南匯邊灘沖刷長(zhǎng)江口南匯邊灘沖淤變化規(guī)律與機(jī)制

南匯邊灘沖刷長(zhǎng)江口南匯邊灘沖淤變化規(guī)律與機(jī)制

1泥沙與泥沙治理河流沉積物的起源和積累過(guò)程是表面最顯著的過(guò)程。無(wú)論是流域侵蝕造成的沉積物還是沉積物在海上積聚，表面形態(tài)都在不斷變化。源-收集過(guò)程不僅是一個(gè)物理過(guò)程，而且對(duì)流域河口-海洋的生物和化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。這是目前世界變化研究的主要熱點(diǎn)。包括洛ic茲、margins和strataform等研究計(jì)劃的主要內(nèi)容。近幾百年來(lái)人類活動(dòng)急劇改變了河流沉積物的源-匯過(guò)程,早期的墾荒、放牧、開礦、修路等使入海泥沙顯著增加;近期因流域植被生態(tài)保護(hù)、修建水利工程等又使入海泥沙急劇減少。據(jù)估算,全球約25%～30%的泥沙被截留在各種水庫(kù)之內(nèi),使全球性入海泥沙量銳減,造成嚴(yán)重的海岸侵蝕和河口濕地生態(tài)衰退,其中最典型的例子當(dāng)屬尼羅河和加利福尼亞州的科羅拉多河,在大壩修建之后,幾乎所有的泥沙被攔截在水庫(kù)之內(nèi),導(dǎo)致河口發(fā)生嚴(yán)重的海岸侵蝕,而密西西比河三角洲則是因河流泥沙減少而導(dǎo)致海岸濕地面積減少最顯著的地區(qū)。長(zhǎng)江因修建世界第一大壩——三峽大壩——而成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。外界媒體普遍關(guān)注大壩對(duì)河流生態(tài)的影響以及庫(kù)區(qū)蓄水后可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)眾多科學(xué)家除關(guān)注上述問(wèn)題外,同時(shí)還關(guān)注三峽大壩對(duì)河口及鄰近海域的影響[8,9,10,11,12,13,14]。泥沙問(wèn)題是主線,貫穿了整個(gè)流域至海域,包括水庫(kù)滯沙影響大壩壽命、大壩下游河道侵蝕產(chǎn)沙導(dǎo)致堤岸失穩(wěn)坍塌、河口入海泥沙減少造成海岸侵蝕等。一些研究者通過(guò)對(duì)不同時(shí)間尺度(數(shù)十年至數(shù)千年)長(zhǎng)江三角洲沉積地貌演變規(guī)律的研究,估算了三角洲由凈淤積轉(zhuǎn)為凈沖刷的入海泥沙閾值,根據(jù)閾值大小可歸納為高、中、低三種方案,它們所對(duì)應(yīng)的閾值分別為395Mt/a、260Mt/a和184Mt/a。長(zhǎng)江入海泥沙(大通站數(shù)據(jù))自1998年以來(lái)已穩(wěn)定低于400Mt/a(與高閾值接近),2003年三峽水庫(kù)開始蓄水以來(lái)已持續(xù)低于260Mt/a(與中閾值持平),2006年流域遭遇特枯年,入海沙量降低至85Mt/a,僅為多年平均值的20%(1951—2005年間的平均值為414Mt/a)。盡管入海泥沙已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間穩(wěn)定低于高、中方案的閾值,但現(xiàn)有觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示,除水下三角洲發(fā)生較大面積的侵蝕外,在0m以上的區(qū)域仍以淤積為主,三角洲并未如預(yù)測(cè)那樣發(fā)生由凈淤積向凈沖刷的轉(zhuǎn)變,可見(jiàn)目前對(duì)長(zhǎng)江三角洲的沖淤變化規(guī)律及泥沙閾值問(wèn)題的認(rèn)識(shí)仍有待進(jìn)一步深入研究。