長江口扁擔(dān)沙動(dòng)力地貌變化過程研究

何鈺瀅，戴志軍*，樓亞穎，王杰

( 1. 華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241)

1 引言

河口處于陸地和海洋的過渡地帶，長期哺育發(fā)展的大規(guī)模淺灘是沿海都市彌足珍貴的濕地資源[1]。未出露或僅在大潮低潮時(shí)出露的河口淺灘不僅具有固碳、降解污染、調(diào)節(jié)河道演變的功能，對日益增加的風(fēng)暴潮作用亦具有緩沖效應(yīng)[2-3]。然而，在上游泥沙急劇減少的情境下，河口淺灘發(fā)生明顯遷移變化[4-7]，這引起了國內(nèi)外諸多學(xué)者的關(guān)注，并著重對河口淺灘自然演變、形成機(jī)制以及沉積特征等方面進(jìn)行了較深入的探討[1,8-9]。近年來由于航道整治、興建水庫、圍涂造地等一系列高強(qiáng)度人類活動(dòng)的作用，許多大河河口淺灘地貌狀態(tài)都已發(fā)生劇烈改變[10-11]，部分學(xué)者則開始著重分析人類活動(dòng)與自然因素耦合的淺灘過程、格局及變化趨勢[12-13]。就長江口而言，在上游泥沙急劇減少以及河口水運(yùn)與圍墾工程等多因素的影響下，河槽淺灘大都出現(xiàn)不同程度的變化，如沒冒沙受到水庫修建與深水航道工程作用后，先前長條形較為穩(wěn)定的發(fā)展?fàn)顟B(tài)被破壞，并在2009年后沙體逐漸消失[11,14]；青草沙在水庫建設(shè)后，由之前的河槽沖刷、沙洲淤積逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉戎饾u減弱的持續(xù)沖刷[15]；受深水航道工程建設(shè)影響，江亞南沙頭部竄溝發(fā)育，沙尾不斷淤長下移[16]。因而，亟須開展流域高強(qiáng)度人類活動(dòng)與長江河口工程雙重脅迫作用影響的河口淺灘動(dòng)力變化過程及主控要素的研究，這有利于促進(jìn)對長江河口淺灘與河槽耦合機(jī)制的理解，為長江河口局部河勢不定、淺灘變遷及水運(yùn)維護(hù)治理提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。

扁擔(dān)沙作為長江口南支河段發(fā)育規(guī)模最大的河口淺灘，其演變過程直接影響新橋水道與崇明島南沿岸灘發(fā)展、青草沙水庫岸堤安全以及南支河勢變化等[17]。開展扁擔(dān)沙動(dòng)力地貌變化過程的研究，其價(jià)值不言而喻。然而，扁擔(dān)沙自形成以來一直處于動(dòng)態(tài)變化中[18]，鮮有研究涉及扁擔(dān)沙淺灘的地貌狀態(tài)、不同年份沖淤轉(zhuǎn)換以及遷移機(jī)制的分析?；诖耍疚囊员鈸?dān)沙1860年以來的歷史海圖為基礎(chǔ)，著重分析在流域水沙發(fā)生變化下的扁擔(dān)沙動(dòng)態(tài)變遷過程，進(jìn)而揭示扁擔(dān)沙動(dòng)力地貌變化機(jī)制。

2 研究區(qū)域概述

扁擔(dān)沙位于長江口一級(jí)分汊南支河段中央，上起白茆沙北水道，下至南北港分流口，全長37～40 km，以南門通道為界分為上扁擔(dān)沙和下扁擔(dān)沙兩部分（圖1）。扁擔(dān)沙區(qū)域?yàn)?5 m閉合等深線覆蓋的范圍，而多數(shù)時(shí)期扁擔(dān)沙并未出露水面，屬于水下淺灘。其南側(cè)是以落潮流為優(yōu)勢的南支主槽，北側(cè)為以漲潮流為優(yōu)勢的新橋水道[19-20]?？v觀長江河口灘涂圍墾或圍墾計(jì)劃，除九段沙、東風(fēng)西沙尚處于自然保護(hù)狀態(tài)外，形如扁擔(dān)上下皆細(xì)、中間較粗的扁擔(dān)沙是長江口南支河槽中最大的一片仍未開發(fā)的江心淺灘。

