2011~2022年長江口水沙變化特征分析

摘要：為進(jìn)一步探究長江口水沙變化規(guī)律，利用徐六涇水文站2011～2022年的水沙數(shù)據(jù)與2020年7月高洪測驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析比較了長江口潮流量、含沙量及輸沙量變化。結(jié)果表明：2011～2022年徐六涇站潮流量呈增長變化，輸沙量則相反，這與流域內(nèi)植被覆蓋率、水利工程攔沙等有較大關(guān)系。潮流量、含沙量及輸沙量在年內(nèi)分配上均呈單峰形分布，主要集中在汛期，極值出現(xiàn)時(shí)間一致，2020年分配更為集中。徐六涇站懸移質(zhì)顆粒主要組成為黏土和粉砂，受漲潮影響，枯季懸移質(zhì)粒徑大于洪季懸移質(zhì)粒徑。研究成果可為長江口綜合開發(fā)治理及河口工程建設(shè)提供一定參考。

關(guān)鍵詞：水沙變化； 潮流量； 含沙量； 輸沙量； 長江口

中圖法分類號：TV14

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S1.001

文章編號：1006-0081（2024）S1-0001-03

0 引 言

長江口屬于海陸雙向性河口，受徑流、潮汐、風(fēng)及地形等多個(gè)要素影響，動(dòng)力條件多變，泥沙運(yùn)輸復(fù)雜，輸沙量大且泥沙顆粒細(xì)，是典型的高濁度河口［1-2］。許多學(xué)者從長江口來水來沙量［3］、輸沙粒徑［4］、入海水量等方面分析了長江口的水沙特征。謝衛(wèi)明等［5］量化分析了三峽水庫蓄水及長江流域旱情對徐六涇節(jié)點(diǎn)潮流和泥沙過程的影響。劉帥等［6］分析了長江口控制站懸沙濃度和組成的變化特征。程江等［7］對長江口洪季水流流速、流向及懸沙濁度進(jìn)行大小潮定點(diǎn)觀測研究。徐六涇水文站是長江干流最下游的流量控制站，該站測流斷面是長江口外潮波向內(nèi)上溯的咽喉，處于洪水期潮流界以下，斷面所在節(jié)點(diǎn)段是長江口唯一單一且較順直河段，具有較好的斷面控制作用［8］。本文通過統(tǒng)計(jì)2011～2022年徐六涇潮流量及泥沙數(shù)據(jù)，分析長江口的漲落潮量、輸沙量及泥沙粒徑變化規(guī)律，并與2020年高洪測驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，獲得徐六涇斷面的水沙變化特征，旨在為長江口綜合開發(fā)治理及河口工程建設(shè)提供一定參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

徐六涇水文站測驗(yàn)斷面位于長江口南支白茆沙河段徐六涇節(jié)點(diǎn)段（圖1），徐六涇節(jié)點(diǎn)段進(jìn)口河寬約4.8 km，是長江入海最后一個(gè)控制站。

1.1 潮流量數(shù)據(jù)及其測驗(yàn)方法

本文所用潮流量數(shù)據(jù)為徐六涇斷面測驗(yàn)資料。依據(jù)測站測驗(yàn)任務(wù)書，在特定時(shí)段采用ADCP進(jìn)行水文測驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)月所測大斷面資料計(jì)算得出斷面潮流量和斷面平均流速。采用代表線流速法構(gòu)建斷面上浮標(biāo)流速與斷面平均流速關(guān)系，從而推求全年連續(xù)的潮流量數(shù)據(jù)。

1.2 懸移質(zhì)輸沙量數(shù)據(jù)及測驗(yàn)方法

依據(jù)測站測驗(yàn)任務(wù)書開展含沙量定線比測，基于代表線垂線平均含沙量和實(shí)測斷面平均含沙量，按照多元線性回歸的方法得到組合含沙量。建立組合含沙量與實(shí)測斷面平均含沙量的關(guān)系，得出推沙公式，最后根據(jù)推沙公式計(jì)算得出連續(xù)的斷面平均含沙量，從而計(jì)算得出連續(xù)的斷面輸沙率。

1.3 懸移質(zhì)顆粒分析數(shù)據(jù)及測驗(yàn)方法

懸移質(zhì)顆粒分析數(shù)據(jù)由水文測驗(yàn)期間采用六點(diǎn)法在測驗(yàn)斷面代表線位置提取的水樣處理所得。取回水樣按照規(guī)定沉淀若干天，采用烘干法得出含沙量數(shù)據(jù)，使用馬爾文2000儀器分析泥沙顆粒從而得出泥沙粒徑。