長(zhǎng)江口南翼是三角洲的重要組成部分,岸線長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)穩(wěn)定向海推進(jìn)。近2000a來(lái)岸線年均推進(jìn)速度為20m左右,近50a來(lái)受圍墾影響岸線(現(xiàn)均為人工岸線)推進(jìn)速度加快,達(dá)42m/a,而近期低灘圍墾使岸線年均推進(jìn)速度為數(shù)百米至上千米。岸外灘涂變化由早期的自然演變到近期顯著受到人類活動(dòng)的影響。南匯邊灘是經(jīng)歷上述變化的典型區(qū)域,也是目前開展多學(xué)科研究最詳細(xì)的河口沉積地貌單元[20,21,22,23,24,25,26],其中高、中方案的閾值估算便是(部分)基于南匯邊灘沖淤變化與入海泥沙量的線性回歸得到的經(jīng)驗(yàn)值。本文將通過(guò)詳細(xì)對(duì)比不同時(shí)期的海圖資料,緊密結(jié)合前人在長(zhǎng)江三角洲沉積地貌學(xué)研究方面所取得的認(rèn)識(shí),探討岸灘長(zhǎng)周期沖淤變化的特征與形成機(jī)制,在此基礎(chǔ)上,針對(duì)當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題“三峽大壩對(duì)長(zhǎng)江三角洲沖淤演變的影響”作相應(yīng)評(píng)述。2海圖、岸建筑的數(shù)字高程模型本文南匯邊灘是指介于30°50′～31°10′N和121°45′～122°15′E之間的岸線(堤壩)至5m等深線之間的淺灘,呈犁嘴形態(tài)向東突出(圖1)。本次共收集了該區(qū)域自1842年第一張測(cè)繪海圖以來(lái)的9張海圖,年份分別為1842,1864,1880,1911,1958,1983,1988,1998,2004年,海圖經(jīng)掃描后采用MapInfoProfessional9.0軟件將海圖上的水深點(diǎn)和主要邊界線進(jìn)行數(shù)字化以生成初始數(shù)字高程數(shù)據(jù)文件。由于不同時(shí)期海圖基準(zhǔn)面存在一定差異,將水深值統(tǒng)一訂正至理論深度基準(zhǔn)面。岸線在海圖上沒(méi)有高程數(shù)據(jù),根據(jù)研究區(qū)近幾百年岸線均為人工岸線、堤壩建筑在高潮灘中部和上部、中浚水文站平均高潮位高、個(gè)別文獻(xiàn)提到的堤腳高程等資料,確定海圖中的岸線高程為3.84m,然后在Surfer8軟件中采用Kriging插值技術(shù)建立不同時(shí)期的數(shù)字高程模型(DEM)。通過(guò)不同時(shí)期關(guān)鍵界線(包括岸線、0,2和5m等深線)的平面位置變化、典型斷面的高程變化及岸灘沖淤面積和體積定量的分析與對(duì)比,詳細(xì)描繪南匯邊灘沖淤變化的特征與規(guī)律。3結(jié)果南匯邊灘沖淤態(tài)勢(shì)的南北差異顯著,可據(jù)此進(jìn)一步細(xì)分為北灘、東灘、過(guò)渡帶和南灘(見(jiàn)圖1)。3.1中期沖淤態(tài)勢(shì)從南匯邊灘沖淤變化的時(shí)間序列來(lái)看,可以1911年為界分成旋回A和B,每個(gè)旋回均以大幅沖刷開始(1842—1864和1911—1958年),隨后發(fā)生以整體淤積為主或沖淤近于平衡(圖2)。在旋回A早期(1842—1864年)以整體大幅沖刷為特征,尤其是岸線和0m線的后退幅度較大,其中岸線后退距離最大可達(dá)4km,0m線平均蝕退了約1km;5m等深線除南灘發(fā)生了大幅蝕退外,北灘和東灘是淤漲的,過(guò)渡帶沖淤相間出現(xiàn)。