長(zhǎng)江口河勢(shì)近15年變化特征及其對(duì)河口治理的啟示

， ，,2，，

(1.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；

2.交通運(yùn)輸部 長(zhǎng)江口航道管理局，上海 200003)

1 研究背景

潮汐河口河床演變是水沙科學(xué)基礎(chǔ)理論研究的難點(diǎn)，也是河口治理中必須重點(diǎn)考慮和解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。在河流的河口段，隨著徑、潮流相對(duì)強(qiáng)度的不同和泥沙性質(zhì)(數(shù)量和組成)的差別，河床演變?cè)诰坝^上和動(dòng)態(tài)上都會(huì)表現(xiàn)出千差萬(wàn)別的變化[1]。河口動(dòng)力條件既有徑流的年、季等較長(zhǎng)周期變化，又有潮汐動(dòng)力的日、月等較短周期變化，這2種水流動(dòng)力的組合和綜合作用使得河口演變規(guī)律比一般內(nèi)河復(fù)雜得多。對(duì)長(zhǎng)江口而言，經(jīng)歷近半個(gè)世紀(jì)的科學(xué)研究和13 a長(zhǎng)江口深水航道治理工程實(shí)踐，河口汊道演變及水沙運(yùn)動(dòng)特性，特別是河口攔門沙成因及變化規(guī)律的研究已取得了一大批寶貴成果[2-9]。但對(duì)近期河口人類活動(dòng)日益加劇、上游來(lái)沙持續(xù)減少等新形勢(shì)下的長(zhǎng)江口河勢(shì)總體演變態(tài)勢(shì)仍缺乏系統(tǒng)的總結(jié)和對(duì)比，尤其是長(zhǎng)江口深水航道治理工程、青草沙水庫(kù)、橫沙東灘促淤造地等重大涉水工程建設(shè)以來(lái)河口沖淤演變及調(diào)整機(jī)制的研究認(rèn)識(shí)尚顯不足，難以滿足當(dāng)前河口航道治理、灘涂開(kāi)發(fā)以及港口碼頭建設(shè)等水土資源開(kāi)發(fā)的需要。

1998年長(zhǎng)江口深水航道治理工程實(shí)施以來(lái)，因河勢(shì)復(fù)雜性和工程重要性，引入了動(dòng)態(tài)管理的概念，開(kāi)展了常年定期的河勢(shì)跟蹤監(jiān)測(cè)分析工作[10]。在此基礎(chǔ)上，本文系統(tǒng)分析和總結(jié)近15 a來(lái)長(zhǎng)江口河勢(shì)的總體演變特征，研究結(jié)果有望為長(zhǎng)江口河床演變規(guī)律研究提供新認(rèn)識(shí)，對(duì)航道治理、河勢(shì)控制、灘涂開(kāi)發(fā)等河口綜合整治具有一定的啟示意義。

2 研究區(qū)域概況

長(zhǎng)江口屬大徑流、中等潮差河口(圖1)，徐六涇以下平面呈“三級(jí)分汊、四口入海”的河勢(shì)格局。長(zhǎng)江口來(lái)水量充沛，大通站年徑流量保持在9 000億m3左右，但近15 a來(lái)先后經(jīng)歷了1998年大洪水、1999年大洪水、2006年枯水、2010年大洪水和2011年枯水等特殊過(guò)程。長(zhǎng)江口來(lái)沙量也相當(dāng)豐富，1950—1985年大通站年均輸沙量為4.70億t，但20世紀(jì)80年代中期以后呈明顯減少趨勢(shì)，尤其三峽水庫(kù)蓄水以來(lái)，年均輸沙量?jī)H為1.43億t(2003—2011年)?？傮w而言，長(zhǎng)江口近期來(lái)水來(lái)沙條件因上游水庫(kù)修建、流域氣候變化等發(fā)生了顯著變異。未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，流域上游還將建設(shè)相當(dāng)數(shù)量的水庫(kù)和水土保持等水利工程，長(zhǎng)江入海沙量仍有進(jìn)一步減小的態(tài)勢(shì)。

