石盛玉，程和琴*，鄭樹(shù)偉，徐文曉，陸雪駿，姜月華，周權(quán)平

(1. 華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062；2. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇 南京 210016)

三峽截流以來(lái)長(zhǎng)江洪季潮區(qū)界變動(dòng)河段沖刷地貌

石盛玉1，程和琴1*，鄭樹(shù)偉1，徐文曉1，陸雪駿1，姜月華2，周權(quán)平2

(1. 華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062；2. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇 南京 210016)

潮區(qū)界河段河勢(shì)演變對(duì)三峽工程的響應(yīng)是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)中的重要問(wèn)題。然而受觀測(cè)手段所限，對(duì)三峽截流以來(lái)潮區(qū)界變動(dòng)范圍及其地貌演變的客觀認(rèn)識(shí)亟待探討。對(duì)大通站洪季水位資料進(jìn)行頻譜分析，初步判斷了近期長(zhǎng)江洪季潮區(qū)界位置；對(duì)比1998年和2013年水下地形資料，分析了三峽大壩截流以來(lái)該河段河槽的沖淤演變特征；利用多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)沖刷明顯河段的微地貌進(jìn)行了高分辨率觀測(cè)。結(jié)果顯示：(1)1998-2013年潮區(qū)界變動(dòng)河段河槽整體沖刷5 649.7萬(wàn)m3。其中，上段全面沖刷，太白、太陽(yáng)兩洲并岸，銅陵沙被沖開(kāi)，主槽刷深達(dá)5.6 m；中段主泓擺動(dòng)，天然洲南沖北淤，黑沙洲中水道淤死，南水道左岸最大沖深達(dá)8.9 m；下段近岸沖刷強(qiáng)烈，北岸最大沖深達(dá)15.4 m；(2)該河段近期處于劇烈的沖刷環(huán)境，左岸沖刷尤為顯著；(3)沖刷深槽分布在順直河段，深達(dá)5.4～12.6 m；沖刷坑分布在分汊河段平面形態(tài)突變處，最大沖深達(dá)28.1～30.5 m；水下侵蝕陡坡分布在近岸侵蝕嚴(yán)重的順直河段，坡度為0.59～0.62。

多波束測(cè)深；沖刷；微地貌；潮區(qū)界；長(zhǎng)江下游

1 引言

自20世紀(jì)以來(lái)，世界各大河流域大型水利工程對(duì)河口水動(dòng)力、沉積、地貌過(guò)程產(chǎn)生了深刻的影響[1—5]。長(zhǎng)江是貨運(yùn)量位居全球內(nèi)河第一的黃金水道[6]，其下游潮區(qū)界河段地域遼闊、資源豐富，在區(qū)域發(fā)展總體格局中具有重要戰(zhàn)略地位。隨著人類(lèi)活動(dòng)日益加劇，諸多水利工程大幅改變了徑流的時(shí)空過(guò)程，進(jìn)而影響到潮波向上傳播，加之全球氣候變暖、海平面上升、局部工程等綜合影響，潮區(qū)界位置勢(shì)必發(fā)生改變，確定近期潮區(qū)界新的變動(dòng)范圍，有利于黃金水道的合理開(kāi)發(fā)利用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義；同時(shí)，人類(lèi)活動(dòng)使長(zhǎng)江來(lái)沙量急劇減少，在以三峽為主的大型工程影響下，大通水文站自1950年以來(lái)多年平均輸沙量從1951—2000年的4.33億t劇減至2001—2014年的1.59億t[7—8]。因此，三峽截流以來(lái)潮區(qū)界變動(dòng)河段河勢(shì)演變也是亟待回答的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

針對(duì)河勢(shì)演變問(wèn)題，前人多以GIS技術(shù)、水沙通量計(jì)算、單波束測(cè)深或模擬等方法進(jìn)行研究，如屈貴賢[9]利用GIS技術(shù)分析了大通至江陰河段水下地形沖淤變化，揭示了該段1959—2008年自上而下呈“沖-淤-沖”的總體特征；李芳[10]結(jié)合GIS技術(shù)與水沙計(jì)算對(duì)長(zhǎng)江河口沖淤演變進(jìn)行了定量分析，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江口自1981—2005年由沖轉(zhuǎn)淤再轉(zhuǎn)沖；盧金友等[11]利用水沙模型分析三峽蓄水后長(zhǎng)江中下游河勢(shì)演變特征等。以上研究很好地回答了長(zhǎng)歷時(shí)或長(zhǎng)距離的河槽沖淤演變規(guī)律，但是，針對(duì)三峽截流以來(lái)潮區(qū)界位置變動(dòng)的新范圍及該河段高分辨率地貌演變的綜合研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本文通過(guò)多波束測(cè)深技術(shù)對(duì)長(zhǎng)江大通至蕪湖河段進(jìn)行了微地貌探測(cè)，分析了典型沖刷區(qū)域微地貌特征，以期為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)提供參考。

