徑流變化下長(zhǎng)江口多分汊系統(tǒng)沖淤分布差異及動(dòng)力機(jī)制

朱博淵，劉凌峰，李江夏，程永舟，胡旭躍

(1. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)水利與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114；2. 水沙科學(xué)與水災(zāi)害防治湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410114)

潮汐分汊河口處于流域與海洋交匯區(qū)，其沖淤演變與沿海城市防洪、航運(yùn)及土地資源利用密切相關(guān)[1-3]。近70 a來(lái)流域興建水庫(kù)，顯著改變潮汐分汊河口上游水沙邊界條件，使得潮汐分汊河口呈現(xiàn)不同的沖淤演變過(guò)程。研究表明，水庫(kù)攔蓄泥沙導(dǎo)致年入海沙量減少，使得潮汐分汊河口水流挾沙次飽和，造成沖刷[4-5]。水庫(kù)攔蓄徑流導(dǎo)致年入海徑流量減少，對(duì)潮汐分汊河口的影響通常分為2種情況：一是導(dǎo)致河口水流挾沙能力降低，引發(fā)淤積[6]；二是導(dǎo)致河口漲潮流相對(duì)增強(qiáng)，既可能將更多口外泥沙掃入河口產(chǎn)生淤積[7]，也可能受增強(qiáng)的漲潮流作用而沖刷[8]。流域水庫(kù)除改變年入海水沙總量外，也調(diào)節(jié)入海徑流年內(nèi)分配過(guò)程[9-10]，徑流過(guò)程變化下潮汐分汊河口沖淤演變?nèi)绾雾憫?yīng)，當(dāng)前關(guān)注較少。

長(zhǎng)江口是亞洲第一大河口，呈多級(jí)分汊形態(tài)，圍繞長(zhǎng)江流域水庫(kù)建設(shè)對(duì)長(zhǎng)江口沖淤影響問(wèn)題已有大量研究成果。長(zhǎng)江上游梯級(jí)水庫(kù)群建設(shè)對(duì)年入海徑流量改變不大，但大幅減少年入海沙量，使得長(zhǎng)江口水下三角洲、前緣潮灘和南支至長(zhǎng)興島尾部區(qū)域由淤轉(zhuǎn)沖[2，11-12]。同時(shí)，水庫(kù)調(diào)平入海徑流年內(nèi)分配過(guò)程，使得洪水流量持續(xù)時(shí)間減少、中枯水流量持續(xù)時(shí)間增多[13]，洪水動(dòng)力減弱導(dǎo)致漲潮流向口內(nèi)輸沙增強(qiáng)，對(duì)長(zhǎng)江口整體和攔門(mén)沙區(qū)域維持淤積有利[13-14]。然而，潮汐分汊河口沖淤演變的主要特征表現(xiàn)為徑潮交互作用下汊道間橫向沖淤交替和泥沙沿各汊道縱向輸移、堆積[15-17]，徑流過(guò)程調(diào)平對(duì)長(zhǎng)江口多分汊系統(tǒng)內(nèi)橫向和縱向沖淤作用如何，缺乏研究。徑流過(guò)程調(diào)平已使得長(zhǎng)江中下游分汊河道的洪水汊呈淤積萎縮趨勢(shì)、枯水汊呈沖刷發(fā)展態(tài)勢(shì)[18-19]，亟待研究徑流過(guò)程調(diào)平對(duì)科氏力作用下長(zhǎng)江口“南興北衰”演變模式[20]的影響及造成的各汊縱向沖淤特征。

本文根據(jù)1950—2021年長(zhǎng)江口日均徑流流量系列、日均流域來(lái)沙量系列、汊道落潮分流比、落潮流量、流場(chǎng)分布、沿程潮位、滯流點(diǎn)位置、深水航道疏浚量和汊道地形等資料，分析不同徑流強(qiáng)度下南北汊道及各汊內(nèi)上、下游區(qū)段的沖淤差異，揭示多分汊系統(tǒng)內(nèi)橫向和縱向沖淤聯(lián)動(dòng)機(jī)制，預(yù)測(cè)沖淤趨勢(shì)。研究成果以期為深水航道治理、長(zhǎng)江口綜合治理和長(zhǎng)江上游大型梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度提供參考。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域概況