此外，近年來(lái)長(zhǎng)江口水域開(kāi)發(fā)強(qiáng)度明顯較高，實(shí)施了大量涉水工程(圖1和表1)，主要包括長(zhǎng)江口深水航道治理工程、中央沙圈圍及青草沙水庫(kù)工程、新瀏河沙護(hù)灘及南沙頭通道限流潛堤工程、橫沙東灘及南匯東灘促淤圈圍，以及港口碼頭等。這些人類活動(dòng)對(duì)河口河勢(shì)及水沙變化等均產(chǎn)生了一定影響，長(zhǎng)江口河道演變受人工控制作用逐漸明顯。

3 河勢(shì)變化的主要特征

3.1 徐六涇以下的長(zhǎng)江口已成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的河口地貌系統(tǒng)

3.1.1 近15 a徐六涇節(jié)點(diǎn)作用進(jìn)一步凸顯

徐六涇河段是長(zhǎng)江口“三級(jí)分汊、四口入?！焙觿?shì)格局的上邊界。自20世紀(jì)50—60年代以來(lái)，由于南通農(nóng)場(chǎng)、東方紅農(nóng)場(chǎng)和江心沙農(nóng)場(chǎng)的圍墾，徐六涇河段的河寬由原來(lái)的13 km縮窄至5.7 km左右，成為長(zhǎng)江入海前的最后一個(gè)長(zhǎng)約16 km的節(jié)點(diǎn)河段，至此，其受上游河勢(shì)變化的影響程度也大幅減弱。近15 a來(lái)，常熟邊灘圍墾、新通海沙圈圍等工程相繼實(shí)施，蘇通大橋以下的該河段河寬進(jìn)一步束窄，大幅增強(qiáng)了徐六涇節(jié)點(diǎn)作用，主槽深泓線長(zhǎng)期保持穩(wěn)定(圖2)。由此可見(jiàn)，該河段上游的河勢(shì)變化對(duì)徐六涇以下河段的河床演變已無(wú)明顯的直接影響。徐六涇以下的河口段已形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的河口地貌系統(tǒng)，具有多級(jí)分汊格局、較強(qiáng)的潮汐與徑流共同作用、水沙環(huán)境和地形變化規(guī)律更加復(fù)雜等諸多鮮明特征。

圖1 研究區(qū)域及主要涉水工程布置

表1 長(zhǎng)江口近期主要涉水工程建設(shè)規(guī)模

圖2 長(zhǎng)江口徐六涇河段深泓線變化

3.1.2 系統(tǒng)內(nèi)部存在復(fù)雜的相互影響

河床演變分析還表明：在徐六涇以下的河口區(qū)內(nèi)，由于受徑、潮流的共同作用，南、北支，南、北港，南、北槽各入海汊道之間及上、下游之間的水沙運(yùn)動(dòng)及河床沖淤變化存在明顯的、復(fù)雜的相互影響。尤其，該區(qū)域內(nèi)任一汊道或河段內(nèi)的重要自然變化和工程行為，除會(huì)引發(fā)當(dāng)?shù)鼐植亢佣瘟鲌?chǎng)和河床地形的變化外，還常有可能給鄰汊、甚至更遠(yuǎn)河段的動(dòng)力條件及灘槽沖淤帶來(lái)影響。具體表現(xiàn)為，北支水沙倒灌對(duì)南支河勢(shì)(尤其是白茆沙北水道)的顯著影響早已獲共識(shí)；1998年以來(lái)，南支河段內(nèi)主槽河床演變呈現(xiàn)自上而下的傳遞過(guò)程，白茆沙水道“南強(qiáng)北弱”的發(fā)展態(tài)勢(shì)造成了七丫口以下的南支主槽北沖南淤、扁擔(dān)沙南側(cè)上沖下淤[11]；1998年起在北槽實(shí)施的深水航道治理工程除了引起自身主槽沖刷、壩田淤積外，也對(duì)相鄰汊道的南槽產(chǎn)生了一定范圍和程度的影響，即南槽上段主槽沖刷、10 m深槽下移[12]。