在中期(1864—1880年)以整體大幅淤積為特點(diǎn),岸線、0m和2m等深線除南灘外均向外淤漲,其中岸線和0m等深線淤漲幅度最大,分別可達(dá)4和5km;5m等深線出現(xiàn)沖淤岸段相間,其中南灘和過(guò)渡帶沖淤幅度明顯大于北灘和東灘。在晚期(1880—1911年)岸線和0m等深線基本保持不變,2和5m等深線則呈現(xiàn)北灘和東灘小幅沖刷,過(guò)渡帶有沖、有淤但以淤積為主,南灘保持穩(wěn)定(圖2a)。在旋回B早期(1911—1958年)四條關(guān)鍵界線的沖淤態(tài)勢(shì)基本一致,呈現(xiàn)南灘和過(guò)渡帶淤漲、北灘和東灘蝕退,其中0,2和5m等深線平均蝕退幅度分別為3.5,5.0和4.0km,沒(méi)冒沙在此期間形成。在中期(1958—1983年)南匯邊灘以淤漲為主,尤其是北灘和東灘漲幅明顯;0和2m等深線在過(guò)渡帶發(fā)生蝕退,南灘微沖、微淤相間。在近期(1983—2004年)2m等深線之上以淤積為主,5m等深線則出現(xiàn)北灘和東灘蝕退、南灘和過(guò)渡帶淤漲的態(tài)勢(shì)(圖2b)。利用近期比較詳細(xì)的海圖資料進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),1983—1988年的“北灘和東灘沖刷、南灘和過(guò)渡帶淤積”,正好與1988—1998年的“北灘和東灘淤積、南灘和過(guò)渡帶沖刷”態(tài)勢(shì)相反。這與前人研究結(jié)果“東灘沖、南灘淤,反之東灘淤、南灘沖”的規(guī)律相一致。在1998—2004年因低灘圍墾使岸線和0m等深線變化完全失去了對(duì)岸灘自然沖淤變化的反映,2和5m等深線總體表現(xiàn)為北灘沖刷、東灘和過(guò)渡帶淤積、南灘保持穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)。3.2沖淤特征對(duì)比從北到南共設(shè)置六個(gè)與岸線近于垂直的斷面(見(jiàn)圖1),進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)南匯邊灘沖淤變化的規(guī)律與關(guān)鍵界線揭示的平面變化規(guī)律相一致,斷面高程變化同樣存在以1911年為界的近百年尺度的沖淤旋回。每個(gè)旋回均先以灘面大幅刷低開始,隨后發(fā)生整體淤高,在后期可能出現(xiàn)微沖、微淤交替的岸灘形態(tài)調(diào)整過(guò)程(圖3),同時(shí)不同斷面的沖淤變化又表現(xiàn)出各自明顯的差異性,現(xiàn)從北到南依次描述如下。CS1和CS2斷面位于南匯邊灘的北側(cè)(北灘),灘面較窄。在旋回A的早期(1842—1864年)灘面以上沖下淤(0m線以下淤積)、沖刷顯著大于淤積為特征,屬?gòu)?qiáng)烈沖刷階段,隨后灘面進(jìn)入快速回淤階段(1864—1880年),出現(xiàn)上淤、下微沖,其中CS2斷面形態(tài)已回復(fù)接近1842年的位置。在晚期(1880—1911年)仍保持上淤、下沖的態(tài)勢(shì),但沖淤幅度小于前一階段的,而且沖略大于淤,為灘面動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)渡階段(圖3)。在旋回B的早期(1911—1958年)灘面高程同樣從整體大幅度刷低開始,邊灘沙脊“沒(méi)冒沙”在此期間形成,之后灘面進(jìn)入總體淤積期,但如果不是因?yàn)榈蜑﹪鷫ǜ淖兞?004年灘面(0m以上)的形態(tài),目前的灘面高程仍大幅低于1911年的灘面,這可能與九段沙淤漲、南槽靠岸、沒(méi)冒沙形成發(fā)育等有關(guān),使北灘整體縮窄、變陡,總體沖刷幅度大于淤積(見(jiàn)圖3)。