浙江沿海海域泥沙变化及其对滩涂变化的影响

胡春宏,王延贵,陈森美,何 青

(1.中国水利水电科学研究院,北京 100038;2.国际泥沙研究培训中心,北京 100048;3.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;4.华东师范大学,上海 200062)

浙江省沿海滩涂资源丰富,有着滩涂围垦与开发的悠久历史。滩涂塑造的沙源变化是影响浙江海域滩涂演变、塑造和开发过程的主要因素。有关成果表明浙江省沿海海域淤积泥沙的来源主要有沿海陆地江河入海泥沙、长江口入海泥沙扩散南下、海岸侵蚀的泥沙以及内陆架供沙等4类[1-2]。在浙江沿海滩涂中,侵蚀型海岸滩涂仅占4%,侵蚀泥沙量很少。浙江省内陆架仍处于淤积状态,且长江口扩散南下的泥沙及河口来沙对沿海泥沙淤积仍能平衡或有富余,表明内陆架供沙是非常少或基本无供沙。也就是说,与长江来沙量和入海江河陆地来沙量相比,海岸侵蚀的泥沙以及内陆架供沙都是少量。因此,长江和沿海主要河流的输沙量变化及其影响将是本文研究的重点。

1 浙江沿海主要河流入海泥沙

浙江省江河众多,自北而南入海水系主要包括钱塘江、甬江、椒江、瓯江、飞云江及鳌江等6条主要河流,以及注入三门湾、乐清湾和象山港等诸多入海小河。钱塘江是浙江沿海最大的入海河流,上游分南北2源,均源于安徽省休宁。北源新安江与南源兰江在建德县汇合后进入富春江,浦阳江汇入后至出海口河段称钱塘江,曹娥江在钱塘江南岸绍兴段汇入钱塘江河口。钱塘江总长668 km,流域面积55 558 km2。钱塘江流域设有许多水文控制站,其中水沙观测资料比较齐全的有兰江兰溪站、曹娥江花山站和浦阳江诸暨站。图1为钱塘江主要控制站水沙变化过程图[3]。从图1可以看出,无论是干流测站兰溪站,还是支流诸暨站和花山站,其径流量随时间变化不大,而输沙量有逐渐减少的趋势。若以3站之和代表流域水沙变化,流域总径流量变化不大,总径流量从20世纪70年代的154.6亿m3增至80年代的202.1亿m3,2000年后减为173.4亿m3,在多年平均径流量195.1亿m3上下波动;而年总输沙量则有减小的趋势,从70年代的275.6万t,减至90年代的270.1万 t,2000年后仅为150.5万t(见表1)。

图1 钱塘江典型控制水文站水沙变化过程图

表1 钱塘江流域代表站不同年份的水沙特征值表

对于椒江、瓯江、飞云江及鳌江等其他主要河流,由于这些河流来水输沙量和含沙量都比较小,水文站对泥沙的测量资料较少,没有长系列的泥沙资料。文献[1,4]给出了浙江沿海河流代表站的输沙量 (见表2)。自20世纪80年代以来,由于流域建库及植被条件的改善,江河输沙量和含沙量均呈现大幅度减小态势。与20世纪80年代前相比,80年代后浙江沿海河流典型水文站输沙量减小幅度为23%～38%。

表2 浙江入海河流典型水文站的输沙量表万t

浙江省水利河口研究院利用流域平均输沙模数和流域面积进一步匡算浙江省各主要入海河流及海湾区域小河的输沙量变化。研究成果表明[1,5-6],浙江入海主要河流和海湾区小河的总平均输沙量由20世纪60—80年代的1 040万t,减小至目前的720万t左右。其中,钱塘江输沙量为320万t,甬江28万t,椒江71万t,瓯江205万t,飞云江25万t,鳌江26万t,乐清湾诸小河入湾泥沙18万t,三门湾和象山港入湾泥沙各15万t左右。流域来沙中小部分进入河口外滨,大部分沉积在河口段。

2 长江口输移泥沙

2.1 长江口来水来沙变化

大通水文站是长江流域水沙进入河口区的控制站,据《中国河流泥沙公报》(2000—2010)的统计资料[3],大通站多年平均年径流量8 964亿m3(1950—2010年),多年平均年输沙量3.90亿t(1951—2010年),相应的多年平均含沙量为0.435 kg/m3。图2为大通站1950年以来年径流量和输沙量累计过程线图,表3为大通站不同年代的水沙特征值表。从图2和表3可以看出:

(1)长江大通站年径流量累计过程线呈直线状态,表明年径流量没有明显的变化趋势。其年径流量从50年代的9 155亿m3减至70年代的8 517亿m3,增至90年代的9 616亿m3,2000年后为8 336亿m3,在多年平均值上下波动。

(2)长江大通站年输沙量累计过程线呈上凸状态,表明年输沙量有明显的减少趋势。其年输沙量从50年代的4.86亿 t减至 70年代的4.27亿 t,90年代减至3.37亿 t,2000年后仅为1.76亿t,减少幅度达64%。