3.2 三級(jí)分汊、四口入海的河勢(shì)格局顯著增強(qiáng)

3.2.1 長(zhǎng)江口總體河勢(shì)格局近15 a明顯增強(qiáng)

縱觀長(zhǎng)江口的歷史變遷過(guò)程可知，現(xiàn)代意義上的長(zhǎng)江口于20世紀(jì)50—60年代之后才正式形成。而且，這種“三級(jí)分汊、四口入海”地貌形態(tài)格局經(jīng)歷了1973，1983，1998年(及1999年)和2010年等歷次大洪水后仍然保持穩(wěn)定。隨著葛洲壩、三峽工程等水利工程的徑流量調(diào)度作用，長(zhǎng)江發(fā)生大洪水的級(jí)別會(huì)有所降低，以及長(zhǎng)江口部分岸線得到人工控制后，部分洲灘變化空間受限，尤其近15 a來(lái)在南北槽分汊口(第三級(jí)分汊)、南北港分汊口(第二級(jí)分汊)等關(guān)鍵部位分別實(shí)施了深水航道治理工程(分流魚(yú)嘴工程)和新瀏河沙護(hù)灘及南沙頭通道限流潛堤工程(含中央沙圈圍及青草沙水庫(kù))后，長(zhǎng)江口主汊道發(fā)生大幅度擺動(dòng)的可能性已明顯降低，河床沖淤變化主要限制在兩側(cè)固定岸線范圍內(nèi)?！叭?jí)分汊、四口入?！笨傮w河勢(shì)格局的穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。

3.2.2 河口仍然延續(xù)束窄、向外延伸的歷史趨勢(shì)

陳吉余等[2](1979)提出了近2 000 a來(lái)長(zhǎng)江河口的發(fā)育模式，基本代表了長(zhǎng)江口歷史演變的總趨勢(shì)。由圖3可知，近15 a來(lái)長(zhǎng)江口南岸南匯邊灘5 m等深線明顯向外淤積推展，口門處的崇明東灘、崇明淺灘、橫沙東灘5 m等深線仍以淺潮灘呈向東南方向淤漲延伸的態(tài)勢(shì)。從宏觀上看，盡管長(zhǎng)江口面臨流域來(lái)沙持續(xù)減少、人類活動(dòng)不斷加劇等諸多新形勢(shì)，但其近期演變整體仍延續(xù)河口不斷向外延伸、束窄的歷史演變趨勢(shì)。

圖3 近15 a來(lái)長(zhǎng)江口5 m等深線變化

3.3 2007年之后河床沖淤調(diào)整總體趨于放緩

3.3.1 2007年之后長(zhǎng)江口河床沖淤調(diào)整趨緩

2007年以來(lái)，長(zhǎng)江口水域的治理開(kāi)發(fā)力度明顯加大，尤其在歷史上長(zhǎng)江口最為復(fù)雜多變、河勢(shì)最不穩(wěn)定的區(qū)域——南北港分流口河段，同期實(shí)施了中央沙圈圍及青草沙水庫(kù)、新瀏河沙護(hù)灘及南沙頭通道限流潛堤工程等重大涉水工程。這些工程實(shí)施后，基本遏止了工程前局部河勢(shì)的不利變化，增強(qiáng)了南北港分汊河段河勢(shì)的穩(wěn)定性[10]，從而進(jìn)一步穩(wěn)定了長(zhǎng)江口的總體河勢(shì)格局。從某種意義上講，2007年是長(zhǎng)江口河勢(shì)演變進(jìn)程的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)。由圖4可知，2007年前后長(zhǎng)江口(南支)河床調(diào)整幅度明顯有所不同，2002—2007年的5 a間河床沖淤幅度大多在2.0～3.0 m以上，而2007—2012年期間河床沖淤變幅基本在2.0 m以內(nèi)。

