近40年崇明島周圍灘涂濕地的變化及未來趨勢展望

楊世倫，吳秋原，黃遠光

（1. 華東師范大學崇明生態(tài)研究院，上海 200062；2. 華東師范大學河口海岸學國家重點實驗室，上海 200062）

河口海岸灘涂濕地是地球上最寶貴的生態(tài)系統(tǒng)之一[1]。它不僅擁有豐富的生物物種和強大的固碳功能，能為近海魚類提供初級產品，是魚類的產卵和育嬰場所、鳥類的重要棲息地，還能凈化水體，具有消浪護岸作用[2-3]。因此，河口海岸灘涂的演變趨勢和未來命運受到國際學術界高度關注，成為近年的研究熱點[4-5]。

長江是世界第三大河，長江三角洲是世界社會經濟總量最大的三角洲。歷史上，長江豐富的泥沙源源不斷地入海，在河口地區(qū)形成廣袤的灘涂；由于入海泥沙通量遠遠超過東海沿岸流帶向浙閔沿岸的泥沙[6]，長江口灘涂不斷淤漲，為人類的開墾創(chuàng)造了條件。近兩千年來，僅上海就圍墾灘涂約5 000 km2，占現有土地面積2/3以上。然而，近幾十年來（特別是三峽工程運行以來），建壩等人類活動導致長江入海泥沙通量急劇下降，三角洲前緣出現淤—蝕轉型[7-8]，灘涂資源面臨危機。

崇明島位于長江口一級分汊河槽南支和北支之間，是世界上最大的沖積沙島之一。它是1 300多年來長江入海泥沙在河口堆積并逐漸擴大的產物[9]。近年來崇明島被國家規(guī)劃為建設具有國際示范作用的生態(tài)島，崇明周圍的灘涂濕地是生態(tài)島建設的重要組成部分。

本文基于不同年份的長江口地形圖和衛(wèi)片，計算近40年崇明島陸地面積和5 m等深線以淺的灘涂濕地面積的變化，揭示該變化的空間分布和主要原因，展望未來幾十年灘涂濕地的演變趨勢，為崇明島的海岸灘涂管理提供支持。

1 研究區(qū)域

距今6 000—7 000年前，海平面上升到現代位置附近，當時的長江口是一個巨大的喇叭形河口灣。幾千年來，由于海平面相對比較穩(wěn)定，源源不斷的長江入海泥沙在河口灣堆積。長江口是中—強潮河口，由于柯氏力的作用，漲落潮流路分歧，其間的相對緩流區(qū)易于泥沙落淤堆積，先形成水下沙洲，而后沙洲出露水面，不斷淤漲擴大，成為沙島。在自然條件下，長江口沙島通常經歷南岸蝕退、北岸淤漲的演變過程，產生向北“移動”的效果，最終并入河口灣的北岸。近2 000年來長江口發(fā)生過4次面積與崇明島相當的沙島并岸。崇明島雛形出現于公元7世紀，18世紀時已發(fā)育成東西長約40 km、南北寬約5 km的大型沙島。此后的200年中，崇明島向北移動了約5 km[9]。自20世紀50年代開始，為了防止崇明島南岸的侵蝕后退，人們修筑了由堤和上百條丁壩組成的護岸工程，使南岸逐漸趨于穩(wěn)定。長江口水下三角洲和灘涂濕地沉積物含量總體上以粉砂為主，沉積物命名多為黏土質粉砂[10-11]。

2 研究方法

本文基于1980、2004和2018年的國家專業(yè)部門測繪的長江口地形圖和美國陸地衛(wèi)星影像圖，現場標定2018年衛(wèi)星影像圖上的潮間帶植被—光灘分界線，將其特征應用于前期衛(wèi)星影像圖中潮間帶植被—光灘分界線的識別。采用ArcGIS軟件繪制岸線（海堤）、植被—光灘分界線、0 m、2 m、5 m等深線并計算它們之間的面積。

3 結果

崇明島的灘涂濕地大部分分布在其北岸和東岸。近40年來，崇明島及其周圍的灘涂濕地總體上經歷了以下變化：（1）陸地面積因圍墾而增大，圍墾主要發(fā)生在北岸和東岸。（2）5 m等深線所包絡的范圍的空間格局變化不大，但該范圍內的灘涂濕地呈淤積變淺趨勢，即部分2～5 m間的灘涂轉變?yōu)? ～2 m間灘涂，而部分0 ～2 m間灘涂則轉變?yōu)? m以上的潮間帶灘涂。最顯著的變化是在崇明島的東南則出現了北港北沙且潮間帶范圍不斷擴大。（3）盡管有些地方淤積出現了新的潮間帶區(qū)域，但受圍墾的影響，0 m等深線以上的潮間帶分布明顯縮小。例如，1980年崇明北岸中段的潮間帶在2018年幾近全部消失，崇明東灘的潮間帶也因圍墾而明顯變小。（4）因上述第1、2點，崇明島周圍的灘涂濕地總面積明顯減?。▓D1）。

圖1 不同年份崇明島陸地及周圍灘涂濕地分布Fig.1 Chongming Island and surrounding wetlands in different years

