(1. 鹽城師范學(xué)院 江蘇沿海開(kāi)發(fā)研究院, 江蘇 鹽城 224007； 2. 南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院, 江蘇 南京 210023； 3. 江蘇師范大學(xué) 地理測(cè)繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

長(zhǎng)江口北支西起崇明島頭，東至連興港，全長(zhǎng)約78.8 km，河口形態(tài)呈喇叭形，上段較為狹窄，最窄處青龍港附近河寬2.1 km，下段逐漸展寬，口門連興港處寬達(dá)16 km，水道中淺灘眾多，下段沙脊與深槽并行，其中東黃瓜沙和西黃瓜沙是最主要的潮流沙脊，潮流脊的北側(cè)是主槽，南側(cè)是副槽[1]。崇頭至青龍港為上段，該段地貌類型以深槽和沙嘴為主，上寬下窄，平面形態(tài)上為呈NE～SW向的倒喇叭形。青龍港至三條港段為中段，該段地貌類型以心灘和汊道為主，平面形態(tài)上呈NE～SW向的喇叭形。三條港至北支下口段為下段，潮流沙脊和潮汐水道是主要的地貌類型，水面變得寬闊，河道呈NWW～SEE向[2]。

長(zhǎng)江三角洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速，對(duì)土地資源需求旺盛，江蘇南通的海門、啟東和上海的崇明島對(duì)北支的進(jìn)口段以及上段、中段、下段進(jìn)行了大規(guī)模的圍墾。在自然演變和人類圍墾的影響下，長(zhǎng)江口北支的水動(dòng)力條件發(fā)生了顯著變化。近年來(lái)，已有學(xué)者在河槽演變與灘涂資源利用[3]、河床演變及綜合開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃構(gòu)想[4]、圍墾對(duì)水動(dòng)力影響的數(shù)值模擬[5]、圍涂對(duì)河勢(shì)的影響[6]等方面進(jìn)行了大量研究。然而，對(duì)于長(zhǎng)江口北支沉積動(dòng)力變化過(guò)程及對(duì)人類活動(dòng)的響應(yīng)還缺乏系統(tǒng)的梳理。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，從分水分沙比下降和水沙倒灌等角度，分析北支沉積動(dòng)力環(huán)境在人類活動(dòng)影響下的變化過(guò)程和階段劃分。

1 自然河勢(shì)調(diào)整下的河控型沉積動(dòng)力

長(zhǎng)江口北支是長(zhǎng)江徑流入海的一級(jí)汊道。長(zhǎng)江河口在演化過(guò)程中共出現(xiàn)了3代北支[7]：第一代北支稱為揚(yáng)泰古沙嘴，位于今揚(yáng)州、泰州地區(qū)；第二代北支稱為橫江，位于今南通地區(qū)；現(xiàn)行的長(zhǎng)江口北支是有記載以來(lái)的第三代北支，其形成與崇明島的發(fā)育密不可分，從形成到成型，先后經(jīng)歷了萌生成長(zhǎng)期(7～11世紀(jì)，唐初至北宋后期)、多洲變遷期(11～16世紀(jì)初，北宋后期至明代中期)、島核穩(wěn)定期(16世紀(jì)初至17世紀(jì)初，明中期至明末)、北支成型期(17世紀(jì)初至18世紀(jì)，明末至乾隆時(shí)期)等4個(gè)時(shí)期。

歷史上，長(zhǎng)江口北支是長(zhǎng)江的主通道，在自然因素作用下，河勢(shì)演變緩慢，沉積動(dòng)力環(huán)境以河流徑流作用為主。在18世紀(jì)中葉的海門沙并岸和19世紀(jì)末的啟東諸沙并岸的影響下，長(zhǎng)江主泓開(kāi)始改走南支，北支成了支汊。此后，盡管水沙分流量逐漸減少，但是北支仍然分泄25%左右的長(zhǎng)江徑流量，北支為以落潮流為主要?jiǎng)恿Φ穆涑彼繹8-9]。