長(zhǎng)江口東西長(zhǎng)180 km，南北寬6～90 km，呈“三級(jí)分汊、四口入海”形態(tài)格局，崇明島處分為南北支，南支在長(zhǎng)興島和橫沙島處分為南北港，南港在九段沙處分為南北槽(圖1)。

圖1 研究區(qū)域示意Fig.1 Outline map of the study area

長(zhǎng)江口年徑流量約9 000億m3(1950—2021年)，多年變化不大(圖2(a))，但徑流年內(nèi)分配過(guò)程受流域梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度而坦化(圖2(b))。以三峽水庫(kù)蓄水時(shí)間為界，從蓄水前(1950—2002年)到蓄水后(2003—2021年)，洪水(大通站流量Q>50 000 m3/s)和枯水(Q<10 000 m3/s)流量級(jí)多年平均持續(xù)天數(shù)分別由34 d和36 d減少為24 d和2 d，中枯水(10 000

圖2 大通站水沙多年變化過(guò)程Fig.2 Multi-year variation in water and sediment fluxes at Datong station

長(zhǎng)江口工程眾多，其中北槽深水航道工程、北支圍墾工程和北港青草沙水源地工程(圖1)對(duì)汊道演變產(chǎn)生重要影響。北槽深水航道工程1998年開(kāi)工，一期工程起止時(shí)間為1998年1月至2001年6月，二期工程起止時(shí)間為2002年5月至2004年12月，三期工程起止時(shí)間為2006年9月至2010年3月，一、二期工程內(nèi)容包括雙導(dǎo)提、丁壩建設(shè)和疏浚，三期工程主要為疏浚(圖1)[23-24]。北支圍墾工程1958年開(kāi)始實(shí)施，顯著縮窄了河床邊界(圖1)[25-26]。北港青草沙水庫(kù)2007年開(kāi)始建設(shè)，位于北港進(jìn)口段，束窄了進(jìn)口邊界(圖1)[2，27]。

1.2 數(shù)據(jù)處理與研究方法

1.2.1徑流強(qiáng)度指標(biāo)

大通水文站為長(zhǎng)江干流最后一個(gè)具有長(zhǎng)期水沙觀測(cè)資料的站位，且大通以下無(wú)較大支流入?yún)R(圖1)，以其1950—2021年水沙系列代表流域進(jìn)入長(zhǎng)江口的水沙過(guò)程。統(tǒng)計(jì)大通站洪水流量級(jí)各時(shí)段多年平均持續(xù)天數(shù)，以衡量徑流對(duì)長(zhǎng)江口沖淤作用強(qiáng)度，考慮到長(zhǎng)江口造床流量為60 400 m3/s[15]，以60 000 m3/s以上流量多年平均持續(xù)天數(shù)(Da)為統(tǒng)計(jì)對(duì)象。

1.2.2滯流點(diǎn)位置

滯流點(diǎn)附近是泥沙集中落淤區(qū)域，其位置遷移影響長(zhǎng)江口汊道縱向沖淤，具體定義為在一個(gè)全潮過(guò)程中河槽水流近底層漲落潮凈流程為0的點(diǎn)[28-29]，用方程表示如下：

(1)

式中：S為一個(gè)全潮過(guò)程中河槽水流近底層某點(diǎn)凈流程，m；v為該點(diǎn)t時(shí)刻的流速矢量，m/s；T為一個(gè)全潮周期，s。

本文主要關(guān)注南北槽滯流點(diǎn)位置，不同時(shí)間滯流點(diǎn)位置及對(duì)應(yīng)大通站流量和中浚站潮差來(lái)源于文獻(xiàn)[30-33]。