1980、2004和2018 年崇明島陸地面積（海堤以內）分別為1 060 km2、1 215 km2和1 372 km2，0 m等深線以上面積（包括堤內陸地）分別為1 588 km2、1 623 km2和1 796 km2，2 m等深線以上面積分別為1 989 km2、2 036 km2和2 097 km2，5 m等深線以上面積分別為2 746 km2、2 684 km2和2 721 km2（表1）。因此，前、后兩時段崇明島陸地面積分別因圍墾灘涂而增大155 km2和157 km2，兩時段累積增大312 km2（29%）。前、后兩時段0 m等深線分別向海淤進35 km2和173 km2，扣除因圍墾減少的面積后，潮間帶灘涂實際面積分別減少120 km2和增大16 km2，兩時段凈減少104 km2（20%）。前、后兩時段2 m等深線分別向海淤進47 km2和61 km2，扣除0 m線淤進的影響，0～2 m等深線間灘涂面積分別增大12 km2和減少112 km2，兩時段凈減少100 km2（25%）。前、后兩時段5 m等深線分別向陸蝕退62 km2和向海淤進37 km2，扣除2 m線淤進的影響，2～5 m等深線間灘涂面積分別減小109 km2和24 km2，兩時段凈減少133 km2（18%）。上述數據表明，近40年來灘涂的圍墾面積遠大于0 m等深線的淤進面積，0 m線的淤進面積大于2 m線的淤進速率，5 m等深線總體上處于淤—蝕大致平衡（凈蝕退1%）。在人類活動和自然過程的共同影響下，0 m等深線以上的潮間帶灘涂、0～2 m間灘涂和2～5 m間灘涂都明顯減少，灘涂總面積減小20%。此外，2018年崇明周圍的鹽沼（潮間帶上部分布著高等植被的區(qū)域）面積共89 km2。根據實地考察，崇明島的圍墾海堤所在的高程通常是在平均高潮位，而鹽沼通常發(fā)育于平均小潮高潮位之上。假定，1980年以來的圍墾的312 km2全部發(fā)生在鹽沼中，鹽沼面積因圍墾喪失達78%。

表1 不同年份崇明島陸地及周圍灘涂濕地面積 (km2)Table 1 Land area of the Chongming Island and wetland area around the island in different years

4 討論

近40年崇明島5 m等深線所包絡的范圍面積變化不大有以下幾個原因：（1）長江入海泥沙通量的急劇下降，三角洲前緣（崇明島的向海一側）正處于淤—蝕轉型階段[12-13]。（2）雖然歷史上崇明南岸不斷蝕退，但上世紀50年代后修筑的海堤—丁壩護岸系統(tǒng)工程有效地遏制了蝕退。（3）崇明島北岸位于長江口北支。北支由于淤塞衰亡，水深較淺，絕大部分水域水深小于5 m[14]。加之北支北岸的圍墾和護岸工程的修筑，北支沒有向北移動的潛力，5 m以淺灘涂也就沒有向北擴大的空間。

圖2 兩個時段的崇明島陸地及5 m等深線分布Fig.2 Land area in the Chongming Island and the 5-m isobath surrounding the island during two periods

值得指出：1980～2004年間，崇明以東的5 m等深線發(fā)生了凈蝕退，而2004～2018年間又出現了淤進（圖2）。這是崇明島周圍5 m等深線以上總面積在前一階段減小、后一階段回升的重要原因。究其原因，前一階段長江入海泥沙從約5億噸/年降至約1.5億噸/年，而后一階段進一步降約1億噸/年。前一階段的蝕退可歸因于長江入海泥沙通量的下降，而后一階段的反彈淤進可歸因于長江口的大型工程。長江口深水航道的北導堤工程在1998年1月～2001年6月間完成一期建設（約在2002年5月～2004年12月間完成二期建設（約

[15]。當前崇明東南方向5 m等深線向海伸出的沙嘴狀地形到達的位置正好是長江口深水航道的北導堤工程向海延伸達到的位置。2004～2018年間，北導堤北側、崇明東灘以南的橫沙東灘還發(fā)生了大規(guī)模的促淤圈圍工程。這些工程可能在某種程度上削弱了后一階段崇明東灘特別是5 m等深線前端的水動力條件，從而使將蝕退過程轉變?yōu)橛俜e過程。

未來崇明島周圍灘涂的動態(tài)和面積取決于兩大因素：一是向海一側的岸灘沖淤，二是人類是否繼續(xù)圍墾。在流域人類活動和自然過程的共同影響下，今后幾十年長江入海泥沙通量將進一步下降[16]。在全球變暖的背景下，長江口的風浪呈一定增強趨勢，而潮汐將變化不大[17]。在這些因素共同影響下，長江水下三角洲前緣將進一步遭受侵蝕后退[18]，侵蝕后退很可能蔓延到崇明島以東5 m等深線以淺的范圍以內，導致灘涂損失。鹽沼在河口海岸灘涂濕地的生態(tài)服務功能中占有重要位置。盡管崇明島南岸現有丁壩群的保護，但因其侵蝕海岸剖面特征，除了崇西濕地外，潮間帶寬度一般小于500 m，鹽沼寬度一般小于200 m。由于歷經圍墾，崇明北岸和東灘的鹽沼寬度也通常只有數百米，有的岸段甚至缺失鹽沼[17]。因此，崇明島5 m等深線以淺的灘涂濕地資源是有限的，新生濕地潛力缺乏，圍墾一點就會少一點，進一步圍墾需特別慎重。灘涂濕地的保護應納入崇明島生態(tài)建設的統(tǒng)一規(guī)劃中，予以高度重視。