大通站年输沙量大幅减少的主要原因是由上游建库筑坝、流域水土保持和大规模采砂等综合因素造成的。其中,20世纪70年代以来长江流域所修建的丹江口水库、葛洲坝水利枢纽、三峡水利枢纽等都拦截了大量的泥沙,减少了进入长江口的泥沙。

图2 19 50—201 0年大通站年径流量和输沙量累计过程线图

表3 长江口年输沙量及其分配表

2.2 长江口输移泥沙量分析

根据华东师范大学提供的关于长江口沉积在拦门沙海域及水下三角洲的泥沙占流域来沙百分比的分析成果[1,7-11],在长江口输沙过程中,有40%～51%(平均为45.5%)的泥沙在长江口地区沉积形成边滩、沙洲、河口拦门沙和水下三角洲,49%～60%(平均54.5%)的泥沙经过东海沿岸流输移扩散进入杭州湾、浙东沿海、苏北吕四以南海域及东海陆架。据此结果,可以估计长江口进入杭州湾、浙东沿海、苏北以南海域和东海陆架的泥沙量,其中绝大部分为进入浙江沿海的输沙量 (见表3)。从表3可以看出,在长江口多年平均来沙量为3.98亿t的情况下,长江口沉积泥沙量为1.81亿t,进入浙江沿海的输沙量为2.17亿t。随着长江口来沙量的不断减少,长江口沉积泥沙量和进入浙东海域的泥沙量也相应地不断减少,进入浙江沿海的输沙量从20世纪50年代的2.65亿t,减至70年代的2.33亿t,90年代减至1.84亿t,2000年后仅为0.96亿t。

3 输沙量变化对浙江沿海滩涂的影响

3.1 沿海滩涂演变特点

根据岸滩历史动态及演变趋向,浙江岸滩分为淤涨型、侵蚀型和稳定型3类[2]。淤涨型滩涂的特点是岸滩处于堆积淤涨状态,主要分布在钱塘江河口杭州湾南岸、椒江河口两侧边滩、瓯江口—鳌江口的温瑞平海岸、三门湾、乐清湾西侧的边滩,是浙江省滩涂资源的主要区域,约占88%。稳定型岸滩处于冲淤基本平衡状态,主要分布在隐蔽的基岩港湾内,如象山港、乐清湾等,由于环境稳定,岸滩动态变化不明显,滩涂处于极缓慢的淤涨状态,约占10%。侵蚀型岸滩处于侵蚀状态,主要分布在杭州湾北岸,苍南琵琶门以南,岛屿迎风面等区域,滩涂面积仅占总面积的4%以下。

在自然条件和人类活动影响下,浙江省滩涂处于不断的动态演变过程中,从杭州湾庵东附近的岸线、椒江河口及台州湾南侧岸线及瓯江、飞云江及鳌江口的岸线不断向海域推进的事实说明沿海滩涂始终处于不断淤涨的状态[1-2]。特别是随着经济社会的发展、对土地资源的需求日益增长及围涂技术的发展,浙江省沿海滩涂在人类活动作用下淤积速度逐渐加快,海岸线推进平均速度从过去的10～40m/a提高到近期的40～70 m/a。但是,由于滩涂的淤涨速度跟不上围垦强度,使得涂面高程逐渐降低,需通过工程促淤等措施维持滩涂面积的动态平衡。浙江沿海实施围涂促淤工程后,使近岸滩涂附近的潮流场、波浪场及泥沙场发生改变,主要表现在涨落潮流速的降低,围堤的消浪作用等使水动力条件减弱,形成有利于泥沙淤积的环境。从飞云江河口丁山促淤围涂工程、钱塘江河口尖山促淤围涂工程等的实测资料表明促淤工程实施后滩涂高程的淤涨速度与自然条件相比可提高4～7倍[2]。

3.2 长江口来沙是浙江滩涂塑造的主要沙源

对于浙江沿海海域的输移泥沙,由于浙江入海河流流域植被好,土壤侵蚀弱,其输沙量很小,钱塘江、瓯江、椒江等河流的输沙总量为720万～1 040万t,仅占总来沙量的4%;长江口来沙量达到2.26亿t,占总来沙量的96%,是浙江沿海泥沙的主要来源。长江口来沙也是浙江沿海岸线变化和滩涂塑造的主要沙源。长江口和钱塘江河流走向(或入海水流)锐角交汇,在河流径流和海洋动力条件的共同作用下,一个潮周期内长江口和杭州湾之间存在着水沙交换,且处于长江口外海滨和杭州湾口的交汇带的南汇咀近岸水域是长江口、杭州湾泥沙交换的主要场所,存有水下沙嘴,并长期基本稳定[12]。长江口外三角洲及浙东海域存有几千年沉积下来的厚度达40～60m的“泥沙库”。在科氏力和沿岸流作用下,长江径流入海后,余流有一部分沿岸向南流动,携带大量的泥沙由杭州湾湾口北部进入杭州湾,而后继续南下进入浙江南部沿岸海域,沿程不断淤积,淤积泥沙沿程分选逐渐细化,使得海岸线发生变化,滩涂逐渐形成。显然,长江口泥沙为杭州湾和浙东沿海岸线和滩涂塑造提供沙源。