2 資料與方法

2.1 水位數(shù)據(jù)分析

收集了近期以大通站為代表的長(zhǎng)江池州至蕪湖河段多年洪季水位資料。首先對(duì)水位與流量進(jìn)行整理，使水位與流量數(shù)據(jù)采樣間隔均為1 h。通過(guò)u=(x-μ)/σ對(duì)水位數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理(式中u為標(biāo)準(zhǔn)化水位，x為實(shí)際水位，μ為樣本均值，σ為標(biāo)準(zhǔn)差)[12]，將標(biāo)準(zhǔn)化水位變量進(jìn)行快速傅里葉分解與一階自回歸模型下的紅噪音檢驗(yàn)，分析不同流量下各測(cè)站水位變化受潮差影響周期性變化的程度，以此判斷近期長(zhǎng)江洪季潮區(qū)界變動(dòng)河段大致范圍。根據(jù)上述結(jié)果，重點(diǎn)分析了大通水文站2014年與2015年5-10月水位及流量資料。

2.2 水下地形圖數(shù)字化

為研究河槽演變特征，搜集了大通-蕪湖河段1998年與2013年水下地形圖資料(比例尺1∶40 000)，在ArcGIS10.2中對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化，利用Kriging法構(gòu)建數(shù)字高程模型(DEM)，并對(duì)河槽縱橫斷面變化，整體沖淤體積與速率進(jìn)行定量計(jì)算。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與室內(nèi)分析

2015年7月27日至8月15日利用Teledyne Reson SeaBat 7125高分辨率多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)研究河段進(jìn)行走航式測(cè)量。換能器利用定制鋼架固定在測(cè)船左側(cè)，并用纜繩兜底固定；姿態(tài)儀安裝于船體中軸線上(靠近船體重心位置)，多波束測(cè)深系統(tǒng)工作時(shí)船速控制在1.5～2 m/s；艏向與定位數(shù)據(jù)由Trimble DGPS提供；工作頻率選用400 kHz，共512個(gè)波束，采樣模式為等距測(cè)量，開(kāi)角為140°。為確保數(shù)據(jù)質(zhì)量，在局部地形變化劇烈區(qū)域通過(guò)調(diào)整開(kāi)角，控制船速進(jìn)行測(cè)量。走航過(guò)程中每10 km用帽式采泥器進(jìn)行床面底質(zhì)樣采集。

所測(cè)數(shù)據(jù)在成圖之前均經(jīng)過(guò)橫搖、縱搖和艏搖的校準(zhǔn)，異常波束點(diǎn)剔除、插值等步驟。床面微地貌可視化圖像利用PDS 2000格網(wǎng)編輯器生成，成圖分辨率為1 m×1 m。在網(wǎng)格編輯器中對(duì)微地貌進(jìn)行3D處理，并統(tǒng)計(jì)相關(guān)參數(shù)，如沙波波長(zhǎng)、波高、沖刷槽/坑深度、水下岸坡坡向坡角等。懸沙與沉積物樣品在實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)過(guò)H2O2和HCl去除有機(jī)質(zhì)，靜置24 h后取上層清液，經(jīng)六偏磷酸鈉分散后，利用Mastersizer 2000激光粒度儀分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 近期長(zhǎng)江洪季潮區(qū)界變化

潮水進(jìn)入長(zhǎng)江口后溯江而上，潮差為0處即潮區(qū)界。潮波的傳播衰減過(guò)程受到徑、潮流等條件以及沙洲邊灘、河型河寬等邊界條件綜合影響，因此潮區(qū)界位置時(shí)刻在變化，近50年來(lái)，長(zhǎng)江枯季潮區(qū)界曾到達(dá)安慶以上，洪季潮區(qū)界曾到過(guò)南京以下[13]。前人研究認(rèn)為，長(zhǎng)江洪季潮區(qū)界位于蕪湖水文站附近[14—15]。但三峽水庫(kù)等大型工程建設(shè)運(yùn)行后，洪季攔水削峰影響了徑、潮流相對(duì)強(qiáng)弱，可能導(dǎo)致潮區(qū)界位置向上游移動(dòng)[16]。

由于潮區(qū)界河段潮動(dòng)力微弱，為避免潮差導(dǎo)致的水位周期性變化被徑流變化掩蓋，采用徑流變化小的“平臺(tái)期”水位資料，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化水位變化過(guò)程與功率譜密度分析使潮區(qū)界位置更具客觀性與合理性。頻譜分析表明，大通流量達(dá)到51 000 m3/s時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化水位變量-時(shí)間有微弱周期性，但振幅很小，波形不明顯(圖1a)，功率譜密度中水位變化在12 h處也僅出現(xiàn)一個(gè)小峰(圖1b)，說(shuō)明該流量下水位過(guò)程受潮周期影響極小。當(dāng)流量在45 000 m3/s左右時(shí)，水位周期性變化出現(xiàn)(圖1c)，但12 h周期處的功率譜密度仍較低(圖1d)，說(shuō)明潮差導(dǎo)致的水位變化依然微弱。當(dāng)流量降至42 000 m3/s時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化水位變量-時(shí)間存在明顯周期性，波形平滑、完整，振幅較大(圖1e)，水位變化周期在12 h左右出現(xiàn)高峰且遠(yuǎn)高于紅噪音曲線(圖1f)，水位變化周期與潮差周期性變化吻合，說(shuō)明該流量下大通測(cè)站水位受長(zhǎng)江口半日潮影響明顯，此時(shí)水位變化雖然低于9.6 cm，但其對(duì)長(zhǎng)江口半日潮仍有較好的敏感性。

