長江口南匯邊灘沖淤演變的多因子分析

付桂 嚴超

摘 要：南匯邊灘位于長江口和杭州灣的交匯地帶，近年來由于促淤圈圍工程導致其水沙輸移及河勢沖淤發生了顯著變化。本文主要對引起南匯邊灘沖淤演變的多因子進行分析，研究結果表明：南匯邊灘周邊圈圍工程的興建和特定的灘槽水沙交換的平面環流輸沙系統是造成南匯邊灘年際沖淤變化的主要因素;自然條件變化如流域來水來沙、潮流、潮差、波浪、水體含沙量、海平面變化是引起南匯邊灘季節性變化的原因。

關鍵詞：長江口;南匯邊灘;潮灘沖淤變化;促淤圈圍工程;平面環流

中圖分類號：U617 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）08-0141-03

南匯邊灘位于長江口和杭州灣的交匯地帶，長江口段為南匯東灘，杭州灣段稱南匯南灘，南匯邊灘受長江口與杭州灣水沙交換相互影響。二十世紀以來，南匯東灘實施了促淤圈圍工程如南匯東灘五期圈圍工程（2004-2006年）、浦東國際機場外側促淤工程（2007-2009年）等，長江口北槽深水航道建設（1998-2010年）等重大工程項目。工程實施改變了原邊界，使得邊灘河床發生新的沖淤變化。根據筆者對2006-2008年南匯邊灘短期沖淤變化研究[1]，總體表現為：年度上南匯東灘以淤長為主，南匯南灘以沖刷為主。不同季節南匯邊灘沖淤變化過程存在很大差異：平面上，南匯邊灘等深線夏、冬季以淤進為主，春、秋季以蝕退為主;垂向上，南匯東灘斷面呈春夏秋沖淤交替、冬季淤積的態勢，南匯嘴斷面呈秋季沖刷、冬夏季淤積的態勢，而位于南匯南灘的斷面則呈秋冬季沖刷、春夏季淤積態勢。

國內學者研究方向側重于南匯邊灘水沙輸移和沖淤演變等方面[1-17]，但未對引起南匯邊灘沖淤演變的影響因子進行深入分析。本文將基于研究區域內的邊灘邊界變化、沉積動力特征、自然條件變化等資料，對影響南匯邊灘沖淤演變的多因子進行分析，探討其沖淤演變機制，為南匯邊灘的岸灘資源可持續利用和生態環境保護提供科學參考。

1 南匯邊灘年際沖淤演變機制探討

1.1 潮灘沖淤變化對促淤圈圍工程的響應

20世紀90年代以來，南匯邊灘實施了多期促淤圈圍工程，其中在2004-2006年實施了南匯東灘五期圈圍工程，在2007-2009年實施了浦東機場外側促淤工程。工程實施改變了原邊界，使得南匯邊灘河床發生新的沖淤變化。南匯東灘五期圈圍工程于2006年完成，短期內南匯邊灘處于調整階段，岸線外推后南匯東灘平均流速較工程前總體增加，引起堤壩外側海域挾沙能力增強，造成南匯東灘2006-2007年大范圍的沖刷;2007-2008年南匯邊灘水動力調整后，恢復到以前的沖淤環境，南匯東灘灘面仍以淤積為主。此外2007-2009年期間實施了機場外側促淤工程，圈圍工程南圍堤必然會產生一個弱流影壁區，從而有利于懸沙在此落淤，實測等深線淤漲外推與此關系密切（見圖1）。可見，南匯邊灘年際沖淤演變主要與近期促淤圈圍工程的實施有關，年際潮灘沖淤變化對于促淤圈圍工程的響應是相對比較敏感的。

1.2 潮灘沖淤變化對平面環流輸沙系統的響應

南匯邊灘處于長江口與杭州灣交匯地帶，受兩股潮流相互影響，南匯邊灘有徑流輸沙和漲潮回輸泥沙的雙重補給，在這些水流泥沙動力的相互作用下，南匯邊灘在平面上形成了3個泥沙輸移系統，詳見圖2。

總體上表現為淺水灘進沙，深水灘和主槽出沙，在平面上南匯東灘漲落潮優勢流、優勢沙組成二個順時針環流和輸沙系統，此種流態和輸沙系統是南匯東灘大面積圈圍后恢復淤漲的基本動力條件。南匯嘴水域淺灘在2-5m等深線范圍內下凈輸沙方向指向杭州灣，5m等深線凈輸沙向南槽，形成了一個逆時針方向的泥沙輸移環流系統，使得南匯嘴水域2-5m線總體向外淤漲。南匯南灘凈輸沙方向為杭州灣北岸由東向西方向，即長江口落潮水流攜帶泥沙通過南灘近岸輸向杭州灣，因此當長江口泥沙來源減少時，南匯南灘將轉入沖刷期。可見，南匯邊灘特定的灘槽水沙交換的平面環流輸沙系統是造成南匯東灘淤漲、南匯南灘沖刷的主要因素，年際潮灘沖淤變化對于平面環流輸沙系統的響應最為直接。

2南匯邊灘季節性沖淤演變機制探討

2.1 潮灘沖淤變化對流域來水來沙的響應

南匯邊灘的泥沙來源為長江口入海泥沙。長江入海徑流量和輸沙量具有顯著的季節性差異。圖3為大通站長江2007年和2008年徑流量及輸沙量的月變化情況，可以看出長江徑流量及輸沙量洪季較大，枯季較小，其中月平均徑流量及輸沙量最大的為8月份，最小的是2月份。由前面的南匯邊灘斷面季節性沖淤變化分析可知：冬夏季以淤進為主、春秋季以蝕退為主。南匯邊灘的沖淤與長江下泄的水沙量之間存在著良好的對應關系：2007年11月至2008年3月（冬季），長江下泄的月均水沙量逐漸增加，從而引起南匯邊灘的淤積;2008年3月至2008年5月（春季），長江下泄的水沙量先增加后減少，從而引起南匯邊灘由緩慢淤積向沖刷的轉變;2008年5月至2008年9月，長江口水沙量快速上升，由于巨量水沙下泄，引起南匯邊灘大幅度淤積;而從2008年9月至2008年11月，由于長江口水沙量的迅速減少，從而造成南匯邊灘由快速淤漲向快速沖刷的轉變。由此可見，南匯邊灘的沖淤對流域來水來沙條件的變化具有敏感的響應。