3 研究方法與數(shù)據(jù)收集

本文收集了多幅長江口南支河段代表性的海圖資料，分別為1860年、1900年、1915年、1927年、1931年、1934年、1943年、1946年、1958年、1965年、1973年以及1980年；采集了南支河段包括1958年、1984年、1992年、1997年、1998年、1999年、2001年、2003年、2007年、2008年、2009年、2013年及2016年共13年的實(shí)測水深數(shù)據(jù)；長江大通站1955-2016年連續(xù)的水文數(shù)據(jù)以及南北港分流口1963-2013年連續(xù)分水分沙比數(shù)據(jù)等。其中海圖水深數(shù)據(jù)來自長江口航道管理局，大通站水文數(shù)據(jù)來自長江水利委員會(huì)，南北港分流口水沙數(shù)據(jù)來自上海河口海岸研究中心。

為較系統(tǒng)地分析扁擔(dān)沙動(dòng)力地貌演化，本文首先基于ArcGIS平臺(tái)對海圖資料進(jìn)行數(shù)字化，將不同時(shí)期的水深數(shù)據(jù)校正到統(tǒng)一的北京54坐標(biāo)系與理論深度基準(zhǔn)面。隨后采用Kriging插值方法構(gòu)建南支扁擔(dān)沙區(qū)域不同年代的DEM模型，同時(shí)勾繪研究區(qū)-2 m、-5 m等深線。本文以東風(fēng)西沙和新橋水道為界，基于構(gòu)建的DEM模型，量算扁擔(dān)沙區(qū)域不同時(shí)期-5 m等深線包絡(luò)的范圍，以研究扁擔(dān)沙的面積及體積變化特征。之后，在-5 m等深線包絡(luò)的扁擔(dān)沙區(qū)域內(nèi)，進(jìn)一步計(jì)算-2 m等深線包絡(luò)的范圍，從而分析扁擔(dān)沙-2 m以淺部分的面積及體積變化規(guī)律。

4 結(jié)果分析

4.1 扁擔(dān)沙動(dòng)力地貌狀態(tài)

長江分汊河口的地貌狀態(tài)一般在上游大洪水的影響下會(huì)發(fā)生較大調(diào)整，相應(yīng)地引起河口淺灘發(fā)生大沖或大淤[7,21]。因而為便于分析，本文以1860年、1954年和1998年大洪水為界，將扁擔(dān)沙地貌變遷劃分為1860-1954年、1954-1998年和1998-2016年3個(gè)階段。

圖1 扁擔(dān)沙位置Fig. 1 The location of the Biandan Shoal

4.1.1 1860-1954年期間地貌演化格局

1860年之前，扁擔(dān)沙尚未出露水面。由于1860年大洪水影響，白茆沙南、北水道匯流后主流靠南岸下泄，洪水挾帶的大量泥沙在崇明島西南岸形成中間細(xì)、兩頭粗類似啞鈴的水下淺灘（圖2a），這是扁擔(dān)沙的雛形。在1861-1900年，北港-10 m等深線相應(yīng)向陸延伸，崇明水道受其頂沖而退縮，泥沙在崇明水道西北側(cè)發(fā)生迅速淤積，扁擔(dān)沙淺灘擴(kuò)展和淤高（圖2b）。在1900-1915年期間，崇明水道基本萎縮，扁擔(dān)沙淺灘-5 m等深線包絡(luò)范圍繼續(xù)增大，且呈舌狀向北港下游延伸，同時(shí)扁擔(dān)沙下部出現(xiàn)0 m成形沙體，中部已可出露水面，整體形成長約9 km、寬約2 km的紡錘形狀態(tài)（圖 2c）。

圖2 1860-1946年扁擔(dān)沙地貌形態(tài)Fig. 2 Morphology of the Biandan Shoal from 1860 to 1946