一直以來(lái)，大通站水位與流量相關(guān)關(guān)系良好[17—18]，近60年來(lái)，洪季流量均在27 800～64 630 m3/s之間[19]。近年來(lái)高于42 000～45 000 m3/s的大流量累積頻率占整個(gè)洪季的21.6%～30.1%，該結(jié)果較好地代表了洪季潮區(qū)界平均位置。因此，可初步推斷近期長(zhǎng)江洪季平均潮區(qū)界位于安徽大通附近。而前人研究發(fā)現(xiàn)三峽截流初期大通流量約42 000 m3/s時(shí)潮區(qū)界位于荻港附近[15]，即相近流量下近期洪季平均潮區(qū)界可能上移約81.8 km，但仍需提取三峽截流初期長(zhǎng)時(shí)間序列的流量-水位半日潮信號(hào)予以證實(shí)。

圖1 近期大通站水位變化頻譜分析Fig.1 Spectral analysis of water level of Datong Station圖b、d、f中黑線為功率譜密度曲線，紅線為一階自回歸模型AR(1)下的紅噪音曲線Black lines in b, d, and f represent power spectral density curves, red lines in b, d, and f represent red noise curves of AR(1)

圖2 研究區(qū)概況與分區(qū)Fig.2 Sketch and division of the study areaa.三峽與長(zhǎng)江流域示意圖; b.研究河段分區(qū)示意圖，橫斷面：1.成德洲頭，2.成德洲尾，3.黑沙洲北水道，4.黑沙洲南水道，5.白茆水道西，6.白茆水道東a. Three Georges and the Yangtze River Basin; b.division of the study reach, cross-sections: 1.South Chengdezhou, 2.North Chengdezhou, 3.Heishazhou North Waterway, 4.Heishazhou South Waterway, 5.West Baimao Waterway, 6.East Baimao Waterway

3.2 潮區(qū)界變動(dòng)河段地貌演變

3.2.1 河槽整體沖淤

大通-蕪湖河段全長(zhǎng)約100 km(圖2a)。根據(jù)河道平面形態(tài)特征將其分為3段：Ⅰ區(qū)，羊山磯至順安河口；Ⅱ區(qū)，順安河口至三山河；Ⅲ區(qū)，三山河至漳河口(圖2b)。其中，Ⅰ、Ⅱ區(qū)河段為典型的鵝頭型分汊；Ⅲ區(qū)河段為單一河道。

1998—2013年研究河段整體沖刷，沖刷總量為5 649.7萬(wàn)m3，平均沖刷深度0.29 m，年均沖刷速率為376.7萬(wàn)m3(表1)。Ⅰ區(qū)表現(xiàn)為河槽總體沖刷；Ⅱ區(qū)表現(xiàn)為局部沖淤劇烈，總體小幅淤積；Ⅲ區(qū)表現(xiàn)為整體沖刷，局部沖刷強(qiáng)烈。研究河段顯著沖刷區(qū)域大多位于河道左岸，其中黑沙洲北水道下段、天然洲南側(cè)水道以及白茆水道下段最為嚴(yán)重，左岸平均沖刷深度分別為6.5 m、7.2 m和9.1 m(圖3)。

3.2.2 平面形態(tài)變化

整體上，Ⅰ區(qū)平面形態(tài)變化為岸線后退，江心洲下蝕，淺灘衰退。如寬約2 km的太白洲與太陽(yáng)洲并入北岸，并岸后太陽(yáng)洲南岸后退約600 m；沖刷導(dǎo)致銅陵沙、章家洲、紫沙洲分離，下蝕形成長(zhǎng)約11.2 km，寬約200 m的淺灘通道(圖4a)。同時(shí)，-5 m、-10 m以深水域面積普遍增大(圖4c，圖4d)。

Ⅱ區(qū)平面形態(tài)變化為局部河段沖淤劇烈，深槽擺動(dòng)明顯。如天然洲南沖北淤，南側(cè)大面積淺灘消失，北側(cè)岸線推進(jìn)約1.5 km，黑沙洲與天然洲之間被淺灘完全淤塞(圖4f)。黑沙洲北側(cè)小沙洲面積劇減至原來(lái)一半(圖4e)。黑沙洲北水道西北岸線向前推進(jìn)約800 m。同時(shí)，部分河段-5 m、-10 m線擺動(dòng)明顯，局部河槽此沖彼淤(圖4g，圖4h)。

