长江水沙变化对河口水下沙洲发育影响的研究

4. 000 2. 700 3. 042
4. 310 2. 140 2. 864
长江多年平均输入河口区的泥沙量 4. 33 亿 t ,年输沙量最 大值出现在 1964 年 ,为 6. 78 亿 t ,最小值出现在 1994 年 ,为 2. 39 亿 t 。长江来沙以悬沙为主 ,约占总输沙量的 98 %左右[3 ] ,长江 来沙是河口边滩 、水下沙洲 、沙岛和水下三角洲形成和发育的主 要物质来源 。自 20 世纪 60 年代以来 ,长江入河口泥沙量呈持 续下降趋势 (图 3 ,表 2) ,其 中 ,2001 、2002 年 的 年 输 沙 量 仅 为 2. 76 、2. 75 亿 t 。长江输沙量变化趋势与人类活动 (如水土保持 和上游建坝等) 的影响密切相关 。
2. 34
3. 36
1971～1980 5. 07
3. 41
4. 26 1951～2000 6. 78
2. 34
4. 33
图 4 白茆沙历年 - 5 m 等深线以上面积( 含白茆小沙)
3. 2 南支下段
南支下段自七丫口至吴淞口 ,全长约 35 km。该河段汊道 多 ,暗沙罗列 ,有扁担沙 、新浏河沙和中央沙 ,俗称“三沙”河段 。 根据历年海图 ,20 世纪 80 年代中期 “, 三沙” - 5 m 线以上面积 曾达到最大值 206. 5 km2 。到 90 年代 “, 三沙”由淤积转为冲刷 状态 “, 三沙”面积逐步减小 。2002 年和 1984 年相比 “, 三沙”- 5 m 线以上面积减少了 20. 0 %(图 5) 。
(长江水利委员会 设计院 ,湖北 武汉 430010)
摘要 :根据 1950～2000 年大通站实测水文资料和长江口地形图 ,对比分析了长江来水和来沙量变化对长江口 水下沙洲发育的影响 。自 20 世纪 60 年代开始 ,长江上游来沙量呈减少趋势 ,特别是 90 年代来沙量相对于 60 年代减少了 34. 3 %。而近 50 a 来 ,长江入海径流量基本不变 ,90 年代还略有增加 。长江来沙量减少而径流量 基本不变 ,使得径流冲刷力相对增强 ,导致河口区水下沙洲冲刷 、河槽容积增加 。将目前各沙体 - 5 m 线以上 面积与沙体发育面积最大时期相比 ,白茆沙 - 5 m 线以上面积减少了 46. 6 %“; 三沙”减少了 20. 0 % ;南北港的 青草沙和瑞丰沙减少了 49. 3 % ;同时期 ,长江口各河段河槽横断面在 0 m 等深线以下的面积不断增加 。另外 , 从水下沙洲由淤转冲的时间来分析 ,长历时的上游来沙量减少将导致河口地区的溯源冲刷 ,河口下游受影响最 早 ,然后逐渐波及上游 。 关 键 词 :径流量 ; 输沙量 ; 水下沙洲 ; 冲淤变化 ; 长江口 中图分类号 : TV148 文献标识码 : A
青草沙和瑞丰沙总面积变化可以反映南 、北港河槽总体冲 淤趋势 。统计表明 ,自 20 世纪 60 年代至 1978 年 ,青草沙和瑞丰 沙 - 5 m 线以上沙体总面积不断增加 ;至 1978 年 ,沙体总面积达 到最大值 122. 63 km2 ; 之后 ,两沙总面积迅速减小 ,2002 年和 1978 年相比 ,青草沙和瑞丰沙 - 5 m 线以上面积减少了 49. 3 % (图 6) 。
流量Π(万 m3·s - 1)
Qmax
Qmin
Q
4. 310 2. 430 2. 899
3. 280 2. 440 2. 849
3. 410 2. 140 2. 698
时间Π 年 1981～1990 1991～2000 1951～2000
流量Π(万 m3·s - 1)
Qmax
Qmin
Q
3. 520 2. 270 2. 831
图 5 三沙历年 - 5 m 等深线以上面积
3. 3 南 、北港河段
南 、北港为长江口的第 2 级分汊河道 ,两汊道具有此消彼长 的演变规律 。北港河段上承新桥水道和新桥通道 ,下接北港拦 门沙河段 ,北港上段主槽位于河道北侧 ,南侧为中央沙和青草沙 沙体 。南港河段上承南支下段 ,下接南 、北槽 ,为一顺直河道 ,偏 靠长兴岛侧有瑞丰沙 ,南侧为主槽 ,北侧为长兴岛涨潮沟 。
5 河口水下沙洲演变与长江水沙变化的关系
长江口水下沙洲大约自 20 世纪 80 年代以来不断受到冲 刷 ,河口河槽容积增加 ,这与长江上游来水来沙量的变化有着较 为密切的关系 。近 50 a 来 ,长江径流量变化趋势并不显著 ,说
图 12 Ⅵ断面 分析长江上游水沙变化对河口影响的研究成果较多 ,一般 认为 ,长江来沙量锐减使长江口淤积速率减缓 ,但这些成果主要 是指口门外水下三角洲的冲淤演变 。对口门以内的河床来说 , 在长江来沙量显著减少和来水量基本不变的条件下 ,口内河床 主要呈冲刷状态 。文献 [ 6 ]采用数字化方法统计了近 100 余年 来长江河口冲淤量和速率 ,结果发现 ,长江口南支和南 、北港河 段平均每年冲刷 0. 129 亿 t 泥沙 ,约占长江来沙的 3 % ,与本文 的结论在定性上是基本一致的 。 进一步分析河口区不同河段的水下沙洲由淤转冲的时间 , 结果发现 ,越往河口区下游 ,发生冲刷的时间越早 。如南 、北港 的水下沙洲早在 20 世纪 70 年代末就由淤积向冲刷状态转变 , 而南支中下段和南支上段则在 80 年代中后期才由淤积向冲刷 状态转变 。因此 ,从水下沙洲由淤转冲的时间来分析 ,长历时的 上游来沙量减少将导致河口地区的溯源冲刷 ,河口下游受影响 最早 ,然后逐渐向上游波及 。
