長江口灘涂變化及其原因分析

(長江水利委員會水文局 長江口水文水資源勘測局，上海 200136)

1 研究背景

灘涂濕地是珍貴的自然資源，也是重要的生態系統，具有不可替代的綜合功能。十八大以來，習近平總書記多次對生態文明建設做出重要指示，在不同場合反復強調：“綠水青山就是金山銀山”“共抓大保護，不搞大開發”“推動長江經濟帶發展是黨中央作出的重大決策，是關系國家發展全局的重大戰略”。我國經濟建設的蓬勃發展加速了長江流域水資源開發利用，長江流域內一些大型骨干水利樞紐工程陸續實施，如三峽工程和南水北調工程。三峽工程在發揮巨大的防洪、發電和航運等綜合利用效益的同時，改變了長江口來水來沙特性：一方面全年入海總水量基本不變，年內分配發生變化，如汛期(6～9月)下泄流量基本保持不變，10月份水庫蓄水(少數年份延至11月份)下泄流量減小，枯期12月至次年5月下泄流量增加；另一方面自20世紀50年代以來，長江入海水沙條件持續發生了變化，這種變化表現在長江入海泥沙量明顯減少，特別是上世紀80年代以后，這種變化更加明顯。實測資料分析表明：2005～2016年大通站與徐六涇站同期資料相比，徐六涇站較大通站水量偏大幅度為0.22%～7.40%，2011～2016年大通站與徐六涇站同期資料相比，徐六涇站較大通站輸沙量偏少，偏少幅度為7.50%～26.10%；三峽水庫蓄水運用后的2003～2016年，大通站年均徑流量、年均輸沙量分別比2002年以前減少了5.0%，61.6%。

近年來，長江上游干支流的水電建設進程加快，金沙江下段的溪洛渡和向家壩兩個水庫已于近年建成。初步研究表明：溪洛渡和向家壩兩個電站水庫攔截泥沙后，將使三峽水庫入庫泥沙在100 a以內減少約230.00億t，占入庫站寸灘來沙量的54.0%，相應的粗沙減少49.28億t，占寸灘來沙量的80.7%。隨著金沙江、岷江等一系列大庫容水庫的建設、投運，長江上游的來沙減少趨勢將會是一個長期的持續過程。

隨著長江口上游來沙條件的持續調整，將會引起河口水流泥沙特性、灘槽沖淤格局發生變化，對長江口河勢、灘涂及濕地資源也將會產生持續的影響。為了解三峽工程運用前后長江口主要灘涂演變情況，探討灘涂變化對流域來水來沙變化的響應，本文基于地形資料，采用傳統分析方法對長江口門的五大灘涂濕地以及崇明北沿進行分析和研究。

2 長江口灘涂資源概況

灘涂，是海灘、河灘和湖灘的總稱，在地貌學上稱為潮間帶，指沿海大潮高潮位與低潮位之間的潮浸地帶，或河流湖泊常水位至洪水位間的灘地，是湖、河洪水位以下的灘地，或水庫、坑塘的正常蓄水位與最大洪水位間的灘地面積。由于潮汐的作用，灘涂有時被水淹沒，有時又出露水面，其上部經常露出水面，其下部則經常被水淹沒。

圖1 長江口灘涂資源分布Fig.1 Resource distribution of tidal flat in Yangtze River Estuary

作為世界第三大河的長江，豐水多沙，為長江口提供了豐富的水土資源，巨量的泥沙在寬淺的河口區沉積，形成了長江口沙洲羅列、多汊入海的現狀，也造就了眾多的灘涂和濕地。長江口灘涂濕地資源包括海岸及淺海、河流濕地，主要分布于扁擔沙、崇明北沿、顧園沙、崇明東灘、橫沙東灘、九段沙及江亞南沙、南匯東灘、杭州灣北岸邊灘等區域[1](見圖1)。

3 研究方法

本文基于地形資料側重于潮灘及水下地形的實際情況，采用傳統分析方法對長江口門的五大灘涂濕地以及崇明北沿進行分析，即以0，2，5 m等深線為特征，統計分析各自等深線范圍內的面積，以總結長江口口門灘涂濕地的自然演變規律情況。