CS3和CS4斷面同處南匯邊灘的東側(cè)(東灘),灘面非常寬緩。在旋回A總體是淤積的,但經(jīng)歷了早期的上沖、下淤(1m等深線以下淤積)、沖略大于淤的沖刷階段,在中期為全面大幅淤積階段,在后期為微沖、微淤相間的灘面調(diào)整階段。在旋回B總體表現(xiàn)為沖刷,兩個(gè)斷面在早期都經(jīng)歷了灘面大幅蝕退之后在回復(fù)期(1958年之后)表現(xiàn)各自不同。在CS3斷面除了2004年的海圖中堤前(0～1m等深線)有個(gè)沖刷槽外,自1958年以來(lái)呈整體淤積態(tài)勢(shì),沖刷槽的形成可能與堤前沖刷有關(guān),也可能是沒(méi)冒沙內(nèi)側(cè)夾泓向下游延伸造成的。在CS4斷面的回復(fù)期以高灘和低灘淤積、中間沖刷為特征,圍墾工程較明顯地改變了灘面的自然形態(tài)和沖淤過(guò)程(見(jiàn)圖3)。CS5和CS6斷面分屬過(guò)渡帶和南灘,兩者沖淤變化特征既有共性又有差別。在旋回A的早期CS5和CS6斷面都經(jīng)歷了全面的大幅度蝕退,之后CS5斷面表現(xiàn)為中期全面大幅度回淤、晚期沖淤相間的灘面調(diào)整階段,這與東灘的CS3和CS4斷面沖淤規(guī)律相類似,總體是淤積(見(jiàn)圖3)。CS6斷面的表現(xiàn)明顯不同于此,在中期灘面上沖、下淤,與晚期的上淤、下沖的態(tài)勢(shì)正好相反,岸灘總體表現(xiàn)為蝕退。在旋回B的早期兩個(gè)斷面都沒(méi)有像其他斷面那樣出現(xiàn)大幅度蝕退,相反是以大幅度淤積為特征。除CS5斷面于中期出現(xiàn)較大范圍(3m等深線以上)沖刷外,其余均為淤積。值得注意,斷面變得越來(lái)越窄且陡立,這種岸灘剖面形態(tài)并不利于泥沙落淤,但近20a來(lái)通過(guò)修建護(hù)岸的丁壩、促淤的長(zhǎng)順壩等工程之后,南灘和過(guò)渡帶呈現(xiàn)快速淤漲的態(tài)勢(shì)(見(jiàn)圖3)。3.3南匯邊灘沖淤勢(shì)。在四+第4頁(yè),南以上分析表明,1842年以來(lái)南匯邊灘沖淤變化可分為兩個(gè)旋回、四個(gè)期次,即旋回A的沖刷期(1842—1864年)、淤積期(1864—1911年)和旋回B的沖刷期(1911—1958年)、淤積期(1958—2004年)。將每個(gè)期次結(jié)束年份的灘面高程減去起始年份的灘面高程可以得到各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的高程變化值,淤積為正,沖刷為負(fù)。利用海圖資料數(shù)字化建立的DEM數(shù)據(jù)庫(kù),在SURFER環(huán)境下很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)岸灘沖淤變化的定量計(jì)算與表征(見(jiàn)圖4,表1)。以下定量計(jì)算的數(shù)據(jù)皆是指岸線到5m等深線之間的變化。兩次沖刷期的沖淤態(tài)勢(shì)明顯不同(見(jiàn)圖4)。在1842—1964年南匯邊灘整體上以高灘沖刷、低灘(2m等深線以下)淤積為特點(diǎn),沖刷和淤積面積分別為492和379km2,兩者相差并不大,但沖刷體積(6.06×108m3)幾乎是淤積體積(3.44×108m3)的2倍,這主要是由高灘沖刷幅度較大(最大可達(dá)9m)而低灘淤積幅度較小(不超過(guò)4m)造成的。在1911—1958年南匯邊灘的沖淤態(tài)勢(shì)以北灘、東灘整體沖刷和南灘、過(guò)渡帶總體淤積為特征,該期間沖刷面積(589km2)是淤積面積(310km2)的2倍,但沖刷和淤積體積卻比較小,分別是8.43×108與5.92×108m3,這主要是與沖刷幅度(最大為5m)明顯小于淤積幅度(最大為12m)有關(guān)。