1.2.3地形處理

汊道沖淤變化分析涉及多套水下地形測(cè)圖，其中，北支測(cè)圖年份為1978年、1991年、1998年、2001年、2007年和2013年，南支測(cè)圖年份為2002年、2007年、2013年和2017年，北港測(cè)圖年份為1997年、2002年、2007年和2013年，南港測(cè)圖年份為1997年、2002年和2007年，北槽和南槽測(cè)圖年份為1997年、2002年、2007年、2013年和2017年。地形測(cè)圖比尺范圍為1∶10 000～1∶120 000，測(cè)點(diǎn)密度范圍為37～171個(gè)/km2，對(duì)應(yīng)空間點(diǎn)距范圍為80～150 m。對(duì)地形測(cè)圖進(jìn)行數(shù)字化，投影坐標(biāo)系統(tǒng)為北京54坐標(biāo)系，并將高程基準(zhǔn)面統(tǒng)一為理論最低潮面。采用克里金空間插值法對(duì)數(shù)字化后地形測(cè)點(diǎn)進(jìn)行插值，生成連續(xù)地形，以計(jì)算汊道沖淤速率，對(duì)應(yīng)網(wǎng)格分辨率根據(jù)測(cè)點(diǎn)平均密度取為100 m×100 m。此外，還從各套地形中提取和從文獻(xiàn)[34-37]中收集汊道深泓高程。

北槽于1984年開(kāi)辟航道以來(lái)，以年疏浚量0.12億m3維持航深和航寬，1998年實(shí)施深水航道工程后，疏浚量顯著增大[2]。根據(jù)北槽各年疏浚量[2，38-39]，對(duì)北槽沖淤速率還原如式(2)，式中各參數(shù)取值見(jiàn)表1：

表1 北槽沖淤速率還原計(jì)算數(shù)據(jù)Table 1 Data for restoration calculation on erosion-deposition rate in North Passage 單位：億m3

(2)

式中：V為還原后北槽沖淤速率，m/a；E為根據(jù)某2 a地形直接計(jì)算得到的北槽沖淤量，m3；D為該2 a之間北槽總疏浚量，m3；A為計(jì)算區(qū)域面積，A=349.2 km2；P為相鄰2套地形的時(shí)間跨度，a。

2 汊道沖淤分布差異

2.1 橫向沖淤差異

表2顯示，除北支2001—2007年及2007—2013年、南支2002—2007年及2007—2013年和南槽1997—2002年及2002—2007年外，長(zhǎng)江口南北汊道橫向沖淤差異主要取決于Da，Da越大，北部汊道(北支、北港、北槽)落潮分流比越大，相應(yīng)沖刷/淤積速率越大/越小、或由淤轉(zhuǎn)沖、或沖刷/淤積速率大于/小于南部汊道；南部汊道(南支、南港、南槽)規(guī)律則相反。此外，南槽沖淤還受口外風(fēng)暴潮影響，2002—2007年、2007—2013年和2013—2017年3個(gè)時(shí)段對(duì)比，Da、南槽落潮分流比和沖淤速率取值雖符合南部汊道規(guī)律，但Da均維持低值、落潮分流比均維持高值條件下，南槽均維持淤積，原因?yàn)?個(gè)時(shí)段內(nèi)發(fā)生的系列風(fēng)暴潮攜帶口外泥沙進(jìn)入南槽[13-14]。表2中，V正值代表淤積、負(fù)值代表沖刷，北槽沖淤速率為根據(jù)航道疏浚還原后的結(jié)果；λ為汊道落潮分流比，定義為各級(jí)分汊中某汊落潮流量占兩汊落潮流量之和的比例。

表2 長(zhǎng)江口汊道V與Da、λ對(duì)應(yīng)關(guān)系Table 2 Relationship among V，Da and λ in branching channels of Yangtze Estuary

2.2 縱向沖淤差異

表3顯示長(zhǎng)江口南北汊道深泓分段平均高程變化過(guò)程(各汊分段剖分情況見(jiàn)圖1)，可以看出，除北支各時(shí)段和南支1998—2002年外，長(zhǎng)江口南北汊道內(nèi)部縱向沖淤差異主要取決于Da，隨Da增大，北部汊道(北支、北港、北槽)上段沖刷速率增大或淤積速率減小、下段沖刷速率減小或淤積速率增大，從而淤積重心向下游移動(dòng)；南部汊道(南支、南港、南槽)規(guī)律則相反。南北槽縱向沖淤還受深水航道整治工程和口外風(fēng)暴潮影響：北槽2007—2010年深泓受深水航道三期工程疏浚(圖1)影響顯著降低，2010—2019年深泓受南壩田擋沙堤加高工程實(shí)施、航道疏浚量減小和流域減沙[36，40]影響變幅明顯減??；南槽1997—2002年λ較小，但該時(shí)期北槽上段丁壩(圖1)增強(qiáng)了南槽落潮動(dòng)力，使得深泓整體沖低、集中于中上段(Ⅰ—Ⅱ)，2002—2007年下段深泓(Ⅲ)受口外風(fēng)暴潮掀沙影響[13-14]有所沖低。