在1915-1927年期間，扁擔(dān)沙淺灘發(fā)育形成多處散亂的0 m包絡(luò)沙體。同時(shí)，扁擔(dān)沙沙尾發(fā)生沖刷，上扁擔(dān)沙頭出現(xiàn)淤積，整體上因沖刷縱深長度縮窄了3 km左右，其發(fā)育形成相對臃腫的紡錘形狀態(tài)，但錘形指向上游方向（圖2d）。之后由于1931年洪水作用，扁擔(dān)沙中部被洪水切灘而形成中央水道和新橋水道，扁擔(dān)沙進(jìn)一步萎縮（圖2e）。隨后幾年內(nèi)，上扁擔(dān)沙再次出現(xiàn)泥沙堆積和淤高現(xiàn)象，地貌形態(tài)上屬于邊灘沙嘴（圖2f）。此外，在1934-1954年期間，老白茆沙北水道加速淤淺、南水道發(fā)展迅速，白茆沙沖刷的部分沙體在向下游遷移過程中持續(xù)沉降和淤積在扁擔(dān)沙淺灘位置（圖2g，圖2h），最終在1958年扁擔(dān)沙上、下兩部分連成一體，成為分界南支主槽和新橋水道的江心沙洲（圖3a）。總體而言，1860-1954年期間，扁擔(dān)沙由水下陰灘成形擴(kuò)大，中部出露水面，隨后沙體東沖西淤形成紡錘體形態(tài)，之后再次經(jīng)歷沖刷-淤積形成大片扁擔(dān)沙嘴，期間伴隨著成形沙體出露。

4.1.2 1954-1998年期間地貌變化格局

在1954-1958年期間，扁擔(dān)沙出露沙體發(fā)生沖刷，導(dǎo)致高出水面的沙體縮窄且呈現(xiàn)狹長狀態(tài)，位于水下的-5 m等深線包絡(luò)沙體已經(jīng)基本呈扁擔(dān)狀在中央水道西北側(cè)展開（圖3a）。在1958-1965年期間，由于1964年大洪水，扁擔(dān)沙沙尾發(fā)生侵蝕形成指狀沙體，洲灘上提超過1 km（圖3b）。隨后受1973年洪水作用，扁擔(dān)沙發(fā)生沖刷并再次沉溺于水下形成寬闊淺灘。同時(shí)，扁擔(dān)沙切灘形成4～5條不等的潮汐通道（圖3c）。在1973-1980年期間，扁擔(dān)沙體先前的多條潮汐通道被不斷擴(kuò)大或填充，形成南門通道和新橋通道，且以南門通道為界，整個(gè)扁擔(dān)沙被分為上、下扁擔(dān)沙體（圖 3d）。

顯然，1954-1998年期間，扁擔(dān)沙主體軸線走向、基本長度以及總體規(guī)?；痉€(wěn)定，類似細(xì)長扁擔(dān)狀橫亙在南支河段（圖4）。上扁擔(dān)沙-5 m等深線輪廓基本保持不變，但存在輕度侵蝕北移并形成小竄溝（圖4）。下扁擔(dān)沙在此階段變動(dòng)較為頻繁，其中-5 m等深線向北偏，沙尾頻繁上提下移。

4.1.3 1998-2016年期間地貌變化狀態(tài)

圖3 1958-1980年扁擔(dān)沙地貌形態(tài)Fig. 3 Morphology of the Biandan Shoal from 1958 to 1980

圖4 1958-2016年扁擔(dān)沙-2 m與-5 m等深線形態(tài)變化狀態(tài)Fig. 4 Evolution of -2 m and -5 m isobaths of the Biandan Shoal from 1958 to 2016