同樣,兩次淤積期的沖淤態(tài)勢(shì)也迥然不同(見(jiàn)圖4)。在1864—1911年南匯邊灘總體表現(xiàn)為高灘淤積和低灘(2m等深線以下)沖刷的態(tài)勢(shì),正好與此前沖刷期(1842—1864年)的沖淤態(tài)勢(shì)反相,而且沖刷期的總體沖刷面積(492km2)與淤積期的總體淤積面積(512km2)相當(dāng),前者的淤積面積(379km2)與后者的沖刷面積(384km2)也非常接近,這可能是岸灘自然調(diào)整的具體表現(xiàn)。值得注意的是在旋回A的淤積期在南灘(尤其是西側(cè))出現(xiàn)較大幅度的沖刷,這可能是南匯邊灘“北淤、南沖”的具體表現(xiàn)。1958—2004年在南匯邊灘出現(xiàn)較大范圍的淤積,淤積面積(520km2)是沖刷面積(177km2)的3倍,沖刷部分見(jiàn)于北灘和南灘的外側(cè)(5m等深線附近)以及東灘的內(nèi)側(cè)(2m等深線之上)。另外,該期間年均凈淤體積較大,達(dá)9.91×106m3,是上一淤積期(1864—1911年)的6倍之多,這可能與解放后在南匯邊灘開展大規(guī)模的促淤圍墾工程有關(guān)。4討論4.1沖淤期與灘槽泥沙交換的關(guān)系塑造潮灘的營(yíng)力包括潮汐和波浪,在河口地區(qū)還受到徑流的影響.潮灘沖淤變化明顯受到潮汐和波浪周期性變化的影響,其中最突出的當(dāng)屬潮汐作用的漲落潮周期(長(zhǎng)江為半日潮)和大小潮周期(半個(gè)月)以及波浪作用的暴風(fēng)浪增長(zhǎng)至衰退過(guò)程(歷時(shí)數(shù)天至十余天)和季節(jié)性風(fēng)浪變化(數(shù)月至1a)。長(zhǎng)江口的這些短周期的潮灘沖淤變化已得到較詳細(xì)的研究。中尺度(數(shù)十年至百余年)的岸灘沖淤演變也受到普遍關(guān)注,大多研究將長(zhǎng)江口南岸的侵蝕/淤積波動(dòng)與杭州灣北岸相聯(lián)系,總結(jié)出“東漲、南坍,東坍、南淤”的規(guī)律,并且提出制約該侵蝕/淤積波動(dòng)遷移的根本原因是長(zhǎng)江口南支分水分沙條件變化.此外,在長(zhǎng)江南岸西側(cè)普遍發(fā)育著數(shù)條相互近于平行的貝殼沙脊(岡身),它們代表千年尺度岸灘淤漲-蝕退-淤漲的周期性變化,主要受泥沙供應(yīng)多寡的控制,也與河口河槽演變有關(guān)。分析長(zhǎng)時(shí)間序列海圖資料的結(jié)果表明,南匯邊灘存在明顯的近百年尺度沖刷-淤積旋回,而且沖刷期較短、幅度較大,而淤積期較長(zhǎng)。沖刷期內(nèi)遭受沖刷作用的范圍(面積)和幅度(體積)均明顯大于淤積作用,整體表現(xiàn)為凈沖刷(表1),并且以“北灘和東灘淤積、南灘和過(guò)渡帶沖刷”和“高灘沖刷、低灘淤積”為特征。在淤積期內(nèi)也有部分邊灘遭受侵蝕,但總體表現(xiàn)為凈淤積(表1),呈現(xiàn)與沖刷期截然相反的“北灘和東灘沖刷、南灘和過(guò)渡帶淤積”和“高灘淤積、低灘沖刷”的沖淤態(tài)勢(shì)(見(jiàn)圖2-4)。東灘(包括北灘)與南灘侵蝕/淤積長(zhǎng)周期波動(dòng)被認(rèn)為與河口河槽演變有關(guān)。在18世紀(jì)以前長(zhǎng)江主泓在北支,在18世紀(jì)中葉改走南支(沿現(xiàn)在的南港南槽位置入海),在1860年前后主泓改由北港入海,在20世紀(jì)20年代主泓又回歸南港,但在五六十年代主泓再次偏向北港。