长江口横沙地区演化过程及保护利用思考

长江口横沙地区的保护和利用一直是近年来的热门话题。本文对横沙岛、横沙新洲的成陆过程以及浅滩的近期演化特征进行了总结和回顾,基于国家战略和前人的利用设想,提出了横沙地区目前面临的灾害和未来利用需要论证的制约因素。横沙岛于1958年定界成陆,横沙新洲(东滩)在历史大洪水切割以及航道工程和促淤圈围等作用下于2021年成陆,横沙浅滩目前“长高不长大”,处于萎缩性演化态势。文章基于“长江大保护”国家战略,总结了前人提出的一些利用设想,认为需要综合研判横沙地区的保护利用模式。目前横沙地区主要面临流域输沙偏低和海平面上升带来的浅滩侵蚀问题,建议结合固沙保滩工程利用周围航道的疏浚土资源,未来利用也需要深入研究横沙地区生态保护、基底稳定、航道冲淤、盐水入侵以及极端气候等承载力问题。

长江口横沙浅滩冲淤演变特征分析

横沙浅滩作为长江口前沿滩涂湿地的重要组成部分,是“上海市长远发展战略空间”的预留区,掌握其滩涂演变规律对该地区的资源保护及合理开发具有重要的参考价值。基于2005—2021年长江口实测水下地形数据,定量分析研究了横沙浅滩地形演变过程,及其对周边河口工程建设和水沙条件变化的响应。研究结果表明:横沙浅滩近年来整体呈现“长高长不大”的演化格局,中、东部区域明显淤高,沙体向海延伸与河口泥沙滞流点的向外海移动关系紧密。流域输沙量锐减是横沙浅滩滞涨的重要原因,滩面北沿和深水航道北侧冲刷明显,造成N23堤顶冲坑的扩大与滩面潮水沟的贯通。深水航道工程与横沙东滩促淤圈围工程的建设是潮水沟与N23堤顶冲坑迅速发育的主要原因。

横沙东滩大型底栖动物多样性及其群落结构特征

为了解横沙东滩围垦后潮间带大型底栖动物的现状,本研究分别于2019年10月(秋季)、2020年4月(春季)在横沙东滩自然潮滩和成陆区开展了大型底栖动物调查工作。结果表明,调查区域共发现大型底栖动物26种,自然潮滩物种数高于成陆区;自然潮滩和成陆区优势种明显不同,自然潮滩优势种为圆锯齿吻沙蚕、河蚬、缢蛏和谭氏泥蟹,成陆区优势种为日本新糠虾、日本旋卷蜾蠃蜚和摇蚊幼虫。大型底栖动物的平均丰度成陆区(481.60 ind./m^(2))高于自然潮滩(302.40 ind./m^(2)),平均生物量为自然潮滩(84.50 g/m^(2))高于成陆区(6.71 g/m^(2))。大型底栖动物的多样性指数(H′、J、d)为自然潮滩高于成陆区。Cluster和MDS分析表明,横沙东滩不同生境的底栖动物群落之间存在较明显差异,ABC曲线表明成陆区底栖动物群落受到了一定程度的扰动影响。

横沙东滩圈围八期工程实施对周边河势的影响初步研究

针对横沙东滩圈围八期工程实施对工程附近水域产生的影响,采用河势分析方法对工程实施后的2017—2021年水沙及地形冲淤变化进行定量分析。结果表明:1)洪季北港落潮分流比介于52.4%~55.9%,总体无趋势性变化;2)北槽、北港中下段主槽及横沙浅滩延续2010年以来冲淤态势;3)北港下段主槽深泓有所南偏且更加平顺;4)横沙通道容积保持稳定。此外,N 23潜堤头部及临近潜堤的横沙浅滩北沿冲刷明显,需继续关注。

长江口横沙浅滩演变及水沙变化特征研究

近年来,随着长江流域上游来沙的锐减,长江口滩涂面临着侵蚀的风险。为探讨河口滩涂在人类活动和自然环境影响下的冲淤演变规律及水沙变化特征,以横沙浅滩为例,采用实测资料与数学模型相结合的方式进行了系统研究。实测资料分析表明:1998~2010年,横沙浅滩淤积较为明显,2010~2019年,浅滩呈微冲趋势,其中-5 m以浅沙体体积在2010年达到最大,-2 m以浅沙体体积在2015年达到最大,说明近年来横沙浅滩出现了侵蚀现象。数学模型模拟结果表明,浅滩内水动力和含沙量均呈持续减小趋势。鉴于长江口来沙持续减小,横沙浅滩可能进一步发生侵蚀,未来需加强对流域来沙变化引起河口滩涂资源变化的关注,并考虑相应的补偿措施。