表1 研究河段分區(qū)沖淤特征

注：負(fù)值為沖，正值為淤；平均沖刷深度=沖淤變化/河槽投影面積。

圖3 河槽整體沖淤Fig.3 The rough balance of erosion/siltation in the reach岸線為2013年數(shù)據(jù)，AB、CD、EF、Sp1、Sp2為典型沖刷區(qū)域Using 2013 shoreline data, AB, CD, EF, Sp1, and Sp2 are typical erosional area

圖4 河槽平面形態(tài)Fig.4 Planform of river channel

圖5 河槽橫斷面形態(tài)Fig.5 Cross-sections of river channel

圖6 沖刷區(qū)微地貌Fig.6 Micro-geomorphology in scouring zonea.沖刷槽, AB.平面形態(tài); b.沖刷槽, AB中M-M′橫剖面; c.沖刷槽, CD.平面形態(tài); d.沖刷槽, CD中N-N′橫剖面; e.沖刷坑, Sp1.平面形態(tài); f.沖刷坑, Sp2.平面形態(tài); g.水下陡坎, EF.平面形態(tài); h.水下陡坎, EF. 剖面; 紅線表示剖面位置a. Planform of erosional channel AB; b.cross-section M-M′in erosional channel AB; c. planform of erosional channel CD, d. cross-section N-N′ in erosional channel CD; e. planform of scouring pit Sp1; f. planform of scouring pit Sp2; g. planform of subaqueous bank slope EF; h. pro-file of subaqueous bank slope EF; red lines represent the location of the sections

Ⅲ區(qū)平面形態(tài)變化為河道縮窄，河型趨于狹長(zhǎng)。如北岸上段向前推進(jìn)約640 m；漳河口河段岸線因圍墾向前推進(jìn)了1～2 km(圖4i)；大河圩江中心及大白茆沙北岸淺灘均向下游蝕退約1.8 km(圖4j)。同時(shí)，-5 m、-10 m以深河槽展寬(圖4k，圖4l)。

3.2.3 典型斷面變化

Ⅰ區(qū)橫斷面(圖2b-1/2)變化為江心沖刷，淺灘衰退，主槽刷深。如成德洲頭斷面由“W”型轉(zhuǎn)化為“U”型，最大沖刷深度達(dá)5.6 m(圖5a)；洲尾中心河槽下切5.6 m，成為新主槽(圖5b)。

Ⅱ區(qū)橫斷面(圖2b-3/4)變化為強(qiáng)烈的左沖右淤，主槽明顯左偏。如黑沙洲北水道深泓點(diǎn)左偏約613.0 m，右岸形成寬約307.0 m出水灘地(圖5c)。南水道左岸最大沖深達(dá)8.9 m，新主槽較之前偏移了約1.0 km(圖5d)。

Ⅲ區(qū)橫斷面(圖2b的斷面5、6)變化主要表現(xiàn)為北岸劇烈沖刷。如白茆水道上段北側(cè)深槽顯著展寬，最大沖深約8.9 m，斷面灘頂高程下降了2.4 m(圖5e)，同時(shí)，下段斷面形態(tài)變化很大，最大沖深達(dá)15.4 m(圖5f)。

自成德洲以下，橫斷面左岸大多呈強(qiáng)烈沖刷(圖3)，主槽下切、向左側(cè)切顯著，沿岸普遍沖刷約3.8～7.5 m，在白茆水道東甚至高達(dá)15.4 m。研究河段為分汊河道，左側(cè)多為凹岸，易受水流侵蝕，加之右岸為經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的銅陵、蕪湖，人工防護(hù)措施提升了當(dāng)?shù)匕毒€的抗沖性，導(dǎo)致河槽不斷左切下切，在形成港口航道水深優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也給岸坡穩(wěn)定性帶來(lái)隱患。

3.2.4 典型沖刷區(qū)床面微地貌特征

Ⅰ區(qū)沖刷區(qū)域觀測(cè)到“V”型沖刷槽，河槽下切趨勢(shì)明顯，左岸受沖強(qiáng)烈。成德洲左汊沖刷槽(圖3a，AB)，底部深槽平均寬度約44.0 m，深泓平均水深23.8 m(圖6a)，西側(cè)坡度約0.41(文中坡度為多次計(jì)算取平均值，下同)，東側(cè)坡度約0.10(圖6b)。太陽(yáng)洲水道北側(cè)沖刷槽(圖3a，CD)，觀測(cè)長(zhǎng)度約1.1 km，底部深槽寬41～90 m，深泓平均水深36.5 m(圖6c)，北側(cè)坡度約0.41，南側(cè)坡度約0.13(圖6d)。

土橋水道與太陽(yáng)洲水道江心洲分汊后江心位置整體平面形態(tài)變化較小，深泓輕微刷深擺動(dòng)，河勢(shì)處于較穩(wěn)定狀態(tài)，且順直微彎河道流速較為平穩(wěn)，流向與河向夾角很小，因此沖刷環(huán)境下河槽主要表現(xiàn)為下切及小幅側(cè)切，形成了以沖刷槽為代表的沖刷微地貌。