在沖刷期間(1842—1864和1911—1958年)長(zhǎng)江主泓都在南港,而對(duì)應(yīng)的淤積期主泓入北港,表明兩者有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。主泓走南港可以為南匯邊灘帶來(lái)更豐富的沉積物,但同時(shí)徑流加強(qiáng)后會(huì)造成南港河槽的擴(kuò)展,使邊灘(指北灘和東灘)遭受沖刷。此外,徑流加強(qiáng)可使南港流場(chǎng)發(fā)展成為落潮優(yōu)勢(shì)流,它不利于泥沙上灘淤積,從而造成岸灘沖刷。在流場(chǎng)受徑流影響較小的南灘和杭州灣北岸,因主泓走南港,離沉積物源較近而發(fā)生淤積。當(dāng)主泓走北港時(shí),南港南槽成漲潮流優(yōu)勢(shì)場(chǎng),沉積物可由海域帶入上灘沉積;南灘和杭州灣北岸因偏離物源,發(fā)生供沙不足而沖刷后退。由此可見(jiàn),潮控型河口的岸灘沖淤不僅僅是上游泥沙供應(yīng)的問(wèn)題,更需充分考慮河勢(shì)和流場(chǎng)變化對(duì)水沙再分配的影響?！案邽_刷/淤積與低灘淤積/沖刷”旋回性變化與季節(jié)性灘槽泥沙交換規(guī)律相類似。通常認(rèn)為臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴浪是造成高灘沖刷、低灘淤積的主要因素,夏季風(fēng)浪強(qiáng),造成灘沖、槽淤,冬季風(fēng)浪弱導(dǎo)致灘淤、槽沖。對(duì)于沖刷期和淤積期這種持續(xù)數(shù)十年的灘槽泥沙交換是否也是風(fēng)暴周期的反映前人未曾探討過(guò).根據(jù)上海地區(qū)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮匯編資料統(tǒng)計(jì)分析,在19世紀(jì)中葉和20世紀(jì)上半葉均為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮多發(fā)時(shí)期。史料對(duì)近百年來(lái)發(fā)生的風(fēng)暴潮災(zāi)害記錄尤為詳細(xì),例如:“1905年農(nóng)歷八月初三,夜半大風(fēng)雨,海溢法涌,過(guò)王塘,自三團(tuán)至七團(tuán)死千余人”;“1933年農(nóng)歷七月十三,颶風(fēng)過(guò)境,狂風(fēng)疾雨,晝夜不息,各處被災(zāi)甚重,據(jù)查一、二、四區(qū)圩塘潰決六百丈1,新筑套圩沖毀二十多里2,居民淹沒(méi)千余家”;“1949年7月24日6號(hào)臺(tái)風(fēng)侵襲本縣(南匯),風(fēng)力10～12級(jí),且正值汛潮,又遇暴雨,全縣52km海塘沖毀40km,被淹農(nóng)田175046畝3,死1211人”。臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴沖毀海塘在兩次沖刷期的海圖資料對(duì)比中也都有明確的記錄,即岸線發(fā)生較大幅度的后退(見(jiàn)圖2),可見(jiàn)沖刷期內(nèi)多次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴作用可相互疊加,使風(fēng)暴成因的灘面形態(tài)“高灘沖刷、低灘淤積”得以保存。在淤積期間研究區(qū)同樣受臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴侵襲,但可能因風(fēng)暴強(qiáng)度較弱,風(fēng)暴形成的典型灘面形態(tài)在隨后較長(zhǎng)的風(fēng)暴間歇期得以恢復(fù),最終灘面保存的是風(fēng)暴過(guò)后灘面回復(fù)期“高灘淤積、低灘沖刷”的總體特征。