冯凌旋，季永兴，章馨谣，戴志军*

(1.上海市水利工程设计研究院有限公司，上海 200061；2.华东师范大学 河口海岸科学研究院，上海 200062)

0 引言

海平面上升和风暴潮频发的双重影响造成海岸带区域，特别是三角洲潮滩区，发生侵蚀[1-2]，沿海城市的洪涝灾害风险增加，城市安全受到威胁。在世界各大流域与河口地区，因建坝等人类活动导致入海泥沙量急剧减少，如欧洲多瑙河，其入海泥沙减少了约35%；美国科罗拉多河，减少约100%[3]；而我国长江减少了约75%[4],入海泥沙的减少使得相当一部分三角洲海岸呈现快速侵蚀状态。

杭州湾位于长江口南侧，强劲潮流作用、长江入海泥沙减少和岸滩的高强度开发利用等因素影响着岸滩的长期演变[5-8],台风等短时天气的影响使得北岸边滩冲刷或淤积呈现出复杂性与多样性的特点[9-10]。

杭州湾北岸(上海段)从湾口向内可分为南汇岸段、奉贤岸段和金山岸段，其中南汇岸段滩地总体稳定，奉贤岸段滩地呈持续冲刷，金山岸段总体呈微冲态势[11-12]。金山咀—龙泉港段位于金山岸段，是化工产业和休闲娱乐等的重要空间，开展该岸段边滩冲淤变化过程及特征分析，有利于及早发现海堤安全隐患，为该段岸线保护与修复提供科学依据。

1 研究区域概况

杭州湾北岸金山岸段位于杭州湾湾内，全长约24.9 km，沿岸布局了重大装备、新材料、新能源、化工等产业，现状岸线均为人工岸线。金山咀至龙泉港岸段位于金山岸段最西侧，岸线呈NE—SW走向(图1)，长约18 km。该岸段沿岸潮流强劲，在大、小金山至海盐一线，受大、小金山峡道影响，发育了一系列深槽地形。2011年以来岸段边滩整体微冲，局部岸段冲淤表现存在差异。该段海堤防潮设计标准为200年一遇高潮位+同频率风，海堤外侧修建有丁坝和顺坝，以防止岸滩冲刷威胁海堤安全。

杭州湾属亚热带季风气候区，夏季以E和SE向风为主，冬季以NW向风为主，7—8月台风较多。研究区为浅海半日潮，平均潮差约为4.1 m，以涨潮优势流为主；涨潮平均流速为1～1.5 m/s，落潮平均流速小于0.5 m/s；波浪以风浪为主，年均波高0.47 m，波向SE—SSE。研究区近岸低潮带及以深海域的沉积物类型以粉砂和黏土为主[13]。

图1 研究区域与断面设置Fig.1 Study area and profile settings

2 资料收集与研究方法

2005—2014年的水下地形资料，在每年洪季，沿海堤自陆向海，由单波束测深仪实测获得；1989年和1997年的水深资料为历史海图。以上述25 a间的地形资料为基础，研究金山咀—龙泉港岸段滩槽冲淤演变。

将1989—2014年，共计12 a的地形资料统一到1954北京坐标系下，建立数字化高程数据库，并统一到上海吴淞基准面，采用克里金(Kriging)插值方法进行等间距插值，形成各年份DEM高程模型。

计算分析间隔3～4 a的地形冲淤变化，绘制海床冲淤图；利用各年份DEM高程模型，提取等深线并绘制不同等深线的变迁图；沿金山咀到龙泉港岸段垂直于岸线布设3个地形横断面(图1)，长度约6～7 km，用于研究岸段边滩及深槽在垂向上的演变特征。

数字高程模型建立、海图资料和实测数据的处理和分析均通过ArcGIS 10.1软件进行，断面历年冲淤变化图采用Matlab绘制。

3 结果

3.1 等深线迁移特征

等深线变迁可反映边滩和海床在垂直于岸线方向上的变化。由图2可知，1989—1997年，0 m等深线在金山咀岸段较为稳定，在城市沙滩岸段平均向海推进约15 m，在龙泉港岸段平均向海推进约20 m；2 m 等深线整体较为稳定，仅在龙泉港岸段局部淤进约20 m，金山咀岸段局部蚀退约30 m；5 m等深线则基本维持不变；10 m等深线在金山咀—城市沙滩附近岸段前沿基本稳定，但在城市沙滩—龙泉港岸段，呈明显的淤进。

1997—2005年，0 m等深线整体向海平均淤进约40 m，在龙泉港岸段淤进较多，平均淤进约60 m，在金山咀岸段平均淤进约20 m；2 m等深线平均向海淤进约20 m；5 m等深线在金山咀—城市沙滩岸段基本维持稳定，在城市沙滩—龙泉港段平均淤进约30 m；10 m等深线在城市沙滩—龙泉港岸段由不规则的波动基本转变为平行于岸线，向岸侵蚀幅度平均超过100 m，城市沙滩—金沙咀岸段则基本保持稳定。

