长江口近期来水来沙量及输沙粒径的变化

长江口近期来水来沙量及输沙粒径的变化
付桂
【摘要】长江来水来沙变化影响因素众多,除自然因素外,人类活动对河流水沙运动影响越来越显著.作为长江流域的终端,长江口地区既受自然因素影响,同时也显著地受到流域人类活动的影响.通过对比分析徐六泾站与大通站的水量和沙量,得出大通
站能够作为代表流域进入长江口水沙情势的控制站.利用大通站的水文数据,统计分
析1950—2011年的径流量、数量及输沙粒径的变化,得出长江口近期来水来沙量
及输沙粒径的变化.研究结果表明:1) 长江流域年来水量没有发生趋势性变化;2003
年后三峡水库发挥调蓄作用,来水量年内分配呈现洪季径流量减少,枯季径流量增加
的特征.2) 1986年以来长江流域来沙量大幅减少,季节变化总体呈现洪季比例减小、枯季比例增大的特征.2003年三峡水库蓄水后,来沙量进一步减小,洪季输沙量明显
减小.3) 2003年前后大通站悬沙中值粒径变化不显著,从粒度组分上看粒度略有粗化.%The factor of runoff and sediment changes of the Yangtze River is numerous,and influence from human activities to water and sediment movement is becoming more and more obvious besides natural
factors.Runoff and sediment changes of the Yangtze estuary are influenced by natural and human paring and analyzing the runoff and sediment discharge of Xuliujing station and Datong station,we know that Datong station can be used as the control station of the Yangtze estuary.Based on the hydrological data of Datong station,this paper analyzes the variation of runoff,sediment discharge and suspended sediment particle size in the the Yangtze estuary during 1950—2011,and obtains the runoff,sediment discharge and sediment diameter of the
Yangtze estuary.The results show that there is no trend change of runoff in the Yangtze River basin.After 2003,the Three Gorges reservoir plays a regulating role,and the distribution of runoff during the year shows the decrease in the flood season and the increase in the dry season.Since 1986,the sediment discharge in the Yangtze River basin has been greatly reduced.The seasonal variation proportion generally shows that it's decreasing in the flood season and increasing in the dry season.After the impoundment of the Three Gorges reservoir in 2003,the sediment discharge has been further reduced and during flood season sediment discharge is decreasing obviously.The average suspended sediment particle size in Datong station is not obvious before and after 2003,and the grain size is slightly coarser from grain size component.
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2018(000)002
【总页数】6页(P105-110)
【关键词】长江口;来水量;来沙量;悬沙粒径
【作者】付桂
【作者单位】交通运输部长江口航道管理局,上海200003;上海长升工程管理有限公司,上海200137
【正文语种】中文
【中图分类】TV148;U656
长江河口是受径、潮流共同作用的中等潮汐河口,以其丰富的泥沙供应、大量的细颗粒泥沙而著称,是典型的高浊度河口。

长江河口从徐六泾到拦门沙滩顶长约120 km,启东到南汇嘴宽约90 km,向黄海敞开的口门接纳外海巨大的潮量,使潮波传递上溯至离口门约640 km的安徽大通(潮区界);洪季涨潮流的上界可达江苏江阴(潮流界)。

长江河口自徐六泾以下,呈三级分汊、四口入海的形势：崇明岛将长江河口分为南支和北支,南支又被长兴岛、横沙岛分为南港和北港,九段沙又将南港分为南槽和北槽。

长江的水、沙、盐、营养盐和污染物等物质通量汇于长江河口并通过河口进入海洋,所以流域自然和人类活动引起的环境变化,必然在河口有相应的响应[1-6]。

三峡水库建成并正常运营已10余年,其对河口区域水沙过程和地貌演化的影响已初步显示出在定量上可甄别研究的态势,这为开展人类活动影响下的河流、河口联动反馈机理研究提供了难得的关键案例。

在此背景下就长江入海水沙通量及悬沙粒径的变化趋势开展研究,既是上述研究工作的基础组成部分,亦可为开展相关研究工作提供必要的基础数据支撑。

了解长江流域来水来沙变化,是把握河口水沙盐及河势变化的前提,对长江河口的治理及水沙利用有极其重要的作用。

通过对比分析徐六泾站与大通站的水量和沙量,得出大通站能够作为代表流域进入长江口水沙情势的控制站。

再利用大通站的历年水文数据,统计分析1950—2011年的径流量、数量及输沙粒径的变化,得出长江口近期来水来沙量及输沙粒径的变化。

1 代表水文站的选取
大通水文站距长江河口近680 km,位于长江感潮河段最上段,为长江径流量的总控制站;控制流域面积占长江总流域面积的95%,是长江入海水沙的参考站。