4.2潮灘沖淤平衡閾值估算三角洲不同岸段的沖淤變化明顯受河口河勢(shì)分水、分沙作用的影響,但整個(gè)三角洲的沖淤態(tài)勢(shì)轉(zhuǎn)變主要受流域來(lái)沙量的控制,已有許多三角洲因近期流域來(lái)沙量急劇減少而發(fā)生嚴(yán)重的海岸侵蝕。黃河于1997年累計(jì)斷流時(shí)間達(dá)226d,當(dāng)年入海沙量?jī)H為31Mt/a,不到多年平均年輸沙量1130Mt/a(1950—1975年)的3%,造成當(dāng)年三角洲的成陸面積小于因侵蝕減少的面積,即發(fā)生了凈侵蝕。黃河三角洲屬河控型三角洲,大部分入海泥沙堆積在口門附近用于造陸,一旦出現(xiàn)入海沙量減少至某一臨界值以下,可能即刻發(fā)生海岸侵蝕。根據(jù)海圖等資料分析,認(rèn)為該臨界值為245～278Mt/a,當(dāng)入海沙量小于此值時(shí),黃河三角洲將發(fā)生由凈淤積轉(zhuǎn)為凈侵蝕。長(zhǎng)江入海泥沙量已從20世紀(jì)60年代末開始大幅減少(見(jiàn)圖5)。在三峽大壩蓄水之前,大通站年均輸沙量的變化過(guò)程可以1968和1984年為標(biāo)志年劃分為三個(gè)大的階段:1951—1968年的平均年輸沙量為497Mt/a,1969—1984年的平均值為445Mt/a,1984—2002年的平均年輸沙量為345Mt/a。2003年三峽水庫(kù)開始蓄水以來(lái),在大通站2003—2008年的年均輸沙量平均值為154Mt/a,不足20世紀(jì)五六十年代平均值的1/3(見(jiàn)圖5)。雖然長(zhǎng)江三角洲目前仍處于整體淤漲態(tài)勢(shì),但已有分析資料顯示近幾十年來(lái)潮灘面積的增長(zhǎng)速率已明顯下降,水下三角洲沖刷的面積在擴(kuò)大,而且平均淤積速率在減小。隨著入海泥沙量進(jìn)一步減小,長(zhǎng)江三角洲何時(shí)將發(fā)生由凈淤積向凈沖刷的轉(zhuǎn)變以及發(fā)生這一轉(zhuǎn)變的流域來(lái)沙臨界值(閾值)等問(wèn)題已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注[9,10,16,17,18,19,41]。在長(zhǎng)江三角洲凈沖淤轉(zhuǎn)變的入海泥沙閾值研究中目前存在高、中、低值三種方案。高值方案是基于南槽中浚斷面5m等深線的年際相對(duì)沖淤距長(zhǎng)與大通站月均輸沙率之間的線性回歸分析得出的,認(rèn)為當(dāng)大通站月均輸沙量小于11545kg/s時(shí)該斷面將發(fā)生侵蝕后退,進(jìn)一步把該線性回歸方法推廣應(yīng)用于南匯邊灘甚至整個(gè)三角洲岸線沖淤轉(zhuǎn)變的閾值估算中,提出當(dāng)大通站年均輸沙量小于395Mt/a時(shí)三角洲便發(fā)生凈沖刷。這種閾值估算方法和所得結(jié)論已遭到質(zhì)疑,因?yàn)殚L(zhǎng)江年均入海泥沙量已經(jīng)很長(zhǎng)一段時(shí)間低于此閾值,但三角洲或南匯邊灘都未如預(yù)期那樣出現(xiàn)海岸整體侵蝕的現(xiàn)象。此外,三角洲岸線存在此沖、彼淤的復(fù)雜時(shí)空變化,即使同一斷面也常發(fā)生“高灘沖刷、低灘淤積”或相反的沖淤變化,將一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的沖淤變化規(guī)律無(wú)限推廣至整個(gè)斷面、南匯邊灘甚至整個(gè)三角洲,其代表性和準(zhǔn)確性都極大下降。中值方案是基于區(qū)域性多年海圖資料分析得出的。