因1998年和1999年兩次洪水影響，扁擔(dān)沙-2 m等深線以淺范圍顯著減小，下扁擔(dān)沙尾部出現(xiàn)竄溝切灘，形成新新橋通道和新橋沙，上扁擔(dān)沙基本穩(wěn)定。其中上扁擔(dān)沙除沙體下部在1998-2003年間略有沖刷遷移外，整體基本保持穩(wěn)定，-5 m等深線位置變化不大。下扁擔(dān)沙在1998-2009年期間，持續(xù)保持穩(wěn)定淤長狀態(tài)，整體呈現(xiàn)向下游及北側(cè)擴(kuò)展趨勢（圖4e至圖4j）。期間，位于沙尾下方的新橋沙和新新橋通道經(jīng)歷了“形成-發(fā)育-萎縮”的過程，最終在2009年，新橋沙與下移扁擔(dān)沙主體連結(jié)，下扁擔(dān)沙形成類似“爪狀”沙體。隨后，在2013年和2016年，“爪狀”沙體的縫隙被不斷充填，縫隙處于消失狀態(tài)（圖4k至圖4l）。在2009-2016年期間，下扁擔(dān)沙仍保持淤長趨勢，但其主要表現(xiàn)在淤高灘面，而向南北兩側(cè)擴(kuò)展的趨勢有所停滯，-5 m等深線橫向基本保持穩(wěn)定，其沙尾部分仍在不斷向下游伸展（圖4j至圖4l）。同時(shí)，沙尾不斷受到水流切割，使得部分小沙體脫離沙尾，在附近形成獨(dú)立的小沙包。

自1860年大洪水后，扁擔(dān)沙在崇明南岸中部逐漸發(fā)育擴(kuò)大（圖5a），部分淺灘出露水面，在南支主槽落潮流與新橋水道漲潮流的影響下，水體漫灘切割扁擔(dān)沙淺灘形成多處竄溝以及通道，在1980年以南門通道為界，分扁擔(dān)沙為上、下兩部分（圖5b）。隨后，南門通道逐漸淤積萎縮，下扁擔(dān)沙沙尾被切灘形成了新新橋通道，同時(shí)小沙體脫落形成新橋沙（圖5c），之后伴隨著老竄溝和潮汐通道的淤積或消失，脫落沙體逐漸并灘，水流漫灘形成新的竄溝，上扁擔(dān)沙基本穩(wěn)定，下扁擔(dān)沙淤長下移（圖5d）。在現(xiàn)有環(huán)境動(dòng)力狀態(tài)下，扁擔(dān)沙持續(xù)下移的過程中，新的竄溝將消失而重新出現(xiàn)類似圖5a整體沙體，隨后，整體沙體因水流持續(xù)切割將再次形成類似南門通道的河槽（圖5b），從而開始繼續(xù)由通道隨后淤積變小，沙尾切割等的地貌循環(huán)演化模式（圖5）。

4.2 扁擔(dān)沙區(qū)域海床沖淤特征

考慮到扁擔(dān)沙變遷頻繁，為力求較好地反映扁擔(dān)沙地貌沖淤過程，對覆蓋扁擔(dān)沙整個(gè)頻繁遷移變動(dòng)的區(qū)域進(jìn)行沖淤分析，區(qū)域全長約41 km，總面積超過256 km2（圖 6）。自 1958-2016 年期間，1992-1997 年和2003-2007年內(nèi)出現(xiàn)大幅度淤積，淤積幅度平均可達(dá)0.23 m和0.47 m，1998年出現(xiàn)大幅度沖刷，沖刷厚度平均達(dá)到1.4 m，其余年份基本維持在-0.29 ～0.14 m之間擺動(dòng)（圖 7）。

在1958-1997年期間，扁擔(dān)沙中上部出現(xiàn)淤積加高，下沙雖然出現(xiàn)過微弱沖刷情況，但總體上是處于淤積狀態(tài)。1998年，扁擔(dān)沙區(qū)域發(fā)生大面積沖刷，沖刷總量多達(dá)3.6億m3，1999年則整體處于淤積狀態(tài)。1999年以后，扁擔(dān)沙區(qū)域處于沖淤交替狀態(tài)，但總體上淤積，平均淤厚0.1 m，尤其在2003-2007年期間，扁擔(dān)沙快速淤長1.2億m3。同時(shí)，1999年以后下扁擔(dān)沙尾部遭受水流切灘，小沙體脫離沙尾，形成新橋沙和新新橋通道，新新橋通道在2001-2009年期間，經(jīng)歷了“形成-發(fā)育-萎縮”的過程。2013-2016年，扁擔(dān)沙整體年均淤長近0.36億m3，特別是下扁擔(dān)沙中下部自2009年后一直處于淤積狀態(tài)，新橋沙逐漸淤積擴(kuò)大直至與下移的扁擔(dān)沙主體連結(jié)（圖6，圖7）。由此可見，扁擔(dān)沙在1958-2016年期間處于淤積-沖刷-淤積等反復(fù)交替變化的過程。

