800年來蘇北廢黃河三角洲的演變模式*

張 林 陳沈良 劉小喜

(華東師范大學河口海岸學國家重點實驗室 上海 200062)

三角洲演變與入海河流有密切關系,河道遷移、河流輸水輸沙量的變化和工程直接影響三角洲的發育和侵蝕(Scraton,1960)。由于河流體系的變化,世界上許多三角洲經歷了建設和破壞的演變過程,許多學者對美國的密西西比河(Gould,1970)、埃及的尼羅河(Frihyet al,1991)、中國的黃河(任于燦等,1994;Chuet al,2006)和灤河(高善明,1981;Fenget al,1998)形成的三角洲的演變進行了研究和分析。研究結果可以總結為,三角洲發育階段是不同時期形成的葉瓣的組成體,當泥沙斷絕后葉瓣廢棄后均遭受了侵蝕,或者當入海泥沙減少時,三角洲呈現出廢棄三角洲遭受侵蝕的特征。

黃河在歷史時期頻繁發生河道變遷,形成了黃淮三角洲(今廢黃河三角洲)和現代黃河三角洲。廢黃河三角洲同其他由于氣候變化、水庫或大壩建設和部分河段廢棄或改道而被侵蝕的三角洲有重要的區別,所以研究蘇北廢黃河三角洲的演變對現代黃河三角洲的演變具有重要的借鑒和參考意義。目前,蘇北廢黃河三角洲的研究主要集中于三角洲的侵蝕過程(虞志英等,1986;高抒,1989;Zhang,1998;Fan,2001),比較關注廢棄后的岸線后退和水下三角洲侵蝕方面;關于廢三角洲的發育,歷史資料和部分文獻均有記載(張忍順,1984;葉青超,1986;萬延森,1989;李元芳,1991),多局限于文字性的記載和描述。因此,對于整個三角洲的演變缺乏系統的研究分析,無法了解廢三角洲的系統演變過程。

本文主要研究廢黃河三角的演變過程,根據歷史資料進行分析岸線和地貌的變化,從而建立演變模式。廢三角洲的演變主要分為發育和侵蝕兩個演變階段,岸線在發育階段不斷向海淤長,而在侵蝕階段則不斷向陸退縮,同時,三角洲面積和岸線長度也隨之發生改變,發育和侵蝕是個方向相反的演變過程。通過演變模式的模擬,分析廢三角洲發育和侵蝕階段的地貌演變過程,結合影響因子,呈現出廢黃河三角洲較完整和系統的發育和侵蝕過程。

1 研究區域背景

1.1 廢黃河和廢三角洲

黃河是中國含沙量最大的河流,因此歷史上的黃河下游經常決口泛濫,河流流路和河口位置常發生擺動和遷移(圖1)。歷史上,黃河入海口主要在山東省和江蘇省之間變動,分別注入渤海和黃海。據黃河水利委員會統計,近2000年來,黃河有26次較大的改道,其中14次呈南徙流入淮河。1128—1855年間,黃河南徙注入黃海,1855年黃河北歸后,廢棄在江蘇北部的黃河下游流路就成為廢黃河,是黃河奪淮河入海遺留的產物,期間塑造的三角洲隨之成為廢黃河三角洲。

1194年黃河南侵之前,淮河河口主要在云梯關附近,黃河奪淮后,黃河河水流向單一。根據黃河水利委員會科研所統計,黃河的多年流量為 1546 m3/s,現代黃河入海的泥沙量達 10億 m3(南京師范大學黃河古道綜考隊,1984)。黃河流經江蘇700多年的時間里,攜帶的巨量泥沙不斷沉積及向海加積,三角洲和淺灘不斷發育,同砂壩、沙島和瀉湖淤積相聯疊加,規模較大的陸上三角(9000 km2)和水下三角洲(25000 km2)發育而成(沈怡,1971)。1855年后,黃河北歸,廢黃河的徑流量和含沙量劇減,枯水期時發生斷流。廢黃河口附近的水動力環境發生巨變,陸海之間的動力平衡被打破,廢三角洲隨著進入侵蝕后退的時期(Fan,2001)。目前,廢黃河三角洲屬于淤泥質海岸,陸上范圍以云梯關為頂點,北達灌河口,南至射陽河口,海岸線長139.9 km,面積約7000km2。