2.2 潮灘沖淤變化對潮流及潮差的響應

長江口區水域潮流的入射方向決定了泥沙進入方向，從潮流方向來看，潮流的入射方向與南匯邊灘的東南伸展走向基本一致，且潮流的作用在南匯東灘及南匯南灘差異明顯，使得南匯邊灘在垂直岸線變化上要大于平行岸線。潮流對南匯邊灘輸沙起著重要的作用，當潮流切應力大于表層沉積物的臨界起動剪切應力，表層沉積物在漲落潮流的作用下發生輸運，直到在低流速時，潮流剪切應力小于臨界沉降剪切應力時再次沉降。因此，潮流作用也是造成南匯東灘淤積、南匯南灘侵蝕的原因之一。

此外，潮差的變化與潮灘的沖淤變化基本相對應，當潮差較大時潮灘基本是以侵蝕為主，而潮差小則表現為淤積。南匯邊灘的潮位可通過東灘中浚站和南灘的蘆潮港站潮汐特征值（見表1）來分析，在高潮位時蘆潮港潮位高于中浚站，低潮位時蘆潮港潮位要低于中浚站，由此產生水面橫比降，影響著長江口和杭州灣之間的水流和泥沙交換。從表中還可以看出，中浚站的潮差較南匯南灘蘆潮港站的潮差小，這是導致南匯東灘淤積南匯南灘沖刷的因素之一。

2.3 潮灘沖淤變化對波浪的響應

南匯邊灘地處長江河口開敞地帶，沉積物易受波浪掀沙、潮流輸沙作用，從而導致潮灘灘面的侵蝕變化。為深入了解南匯邊灘波浪掀沙機理，通過計算淺灘段沉積物臨界起動切應力及波浪剪切應力，判斷潮灘沖淤變化對波浪的響應[18-20]。本文利用2005年8月“麥莎”臺風期間及其前后的風浪過程平均特征值數據作為計算依據，計算的沉積物臨界起動切應力在0.08～0.14N·m-2之間，平均為0.11N·m-2，波浪測點計算后的波浪剪切應力在1.2～2.2N·m-2之間，平均為1.7N·m-2。可以看出：波浪剪切應力大于表層沉積物的臨界起動剪切應力，表層沉積物在波浪作用下易被掀動且在潮流作用下輸沙，從而導致潮灘發生侵蝕，故南匯潮灘的沖淤變化與波浪掀沙有關。

南匯東灘主要以黏土質粉砂及粉砂為主，水深較淺，波浪可輕易將水深1m以淺的沉積物掀起，東灘的潮灘沖淤對波浪作用比較敏感;南匯南灘沉積物普遍較粗，主要以粉砂及細沙為主，水深較深，波浪對南灘潮灘沉積物作用有限，需要更大波級的波浪作用才能將其起動。位于南匯邊灘的水下沙嘴向東南突出，受春季SE—SSE浪向及秋季NE—NNE浪向作用影響較大，突出的地形受因波浪直接入射引起波能輻聚，易受沖刷，從而導致了南匯東灘春秋季節以沖刷為主。

2.4 潮灘沖淤變化對水體含沙量的響應

泥沙補給是岸灘淤漲必要條件，從圖4可以看出，南匯邊灘近岸水域高潮時刻冬季含沙量偏高，春季含沙量呈逐月減少趨勢，夏季含沙量呈逐月增加趨勢。這一監測數據，正好與南匯邊灘季節性的沖淤變化規律相符，冬季水體含沙量最大，泥沙補給充足，恰好迎來南匯邊灘淤漲期;春季含沙量呈逐月減少趨勢，泥沙補給逐漸減少，導致南匯邊灘沖刷;夏季含沙量逐月增加，泥沙補給逐漸增加，南匯邊灘又重新恢復淤漲。因此，南匯邊灘的沖淤與水體含沙量的補給是密不可分的。

2.5 潮灘沖淤變化對海平面升降的響應

海平面上升會導致潮灘過水面積增大，灘面水深變深，相應潮間帶水動力增強，不利于灘面懸沙落淤[21-22]。南匯邊灘的沖淤與上海沿海海平面變化之間也存在著一定的對應關系：通過圖5可以看出，冬春季節（2007年11月至2008年5月）上海沿海海平面比常年低，以2月份為全年最低，比常年低160毫米，從而有利于冬季淤積態勢形成;夏秋季節（2008年5月至2008年12月）上海沿海各月海平面均高于常年同期，其中9月份海平面為全年最高，比常年高250毫米以上，海平面的明顯上升會使得南匯邊灘潮差和波高增大，從而進一步加大南匯邊灘洪季的沖刷幅度。因此，南匯邊灘的季節性沖淤與海平面升降有關。

3 結論

（1）南匯邊灘周邊圈圍工程的興建和特定的灘槽水沙交換的平面環流輸沙系統是造成南匯邊灘年際沖淤變化的主要因素。

（2）南匯邊灘自然條件的變化如流域來水來沙、潮流、潮差、波浪、水體含沙量、海平面變化是引起邊灘季節性變化的原因。

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