圖5 扁擔(dān)沙演化模式Fig. 5 The geomorphologic cycle patterns of the Biandan Shoal

圖6 1958-2016年扁擔(dān)沙沖淤變化（單位：m）Fig. 6 Bathymetric changes of the Biandan Shoal during the different periods from 1958 to 2016 (unit： m)

4.3 扁擔(dān)沙面積與體積變化過程

圖7 1958-2016年扁擔(dān)沙年平均沖淤變化Fig. 7 The yearly changes in accretion/erosion of the Biandan Shoal from 1958 to 2016

圖8 1958-2016年扁擔(dān)沙面積變化狀態(tài)Fig. 8 Yearly variations in area of the Biandan Shoal from 1958 to 2016

扁擔(dān)沙自1860年前后發(fā)育形成以來，在洪水以及周邊水道變遷影響下，沖刷和淤積反復(fù)交迭發(fā)生，盡管目前部分沙體已出露水面，但是大部分區(qū)域仍然是沉溺于水下。基于此，本文選擇定量分析扁擔(dān)沙-2 m和-5 m等深線包絡(luò)范圍的面積與體積變化。在1958-2016年期間，扁擔(dān)沙-2 m、-5 m等深線在不斷地變化移動(dòng)中，相應(yīng)的包絡(luò)面積也有增有減，但整體上均處于增長態(tài)勢（圖8）。自1958-2016年，扁擔(dān)沙-2 m等深線以淺淺灘面積年均增長率為0.88 km2/a。其中1958-1997年期間從20 km2迅速增長至近69 km2。相反，1998年內(nèi)-2 m等深線包絡(luò)面積銳減至不足25 km2，隨后幾年基本保持在20～25 km2波動(dòng)變化，2007年迅速擴(kuò)大到近75 km2，之后幾年變化不大，維持在70 km2左右（圖8a）。1958年扁擔(dān)沙-5 m等深線包絡(luò)的淺灘面積約80 km2，隨后持續(xù)保持波動(dòng)增長，直至2016年面積已達(dá)近130 km2，年均增長率達(dá)0.81 km2/a（圖8b）。其中上扁擔(dān)沙面積自1958年的17 km2增加到1992年的41 km2，隨后直至2016年雖有增加趨勢，但總體變化不大，基本維持31～36 km2，整體年均增長率為0.33 km2/a(圖8c)。下扁擔(dān)沙面積約為上扁擔(dān)沙面積的2～3倍，處于頻繁的變化狀態(tài)，自1958-2016年，下扁擔(dān)沙面積由63 km2增加到91 km2，年均增長率約 0.48 km2/a（圖 8d）。

扁擔(dān)沙面積變化反映了其在平面上的空間遷移狀態(tài)，扁擔(dān)沙體積則表征其在空間垂向上的淤積狀態(tài)。受限于淺灘觀測儀器，體積變化計(jì)算會(huì)有一定的誤差。扁擔(dān)沙-2 m等深線以淺淺灘的體積與其面積的變化趨勢類似，自1958年至2016年總體上處于增長擴(kuò)大狀態(tài)，年均增長率達(dá)1.3×106m3/a。其中，1958年扁擔(dān)沙-2 m等深線以淺的淺灘體積約1.9×107m3，隨后幾年略有縮小，直至1997年急劇增長到8.5×107m3。相反地，1998年體積急劇減小至1.5×107m3，之后幾年內(nèi)體積變化并不大。而在2007年增加到近1.3×108m3后，體積持續(xù)減小，直至 2016 年為 9.3×107m3（圖 9a）。同樣地，扁擔(dān)沙-5 m等深線包絡(luò)的體積類似其面積的變化，總體上處于增長態(tài)勢，年均增長率達(dá)到5×106m3/a。期間，1958 年扁擔(dān)沙體積約 1.5×108m3，隨后到1984年急劇增長為2.2×108m3，直至1997年達(dá)到了3.7×108m3，體積增加至近1.5倍。而在1998年，扁擔(dān)沙體積減小到2×108m3，之后幾年變動(dòng)不大。2007年體積急劇增大到4.4×108m3，隨后雖有所減小，但目前又增加到了4.4×108m3（圖9b）。在1958-1997年期間，上扁擔(dān)沙體積處于迅速增長狀態(tài)，由最初的 3.5×107m3快速增長至 1.5×108m3。而在1998年，上扁擔(dān)沙體積急劇減小到6.9×107m3，之后持續(xù)增長，2016 年體積已達(dá)到 1.6×108m3（圖 9c）。與此同時(shí)，下扁擔(dān)沙體積從1958年的1.1×108m3增加到1997年的2.3×108m3，雖然1998-2003年期間下扁擔(dān)沙體積減小到1.1×108m3左右，但于2007年再次出現(xiàn)增長，達(dá)到2.8×108m3，隨后幾年雖有小幅波動(dòng)減小，但在 2016 年仍增長到 2.8×108m3（圖 9d）。此外，值得提及的是在1997年和2007年扁擔(dān)沙面積和體積監(jiān)測數(shù)值都明顯偏高（圖8，圖9）。

