浙江沿海海域泥沙變化及其對灘涂變化的影響

胡春宏,王延貴,陳森美,何 青

(1.中國水利水電科學(xué)研究院,北京 100038;2.國際泥沙研究培訓(xùn)中心,北京 100048;3.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;4.華東師范大學(xué),上海 200062)

浙江省沿海灘涂資源豐富,有著灘涂圍墾與開發(fā)的悠久歷史。灘涂塑造的沙源變化是影響浙江海域灘涂演變、塑造和開發(fā)過程的主要因素。有關(guān)成果表明浙江省沿海海域淤積泥沙的來源主要有沿海陸地江河入海泥沙、長江口入海泥沙擴(kuò)散南下、海岸侵蝕的泥沙以及內(nèi)陸架供沙等4類[1-2]。在浙江沿海灘涂中,侵蝕型海岸灘涂僅占4%,侵蝕泥沙量很少。浙江省內(nèi)陸架仍處于淤積狀態(tài),且長江口擴(kuò)散南下的泥沙及河口來沙對沿海泥沙淤積仍能平衡或有富余,表明內(nèi)陸架供沙是非常少或基本無供沙。也就是說,與長江來沙量和入海江河陸地來沙量相比,海岸侵蝕的泥沙以及內(nèi)陸架供沙都是少量。因此,長江和沿海主要河流的輸沙量變化及其影響將是本文研究的重點。

1 浙江沿海主要河流入海泥沙

浙江省江河眾多,自北而南入海水系主要包括錢塘江、甬江、椒江、甌江、飛云江及鰲江等6條主要河流,以及注入三門灣、樂清灣和象山港等諸多入海小河。錢塘江是浙江沿海最大的入海河流,上游分南北2源,均源于安徽省休寧。北源新安江與南源蘭江在建德縣匯合后進(jìn)入富春江,浦陽江匯入后至出?？诤佣畏Q錢塘江,曹娥江在錢塘江南岸紹興段匯入錢塘江河口。錢塘江總長668 km,流域面積55 558 km2。錢塘江流域設(shè)有許多水文控制站,其中水沙觀測資料比較齊全的有蘭江蘭溪站、曹娥江花山站和浦陽江諸暨站。圖1為錢塘江主要控制站水沙變化過程圖[3]。從圖1可以看出,無論是干流測站蘭溪站,還是支流諸暨站和花山站,其徑流量隨時間變化不大,而輸沙量有逐漸減少的趨勢。若以3站之和代表流域水沙變化,流域總徑流量變化不大,總徑流量從20世紀(jì)70年代的154.6億m3增至80年代的202.1億m3,2000年后減為173.4億m3,在多年平均徑流量195.1億m3上下波動;而年總輸沙量則有減小的趨勢,從70年代的275.6萬t,減至90年代的270.1萬 t,2000年后僅為150.5萬t(見表1)。

圖1 錢塘江典型控制水文站水沙變化過程圖

表1 錢塘江流域代表站不同年份的水沙特征值表

對于椒江、甌江、飛云江及鰲江等其他主要河流,由于這些河流來水輸沙量和含沙量都比較小,水文站對泥沙的測量資料較少,沒有長系列的泥沙資料。文獻(xiàn)[1,4]給出了浙江沿海河流代表站的輸沙量 (見表2)。自20世紀(jì)80年代以來,由于流域建庫及植被條件的改善,江河輸沙量和含沙量均呈現(xiàn)大幅度減小態(tài)勢。與20世紀(jì)80年代前相比,80年代后浙江沿海河流典型水文站輸沙量減小幅度為23%～38%。

表2 浙江入海河流典型水文站的輸沙量表萬t

浙江省水利河口研究院利用流域平均輸沙模數(shù)和流域面積進(jìn)一步匡算浙江省各主要入海河流及海灣區(qū)域小河的輸沙量變化。研究成果表明[1,5-6],浙江入海主要河流和海灣區(qū)小河的總平均輸沙量由20世紀(jì)60—80年代的1 040萬t,減小至目前的720萬t左右。其中,錢塘江輸沙量為320萬t,甬江28萬t,椒江71萬t,甌江205萬t,飛云江25萬t,鰲江26萬t,樂清灣諸小河入灣泥沙18萬t,三門灣和象山港入灣泥沙各15萬t左右。流域來沙中小部分進(jìn)入河口外濱,大部分沉積在河口段。