表3 長(zhǎng)江口南北汊道深泓分段平均高程變化Table 3 Variation in segment-average thalweg elevation in branching channels of Yangtze Estuary

2.3 沖淤分布動(dòng)力機(jī)制

2.3.1橫向和縱向沖淤聯(lián)動(dòng)機(jī)制

圖3顯示，長(zhǎng)江口北支、北港、北槽落潮分流比均隨徑流流量增大而增大，南支、南港、南槽落潮分流比均隨徑流流量增大而減小。原因在于2個(gè)方面：一是落潮流自身慣性，在長(zhǎng)江口“南興北衰”自然模式下，南部汊道河底地形普遍較北部汊道低[20]，落潮流量越大水流慣性越大，流路趨直，利于北部汊道分流，落潮流量越小水流慣性越小，受地形束縛明顯，水流更易進(jìn)入南部汊道；二是長(zhǎng)江口南岸沿線有若干節(jié)點(diǎn)[15]，落潮流量越大，越利于節(jié)點(diǎn)將落潮主流挑向北部汊道。

圖3 長(zhǎng)江口各汊道λ隨Q和T0變化特征Fig.3 Variation in λ with runoff discharge (Q) and tidal range (T0) for branching channels of Yangtze Estuary

圖3提供了南北汊道落潮分流比與徑流流量(Q)和潮差(T0)的擬合關(guān)系，圖中潮差均根據(jù)3條港潮位站(圖1)觀測(cè)潮位求得，3條港潮位站靠近口門(mén)，可近似代表口門(mén)處潮汐動(dòng)力。以下3個(gè)方面的檢驗(yàn)結(jié)果反映出擬合方程的可靠性：① 相關(guān)系數(shù)(R2)均在0.6以上(甚至大于0.9)。② 方程表明北支、北港、北槽落潮分流比均隨徑流流量增大而增大、隨潮差增大而減??；南支、南港、南槽落潮分流比均隨徑流流量增大而減小、隨潮差增大而增大。③ 自南北支至南北槽，徑流流量和潮差貢獻(xiàn)權(quán)重(WQ、WT0)分別減小和增大(注：貢獻(xiàn)權(quán)重為Q或T0前系數(shù)絕對(duì)值與兩變量前系數(shù)絕對(duì)值之和的比值)。

綜合南北汊道落潮分流比對(duì)徑流流量和潮差變化的響應(yīng)關(guān)系，汊道沖淤有如下聯(lián)動(dòng)機(jī)制：徑流流量大時(shí)，各分汊口由南向北的橫向水位差大、落潮主流向北部汊道偏轉(zhuǎn)(圖4(a))，北部汊道落潮分流比大、落潮動(dòng)力強(qiáng)(圖4(a)、圖4(b))，漲潮動(dòng)力則相對(duì)減弱(圖4(b))，增強(qiáng)的落潮動(dòng)力使得北部汊道沖刷加劇或淤積減緩，且由于上段迎流頂沖，沖刷加劇或淤積減緩集中在上段，下段則受漲潮流頂托和上段沖刷泥沙補(bǔ)給而淤積加劇或沖刷減緩，導(dǎo)致淤積重心位于下段(圖4(b))；南部汊道落潮分流比小、落潮動(dòng)力弱(圖4(a)、圖4(b))，漲潮動(dòng)力則相對(duì)加強(qiáng)(圖4(b))，增強(qiáng)的漲潮動(dòng)力頂托落潮流、減小落潮流速的同時(shí)，也帶入口外泥沙，使得南部汊道淤積加劇或沖刷減緩，且由于下段漲潮流強(qiáng)勁、迎流頂沖，沖刷加劇或淤積減緩集中于下段，上段則受落潮流頂托和下段沖刷泥沙補(bǔ)給而淤積加劇或沖刷減緩，導(dǎo)致淤積重心位于上段(圖4(b))。徑流流量小時(shí)，南北汊道沖淤規(guī)律相反(圖4(a)、圖4(c))。(注：圖4(a)中2004—2007年洪季和枯季落潮流量、落潮分流比、流場(chǎng)分布和沿程潮位資料來(lái)源于上海河口海岸科學(xué)研究中心水文原型觀測(cè)資料匯編，同一種顏色的流速箭頭或數(shù)字代表同一時(shí)段資料)

