形成因素
從縱剖面上看,一般都存在著突出於上下遊河段河底連線之上的成型堆積體,其中淤積部位處於河口段與口外濱海段的交接地區,亦即口門附近,稱之為攔門沙。攔門沙形成之後,
侵蝕基面抬高,對河口泄水排沙不利,導致水位壅高,泥沙沉積,產生溯源淤積,對尾閭河道具有負面的反饋影響。
塑造因素
徑流和潮流
塑造
河口攔門沙的動力因素很複雜,有
徑流、潮流、鹽水與淡水混合、
沿岸流和風浪等,其中徑流和
潮流是主導因素。在徑流作用較強的河口,如
長江口,徑流下泄至口門附近,脫離河岸的約束,水流擴散,流速驟減,流域的大量來沙在口門附近堆積,形成了攔門沙的基幹,它的沉積明顯地呈現沙和泥的互動成層構造。
在潮流作用較強的河口,如
錢塘江口,潮流進入河口之後,因潮波劇烈變形,漲潮時帶入河口的沙量,大於落潮時帶出的沙量,使從海域來的流沙,在口門以內堆積,形成攔門沙,稱為沙坎。由於這種攔門沙的物質以潮流帶來的為主,其沉積結構反映出以細顆粒物質為主要成分的特點。
鹽水與淡水混合
鹽水和淡水的混合,對攔門沙的形成、發育和構造有重要的影響。當河口由於鹽水和淡水混合不均勻的緣故而高度成層或為
部分混合型時,絮凝物質大部分在滯流點附近落淤,常在航道上形成妨礙航行的淺段。
密西西比河口經過疏浚的西南水道,因洪水期的滯流點位於口門附近,導致該地嚴重淤積,有時在兩星期內平均淤淺2米,淤積最嚴重的地方曾厚達9米。滯流點隨著
徑流和潮流的強弱變化而有所進退,當它處於攔門沙的位置時,將使攔門沙航道的淤積加厚。
長江河口航道攔門沙的形態演變特徵
長江河口航道攔門沙對長江航運、泄洪以及上海港的建設具有重大的影響。通過近百年來歷史資料和最新圖件中北支、北港、北槽和南槽攔門沙河段的主泓剖面與平面圖,分析近百年來4 個入海航槽攔門沙的形態演變特徵。經分析發現:近100 年來,北支攔門沙由口外向口內逐漸移動並演變為口內巨型沙坎;北港攔門沙灘頂向下游移動了近30 km,2001 年後北港攔門沙河段開始有心灘發育;北槽攔門沙有兩個明顯的灘頂,但至2010 年這一顯著特徵消失;南槽攔門沙灘頂呈雙峰型—多峰型—單峰型變化趨勢,且灘頂向下游移動了約14 km。顯然,除了北支攔門沙演變與崇明島大規模圍墾、北槽攔門沙演變與深水航道直接相關外,北港、南槽攔門沙演變特徵主要與長江深水航道整治工程、橫沙東灘圈圍以及青草沙水庫等大型工程影響有關。
研究海岸帶的關鍵問題是海陸相互作用,海陸相互作用的關鍵點是河口,而攔門沙是河口海陸相互作用的動力平衡帶。攔門沙是世界上許多河流普遍存在的地貌現象和沉積體,其在縱剖面上具有局部隆起的特點。就大多數河口而言,攔門沙的塑造主要取決於漲落潮流強度的對比,這種對比決定著攔門沙的位置。陳吉余等指出均勻展寬,河水相對強勁的河口,如廣利河口,攔門沙灘頂的位置一般在口門之外;在流域來沙不大,而濱海地帶有豐富物質來源的漏斗狀的河口,其攔門沙灘頂位置在口門之內,特稱為河口沙坎,如錢塘江河口、英國的泰晤士河口(Thames Estuary)和步里斯托海灣(Bristol Channal)、法國西南的加龍(Gironde Estuary) 河口內均發育有沙坎;有些河口的江流、潮流都有一定的強度,攔門沙的灘頂便出現在口門附近,如黃河、長江、密西西比河。此外,攔門沙還以河口心灘、砂壩以及某些橫亘河口的沙嘴的形態存在於各入海河口。
長江河口攔門沙處水深變淺給河流水運和海運事業的發展以及通海航槽建設帶來了極大的影響,因此成為眾多學者關注的焦點。陳吉余等曾著文分析了北港攔門沙灘頂水深的變化;沈金山等從泥沙來源、銅沙淺灘的季節性變化方面分析了南槽攔門沙的成因;黃衛凱等套用經驗特徵函式(EOF) 模型描述了長江口南槽與北槽的變化;程和琴[13]指出,北支河道潮流優勢轉型後,會潮點與淤積帶擺盪頻繁,北支河道整體處於淤積的趨勢;劉傑從河床橫縱斷面的沖淤變化,鄭宗生等利用地理信息系統建立不同時期的長江口水下數字高程模型、竇希萍運用全沙模型分析了深水航道整治工程對北槽航道攔門沙的影響。在這些研究成果的基礎上,本文收集歷史資料和最新圖件,利用地理信息系統工具