Ⅱ區(qū)江心洲局部沖刷強(qiáng)烈區(qū)域觀測(cè)到范圍較大，沖深明顯的沖刷坑，限于航行安全要求未能測(cè)掃沖刷坑全貌。天然洲南側(cè)沖刷坑(圖3b，Sp1)順?biāo)较蜷L(zhǎng)約431.2 m，最大沖刷深度28.1 m。軸線朝水流上游方向最大坡度約0.76，下游方向坡度約0.59(圖6e)。天然洲尾沖刷坑(圖3b，Sp2)長(zhǎng)約1.0 km，最大沖深30.5 m。軸線朝水流上下游方向最大坡度均為0.08，坑底有長(zhǎng)約412.7 m，深約43.9 m的平緩區(qū)域(圖6f)。

鵝頭型分汊極易引起主流線大幅擺動(dòng)、各汊水沙重分配以及縱橫剖面調(diào)整[20]。分汊河岸受上下游節(jié)點(diǎn)控制作用，具有一定的抗沖性[21]，沖刷區(qū)主要集中于江心洲附近。天然洲南側(cè)與洲尾平面形態(tài)突變且深泓擺動(dòng)幅度很大。水流經(jīng)過(guò)天然洲分汊時(shí)，受到沙洲阻礙向下掏蝕并產(chǎn)生渦流，引起洲頭沖刷后退，導(dǎo)致天然洲南側(cè)逐漸突出，黑沙洲水道主泓南偏，水流轉(zhuǎn)而直接沖擊天然洲南側(cè)；黑沙洲北水道在強(qiáng)烈局部沖淤演變后，下段深槽靠向北岸，經(jīng)江岸的挑流作用與南水道水流在天然洲尾匯合。局部河槽地貌突變導(dǎo)致水動(dòng)力大幅增強(qiáng)，與含沙量大幅降低雙重作用下形成以沖刷坑為代表的沖刷微地貌。

Ⅲ區(qū)受強(qiáng)烈沖刷的近岸區(qū)域(圖3c，EF段)觀測(cè)到水下侵蝕岸坡。水下岸坡緩坡坡度為0.25～0.34，陡坡坡度為0.59～0.62(圖6g)。陡坡寬6.9～26.9 m，平均寬度約17.0 m，相鄰陡坡平均間隔約23.3 m(圖6h)。

水下侵蝕岸坡形成于單一順直、左岸沖刷嚴(yán)重的白茆水道下段，漳河口的圍墾工程導(dǎo)致南岸大幅推進(jìn)，河槽自適應(yīng)調(diào)整使主泓深槽緊貼北岸。沖刷環(huán)境下主泓下切導(dǎo)致近岸刷深超15 m，同時(shí)側(cè)切作用造成水下岸坡侵蝕。順直河道作為沖積河流在強(qiáng)制性河岸限制下一種暫時(shí)的河道形態(tài), 自然條件下難以長(zhǎng)期穩(wěn)定存在[22]，劇烈的水下岸坡侵蝕很可能對(duì)堤防、護(hù)岸等工程安全性構(gòu)成威脅。

3.3 近期潮區(qū)界變動(dòng)河段沖刷環(huán)境

三峽工程的截流與運(yùn)行對(duì)近期潮區(qū)界變動(dòng)河段沖刷環(huán)境的形成影響重大。三峽于1997年11月6日進(jìn)行大江截流，江水改由右岸導(dǎo)流明渠下泄并逐步將主河道截?cái)?，自此大通站年輸沙量逐年下?圖7)。河道大規(guī)模束窄產(chǎn)生類(lèi)似丁壩的攔截作用，使江水流速流向劇變，大量泥沙在一側(cè)落淤，直接導(dǎo)致下游來(lái)沙量大幅削減；隨著工程逐步推進(jìn)，三峽水庫(kù)對(duì)泥沙的攔蓄作用不斷增強(qiáng)，2003—2013年三峽水庫(kù)蓄水后泥沙淤積總量高達(dá)15.31億t[23]，壩下河床泥沙的自適應(yīng)補(bǔ)充難以填補(bǔ)出庫(kù)泥沙空缺[24]，大通站來(lái)沙量進(jìn)一步減少。為達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡，潮區(qū)界變動(dòng)河段形成強(qiáng)烈的沖刷環(huán)境。

表層沉積物粒徑的粗化印證了這一想法。前人曾在2000年對(duì)銅陵至蕪湖河段表層沉積物采樣研究，平均粒徑為98～130 μm[25]。選取本次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中相近位置表層沉積物進(jìn)行粒度分析，土橋水道中段西側(cè)、太陽(yáng)洲水道南段西側(cè)以及黑沙洲南水道北側(cè)表層沉積物平均粒徑分別為103.7 μm、203.8 μm、223.2 μm，多測(cè)點(diǎn)床沙粒徑均表現(xiàn)為粗化，說(shuō)明在三峽截流泥沙來(lái)源減少后，相近挾沙能力下水體含沙量降低使動(dòng)力對(duì)床沙的起動(dòng)作用相對(duì)增強(qiáng)，該河段近期的確處于沖刷環(huán)境。