1.4 測驗(yàn)布置

根據(jù)徐六涇斷面1～4號浮標(biāo)和2-1號平臺上的ADCP和OBS采集的聲散射強(qiáng)度和濁度資料（每0.5 h一次，全年連續(xù)施測），通過濁度-含沙量關(guān)系和ADCP聲散射強(qiáng)度值計(jì)算得到代表線垂線平均含沙量。在每年3，7，10月大、中兩個(gè)代表潮施測，每個(gè)代表潮連續(xù)施測3個(gè)漲潮期和2個(gè)落潮期。測驗(yàn)頻次為：漲潮時(shí)，每0.5 h（逢整點(diǎn)和半點(diǎn)）施測1次；落潮時(shí)，每1 h（逢整點(diǎn)）施測1次。

2 結(jié)果分析

2.1 水量變化

根據(jù)2011～2022年資料計(jì)算可知，徐六涇站多年平均徑流量為9 353億m3，多年平均漲潮潮量為4 107億m3，多年平均落潮潮量為13 460億m3，多年平均落潮與漲潮潮量之比為3.28。2011～2022年，徐六涇凈泄潮潮量整體呈增長趨勢（圖2）。但2021～2022年降水較少，長江流域偏旱，導(dǎo)致潮流量急劇減少。根據(jù)實(shí)測資料可知，徐六涇站2011～2022年漲潮量變化不明顯，落潮量增幅顯著，漲、落潮潮量與凈泄潮量隨上游來水量的變化而變化，落潮潮量、凈泄潮量與上游來水量呈正相關(guān)關(guān)系，漲潮潮量則與上游來水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

徐六涇的水量年內(nèi)分配不均，呈單峰形態(tài)，水量主要集中在汛期5～10月，占全年的66.9％，其中7月平均徑流量為1 460億m3，占全年總徑流量的15.6％；7月平均漲潮潮量為165.3億m3，平均落潮潮量為1 624.9億m3。凈泄潮量年內(nèi)分配呈明顯的季節(jié)性變化，凈泄潮量主要集中在汛期。

2.2 沙量變化

徑流和潮流是長江口河段兩個(gè)主要的動(dòng)力因素，徐六涇站以流域來沙為主。徐六涇站凈泄輸沙量隨上游來水來沙量的變化而變化。根據(jù)2011～2022年徐六涇站輸沙資料，徐六涇站多年平均凈泄輸沙量為9 365萬t，7月平均凈泄輸沙量為1 989萬t。凈泄輸沙量年內(nèi)分配與潮量類似，呈明顯季節(jié)性變化，凈泄輸沙量較潮量在汛期更加集中。落潮輸沙量與凈泄輸沙量略有相似，均呈明顯季節(jié)性變化，在汛期較為集中。根據(jù)2011～2022年徐六涇站輸沙資料，徐六涇多年平均年漲潮輸沙量為3 855萬t，多年平均年落潮輸沙量為1 3237萬t，多年平均年落潮輸沙量與漲潮輸沙量之比為3.43。其中，7月平均漲潮輸沙量為183萬t，落潮輸沙量2 171萬t。

由2011～2022年平均含沙量時(shí)間序列（圖3）可知，含沙量的高低與上游來水量密切相關(guān)，2011～2022年多年平均含沙量、汛期含沙量、非汛期含沙量均呈波動(dòng)減小趨勢，而2020年含沙量明顯增大。2011～2022年多年平均含沙量為0.102 kg/m3。年內(nèi)變化上呈單峰型分布，汛期的含沙量較高，非汛期含沙量相對較低。2011～2022年汛期（5～10月）多年平均含沙量為0.108 kg/m3，非汛期含沙量為0.072 kg/m3。

2.3 泥沙粒徑

徐六涇站往年洪季中值粒徑變化范圍為0.004～0.036 mm，枯季中值粒徑變化范圍為0.007～0.049 mm。洪季多年平均中值粒徑為0.011 1 mm，枯季多年平均中值粒徑為0.015 2 mm，枯季的懸移質(zhì)粒徑大于洪季，極大可能受漲潮流攜沙影響，將斷面下游的粗沙沖上來。徐六涇站懸移質(zhì)顆粒主要由黏土和粉砂組成，洪季黏土占比約82.3％，粉砂占比約17.7％；枯季黏土占比68.5％，粉砂占比30.9％。懸移質(zhì)顆粒組成隨時(shí)間的變化差異不大，規(guī)律性不強(qiáng)。