本文資料均為實測地形，高程系統為當地理論最低潮面，以0～-2 m，-2～-5 m區間來分別定義中低灘和低灘，這兩個區域是受水流泥沙變化影響的主要地帶。

4 長江口灘涂資源變化分析

長江口歷史演變過程可概括為如下5個方面：① 南岸邊灘推展；② 北岸沙島并岸；③ 河口束窄；④ 河道成形；⑤ 河槽加深。與之對應，長江口灘涂濕地演變的基本規律為：濕地整體向東偏南方向延伸，沿岸邊灘不斷外推，三島由小變大，江心沙洲逐步淤高合并(或并岸)，陸域面積逐步擴大[2]。特征等深線(0，2，5 m)的演變見圖2～4。

因橫沙東灘上促淤圍灘工程較多、九段沙受長江口深水航道南導堤的影響，崇明北沿、南匯東灘的岸線歷年的變化也比較大。為建立相同的比較基礎，劃定現狀岸線為統計邊界線，分別統計淺于特征等深線的各灘涂的面積(見表1)。

表1 長江口各灘涂淺于特征等深線的面積統計Tab.1 Statistics of the tidal flats areas that are shallower than characteristic depth contour in the Yangtze River Estuary km2

4.1 顧園沙

顧園沙為沉積于北支入海口的側保齡球型洲灘，位于江中，兩岸都不靠岸(見圖2～4)。因自然條件限制，目前僅有部分漁民在沙洲上養殖，基本處于自然演變狀態。2016年，淺于-5 m沙體東西長約26.0 km，南北最大寬度約9.5 km，面積125.8 km2。

從表1可以看出，1997以來，雖顧園沙淺于0,-2,-5 m面積歷年有大有小，但0～-2 m和-2～-5 m之間的面積，呈逐漸減小的趨勢，中低灘和低灘逐年減小。對三峽工程建成前后進行比較，2002年顧園沙中低灘和低灘的面積分別為33.4 km2和87.5 km2，2016年分別為29.6 km2和63.7 km2，分別減小了11.4%和27.2%，低灘減小的速度，快于中低灘。

圖2 0 m等深線演變Fig.2 Diagram of 0 m depth contour evolution

圖3 2 m等深線演變Fig.3 Diagram of 2 m depth contour evolution

圖4 5 m等深線演變Fig.4 Diagram of 5 m depth contour evolution

從圖2～4可以看出，顧園沙東北方向受沖刷明顯，等深線不斷向西南方向移動，而顧園沙的上游頭部，卻移動較少。究其原因在于，顧園沙所在的北支為緩慢淤積的支汊，徑流影響較小，而北支口門的風浪對灘涂的影響程度增加。根據附近呂四海洋站風浪觀測資料統計(1960～2001年)，該地區東到東北方向的風的頻率為40%，主風向與主浪向均為ENE、EEN，實測極大風速達34m/s。顧園沙東北方向缺乏掩護，風浪掀沙向內侵蝕，導致東北方向沖刷。

4.2 崇明北沿

2003年7月，興隆沙與黃瓜二沙通過人工筑壩合圍并岸，其內形成一個與部分潮汐相通的半咸水湖泊，稱之為“北湖”，其下促淤了近岸邊灘，稱之為崇明北沿邊灘。

從表1可以看出，崇明北沿淺于0，-2 m的面積均逐年增大。0 m以上面積，2002年為33.1 km2，2016年為118.4 km2，增加了258.2%；-2 m以上的面積，2002年是85.1 km2，2016年為133.1 km2，增加了56.5%。中高灘資源增長的快，中低灘增長得相對慢一點。

崇明北沿的這種變化，一方面與北支進口徑流分流減小，北支下段江面寬闊，流速趨緩易于泥沙淤積的自然環境有關；另一方面與崇明北沿的圈圍工程密不可分，尤其是一期工程，將興隆沙和黃瓜二沙并岸，封堵了夾泓，至下游大片邊灘成為落潮緩流區，促進了邊灘的淤漲。其間，崇明北沿圈圍工程統計見表2。

表2 崇明北沿圈圍工程統計Tab.2 Statistics of the enclosure projects in north edge of Chongming Island

4.3 崇明東灘

崇明東灘位于崇明島的東端，為長江口北支和北港口門之間的自然淤長灘地，呈向東南展布的三角狀，高灘地被蘆葦、藨草和海三棱藨草覆蓋，中低潮灘大部分為裸露灘地，擁有豐富的底棲動物和植被資源，是候鳥遷徙途中的集散地，也是水禽的越冬地。2002年1月，崇明東灘被列為國際重要濕地，2005年7月，經國務院批準為國家級自然保護區。