圖4 2007年前后長(zhǎng)江口河床沖淤變化

3.3.2 局部沙體變化影響長(zhǎng)江口河勢(shì)及航道穩(wěn)定性

盡管長(zhǎng)江口年際河床沖淤調(diào)整在2007年之后總體趨于放緩，但由于河口自然條件的復(fù)雜性，加之《長(zhǎng)江口綜合整治開(kāi)發(fā)規(guī)劃》(2008年獲國(guó)務(wù)院批復(fù))、《長(zhǎng)江口航道發(fā)展規(guī)劃》(2010年獲交通運(yùn)輸部批復(fù))等規(guī)劃中的若干人工控制工程尚未及時(shí)實(shí)施，局部區(qū)段河勢(shì)仍存在諸多不良變化，如南北港分汊口的扁擔(dān)沙南沿沙尾淤漲南壓和新橋沙沙尾淤積下延，南港河段的瑞豐沙中下沙體持續(xù)沖刷變小，北港河段的堡鎮(zhèn)沙南沿及中部竄溝明顯受沖，南槽河段的江亞南沙沙尾持續(xù)淤漲下移等，一定程度上影響了長(zhǎng)江口河勢(shì)及深水航道的穩(wěn)定性。

3.4 河床年內(nèi)變化受徑流過(guò)程影響仍較明顯

3.4.1 長(zhǎng)江口主要汊道的形成多與上游大流量過(guò)程有關(guān)

已有研究表明[4]，長(zhǎng)江河口水量豐沛、泥沙運(yùn)動(dòng)活躍，河床沖淤多變，其中徑流和洪水對(duì)造床過(guò)程起著重要的作用。當(dāng)大通站洪峰流量超過(guò)60 000 m3/s時(shí)，河口河床有明顯沖淤變化；洪峰流量超過(guò)70 000 m3/s時(shí)，河口河床新生汊道及切灘竄溝頻頻出現(xiàn)?？v觀演變歷史，1998年及1999年大洪水促使了南門通道(位于上、下扁擔(dān)沙之間)及寶山北水道(位于新瀏河沙與新瀏河沙包之間)的形成和發(fā)展、2010年大洪水加劇了新新橋通道5m槽(位于下扁擔(dān)沙與新橋沙之間)的重新貫通均是有力的佐證?？梢?jiàn)，盡管三峽、葛洲壩、南水北調(diào)等水利樞紐對(duì)長(zhǎng)江徑流具有一定的調(diào)節(jié)作用，但近15a來(lái)長(zhǎng)江口河床變化受徑流過(guò)程影響仍較明顯。

3.4.2 河床沖淤存在季節(jié)性差異

從年內(nèi)洪、枯季變化看(圖5，選取2010年5—11月代表洪季，2010年11—2011年5月代表枯季)，長(zhǎng)江口河床沖淤存在一定的季節(jié)性差異。由于徑潮流動(dòng)力、泥沙特性(含沙量及河床質(zhì)組成等)、鹽水楔作用以及河道岸線邊界條件等差異，不同區(qū)段或汊道河床沖淤的季節(jié)性特征會(huì)有所不同。例如，在橫沙以下的河口攔門沙區(qū)段，近15a河床年內(nèi)變化仍存在“洪淤枯沖”的季節(jié)性調(diào)整特點(diǎn)，這與近150 a長(zhǎng)江河口汊道歷史演變規(guī)律一致[4]；在橫沙至吳淞口區(qū)間的南港河段，除局部(外高橋港區(qū)四至六期碼頭支航道)受人工疏浚活動(dòng)影響外，主槽河床“洪沖枯淤”的變化特征表現(xiàn)尤為明顯；在吳淞口以上的南支河段，由于落潮流占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)以及粉砂質(zhì)河床的緣故[11]，洪季主槽河床沖淤變幅明顯較枯季大。

