杭州灣南翼東部邊灘時(shí)空演變特征及影響因素分析

張伯虎

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

灘涂是海岸帶的重要組成部分,是河口地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)條件,亦是河口生態(tài)系統(tǒng)得以維持的必要條件。灘涂在提供豐富物質(zhì)和空間資源的同時(shí),在蓄水、調(diào)節(jié)徑流、均化洪水、保護(hù)海岸線、調(diào)節(jié)氣候、提供動(dòng)植物棲息地以及維持區(qū)域生態(tài)平衡等方面發(fā)揮著不可替代的作用[1-4]。豐沛的長(zhǎng)江來(lái)沙在陸海相互作用下塑造了杭州灣得天獨(dú)厚的灘涂資源,主要分布于南翼,其開(kāi)發(fā)利用一直是環(huán)杭州灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要支撐。根據(jù)2011年批準(zhǔn)實(shí)施的《浙江海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展示范區(qū)規(guī)劃》,杭州灣灘涂資源將迎來(lái)新一輪開(kāi)發(fā)利用的歷史機(jī)遇期。本文以南翼的東部邊灘為研究區(qū),通過(guò)不同歷史時(shí)期的地形資料,結(jié)合水動(dòng)力條件、泥沙來(lái)源變化及促淤圍墾等人類活動(dòng)掌握其灘涂資源的變化規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)。

1 研究區(qū)概況

杭州灣南翼灘涂分為庵東邊灘和東部邊灘2個(gè)部分,東部邊灘主要是海黃山以南至甬江口之間灘涂的俗稱(見(jiàn)圖1)。目前,研究區(qū)域岸段的高、中潮灘大部分均已被圍,現(xiàn)存的自然灘地較狹窄,0 m以上灘涂面積僅有13.29 km2,-5 m以上灘涂面積有125.30 km2。沿岸等高線的平面分布基本上與岸線平行,水下斜坡較陡,坡度在7‰～10‰。該區(qū)潮汐類型為非正規(guī)半日潮,大小潮平均流速介于1.2～1.9 m/s,風(fēng)速和風(fēng)向具有明顯的季風(fēng)氣候特點(diǎn),冬季盛行WN—N風(fēng)、夏季盛行E—SSE風(fēng),大小潮平均含沙量1.22～1.88 kg/m3,岸灘沉積物以粉細(xì)砂和砂質(zhì)泥等細(xì)顆粒物質(zhì)為主。本文主要研究該區(qū)-6 m以淺,面積約160 km2區(qū)域?yàn)┩康臎_淤演變特征。

圖1 研究區(qū)域位置圖

2 研究資料和方法

采用研究區(qū) 1959年 (1∶10萬(wàn))、1979年 (1∶5萬(wàn))、1998年 (1∶5萬(wàn))、2003年 (1∶5萬(wàn))、2010年 (1∶2萬(wàn))等不同時(shí)期的地形圖進(jìn)行分析。對(duì)以上資料數(shù)字化處理后,進(jìn)行有效同化,高程統(tǒng)一至1985國(guó)家高程基準(zhǔn)面。采用數(shù)字高程模型 (DEM)定量計(jì)算 1959—2003年和2003—2010年岸灘沖淤量。沿岸布設(shè)2條代表性剖面,研究其橫向沖淤特征,并用剖面與各等高線交點(diǎn)位置的變化計(jì)算0,-2,-5 m等高線的水平推移速率。

3 岸灘沖淤特征

3.1 平面沖淤特征

該區(qū)域自20世紀(jì)50年代以來(lái)進(jìn)行了多次圍涂,導(dǎo)致岸線外推,海岸線不斷向前推進(jìn)(見(jiàn)圖2)。1959—2010年的51 a間,工程區(qū)岸線平均向海推進(jìn)3.5 km,平均外推速度69 m/a。從岸灘沖淤態(tài)勢(shì)來(lái)看,該區(qū)域總體上呈現(xiàn)淤積態(tài)勢(shì),凈淤積量 6.93億m3,平均淤高 4.32 m,平均淤高0.08m/a。為進(jìn)一步分析其在沖淤態(tài)勢(shì)的時(shí)間特征,分別作了1959—2003年和2003—2010年2組沖淤圖 (見(jiàn)圖2),數(shù)據(jù)顯示,該區(qū)域1959—2003年累計(jì)淤積量6.16億m3,年均0.14億m3,2003—2010年該區(qū)累計(jì)淤積量0.77億m3,年均0.11億m3,近年來(lái)淤積速率有所減緩。