圖1 黃河改道圖(據《黃河防洪志》改繪,1991)Fig.1 The evolution channel of the Huanghe(Yellow) River(modified after The Annals of the Yellow River Flood Prevention,1991)

1.2 蘇北歷史岸線

蘇北岸線的位置在歷史時期處于動態波動中(圖2)。平原上分布有西岡、中岡、東岡和新岡四列貝殼堤,代表了蘇北不同時期的古岸線的位置(凌申,1994)。通過蘇北平原的地質鉆孔和黃海淺鉆等歷史資料的分析研究,晚更新世氣候比較干冷,發生過三次海進和兩次海退(耿秀山等,1983),海進時期有三次越過現今蘇北海岸的位置(距今13—8萬年、3萬年和 0.6—0.5萬年),海退時期兩次推到東海外陸架–100m和約–155m水深處(大陸架外緣坡折線)。全新世以來,全球氣溫升高,伴隨著冰融事件,海平面迅速回升(Edouard,1996),至7 ka B.P.左右時海侵達到最大,蘇北海岸線退到最西側(凌申,2002)。其后,氣候和海平面相對穩定,并發育了西岡貝殼堤,經14C測定形成時間約為6.5 ka B.P.(虞志英等,1982),可以代表5.5—6.5 ka B.P.古海岸的大體位置。6 ka B.P.以來,海平面變化總體趨勢是穩中有降,岸線向東推進非常緩慢,基本在20 km范圍內,期間中岡和東岡砂堤相繼出現。中岡出露較多也比較連續,經14C測定年代在4.2 ka B.P.左右,東岡為唐代和宋代范公堤所在地帶,經14C測年鑒定該砂堤形成在3.3 ka B.P.以前,所以至800 a B.P.前的3000多年中,海岸線基本徘徊在東岡附近。新岡形成于黃河奪淮后,約公元1128年以后,估計在1426—1435年(凌申,1994)。

1.3 地貌及水動力環境

廢三角洲在黃河南徙奪淮期間發育形成,在黃河北歸后被廢棄進入侵蝕階段,地貌由淤積型轉變為侵蝕型,湖泊、沙洲相間的地貌轉變為平原,曲折的岸線轉變為較平直的岸線。沉積特征為平面上多為決口扇沉積、泛濫平原沉積和洼地沉積,縱向剖面上為充填沉積(蔡明理等,1999),組成物質多為粘土或亞粘土,沉積物厚度由河道向兩側減少。廢黃河三角洲地勢西高東低,地面高程在1.3—3 m之間,沿岸地勢平坦。廢黃河兩側為高灘地,河床高出地面2—4 m,是黃河淤積和人工筑堤的原因,沉積物以粉砂為主(Wanget al,1997),粒度由河床向兩側變細(任美鍔,1985)。廢黃河口的沉積物可能成為東海類黃河沉積物的來源,為東海陸架提供了粘土礦物(周曉靜等,2010)。

廢黃河三角洲主要受黃海旋轉潮波和東海前進駐波兩個潮波系統控制,兩者在弶港岸外輻合,無潮點位于廢黃河口以東80 km處。潮流多屬于不正規半日潮,往復流顯著,潮流趨勢是漲潮流速大于落潮流速,垂線全潮平均流速為 0.6—0.7 m/s。研究區為中潮型海域,沿岸潮差均小于2 m,河口區只有1.5 m,平均潮差由北向南增大。波浪常浪向為 NE,強浪向為 N-NE,冬季主要是以風浪為主的混合浪,以偏北向浪為主,夏季基本上為混合浪,大多以南向浪為主(任美鍔,1985)。廢黃河口附近含沙量在0.5 kg/m3以上,由岸向海遞減,由底層向表層逐漸減小,南側大于北側。