2.4 特殊洪水年水沙特性

2020年7月長江中下游降雨持續(xù)，上游來水不斷增加，7月18～22日徐六涇水文站啟動(dòng)超標(biāo)洪水測驗(yàn)。因此以2020年為代表年研究特殊洪水年長江口水沙特征。

2.4.1 水量變化

2020年徐六涇年徑流量為11 620億m3，較歷年平均增大24.2％。由2020年與歷年平均值對比（圖4）可知，2020年7月徐六涇月徑流量為2 182億m3，較歷年平均值增大49.5％。2020年汛期水量占全年的71.1％，較歷年平均值上升4.2％；7月水量占全年的18.8％，較歷年平均值上升3.2％。

從漲落潮變化來看，徐六涇斷面2020年數(shù)據(jù)較歷年平均值有較大不同，2020年漲潮量為3 507億m3，較歷年的年平均漲潮量減少14.6％；年落潮潮量為15 120億m3，較歷年的年平均落潮潮量增大12.3％。其中，7月漲潮潮量為54.00億m3，較歷年7月平均漲潮潮量減小67.3％；7月落潮潮量為2 235億m3，較歷年7月平均落潮潮量增大約37.5％。

2020年徐六涇上游來水增大，年凈泄輸沙量較歷年平均值增大64.4％，為15 400萬t；7月凈泄輸沙量為4 960萬t，較歷年7月平均值增大149.4％（圖5）。年內(nèi)分布來看，徐六涇站汛期（5～10月）凈泄輸沙量占全年的75.9％，其中7月占比21.2％；2020年內(nèi)各月凈泄輸沙量較多年平均明顯增大。2020年徐六涇站年漲潮輸沙量為2 770萬t，較歷年的年平均漲潮輸沙量減少28.1％；年落潮輸沙量為18 200萬t，較歷年的年平均落潮輸沙量增大37.5％。2020年7月受上游來水增大影響，漲潮輸沙量較歷年7月平均值減少60.2％，而落潮輸沙量較歷年7月平均值增大約131.7％。

2.4.2 沙量變化

2020年徐六涇站年平均含沙量最高，為0.134 kg/m3，較歷年增大31.4％。2020年汛期平均含沙量0.144 kg/m3，較歷年增大33.3％；非汛期平均含沙量為0.056 kg/m3，較歷年減少22.2％。2020年7月平均含沙量為0.228 kg/m3，較歷年7月平均值增大71.4％。2020年7月高洪測驗(yàn)期間，徐六涇站懸移質(zhì)中值粒徑變化范圍為0.015～0.039 mm，與歷年統(tǒng)計(jì)值相比略粗。

3 結(jié) 論

本文將徐六涇站2011～2022年來的水沙資料與2020年徐六涇站7月高洪測驗(yàn)取得的水沙資料進(jìn)行對比分析，總結(jié)長江口水沙特性如下。

（1） 長江口多年凈泄潮量呈增長變化，漲潮量無明顯變化，落潮量與凈泄量變化一致。水量年內(nèi)分配呈單峰型，主要集中在汛期。

（2） 長江口多個(gè)時(shí)間尺度上的平均含沙量均呈波動(dòng)減小趨勢，月均凈泄輸沙量、含沙量在年內(nèi)分配上與潮流量較為一致，均呈單峰分布，最大輸沙量、最大含沙量及最大潮流量出現(xiàn)時(shí)間一致，且汛期含沙量明顯高于非汛期。由于長江口灘地、河床形態(tài)等受河流輸沙量等影響顯著，準(zhǔn)確把握含沙量數(shù)據(jù)及變化規(guī)律有利于河口地區(qū)工程建設(shè)與深水航道護(hù)理等。

（3） 特殊洪水年長江口凈泄潮流量增長明顯，且年內(nèi)分配更為集中。2020年降水量大，上游來水多，潮量和輸沙量都顯著偏大，2020年凈泄潮流量與多年平均相比增大49.5%。應(yīng)著重把握特殊洪水年長江口潮流量、含沙量情況，為防洪以及河口地區(qū)工程建設(shè)等奠定基礎(chǔ)。

（4） 長江口懸移質(zhì)顆粒主要由黏土和粉砂組成，且隨時(shí)間變化差異不大，規(guī)律性不強(qiáng)。2020年高洪期間懸移質(zhì)顆粒粒徑較歷年統(tǒng)計(jì)值相比略粗，大洪水挾沙能力較強(qiáng)。

（5） 2011～2022年來潮流量呈增長趨勢，而輸沙量卻呈減少趨勢，其原因可能是：① 上游地區(qū)植被覆蓋率增加，水土保持效果顯著；② 水庫壩體的攔沙作用。

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