2.3.2特定汊道問(wèn)題

北支整體沖淤：2007—2013年Da值較小，相比前一時(shí)段無(wú)明顯增大；λ值與前一時(shí)段相同，但由前一時(shí)段淤積變?yōu)樵摃r(shí)段沖刷(表2)，與圍墾工程有關(guān)，2001年以前圍墾集中于北支上段，2001年以后分布于北支整段(圖1)，顯著束窄了河床邊界、增強(qiáng)了河槽內(nèi)漲潮動(dòng)力，使得2007—2013年漲潮優(yōu)勢(shì)流更為明顯[26]，漲潮流從北支下段沖起大量泥沙(表3)，造成北支整體沖刷。

北支縱向沖淤(表3)：1978—1991年Da和λ值較小，淤積重心位于中下段(Ⅱ—Ⅲ)；1991—1998年Da值較大，λ值相應(yīng)增大，淤積重心位于上段(Ⅰ)；1998—2001年Da值進(jìn)一步增大，λ維持較大值，淤積重心仍位于上段(Ⅰ)。以上沖淤過(guò)程、特別是2個(gè)洪水時(shí)段的沖淤特征與2001年以前北支上段實(shí)施的圍墾工程有關(guān)，圍墾對(duì)上段具有顯著促淤效應(yīng)(圖1)。2001—2007年Da值大幅減小，λ變?yōu)樨?fù)值，即倒灌南支，淤積重心位于中下段(Ⅱ—Ⅲ)，與2001年以后北支下段圍墾工程促淤效應(yīng)有關(guān)(圖1)；2007—2013年Da維持小值，λ維持負(fù)值，淤積重心位于上段(Ⅰ)，原因在于該時(shí)期北支上下段圍墾工程均基本完成，束窄河道邊界(圖1)，對(duì)漲潮動(dòng)力具有強(qiáng)化作用[26]，且該時(shí)期徑流動(dòng)力較弱，使得北支倒灌南支，中下段床面泥沙被強(qiáng)勁的漲潮流沖起攜往上游、利于上段淤積。

南支整體沖淤：2002—2007年與2007—2013年2個(gè)時(shí)段Da和λ均相當(dāng)，前一時(shí)段淤積原因?yàn)槭鼙敝У构嗄嗌?表2)和上游河段河床質(zhì)推移補(bǔ)給影響[22，41]，后一時(shí)段盡管也有北支倒灌泥沙補(bǔ)給(表2)，但流域來(lái)沙量進(jìn)一步減小，由前一時(shí)段的1.78億t/a變?yōu)楹笠粫r(shí)段的1.31億t/a，上游河段可供給河床質(zhì)數(shù)量也明顯減少[22，41]，故造成沖刷。

南支縱向沖淤：1998—2002年，Da較大，λ較小，南支深泓整體沖低(表3)，淤積重心位于下游河道內(nèi)。該時(shí)段受流域特大洪水影響[13]，雖然南支λ較小，但落潮分流量絕對(duì)值大，將淤積重心推往下游。

南槽整體沖淤：1997—2002年發(fā)生沖刷(表2)，不僅與該時(shí)段流域大洪水有關(guān)[13]，也受北槽上段丁壩工程(圖1)增強(qiáng)南槽落潮歸槽動(dòng)力[42]的影響；2002—2007年淤積(表2)，則因?yàn)樵摃r(shí)段徑流流量偏枯，南槽λ雖有所增大，但落潮分流量絕對(duì)值小，口門(mén)附近漲潮動(dòng)力則相對(duì)大幅增強(qiáng)，增強(qiáng)的漲潮流和風(fēng)暴潮從口外攜帶泥沙補(bǔ)給南槽[13-14]。

2.4 沖淤分布變化趨勢(shì)