根據(jù)漢口水文站和大通水文站的監(jiān)測(cè)資料，長(zhǎng)江入海徑流量比較穩(wěn)定，1915年之前未發(fā)現(xiàn)明顯變化趨勢(shì)[10-11]。歷史上長(zhǎng)江口北支的形成與演變基本以自然河勢(shì)調(diào)整為主，表現(xiàn)為北岸沖刷、南岸淤長(zhǎng)，深泓線北移[12]?，F(xiàn)代長(zhǎng)江口北支水道于1915年開(kāi)始形成，在進(jìn)口段的0 m水深處，河寬長(zhǎng)達(dá)5.8 km，等深線5 m的河槽貫穿整個(gè)北支，等深線10 m的河槽向下一直伸展到北支進(jìn)口以下10 km[13]。

在自然河勢(shì)調(diào)整下，河流動(dòng)力軸線變化是長(zhǎng)江口北支萎縮的直接原因，長(zhǎng)江口主流在地球自轉(zhuǎn)科氏力的作用下向南偏移，歷史上也曾出現(xiàn)過(guò)主流北移的現(xiàn)象，但只是短期現(xiàn)象，南移才是主流變化的總趨勢(shì)，正是主流南移決定了北支走向衰退的歷程[14-15]。此外，洪水造床作用也是北支自然演變的重要原因。長(zhǎng)江流域地處東亞季風(fēng)區(qū)，汛期暴雨集中時(shí)，易生洪澇，在20世紀(jì)上半葉的1931,1949,1954 年發(fā)生了大洪水[16-17]。洪水事件導(dǎo)致北支上口的徐六涇河段河槽發(fā)生較大變化，1931～1934年，通海沙淤漲下伸，造成北支上口5 m等深線中斷，1936年江心沙擴(kuò)展。1949,1954年特大洪水后，徐六涇河段北側(cè)大淤，老白茆沙北移并靠崇明島[3]。洪水導(dǎo)致北支進(jìn)口段的河寬大幅度束狹，分流角也隨之增大，分流角增大以及進(jìn)口河寬的縮窄，分流比逐年減少，由1915年的25%減小到1958年的8%左右，分流比的減小導(dǎo)致北支徑流水量劇減，落潮水流不暢，對(duì)河床沖刷作用減弱；北支水道由落潮槽演變?yōu)闈q潮槽，在漲潮流的作用下，口外高混濁水?dāng)y帶大量泥沙在北支水道內(nèi)淤積[13]。

2 進(jìn)口河段人類活動(dòng)下的過(guò)渡型沉積動(dòng)力

長(zhǎng)江流域在1954年發(fā)生了百年一遇大洪水，導(dǎo)致北支分流比減少，1915年北支分流占25%，1923年降為23%，1958年降至7.6%，1959年起出現(xiàn)水、沙、鹽倒灌現(xiàn)象[18]。根據(jù)1958 年的海圖分析，北支上段16 km長(zhǎng)的10 m深槽消失，僅在青龍港及北側(cè)僅存幾個(gè)斷續(xù)的10 m深潭，5 m深槽主要分布在北支北側(cè)及北支下口，北支南側(cè)多為水深不足5 m的淺灘、沙洲[3]?，F(xiàn)代長(zhǎng)江口北支自17世紀(jì)初形成至今的300多年中，經(jīng)歷了由寬縮狹，從河控到潮控的變遷[7]。

洪水造床作用為人類圍墾活動(dòng)提供了條件，人類活動(dòng)又加速了北支沉積動(dòng)力環(huán)境由河控型向潮控型的轉(zhuǎn)變。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)土地和岸線資源的需求日益迫切，圍墾和促淤成為河口海岸地區(qū)獲取后備土地資源的必然選擇。南通市在1954～1970年期間，對(duì)北支進(jìn)口段的通海沙和江心沙進(jìn)行了較大范圍的圍墾，圍墾面積達(dá)140 km2，結(jié)果造成北支進(jìn)口段的河寬嚴(yán)重縮窄[13]，如圖1所示。北支進(jìn)口段邊灘的圍墾直接影響了北支進(jìn)口段的河勢(shì)變化，通海沙和江心沙的圍墾使北支進(jìn)口段的平面形態(tài)發(fā)生質(zhì)的變化，圩角沙的圈圍使北支進(jìn)口段進(jìn)一步縮窄[19]。