5 討論

5.1 長江來水來沙的影響

由于高強(qiáng)度人類活動(dòng)改變河流系統(tǒng)，長江入海泥沙近年來急劇減少[22-23]。根據(jù)大通站近60年的水沙變化（圖10），三峽大壩2003年開始調(diào)蓄運(yùn)行之后，長江洪季入海流量有所下降，枯季入海流量相應(yīng)增加，入海泥沙則出現(xiàn)急劇減少，由先前年均近5億t銳減到目前年均1.5億t，減少了近70%。

由扁擔(dān)沙-5 m等深線以淺年均體積變化與大通站年均流量和輸沙量之間的關(guān)系表明（圖11），相較于大通站年均輸沙量，扁擔(dān)沙體積變化與其年均流量之間的關(guān)聯(lián)更為密切，即徑流量增大，扁擔(dān)沙體積有所減小，反之則增大（圖11a）。這在扁擔(dān)沙長期地貌演變上有明顯反映，如經(jīng)歷1931年、1969年、1973年，以及1998年洪水，扁擔(dān)沙被切灘形成竄溝或汊道，導(dǎo)致扁擔(dān)沙整體沖刷而體積減小。以1998年為例，由于長江中下游強(qiáng)降雨，大通站年均流量已超過3.9×104m3/s，明顯高于其他年份，其中7月和8月的月均徑流量超過了7×104m3/s，1998年長江口各汊道分流分沙比發(fā)生較大調(diào)整，進(jìn)入南支流量增加，水動(dòng)力增強(qiáng)，扁擔(dān)沙沙尾出現(xiàn)切割形成多處竄溝，持續(xù)發(fā)育形成了新新橋通道和新橋沙，扁擔(dān)沙整體因沖刷而體積大幅減小。

此外，長江年均入海泥沙量與扁擔(dān)沙年均體積變化沒有必然聯(lián)系（圖11b）。即使長江入海泥沙急劇減少，但扁擔(dān)沙并沒有出現(xiàn)相應(yīng)侵蝕。近60年來，在長江入海泥沙量銳減70%的情境下（圖10），扁擔(dān)沙的體積整體上仍以5×106m3/a的速率在逐漸增長（圖9b）。在1999-2003年期間，入海泥沙量年均減少近1.1億t，扁擔(dān)沙體積年均減小0.04億m3，而2003-2007年期間，入海泥沙量持續(xù)減少，扁擔(dān)沙大面積發(fā)生淤積，體積年均增加0.61億m3。因此，扁擔(dān)沙體積的變化并非直接受控于長江入海泥沙的增減。

圖9 1958-2016年扁擔(dān)沙體積變化狀態(tài)Fig. 9 Yearly variations in volume of the Biandan Shoal from 1958 to 2016

圖10 大通站年均流量和輸沙量變化Fig. 10 Yearly water and sediment discharges at the Datong Station

圖11 扁擔(dān)沙年均體積變化與大通站年均流量、輸沙量的關(guān)系Fig. 11 Relations between yearly volume changes of the Biandan Shoal and yearly water and sediment discharges at the Datong Station