2 長江口輸移泥沙

2.1 長江口來水來沙變化

大通水文站是長江流域水沙進(jìn)入河口區(qū)的控制站,據(jù)《中國河流泥沙公報》(2000—2010)的統(tǒng)計資料[3],大通站多年平均年徑流量8 964億m3(1950—2010年),多年平均年輸沙量3.90億t(1951—2010年),相應(yīng)的多年平均含沙量為0.435 kg/m3。圖2為大通站1950年以來年徑流量和輸沙量累計過程線圖,表3為大通站不同年代的水沙特征值表。從圖2和表3可以看出:

(1)長江大通站年徑流量累計過程線呈直線狀態(tài),表明年徑流量沒有明顯的變化趨勢。其年徑流量從50年代的9 155億m3減至70年代的8 517億m3,增至90年代的9 616億m3,2000年后為8 336億m3,在多年平均值上下波動。

(2)長江大通站年輸沙量累計過程線呈上凸?fàn)顟B(tài),表明年輸沙量有明顯的減少趨勢。其年輸沙量從50年代的4.86億 t減至 70年代的4.27億 t,90年代減至3.37億 t,2000年后僅為1.76億t,減少幅度達(dá)64%。

大通站年輸沙量大幅減少的主要原因是由上游建庫筑壩、流域水土保持和大規(guī)模采砂等綜合因素造成的。其中,20世紀(jì)70年代以來長江流域所修建的丹江口水庫、葛洲壩水利樞紐、三峽水利樞紐等都攔截了大量的泥沙,減少了進(jìn)入長江口的泥沙。

圖2 19 50—201 0年大通站年徑流量和輸沙量累計過程線圖

表3 長江口年輸沙量及其分配表

2.2 長江口輸移泥沙量分析

根據(jù)華東師范大學(xué)提供的關(guān)于長江口沉積在攔門沙海域及水下三角洲的泥沙占流域來沙百分比的分析成果[1,7-11],在長江口輸沙過程中,有40%～51%(平均為45.5%)的泥沙在長江口地區(qū)沉積形成邊灘、沙洲、河口攔門沙和水下三角洲,49%～60%(平均54.5%)的泥沙經(jīng)過東海沿岸流輸移擴(kuò)散進(jìn)入杭州灣、浙東沿海、蘇北呂四以南海域及東海陸架。據(jù)此結(jié)果,可以估計長江口進(jìn)入杭州灣、浙東沿海、蘇北以南海域和東海陸架的泥沙量,其中絕大部分為進(jìn)入浙江沿海的輸沙量 (見表3)。從表3可以看出,在長江口多年平均來沙量為3.98億t的情況下,長江口沉積泥沙量為1.81億t,進(jìn)入浙江沿海的輸沙量為2.17億t。隨著長江口來沙量的不斷減少,長江口沉積泥沙量和進(jìn)入浙東海域的泥沙量也相應(yīng)地不斷減少,進(jìn)入浙江沿海的輸沙量從20世紀(jì)50年代的2.65億t,減至70年代的2.33億t,90年代減至1.84億t,2000年后僅為0.96億t。

3 輸沙量變化對浙江沿海灘涂的影響

3.1 沿海灘涂演變特點

根據(jù)岸灘歷史動態(tài)及演變趨向,浙江岸灘分為淤漲型、侵蝕型和穩(wěn)定型3類[2]。淤漲型灘涂的特點是岸灘處于堆積淤漲狀態(tài),主要分布在錢塘江河口杭州灣南岸、椒江河口兩側(cè)邊灘、甌江口—鰲江口的溫瑞平海岸、三門灣、樂清灣西側(cè)的邊灘,是浙江省灘涂資源的主要區(qū)域,約占88%。穩(wěn)定型岸灘處于沖淤基本平衡狀態(tài),主要分布在隱蔽的基巖港灣內(nèi),如象山港、樂清灣等,由于環(huán)境穩(wěn)定,岸灘動態(tài)變化不明顯,灘涂處于極緩慢的淤漲狀態(tài),約占10%。侵蝕型岸灘處于侵蝕狀態(tài),主要分布在杭州灣北岸,蒼南琵琶門以南,島嶼迎風(fēng)面等區(qū)域,灘涂面積僅占總面積的4%以下。