大通水文站年輸沙量于2007年小幅回升并逐漸穩(wěn)定在1.3億t左右。但其輸沙量比三峽截流初期仍年均降低約2.1億t，并且研究發(fā)現(xiàn)下游河段沉積地貌演變對(duì)三峽截流的響應(yīng)是具有延時(shí)性的累積效應(yīng)[26]，因此，在較長(zhǎng)的時(shí)間尺度下，潮區(qū)界變動(dòng)河段沖刷地貌演變趨勢(shì)仍將持續(xù)。

圖7 1998-2014年大通站年輸沙量Fig.7 Sediment discharge at Datong Station during 1998-2014左側(cè)虛線為三峽截流前多年平均輸沙量，右側(cè)虛線為三峽完全竣工后多年平均輸沙量The left dashed line represents the annual average sediment discharge before the Three Gorges’ river closure, the right dashed line represents the annual average sediment discharge after the comple-tion of the Three Gorges Project

全流域尺度減沙后變動(dòng)河段沖刷下切，河槽縱比降減??；潮區(qū)界上移雍水，水面坡降降低，徑流速度減弱，潮流上溯到原受徑流單一控制的河段，導(dǎo)致附近地貌系統(tǒng)逐漸從河流向潮汐河口轉(zhuǎn)換。此外，航道整治、盜采江砂等人類(lèi)活動(dòng)直接導(dǎo)致局部河槽加深；日益密集的人工護(hù)岸雖增強(qiáng)了局部岸線的抗沖能力，也使整體沖刷趨于河槽下切。這都使地貌系統(tǒng)的過(guò)渡范圍更大，作用更強(qiáng)。若河口區(qū)域繼續(xù)向上延伸，潮流界上移后漲潮流側(cè)蝕作用還可能導(dǎo)致變動(dòng)河段左岸沖刷環(huán)境進(jìn)一步增強(qiáng)。

4 結(jié)論

在分析前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，初步分析了大通水文站多年水位資料，同時(shí)利用GIS計(jì)算了該河段1998—2013年的沖淤量，并利用多波束測(cè)深技術(shù)對(duì)該河段河槽微地貌進(jìn)行了調(diào)查，主要得到以下認(rèn)識(shí)：

長(zhǎng)江潮區(qū)界變動(dòng)河段整體處于沖刷環(huán)境，沖刷總量約5 649.71萬(wàn)m3，平均沖刷深度為0.52 m。研究河段上段岸灘后退，主槽刷深，江心洲下蝕，太白、太陽(yáng)兩洲并岸，銅陵沙被沖開(kāi)。中段主槽擺動(dòng)，局部沖淤劇烈，天然洲南沖北淤，黑沙洲中水道淤死。下段河道縮窄，淺灘蝕退，北岸侵蝕強(qiáng)烈。三峽工程截流至今潮區(qū)界變動(dòng)河段大部分河段左岸沖刷嚴(yán)重，部分沖刷河段發(fā)育有典型沖刷槽、沖刷坑、水下侵蝕岸坡等微地貌，潮區(qū)界上移以及人類(lèi)活動(dòng)或?qū)?dǎo)致這種現(xiàn)象的加劇。

致謝：感謝吳帥虎、張家豪在野外工作中的幫助，感謝占建在數(shù)據(jù)處理中的幫助。

[1] Smith L M, Winkley B R. The response of the Lower Mississippi River to river engineering[J]. Engineering Geology, 1996, 45(1): 433-455.

[2] Harmar O P, Clifford N J, Thorne C R, et al. Morphological changes of the Lower Mississippi River: geomorphological response to engineering intervention[J]. River Research & Applications, 2005, 21(10): 1107-1131.

[3] Anthony E J, Marriner N, Morhange C. Human influence and the changing geomorphology of Mediterranean deltas and coasts over the last 6000 years: From progradation to destruction phase?[J]. Earth-Science Reviews, 2014, 139(5): 336-361.

[4] Dai Z, Liu J T. Impacts of large dams on downstream fluvial sedimentation: An example of the Three Gorges Dam (TGD) on the Changjiang (Yangtze River)[J]. Journal of Hydrology, 2013, 480(4): 10-18.

[5] Wu C S, Yang S, Huang S, et al. Delta changes in the Pearl River estuary and its response to human activities (1954-2008)[J]. Quaternary International, 2015, 392: 147-154.

[6] 國(guó)務(wù)院關(guān)于依托黃金水道推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)[J]. 中國(guó)水運(yùn), 2014(10):15-19.

Guiding opinions of the State Council on promoting the development of the Yangtze River Economic Belt on the basis of the golden waterway[J]. China Water Transport, 2014(10): 15-19.

[7] 賀松林, 王盼成. 長(zhǎng)江大通站水沙過(guò)程的基本特征Ⅱ.輸沙過(guò)程分析[J]. 華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2004(2): 81-86.

He Songlin, Wang Pancheng. The basic character on process of runoff and sediment discharge at Datong station of the Changjiang River Ⅱ. Analysis on sediment transport process[J]. Journal of East China Normal University (Nature Science), 2004(2): 81-86.