圖2 廢黃河三角洲歷史海岸線向海變化圖(白色線表示歷史海岸線的位置)(據耿秀山等改繪,1983)Fig.2 Changes of shorelines of the abandoned Huanghe(Yellow) River delta,progressing seaward(white line is the location of shorelines in the past)(modified after Geng,1983)

2 資料來源

在中國歷史長河中,每個朝代均有關于黃河流域或治理方面的記載,根據歷史資料、歷史遺跡和考古文化,分析研究廢黃河三角洲的演變過程。岸線變化主要依據葉青超(1986)資料,圖中根據鹽城市、射陽縣、阜寧縣等村鎮共計13個點的經緯度坐標數據在Arcgis中進行配準,配準最大RMS為0.0147,平均RMS為0.0114。經過配準后,距離誤差為2.1%,本文認為其可以作為長時間尺度海岸線變遷精度的要求。

岸線形態變化分析主要根據海圖資料,三角洲發育時期,清代雍正和道光年間(A.D.1678—1850)有記載三角洲地貌形態粗略的地貌圖。黃河北歸后,近代國內外出版了該三角洲的海圖,包括1904(英版)、1935—1940(日版)1960、1980年的海圖。隨著科學發展和調查技術的出現,20世紀80年代以來,中國考察隊(如:南京師范大學黃河故道考察隊、江蘇海岸帶和海涂資源綜合考察隊)先后對蘇北三角洲進行了調查,獲取了珍貴的資料。結合實地野外調查研究,布設固定斷面對岸灘演變進行監測(陸培東,2007),取得了第一手資料和數據。

3 研究結果

廢黃河三角洲的演變過程分為發育和侵蝕兩個階段,1128—1855年為發育階段,1855年以后進入侵蝕階段。廢三角洲發育和侵蝕過程主要表現為面積增減、岸線長度和形態的改變,作為黃河流路變遷的產物,演變特征具有大淤大沖的特點。發育階段中河口向海延伸達90 km,岸線向海推進平均約66 km,岸線推進距離和速率由河口向三角洲兩側減小。侵蝕階段中岸線后退距離達 22.5 km,流失了約 1/6的土地面積。

3.1 廢三角洲發育和侵蝕

1128年(南宋建炎二年)杜充為了阻止金兵南下人為掘開黃河,使河水奔流南下流入淮河(王質彬等,1994),此時黃河分為北流和南流兩個河道,泥沙主要沿途淤積,至 1194年,岸線主要穩定在云梯關附近(圖3)。1194—1578年,由于黃河流路分散和決口,泥沙主要淤積在下游的沖積平原上(葉青超,1986),沿岸泥沙淤積較少,所以,岸線延伸平均距離為14.2 km,延伸速率為36.8 m/a(表1)。1578年,潘季馴采用“束水攻沙”的治河策略,黃河結束了近 400年的分流局面,泥沙大量向下游輸運和堆積,河口位置達到四套(圖3)。至1591年,黃河兩岸修建堤防(王質彬,林觀海,1994),黃河水沙被固定于堤防之間,泥沙大量向海輸運,河口延伸速率高達1540 m/a,河口位置到達十套。1579—1591年間,20年的時間里岸線向海推進13.2 km,速率達1015.8 m/a。1592年后由于黃河頻繁發生決口分流,岸線向海推進減緩,至1700年,河口到達八灘,岸線向海推進8 km,速率為72.7 m/a(圖3和表1)。1747年,河口延伸至七巨港,岸線推進速率為256 m/a,1776年,河口延伸至新淤尖,岸線推進速率為156 m/a,推進距離約12 km。1777—1803年,由于期間有 15年(1782—1797年)為枯水時段,河口淤積較緩,位置到達南北尖(圖3),岸線推進速率為146.2 m/a。1808年以后,修復并延長河口提防,1804—1810年,河口延伸速率增大(500 m/a),岸線推進速率為478 m/a。至 1855年河口位置到達最東端(望海墩),岸線推進速率為157.8 m/a(表1)。

