程海峰 劉杰 王珍珍 葉婷婷 謝瀅芳 李添彥

摘 要：基于1998—2021年長江口系列水下地形資料，分析了九段沙近期沖淤演變情況及其對濕地自然保護區(qū)的影響。結(jié)果表明：近期，九段沙呈長“高”不長“大”、北側(cè)受工程守護穩(wěn)定淤漲、南側(cè)局部沖淤變化顯著的演變特征；長江口深水航道治理工程南導(dǎo)堤使江亞南沙頭部和九段沙北邊界得以穩(wěn)定，促進了江亞南沙、九段沙高灘的淤漲；南槽航道治理一期工程促使江亞南沙上部竄溝由沖轉(zhuǎn)淤，增強了江亞南沙穩(wěn)定性；流域減沙和周邊涉水工程引起九段沙南沿及尾部低灘沖刷，減少了九段沙保護區(qū)的濕地面積，破壞了九段沙濕地的完整性和穩(wěn)定性。未來，流域來沙可能繼續(xù)維持較低水平，九段沙南沿及尾部面臨進一步?jīng)_蝕的風險，亟需研究守護九段沙保護區(qū)濕地的工程措施。

關(guān)鍵詞：九段沙；濕地；地貌演變；自然保護區(qū)；長江口

中圖法分類號：TV122；X37；TV148 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

九段沙位于長江口口外的攔門沙河段，是河口的新生沙洲。為加強河口生態(tài)環(huán)境保護，2000年上海市人民政府批準建立上海市九段沙濕地自然保護區(qū)，2005年經(jīng)國務(wù)院批準升級成為上海九段沙濕地國家級自然保護區(qū)（以下簡稱九段沙保護區(qū)），由上沙、中沙、下沙，江亞南沙及附近淺水水域組成（見圖1）。

灘涂地貌是九段沙保護區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)賴以存在的基礎(chǔ)。國內(nèi)外學者圍繞九段沙灘涂濕地地貌演變過程和局部區(qū)域沖淤變化開展了諸多有價值的研究工作。劉杰等[1]發(fā)現(xiàn)1998—2008年九段沙高灘淤漲明顯，而低灘面總體變化不大；茅志昌等[2-3]探討了九段沙沖淤趨勢對長江入海沙量變化的響應(yīng)，提出了引起九段沙沖淤轉(zhuǎn)化的大通年均輸沙量臨界值，并分析了江亞南沙沙尾持續(xù)下移的外沙內(nèi)泓效應(yīng)對九段沙上沙南沿沖刷的影響；方強飛等[4]揭示了長江口深水航道治理一期工程實施后的2001—2011年九段沙總體穩(wěn)定淤漲的演變特征；Wei等[5]研究認為1998—2014 年九段沙相比長大更傾向于長高，且受徑流變化和厄爾尼諾－南方濤動影響存在12個月和48個月的周期性變化；程海峰等[6]分析了九段沙近60年地貌演化特征及動力機制，認為九段沙存在低灘進一步?jīng)_蝕、中高灘淤積放緩并逐漸轉(zhuǎn)沖的風險；張曉東等[7]研究發(fā)現(xiàn)由于長江口存在最大渾濁帶、植被促淤作用等原因，九段沙島（低潮線以上）面積在長江入海泥沙銳減的情況下仍然保持了快速增長；史宇驍?shù)萚8]則認為流域來沙減少導(dǎo)致了九段沙0 m以上濕地面積和植被面積的增速下降、-5 m以上濕地面積減少。近年來，長江流域水沙條件和九段沙周邊涉水工程實施等河口邊界條件出現(xiàn)了新的變化，新形勢下關(guān)于九段沙地形沖淤演變及其對濕地自然保護區(qū)影響的系統(tǒng)分析相對較少。

本文利用近期（1998—2021年）長江口系列水下地形數(shù)據(jù)（理論基面），結(jié)合流域水沙資料和周邊涉水工程實施情況，對九段沙近期沖淤演變特征及其對濕地自然保護區(qū)影響進行分析探討。研究成果有助于加深對長江口灘涂地貌演變規(guī)律的認識，對九段沙保護區(qū)的濕地資源保護也有一定參考價值。