通海沙位于北支進(jìn)口段的北岸水下邊灘附近，通海沙沙尾向下一直延伸到北支口門，通海沙沙頭在1915年開(kāi)始展寬淤高，1948年出露水面。南通于1954年開(kāi)始對(duì)北支進(jìn)口段的北岸邊灘進(jìn)行了局部圍墾，1958年又對(duì)通海沙開(kāi)始了大規(guī)模的圍墾(圖1中南通農(nóng)場(chǎng)和東方紅農(nóng)場(chǎng)一帶)。江心沙位于北支進(jìn)口段的北岸，在1907年左右開(kāi)始形成雛形，即牛洪港附近的兩個(gè)小沙包，在1958年發(fā)育成了大沙洲。海門于1960年開(kāi)始對(duì)江心沙進(jìn)行圍墾，1970年修建的立新壩封堵了江心沙北側(cè)的水道，江心沙并陸，長(zhǎng)江徑流由江心沙北側(cè)的水道進(jìn)入北支的通道被徹底切斷，造成北支的分流角接近90°，進(jìn)而北支的分流比、分沙比急劇下降。自此，長(zhǎng)江口北支河槽性質(zhì)發(fā)生質(zhì)的變化，由徑流作用為主轉(zhuǎn)成了以潮流作用為主，由河控水道轉(zhuǎn)成了潮控水道。

圖1 長(zhǎng)江口北支進(jìn)口段邊灘的圍墾示意Fig.1 The reclamation activity at entrance of the north branch of Yangtze Estuary

圖2 長(zhǎng)江口北支不同岸段的圍墾示意Fig.2 The reclamation activity in different sections of the North Branch of Yangtze Estuary

3 整個(gè)河段人類活動(dòng)下的潮控型沉積動(dòng)力

江心沙北側(cè)的水道在1970年被堵后，在陸陸續(xù)續(xù)的圍墾活動(dòng)影響下，開(kāi)始形成圩角港邊灘，在1981～1990年期間邊灘發(fā)育成群，圩角沙在1992～2002年期間的圍墾面積高達(dá)19.5 km2，圩角沙的圍墾使北支上段的河寬進(jìn)一步縮窄，入流條件進(jìn)一步惡化。在1992～2002年期間，由于南通市對(duì)圩角沙的大規(guī)模圍墾，進(jìn)一步加速了北支上段、中段河寬的縮窄[13]。從1955年開(kāi)始，上海市對(duì)崇明北灘的較大沙洲進(jìn)行了大規(guī)模圍墾，1955～2005年期間，共圍墾了30余處灘涂，面積約412 km2，其中1960年代和1970年代的圍墾面積分別占了圍墾總面積的77%和14%。海門市對(duì)永隆沙、新躍沙、圩角沙和靈甸沙進(jìn)行了較大規(guī)模的圍墾，1968～2002年期間，圍墾面積約40 km2；啟東市對(duì)永隆沙、興隆沙進(jìn)行了較大規(guī)模的圍墾，1968～2002年期間，圍墾面積約32 km2[19]。

上海市和江蘇省在長(zhǎng)江口北支大面積的圍墾活動(dòng)和促淤工程，由進(jìn)口段擴(kuò)展到北支整個(gè)河段，如圖2所示。尤其是中段、上段的圍墾，進(jìn)一步加劇了北支整個(gè)河槽縮窄淤淺的進(jìn)程。北支上段、中段的圍墾一般是先進(jìn)行沙洲匡圍，然后汊道堵壩，最后沙洲并陸，這種圍墾方式促使北支進(jìn)一步縮窄。結(jié)果使得北支河槽在形態(tài)上逐漸發(fā)展成為喇叭口狀，尤其是1968 年對(duì)永隆沙的圍墾，1975 年進(jìn)行的南汊堵壩，進(jìn)一步強(qiáng)化了喇叭狀的河口，北支河寬從12 km減小到4.5 km[3]，潮汐作用進(jìn)一步加強(qiáng)，時(shí)有涌潮發(fā)生[20-22]。

洲灘圍墾改變了北支河口的平面形態(tài)和水動(dòng)力條件，促使北支向縮窄方向發(fā)展，水深不斷淤淺。北支整個(gè)河段的平均河寬(0 m水深)1958年為9 194 m，1991年為4 250 m，到了2005年縮窄到2 921 m，多年來(lái)，北支河寬的縮窄幅度累積為6 273 m，與此同時(shí)，平均水深也由1958年的4.91 m淤淺至2009年的2.83 m[13]。北支河寬的縮窄萎縮和河床的抬高淤淺過(guò)程同時(shí)發(fā)生，大幅度地減少了河槽容積，如圖3所示。