3.3 长江口来沙量减少对浙江滩涂塑造的影响

浙江沿海海域泥沙输移量发生明显变化,特别是长江来沙量的大幅度减少,造成进入浙江沿海的输沙量减少。1959—1989年进入浙江沿岸海域的年总输沙量约为2.58亿 t,1989—2003年约为1.83亿t,2003—2010年约为 0.858亿t,依次减少。其中,1959—1989年,长江进入浙东海域的年输沙量约为 2.48亿 t,1990年后大幅度减少至1.46亿t。浙江省水利河口研究院的研究表明,1959—1989年、1989—2003年和2003—2010年3个时段对应的滩涂泥沙补给量分别为2.02亿,2.63亿,2.18亿t。显然,1959—1989年的年总输沙量大于滩涂泥沙补给量,多余的泥沙将存储于长江口外三角洲的“泥沙库”内;1990年以来年总输沙量少于泥沙补给量,年输沙量差值将从长江口的“泥沙库”中掠取,使得浙江沿岸海域滩涂没有大幅度减少。

20世纪90年代后,浙江沿海滩涂围垦发展迅速,同时采取了大量的滩涂促淤工程,1989—2003年和2003—2010年2个时段的海岸滩涂泥沙补给量比1959—1989年的2.02亿t/a分别增加了0.61亿,0.16亿t/a,这些增加的泥沙需要从“泥沙库” 获得。由于近期长江口来沙量的大幅减少,“泥沙库”存量泥沙将不断减少 (表现为泥沙库冲刷),长期来看势必影响浙江沿岸滩涂的塑造速度,2003—2010年沿海滩涂泥沙补给量小于1989—2003年也说明了这一点。

此外,关于理论深度基准面上的滩涂资源,1949年以来,先后于 1953—1960年、1977—1978年、1980—1985年、1997年、2004年进行了5次滩涂资源调查[2]。图3为浙江省滩涂资源与长江口来沙量的关系图,从图3可以看出,浙江省滩涂面积有随调查时间越近越减少的趋势,与长江口来沙量逐渐减少的趋势是一致的,但滩涂面积变化要比长江口来沙量变化滞后30余年。据调查,虽然近期沿海滩涂围垦面积增加较快,但滩涂围垦高程却逐渐降低(从0～-2 m线,甚至-5 m线),进一步说明近期沿海滩涂塑造的速率可能在减小,与沙源大幅减少不无关系,至于沙源减少对滩涂塑造的影响程度和滞后周期仍需要深入研究。

图3 浙江滩涂面积与长江口来沙量的变化过程图

4 结 论

(1)长江与浙江沿海河流多年来沙量有显著减少的趋势,长江大通站年输沙量从20世纪50年代的4.86亿t减至90年代的3.37亿t,2000年后仅为1.76亿t,减少幅度达64%;浙江沿海主要河流和海湾区小河的总平均输沙量由20世纪60—80年代的1 040万t,减小至目前的720万t左右。

(2)浙江沿海泥沙主要来源于长江口向南输移扩散的泥沙和当地陆地河流入海泥沙,其年均总输沙量约为2.35亿t。其中,长江口输入沙量约为2.26亿t,占总输沙量的96%,是浙江滩涂塑造的主要沙源;当地陆地河流入海输沙量约为0.088亿t,仅占4%。

(3)长江口外三角洲及浙东海域存有大量的沉积泥沙,与长江口输沙共同维持浙江滩涂的塑造与演变。若长江口进入浙江沿岸海域的输沙量大于滩涂塑造补给量(如1959—1989年时段),滩涂资源稳定发展,多余的泥沙沉积在泥沙库内;反之,年输沙量差值将从“泥沙库”中掠取(如1989—2003年和 2003—2010年 2个时段),维持浙江沿岸滩涂塑造基本不减少,这一局面在今后一段时间内仍可维持。

(4)长江来沙量的持续减少,将可能影响浙江沿海滩涂自然淤涨速率和人工塑造的规模;滩涂面积变化要比长江口来沙量变化滞后30余年。

[1]中国水利水电科学研究院,浙江省水利河口研究院,华东师范大学.浙江省沿海海域泥沙来源、运动规律及其对滩涂演变的影响 [R].北京:中国水利水电科学研究院,2010.

[2]浙江省水利水电勘测设计院.浙江省滩涂围垦总体规划 (修编)[R].杭州:浙江省水利水电勘测设计院,2005.

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