兩個(gè)有代表性的區(qū)域分別是南港、北港口外的水下三角洲(0～20m等深線)和四個(gè)主要潮灘(包括崇明東灘、橫沙東灘、九段沙和南匯東灘)。根據(jù)潮灘面積增長(zhǎng)率與大通站輸沙率線性回歸分析得出的潮灘沖淤平衡閾值為264Mt/a,由入海泥沙逸出水下三角洲進(jìn)入其他海域的年平均值所確定的三角洲沖淤平衡值是260Mt/a,兩者幾乎相等。需要注意的是潮灘面積增長(zhǎng)速率降低與近期灘涂圍墾強(qiáng)度不斷增加有一定關(guān)系,據(jù)統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)江口年均圍墾灘涂面積已經(jīng)大大超過(guò)了潮灘自然增長(zhǎng)的速率,導(dǎo)致潮灘面積人為減少。此外,數(shù)值模擬也顯示,即使在沉積物供應(yīng)不變的條件下,隨著潮灘向海不斷淤進(jìn),岸線淤漲速率和灘面沉積速率都將逐漸減小,可見(jiàn)造成近期灘涂面積增長(zhǎng)率降低既有自然因素又有人為作用(主要是圍墾工程的影響),自然因素至少應(yīng)包括流域輸沙量減小、岸灘向海淤進(jìn)速度遞減和近期海平面加速上升等。目前大多研究認(rèn)為40%～50%的長(zhǎng)江入海泥沙滯留在三角洲地區(qū)用于造陸,但因所統(tǒng)計(jì)的三角洲區(qū)域范圍不同而出現(xiàn)較大差別,Yang等所統(tǒng)計(jì)的水下三角洲區(qū)域是三角洲前緣沉積區(qū)最重要的組成部分,但并非全部,也不包括口內(nèi)的河道和淺灘沉積等,如近期北支發(fā)生較快淤塞等,由此造成所估算的三角洲沖淤平衡值偏高,這可能是解釋當(dāng)前長(zhǎng)江入海泥沙從2003年三峽水庫(kù)開始蓄水以來(lái)已持續(xù)低于260Mt/a但三角洲并未如期發(fā)生向凈沖刷轉(zhuǎn)變的原因。實(shí)際上2003年以來(lái)長(zhǎng)江平均年入海沙量為154Mt/a,已經(jīng)比低值方案的閾值184Mt/a還低,后者是基于全新世長(zhǎng)江河口灣充填形成的三角洲地層厚度資料計(jì)算得到的,可見(jiàn)我們對(duì)長(zhǎng)江三角洲發(fā)生沖淤轉(zhuǎn)變的入海泥沙閾值的認(rèn)識(shí)還有待提高。三角洲尚未發(fā)生由淤轉(zhuǎn)沖變化的原因可能是對(duì)入海泥沙量減小有一滯后效應(yīng)。長(zhǎng)江三角洲屬潮控型三角洲,潮流對(duì)泥沙在河口的再分配起主要作用,這可能是其區(qū)別于河控型黃河三角洲對(duì)入海泥沙量變化反映非常敏感的重要原因。根據(jù)2004年冬季和2006年夏季長(zhǎng)江口多個(gè)站位懸浮物含量的觀測(cè)資料分析表明,盡管入海泥沙已顯著下降,但是河口區(qū)尤其在攔門沙河段的含沙量并未明顯下降。今后仍需加強(qiáng)對(duì)潮控型河口泥沙輸移機(jī)制、沉積地貌響應(yīng)和入海泥沙在三角洲及之外海域的重新分配、泥沙交換與機(jī)制等的研究,這些研究將深刻影響閾值的估算,同時(shí)加強(qiáng)對(duì)未來(lái)流域來(lái)沙量變化以及河口地區(qū)人類活動(dòng)對(duì)三角洲沖淤變化影響的研究。5陣風(fēng)鋒在南匯邊灘沖淤態(tài)勢(shì)變化的影響分析長(zhǎng)時(shí)間序列海圖資料結(jié)果表明,1842年以來(lái)南匯邊灘沖淤變化可分為兩個(gè)旋回、四個(gè)期次,強(qiáng)烈沖刷期(1842—1864和1911—1958年)和淤積期(1864—1911和1958—2004年)交替出現(xiàn),每個(gè)旋回歷經(jīng)