圖3 長(zhǎng)江口北支不同河段河槽容積變化Fig.3 The channel storage change of the north branch of Yangtze Estuary

4 人類活動(dòng)對(duì)沉積動(dòng)力的影響

人類圍墾活動(dòng)對(duì)長(zhǎng)江口北支的影響，體現(xiàn)在河寬縮狹和水域面積減小，水深變淺和河槽容積減少、分水分沙比下降、水沙倒灌等多個(gè)方面。本文著重分析能夠直接反映北支沉積動(dòng)力環(huán)境發(fā)生質(zhì)的變化的分水分沙比和水沙倒灌兩個(gè)方面。

4.1 分水、分沙比急劇下降

分水比和分沙比可以反映分汊型河道的發(fā)育趨勢(shì)，自1970年代大規(guī)模圍墾以來(lái)，江蘇省海門市和啟東市、上海市的崇明縣分別在長(zhǎng)江口北支沿岸的不同岸段進(jìn)行了大規(guī)模圍墾，圈圍面積高達(dá)440 km2，原有的自然平衡狀態(tài)被人類的圍墾活動(dòng)打破，北支河道的平面形態(tài)和水流條件也隨之發(fā)生變化[19]。人類對(duì)北支洲灘的圍墾活動(dòng)惡化了北支進(jìn)口段的入流條件，加速了北支整個(gè)河段的衰亡，尤其是分流角增大到幾乎90°，直接結(jié)果就是分流比急劇下降，如圖4所示[23]，分流比由1915年的25%下降到目前的5%以下。長(zhǎng)江口北支以徑流作用為主轉(zhuǎn)成了以潮流作用為主，成為強(qiáng)潮型河口[3，13]。

根據(jù)實(shí)測(cè)水文資料，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)水文法，對(duì)長(zhǎng)江南、北支的分水分沙比進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果為長(zhǎng)江南支和北支的分流比分別為97%和3%，分沙比分別為90%和10%，顯示北支趨于淤長(zhǎng)和衰退。漲潮匯沙比可以反映分汊型河道的泥沙倒灌趨勢(shì)，長(zhǎng)江南支和北支的匯沙比分別為46%和54%，北支漲潮倒灌到南支的泥沙多于南支上溯的泥沙[24]。最近研究表明，北支全河段平均高潮潮位抬升，平均低潮潮位降低；中上游河段漲、落潮流速增大，下游入海河段漲、落潮流速減小；南北支漲潮流匯流點(diǎn)上提至南北支交匯的崇頭，漲潮動(dòng)力增強(qiáng)[5]。近年來(lái)分水比雖有小幅度增加，但總體仍維持較低的水平，2001 年僅為1.4%，2003，2004年和2005年北支分流比分別為1.55%，1.96%和2.8%[25-26]。近年來(lái)北支徑流有所加大，原因可能與長(zhǎng)江徑流呈略微增加趨勢(shì)和北支的河道整治有關(guān)。已有研究表明，20世紀(jì)90年代以來(lái)，長(zhǎng)江流域徑流呈微弱增加趨勢(shì)，尤其是中下游汛期徑流增加明顯[27]。北支的河道整治也會(huì)導(dǎo)致北支分流比有所加大[28-30]。北支徑流量能否在將來(lái)呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，還需要從現(xiàn)在開(kāi)始積累長(zhǎng)時(shí)間序列資料，深入分析后才能下結(jié)論。

圖4 長(zhǎng)江口北支在洪季、枯季的分流比Fig.4 The changes of diversion ratio between flood season and dry season

