长江口第二_三代冲积岛浅滩演变特征分析

浅 1995~ 1998
3
- 1 00 - 3 50 - 5 33 - 1 33 - 2 25 - 3 58
滩 1998~ 2000
2
5 15
- 12 50 - 10 26 - 3 41
1 96
- 1 45
1879~ 2000
121
- 0 16 - 0 79 - 0 43 - 0 31 - 0 10 - 0 41
研究区冲淤多变, 同一浅滩在不同时段表现出时冲时淤, 同一时段的不同浅 滩表现出此冲彼淤。 1879~ 2000 年间长兴岛浅滩和横沙浅滩体积减少, 呈冲刷趋势, 年平均冲刷厚度分别是 1 24 cm、1 25 cm; 横沙东滩体积增加, 呈淤涨趋势, 年平均淤积 1 99 cm; 九段沙自 1931 年以来体积增加很快, 呈强烈 淤涨趋势, 到 2000 年- 5~ - 2m、- 2~ 0m、- 5~ 0m 体积分别比 1931 年增加了 7、10、8 倍, 年平均增长率 分别为 0 127 亿 m3、0 05 亿 m3、0 177 亿 m3, 是淤涨最快的浅滩, 年平均淤积厚度达到 4 19 cm( 表 1) 。
岛和九段沙三岛称为长江口的第二、三代冲积岛。
长江口第二、三代冲积岛基本成型的时期同时也 是长江流域人类活动强度日益增大的时期。这些 冲积岛周围分布的浅滩( - 5m 等深线以浅) 是海
图 1 长江口及研究区域示意图 Fig. 1 Sketch of the Changjiang Estuary and the study area
征, 为长江流域水资源管理、长江口滩涂资源开发提供科学依据, 对长江口航道整治和港口建设也具有
一定的参考价值。
收稿日期: 2003_12_29 基金项目: 国家重点基础研究发展规划项目( 2002CB412407) 作者简介: 胡红兵( 1971- ) , 男, 湖北长阳人, 硕士生, 从事河口海岸工程地貌研究。
图 2 1879~ 1995 年间长江口第二、三代冲积岛浅滩演变示意图 Fig . 2 Evolution of the shoals from 1879 to 1995 in the study area
2 结果分析
2 1 长江口第二、三代冲积岛浅滩时间变化特征 2 1 1 面积变化
1879~ 2000 年间, 浅滩总面积呈增加趋势, 到 2000 年 0m、- 2m、- 5m 面积分别达到 290 km2、702 km2 、1 139 km2 , 年平均增长率分别为 0 73 km2 a、1 82 km2 a、2 31 km2 a。各浅滩面积的变化趋势不同, 长兴岛浅滩和横沙浅滩面积减少, 横沙东滩面积增加, 九段沙自 1931 年以来面积增加很快, 到 2000 年 0m、- 2m、- 5m 面积分别比 1931 年增加了 11、9、6 倍, 年平均增长率分别为 1 63 km2 a、3 37 km2 a、5 11 km2 a, 是面积增长最快的浅滩。各浅滩不同时段的变化趋势各不相同, 变化幅度也相差较大( 表 1) 。
2004 年 12 月
泥沙研究 Journal of Sediment Research
第6期
长江口第二、三代冲积岛浅滩演变特征分析
胡红兵, 程和琴, 胡方西, 胡 辉
( 华东师范大学 河口海岸国家重点实验室, 上海 200062)
摘要: 利用 GIS 对 1879~ 2000 年 7 幅长江口地区海图数字化, 建立各时期长江口水下数 字高程模型 ( DEM ) , 在
冲积 岛( 图 1) 。早期的崇 明岛形成 至今已 历千
年, 为长江口第一代冲积岛, 其向北并岸将是大势
所趋, 而长兴岛和横沙岛则可能取代现在的崇明 岛[ 1,2] 。长兴岛的大部分沙洲和横沙岛形成于 19 世纪中叶[ 3] , 九段沙形成 更晚, 20 世 纪中叶才逐 步发展成为河口沙岛[ 4] , 因此可以将长兴岛、横沙
人类活动对冲积岛浅滩的影响越来越强烈, 浅滩 的自然演变过程甚至会发生改变。
关键词: 长江口; 冲积岛; 浅滩; 演变; GIS
中图分类号:TV142 P737
文献标识 码: A
文章编号: 0468 155X( 2004) 06 0057 07
