人类活动对河口地貌冲淤的影响机制研究------以长江口深水航道工程为例

　　长江河口这种大型河口的地貌冲淤演变，是由流域来水来沙条件和河口人类活动共同决定的，河口动力场的变化决定了河口冲淤的空间分布格局。近年来，伴随进入长江口的泥沙逐年减少，水下三角洲冲淤稳定性及其影响因素的研究成为热点问题。长江口的冲淤演变特征，特别是水下三角洲前缘(口外海滨段)的冲刷原因，现有研究多数归因于入海泥沙减少，并且依据入海泥沙通量和水下三角洲的冲淤量之间的相关关系，估算河口冲刷的输沙量阈值。长江口多级分汊的地貌格局导致动力条件复杂，泥沙进入长江口之后的再分配，决定了地貌演变的空间分布特征和差异性；1997年开工建设，2010年竣工的长江口深水航道工程，总长百余公里的导堤丁坝系统，给长江口的地貌演变造成的影响，迄今尚缺乏机制性的认识。本研究利用实测水下地形数据，结合三维数学模型，重点分析了长江口在深水航道工程影响下的河口动力场变化和地貌冲淤机制。
    多年地形数据的冲淤分析表明，长江河口水下三角洲在1986-2010年间，整体处在净淤积状态（图1）。1986-1997年间，淤积区占研究区面积的64% (图1a)，净淤积量为578 × 106 m3，净冲淤厚度为16.7 mm/year。1997-2010年间，淤积区占研究区的面积减少到57% (图1b)，泥沙净淤积量减小为374 × 106 m3，净冲淤厚度下降到9 mm/year。淤积区域主要分布在浅滩，且横沙浅滩最为明显，在人类活动影响下，净冲淤厚度超过了2 m。口外海滨区域则出现了两个大面积的冲刷带（图1b），其中一个在北港口外的10 - 20 m等深线之间，另一个冲刷带位于南槽与北槽口外的5 - 10 m等深线之间；两冲刷带已经几近贯通（图1b）。
图1. 长江口口外海滨区域多年冲淤分布（a: 1986-1997年， b: 1997-2010年）
　　研究结果表明，长江口深水航道工程已经显著改变了其周边水域的水动力场格局，并进而塑造了工程附近区域的地貌冲淤格局。研究证实，深水航道工程导致北槽出口的侵蚀率较原有自然条件的水平增大30% (图2)，在北槽口外的10 - 20 m等深线水域，侵蚀率增加。侵蚀率增加区域与1997-2010年间口外出现的冲刷带相一致，深水航道工程导致侵蚀率增加，是造成工程附近水域局地冲刷的主要原因。在导堤北侧的横沙浅滩，由于工程对潮波的阻挡作用，侵蚀率显著减小，则出现明显的淤积。
图2. 深水航道工程及其周边区域的侵蚀率分布 (a:枯季 b:洪季)
　　深水航道工程同样也造成长江河口的环流结构发生变化。在导堤修建前，余流的分布表明，长江口各个河槽存在着明显的水沙交换。表层余流北港最强，水流从北港出来之后，向东南偏转至南槽和北槽口外。同时，北槽和南槽的水流出口门之后，汇集到南槽外5m~10m等深线区域。余流的分布说明，悬沙出口门之后有条件朝着这个区域汇集。底层余流则主要从口外向口内，一部分沿着河槽向上游，另外一部分穿过浅滩，构成了各个河槽之间水流泥沙交换。导堤修建之后，北侧横沙浅滩新出现了局地环流，它的形成有利于泥沙向滩输送，在侵蚀率减少的共同作用下，横沙浅滩出现显著淤积。在北槽内部，由于导堤束窄河道，使航槽内和航槽口的表层余流增加，北槽向外的余流阻挡了南槽及九段沙向海的一部分水体，在导堤南侧形成了另一个局地环流。在底部，底层向陆的环流同样增强，口外的泥沙有向拦门沙区域输送增强的趋势。
图3. M2分潮导致的枯季环流分布
(a, b: 表层余流，c, d: 底层余流，a, c: 航道工程前：b ,d: 航道工程后)
 
　　相关成果在Geomorphology上发表，全文见：