圖3 廢黃河三角洲岸線變化圖(①—⑨分別為1194、1578、1591、1700、1747、1776、1803、1810和1855年的岸線;侵蝕和淤積是現代廢三角洲相對于1855年時期的三角洲變化)(據葉青超改繪,1986)Fig.3 Shoreline change of the abandoned Huanghe(Yellow) River delta(Numbers ①—⑨ are shorelines in the years of 1194,1578,1591,1700,1747,1776,1803,1810,and 1855,respectively;erosion and deposition are estimated using present abandoned Huanghe River delta vs that in 1855)(modified after Ye,1986)

1855年,黃河北歸入渤海后,廢三角洲進入侵蝕階段,由于泥沙基本斷絕和陸海相互之間的動力平衡被打破,廢三角洲遭到嚴重侵蝕(Wanget al,1987)。1855—1890年岸線蝕退距離達12.3 km,平均每年后退342 m,扁擔河附近侵蝕強度較大。1934年,射陽河口由淤積轉變為侵蝕,所以,1855—1934年三角洲南側處于向海淤積增長狀態,河口處及北側為侵蝕狀態。隨著侵蝕的自然衰減,岸線后退逐漸減緩,至1971年,侵蝕速率減小為73 m/a,整體岸線后退距離達22.5 km。20世紀70年代后,一系列海岸防護工程減緩了岸線的進一步蝕退,1978—1987年岸線侵蝕速率減小為28 m/a(張旸等,2009)。隨著防護工程的完善,至 2010年岸線侵蝕后退基本得到控制,侵蝕后退速率僅為0.003 m/a(彭修強,2012)。

表1 廢黃河三角洲岸線向海推進距離與速率、面積和岸線長度Tab.1 Distance,rate,delta area,and shoreline length of seaward extension of the abandoned river delta

由于侵蝕的持續,廢三角洲沿岸的部分陸上三角洲轉變為水下三角洲,隨著岸線后退得到控制,下蝕作用繼續侵蝕岸灘。廢三角洲沿岸的4條固定斷面分析顯示(圖4),陸上三角洲的侵蝕不僅表現在岸線和岸灘的侵蝕后退,也表現為岸灘的下蝕。四個斷面形態均顯示為下凹型,這是遭受侵蝕特有的特征,尤其是拐角處和廢黃河口處最為顯著。由于廢三角洲經歷了最初幾十年的侵蝕,90年代后,北側岸灘演化表現為以距岸4.5 km為界,上部比較穩定或略有淤積,下部侵蝕,南側以侵蝕為主。至2004年,拐角處在距岸5 km處下蝕深度達16 m,坡度為4.7‰,廢黃河口處的剖面坡度為4‰,兩處的10 m等深線離岸距離在2 km左右。所以,斷面剖面演變充分說明了岸灘的侵蝕程度,拐角和廢黃河口侵蝕最嚴重,侵蝕程度由拐角向兩側減緩。

3.2 廢三角洲面積、岸線長度和岸線變遷

廢三角洲的演變過程中,三角洲面積和岸線長度表現為時空增減的變化(表1)。1149年以來三角洲面積增加了約7600 km2,沉積厚度平均為9 m左右。1855年時期的三角洲同20世紀80年代的三角洲對比計算可以得出,三角洲面積整體增加約800 km2。侵蝕階段中南側淤長了約780 km2的面積,北側和河口處減少了約 1500 km2的面積。發育階段中岸線長度不斷增長,至1855年,岸線長度為192 km。侵蝕階段初期(1890年)岸線達到最長(232 km),侵蝕作用使岸線形態趨于平直,岸線長度也趨于逐漸縮短。

1855年至1985年的岸線如圖5所示,以廢黃河口以南20 km為界,以北呈后退狀態,最大后退距離為22.7 km,平均12 km,以南呈淤積狀態,最大淤長距離為11.2 km,平均6 km。1989年至2010年(圖5),廢三角洲北側岸線較少的岸段發生較弱侵蝕,整體以淤長為主,岸線平均淤長了148 m。拐角處侵蝕距離平均為 289.6 m,表現為廢黃河口兩側的岸線侵蝕強度比河口處大,其中南側最大。