在自然條件和人類活動影響下,浙江省灘涂處于不斷的動態(tài)演變過程中,從杭州灣庵東附近的岸線、椒江河口及臺州灣南側(cè)岸線及甌江、飛云江及鰲江口的岸線不斷向海域推進(jìn)的事實說明沿海灘涂始終處于不斷淤漲的狀態(tài)[1-2]。特別是隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展、對土地資源的需求日益增長及圍涂技術(shù)的發(fā)展,浙江省沿海灘涂在人類活動作用下淤積速度逐漸加快,海岸線推進(jìn)平均速度從過去的10～40m/a提高到近期的40～70 m/a。但是,由于灘涂的淤漲速度跟不上圍墾強(qiáng)度,使得涂面高程逐漸降低,需通過工程促淤等措施維持灘涂面積的動態(tài)平衡。浙江沿海實施圍涂促淤工程后,使近岸灘涂附近的潮流場、波浪場及泥沙場發(fā)生改變,主要表現(xiàn)在漲落潮流速的降低,圍堤的消浪作用等使水動力條件減弱,形成有利于泥沙淤積的環(huán)境。從飛云江河口丁山促淤圍涂工程、錢塘江河口尖山促淤圍涂工程等的實測資料表明促淤工程實施后灘涂高程的淤漲速度與自然條件相比可提高4～7倍[2]。

3.2 長江口來沙是浙江灘涂塑造的主要沙源

對于浙江沿海海域的輸移泥沙,由于浙江入海河流流域植被好,土壤侵蝕弱,其輸沙量很小,錢塘江、甌江、椒江等河流的輸沙總量為720萬～1 040萬t,僅占總來沙量的4%;長江口來沙量達(dá)到2.26億t,占總來沙量的96%,是浙江沿海泥沙的主要來源。長江口來沙也是浙江沿海岸線變化和灘涂塑造的主要沙源。長江口和錢塘江河流走向(或入海水流)銳角交匯,在河流徑流和海洋動力條件的共同作用下,一個潮周期內(nèi)長江口和杭州灣之間存在著水沙交換,且處于長江口外海濱和杭州灣口的交匯帶的南匯咀近岸水域是長江口、杭州灣泥沙交換的主要場所,存有水下沙嘴,并長期基本穩(wěn)定[12]。長江口外三角洲及浙東海域存有幾千年沉積下來的厚度達(dá)40～60m的“泥沙庫”。在科氏力和沿岸流作用下,長江徑流入海后,余流有一部分沿岸向南流動,攜帶大量的泥沙由杭州灣灣口北部進(jìn)入杭州灣,而后繼續(xù)南下進(jìn)入浙江南部沿岸海域,沿程不斷淤積,淤積泥沙沿程分選逐漸細(xì)化,使得海岸線發(fā)生變化,灘涂逐漸形成。顯然,長江口泥沙為杭州灣和浙東沿海岸線和灘涂塑造提供沙源。

3.3 長江口來沙量減少對浙江灘涂塑造的影響

浙江沿海海域泥沙輸移量發(fā)生明顯變化,特別是長江來沙量的大幅度減少,造成進(jìn)入浙江沿海的輸沙量減少。1959—1989年進(jìn)入浙江沿岸海域的年總輸沙量約為2.58億 t,1989—2003年約為1.83億t,2003—2010年約為 0.858億t,依次減少。其中,1959—1989年,長江進(jìn)入浙東海域的年輸沙量約為 2.48億 t,1990年后大幅度減少至1.46億t。浙江省水利河口研究院的研究表明,1959—1989年、1989—2003年和2003—2010年3個時段對應(yīng)的灘涂泥沙補(bǔ)給量分別為2.02億,2.63億,2.18億t。顯然,1959—1989年的年總輸沙量大于灘涂泥沙補(bǔ)給量,多余的泥沙將存儲于長江口外三角洲的“泥沙庫”內(nèi);1990年以來年總輸沙量少于泥沙補(bǔ)給量,年輸沙量差值將從長江口的“泥沙庫”中掠取,使得浙江沿岸海域灘涂沒有大幅度減少。