崇明東灘上開展的水文測驗成果表明，崇明東灘漲潮初期，潮流有很強的加速度，流速一般較大，含沙量達到平均值的2～3倍；落潮時水位回落中期，流速達到最大值，此時含沙量亦有峰值出現，表明崇明東灘上含沙量的大小由流速主導。因泥沙再懸浮，外側光灘灘面上存在頻繁的水沙交換，進入有植被地帶后，再懸浮減少，水體含沙量降低，因此，外光灘沉積物偏粗，砂質、粉砂質居多，光灘向內及植被帶，沉積物顆粒細，黏土、粉砂居多；植被區域流速衰減較大，含沙量也迅速降低，起“緩流滯沙”作用。

根據1920～1981年間實測水下地形圖比較，崇明東灘的泥沙淤積部位主要發生在淺于-5 m的區域，20世紀80～90年代期間是崇明東灘自然淤長和人工圍灘速率最快的年代，平均每年外伸約100 m。20世紀90年代后，崇明東灘的淤長速率減緩。由表1可知，2016年，崇明東灘海堤外淺于-2 m和-5 m的面積與2002年相比，有增有減，變化幅度不大，但0～-2 m之間的中低灘資源在逐漸減小，2002～2016年間，面積減小了57.2 km2，減小幅度達-36.7%，部分中低灘因淤長而轉化為中灘或中高灘；-2～-5 m之間的低灘資源略有增長，由2002年的292.2 km2增長為2016年的316.1 km2，增加了8.2%。

影響崇明東灘演變的因素主要有以下4點。

(1) 潮流影響。崇明東灘南、北兩側分別為北港、北支。北港落潮流占優，不利于泥沙落淤，崇明東灘南側常受沖刷；北支漲潮流占優，利于泥沙落淤，且漲落潮含沙量均高，為崇明東灘北部淤漲提供了充足的泥沙來源。

(2) 風浪影響。崇明東灘直面東海，常受北、東、南3個主要方向的風、浪侵襲。外海風浪傳入淺水區后，受地形影響發生破碎，形成破波帶，擾動淺灘沉積物，泥沙再懸浮，隨潮輸運。

(3) 植被影響。植物具有緩流消能作用，利于泥沙淤積。崇明東灘高灘部分多有蘆葦，中灘部分少有海三棱藨草，低灘則為光灘，漲潮流帶來的泥沙，多在中高灘淤積，使灘面淤高，并不斷向海發展。

(4) 人類活動。灘涂圈圍是影響崇明東灘演變的重要因素。流域來沙的減少，雖然目前尚未使崇明東灘前緣產生明顯蝕退，但長期看，來沙減少使口門沙洲發生侵蝕應是大概率趨勢。

4.4 橫沙東灘

橫沙東灘位于橫沙島尾的東端，20世紀80年代以前，位于中部的橫沙串溝將橫沙東灘分成兩部分，其西稱橫沙東灘，其東稱橫沙淺灘或銅沙淺灘。1998年，長江口深水航道治理工程南北雙導堤、丁壩工程實施，北導堤堵汊、擋沙、導流致橫沙東灘流場發生較大的改變，橫沙東灘串溝消失，橫沙東灘和橫沙淺灘連成一體，本文統稱為橫沙東灘[3]。

橫沙東灘位于漲潮分流、落潮合流的緩流區，易于泥沙落淤，而流域來沙為灘地的淤漲提供了物質基礎，但由于橫向漫灘流的存在，天然條件下橫沙東灘灘面難以大幅淤高。近年5 m等深線包圍的面積總體比較穩定，2002～2016年間擴大了5.3%，但同期2 m包圍的區域則增大較多，擴大了53.6%，主要集中在高灘部位，平面位置變化不大。

