長(zhǎng)江口南匯邊灘沖淤演變的多因子分析

付桂 嚴(yán)超

摘 要：南匯邊灘位于長(zhǎng)江口和杭州灣的交匯地帶，近年來(lái)由于促淤圈圍工程導(dǎo)致其水沙輸移及河勢(shì)沖淤發(fā)生了顯著變化。本文主要對(duì)引起南匯邊灘沖淤演變的多因子進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明：南匯邊灘周邊圈圍工程的興建和特定的灘槽水沙交換的平面環(huán)流輸沙系統(tǒng)是造成南匯邊灘年際沖淤變化的主要因素;自然條件變化如流域來(lái)水來(lái)沙、潮流、潮差、波浪、水體含沙量、海平面變化是引起南匯邊灘季節(jié)性變化的原因。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)江口;南匯邊灘;潮灘沖淤變化;促淤圈圍工程;平面環(huán)流

中圖分類號(hào)：U617 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2020）08-0141-03

南匯邊灘位于長(zhǎng)江口和杭州灣的交匯地帶，長(zhǎng)江口段為南匯東灘，杭州灣段稱南匯南灘，南匯邊灘受長(zhǎng)江口與杭州灣水沙交換相互影響。二十世紀(jì)以來(lái)，南匯東灘實(shí)施了促淤圈圍工程如南匯東灘五期圈圍工程（2004-2006年）、浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)外側(cè)促淤工程（2007-2009年）等，長(zhǎng)江口北槽深水航道建設(shè)（1998-2010年）等重大工程項(xiàng)目。工程實(shí)施改變了原邊界，使得邊灘河床發(fā)生新的沖淤變化。根據(jù)筆者對(duì)2006-2008年南匯邊灘短期沖淤變化研究[1]，總體表現(xiàn)為：年度上南匯東灘以淤長(zhǎng)為主，南匯南灘以沖刷為主。不同季節(jié)南匯邊灘沖淤變化過(guò)程存在很大差異：平面上，南匯邊灘等深線夏、冬季以淤進(jìn)為主，春、秋季以蝕退為主;垂向上，南匯東灘斷面呈春夏秋沖淤交替、冬季淤積的態(tài)勢(shì)，南匯嘴斷面呈秋季沖刷、冬夏季淤積的態(tài)勢(shì)，而位于南匯南灘的斷面則呈秋冬季沖刷、春夏季淤積態(tài)勢(shì)。

國(guó)內(nèi)學(xué)者研究方向側(cè)重于南匯邊灘水沙輸移和沖淤演變等方面[1-17]，但未對(duì)引起南匯邊灘沖淤演變的影響因子進(jìn)行深入分析。本文將基于研究區(qū)域內(nèi)的邊灘邊界變化、沉積動(dòng)力特征、自然條件變化等資料，對(duì)影響南匯邊灘沖淤演變的多因子進(jìn)行分析，探討其沖淤演變機(jī)制，為南匯邊灘的岸灘資源可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 南匯邊灘年際沖淤演變機(jī)制探討

1.1 潮灘沖淤變化對(duì)促淤圈圍工程的響應(yīng)

20世紀(jì)90年代以來(lái)，南匯邊灘實(shí)施了多期促淤圈圍工程，其中在2004-2006年實(shí)施了南匯東灘五期圈圍工程，在2007-2009年實(shí)施了浦東機(jī)場(chǎng)外側(cè)促淤工程。工程實(shí)施改變了原邊界，使得南匯邊灘河床發(fā)生新的沖淤變化。南匯東灘五期圈圍工程于2006年完成，短期內(nèi)南匯邊灘處于調(diào)整階段，岸線外推后南匯東灘平均流速較工程前總體增加，引起堤壩外側(cè)海域挾沙能力增強(qiáng)，造成南匯東灘2006-2007年大范圍的沖刷;2007-2008年南匯邊灘水動(dòng)力調(diào)整后，恢復(fù)到以前的沖淤環(huán)境，南匯東灘灘面仍以淤積為主。此外2007-2009年期間實(shí)施了機(jī)場(chǎng)外側(cè)促淤工程，圈圍工程南圍堤必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)弱流影壁區(qū)，從而有利于懸沙在此落淤，實(shí)測(cè)等深線淤漲外推與此關(guān)系密切（見(jiàn)圖1）?？梢?jiàn)，南匯邊灘年際沖淤演變主要與近期促淤圈圍工程的實(shí)施有關(guān)，年際潮灘沖淤變化對(duì)于促淤圈圍工程的響應(yīng)是相對(duì)比較敏感的。

1.2 潮灘沖淤變化對(duì)平面環(huán)流輸沙系統(tǒng)的響應(yīng)