长江口新河势下横沙浅滩发展分析

从长江口新河势的基本特征出发,按时间线阐述新河势下横沙浅滩侵蚀作用的发展过程,并预测未来趋势。基于自然和人工等2个因素分析侵蚀的成因,以期为后期固沙保滩、航道整治等工程的方案设计提供理论依据。

围垦对长江口横沙东滩大型底栖动物群落的影响

于2011年4—12月,采用生态学的方法,选择了长江口横沙东滩成陆区、促淤区和自然潮滩三种生境,研究了围垦对其大型底栖动物的影响。结果显示,在横沙东滩共发现大型底栖动物28种,物种分布为自然潮滩(22种)>促淤区(19种)>成陆区(7种),优势种为自然潮滩(6种)>促淤区(5种)>成陆区(2种)。大型底栖动物的年均丰度为促淤区(118.68ind/m2)>成陆区(100.67ind/m2)>自然潮滩(57.56ind/m2),而年均生物量为促淤区(35.71g/m2)>自然潮滩(27.56g/m2)>成陆区(1.52g/m2),三种生境大型底栖动物的丰度和生物量与其种类组成有关。大型底栖动物的多样性指数(H′、J、d)为自然潮滩>促淤区>成陆区。群落聚类和MDS分析显示横沙东滩三种生境的底栖动物群落之间存在较明显差异,同时ABC曲线也证实了成陆区和促淤区的底栖动物群落有明显变化,而自然潮滩的群落结构相对完整。以上结果表明,围垦导致横沙东滩大型底栖动物群落结构发生了明显改变。

长江口横沙浅滩挖入式港池对流场的影响分析Ⅱ:对周边流场影响

横沙浅滩挖入式港池规划方案工程空间尺度巨大,必然对邻近的北港,特别是北槽深水航道产生一定程度的影响.本文基于经过检验的无结构三角高分辨率长江口FVCOM模型,对规划方案的不同平面布置进行模拟分析对比.结果表明,从流场整体态势、典型站位的大小潮动力特征可以看出,横沙浅滩挖入式港池南线、北线方案对北港和北槽的水动力特征并没有造成非常显著的变化,总体上呈现较为微弱的影响,而南线方案对北槽外航道影响较北线方案更为明显.两方案都造成北港往复流特征更趋明显.且南线方案横流更为显著.综合分析,北线方案叫南线方案对周边流场影响较小.

近年来横沙东滩围垦区前沿地形演化规律及驱动因素分析

河口大型滩涂演化关系到航运通畅、生态保护以及近岸工程的安全性,也是地貌学和工程界关注的热点。本文选择横沙东滩围垦区前沿5 m等深线包络区域作为研究区,2011–2017年间利用单波束测深系统对研究区进行持续性高精度监测,并结合近年来流域来沙、河口工程的建设和极端气候变化等影响因素分析其冲淤格局。结果表明:(1)近年来横沙东滩基本呈中间淤涨、周围冲刷的态势,整体由工程前“长大不长高”转化为工程后的“长高不长大”的演化格局;(2)海域来沙是此区域淤积的主要物源,研究区两侧涨落潮流路分异引起的环流是导致此区域淤积的主要动力;(3)深水航道堤坝工程、横沙东滩围垦工程等是导致研究区中间淤涨的原因;(4)人类活动可以直接影响滩槽的演化格局,工程建设的固定制约了河槽和滩涂的摆动,但也加剧了研究区局部的冲刷,未来应注意其内部串沟的发展,防止其连通威胁堤坝和滩涂的稳定。