圖4 廢黃河三角洲沿岸斷面演化(a.南側,b.廢黃河口處,c.拐角處,d.北側)(陸培東,2007)Fig.4 Profile showing evolution of the abandoned Huanghe(Yellow) River delta(a:the southern part;b.around the estuary of the abandoned Huanghe River;c:corner of the delta,d:the northern part)

圖5 廢黃河三角洲岸線變化距離圖(1989—2010年數據來源:彭修強,2012)Fig.5 Change in distance of the shoreline in abandoned Huanghe(Yellow) River delta during 1989—2010(after Peng,2012)

3.3 岸線形態演變

廢黃河三角洲岸線形態的歷史演變同海平面變化、黃河和長江兩大河流入海口變遷、陸海相互作用和人類活動有密切關系。早全新世時期,氣候變暖引起海平面上升,海岸線在廢黃河口海域水深30 m附近(任美鍔,1985),長江在現今入海口以北入海,岸線形如喇叭口(圖6)。最大海侵時,岸線退回到內陸地區約 119°E以西的位置(圖2),隨著海平面的降低,岸線向海推進,古長江入海口也初步雛形,大致在弶港附近入海。據歷史記載,隋唐時期(A.D.581—907)岸線穩定在云梯關一線,近海為淺水海灣,長江入海口逐漸向南移動(任美鍔,1985)。至1128年,黃河南移至江蘇入黃海,由于黃河較高的含水含沙量,大量泥沙向海方向淤積,海岸線迅速向海推進,灌河口和射陽河口之間的地區成陸速度最快,因此三角洲迅速發育,地貌呈現出河網密布、岸線曲折的特征。同時,岸外的淺灘也發生了一系列變化,黃河南徙前的淺灘隨著三角洲的發育逐漸并陸或遷移,同時又在岸外生成了新的淺灘。清朝雍正年間(A.D.1678—1735)和道光年間(A.D.1782—1850)的蘇北海岸圖顯示,岸線形態向曲折多變發展的趨勢,岸外淺灘比較發育,有向南移動的趨勢。至1855年,廢三角洲發育形成,岸線曲折,岸外的五條淺灘非常明顯。

1855年后,岸線形態隨著三角洲的侵蝕逐漸平滑和順直(圖6),支離破碎的陸地逐漸合并,侵蝕后退的過程中岸線曲率變的越來越小,形態也越來越平直。1904年英國版海圖顯示,岸線曲折程度有所減緩,岸線形態如扇形,岸外的五條沙和大沙等淺灘仍比較清晰。1935-1940年版的海圖上岸線比較平直,初顯三角洲拐角形態的岸線,岸外的淺灘已明顯衰減,拐角海域的淺灘已不存在。1960年版海圖顯示,廢三角洲的岸線形狀明顯向海突出,淺灘規模減小,橢圓長軸方向呈平行于北側岸線方向發育。1980年海圖顯示岸線已比較平直,淺灘基本不存在,現今的岸線與 1980的岸線相比,除了水平方向較弱的侵蝕后退外,形狀變化不是很明顯。

4 討論

蘇北廢黃河三角洲的歷史演變過程是一個復雜的過程,不僅包括長達700多年的發育階段,也包括約 150多年的侵蝕階段。根據歷史資料和侵蝕機理,采用演化模式闡述其演變過程,有助于分析研究該三角洲的具體發育和侵蝕過程。同時,分析演變過程的影響因素,泥沙輸運、海平面升降和人類活動與廢三角洲的演變有密切關系,對其發育和侵蝕有重要的影響。