4.2 漲潮流增強(qiáng)、水沙倒灌

隨著北支水沙分流比的不斷減少，漲潮流的含沙量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于落潮流的含沙量，在大潮時(shí)更為明顯，泥沙在漲潮流和落潮流的攜帶下上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，但總的趨勢(shì)是往上輸移，漲潮流成為北支河道的主要水動(dòng)力。人類圍墾活動(dòng)加劇了北支整個(gè)河槽縮窄淤淺的進(jìn)程，北支已由落潮流占優(yōu)勢(shì)的河段轉(zhuǎn)變?yōu)闈q潮流占優(yōu)勢(shì)的河段。進(jìn)潮量大是導(dǎo)致北支水沙倒灌南支及北支河段衰退的主要?jiǎng)恿C(jī)制。由表1可知[24]，連興港斷面，潮量大進(jìn)大出，水沙向上凈輸移，呈現(xiàn)倒灌；從潮型方面看，漲、落潮量和進(jìn)、出沙量均為大潮﹥中潮﹥小潮；倒灌沙量也以此為序；而倒灌水量相反，為大潮﹤中潮﹤小潮，但相差不大。青龍港斷面，進(jìn)、出潮量均小于5.5億m3，較連興港斷面小一個(gè)量級(jí)；各潮型的凈輸水量均為下泄，但量值很小，大、小潮均不足1億m3，大潮泥沙凈上溯輸移，倒灌入南支1.69萬(wàn)t。

表1 長(zhǎng)江口北支水沙的全潮通量值Tab.1 The water and sediment flux in the North Branch of Yangtze Estuary

注：“-”值表示輸向上游，也稱“水沙倒灌”。

長(zhǎng)江主泓自從18 世紀(jì)改走南支后，北支的徑流量開(kāi)始漸趨減小，北支河槽不斷萎縮，在經(jīng)歷了200余年的自然演變后，到了1940年左右，北支河床具備了產(chǎn)生涌潮的條件，也就是說(shuō)，從大新港向下形成了喇叭狀的平面形態(tài)，并在永隆沙一帶發(fā)育了水下沙坎(當(dāng)時(shí)位于江心，現(xiàn)在已經(jīng)并陸)，在此之后，永隆沙附近便開(kāi)始出現(xiàn)了涌潮[21]。喇叭形的平面形狀使得北支上段的青龍港漲潮期間水位快速上升，大潮時(shí)更為明顯，大量鹽水倒灌進(jìn)入南支；落潮期間水位下降后，由于出露水面的淺灘阻擋，只有少量的鹽水能夠進(jìn)入北支，最終結(jié)果就是，在一個(gè)漲周期內(nèi)，鹽水通量從北支凈倒灌南支。以北支倒灌南支的水通量為研究對(duì)象，Wu等人做了通過(guò)大量的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析[31]。利用改進(jìn)型的三維數(shù)值模式ECOM-si，朱建榮等人定量分析了北支倒灌南支的鹽水通量，綜合考慮了徑流量、潮汐和風(fēng)況等因素，并進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明北支倒灌南支的鹽水通量與徑流量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與潮汐動(dòng)力和風(fēng)應(yīng)力成正相關(guān)關(guān)系[32]。

5 結(jié) 論

在人類圍墾活動(dòng)影響下，能夠直接反映北支沉積動(dòng)力環(huán)節(jié)發(fā)生質(zhì)的變化的是分水分沙比和水沙倒灌。長(zhǎng)江口北支由河控通道轉(zhuǎn)變?yōu)槌笨赝ǖ?，分水分沙比急劇下降，?915年之前基本穩(wěn)定的25%下降到目前的5%以下；漲潮流的含沙量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于落潮流的含沙量，凈向上輸沙，水沙倒灌，在大潮時(shí)更為明顯。

自然河勢(shì)調(diào)整下的洪水造床運(yùn)動(dòng)和人類活動(dòng)導(dǎo)致的分流角幾乎為90°，北支沉積動(dòng)力環(huán)境的變化可分為3個(gè)階段。

(1) 1931以前，在自然因素作用下河勢(shì)演變緩慢，河床沖淤演變過(guò)程在河道平面變化方面表現(xiàn)為北岸沖刷，南岸淤漲，水動(dòng)力以徑流作用為主。

(2) 1931～1970年，洪水造床作用為人類圍墾提供條件，人類活動(dòng)對(duì)北支演變的影響逐漸增強(qiáng)，1970年立新壩封堵了江心沙北側(cè)的水道，造成北支的分流角接近90°直角，分流比、分沙比急劇下降，河槽性質(zhì)發(fā)生質(zhì)的變化。

(3) 1970年之后，北支中、上段和進(jìn)口段的大規(guī)模圍墾進(jìn)一步加劇北支的縮窄淤淺，漲潮流大于落潮流，漲潮流含沙量遠(yuǎn)大于落潮流含沙量，泥沙凈向上輸移，水沙倒灌，在大潮時(shí)更為明顯。