长江每年约 4 33 亿 t 泥沙进入河口区, 形成
众多水下沙洲并逐渐出露水面, 形成长江口四大
冲淤厚度 cm!a- 1
- 2 20 - 1 20
2 08 6 92 - 40 03 - 1 24
5 01 - 8 47 - 2 10
1 21 29 40 1 99
- 8 46 3 05 1 21
- 10 39 - 4 48 - 1 25
7 55 4 57 - 2 31 19 55 4 19
0 41 0 21 1 99 - 2 31 4 93 0 83
先扫描海图, 然后用 MapInfo 7 0 数字化, 将海图水深点、等深线和岸线输入计算机, 并检查订正数 字化结果。为了便于对长兴岛、横沙岛和九段沙浅滩的演变历史进行对比分析, 数字化分别在长兴、横 沙和九段沙周围- 5m 等深线包络的范围内进行。当- 5m 等深线包络两个或两个以上岛屿浅滩时, 则 用- 2m 等深线之间水深最大点的连线作为- 5m 等深线的界限进行分割。另外将横沙岛浅滩分为横沙 东滩和横沙浅滩两部分, 横沙东滩与横沙岛陆地相连, 横沙浅滩由原来的铜沙浅滩演变而来, 与横沙东 滩之间有窜沟相隔( 图 2) 。由于不同时期海图采用的水深基准面不同, 因此将各个时期的水深值统一 订正到理论深度基准面[ 6] , 采用 Kriging 插值方法生成栅格文件, 建立各时期长兴岛浅滩、横沙东滩、横 沙浅滩和九段沙的水下数字高程模型( DEM) 。在此基础上, 利用 GIS 统计和计算 1879 年以来长兴岛浅 滩、横沙东滩、横沙浅滩和 1931 年以来九段沙 0m、- 2m、- 5m 面积, - 5~ - 2m、- 2~ 0m、- 5~ 0m 体 积, 冲淤厚度和等深线水平推移速率。采用长江口- 5~ 0m 浅滩沉积物平均容重 1 7 t m3将- 5~ 0m 体 积折算成泥沙冲淤量。
岸带陆海相互作用最敏感和最脆弱的地貌单元之
一[ 5] , 所以了解其在人类高强度开发背景下, 尤其是在三峡工程、南水北调和长江口深水航道等众多重
大工程建设时期的演变趋势, 是河口海岸地貌学工作者和水利工程建设者共同关心的课题。本文以历
史海图为基础, 定量分析 1879 年以来长兴岛、横沙岛和九段沙等第二、三代冲积岛浅滩的时空变化特
2. 1. 2 体积和冲淤变化 1879~ 2000 年间, 浅滩总体积增加, 呈淤涨趋势, 到 2000 年- 5~ - 2m、- 2~ 0m、- 5~ 0m 体积分别
达到 27 亿 m3 、11 亿 m3 、38 亿 m3 , 年平均增长率分别为 0 062 亿 m3 、0 033 亿 m3 、0 095 亿 m3 。近 150 年 来长江口第二、三代冲积岛浅滩共淤积了 19 48 亿 t, 约占大通泥沙通量的 3 72% , 年均淤厚 0 83 cm。
此基 础上, 对长江口第二、三代冲积岛 长兴岛、横沙岛 和九段沙浅 滩的面积、体积、冲淤量、冲淤 厚度和 等
深线 水平推移速率进行计算。结果表明: 近 150 年来, 长 江口第二、三 代冲积岛 浅滩总 体上呈 淤涨趋 势, 并 沿
东南方向向海推展。1879~ 2000 年间共淤积泥沙 19 48 亿 t, 平 均每 年淤积 0 161 亿 t, 约 占大 通泥沙 通量 的
0 63
0 17
0 19
0 36
1931~ 1958
27
- 2 22
0 83
- 0 06
0 11
0 07
0 18
总 1958~ 1995
37
1 43
3 81
8 03
1 78
0 60
2 38
体 1995~ 1998
3
2 99
1 77 - 10 73 - 1 34 - 1 32 - 2 66
1998~ 2000
0 86
1 03
0 29
0 13
0 42
1879~ 1931
52
- 0 47 - 1 94 - 3 99 - 1 18 - 0 24 - 1 42
横 1931~ 1958
27
- 0 51
1 19
3 94
0 77
0 07
0 84
沙 1958~ 1995
37
0 29
0 25
2 30
0 38
0 05
0 43
0 09
- 0 24
长 1958~ 1995