圖6 岸線變化圖(發育階段:a.早全新世,b.最大海侵時期,c.黃河奪淮前期,d.清朝雍正年間(據陳倫炯《沿海全圖》,1723—1730,e.清朝道光年間(據陶澍《海運圖》);侵蝕階段據4個時期的海圖)Fig.6 The shoreline changes in different periods:a.early Holocene;b.maximal transgression period;c.prophase of the Huanghe(Yellow) River capturing Huaihe River;d.Yongzheng Reign in Qing Dynasty(after Chen L J:the Coastal Map 1723—1730);e.Daoguang Reign in Qing Dynasty(after Tao S: Ocean Shipping Map;the erosion phase(based on marina chart of four periods)

4.1 演變模式

廢黃河三角洲的演化模式主要建立在發育基底、沉積物淤積或侵蝕、岸線演變、水動力作用和泥沙輸運等基礎上,將廢三角洲的演變劃分為7個階段,闡述演變和侵蝕機制,分析三角洲的演變過程(圖7)。發育期主要受徑流和潮流影響,以沙洲并陸淤積延伸方式進行演變;侵蝕期主要受波浪和潮流影響,以沙洲合并侵蝕后退和淤積外長交替侵蝕的方式進行演變。

發育前期:全新世中期,海平面穩中有降,淮河攜帶的泥沙在古淮河口海灣的堆積作用比較活躍,發育了濱海砂堤和河口沙嘴,砂堤分為青蓮岡古砂堤和淮北貝殼砂堤群南北兩支,內側發育有古碩項湖(凌申,2003)。隨著古岸線向海遷移的過程中,發育了中岡、東岡等一系列平行的古砂堤。所以,黃河南徙奪淮之前,研究區為瀉湖-堡島體系(張忍順,1984),沿海為淺水灣地貌,發育基底為瀉湖和淺海沉積。

第一階段:1128年黃河奪淮入黃海,攜帶了大量泥沙淤積在古淮河三角洲上、古瀉湖和淺海灣中,先前的砂堤并陸,并發育了新岡。三角洲向海緩慢淤積,下游河道沙洲雛形,同時,岸外發育有少量淺灘。

第二階段:1578年采取了治河策略,泥沙大量向下游堆積,古瀉湖由于處于黃泛區域,泥沙逐漸淤積在湖內和潮汐汊道中,也淤積在淮河入海口(凌申,2003)。灌河以北和河口處淤積較快,隨著三角洲向海推進,下游發育有沙洲,岸線曲折程度較大,廢黃河口和射陽河口均出現沙咀(彭修強,2012),岸外沙洲和岸外淺灘比較發育。

第三階段:清朝中后期(始于1796年),大量的泥沙繼續向海輸運,古海灣、古瀉湖相繼淤積成為陸地。岸線迅速向海推進,前期的沙洲先后并陸,同時又發育新的沙洲,岸外淺灘繼續發育和遷移,淺灘橢圓長軸方向平行于黃河入海方向。北部連云港海灣淤積成平原,云臺山并陸,岸線形態呈鋸齒狀,河口呈鳥咀狀的三角港形態向海突出(陳希祥等,1983;萬延森,1989),至1855年,以沙洲先后并陸為主,并陸后岸灘以向海淤長為輔的形式發育了沼澤平原相三角洲(張忍順,1984)。

第四階段:由于黃河北歸,大量泥沙來源斷絕,從而導致廢三角洲的岸線、沙洲和岸外淺灘與新的水動力環境進行重新調整。河口沙咀首先受到侵蝕后退,沙洲外側侵蝕的泥沙主要向內側和兩側輸運,用于填充沙洲間的水道、潮流汊道和潮灘上的潮溝,南側接受搬運來的泥沙向海淤積推進,岸線趨于平滑。同時,岸外淺灘(如五條沙和大沙)在波浪和潮流的聯合作用下開始消減并向南移動,橢圓長軸開始縮短。

圖7 蘇北廢黃河三角洲發育模型(包括7個發育階段:發育前期和①②③為發育階段,④⑤⑥為侵蝕階段)Fig.7 Model of the development of the abandoned Huanghe(Yellow) River delta in North Jiangsu Province(including 7 phases:prophase development,deposition phase(①②③),and erosion phase(④⑤⑥)