圖2 研究區(qū)1959—2010年沖淤變化圖

3.2 剖面沖淤特征

為了研究東部岸灘的橫向變化,選取了2個(gè)剖面,剖面位置見(jiàn)圖1。海岸剖面一般呈反“S”型,由潮間帶灘地、水下斜坡和海床3部分組成,從圖3可見(jiàn),1959—2010年的不同歷史時(shí)期,整體灘面不斷淤進(jìn),其中局部時(shí)段表現(xiàn)為沖刷態(tài)勢(shì),主要為1959—1979年的1#剖面和1998—2003年的2#剖面,沖刷區(qū)域主要位于水下斜坡區(qū)域。這在一定程度上表明,較灘地和海床,水下斜坡沖淤相對(duì)敏感。岸灘整體向海淤進(jìn)的同時(shí),不同等高線的淤進(jìn)速度各不相同(見(jiàn)表1),51 a來(lái),0,-2,-5 m線平均向海推進(jìn)3.10,2.21,2.71 km,淤積速率分別為61,43,53 m/a,0 m線外推速度最快,岸灘剖面呈逐漸變陡的態(tài)勢(shì)。

圖3 典型剖面變化圖

表1 等高線淤進(jìn)、蝕退變化表 m

4 岸灘沖淤演變的主要影響因子分析

4.1 水動(dòng)力條件

據(jù)2008年7月下旬至8月上旬該水域水文測(cè)量[5],該區(qū)域漲落潮流基本沿等深線走向作反復(fù)流動(dòng),漲潮流呈偏西北向,主流向在320°～340°,落潮流呈偏東南向,主流向大致在140°～160°。實(shí)測(cè)各站大小潮漲潮垂線平均流速1.29m/s,大小潮落潮垂線平均流速1.52 m/s,落潮流速大于漲潮流速。杭州灣泥沙以懸沙為主,南岸為凈出沙通道,落潮流攜帶的泥沙促使了灘面的持續(xù)淤漲。同時(shí),從潮灘發(fā)育階段看,目前東部邊灘大部分灘地均已被圍,塘外灘地只要有泥沙補(bǔ)充,潮灘將繼續(xù)淤漲[6];但受漲潮流抑制,一定程度上抑制了岸灘的淤漲速度。杭州灣波浪以風(fēng)浪為主,頻率高達(dá)95%以上,夏季以E和SE向風(fēng)浪為主,冬季以NW向風(fēng)浪為主,季節(jié)性變化明顯。冬季的離岸風(fēng)浪有利于岸灘淤積,而夏季向岸風(fēng)浪的沖蝕破壞,會(huì)促使岸灘的相對(duì)沖刷變陡。

4.2 長(zhǎng)江來(lái)沙量

杭州灣岸灘發(fā)育泥沙主要為長(zhǎng)江來(lái)沙[7-10]。據(jù)水利部泥沙公報(bào)[11],20世紀(jì)50—80年代大通站平均輸沙量為4.33億t/a,90年代平均為3.43億t/a,減少了約20%;21世紀(jì)以來(lái),由2000年3.39億t/a到2004年減少至1.47億t/a,2006年降至0.844億t/a,出現(xiàn)了大通水文站有記錄以來(lái)的最低值。研究結(jié)果表明[12],長(zhǎng)江入海泥沙量減少對(duì)杭州灣北岸海域的沖淤作用已經(jīng)有所反映,1959—2003年,海床地形年平均淤積0.13億m3,而2003年以來(lái)平均沖刷0.71億m3。根據(jù)水體挾沙力原理,在流速不變的情況下,水體含沙量一旦小于飽和含沙量,就會(huì)通過(guò)潮流從海床沖刷泥沙進(jìn)行補(bǔ)充。由于灣內(nèi)潮流的再搬運(yùn)過(guò)程,泥沙來(lái)量減少的影響會(huì)相對(duì)滯后。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,泥沙來(lái)量的減少可能導(dǎo)致岸灘建造由淤積轉(zhuǎn)為淤積速率降低,甚至出現(xiàn)沖刷的可能。