其水沙特性的变化对长江河口水沙过程和河床演变的影响较大。

徐六泾水文站在大通站下游约600 km处,位于长江河口“三级分汊”中第一级分汊前的节点处,是长江干流距入海口门最近的综合性水文站(图1)。

徐六泾站测得的水沙资料应能更准确地反映进入河口区的水沙特性,但由于徐六泾站水沙资料系列较短,难以系统地说明流域来水来沙的变化特征。

因此,用徐六泾站近年测得的资料与资料系列较长的大通站同期资料进行了相关分析,以论证以大通站作为长江口河段来水来沙量控制站的合理性。

由徐六泾站和大通站径流量和输沙量的相关关系图(图2、3)可知,两站的短期水、沙数据相关性良好。

图1 长江河口
图2 2005—2010年大通站月径流量和徐六泾站月净泄潮量关系
图3 2009——2010年大通站月输沙量和徐六泾站月净泄沙量关系
对徐六泾站2005—2010年净泄潮量(相当于径流量)与对应的大通站径流量的年际变化进行对比分析(图4),可以看出两站的变化过程基本一致。

徐六泾站多年平均净泄量比大通站多年平均径流量仅大约2.45%,说明大通站水量基本能代表长江河口入海水量。

图4 2005—2010年大通站年径流量和徐六泾站年净泄潮量变化
从历年来徐六泾断面大潮期实测的含沙量变化过程看(图5),20世纪90年代以前徐六泾断面涨落潮期间的含沙量较高,1997—2003年变化平缓,从2003年开始明显下降,与大通站变化趋势一致。

图5 徐六泾断面大潮期实测潮平均含沙量与大通站同月含沙量对比
综合以上分析可知,徐六泾站与大通站的水量、沙量具有良好的正相关关系,且变化趋势一致。

大通站可作为代表进入长江口水沙情势资料测验的控制站。

因此,以下将采用大通站资料来分析流域来水来沙量的变化情况。

2 流域来水量的变化
2.1 年际变化
自20世纪50年代以来,大通站多年平均径流量为8 927亿m3,变化相对比较平稳(图6)。

其中,1950—1985年平均年径流量为8 969亿m3,1986—2002年平均年径流量为9 229亿m3,2003—2011年平均年径流量为8 193亿m3。

三峡水库蓄水后大通站2003—2011年平均径流量与1950—2002年相比减少了9.5%,减幅较小。

图6 1950—2011年大通站年径流量变化
从特征年径流量看,1954年径流量最大,为13 600亿m3,2011年最小,年径流量为6 668亿m3,二者之比值为2.04。

近年来的变化特点为：经历了1998、1999年连续2个丰水年后,2006年出现了特枯水年,并持续4年年径流量低于多年平均值,2010年经历了一次洪水年,年径流量为10 220亿m3,2011年又出现了特枯水年,年径流量创历史新低。

2.2 年内变化
从大通站不同时期径流量的年内分布看,长江来水量主要集中在洪季(5—10月),枯季(11—4月)径流量较小(图7)。

图7 大通站月径流量年内变化
选用三峡水库蓄水前的1986—2002年和蓄水后的2003—2011年资料对比分析三峡水库的调节作用对大通站径流量年内分配的影响(图8)。

图8 三峡水库蓄水前后大通站月径流量所占比例变化
可知,2003年三峡水库蓄水后,总体上仍呈现洪季大、枯季小的特征,但洪季径流量有所减少,枯季径流量有所增加。

洪季5—10月径流量占比例的71.3%下降至2003—2011年的68.7%,枯季径流量所占的比例相应增加(表1)。

洪季7月份月平均径流量由蓄水前1986—2002年的1 461亿m3下降到蓄水后2003—2011年的1 166亿m3,下降了20.2%;枯季2月份月平均径流量由蓄水前1986—2002年
的298亿m3增大到蓄水后的331亿m3,增加了11.3%。

表1 大通站各月径流量所占比例 %年份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月1950—
19853.12.84.66.710.511.614.713.111.310.46.74.31986—
20023.32.94.86.810.211.415.213.311.410.06.64.32003—
20114.14.06.16.99.512.014.213.011.68.35.94.4
综合上述分析可知,自20世纪50年代以来,大通站年径流量总体变化不大,可以认为仍主要受流域降水变化的影响。

三峡水库蓄水后,水量的季节分配比例略有调整,反映出三峡水库发挥了削峰填谷的调节作用。

洪季5—10月径流量所占比例由1950—1985年71.8%下降至1986—2002年、2003—2011年的71.3%和68.7%;枯季径流量所占的比例相应增加。

蓄水后2003—2011年洪季7月份月平均径流量比蓄水前1986—2002年下降了20.2%;枯季2月份月平均径流量增加了11.3%。

3 流域来沙量的变化
3.1 年际变化
大通站多年平均年输沙量为3.84亿t(1951—2011年),自20世纪80年代中叶开始,由于上游大规模的水土保持及支流水利工程的兴建,输沙量呈减小趋势(图9)。