第五階段:侵蝕仍在繼續進行,廢三角洲向海凸出的拐角夾角增大,岸線在波浪、波流聯合作用下侵蝕后退,形狀向平直趨勢發展,侵蝕范圍向南擴散,沉積物在潮流作用下主要向三角洲兩側和外海輸運。20世紀初,五條沙和大沙由于處于開闊水域,在較強的波浪和潮流作用下基本侵蝕殆盡,岸外只存有接近圓形的淺灘。20世紀70年代,岸線趨于平直并較穩定,但后退仍在進行,射陽河口已發生侵蝕后退,岸外淺灘橢圓軸方向向平行于岸線方向發展。這與潮流有重要聯系,陳可峰(2008)認為隨著廢黃河三角洲不斷侵蝕后退,分潮振幅以廢黃河口為界,以北振幅減小以南振幅增大,M2和 S2分潮無潮點位置向西南方向發展。

第六階段:岸外的淺灘已基本被侵蝕殆盡,水下三角洲被夷平,岸灘侵蝕在水動力調整作用下逐漸趨于平衡。20世紀70年代后,由于陸續采取了護岸措施,如修建了一系列的護岸工程,岸線后退基本得到控制。但是,護岸堤壩導致了岸灘下蝕,岸灘在水動力的作用下侵蝕深度有所增大。

4.2 演變模式特征

廢黃河三角洲的演變為過程可以分為緩慢發育、快速發育、快速侵蝕和侵蝕減緩的階段,河口區的發育和侵蝕速率比三角洲兩側高。演變模式特征為以徑流-潮流為主轉變為以波浪-潮流為主,以沉積物快速向海和沿岸淤積的形式發育,以沉積物大量被侵蝕、懸浮和擴散的形式侵蝕后退,以岸線扇形形態向海擴展轉變為以河口向海突出、岸線趨于平直的三角形形態向陸侵蝕。因此,這種快速淤積和快速侵蝕的演變過程和特征同其它三角洲演變有重要區別。

廢黃河三角洲同其它在弱潮和多沙條件下形成的三角洲具有不同的演變模式。廢三角洲主要以沙洲并陸的形式進行發育,現代黃河三角洲以葉瓣發育并相互堆疊的發育模式為主,葉瓣的形成與黃河改道有密切關系(Liet al,2004)。中國的灤河三角洲在弱潮、河流和波浪為主的動力作用下,以不同時期連續發育沙壩、沙島形成堡島瀉湖的扇形三角洲。密西西比河三角洲的發育基礎是峽谷狀河流和連接深海的沉積環境,以葉瓣發育、葉瓣分布不連續的模式發育形成鳥足狀的三角洲(Duncanet al,2004)。

4.3 泥沙輸移

泥沙輸運在廢黃河三角洲演變過程中具有舉足輕重的作用。泥沙來源的輸運量、方向和入海口位置決定了三角洲發育過程中淤積速度、方向和淤長位置。根據黃河口不同部位的泥沙量(陸上 24%,濱海49%,海域36%)計量(龐家珍等,1980),1194年以來有650×108t泥沙淤積在濱海區,有318×108t泥沙淤積在陸上,每年有2×108t泥沙被輸運至廢黃河口。黃河在奪淮期間經常發生河道變遷,1495年前,黃河奪淮的河道南北擺動,泥沙多是沿途散布,三角洲向海淤積緩慢。黃河入海位置主要位于向海突出的位置,有時由于人為因素或決口而發生遷移,北側決口多于南側,據記載明萬歷二十三年(1595年)、康熙四年(1665年)和嘉慶十三年(1808年),黃河從灌河入海(吳君勉,1942;中國水利水電科學研究院水利史研究室,2004)。康熙三十五年(1696年)黃河被導入南潮河入海,南潮河迅速淤為陸地,道光二十二年(1842年),黃河水三分入埒子口,七分入灌河,所以三角洲北側迅速淤積,三角洲北側成陸速度最快。嘉慶十二年(1807年)黃河在云梯關決口由射陽河入海。黃河南徙期間,黃河入海的泥沙主要向南輸運,南側長期保持淤長狀態。