相對于5 m等深線的演變，2 m等深線受工程因素的影響更大。原橫沙東灘沙體上的橫向串溝均已不復存在，北港、北槽的水沙交換減弱。橫沙東灘2 m包圍的面積總體快速增長，但并非單向淤漲，期間也存在著沖刷，如1997～2002年間，2 m面積減少了約31 km2，從該時間段的演變圖可以看出，橫沙東灘上段及北導堤南側局部淤積，中下段大片沖刷。究其原因主要在于工程的影響，長江口深水航道治理一期工程于2001年6月竣工，2002年4月實施二期工程，至2002年12月，基本建成的北導堤改變了橫沙東灘的水流結構，原流向北槽的水流被攔截，順導堤沿橫沙東灘灘面下泄，因而造成淺于-2m的高灘的沖刷；另一方面還與長江1998，1999連續兩年的洪水有關，洪水導致長江口沙洲普遍發生沖刷，同期口外的崇明東灘、口內的白茆沙、新瀏河沙均有此現象(不同之處在于口內沙體沙頭沖刷、沙尾下延，而口外沙體沖刷，泥沙被帶出海外)，而同位置的九段沙和南匯東灘，因受長江口深水航道建設的影響，未發生大范圍沖刷現象。

近年橫沙東灘總體北沖南淤，沙尾下延。長江口深水航道治理工程的實施，致橫沙東灘流場發生較大的改變，灘面串溝消失，橫沙東灘和橫沙淺灘連成一體，但灘面大多依然在0 m以下。促淤工程實施后(見表3)，促淤效果明顯，而帶納潮口的北線堤與隔堤兩側均為水流沖刷。從橫沙東灘促淤堤的效果看，一般建設初期淤積明顯，但完工后，灘涂進一步淤高較難。基于此，必須采取新的工程措施，如圈圍吹填，并結合生物促淤，方能有效成陸。

表3 橫沙東灘促淤圍墾工程統計Tab.3 Statistics of the reclamation and enclosure projects in Hengsha East Shoal

4.5 九段沙

九段沙原為橫沙東灘的組成部分，1954年長江大洪水促使北槽成形，九段沙脫離母體而成為一個四周為河槽和串溝所隔離的大型江心洲。以長江口深水航道治理工程開工建設為界，九段沙的近期演變分兩部分。工程建設以前，九段沙屬自然演變狀態。從2m等深線可見(圖3)，1997年底，九段沙分成上、中、下3塊沙體，中間分別以串溝相隔，江亞南沙獨立于九段沙西南側，面積22.30 km2。一期工程完工后(2002年)，九段沙上中下3塊沙體相連，但與江亞南沙之間的2 m小槽始終存在。2016年10月，九段沙2 m的總面積增加至262.3 km2。

從表1可知，九段沙淺于-2 m和-5 m的面積較為穩定，但0～-2 m的中低灘和-2～-5 m的低灘面積逐漸減小，尤其是中低灘，2002年為111.6 km2，2016年減小至76.3 km2，減小幅度達31.7%，相對而言，-2～-5 m的低灘減小福僅為2.7%。大部分中低灘淤積成中灘或中高灘，進一步佐證了九段沙“長高不長大”的演變特征。

九段沙的近期演變離不開其所處的地理位置及邊界條件的影響。自然演變下，九段沙總體表現為沙頭沖刷下移，沙尾淤漲下延，沙體順時針偏轉，沙體增大，灘面增高，潮溝發育。當自然條件不變，在長江大洪水作用下，九段沙將會發生切灘、沖散、集聚、發育等循環往復的過程，再生成的地點將在現位置以下。長江口深水航道治理工程的建設，改變了九段沙北側的自然邊界條件。首先，南導堤切斷了九段沙上的潮溝，阻止了北槽與南槽以及九段沙之間的水沙交換，使九段沙向上游收縮。其次，從動力條件看，長江口潮波的運動方向為東南-西北向，南導堤的建設，不但增強了九段沙南側中低灘的漲潮流優勢，使泥沙上灘沉積，也減小了南槽水沙向北槽的輸送，大量泥沙在九段沙灘面滯留落淤，是近期九段沙高灘淤漲的主要原因。第三，九段沙位于開闊的河口地帶，常受不同方向的風浪影響，尤其是強臺風和強寒潮對沙體產生的強烈擾動沖刷作用，導致南導堤建設以前，九段沙沙體增大，但灘面高程變化不大，以光灘為主，灘面沉積物較粗，分選良好，南導堤建成后，阻擋了長江口北向風浪對灘面的作用，波浪經過導堤而破碎消能，兼之植物消浪、滯流、滯沙作用，九段沙近年得以淤高。