4.3 促淤和圍墾工程

灘涂圍墾一般采用先促淤后圍堤,通過(guò)修筑垂直岸線的堤壩后,減少沿岸潮流量,泥沙在兩側(cè)岸段的隱蔽區(qū)和相對(duì)較弱的水動(dòng)力條件下沉積,導(dǎo)致灘面的持續(xù)淤積。東部岸灘不斷開(kāi)展的促淤工程亦是其不斷淤漲的原因之一。近年來(lái)長(zhǎng)江口、杭州灣開(kāi)展了一系列圍灘促淤造地工程,南匯人工半島一期工程1994年開(kāi)工,筑壩3.21 km;二、三期工程促淤造地36.67 km2;1999年開(kāi)始的南匯東灘一、二期促淤工程及在此基礎(chǔ)上實(shí)施的三、四、五期圈圍工程,圈圍土地78.13 km2[13]。南匯近岸水域是長(zhǎng)江水沙直接進(jìn)入杭州灣的通道,圍墾工程的實(shí)施對(duì)沿江沿海水域泥沙量沿途進(jìn)行攔截,使本已減少的入海泥沙量進(jìn)一步得到減弱。相關(guān)研究表明[13-14],與宏觀自然條件變化對(duì)杭州灣灘涂資源影響相比,促淤圈涂工程作用更為明顯,1997年以來(lái)蘆潮港以西岸灘的全面沖刷后退與其密切相關(guān)。按照規(guī)劃“十二五”期間,南匯邊灘還將促淤約1.53 hm2(22.9萬(wàn)畝),杭州灣也將開(kāi)展一系列圍墾[13],這將對(duì)杭州灣的灘涂和海床帶來(lái)多大程度的沖淤變化,尚需進(jìn)一步研究。建議有關(guān)部門根據(jù)長(zhǎng)江入海泥沙持續(xù)減少以及杭州灣大規(guī)模圍墾工程實(shí)施的大背景下,組織開(kāi)展調(diào)查研究,提出合理、經(jīng)濟(jì)、有效的保灘護(hù)岸措施,尋找保護(hù)、開(kāi)發(fā)利用杭州灣灘涂資源的途徑,促進(jìn)杭州灣經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)1959—2010年,研究區(qū)域岸線全線外移,平均向海推進(jìn)3.5 km,海床整體表現(xiàn)淤積態(tài)勢(shì),累計(jì)淤積量6.16億m3,平均淤高4.32 m。1959—2003年該岸灘以年均 0.14億m3的速率淤漲,2003—2010年減小為年均0.11億m3,近年來(lái)淤積速率有所減緩。

(2)岸灘剖面除局部時(shí)段的水下斜坡表現(xiàn)為沖刷態(tài)勢(shì)外,岸灘整體向海淤進(jìn),0,-2,-5 m線淤進(jìn)速率不同,1959—2010年0 m線以61 m/a的速率向海淤進(jìn),速度最快,岸灘剖面呈逐漸變陡的態(tài)勢(shì)。

(3)沿岸潮流的輸沙作用以及圍墾促淤工程等是造成該區(qū)岸灘持續(xù)淤高的主要原因。但受漲潮流的抑制、風(fēng)浪的沖蝕破壞以及杭州灣大規(guī)模的圍墾和在長(zhǎng)江來(lái)沙量減少的宏觀背景下,岸灘的淤漲速度將會(huì)日趨緩慢。

(4)南匯邊灘和杭州灣還將規(guī)劃開(kāi)展的一系列圍墾工程,將對(duì)杭州灣的灘涂和海床產(chǎn)生多大的影響,建議加強(qiáng)研究,提出合理、經(jīng)濟(jì)、有效的保灘護(hù)岸措施,促進(jìn)杭州灣經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

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