输沙量的减少以葛洲坝工程和三峡工程的蓄水为节点,呈现明显的三阶段变化特点：1951—1985年年均输沙量为4.70亿t;1986—2002年年均输沙量为3.40亿t,较1985年前减少了27.7%;2003年6月三峡水库开放蓄水,之后大通站年输沙量又明显减少,2003—2011年年均输沙量仅为1.43亿t。

蓄水后2003—2011年与1951—2002年相比,大通站输沙量减小幅度达66.5%。

图9 1951—2011年大通站年输沙量变化
从特征年输沙量来看,1964年输沙量最大,为6.78亿t;2011年特枯水文年最小,年
输沙量为0.71亿t,创下历史新低,仅为多年平均值的18.5%。

3.2 年内变化
长江流域输沙量在1985年和2003年前后发生了明显的变化,因此本节选用大通站1965—1985年(缺少1965之前月输沙率资料)、1986—2002年和2003—2011年3个时间段的月输沙量进行年内变化的分析(图10、11)。

图10 1951—2011年大通站年内输沙量变化
图11 大通站月均输沙量所占比例变化
总体上,在输沙总量逐步锐减的前提下,大通站输沙量的年内分配渐趋平缓,相对集中度有所降低。

洪季(5—10月)3个时段的输沙量分别为4.02亿、2.96亿和1.16亿t,占全年输沙量的比例分别为88.4%、87.8%和80.8%;枯季(11—4月)3个时段的输沙量分别为0.53亿、0.41亿和0.28亿t,占年输沙总量的比例则反而略有抬升。

由上述分析可知,1985年后长江流域输沙量出现了大幅度减小,季节变化总体呈现
洪季比例减小,枯季比例增大的特征。

1986—2002年与1965—1985年相比,洪季输沙量占全年的比例下降了0.6%,三峡水库蓄水后2003—2010年洪季输沙量占
全年的比例又下降了7.0%,枯季所占的比例则相应增加(表2)。

三峡水库蓄水后,洪季输沙量明显减小。

洪季7月份月平均输沙量由蓄水前1986—2002年的8 612万t下降到蓄水后2003—2011年的2 674万t,下降了69.0%;枯季2月份月平均输沙量由蓄水前1986—2002年的254.3万t增加到蓄
水后的272.2万t,增加了7.0%。

表2 大通站各月输沙量所占比例 %年份1月2月3月4月5月6月7月8月9
月10月11月12月1965—
19850.60.51.33.68.010.523.618.316.611.54.01.61986—
20020.90.82.03.25.69.425.520.316.610.43.91.42003—
20111.81.94.25.17.912.018.618.316.87.24.02.2
4 输沙粒径的变化
三峡水库蓄水前,宜昌站多年平均悬沙中值粒径为0.008 mm；三峡水库蓄水后,入
库泥沙中大部分粗颗粒泥沙被拦截在库内,细颗粒泥沙被排出库外,宜昌站的悬沙粒
径逐渐变细,多年平均中值粒径减小为0.004 mm。

但三峡水库蓄水后,由于下游河
床冲刷,宜昌以下的汉口站悬沙有所变粗,2003年后年平均中值粒径基本均大于蓄
水前的多年平均值,由蓄水前的0.010 mm变粗至蓄水后的0.013 mm。

目前,大通站的变化尚不明显,蓄水前后分别为0.009 mm和0.010 mm(图12)。

图12 三峡水库蓄水前后宜昌、汉口和大通站悬沙中值粒径对比
从大通站悬沙粒度组分上看(图13),1987年以来悬沙粒度呈现“粗-细-粗”的变化,经历了
1998—2002年短暂“细化”后,2003—2009年悬沙粒度又恢复至1987—1995
年的水平。

从2003年前后的对比分析看,悬沙中< 0.004 mm的细颗粒组分由1998—2002年的42.6%减少至2003—2009年的36.7%,相应地,粗颗粒组分则
有所增加。

图13 大通站悬沙粒径级配曲线对比
因此,2003年前后大通站悬沙中值粒径变化不显著,从粒度组分上看粒度略有粗
化,2003—2009年悬沙中< 0.004 mm的细颗粒组分比1998—2002年有所减小。

5 结语
1)徐六泾站与大通站的水量和沙量具有良好的相关关系,且年际与年内变化趋势基
本一致,大通站能够作为代表流域进入长江口水沙情势的控制站。

2)长江流域年来水量没有发生趋势性变化;
2003年后三峡水库发挥调蓄作用,来水量年内分配呈现洪季径流量减少、枯季径流量增加的特征。

3)1986年以来长江流域来沙量大幅减少,季节变化总体呈现洪季比例减小、枯季比
例增大的特征。

2003年三峡水库蓄水后,来沙量进一步减小,洪季输沙量明显减小。

4)2003年前后大通站悬沙中值粒径变化不显著,从粒度组分上看粒度略有粗化。

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