1 河口邊界條件變化情況

1.1 流域水沙變化

長江口是一個豐水多沙的河口。1998年以來，長江口徑流量年際間變化相對比較平穩(wěn)，年平均徑流量維持在9 000億m3左右，未出現(xiàn)趨勢性變化特征。但受流域水土保持和閘壩工程建設(shè)的影響，近半個多世紀徑流攜帶進入河口的泥沙減少約70%[9]。統(tǒng)計表明，1955—1984年大通站多年平均輸沙量為4.70億t，1986—2002年為流域來沙最主要的下降期，期間多年平均輸沙量為3.40億t。2003年三峽工程蓄水運用后，流域來沙量進一步下降，2003—2021年大通站年均輸沙量為1.32億t。

1.2 河口水體含沙量變化

隨著流域來沙量的減小，河口區(qū)水體含沙量有一定程度的改變。總體來看，南支、南港水體含沙量更易受到流域來沙變化的影響，含沙濃度下降明顯[10]。九段沙所處的南槽水體含沙量略有降低，從南槽上段NC2垂線（見圖1）長期監(jiān)測數(shù)據(jù)（見圖2）來看，2013年之前南槽含沙量呈現(xiàn)波動變化，流域來沙減少對其影響不明顯，但2014年之后南槽水體含沙量明顯偏低，2015年洪季大潮測得的水體含沙量為歷年最低，僅0.2 kg/m3，2014—2021年平均含沙量僅0.42 kg/m3。

1.3 周邊涉水工程實施情況

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對河口地區(qū)的開發(fā)強度迅速增大，近年來長江口水域?qū)嵤┝舜罅可嫠こ蹋ㄒ妶D1），河道演變受人工控制作用日益明顯。1998年以來，九段沙周邊已建涉水工程主要有長江口深水航道治理工程、南槽航道治理一期工程和南匯東灘促淤圈圍工程等。

長江口深水航道治理工程（1998—2010年）位于南港—北槽河段，主要包括南導(dǎo)堤、北導(dǎo)堤和19座丁壩。其中，南導(dǎo)堤位于九段沙北側(cè)，堤身長約50 km，堤頂標高+2 m（吳淞高程）。

南槽航道治理一期工程（2018—2020年）位于南槽上段，主要沿江亞南沙南緣建設(shè)16 km護灘堤，堤頂標高+2～+1.5 m（吳淞高程）。

“十二五”期間，南槽南側(cè)的南匯東灘實施了浦東機場外側(cè)灘涂促淤圈圍工程和南匯東灘促淤一期工程。浦東機場外側(cè)灘涂促淤圈圍工程采用先促淤、后圈圍、再吹填的方式進行，圈圍圍堤總長21.35 km，工程于2008年開工，2013年完工。南匯東灘促淤一期工程以大治河為界，分南促淤區(qū)（S1～S3）和北促淤區(qū)（N1～N3），工程堤線總長67.4 km，于2013年5月開工，2014年10月完工。“十三五”期間對大治河以北的N1庫區(qū)、N3庫區(qū)和大治河以南的S1庫區(qū)進行吹填，并同步啟動南匯東灘二期促淤工程（南區(qū)S4～S6），二期工程于2016年11月開工，2017年12月完成。南匯東灘促淤圈圍工程的實施，致使南槽南側(cè)岸線進一步大幅向江中推進。據(jù)統(tǒng)計，浦東機場外側(cè)灘涂促淤圈圍工程使南槽岸線向江中推進最大約2.5 km，而南匯東灘促淤圈圍工程則使南槽中段河寬縮窄3～8 km。

2 九段沙近期演變的主要特征

2.1 長“高”不長“大”

1998—2021年，九段沙0 m以淺沙體面積增加了50%，而5 m以淺沙體面積總體呈減小態(tài)勢；同期，九段沙0～2 m、2～5 m淺灘面積均呈不同程度的縮小態(tài)勢（見圖3），分別減少了44%、12%，總體呈長“高”不長“大”的變化特征（“高”主要指0 m以淺高灘，“大”主要指0～5 m以淺灘地）。長“高”的主要時段為1998—2010年，期間0 m以淺沙體面積增加速率達4.3 km2/a；2010—2021年長“高”速率趨緩，0 m以淺沙體面積增速僅0.85 km2/a。九段沙淤高的灘面促進了植被生長，擴大了植被帶面積（見圖4）。