圖5顯示，在長(zhǎng)江口自身“南興北衰”演變模式[20]和流域水庫(kù)共同影響下，除河口工程作用時(shí)段外，北部汊道λ和河槽容積(C)呈減小的歷史過(guò)程，南部汊道相反，三峽水庫(kù)蓄水以后更為明顯(南北港λ受北港進(jìn)口青草沙水庫(kù)影響[27]除外)。與此同時(shí)，北部汊道(北支、北槽)和南部汊道(南支、南港、南槽)淤積重心分別呈上移和下移的歷史過(guò)程[26，43-46]。具體對(duì)比南北汊道興衰交替與流域水庫(kù)建設(shè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)(表4)，可識(shí)別出較好的同步對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步說(shuō)明流域水庫(kù)的作用。

表4 長(zhǎng)江口南北汊道歷史演變事件和流域水庫(kù)建設(shè)的對(duì)應(yīng)關(guān)系Table 4 Conincidences between channel evolution events in Yangtze Estuary and river-dam constructions

圖5 長(zhǎng)江口各汊道λ和C多年變化過(guò)程Fig.5 Multi-year variation in λ and C for branching channels of Yangtze Estuary

對(duì)三峽水庫(kù)蓄水前后2個(gè)時(shí)段大通站流量過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到Da多年平均值分別為11 d和8 d，且60 000 m3/s以上各流量范圍多年平均持續(xù)天數(shù)均顯著減少(圖2(b))，說(shuō)明三峽水庫(kù)和上游大型梯級(jí)水庫(kù)對(duì)徑流過(guò)程“削峰補(bǔ)枯”調(diào)平效應(yīng)明顯。隨著長(zhǎng)江上游大型梯級(jí)水庫(kù)相繼運(yùn)行、協(xié)防三峽水庫(kù)，長(zhǎng)江口徑流過(guò)程坦化趨勢(shì)將得以維持[21]。根據(jù)南北汊道λ與徑流流量關(guān)系(圖3)，北部汊道λ將繼續(xù)呈減小趨勢(shì)，汊道整體將呈淤積加劇或沖刷減緩趨勢(shì)，淤積重心將呈上移趨勢(shì)；南部汊道λ將繼續(xù)呈增大趨勢(shì)，汊道整體將呈沖刷加劇或淤積減緩趨勢(shì)，淤積重心將呈下移趨勢(shì)。

3 對(duì)深水航道整治的啟示

圖6(a)顯示，南槽滯流點(diǎn)(圖6中南槽和北槽滯流點(diǎn)起始位置分別為南槽進(jìn)口和橫沙水文站)隨大通站流量增大逐漸移向下游，若同時(shí)考慮潮差、汊道水深，則可建立較好的定量關(guān)系，據(jù)此可預(yù)測(cè)各時(shí)間尺度的滯流點(diǎn)位置[28]。北槽滯流點(diǎn)位置則不隨大通站流量逐漸變化，而是存在臨界流量35 000 m3/s，當(dāng)流量小于該臨界值時(shí)，滯流點(diǎn)位于上段；當(dāng)流量大于該臨界值時(shí)，滯流點(diǎn)位于下段(圖6(b))。北槽滯流點(diǎn)活動(dòng)特征與北支類似，北支受上口分流顯著減小和河槽萎縮影響，徑流流量超過(guò)某個(gè)臨界值，滯流點(diǎn)顯著下移[29]，北槽滯流點(diǎn)位于上段時(shí)多為枯季、位于下段時(shí)多為洪季(圖6(b))，也體現(xiàn)出流域大洪水對(duì)滯流點(diǎn)位置突變的影響，早期研究成果表明，1998年特大洪水期間北槽滯流點(diǎn)持續(xù)徘徊于下段，造成下段強(qiáng)淤[49]。出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因?yàn)殚L(zhǎng)江口落潮水流主要從南部汊道入海，北部汊道分流暢通性相對(duì)較差。與上述特征對(duì)應(yīng)，北部汊道(北支、北槽)雖受長(zhǎng)江口漲潮流路偏北影響呈緩慢萎縮態(tài)勢(shì)[20]，但歷史上發(fā)生的流域特大洪水往往成為沖開(kāi)上口使其迅速發(fā)展、貫通、進(jìn)而維持生命力的關(guān)鍵動(dòng)力[15]。