南匯邊灘處于長(zhǎng)江口與杭州灣交匯地帶，受兩股潮流相互影響，南匯邊灘有徑流輸沙和漲潮回輸泥沙的雙重補(bǔ)給，在這些水流泥沙動(dòng)力的相互作用下，南匯邊灘在平面上形成了3個(gè)泥沙輸移系統(tǒng)，詳見(jiàn)圖2。

總體上表現(xiàn)為淺水灘進(jìn)沙，深水灘和主槽出沙，在平面上南匯東灘漲落潮優(yōu)勢(shì)流、優(yōu)勢(shì)沙組成二個(gè)順時(shí)針環(huán)流和輸沙系統(tǒng)，此種流態(tài)和輸沙系統(tǒng)是南匯東灘大面積圈圍后恢復(fù)淤漲的基本動(dòng)力條件。南匯嘴水域淺灘在2-5m等深線范圍內(nèi)下凈輸沙方向指向杭州灣，5m等深線凈輸沙向南槽，形成了一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻哪嗌齿斠骗h(huán)流系統(tǒng)，使得南匯嘴水域2-5m線總體向外淤漲。南匯南灘凈輸沙方向?yàn)楹贾轂潮卑队蓶|向西方向，即長(zhǎng)江口落潮水流攜帶泥沙通過(guò)南灘近岸輸向杭州灣，因此當(dāng)長(zhǎng)江口泥沙來(lái)源減少時(shí)，南匯南灘將轉(zhuǎn)入沖刷期?？梢?jiàn)，南匯邊灘特定的灘槽水沙交換的平面環(huán)流輸沙系統(tǒng)是造成南匯東灘淤漲、南匯南灘沖刷的主要因素，年際潮灘沖淤變化對(duì)于平面環(huán)流輸沙系統(tǒng)的響應(yīng)最為直接。

2南匯邊灘季節(jié)性沖淤演變機(jī)制探討

2.1 潮灘沖淤變化對(duì)流域來(lái)水來(lái)沙的響應(yīng)

南匯邊灘的泥沙來(lái)源為長(zhǎng)江口入海泥沙。長(zhǎng)江入海徑流量和輸沙量具有顯著的季節(jié)性差異。圖3為大通站長(zhǎng)江2007年和2008年徑流量及輸沙量的月變化情況，可以看出長(zhǎng)江徑流量及輸沙量洪季較大，枯季較小，其中月平均徑流量及輸沙量最大的為8月份，最小的是2月份。由前面的南匯邊灘斷面季節(jié)性沖淤變化分析可知：冬夏季以淤進(jìn)為主、春秋季以蝕退為主。南匯邊灘的沖淤與長(zhǎng)江下泄的水沙量之間存在著良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系：2007年11月至2008年3月（冬季），長(zhǎng)江下泄的月均水沙量逐漸增加，從而引起南匯邊灘的淤積;2008年3月至2008年5月（春季），長(zhǎng)江下泄的水沙量先增加后減少，從而引起南匯邊灘由緩慢淤積向沖刷的轉(zhuǎn)變;2008年5月至2008年9月，長(zhǎng)江口水沙量快速上升，由于巨量水沙下泄，引起南匯邊灘大幅度淤積;而從2008年9月至2008年11月，由于長(zhǎng)江口水沙量的迅速減少，從而造成南匯邊灘由快速淤漲向快速?zèng)_刷的轉(zhuǎn)變。由此可見(jiàn)，南匯邊灘的沖淤對(duì)流域來(lái)水來(lái)沙條件的變化具有敏感的響應(yīng)。

2.2 潮灘沖淤變化對(duì)潮流及潮差的響應(yīng)

長(zhǎng)江口區(qū)水域潮流的入射方向決定了泥沙進(jìn)入方向，從潮流方向來(lái)看，潮流的入射方向與南匯邊灘的東南伸展走向基本一致，且潮流的作用在南匯東灘及南匯南灘差異明顯，使得南匯邊灘在垂直岸線變化上要大于平行岸線。潮流對(duì)南匯邊灘輸沙起著重要的作用，當(dāng)潮流切應(yīng)力大于表層沉積物的臨界起動(dòng)剪切應(yīng)力，表層沉積物在漲落潮流的作用下發(fā)生輸運(yùn)，直到在低流速時(shí)，潮流剪切應(yīng)力小于臨界沉降剪切應(yīng)力時(shí)再次沉降。因此，潮流作用也是造成南匯東灘淤積、南匯南灘侵蝕的原因之一。

此外，潮差的變化與潮灘的沖淤變化基本相對(duì)應(yīng)，當(dāng)潮差較大時(shí)潮灘基本是以侵蝕為主，而潮差小則表現(xiàn)為淤積。南匯邊灘的潮位可通過(guò)東灘中浚站和南灘的蘆潮港站潮汐特征值（見(jiàn)表1）來(lái)分析，在高潮位時(shí)蘆潮港潮位高于中浚站，低潮位時(shí)蘆潮港潮位要低于中浚站，由此產(chǎn)生水面橫比降，影響著長(zhǎng)江口和杭州灣之間的水流和泥沙交換。從表中還可以看出，中浚站的潮差較南匯南灘蘆潮港站的潮差小，這是導(dǎo)致南匯東灘淤積南匯南灘沖刷的因素之一。