2.2 北側(cè)受工程守護穩(wěn)定淤漲

長江口深水航道治理工程分流口魚嘴、南導(dǎo)堤及南丁壩群的建設(shè)守護了江亞南沙上部和九段沙的北側(cè)邊界，對九段沙灘地穩(wěn)定淤漲起到積極作用。分流口魚嘴和南導(dǎo)堤工程遏制了江亞南沙后退趨勢，1998—2010年是江亞南沙的快速淤漲期，江亞南沙0 m以淺沙體面積增加1.8倍，5 m以淺沙體面積增加12%，2010年之后沙體淤漲趨緩。

長江口深水航道治理工程南導(dǎo)堤實施后，減弱了九段沙灘面的橫向漫灘水流，促進了九段沙高灘向上、下及北側(cè)的淤漲（見圖5）.同時，北槽壩田區(qū)淤積明顯，0 m以淺壩田灘地明顯增大，對九段沙沙體北側(cè)沙體的穩(wěn)定起到積極作用。

2.3 南側(cè)及尾部沖淤變化顯著

近期，九段沙濕地南側(cè)的江亞南沙上部、九段沙上沙南沿、九段沙中部南沿及尾部低灘4個區(qū)域存在明顯沖淤變化，影響了九段沙濕地的完整性和穩(wěn)定性。

2.3.1 江亞南沙上部竄溝

2002年江亞南沙上部2 m竄溝沖開，之后持續(xù)發(fā)展，2 m以深河槽容積亦不斷增大。2013年發(fā)展形成5 m河槽并進一步?jīng)_深、拓寬和向東延伸，5 m河槽容積快速增大（見圖6），2018年已與江亞北槽5 m槽接近貫通，竄溝局部水深已達7.4 m左右。為遏制江亞南沙上部竄溝持續(xù)發(fā)展，2018年12月實施了南槽航道治理一期工程，建設(shè)了江亞南沙護灘堤，2020年護灘堤建成以來，江亞南沙上部由沖刷態(tài)勢轉(zhuǎn)變?yōu)橛俜e態(tài)勢，江亞南沙上部2 m、5 m河槽容積顯著較小。

2.3.2 九段沙上沙南沿

近期，江亞北槽西南側(cè)淤積、東北側(cè)沖刷，導(dǎo)致九段沙上沙南沿灘地持續(xù)沖刷后退、岸灘變陡（見圖7）。1998—2021年，2 m、5 m等深線分別向東北方向后退1.5 km和2 km左右。九段沙上沙南沿沖刷切灘縮減了九段沙上沙高灘濕地面積，并且對九段沙上沙南沿碼頭的安全運營產(chǎn)生了威脅。

2.3.3 九段沙中部南沿

2008年以前，九段沙南沿濕地面積始終處于穩(wěn)定淤漲態(tài)勢。2008年以來，隨著浦東機場、南匯東灘促淤圈圍工程的實施，南槽南岸向江中推進，河道束窄，南槽中段漲落潮水流集中。同時，促淤工程吸納了南槽大量的泥沙，加之流域減沙，使得本地水體含沙量下降，水流沖刷能力加強，致使九段沙中部南沿濕地持續(xù)受沖，2010年之后濕地被侵蝕的面積逐漸增加，尤其2015年以來侵蝕加?。ㄒ妶D8）。九段沙中部南沿沖刷區(qū)局部形成8 m深槽并有所擴張，深槽面積年際間呈波動變化。

2.3.4 九段沙尾部低灘

隨著流域來沙銳減，南北槽口外所處的水下三角洲前沿因供沙不足已呈現(xiàn)明顯沖刷態(tài)勢[11]，九段沙尾部低灘近期亦出現(xiàn)局部沖刷跡象，且沖刷區(qū)域與南北槽口外大范圍沖刷區(qū)連成一片（見圖9）。

3 九段沙沖淤演變的主要影響因素

3.1 已建工程對九段沙演變的影響

近期，九段沙周邊實施了長江口深水航道治理工程、浦東機場外側(cè)灘涂促淤圈圍工程、南匯東灘促淤圈圍工程和南槽航道治理一期工程等大型涉水工程。工程建設(shè)對九段沙河床地形沖淤變化的影響較為明顯，主要表現(xiàn)為以下幾點：

（1）深水航道治理工程南導(dǎo)堤穩(wěn)定了九段沙的北側(cè)邊界，增加了九段沙灘面尤其是中低灘面的漲潮流優(yōu)勢，促使泥沙向高灘輸送，漲潮后期由九段沙向北槽輸送的大量泥沙被南導(dǎo)堤阻擋，在九段沙灘面落淤，促使九段沙中上部高灘持續(xù)淤積擴大、沙頭淤積上提。