5.2 白茆沙水道影響

白茆沙河段是南支上段典型的江心洲河型，上起徐六涇下至七丫口，全長約35 km，由白茆沙分為南、北兩個(gè)水道，兩股水流在七丫口匯流后進(jìn)入南支主槽[21,24-25]。長江入海泥沙進(jìn)入南支首先分走白茆沙南、北水道，其中部分泥沙因處于南、北支口緩流區(qū)而沉降于白茆沙。白茆沙沖刷或水流切灘脫落的沙體以及經(jīng)白茆沙南、北水道輸送的入海泥沙是扁擔(dān)沙的主要泥沙來源之一。同時(shí)，在洪季一個(gè)潮周期內(nèi)，新橋水道的漲潮流速大于南支的漲潮流速，而新橋水道的落潮流速小于南支的落潮流速[26]。那么，類如1934年、1954年大洪水作用下，白茆沙沖刷的沙體在向下游輸運(yùn)過程中受到南支與新橋水道之間漲落潮比降差異影響，被橫向輸運(yùn)并沉降于扁擔(dān)沙淺灘位置，使得扁擔(dān)沙淤長擴(kuò)展。

根據(jù)選取的白茆沙上段S1、中段S2兩個(gè)斷面變化表明（圖1，圖12），白茆沙北水道過水能力逐漸減弱，水道趨于萎縮，南水道過流能力持續(xù)增強(qiáng)，水道快速發(fā)展，近期南水道分流比占70%左右[27]，這種“南強(qiáng)北弱”的河勢發(fā)展，易引起扁擔(dān)沙向北偏移。1954年因洪水作用誘發(fā)白茆沙北水道淤淺，南水道迅速發(fā)展，白茆沙沖刷下移導(dǎo)致東風(fēng)西沙淤漲并出露水面，為上扁擔(dān)沙的淤漲擴(kuò)大提供了有利條件。1980年后，白茆沙北水道繼續(xù)萎縮，南水道過水能力持續(xù)增強(qiáng)，其主流在七丫口挑流后向北偏移，使得扁擔(dān)沙上沖下淤，上扁擔(dān)沙南側(cè)易形成竄溝。加之，在科氏力作用下漲潮流偏向北岸，新橋水道北邊坡（靠近崇明一側(cè)）坡度明顯大于南邊坡的坡度[26，28]，導(dǎo)致扁擔(dān)沙整體向崇明島推進(jìn)發(fā)展（圖4）。

5.3 局部工程的影響

扁擔(dān)沙的發(fā)育變遷一方面是由于長期的自然演變，另一方面也是受到高強(qiáng)度的人類活動(dòng)影響，局部工程的實(shí)施在一定程度上將通過影響河勢變化而對扁擔(dān)沙沖淤變化造成影響。覆蓋扁擔(dān)沙區(qū)域的河口工程主要包括南北港分流口工程和東風(fēng)西沙水庫工程。

南北港分流口工程包括2006-2009年相繼實(shí)施并完工的中央沙圈圍工程、新瀏河沙護(hù)灘工程和南沙頭通道（下端）潛壩限流工程等[29]。工程實(shí)施后，改善了南北港劇烈的灘槽變化，南北港的分流點(diǎn)基本穩(wěn)定在新瀏河沙沙頭[30]，同時(shí)分流分沙比也逐漸趨于穩(wěn)定，近期南北港分流分沙比均維持在50%左右，上下波動(dòng)不超過10%（圖13a，圖13b）。工程建設(shè)導(dǎo)致新橋通道南側(cè)較為穩(wěn)定，2009年后北港分流比增加（圖13a），進(jìn)入新橋通道的流量增加，泄流通暢，使得扁擔(dān)沙在淤長下移過程中（圖13c），沙尾易被水流切灘形成多處竄溝，甚至部分沙體脫落，引起沙體切割上提（圖 4k）。

圖12 白茆沙上段和中段的斷面圖Fig. 12 Bathymetric changes along the Section S1 and Section S2

圖13 南北港分流口分流、分沙比和沙尾年均移動(dòng)距離Fig. 13 The water and sediment discharge ratios in the South Channel and North Channel