圖6 南北槽滯流點(diǎn)位置與徑流流量關(guān)系Fig.6 Relationship between position of stagnation point in North/South Passage and runoff discharge

北槽整體淤積速率顯著大于南槽(表2，表3，圖5(f))，深水航道工程實(shí)施后至2012年北槽回淤量呈逐年上升態(tài)勢(shì)[2]，對(duì)水深維護(hù)不利，本文研究結(jié)果表明其原因?yàn)楸辈勐涑狈至鞅瘸掷m(xù)減小，故建議通過(guò)調(diào)整工程措施增大北槽落潮分流比。同時(shí)，深水航道工程實(shí)施以來(lái)，在丁壩+雙導(dǎo)堤阻流和三峽水庫(kù)調(diào)平徑流過(guò)程使得北槽λ持續(xù)減小(圖5(e))的背景下，雖然航槽回淤重點(diǎn)部位集中于中下段[23，50]，但灘槽總體淤積重心不斷向上游移動(dòng)(表3)[36，43，51]，特別是流域大水年向枯水年轉(zhuǎn)變時(shí)回淤部位集中于中上段航道與丁壩壩田區(qū)域[13-14]。與此同時(shí)，北槽滯流點(diǎn)雖因疏浚增大河槽容積間歇性向下游遷移[30-31]，但隨λ減小，多年尺度向上游遷移占主導(dǎo)[16，29，30]。三峽水庫(kù)蓄水前(1950—2002年)至蓄水后(2003—2021年)，大通站35 000 m3/s以上流量級(jí)多年平均持續(xù)天數(shù)由125 d減少為110 d，未來(lái)隨著三峽水庫(kù)和上游大型梯級(jí)水庫(kù)運(yùn)用，徑流過(guò)程持續(xù)坦化，滯流點(diǎn)位于北槽上段的頻率將增加，北槽深水航道近期以疏浚性維護(hù)為主，建議重點(diǎn)關(guān)注上段淤積動(dòng)態(tài)，適時(shí)調(diào)整疏浚區(qū)段。

4 結(jié) 論

基于1950—2021年長(zhǎng)江口水沙、地形和工程資料，采用洪水流量級(jí)(大通站流量Q>60 000 m3/s)多年平均持續(xù)天數(shù)、汊道落潮分流比和滯流點(diǎn)位置等水動(dòng)力指標(biāo)，對(duì)分汊系統(tǒng)內(nèi)橫向和縱向沖淤規(guī)律開(kāi)展研究，主要結(jié)論如下：

(1) 大通站60 000 m3/s以上流量多年平均持續(xù)天數(shù)越大，北部汊道落潮分流比越大、南部汊道落潮分流比越小，橫向上越利于北部汊道沖刷加劇、淤積減緩和南部汊道淤積加劇、沖刷減緩，縱向上越利于北部汊道淤積重心下移和南部汊道淤積重心上移。

(2) 分汊系統(tǒng)內(nèi)沖淤分布差異取決于水流慣性和南岸節(jié)點(diǎn)挑流作用下南北汊道落潮分流比隨徑流流量和潮差的變化規(guī)律，并形成橫向和縱向沖淤聯(lián)動(dòng)機(jī)制。北支沖淤還受圍墾工程影響，南支和南槽部分時(shí)段沖淤分別與流域洪水、來(lái)沙和深水航道工程、口外泥沙補(bǔ)給有關(guān)。

(3) 隨著長(zhǎng)江上游大型梯級(jí)水庫(kù)對(duì)徑流過(guò)程調(diào)平作用持續(xù)，北部汊道整體和上段將維持淤積加劇、沖刷減緩趨勢(shì)，下段將維持沖刷加劇、淤積減緩趨勢(shì)，南部汊道沖淤趨勢(shì)相反。

(4) 與南槽滯流點(diǎn)位置隨徑流流量漸變不同，北槽滯流點(diǎn)在上下段之間遷移存在突變性，對(duì)應(yīng)臨界徑流流量為35 000 m3/s，在徑流過(guò)程坦化趨勢(shì)下，北槽滯流點(diǎn)位于上段的機(jī)會(huì)增多，建議進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注和適時(shí)調(diào)整航道疏浚區(qū)段。