圖5 長(zhǎng)江口年內(nèi)河床沖淤變化

4 對(duì)河口治理開(kāi)發(fā)的啟示

河口的演變是河口對(duì)影響它的多種自然因子和人類活動(dòng)干預(yù)綜合作用的一種自適應(yīng)過(guò)程，深化對(duì)這種自適應(yīng)過(guò)程的認(rèn)識(shí)，是人們進(jìn)行河口人工控制、有效改造自然的前提。從河勢(shì)發(fā)展的角度看，近15 a來(lái)長(zhǎng)江口河勢(shì)變化調(diào)整展現(xiàn)出的特征和規(guī)律，對(duì)現(xiàn)階段和未來(lái)一段時(shí)期長(zhǎng)江口的開(kāi)發(fā)治理具有一定的啟示意義，具體如下。

4.1 繼續(xù)遵循河口向東南演變趨勢(shì)

經(jīng)大量的科研攻關(guān)和工程實(shí)踐，基本把握了2 000 a來(lái)長(zhǎng)江河口的歷史演變進(jìn)程和規(guī)律，成功指導(dǎo)了長(zhǎng)江口深水航道治理工程、青草沙水庫(kù)、新瀏河沙護(hù)灘及南沙頭通道限流潛堤工程以及南匯東灘促淤圈圍工程等重大涉水工程的實(shí)施。由于近期流域來(lái)沙持續(xù)減少、河口區(qū)域內(nèi)人類活動(dòng)加劇、河道岸線調(diào)整等邊界條件發(fā)生了明顯變化，長(zhǎng)江口演變進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，但仍延續(xù)長(zhǎng)江口南岸邊灘推展、河道束窄加深、朝東南方向延伸等河勢(shì)演變規(guī)律。在此新形勢(shì)下，對(duì)河口區(qū)域內(nèi)的航道、灘涂、岸線等水土資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)，有必要繼續(xù)遵循河口向東南的演化發(fā)展方向，順勢(shì)而為。

4.2 綜合考慮河口開(kāi)發(fā)的相互影響

從前文分析可知，隨著徐六涇節(jié)點(diǎn)作用的逐漸增強(qiáng)，徐六涇以下的長(zhǎng)江口已成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的河口地貌系統(tǒng)，徐六涇以上河段河勢(shì)變化及河道整治等對(duì)下游河口區(qū)影響不大。但是，徐六涇以下的長(zhǎng)江口任一汊道或河段內(nèi)的重要自然變化和工程行為，除會(huì)引發(fā)當(dāng)?shù)鼐植亢佣瘟鲌?chǎng)和河床地形的變化外，還常有可能給鄰汊、甚至更遠(yuǎn)河段的動(dòng)力條件及灘槽沖淤帶來(lái)影響?，F(xiàn)階段長(zhǎng)江口正處于高速開(kāi)發(fā)期，區(qū)域內(nèi)有航道治理、灘涂圈圍造地、水利防洪(潮)、港口碼頭岸線開(kāi)發(fā)、淡水資源利用以及生態(tài)濕地環(huán)境保護(hù)等綜合開(kāi)發(fā)，各涉水工程之間相互毗鄰、互相影響大。因此，徐六涇以下的長(zhǎng)江口應(yīng)看作一個(gè)整體，任一局部區(qū)域或汊道河段的開(kāi)發(fā)，須綜合考慮對(duì)相鄰各汊道、周邊水域甚至(徐六涇以下)整個(gè)長(zhǎng)江口的影響。

4.3 加快實(shí)施長(zhǎng)江口綜合整治開(kāi)發(fā)等規(guī)劃

河勢(shì)穩(wěn)定是河口航道、灘涂等水土資源開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)的重要前提。近15 a來(lái)，伴隨著長(zhǎng)江口航道治理和上海市灘涂開(kāi)發(fā)建設(shè)，加之三峽工程等水利樞紐對(duì)長(zhǎng)江徑流的調(diào)節(jié)作用，長(zhǎng)江口河床大幅沖淤變化、主汊道大范圍擺動(dòng)的可能性已明顯減弱，長(zhǎng)江口“三級(jí)分汊、四口入?！钡恼w河勢(shì)穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。這為長(zhǎng)江口的綜合開(kāi)發(fā)治理奠定了良好基礎(chǔ)。