同時(shí)，東風(fēng)西沙水庫的建設(shè)對扁擔(dān)沙變遷也造成了一定影響。水庫修建于崇明島西南角，扁擔(dān)沙上部的廟港附近河段，總有效庫容達(dá)到890萬m3，總面積約為3.88萬m2，于2011年開始動(dòng)工，2014年正式開始蓄水投入使用[31-32]。東風(fēng)西沙水庫的實(shí)施對扁擔(dān)沙的影響主要包括：（1）水庫構(gòu)建后攔截了原本由東風(fēng)西沙北側(cè)汊道進(jìn)入新橋水道的水體，這就可能導(dǎo)致新橋水道河槽出現(xiàn)淤積，加速上扁擔(dān)沙向北偏轉(zhuǎn)；（2）同時(shí)，水庫構(gòu)建后導(dǎo)致東風(fēng)西沙漫灘水沙在淤高東風(fēng)西沙的同時(shí)會(huì)進(jìn)一步淤淺東風(fēng)西沙和上扁擔(dān)沙之間的竄溝，那么在落潮漫灘水流影響下將引起扁擔(dān)沙出現(xiàn)淤高現(xiàn)象，在2009年、2014年、2017年的遙感影像上可以明顯看到上扁擔(dān)沙頭部已經(jīng)出現(xiàn)淤高及竄溝趨于消失（圖 14）。

圖14 東風(fēng)西沙水庫構(gòu)建前后的遙感影像對比Fig. 14 Remote sensing images that show the projects of the Dongfengxisha Reservoir

6 結(jié)論

基于最近150多年的歷史海圖資料與長期實(shí)測地形數(shù)據(jù)，分析長江口扁擔(dān)沙淺灘的沖淤變化與地貌演變特征，得出以下結(jié)論：

（1）以長江發(fā)生大洪水年份為界，扁擔(dān)沙地貌變遷可分為1860-1954年、1954-1998年以及1998-2016年3個(gè)階段。其中1860-1954年期間，扁擔(dān)沙由最初的水下陰灘成形擴(kuò)大，中部出露水面，東沖西淤形成紡錘體形態(tài)；1954-1998年，扁擔(dān)沙因沖刷被切灘形成多條潮汐通道，之后不斷擴(kuò)大或填充，最終以南門通道為界分為上、下兩部分，其整體形態(tài)基本穩(wěn)定即類似扁擔(dān)狀橫亙在南支河段；1998-2016年，其-5 m等深線持續(xù)向北遷移，伴隨著新新橋通道和新橋沙的“形成-發(fā)育-萎縮”，下扁擔(dān)沙沙尾形成類似“爪狀”沙體，隨后不斷淤長下移，“爪狀”沙體縫隙被不斷填充。

（2）1958-2016期間，扁擔(dān)沙-2 m、-5 m等深線包絡(luò)的面積與體積整體上均呈現(xiàn)增長態(tài)勢，其中面積年均增長率分別為0.88 km2/a和0.81 km2/a，體積年均增長率分別為1.3×106m3/a和5×106m3/a。扁擔(dān)沙淺灘在不同時(shí)期沖淤變化不同，1997年和2007年出現(xiàn)大幅度淤積，淤積厚度分別可達(dá)平均0.23 m和0.47 m，1998年出現(xiàn)平均約1.4 m的大幅度沖刷，其余年份基本維持在小幅沖淤波動(dòng)變化狀態(tài)。

（3）扁擔(dān)沙體積變化并非直接受控于長江入海泥沙的增減，但與入海徑流量的變化密切相關(guān)，徑流量增大，體積減小，反之則增大；白茆沙“南強(qiáng)北弱”的河勢現(xiàn)狀引起扁擔(dān)沙向北偏移，南側(cè)易被沖刷形成竄溝；此外，南北港分流口工程引起新橋通道流量增加，造成扁擔(dān)沙沙尾切割上提，以及東風(fēng)西沙水庫的建設(shè)攔截了原本進(jìn)入新橋水道的水體，就可能導(dǎo)致新橋水道河槽出現(xiàn)淤積，加速扁擔(dān)沙向北偏移。