（2）深水航道治理工程南丁壩群陸續(xù)建成后，壩田灘面產(chǎn)生了明顯的淤積響應(yīng)，壩田區(qū)水深不斷減小，且局部壩田灘面已經(jīng)高出南導(dǎo)堤。目前，南壩田灘面已與九段沙灘面連為一體，成為九段沙北沿的一部分?？梢?，南導(dǎo)堤和南丁壩工程的建設(shè)促使了九段沙北沿的淤漲。

（3）深水航道治理工程南導(dǎo)堤對江亞南沙灘面淤積起到一定的促進作用，但其分流口魚嘴南線堤下游的江亞南沙上部因未受工程守護，呈現(xiàn)出長江口較為普遍的橫向竄溝不斷發(fā)育、發(fā)展的變化態(tài)勢。

（4）浦東機場外側(cè)灘涂促淤圈圍工程和南匯東灘促淤圈圍工程束窄了河道寬度，集中了漲落潮水流，加之流域減沙引起河口含沙量下降，致使九段沙中部南沿灘面沖刷后退、江亞南沙中部沖刷。

（5）南槽航道治理一期工程遏制了江亞南沙上部竄溝此前持續(xù)沖刷發(fā)展的不利態(tài)勢，江亞南沙中下沙體得到守護，基本未對九段沙中部及尾部南沿的沖淤產(chǎn)生影響。

3.2 流域減沙對九段沙演變的影響

流域來沙減少已引起長江口水體含沙量出現(xiàn)一定程度的降低。河床地形監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，近期河口含沙量降低已造成南支、南港及南槽上段河槽沖刷、容積擴大，而且由于河口供沙不足，長江口口外水下三角洲前沿亦出現(xiàn)多個較大范圍的沖刷區(qū)。近期，南北槽口外沖刷明顯，沖刷區(qū)向九段沙尾部延展，受此影響九段沙2 m、5 m沙體尾部侵蝕后退。

歷史上，長江流域來沙豐富，九段沙淤高長大、沙尾淤積下延；近期流域來沙減少已造成長江口水下三角洲前沿的侵蝕，導(dǎo)致了九段沙尾部淤漲停滯，局部甚至出現(xiàn)了沖刷。

4 沖淤演變對濕地自然保護區(qū)的影響

根據(jù)2021年九段沙保護區(qū)監(jiān)測資料，保護區(qū)內(nèi)-6 m以淺濕地和-6 m以深非濕地的面積分別為365.8 km2、54.4 km2，-6 m以深非濕地面積已占保護區(qū)總面積的13%，主要分布在九段沙南沿及尾部（見圖1）。

4.1 江亞南沙上部

1998—2018年，江亞南沙上部竄溝持續(xù)沖刷發(fā)展，2016年竄溝最大水深已達6.5 m左右。竄溝的沖刷發(fā)展，不僅影響江亞南沙的完整性，而且形成切灘態(tài)勢，會引起江亞南沙上部與江亞南沙中下部沙體分離，使得江亞南沙失去分流魚嘴工程的保護，進而造成中下部沙體失穩(wěn)。同時也會增強江亞北槽水流動力，加劇九段沙上沙南沿的沖刷?？梢?，江亞南沙上部竄溝沖刷發(fā)展不僅會減少九段沙保護區(qū)的濕地面積，而且會破壞九段沙濕地的穩(wěn)定性。

為穩(wěn)定南槽入口河勢條件、保護九段沙保護區(qū)濕地資源，2018—2020年實施了南槽航道治理一期工程江亞南沙護灘堤，有效遏制了江亞南沙上部竄溝此前持續(xù)沖刷發(fā)展的不利態(tài)勢，同時守護了江亞南沙中下沙體。

4.2 九段沙南沿

九段沙南沿呈凈沖刷態(tài)勢，1998—2021年沖刷區(qū)域的面積為71 km2，九段沙南沿5 m線后退距離平均約為2.7 km。其中，1998—2010年，九段沙南沿濕地面積總體呈凈增加態(tài)勢，6 m以淺濕地面積增加約5 km2，南沿6 m河槽有所發(fā)展，但未與口外段貫通。2010年以來，九段沙南沿濕地被侵蝕的面積逐漸增加，2015年之后侵蝕加劇，南沿局部6 m以深河槽與口外段貫通。

