流域水库化引起的河口动力地貌体制变化——以闽江河口为例

研究背景
　　在过去的一个世纪里，全球已建造了约280万座水坝（水库面积>103m2），77%的河流的水沙-地貌-生态系统的自然过程受到影响。闽江作为典型的中小型山溪性河流，对流域内水库建设的响应更为迅速和显著，并且能在河口地区快速体现。本研究选择闽江河口为代表（图1），研究根据2022年8月现场水文、底形观测数据，结合数字高程模型和Mike21数值模拟，分析了1984-2022等40年间，流域水库-水沙通量-河口冲淤-河口潮汐之间的内在关系，揭示了流域水库化引起的河口动力地貌机制的变化和机制。相关成果以Estuarine morphodynamics regime shift caused by catchment reservoir: Illustration from the Minjiang River Estuary为题，发表于河口海岸主流期刊Ocean & Coastal Management上。
 
图1. (A)研究区域的位置；(B)近70年来河口年径流量和输沙量的变化；(C)闽江河口及2022年8月观测点、底床沙波测线、悬沙通量计算断面
 
研究成果
　　闽江河口从1984-2005年的沉积状态转变为2005-2022年的侵蚀状态，净冲淤速率从0.4cm/yr变为-2.6cm/yr（图2）。
 
图2. 闽江河口由1984-2005年净沉积(A)转变为2005-2022年净侵蚀(B)(正值为沉积；负值为侵蚀)
 
　　闽江河口冲淤转变使得河口的潮汐动力发生了变化。数值模拟表明，1984-2005年河口净淤积阶段，闽江河口平均潮差和流速分别减小了1.5cm和6.5cm/s；而2005-2022年河口净冲刷阶段，闽江河口平均潮差和流速分别增大了2.2cm和9.3cm/s（图3，4）。
 
图3. 数值模拟闽江河口平均潮差由1984-2005年的减少(A)转变为2005-2022年的增加(B)
 
图4. 数值模拟闽江河口平均流速由1984-2005年的减小(A)转变为2005-2022年的增加(B)
 
　　产生这种现象的原因主要是流域大型水库修建尤其是1993年水口水库的修建，泥沙通量减少了56%，河床发生了冲淤转变，进而使河口潮汐动力发生了变化。在90年代之前，流域正常输沙使河口处于净沉积状态，河道容积减小，纳潮量减小，导致潮差和流速减小。受流域水库化影响，上游输沙减少再加上下游高强度采砂，使河口发生净侵蚀，河道容积增大，纳潮量增大，潮差和流速增大（图5）。
 
图5. 数值模拟1984-2005年和2005-2022年闽江河口潮差与冲淤变化的关系(A)，以及流速变化与冲淤变化的关系(B) (正值为侵蚀；负值为沉积)
 
　　本研究进一步发现，潮汐动力的增大可能会促进河道沙波发育，对沿岸码头的稳定性和航行产生不利影响（图6）。
 
图6. 多波束测深系统观测闽江河口马尾(A)和北支(B)河床形态，通过两河段河床形态在2022年的纵向剖面图(C、D)，测量了马尾和北支河段2022年的沙波高度，并评估了2005年和2022年的沙波高度变化(E)
 
　　本研究综合利用水文、底形现场观测以及数值模拟，系统揭示了流域水库化引起的河口冲淤转变对潮汐动力的影响。随着与社会经济发展相关的水库建设的不断增加，世界各国河口可能将面临更严重的潮汐洪水、河床和河岸侵蚀失稳等灾害。本研究为日益增加的人类活动压力下的可持续河口管理提供了科学框架。
 
研究团队与资助
　　华东师范大学河口海岸全国重点实验室博士生姚慧锟为论文第一作者、李茂田研究员为论文的通讯作者，其他共同作者还包括华东师范大学侯立军研究员、李为华高级工程师、宋艳博士，南京地调院于俊杰高级工程师，华东师范大学2025级硕士毕业生张雯彦等。研究得到国家重点研发项目和中国地质调查项目（2024YFF0808801, No.DD20221778)的支持。
 
文献信息
Huikun Yao, Wenyan Zhang, Maotian Li, Weihua Li, Yan Song, Dan Peng, Jilong Wang, Jianwei Zeng, Junjie Yu, Xiaohe Lai, Lijun Hou. Estuarine morphodynamics regime shift caused by catchment reservoir: Illustration from the Minjiang River Estuary. Ocean & Coastal Management, 2025, 269, 107814. https://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2025.107814.