4.6 南匯東灘

南匯東灘是長江口和杭州灣北部近岸水沙交匯的地帶，長江口泥沙凈向杭州灣的輸移，決定著南匯東灘向東南伸展的演變趨勢。除受到上游來水來沙的影響外，南匯東灘還受口外波浪和潮流的雙重影響，近岸灘地水深變淺，波浪作用相應增強。南匯東灘灘坡平緩，波浪在潮間帶內易破碎，岸線及0 m以上的灘地受波浪影響強烈，而水下槽灘則主要受潮流動力控制。長江口波浪以風浪為主，NNE向的波浪使岸線南偏，而漲、落潮水流使岸線東偏。以上因素共同制約著南匯東灘岸線、灘坡和灘地的走向。

南匯邊灘中上段的演變與南槽的發展息息相關。1954年以前，南槽上口水深在10 m以上，南岸無邊灘；1958年后，受上游南支河段河槽大量泥沙沖刷下移的影響，南槽上口進口條件惡化，深于5 m的槽寬不斷縮窄，至1980年左右，江亞邊灘與南岸連成一體；1983年，長江大洪水切割南槽進口段的江亞邊灘，導致南槽上口演變成雙汊分流的格局，至1997年底，江亞邊灘與南岸分離，形成江亞南沙，其北部與九段沙相連；2001年6月，長江口深水航道治理工程一期工程建成，江亞南沙和九段沙連成一體，南槽上口復歸單汊入流，分流嘴上提至江亞南沙頭部；工程建成后，盡管南槽下斷面分流比總體上變化不大，但上斷面的分流比卻有明顯的增加，致使南槽上段發生明顯沖刷，5 m等深線向岸靠近，中段淤積，等深線相應外推，過南匯嘴后，5 m等深線多年來幾乎貼合在一起，平面變化極小[4]。總體看，南匯東灘5 m線總體向東北方向推移，南槽喇叭型口門放寬率減小，南槽河道加長。

由表1可知，南匯東灘高于0 m的中灘面積逐年增加，2002年為136.6 km2，2016年增加至186.0 km2，增加了36.2%；淺于-2 m的面積略有增大，2002年為248.2 km2，2016年為262.3 km2，增加了25.1%；淺于-5 m的面積則減小了16.8 km2(-4.0%)。從0～-2 m的中低灘和-2～-5 m的低灘面積變化看，2002～2016年間，分別減小了64.9 km2(-48.0%)和58.4 km2(-23.4%)，說明有大量的中低灘轉化為中灘或中高灘。

南匯東灘中低灘和低灘向中灘和中高灘轉化現象，與南匯東灘近岸促淤圈圍工程密切相關(見表4)。自1996年始，南匯東灘共計促淤圍墾了約172 km2，近岸地形成陸，迫使等深線外推，中低灘、低灘面積減小，因此表1中，0～-2 m之間的面積大幅度減小，-2～-5 m之間的面積略減。

表4 南匯東灘促淤圍墾工程統計Tab.4 Statistics of the reclamation and enclosure projects in Nanhui East Shoal

5 結 論

在流域來沙減少的情況下，近年來長江口主要灘涂的演變趨勢總體呈現高灘淤積，中、低灘沖刷的特征。橫沙東灘、九段沙、南匯東灘、崇明北沿4個洲灘均不同程度存在中低灘、低灘向高灘轉換，進而中低灘、低灘面積減小的現象。上述洲灘受工程的影響較為顯著，相對而言，顧園沙、崇明東灘則基本保持了自然的演變規律，具有一定的代表性。與三峽工程運行前相比，崇明東灘變化較小，崇明東灘是鳥類國家級自然保護區，除了互花米草生態控制與鳥類棲息地優化工程外，幾乎沒有其他工程，總體而言，崇明東灘在長江口屬于變化較小的洲灘，受侵蝕不明顯。顧園沙是北支江中的口門洲灘，其上無工程，2002年至2016年中低灘和低灘的面積分別減小了11.4%和27.2%，低灘減小的速度快于中低灘，在外海風浪作用下，呈現向內侵蝕現象。

綜上，長江口灘涂受整治工程影響遠大于自然演變，為盡可能減少灘涂圈圍對濕地生態環境可能帶來的不利影響，有效貫徹習近平總書記“共抓大保護，不搞大開發”指示要求，應在《長江口綜合整治開發規劃》等相關規劃的指導下，加強對促淤圈圍工程的科學謀劃和管理，真正實現濕地生態環境的動態平衡，保護長江口地區灘涂資源。