長(zhǎng)江口河勢(shì)調(diào)整在總體保持穩(wěn)定性和延續(xù)性的同時(shí)，局部河勢(shì)演變?nèi)源嬖谳^大的復(fù)雜性和不確定性。鈕新強(qiáng)等[13](2009)亦指出，從2004年長(zhǎng)江口綜合整治開(kāi)發(fā)規(guī)劃方案確定到2008年得到國(guó)務(wù)院批復(fù)期間，長(zhǎng)江口的局部河勢(shì)又發(fā)生了較大變化。2007年以來(lái)沖淤變化表明(圖4)，長(zhǎng)江口局部未受控制的自然沙體(扁擔(dān)沙、瑞豐沙、堡鎮(zhèn)沙、江亞南沙等)仍存在較大變化幅度。這增加了河勢(shì)控制等河口綜合治理的緊迫性和必要性，因此亟需抓住當(dāng)前河勢(shì)相對(duì)有利時(shí)機(jī)，加快《長(zhǎng)江口綜合整治開(kāi)發(fā)規(guī)劃》、《長(zhǎng)江口航道發(fā)展規(guī)劃》等規(guī)劃的實(shí)施步伐，以期進(jìn)一步穩(wěn)定河口河勢(shì)，增強(qiáng)防洪防潮能力，暢通深水航道，增加后備土地資源，改善生態(tài)環(huán)境等，為河口地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供支撐。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1) 隨著徐六涇節(jié)點(diǎn)作用的逐漸增強(qiáng)，徐六涇以下的長(zhǎng)江口已成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的河口地貌系統(tǒng)。近15 a來(lái)，長(zhǎng)江口河勢(shì)變化整體仍符合陳吉余等1979年提出的河口歷史發(fā)育模式，長(zhǎng)江口深水航道治理工程、青草沙水庫(kù)、新瀏河沙護(hù)灘及南沙頭通道限流潛堤工程等重大涉水工程建設(shè)對(duì)穩(wěn)定“三級(jí)分汊、四口入?！钡暮觿?shì)格局起到了重要作用。

(2) 2007年是長(zhǎng)江口河勢(shì)演變進(jìn)程的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)。近15 a來(lái)長(zhǎng)江口河床沖淤調(diào)整程度在2007年之后總體趨于放緩。從年內(nèi)洪、枯季變化看，長(zhǎng)江口河床變化受徑流過(guò)程影響仍較明顯，不同區(qū)段或汊道存在季節(jié)性的沖淤差異。

(3) 從河勢(shì)發(fā)展的角度看，未來(lái)長(zhǎng)江河口的治理開(kāi)發(fā)，須繼續(xù)遵循河口向東南方向的演化趨勢(shì)，綜合考慮河口開(kāi)發(fā)的相互影響，以及加快長(zhǎng)江口綜合整治開(kāi)發(fā)等規(guī)劃的實(shí)施步伐。

長(zhǎng)江口演變已進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展期，受動(dòng)力條件、泥沙性質(zhì)、河道邊界和人類活動(dòng)等多種自然和人為因素共同作用，其演變規(guī)律更加復(fù)雜。本文僅僅從宏觀角度初步分析了1998年長(zhǎng)江口深水航道治理工程實(shí)施以來(lái)長(zhǎng)江口河勢(shì)展現(xiàn)出的若干演變特征。目前，仍存在一些尚未解決的基礎(chǔ)性課題，如深水航道整治工程作用下的北槽河床調(diào)整平衡形態(tài)及動(dòng)力機(jī)制、流域來(lái)沙減小對(duì)長(zhǎng)江口河床調(diào)整和深水航道維護(hù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響等。長(zhǎng)江口的水沙運(yùn)動(dòng)特性及河床演變規(guī)律，只有在經(jīng)歷“實(shí)踐-認(rèn)識(shí)-再實(shí)踐-再認(rèn)識(shí)”的反復(fù)過(guò)程，才可能得到逐步的深入和更加全面的認(rèn)識(shí)，從而有效推進(jìn)長(zhǎng)江口的綜合治理。

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(編輯：姜小蘭)