[8] 水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì). 長(zhǎng)江泥沙公報(bào)[M]. 武漢: 長(zhǎng)江出版社, 2000-2014.

Changjiang Water Resources Committee. Changjiang River Sediment Bulletin[M]. Wuhan: Changjiang Press, 2000-2014.

[9] 屈貴賢. 長(zhǎng)江下游大通-江陰段近五十年河床演變特征及其原因分析[D]. 南京: 南京師范大學(xué), 2014.

Qu Guixian. The characteristics and explanations of channel change in the Datong-Jiangyin reach of the lower Yangtze River: 1959-2008[D]. Nanjing: Nanjing Normal University, 2014.

[10] 李芳. 基于GIS的長(zhǎng)江河口近期沖淤演變分析[D]. 上海: 同濟(jì)大學(xué), 2008.

Li Fang. Analysis of recent evolution of Yangtze Estuary based on GIS[D]. Shanghai: Tongji University, 2008.

[11] 盧金友, 張細(xì)兵, 黃悅. 三峽工程對(duì)長(zhǎng)江中下游河道演變與岸線利用影響研究[J]. 水電能源科學(xué), 2011(5): 73-76.

Lu Jinyou, Zhang Xibing, Huang Yue. Influence of Three Gorges Project on river evolution and shoreline use in middle and lower reaches of Yangtze River[J]. Water Resources and Power, 2011(5): 73-76.

[12] 郭亞軍, 易平濤. 線性無(wú)量綱化方法的性質(zhì)分析[J]. 統(tǒng)計(jì)研究, 2008, 25(2): 93-100.

Guo Yajun, Yi Pingtao. Character analysis of linear dimensionless methods[J]. Statistical Research, 2008, 25(2): 93-100.

[13] 徐漢興, 樊連法, 顧明杰. 對(duì)長(zhǎng)江潮區(qū)界與潮流界的研究[J]. 水運(yùn)工程, 2012(6): 15-20.

Xu Hanxing, Fan Lianjie, Gu Mingjie. On tidal mark and tidal current mark in the Yangtze River[J]. Port & Waterway Engineering, 2012(6): 15-20.

[14] 侯成程. 長(zhǎng)江潮流界和潮區(qū)界以及河口鹽水入侵對(duì)徑流變化響應(yīng)的數(shù)值研究[D]. 上海: 華東師范大學(xué), 2013.

Hou Chengcheng. Numerical study on the tidal current limit and tidal limit in the Changjiang River and the response of saltwater intrusion in the Changjiang Estuary to the river discharge change[D]. Shanghai: East China Normal University, 2013.

[15] 楊云平, 李義天, 韓劍橋, 等. 長(zhǎng)江口潮區(qū)和潮流界面變化及對(duì)工程響應(yīng)[J]. 泥沙研究, 2012(6): 46-51.

Yang Yunping, Li Yitian, Han Jianqiao, et al. Variation of tide limit and tidal current limit in Yangtze Estuary and its impact on projects[J]. Journal of Sediment Research, 2012(6): 46-51.

[16] 李佳. 長(zhǎng)江河口潮區(qū)界和潮流界及其對(duì)重大工程的響應(yīng)[D]. 上海: 華東師范大學(xué), 2004.

Li Jia. Tidal limit and tidal current limit & response to major engineering in Yangtze Estuary[D]. Shanghai: East China Normal University, 2004.

[17] 府仁壽, 虞志英, 金镠, 等. 長(zhǎng)江水沙變化發(fā)展趨勢(shì)[J]. 水利學(xué)報(bào), 2003(11): 21-29.

Fu Renshou, Yu Zhiying, Jin Liu, et al. Variation trend of runoff and sediment load in Yangtze River[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2003(11): 21-29.

[18] 郭希望, 陳劍池, 鄒寧, 等. 長(zhǎng)江中下游主要水文站水位流量關(guān)系研究[J]. 人民長(zhǎng)江, 2006(9): 68-71.

Guo Xiwang, Chen Jianchi, Zou Ning, et al. Research of stage-discharge relation of main hydrologic stations in middle and lower reaches of the Yangtze River[J]. Yangtze River, 2006(9): 68-71.

[19] 方娟娟, 李義天, 孫昭華, 等. 長(zhǎng)江大通站徑流量變化特征分析[J]. 水電能源科學(xué), 2011(5): 9-12.

Fang Juanjuan, Li Yitian, Sun Zhaohua, et al. Analysis of runoff change characteristics at Datong station of Yangtze River[J]. Water Resources and Power, 2011(5):9-12.

[20] 冷魁, 羅海超. 長(zhǎng)江中下游鵝頭型分汊河道的演變特征及形成條件[J]. 水利學(xué)報(bào), 1994(10): 82-89.

Leng Kui, Luo Haichao. The evolution characteristics and formation condition of goose-head pattern diverged channels in the middle and lower Yangtze River[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 1994(10): 82-89.