2.3 潮灘沖淤變化對(duì)波浪的響應(yīng)

南匯邊灘地處長(zhǎng)江河口開(kāi)敞地帶，沉積物易受波浪掀沙、潮流輸沙作用，從而導(dǎo)致潮灘灘面的侵蝕變化。為深入了解南匯邊灘波浪掀沙機(jī)理，通過(guò)計(jì)算淺灘段沉積物臨界起動(dòng)切應(yīng)力及波浪剪切應(yīng)力，判斷潮灘沖淤變化對(duì)波浪的響應(yīng)[18-20]。本文利用2005年8月“麥莎”臺(tái)風(fēng)期間及其前后的風(fēng)浪過(guò)程平均特征值數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù)，計(jì)算的沉積物臨界起動(dòng)切應(yīng)力在0.08～0.14N·m-2之間，平均為0.11N·m-2，波浪測(cè)點(diǎn)計(jì)算后的波浪剪切應(yīng)力在1.2～2.2N·m-2之間，平均為1.7N·m-2?？梢钥闯觯翰ɡ思羟袘?yīng)力大于表層沉積物的臨界起動(dòng)剪切應(yīng)力，表層沉積物在波浪作用下易被掀動(dòng)且在潮流作用下輸沙，從而導(dǎo)致潮灘發(fā)生侵蝕，故南匯潮灘的沖淤變化與波浪掀沙有關(guān)。

南匯東灘主要以黏土質(zhì)粉砂及粉砂為主，水深較淺，波浪可輕易將水深1m以淺的沉積物掀起，東灘的潮灘沖淤對(duì)波浪作用比較敏感;南匯南灘沉積物普遍較粗，主要以粉砂及細(xì)沙為主，水深較深，波浪對(duì)南灘潮灘沉積物作用有限，需要更大波級(jí)的波浪作用才能將其起動(dòng)。位于南匯邊灘的水下沙嘴向東南突出，受春季SE—SSE浪向及秋季NE—NNE浪向作用影響較大，突出的地形受因波浪直接入射引起波能輻聚，易受沖刷，從而導(dǎo)致了南匯東灘春秋季節(jié)以沖刷為主。

2.4 潮灘沖淤變化對(duì)水體含沙量的響應(yīng)

泥沙補(bǔ)給是岸灘淤漲必要條件，從圖4可以看出，南匯邊灘近岸水域高潮時(shí)刻冬季含沙量偏高，春季含沙量呈逐月減少趨勢(shì)，夏季含沙量呈逐月增加趨勢(shì)。這一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，正好與南匯邊灘季節(jié)性的沖淤變化規(guī)律相符，冬季水體含沙量最大，泥沙補(bǔ)給充足，恰好迎來(lái)南匯邊灘淤漲期;春季含沙量呈逐月減少趨勢(shì)，泥沙補(bǔ)給逐漸減少，導(dǎo)致南匯邊灘沖刷;夏季含沙量逐月增加，泥沙補(bǔ)給逐漸增加，南匯邊灘又重新恢復(fù)淤漲。因此，南匯邊灘的沖淤與水體含沙量的補(bǔ)給是密不可分的。

2.5 潮灘沖淤變化對(duì)海平面升降的響應(yīng)

海平面上升會(huì)導(dǎo)致潮灘過(guò)水面積增大，灘面水深變深，相應(yīng)潮間帶水動(dòng)力增強(qiáng)，不利于灘面懸沙落淤[21-22]。南匯邊灘的沖淤與上海沿海海平面變化之間也存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系：通過(guò)圖5可以看出，冬春季節(jié)（2007年11月至2008年5月）上海沿海海平面比常年低，以2月份為全年最低，比常年低160毫米，從而有利于冬季淤積態(tài)勢(shì)形成;夏秋季節(jié)（2008年5月至2008年12月）上海沿海各月海平面均高于常年同期，其中9月份海平面為全年最高，比常年高250毫米以上，海平面的明顯上升會(huì)使得南匯邊灘潮差和波高增大，從而進(jìn)一步加大南匯邊灘洪季的沖刷幅度。因此，南匯邊灘的季節(jié)性沖淤與海平面升降有關(guān)。

3 結(jié)論

（1）南匯邊灘周邊圈圍工程的興建和特定的灘槽水沙交換的平面環(huán)流輸沙系統(tǒng)是造成南匯邊灘年際沖淤變化的主要因素。

（2）南匯邊灘自然條件的變化如流域來(lái)水來(lái)沙、潮流、潮差、波浪、水體含沙量、海平面變化是引起邊灘季節(jié)性變化的原因。

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