长江口横沙东滩围垦潮滩内外大型底栖动物功能群研究

2011年4月(春季)、7月(夏季)、10月(秋季)和12月(冬季),在横沙东滩的围垦潮滩和自然潮滩进行底栖动物的采样调查,进行功能群划分及数量特征分析。在围垦潮滩和自然潮滩分别采集到底栖动物19种和22种。依据食性将其划分为浮游生物食者、植食者、肉食者、杂食者和碎屑食者5种功能群,围垦潮滩各功能群物种数分别为4,5,4,3,3;自然潮滩分别为6,3,5,6,2。围垦潮滩丰度由高到低依次为植食者>浮游生物食者>肉食者>杂食者>碎屑食者;自然潮滩为浮游生物食者>杂食者>肉食者>碎屑食者>植食者。围垦潮滩季节间仅有浮游生物食者和植食者的物种数存在显著性差异,潮位间仅有植食者的丰度存在显著性差异;自然潮滩季节间仅有浮游生物食者的丰度存在显著性差异,潮位间仅有植食者的物种数和丰度无显著性差异。围垦潮滩主导功能群在各潮位均为浮游生物食者和植食者;自然潮滩主导功能群由高潮带到低潮带变化为浮游生物食者→浮游生物食者和杂食者→杂食者。围垦潮滩浮游生物食者和植食者的Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数较高,而杂食者相对较低;自然潮滩杂食者和肉食者的3种多样性指数较高,而植食者相对较低。以上结果表明:围垦潮滩和自然潮滩底栖动物功能群的组成存在一定的差别;各潮位底栖动物功能群组成的不同与生境密切相关;围垦导致底栖动物群落以及功能群发生变化。

长江口横沙浅滩挖入式港池与入海航道区域海床稳定性分析

提议中的横沙浅滩挖入式港池和入海航道区域位于长江口北港和北槽之间的横沙浅滩以及长江口外的水下三角洲海域.长江河口长期以来承受数亿万吨计流域来沙在河口区的堆积,发育了巨大的陆上和水下三角洲,横沙浅滩则是与崇明东滩、九段沙同为长江河口拦门沙地区的三大浅滩之一,长期以来位置和海床均十分稳定,是建设挖入式港池的理想区域.长江水下三角洲形成历史悠久,地形平坦,以三角洲沉积为主.随着近年来长江来沙量的逐渐减少,使长年来地形变幅甚小,对深水航道建设提供了有利的稳定环境.本文主要从海床稳定性的角度,对海床演变环境及演变趋势作出分析研究,为在长江口建设深水港提供参考.

长江口横沙浅滩挖入式港池方案泥沙回淤估算

针对横沙浅滩挖入式港池建设和维护中核心的泥沙回淤问题,本文采用海港水文规范、底切应力公式和纳潮总量估算等多种不同方法对横沙挖入式港池规划方案中的港池和外航道泥沙回淤问题进行预估,其结果较为一致.若港池出口位于-7 m泥沙浓度0.3 kg/m3的区域,港池年回淤量约为2 000万～2 200万m3,平均回淤强度约为0.3～0.4 m/a;外航道平均淤积强度约为0.3～0.4 m/a,年回淤600万～1 200万m3.且回淤分布主要集中在近靠港池口4～6 km的区域.计算表明,港池口若设于泥沙浓度更低的深水区域,泥沙回淤将显著降低.

长江口北槽深水航道工程对周边滩涂冲淤影响研究

采用长江口深水航道治理一、二期工程实施前后的地形资料,在G IS软件及相关的统计分析软件的支持下,分析治理工程对九段沙(包括江亚南沙)和横沙东滩冲淤演变的影响。结果表明:工程建设6年来两岸滩涂面积增长了97 km2,其中横沙东滩优先采取了促淤工程,淤积规模较大,滩地面积累计增长了46 km2,是工程前的1.68倍;九段沙的淤积主要是受整治工程南导堤的影响,其中九段上沙及江亚南沙淤积最为强烈,工程后的面积分别是工程前的1.83倍和2.34倍。

长江口横沙浅滩及邻近海域含沙量与沉积物特征分析

长江口在河流动力和海洋动力相互作用和相互制约下,在河口口门形成了庞大的河口拦门沙系,在河口口外形成了巨大的水下三角洲.横沙浅滩是河口拦门沙系的重要组成部分.横沙浅滩含沙量不仅受到流域来水来沙条件的影响,更主要的是受到台风暴潮和寒潮大风的影响,除了大潮含沙量大于小潮含沙量的特征外,冬季含沙量大大大于夏季含沙量.横沙浅滩5 m水深含沙量的总体水平约为0.459 kg/m3.横沙浅滩邻近海域含沙量在向海方向上迅速降低.除潮汐大小含沙量呈现大小变化之外,冬季含沙量大于夏季含沙量是其主要特征.长江流域来沙近年来呈现减少趋势,邻近海域含沙量有所减少,局部海床出现冲刷现象.横沙浅滩沉积以细粉砂为主,水下三角洲沉积物以粘土质粉砂为主,横沙浅滩及邻近海域沉积物的平面分布和垂向分布均反映了横沙浅滩沉积物和水下三角洲沉积物的组合结构.拟建横沙浅滩挖入式港池和外航道沉积地层均为第四纪疏松沉积层,特别是水下三角洲地层,可挖性好,容易成槽,对工程建设有利.