泥沙輸移方向和含沙量決定了侵蝕過程中的三角洲沖/淤及位置。侵蝕期的泥沙輸運主要是橫向泥沙運動和縱向泥沙運動(李本川,李成治,1980):橫向運動表現為波流作用下的沉積物橫向分異規律,結果是岸線侵蝕后退,水下形成潮間淺灘;縱向運動表現為廢三角洲兩側方向相反的泥沙流,結果是廢三角洲拐角海域的岸線和岸灘遭受侵蝕。懸沙濃度的分布也反映出泥沙輸運狀態,懸沙受潮流、波浪、季風和環流因素的影響,向三角洲兩側、黃海和東海輸運(邢飛等,2010;陳斌等,2011;Wanget al,2011;Dong,2011)。因此,廢三角洲的沉積物持續的處于侵蝕、懸浮、搬運、沉積和再侵蝕作用的循環過程中,三角洲不斷地侵蝕后退,沖/淤節點不斷向南移動。

4.4 人類活動和氣候變化

廢黃河三角洲的演變是泥沙輸運史,泥沙對三角洲演變的影響是顯性的,而人類活動和氣候變化則是隱性的影響因素。人類活動和氣候變化與三角洲的演變有重要關系(Morton,1977;Hartwinget al,2005;Syvitski,2005),人類活動(如農業、工業、建設等)、氣溫、降水和海平面變化影響三角洲的演變過程。發育前期岸線主要受海平面升降的影響,人為因素導致了黃河的南徙。在發育過程中,黃河上游的農業活動和水土狀況影響了黃河的含沙量(許炯心,2001;Walling,2006),人為改變黃河入海口和治河策略影響了淤積狀態和岸線變遷(潘季馴,1590;李元芳,1991),氣候變化的影響退居次要地位(楊達源,1999)。人類活動在侵蝕過程中仍具有重要的影響,采挖海沙和貝殼堤加劇岸線侵蝕,護岸工程控制了岸線的進一步蝕退,但加劇了岸灘的下蝕。極端天氣(臺風引起風暴潮)加劇海岸帶的侵蝕,氣候變化將在三角洲的演變趨勢中占越來越重要的影響,對侵蝕的貢獻率有增大的趨勢(Titus,1986;朱季文等,1994;IPCC,2007)。

5 結論

蘇北廢黃河三角洲的演變經歷了發育階段和侵蝕階段,演變主要表現在岸線進退、面積增減和岸線形態變化方面。發育時期岸線向海延伸了約 90 km,面積增加了近8000 km2,侵蝕時期岸線后退了約22 km,侵蝕的面積約800 km2。現代的廢三角洲相對于發育時期的三角相岸線后退平均約 3 km,北側和河口區的面積減少了1500 km2,南側淤長了約800 km2。岸線形態變化顯示出平直-曲折-平滑-平直的過程,顯示了三角洲地貌形態的變化。

廢三角洲的演變模式較好的模擬了發育和侵蝕階段的演變過程,根據歷史資料和有關研究分析,將演變過程分為7個階段進行模擬分析。結果顯示,發育期主要受徑流和潮流影響,以沙洲并陸淤積和延伸方式進行演變,侵蝕期主要受波浪和潮流影響,以沙洲合并侵蝕后退和淤積外長交替侵蝕的方式進行演變,岸線后退被控制后,以岸灘下蝕作用為主的方式演變。

影響廢三角洲演變的影響因素中,泥沙輸運對三角洲的發育和侵蝕都有非常重要的影響,決定了三角洲的演變趨勢。人類活動和氣候變化時三角洲演變的隱含的影響因子,人類活動對黃河河道的變遷有一定的影響,護岸工程減緩了廢三角洲的侵蝕后退,卻加劇了岸灘下蝕。氣候變化影響黃河泥沙產量,海平面變化長時間尺度影響岸線的變遷,極端天氣加劇海岸侵蝕。

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