37
- 0 16
1 13
1 06
0 33
0 16
0 49
兴 1995~ 1998
3
1 77
6 35
- 1 13
0 78
0 81
1 59
1998~ 2000
2
- 2 92 - 14 00 - 23 55 - 5 63 - 1 72 - 7 35
1879~ 2000
2
10 04
12 91 - 8 46
0 67
4 95
5 62
1879~ 2000
121
0 73
1 82
2 31
0 62
0 33
0 95
2 52 3 14 - 1 55 14 06 3 01
0 61 0 31 4 03 - 4 53 9 54 1 61
* 九段沙为 1931 年以来 * * 负值表示冲刷
58
表 1 1879 年以来长江口第二、三代冲积岛浅滩面积、体积 、冲淤量、冲淤厚度年均变化率 T able 1 Average annual change rate of area, volume, amount and thickness of deposited or eroded sediment of the shoals in the study area since 1879
3 72% , 年均淤厚 0 83 cm。不同时期淤积速率不一样, 有的时期甚至发 生一定程度的冲刷。各 个浅滩的 冲淤
状态不尽相同, 长兴岛浅滩和横沙浅滩呈冲刷状 态, 横沙东 滩和九段 沙呈淤积状 态。浅滩的自 然演变是长 江
河口发育过程中重要的一环, 受长江流域来沙量 的制约。随着流域 开发强度 日益增大和 河口工程 日益增多,
57
1 研究资料与研究方法
1 1 研究资料 收集了多幅长江口海图, 选择 1879、1931、1958、1971、1995、1998、2000 年七幅进行分析, 其中 1879 和
1931 年海图系华东师范大学河口海岸研究所于 20 世纪 80 年代将英国海军测图和民国时期海军水道图 转化而成的 1 10 万海图。 1 2 研究方法
时段
时间间隔
面积 km2!a- 1
体积 107m3!a- 1
0m
- 2m
- 5m - 5~ - 2m - 2~ 0m - 5~ 0m
1879~ 1931
52
- 0 69 - 1 62 - 0 87 - 0 38 - 0 19 - 0 57
1931~ 1958
27
- 0 32
0 10
- 2 28 - 0 33
3 39 - 3 24
0 68 0 38 10 44 0 71
- 2 42 1 42 0 74
- 6 08 - 2 46 - 0 69
1879~ 1931
52
1931~ 1958
27
九
1958~ 1995
37
段
1995~ 1998
3
沙
1998~ 2000
2
1931~ 2000
69
-
-
-
-
-
-
0 98
2 74
4 67
1 11
0 37
1 48
2 15
3 17
5 61
1 32
0 53
1 85
0 09
- 1 87 - 3 03 - 0 73 - 0 18 - 0 91
3 30
23 36
14 00
5 60
2 67
8 27
1 63
3 37
5 11
1 27
0 50
1 77
1879~ 1931
52
1 27
0 49
121
- 0 42 - 0 40 - 0 98 - 0 21 - 0 02 - 0 23
冲淤量 107 t!a- 1
- 0 96 - 0 40
0 83 2 71 - 12 49 - 0 39
Biblioteka Baidu
1879~ 1931
52
2 21
3 51
6 02
1 45
0 55
2 00
横 1931~ 1958
27
- 2 37 - 3 20 - 6 39 - 1 44 - 0 46 - 1 90
沙 1958~ 1995
37
- 0 85 - 0 73 - 0 94 - 0 25 - 0 15 - 0 40
东 1995~ 1998
3
2 13
0 78
- 1 23 - 0 07
0 29
0 22
滩 1998~ 2000
2
4 52
16 05
11 35
4 11
2 03
6 14
1879~ 2000
121
0 29