北支攔門沙
北支為漏斗狀的河口,沿程連續分布有明顯的隆起部分(圖1),其位置位於口內者,稱沙坎,位於口門或附近者,稱攔門沙。程和琴等指出北支整個河段為最大渾濁帶,因此北支整個河段均可以視為攔門沙河段。1915 年,北支攔門沙灘頂位置在顧園沙附近,灘頂水深為4.2 m (圖1,表1)。口內大新港—三和港之間發育有兩個沙坎,長達15 km,其最淺點水深在4~6m之間。至1959 年,攔門沙灘頂向上游遷移至吳滄港與中戤滧港間,灘頂水深為6.0 m。口內沙坎擴大,其範圍在大新港至頭興港之間,長約30 km,最淺點分布在青龍港至頭興港之間,水深4 m以淺。1984年,攔門沙灘頂繼續向上游移動,遷移至三條港附近,演變為巨型沙坎,最淺點水深在2~4 m 之間。1984-2006 年,北支整體處於淤積趨勢,沙坎最淺點在青龍港至三條港間,水深在2 m以淺。百年來,北支攔門沙由口外向口內逐漸移動並演變為口內巨型沙坎,且沙坎規模巨大,呈大鋸齒狀,幾乎遍布在整個北支河道,這是北支河道有別於北港、南、北槽的最顯著的特徵。
北港攔門沙
1916-1931 年,北港的攔門沙灘頂在122.01oE,10m 灘長為42.9 km ( 圖2,表2)。1958 年,攔門沙灘頂較1916-1931 年向下游移動了約17 km,10 m灘長縮減至36.3 km。1958-1996 年,攔門沙灘頂位置基本保持不變,但灘長增至44.1 km。1996-2009 年間,攔門沙灘頂位置下移了約11 km。1916-2009 年間,灘頂水深基本維持在5~6 m,水深變化不大。總體上,百年來北港攔門沙灘頂向下游移動了近30 km。
北槽攔門沙
鑒於南北槽是於1954 年大水後分流而形成[20],故北槽攔門沙的演變始於1954 年後。1958-1996 年,北槽均有兩個明顯的攔門沙灘頂,呈雙峰型(圖3,表3)。1958 年,北槽上游攔門沙灘頂水深為5.6 m,下游攔門沙灘頂水深為7.3 m,10 m灘長為56.9 km;1982 年,兩個攔門沙灘頂均向上游移動,且上游攔門沙灘頂沖刷至6.1 m,下游攔門沙灘頂淤淺至6.2 m,10 m 灘長增至63.1km;1996 年,兩個攔門沙灘頂改向下游移動,上游攔門沙灘頂水深淤淺至5.2 m,下游攔門沙灘頂水深沖刷至7.3 m。1996-2010 年間,攔門沙形態發生巨變,北槽上段沖刷中段淤積,至2001 年銜接北槽上下段的-10 m深槽消失,北槽攔門沙兩個明顯的灘頂消失,且灘頂水深沖刷至7.5 m,水深條件良好,10 m 灘長減至48.2 km,為歷年最小。
南槽攔門沙
1916-1931 年,南槽有兩個攔門沙灘頂,呈雙峰型,上游灘頂水深為6.1 m,下游灘頂水深為7 m,10 m灘長為66.9 km (圖4,表4)。到1958 年,在南槽121.87o~121.89oE之間出現一個10 m深槽,使得南槽增加一個攔門沙灘頂,呈多峰型,灘頂水深自上而下分別是7.5 m,6.7m,6.9 m,10 m灘長為66.5 km。1958-1996 年間,南槽整體處於淤積趨勢,灘頂水深變淺,灘頂減少至1 個,10 m灘長增加了8.4 km。到2010 年,南槽維持一個明顯攔門沙灘頂的形態,但灘頂向下游移動約28 km,灘頂水深為5.1 m。總體上,南槽的攔門沙灘頂呈雙峰型—多峰型—單峰型變化趨勢。