2005—2014年，研究区等深线较为稳定，0 m、2 m、5 m和10 m等深线的位置和形态没有显著变化。

1989—2014年，金山咀—龙泉港岸段0 m、2 m和5 m等深线总体向海淤进，等深线淤进过程中基本保持与岸线平行，形态平顺；而10 m等深线在金山咀—城市沙滩岸段位置和形态基本保持稳定，在城市沙滩—龙泉港岸段则总体侵蚀后退，等深线形态由波动状演化为与岸线基本平行的平顺形态。

3.2 海床冲淤过程

1989—2014年研究区海床的冲淤变化如图3所示。1989—1997年，研究岸段的边滩及海床有冲有淤，其中5 m等深线(以2014年等深线为基准，下同)以浅区域呈现总体淤积的状态；在2 m等深线以浅区域，淤积厚度平均约为1.5 m，年均淤积达0.19 m/a；5～10 m等深线之间，出现局部1 m以上的冲刷，位于金山咀岸段西侧(图3a)。

1997—2005年，5 m等深线以浅区域，仍以淤积为主，城市沙滩—龙泉港岸段淤积幅度平均在1 m以上，金山咀—城市沙滩岸段淤积幅度平均在0.5 m左右，但局部存在冲刷侵蚀的现象；5 m等深线以深区域以侵蚀为主，大部分区域侵蚀幅度超过2 m(图3b)。

图2 研究区等深线变化图Fig.2 Changes in isobaths of the study area

图3 研究区边滩及海床冲淤图Fig.3 Erosion and deposition map of beach and seabed in the study area

2005—2008年，研究区5 m等深线以浅区域总体呈现冲淤平衡态势，大部分区域冲淤幅度在-0.5～0.5 m之间，城市沙滩前沿局部区域淤积幅度超过1.5 m。5 m等深线外侧海床冲刷强度较前一阶段明显减弱，大部分区域侵蚀幅度在1 m以内，局部侵蚀幅度达1～2 m(图3c)。

2008—2011年，研究区整体转为淤积态势，0 m等深线以浅区域平均淤积幅度在0.5 m左右；0～10 m等深线之间区域平均淤积幅度超过1 m；10 m等深线外侧海床也呈总体淤积状态，淤积幅度约为0.5～2 m(图3d)。

2011—2014年，研究区整体转为弱侵蚀态势，0 m 等深线以浅区域有冲有淤，金山咀和龙泉港岸段存在淤积幅度约为0.5 m的淤积带，其余岸段边滩发生冲刷幅度约为0.5 m的弱侵蚀。5 m等深线外侧海床冲淤表现出差异性，金山咀岸段外侧海床呈现淤积态势，淤积幅度约为0.5～1.5 m；城市沙滩和龙泉港岸段外侧海床以冲刷为主，冲刷幅度为0.5～1.5 m (图3e)。

1989—2014年，研究区域5 m等深线以浅边滩整体发生淤积，淤积幅度普遍在2 m以上，10 m等深线外侧海床以冲刷为主，大部分区域冲刷幅度超过2 m，但存在一条从金山咀到龙泉港的NW—SE走向的淤积带，淤积幅度平均达2 m以上(图3f)。研究区范围内冲刷和淤积区域的分布随时间的变化而表现出一定“波动性”。以龙泉港岸段5 m等深线以浅区域为例：1989—2005年，表现为总体淤积；2005—2008年，表现为总体冲刷；2008—2011年，表现为总体淤积；2011—2014年，表现为总体冲刷。即1989—2014年，该区域表现出淤积-冲刷-淤积-冲刷的规律。

3.3 深槽变化状态

3个断面的地形变化在一定程度上反映了研究区岸段边滩及深槽在垂向上的演变特征(图4)。1989—2014年，研究区内一直存在冲刷槽，冲刷槽的位置基本稳定,槽最深处在断面1(金山咀附近)，距离海堤堤脚不到2 km，槽深40 m左右(图4a)；断面2(城市沙滩附近)冲刷槽最深点距离海堤约4.3 km，最大槽深约为35 m(图4b)；断面3(龙泉港附近)冲刷槽最深点距离海堤约3.1 km，最大槽深约为15 m(图4c)。1989—1997年，在城市沙滩附近(图4b1)深槽中曾出现超过5 m的淤积；1997—2005年，深槽整体侵蚀，平均侵蚀幅度超过3 m；2005—2011年，冲刷槽总体保持稳定；2011—2014年，冲刷槽位置及形态基本保持稳定，在金山咀附近，深槽深泓附近出现了先冲后淤的过程，2014年深槽形态基本恢复到和2011年相同的状态(图4a3)。总体而言，1989—2014年金山咀—龙泉港沿岸深槽在不同年份冲刷或淤积的表现不同，但深槽深泓位置以及形态基本维持不变。