20世紀(jì)90年代后,浙江沿海灘涂圍墾發(fā)展迅速,同時采取了大量的灘涂促淤工程,1989—2003年和2003—2010年2個時段的海岸灘涂泥沙補(bǔ)給量比1959—1989年的2.02億t/a分別增加了0.61億,0.16億t/a,這些增加的泥沙需要從“泥沙庫” 獲得。由于近期長江口來沙量的大幅減少,“泥沙庫”存量泥沙將不斷減少 (表現(xiàn)為泥沙庫沖刷),長期來看勢必影響浙江沿岸灘涂的塑造速度,2003—2010年沿海灘涂泥沙補(bǔ)給量小于1989—2003年也說明了這一點。

此外,關(guān)于理論深度基準(zhǔn)面上的灘涂資源,1949年以來,先后于 1953—1960年、1977—1978年、1980—1985年、1997年、2004年進(jìn)行了5次灘涂資源調(diào)查[2]。圖3為浙江省灘涂資源與長江口來沙量的關(guān)系圖,從圖3可以看出,浙江省灘涂面積有隨調(diào)查時間越近越減少的趨勢,與長江口來沙量逐漸減少的趨勢是一致的,但灘涂面積變化要比長江口來沙量變化滯后30余年。據(jù)調(diào)查,雖然近期沿海灘涂圍墾面積增加較快,但灘涂圍墾高程卻逐漸降低(從0～-2 m線,甚至-5 m線),進(jìn)一步說明近期沿海灘涂塑造的速率可能在減小,與沙源大幅減少不無關(guān)系,至于沙源減少對灘涂塑造的影響程度和滯后周期仍需要深入研究。

圖3 浙江灘涂面積與長江口來沙量的變化過程圖

4 結(jié) 論

(1)長江與浙江沿海河流多年來沙量有顯著減少的趨勢,長江大通站年輸沙量從20世紀(jì)50年代的4.86億t減至90年代的3.37億t,2000年后僅為1.76億t,減少幅度達(dá)64%;浙江沿海主要河流和海灣區(qū)小河的總平均輸沙量由20世紀(jì)60—80年代的1 040萬t,減小至目前的720萬t左右。

(2)浙江沿海泥沙主要來源于長江口向南輸移擴(kuò)散的泥沙和當(dāng)?shù)仃懙睾恿魅牒Ｄ嗌?其年均總輸沙量約為2.35億t。其中,長江口輸入沙量約為2.26億t,占總輸沙量的96%,是浙江灘涂塑造的主要沙源;當(dāng)?shù)仃懙睾恿魅牒］斏沉考s為0.088億t,僅占4%。

(3)長江口外三角洲及浙東海域存有大量的沉積泥沙,與長江口輸沙共同維持浙江灘涂的塑造與演變。若長江口進(jìn)入浙江沿岸海域的輸沙量大于灘涂塑造補(bǔ)給量(如1959—1989年時段),灘涂資源穩(wěn)定發(fā)展,多余的泥沙沉積在泥沙庫內(nèi);反之,年輸沙量差值將從“泥沙庫”中掠取(如1989—2003年和 2003—2010年 2個時段),維持浙江沿岸灘涂塑造基本不減少,這一局面在今后一段時間內(nèi)仍可維持。

(4)長江來沙量的持續(xù)減少,將可能影響浙江沿海灘涂自然淤漲速率和人工塑造的規(guī)模;灘涂面積變化要比長江口來沙量變化滯后30余年。

[1]中國水利水電科學(xué)研究院,浙江省水利河口研究院,華東師范大學(xué).浙江省沿海海域泥沙來源、運(yùn)動規(guī)律及其對灘涂演變的影響 [R].北京:中國水利水電科學(xué)研究院,2010.

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