2 长江径流量 、输沙量及其变化趋势
长江多年平均入河口区的流量为 2. 863 万 m3Πs ,最大和最 小年平均流量分别为 1954 年的 4. 31 万 m3Πs 和 1978 年的 2. 14 万 m3Πs。从各月的多年平均值看 ,最大月平均流量出现在 7 月 , 最小月平均流量出现在 1 月 。5～10 月为汛期 ,其径流量约占全 年的 70 % ;11 月至翌年 4 月为枯期 ,其径流量约占全年的 30 %。 其中汛期径流量最大 3 个月 (6 、7 、8 月) 的径流量占全年径流量
图 6 青草沙和瑞丰沙历年 - 5 m 等深线以上面积之和
4 河道横断面面积变化
为进一步分析河口水下沙洲面积变化对河道的影响 ,再将 河口各断面在 0 m 等深线以下的横断面面积进行统计 ,结果表
第8期
钮新强等 :长江水沙变化对河口水下沙洲发育影响的研究
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明 ,自 20 世纪 80 年代以来 ,长江口河槽容积显著增加 ,自 Ⅰ号 断面至 Ⅵ号断面 (图 1 ,图 7 至图 12) ,0 m 等深线以下的河道横 断面积分别增加 2 800 、8 200 、21 500 、16 000 、24 900 、36 500 m2 ,断 面面积 增 加 的 百 分 率 分 别 为 3. 7 %、10. 6 %、40. 4 %、17. 8 %、 28. 3 %和 42. 2 % ,说明水下沙洲冲刷 、河槽容积增加 ,河道处于 冲刷状态 。
明长江径流的挟沙力基本不变 。但上游来沙持续减少 ,将使得 径流所挟泥沙量减小 ,径流的冲刷力相对增强 ,一部分河道泥沙 被冲刷起来输往下游 。因此 ,河口段沙洲冲刷和河槽容积增加 , 是河床对上游来水来沙量变化所作的相应调整 。
图 7 Ⅰ断面
图 8 Ⅱ断面
图 9 Ⅲ断面
图 10 Ⅳ断面
图 11 Ⅴ断面
第 36 卷 第 8 期 2005年 8 月
文章编号 :1001 - 4179 (2005) 08 - 0031 - 03
人 民 长 江 Yangtze River
Vol. 36 ,No. 8 Aug. , 2005
长江水沙变化对河口水下沙洲发育影响的研究
钮 新 强 徐 建 益 李 玉 中
长江是一条丰水多沙河流 。根据资料统计 ,宜昌站每年汇 集河道的径流总量为 4 382 亿 m3 ,并挟带 5. 01 亿 t (1950～2000 年) 泥沙输向长江中下游 ; 大通站每年汇集河道的径流总量为
收稿日期 :2005 - 03 - 17 基金项目 :国家重点基础研究发展计划资助项目 (2003CB415206) 作者简介 :钮新强 ,男 ,长江水利委员会设计院院长 ,教授级高级工程师 ;华中科技大学水电与数字化工程学院 ,博士研究生 。
图 1 长江口河势示意 的 39 %。
近 50 a 来 ,长江入河口区的径流量总体变化趋势不显著 (图 2) ,以年代平均径流量的变幅作为比较 ,径流量最小的 20 世 纪 70 年代与径流量最大的 90 年代相比 ,变化幅度为 11 % (表 1) 。长江多年入河口区径流量变化不大的原因一方面是由于长 江流域面积广阔 (约占全国陆地总面积的 18. 8 %) ;另一方面是 由于流域内降水量总体上比较稳定 。
河口区下段俗称长江口 ,以徐六泾为起点 ,自徐六泾至入海 口门长约 160 km。长江口在徐六泾以下由崇明岛分隔为南支和 北支 ,南支在吴淞口以下又被长兴岛和横沙岛分隔为南港和北 港 ,南港在九段以下再被九段沙分隔为南槽和北槽 ,使长江口呈 现 3 级分汊 、四口入海的河势格局 (图 1) 。长江口的平面外形 呈喇叭状 ,徐六泾河段江面宽仅 5 km ,入海口门处的南汇嘴至 启东嘴距离宽达 90 km。
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人 民 长 江
2005 年
9 029亿 m3 ,并挟带 4. 33 亿 t (1950～2000 年) 泥沙入海[1] 。宜昌 站多年平均径流量占大通站 48. 5 % ,但输沙量是大通站的 1. 15 倍 。由此可见 ,进入河口区的径流量有一半来自上游 ,一半来自 中下游流域 ,但泥沙主要来自上游 。
沙 。1989 年 ,新白茆沙面积达到最大值 54. 9 km2 。自 20 世纪 90 年代以后 ,白茆沙面积迅速减小 。2002 年和 1989 年相比 ,白茆 沙 - 5 m 线以上沙体面积减少了 35 %(图 4) 。
时间Π 年 1951～1960 1961～1970 1971～1980