[21] 錢(qián)寧. 關(guān)于河流分類(lèi)及成因問(wèn)題的討論[J]. 地理學(xué)報(bào), 1985(1): 1-10.

Qian Ning. On the classification and causes of formation of different channel patterns[J]. Acta Geographica Sinica, 1985(1): 1-10.

[22] 倪晉仁，王隨繼. 論順直河流[J]. 水利學(xué)報(bào), 2000(12): 14-20.

Ni Jinren, Wang Suiji. On straight river[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2000(12): 14-20.

[23] 李文杰, 楊勝發(fā), 付旭輝, 等. 三峽水庫(kù)運(yùn)行初期的泥沙淤積特點(diǎn)[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2015(5): 676-685.

Li Wenjie, Yang Shengfa, Fu Xuhui, et al. Sedimentation characteristics in the Three Gorges Reservoir during the initial operation stage[J]. Advances in Water Science, 2015(5): 676-685.

[24] 張珍. 三峽工程對(duì)長(zhǎng)江水位和水沙通量影響的定量估算[D]. 上海: 華東師范大學(xué), 2011.

Zhang Zhen. Quantifying the influence of Three Gorges Project on Yangtze suspended sediment flux, water discharge and water level[D]. Shanghai: East China Normal University, 2011.

[25] 王張嶠. 三峽封壩前長(zhǎng)江中下游河床沉積物分布及河床穩(wěn)定性模擬研究[D]. 上海: 華東師范大學(xué), 2006.

Wang Zhangqiao. Sediment distribution and before-dam study in middle and lower Yangtze River stability[D]. Shanghai: East China Normal University, 2006.

[26] 戴仕寶, 楊世倫, 趙華云, 等. 三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用初期長(zhǎng)江中下游河道沖淤響應(yīng)[J]. 泥沙研究, 2005(5): 35-39.

Dai Shibao, Yang Shilun, Zhao Huayun, et al. Response of middle and lower reaches of Yangtze River to the initial operation stage of the Three Gorges Project[J]. Journal of Sediment Research, 2005(5): 35-39.

陳斌，高飛，劉健. 夏季浙江沿岸陸架區(qū)泥沙輸運(yùn)機(jī)制[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2017, 39(3): 96-105, doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.03.009

Chen Bin, Gao Fei, Liu Jian. Sediment transport mechanism in the Zhejiang inner continental shelf in summer[J]. Haiyang Xuebao, 2017, 39(3): 96-105, doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2017.03.009

Erosional topography of the tidal limit in the Yangtze River in flood seasons after the river closure at Three Gorges

Shi Shengyu1，Cheng Heqin1，Zheng Shuwei1，Xu Wenxiao1，Lu Xuejun1，Jiang Yuehua2，Zhou Quanping2

(1.StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China; 2.NanjingCenter,ChinaGeologicalSurvey,Nanjing210016,China)

The evolution of tidal limit and its river regime in response to the Three Gorges Project (TGP) is an important issue in the construction of the Yangtze River Economic Belt. However, due to the limitation of the observation method, there has been no report about the comprehensive study on the change of position of the tidal limit and the geomorphic evolution in this area since TGP river closure. In this study, the average location of tidal limit in recent flood season was identified through spectral analysis of water level in Datong station, the evolution characteristics of landform were analyzed by comparison of bathymetric data in 1998 and 2013 and the high resolution micro-geomorphology in typical erosional areas was carried out by the multibeam echo sounding data. The research shows that: (1) From 1998 to 2013, the overall channel erosion in tidal limit reaches was 5 649.7×104m3. The upper segment was all-round eroded with the erosion depth in the main channel up to 5.6 m. Taibaizhou and Taiyangzhou merged into bank and Tonglingsha was scoured aside. The middle segment was deposited with small amplitudes and the main stream line swung. The north side of Tianranzhou, Heishazhou Middle Waterway was silted up while south side eroded up to 8.9 m. The lower segment was generally eroded with strong erosion near the northern shoreline where the max depth was 15.4 m. (2) The grain size of surface sediment was apparently coarsened, which indicates that the river channels are under severe erosional environment in the near future. (3) The erosional channels were mainly distributed in straight reaches, and the depth was 5.4-12.6 m. The scour pits were distributed in braided reaches where the planform suddenly changed, and the max erosion depth was 28.1-30.5 m. The erosional subaqueous bank slope mostly appeared in straight reaches with serious nearshore erosion, and its slope was 0.59-0.62.

multi-beam bathymatry; erosion; micro-geomorphology; tidal limit; lower Yangtze River

2016-06-24；

2016-11-29。

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41476075)；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心委托項(xiàng)目“重大水利工程對(duì)長(zhǎng)江中下游地質(zhì)環(huán)境影響研究”(DD20160246)。

石盛玉(1992—)，男，廣東省廣州市人，從事港口海岸及近海工程研究。E-mail：ossyo@163.com

*通信作者：程和琴，女，教授，主要從事河口海岸工程地貌與環(huán)境研究。E-mail：hqch@ sklec.ecnu.edu.cn

P737.1

A

0253-4193(2017)03-0085-11