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上海会发生海岸侵蚀吗
发布日期:2015/12/29 10:13:33    点击:1    来源:上海市地质调查研究院

长江全长6 300千米,流域面积180万平方千米,占中国国土面积的18.8%,是世界第三大流域。滚滚长江自西向东贯穿中国腹地,携带着流域内的剥蚀下来的巨量泥沙到达长江口,其中一半在长江口和杭州湾北岸堆积下来。据统计,建国以来,到达长江口的泥沙每年都在1亿吨以上。持续的泥沙堆积,使得地处长江入海口的上海不断向海推进,逐渐“长大”。

上海国土面积的62%,包括上海中心城区、浦东新区、崇明三岛等地,都是过去7 000年来长江泥沙堆积的结果。直到现在,崇明北沿、横沙东滩和南汇东滩等沿海滩涂,因泥沙淤积较快,也是后备土地资源的主要来源。因此,上海的历史,是在河口滩涂上“日益长大”的发展史。然而,“成长于海上”的上海市近年来已出现了海岸侵蚀的征兆。

海岸侵蚀,是在海水的冲击作用下,海边沉积物不断被海水侵蚀带走,海岸线发生向岸后退的现象。海岸侵蚀现象普遍存在,中国70%左右的砂质海岸线以及大部分淤泥质岸线均存在海岸侵蚀现象,如位于江苏北部沿海的废黄河口,其岸线正以每年数十米的速率发生后退。海岸侵蚀使得大量土地被海水淹没,很多建筑物被破坏,海滨浴场退化,海滩生态环境恶化、海岸防护压力增大,侵蚀下来的泥沙又搬运到附近的港口和航道,威胁着航运的安全,从而成为一种严重的地质灾害。

对于长期接受长江泥沙补给、不断“长大”并受到坚固的海堤保护的上海,会遭受海岸侵蚀灾害的威胁吗?这需要从长江泥沙来源的变化和上海近岸海域水下地形的演变说起。

长江大量泥沙被上游水库拦截了

有多少淡水和多少泥沙随长江进入长江口,一般用长江大通水文站的监测数据表示。该站位于安徽省池州市梅龙镇,距离长江入海口约620 千米,是长江口潮流能够影响到的最远的边界。大通站的长江径流流量和输沙量代表了长江的入海流量和泥沙量。而流域来水来沙量的变化,必然改变长江口径流和潮流的平衡态势, 进而导致侵蚀淤积形势的调整。因此,要了解长江口是否发生海岸侵蚀,有必要了解大通站的径流量和输沙量的变化。

大通水文站的历史监测数据表明,长江入海流量和输沙量在过去60年来一直在发生着变化,每年的径流量和输沙量都存在显著的差异。在20世纪80年代以前,二者之间也存在一定相关性,那就是径流量增大时,输沙量也会随着增大, 反之, 则输沙量减少。二者的比值基本稳定为1 500〜3 000。一般认为,这主要是瞬息万变的流域气候,尤其是降雨量变化的结果。因为降雨量大的年份,会有更多的雨水携带着沿途剥蚀的更多泥沙注入长江,使长江入海水沙量都显著增大,而干旱的年份则相反。这很好地解释了长江入海流量和输沙量的相关关系。

直到20世纪80年代,特别是1997 年以后,这种形势发生了明显的转变——长江入海输沙量显著减少了, 而径流量的变化并不显著。显然,这不能用流域气候来解释,而更可能受到人类活动的影响。当把长江入海泥沙量显著减少的时间与上游大型水电站的蓄水时间进行对比时,会发现二者非常吻合。比如长江干流首座巨型水电站——葛洲坝水电站于1981年开始蓄水,同年长江口来沙量开始减少。尤其是三峡大坝蓄水,影响更为突出,其于1997年、2003年、2006年和2009年的四期蓄水均对应于长江口输沙量的显著减少和年径流量/年输沙量比值的显著增大。因此,流域上游大坝蓄水是导致长江口来沙急剧减少的最重要的原因,它们将大量泥沙拦截并堆积了下来,三峡大坝等水库库区常年的大规模清淤也为之提供了证据。

长江上游建设的大型水库,拦截了大量泥沙,直接导致长江口来沙量的急剧减少。可以预见,随着更多水库的投入使用,长江口的来沙量将进一步减少。没有巨量泥沙的补充堆积,上海还会继续向海生长吗?海岸侵蚀会不会威胁上海的城市安全?这还需从上海近岸海域近年的水下地形演变寻找答案。

上海近海海床正在发生侵蚀

由于长江上游水库拦截了大量泥沙,长江口入海泥沙显著减少了,势必导致长江口水下地形的变化。要理解这种变化,需要水下地形数据的支持,通过不同年份的水下地形数据的叠加和对比,可以直观地判别两个年份之间水下地形变化的程度,或称为侵蚀淤积程度。据此可以根据测量数据,得到不同年份间的侵蚀淤积图件。

如前节所述,对于长江口入海泥沙的减少,三峡大坝的影响最为突出。因此,我们根据三峡大坝的四次蓄水时间作为时间节点,选择相应年份(1997年、2002年、2007年和2009年)和最近年份(2011年)的长江口水下地形数据,并绘制了相邻年份的侵蚀淤积图进行对比。目的是突出长江来沙急剧减少的背景下,长江口水下地形是如何变化的。

冲淤图对比表明,1997年以来,随着三峡大坝的蓄水和长江来沙的减少,长江口内和口门(水深一般小于10米)并没有发生显著侵蚀。侵蚀主要发生在水深相对大的区域(槽),而浅水区域(滩)则以泥沙的淤积为主。也就是说,长江来沙显著减少了,但堆积在长江口内和口门的泥沙并没有明显减少。这里似乎存在矛盾,但实际上,仍可以找到一个合理的解释,那就是外海通过潮流作用携带来大量泥沙,补充了被长江上游水库拦截的泥沙,使得原来的滩涂不致发生侵蚀后退。这与近年来上海近海海平面上升速率较高,能够携带更多泥沙的特征是一致的。

对于长江口口外水深更大的区域(水深通常大于10米),近年地形变化形势截然不同,主要表现在2007年前以淤积为主,而之后发生大面积侵蚀。而且,与2007-2009年相比,2009-2011年侵蚀区范围明显增大了。这些区域的侵蚀,伴随着相邻口门浅水区滩涂的淤积,共同导致了口门和口外交界处水下地形坡度的变陡。

长江口外侵蚀区域的大面积出现和侵蚀区范围的增大,水下岸坡的变陡,以及我们观测发现的横沙东滩等地海底沉积物变粗等现象,都成为上海近海海底正在发生侵蚀的证据。

未来上海需加强海岸防护

随着长江上游更多水库的新建,长江入海泥沙将进一步减少。而南水北调工程的实施,长江来水也将随之减少。这些条件,伴随着海平面的上升,都将加剧上海近岸水下岸坡的侵蚀。可以预见,未来数十年内,侵蚀将进一步向岸发展,上海的滩涂造地空间将日趋变小,上海的城市安全将接受新的挑战。这对上海的海岸防护工程提出了更高的要求。

(本文作者黎兵为博士,上海市地质调查研究院高级工程师,多年从事海岸带地质环境研究。)

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