长江口横沙东滩近30年来自然演变及工程影响的GIS分析

利用长江口深水航道治理一、二期工程实施前后的地形资料,在GIS软件及相关的统计分析软件的支持下,分析了治理工程对横沙东滩冲淤演变的影响。结果表明:横沙东滩在长期的自然演变过程中滩地面积相对稳定,但20世纪90年代中期以来,由于长江来沙量减少,滩地面积出现减小的趋势;深水航道北导堤工程(1998—2000年5月)使横沙东滩的冲淤形势发生了较大的变化:横沙东滩窜沟扭曲、萎缩,白条子沙及其以东浅水区域淤积加剧;促淤工程实施后,形成了一个有利泥沙沉积的环境,过境泥沙的大量淤积及人工吹泥上滩使得横沙东滩淤长速度显著加快。

长江口横沙浅滩挖入式港池对流场的影响分析Ⅰ:数值模型和验证

基于无结构三角形网格FVCOM模式,建立长江口高分辨率三维水动力数值模型,采用大量水文观测资料进行验证,使之能合理反映长江口,特别是横沙浅滩区域的水动力结构及其变化,为横沙浅滩挖入式港池方案的影响分析提供合理可靠的数值工具.

基于非结构网格的长江口横沙东滩新陆域数值模拟

为探讨长江口横沙东滩新陆域不同成陆方案对长江口北槽水动力条件的影响,基于CJK3DWEM模型,建立了新陆域数学模型,划分计算水域三角形单元138 281个,网格边长平均约150.0 m。计算结果表明:横沙东滩新陆域形成后,北港上断面、南槽下断面落潮分流比略有减小,分流比变化均在1.00%以内;南港河段、北槽中上段涨落急流速不同程度增加,增加幅度为5~15 cm/s;北槽下段涨落急流速略有减小,减小幅度为5~10 cm/s;北港沿程落急流速有不同程度减小,减小幅度为5 cm/s左右;工程区北侧和南侧高潮位降低,低潮位变化相对较小,原因在于圈围工程主要布置在横沙东滩高程-5.0 m以上浅滩区域,圈围后明显阻隔了涨潮漫滩流。

长江河口北港北汊河势演变及趋势分析

在分析长江口北港北汊河段实测水文资料及1977-2013年海图基础上,研究近30多年来该河段河势演变趋势及其影响因素。结果表明:(1)历史上,北港北汊河段经历了团结沙与北港北沙的交替更迭;(2)北港北汊是一个典型的复式河槽,其上段1995-2006年以冲刷为主,2006-2013年以淤积为主;中段1995-2013年均以冲刷为主;下段变化不大。(3)洪水导致了北港北汊复式河槽格局的形成,而北槽深水航道北导堤和横沙东滩促淤圈围工程限制了北港落潮水流通过横沙东滩串沟进入北槽,进而导致北港北汊分流增加,是北港北汊发展的重要因素。

上海港面临的挑战和未来发展之路

上海港的货物吞吐量和集装箱吞吐量均已位居世界第一。然而,随着经济的发展对港口需求的增加、周边港口的日益发展、1.8×104箱超大型集装箱船舶及4×105t超大型散货船的问世,上海港自身的自然条件约束日益显现,尤其是发展的空间几乎枯竭。为了寻找上海港发展的出路,上海各方已做了一些前期工作,形成共识的是在横沙建港较为适宜。本文详细分析了上海港面临的困境,并以上海横沙东滩为依托,构想了上海港未来发展之路。

上海海洋城和深水大港建设的展望

上海港的经济区位优越,港口的发展不仅关系上海、长三角,还关系到长江流域、中国沿海乃至亚太和世界航运格局的变化。长江口横沙区域的自然条件经过人工改造具有开发基础,在此论证,是时代发展的需要。利用横沙东滩促淤成陆,建设河口深水大港和新的城区,可以解决上海土地和港航资源开发不足的瓶颈,决定着上海市将在国家建设海洋强国中发挥的作用。海洋新城、深水大港、海洋装备基地的建设,是一个庞大的复杂巨系统工程,除了需要详细的自然条件分析、经济可行性分析、工程可行性分析等,更需要有一个权威的高层设计。