據(jù)統(tǒng)計，2010—2021年保護區(qū)范圍內(nèi)的九段沙南沿6 m以淺濕地區(qū)域（據(jù)《濕地公約》定義）面積因沖刷損失了約17 km2，原先整體連通的九段沙中、下沙南沿6 m以淺濕地逐漸被分割為南、北兩部分（見圖1 ）。此外，2015年九段沙中部南沿首次發(fā)育有8 m深槽，此后該深槽沖刷發(fā)展，2020年深槽面積最大達3.8 km2。九段沙南沿持續(xù)沖刷后退，局部深槽發(fā)展縮減了九段沙濕地面積，影響了濕地完整性。

4.3 九段沙尾部

流域減沙已造成長江口口外水下三角洲前沿區(qū)域由歷史上的淤積為沖刷態(tài)勢。長江口南北槽口外水下三角洲前沿的沖刷限制了九段沙尾部的淤漲，甚至局部出現(xiàn)了侵蝕，減小了濕地面積。

5 結(jié)論

近期（1998—2021年），九段沙總體呈長“高”不長“大”的變化特點，高灘淤漲速率較此前有所減緩；長江口深水航道治理工程南導(dǎo)堤的建設(shè)使江亞南沙頭部和九段沙北邊界得以穩(wěn)定，并促進了江亞南沙、九段沙高灘的不斷淤漲；南槽航道治理一期工程使江亞南沙上部竄溝由沖轉(zhuǎn)淤，江亞南沙穩(wěn)定性增強；受流域減沙和周邊涉水工程影響，九段沙南沿及尾部低灘沖刷，減少了九段沙保護區(qū)的濕地面積，破壞了九段沙濕地的完整性和穩(wěn)定性。

未來，隨著周邊河勢條件變化，加上流域來沙繼續(xù)維持較低水平，九段沙南沿及尾部低灘將面臨進一步?jīng)_刷侵蝕的風險，亟需研究遏制九段沙南沿及尾部沖刷發(fā)展的工程措施。

致謝：本文得到上海市九段沙濕地自然保護區(qū)管理事務(wù)中心的數(shù)據(jù)支持。

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Recent Morphological Evolution of Jiuduansha Shoal and Its Influence on Jiuduansha Wetland National Nature Reserve

CHENG Haifeng1，2，LIU Jie1，WANG Zhenzhen1，YE Tingting3，XIE Yingfang4，LI Tianyan3

（1.Key Laboratory of Estuarine and Coastal Project of Ministry of Transport，Shanghai Estuarine and Coastal Science Research Center，Shanghai 201201，China；2. State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering，Hohai University，Nanjing 210098，China；3. Shanghai Estuarine and Coastal Engineering Consulting Ltd.，Shanghai 201201，China；4. China Design Group Co.，Ltd.，Nanjing 210014，China）

Abstract：According to underwater topographic data of the Yangtze Estuary from 1998 to 2021，we probed into the influence of recent morphological evolution of Jiuduansha Shoal on Jiuduansha Wetland National Nature Reserve. The results unravel that Jiuduansha Shoal tended to silt in height instead of expanding in scale during the last two decades. The north side of Jiuduansha Shoal saw steady siltation under artificial protection，and the south side notable local erosion and silting. The southern dike of the Yangtze Estuary Deepwater Channel Regulation Project stabilized the head of South Jiangya Shoal and the north boundary of Jiuduansha Shoal，and accelerated the high mudflat deposition of south Jiangya Shoal and Jiuduansha Shoal. The phase I of South Passage Channel Regulation Project promoted the transfer from scouring to silting in the upper ditch of south Jiangya Shoal，which also enhanced the stability of south Jiangya Shoal. Sediment reduction in the basin and adjacent water-related projects reduced the wetland area of Jiuduansha Wetland National Nature Reserve and destroyed the integrity and stability of Jiuduansha Wetland by scouring the tidal flats along the south and tail of Jiuduansha Shoal. In future，sediment supply in the river basin may maintain a lower level，the south side and tail of Jiuduansha Shoal will face a risk of further erosion. It is urgent to study engineering measures to protect the Jiuduansha Wetland National Nature Reserve.

Key words：Jiuduansha Shoal；wetland；morphological evolution；natural reserve；Yangtze River Estuary