4 讨论

4.1 长江入海泥沙的影响

长江入海泥沙是杭州湾岸滩发育的重要物质来源[14]，泥沙量的增减以及河口分流分沙条件对杭州湾北岸的滩槽冲淤变化有明显的影响[[14-16]。一些学者研究发现杭州湾不同年代的净冲淤量与同期长江入海泥沙总量相关[17]，如1959—1979年长江水量丰沛，入海泥沙约为4.6亿t/a，同期杭州湾年均淤积厚度约为0.04 m；1990—1997年因葛洲坝水库建设，长江入海年均输沙量降为3.4亿t/a，同期杭州湾海床年均冲刷厚度约为0.07 m；2003—2011年受三峡大坝蓄水影响，长江大通站年均输沙量降至1.43亿t/a，与1959—1979年相比减少了约70%，同期杭州湾北岸整体冲刷加剧[18-19]。

将1989—1997年、1997—2005年、2005—2014年长江大通站输沙量与研究区域冲淤量变化过程进行对比(图5)可见，自1989年以来长江入海泥沙总量呈下降趋势，研究区域也总体呈现冲刷的态势。

长江入海泥沙的减少不可避免地形成了杭州湾北岸整体冲刷的水文泥沙环境，从而对本研究区域冲淤态势产生影响。同时，研究区域边滩及海床冲淤变化还受局地水沙条件变化的影响，例如南汇边滩系列促淤工程对长江口入海泥沙有明显的截沙作用，岸线整治及圈围工程改变沿岸水动力条件[20-22]。因此，长江入海泥沙的减少对杭州湾北岸局部岸段边滩和海床冲淤变化的影响是综合而复杂的。

图5 长江入海泥沙通量与研究区冲淤变化关系Fig.5 Relationship between sediment flux into the sea from Yangtze River and erosion-deposition variation in the study area

4.2 侵蚀/淤积波的影响

杭州湾北岸整个区域冲淤过程既受长江入海泥沙减少的影响，又受局部地貌的影响。长江口南汇咀摇头沙的作用导致杭州湾北岸形成大规模的侵蚀/淤积波，并且自东向西移动，在一定程度上干扰长江入海泥沙对北岸边滩及海床的影响[14-15]。当侵蚀体移动到研究区，将导致该区域侵蚀加剧；反之，当淤积体移动到该区，则加速岸滩的淤积。

4.3 台风浪的影响

杭州湾位于我国东海沿海，是受台风影响比较频繁的地区，年均受影响台风1.7个[23]。许灵静 等[23]研究表明，台风常导致水体交换量增加，增幅最大可达7倍，水体交换速度可提高1.7倍。同时，台风浪波能巨大，在向岸传播过程中，因水深变浅、底摩擦增大而发生变形，在临界水深处发生破碎，波势能转化为动能。能量巨大的紊流冲刷滩面，掀起大量表层泥沙，导致水体含沙量明显增加，泥沙随着潮流被输送至别处，从而加剧滩面冲淤变化[24]。如1997年8月的“9711”台风造成漕泾化工区大堤前沿200 m范围内的滩面普遍冲刷，深度达30 cm；2005年麦莎台风导致杭州湾水体交换量增加了2.9倍，北岸海堤前沿滩地普遍发生冲刷[10,24]。

5 结论

基于实测和海图资料分析了在长江入海泥沙大幅减少的背景下，杭州湾北岸金山咀—龙泉港岸段滩槽冲淤动态变化特征，得到以下结论：

(1) 1989—2014年间，研究区0 m、2 m和5 m等深线总体向海淤涨，淤涨过程中等深线基本保持与岸线平行，形态也较为平顺。而10 m等深线在城市沙滩—龙泉港岸段则经历了侵蚀后退过程，等深线形态也由波动状演化为与岸线基本平行的平顺形态。

(2) 1989—2014年，研究区域范围内5 m等深线以浅边滩整体发生淤积，5 m等深线外侧海床以冲刷为主，但存在一条从金山咀到龙泉港的NW—SE走向的淤积带。研究区范围内冲刷和淤积区域的分布随时间的变化而表现出一定“波动性”。

(3) 研究区内长期存在冲刷槽，1989—2014年期间，冲刷槽位置和形态基本稳定，不同时期冲刷槽内表现出一定的冲淤变化。

(4) 研究区岸段出现的侵蚀与长江河口入海泥沙量减少有关联，但影响是错综复杂的，台风浪过程加剧了研究区侵蚀作用，侵蚀/淤积波的迁移对研究区岸滩侵蚀也有影响。