灘淤漲明顯，而2 m和5 m中低灘面總體變化不大。

（2）九段沙0 m以上高灘的淤漲主要集中在2002年之后，期間，二期工程南導(dǎo)堤（約18 km長）的修建，增加了九段沙灘面（尤其中低灘面）的漲潮流優(yōu)勢，促使泥沙向高灘區(qū)域輸送；同時(shí)，二期南導(dǎo)堤南側(cè)的漲潮竄溝上溯沖刷發(fā)展，也給上游九段沙高灘的淤漲提供了一定的泥沙補(bǔ)充。此外，一期工程南導(dǎo)堤的擋沙作用也加速了這種淤漲態(tài)勢。

（3）現(xiàn)場觀測表明，南導(dǎo)堤附近水域存在較強(qiáng)的漲潮越堤水流，且水體含沙量相對較大。2005年以來，九段沙高灘的淤漲使得南導(dǎo)堤的擋沙功能減弱，增加了北槽航道回淤的泥沙來源。

［1］ 楊世倫，賀松林，謝文輝．長江口九段沙的形成演變及其與南北槽發(fā)育的關(guān)系［J］．海洋工程，1998，16（4）：55－65．（YANG Shilun，HE Songlin，XIE Wenhui．The formation and evolution of the Jiuduansha Tidal Island as well as their relation to the development of the North and South Passages in the Yangtze River estuary［J］．The Ocean Engineering，1998，16（4）：55－65．（in Chinese））

［2］ 陳吉余，李道季，金文華．浦東國際機(jī)場東移與九段沙生態(tài)工程［J］．中國工程科學(xué)，2001，3（4）：1－8．（CHEN Jiyu，LIDaoji，JINWenhua．Ecoengineering of Jiuduansha Island caused by Pudong International Airport construction［J］．Engineering Science，2001，3（4）：1－8．（in Chinese））

［3］ 惲才興．長江河口近期演變基本規(guī)律［M］．北京：海洋出版社，2004．（YUN Caixing．Recent Developments of the Changjiang Estuary［M］．Beijing：China Ocean Press，2004．（in Chinese））

［4］ 徐福敏，嚴(yán)以新，茅麗華．長江口九段沙下段沖淤演變水動力機(jī)制分析［J］．水科學(xué)進(jìn)展，2002，13（2）：166－171．（XU Fumin，YAN Yixin，MAO Lihua．Analysis of hydrodynamic mechanics on the change of the lowersection of the Jiuduan Sandbank in the Yangtze River estuary［J］．Advances in Water Science，2002，13（2）：166－171．（in Chinese））

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［6］ 杜景龍，楊世倫，張文祥，等．長江口北槽深水航道工程對九段沙沖淤影響研究［J］．海洋工程，2005，23（3）：78－83．（DU Jinglong，YANG Shilun，ZHANG Wenxiang，etal．Study of influence on erosion and accumulation of Jiuduansha Tidal Island by deepwater channel project at North Passage of the Yangtze River estuary［J］．The Ocean Engineering，2005，23（3）：78－83．（in Chinese））

［7］ 謝小平，王兆印，沈煥庭．長江口九段沙現(xiàn)代潮灘沉積特征［J］．沉積學(xué)報(bào)，2005，23（4）：566－573．（XIE Xiaoping，WANG Zhaoyin，SHEN Huanting．Sedimentary characteristics of the modern tidal flat of Jiuduansha Shoal in Changjiang Estuary［J］．Acta Sedimentologica Sinica，2005，23（4）：566－573．（in Chinese））

［8］ 楊世倫，杜景龍，郜昂，等．近半個(gè)世紀(jì)長江口九段沙濕地的沖淤演變［J］．地理科學(xué)，2006，26（3）：335－339．（YANG Shilun，DU Jinglong，GAO Ang，et al．Evolution of Jiuduansha Wetland in the Changjiang River Estuary during the last50 years［J］．Scientia Geographica Sinica，2006，26（3）：335－339．（in Chinese））

［9］ 李九發(fā)，萬新寧，應(yīng)銘，等．長江河口九段沙沙洲形成和演變過程研究［J］．泥沙研究，2006，（6）：44－49．（LIJiufa，WAN Xinning，YINGMing，et al．Study on the formation and evolution of Jiuduan Shoal in the Changjiang esturay［J］．Journal of Sediment Research，2006，（6）：44－49．（in Chinese））

［10］杜景龍，楊世倫．長江口北槽深水航道工程對周邊灘涂沖淤影響研究［J］．地理科學(xué)，2007，27（3）：390－394．（DU Jinglong，YANG Shilun．Influence of Deepwater Channel Project at North Passage of the Yangtze River on erosion and accumulation of Hengsha East Shoal and Jiuduansha Shoal［J］．Scientia Geographica Sinica，2007，27（3）：390－394．（in Chinese））

［11］劉 杰．長江口深水航道河床演變與航道回淤研究［D］．上海：華東師范大學(xué)，2008．（LIU Jie．Study on morphological evolution and siltation in deep waterway due to channel re－construction in the North Passage of the Yangtze Estuary［D］．Shanghai：East China Normal University，2008．（in Chinese））

［12］劉 杰，程海峰，徐志揚(yáng)，等．利用MODIS遙感影像反演長江口北槽表層泥沙場［C］∥第三屆長江論壇“河口治理與生態(tài)保護(hù)”分論壇論文集，上海：上海市水務(wù)局，2009：117－121．（LIU Jie，CHENG Haifeng，XU Zhiyang，etal．Using MODIS imagery tomap concentrations of suspended sediment in the North Passage of Yangtze Estuary［C］∥Collected Papers of SubForum of Estuary Regulation and Environment Protection，The Third Yangtze Forum．Shanghai：Shanghai Water Affairs Bureau，2009：117－121．（in Chinese） ）

（編輯：王 慰）

Recent M orphological Evolution of Jiuduan Shoal and Its Effect on Navigation Channel Sedimentation of North Passage in Yangtze River Estuary

LIU Jie，ZHAO Dezhao，CHENG Haifeng
（Shanghai Estuarine and Coastal Science Research Center，Shanghai 201201，China）

On the basis of the field measurement data of hydrology，sediment and underwater topography，the evolutional process andmechanism of Jiuduan Shoal（JDS）in recent10 years and its effect on navigation channel sedimentation of the North Passage（NP）are analyzed．The results are showed that JDS presents overall a feature of growing taller notbigger，i．e．the high shoal of elevation above 0m is raising obviously，but the low shoal of elevation above 2m and 5m is stable．The higher beach of JDS is weakening its function of blocking sediment of South Training Dikes in the 2nd phase Deepwater Channel Project，and the rising tidal currentwith relatively higher sediment concentration on the beach face of JDSacross South Training Dikes discharges into themiddle reach of NP under certain condition ofwind and waves，which would increase sediment sources of navigation channel sedimentation of NP in recent years．

Yangtze River Estuary；Jiuduan Shoal；morphological evolution；North passage；navigation channel sedimentation

TV148．3

A

1001－5485（2010）07－0001－05

20090822；

20091215

西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目（200632800074）

劉 杰（1975），男，安徽亳州人，博士，副研究員，主要從事河口海岸泥沙研究，（電話）13311836071（電子信箱）ecsrc＠163．com。