周鴻權(quán)，李伯根，顧裕兵，鞏 明，楊 輝

（1.國(guó)家海洋局 第二海洋研究所 工程海洋學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；2.浙江省電力設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310012）

0 引言

椒江河口位于浙江沿海中部，屬于典型的山溪性強(qiáng)潮河口。椒江支流永寧江上游于1962年修筑長(zhǎng)潭水庫(kù)后，流域流量大幅減少，椒江河口海門(mén)港區(qū)及航道淤積較為嚴(yán)重，影響了航運(yùn)能力和港口正常作業(yè)。這引起了港務(wù)管理部門(mén)、港口工程師及河口沉積地貌學(xué)者的關(guān)注。自20個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái)，對(duì)椒江河口水文泥沙進(jìn)行了多次調(diào)查研究，從河床淤積的角度，著重于河口形成過(guò)程［1］、沉積［1－2］、地貌特征［1］、水文泥沙特性［3－4］、港區(qū)航道淤積原因①海門(mén)港務(wù)管理局.長(zhǎng)潭水庫(kù)對(duì)椒江航道產(chǎn)生的影響［R］.1990.、最大濁度帶形成機(jī)理［5］、懸沙質(zhì)量濃度分布規(guī)律［6－7］、高渾濁水混合過(guò)程［8］、泥躍層形成機(jī)理［9］、浮泥運(yùn)動(dòng)規(guī) 律［10］、河床 沖淤調(diào)整機(jī)理［11］等諸方面進(jìn)行了大量的研究工作。但是，就椒江河床形態(tài)調(diào)整的動(dòng)力機(jī)理到目前為止尚未有專門(mén)研究的報(bào)道。

感潮河口河床形態(tài)調(diào)整既要與流域來(lái)水來(lái)沙相適應(yīng)，又要適應(yīng)于海域動(dòng)力泥沙的周期變化［12］，最終與雙向水沙條件、邊界條件等因素趨于動(dòng)態(tài)平衡。河床形態(tài)調(diào)整的結(jié)果往往體現(xiàn)在縱剖面和橫斷面的形態(tài)變形，通常采用半經(jīng)驗(yàn)半定量分析的河相關(guān)系［12－14］，分析河床形態(tài)變化特征。本文利用多年水文泥沙資料及較長(zhǎng)期的水深地形資料，對(duì)不同年份的河床橫斷面寬深比與相應(yīng)的流域來(lái)水來(lái)沙和潮動(dòng)力因素進(jìn)行回歸分析，探討椒江河口河床形態(tài)長(zhǎng)周期調(diào)整對(duì)水沙條件的響應(yīng)，這不但可以豐富山溪性強(qiáng)潮河口河床形態(tài)調(diào)整的認(rèn)識(shí)，也對(duì)該類(lèi)河口的航道整治、資源合理開(kāi)發(fā)和可持續(xù)利用具有較重要的意義。

1 研究區(qū)概況

椒江流域是浙江沿海第三大流域，自河源至?？冢ㄅｎ^頸）全長(zhǎng)190km，流域面積約為6 290km2［1］。上游永安溪發(fā)源于仙居牛塢尖，自西南向東北流，至臨海三江村與來(lái)自天臺(tái)的始豐溪匯合成靈江（干流），在三江口南岸納支流永寧江后稱椒江，經(jīng)海門(mén)、牛頭頸入浙江沿海中部臺(tái)州灣（東海）［11］（圖1）。據(jù)收集到的水深地形資料測(cè)量范圍，本文的研究區(qū)主要位于石仙婦下游至牛頭頸附近的河口段（圖1）。

椒江河口水體含沙量高［1，9］，2003年垂線平均含沙量大潮期大多超過(guò)8kg·m－3，小潮期為2～5kg·m－3，底層含沙量普遍超過(guò)10kg·m－3，實(shí)測(cè)底層最高含沙量達(dá)83.4kg·m－3②。

2 基礎(chǔ)資料和研究方法

圖1 椒江流域和研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area and Jiaojiang River Basin

椒江河口隱蔽條件較好，不易受外海波浪影響，主要受徑流和潮流的雙向水流作用［11］。徑流流量洪枯懸殊，洪水暴漲暴落［3］。據(jù)上游3個(gè)主要控制站1957—2005年間的徑流資料，永安溪最大洪峰流量為7 840m3·s－1，最小流量為0.27m3·s－1；始豐溪最大洪峰流量達(dá)4 850m3·s－1，最小流量?jī)H為0.06 m3·s－1。徑流主要集中在汛期，梅汛期（5—6月）為主要輸水期，洪汛期（8—9月）為主要輸沙期，年內(nèi)輸水與輸沙不盡同步［3］。年際變化徑流量與輸沙量也不完全一致，豐（枯）水年未必多（少）沙年［3］。

椒江河口潮汐類(lèi)型屬于非正規(guī)半日潮［4］，為強(qiáng)潮河口，潮差大，潮流強(qiáng)［1，9］。據(jù)海門(mén)水文站1952—2003年間實(shí)測(cè)潮位資料，多年平均潮差為4.02m，最大潮差可達(dá)6.87m。潮差自口外向口內(nèi)增加，在三江口為最大，向上游又減?。?］。2003年實(shí)測(cè)大潮期漲、落潮流最大流速為1.92和1.67m·s－1②浙江大學(xué)，臺(tái)州市港航管理局.椒江口內(nèi)航道2003年水文測(cè)驗(yàn)報(bào)告［R］.2003.。

本研究收集了椒江口1962，1970，1977，1984，1990和1993—2003年共16個(gè)年份的歷史海圖和水深地形圖，利用GIS軟件對(duì)圖件數(shù)字化處理，并統(tǒng)一至北京54坐標(biāo)系和理論最低潮面后進(jìn)行內(nèi)插，建立不同年份水深地形數(shù)字高程模型（DEM），從這些模型中截取出椒江口10個(gè)典型橫斷面的水深數(shù)據(jù)（斷面位置如圖2所示），計(jì)算中潮位下的寬深比H），表征河口河床橫斷面形態(tài)。為便于分析，以1?！?＃橫斷面的平均寬深比代表彎曲河段河床形態(tài)，4?！?0＃橫斷面的平均寬深比代表順直河段河床形態(tài)，全部10個(gè)橫斷面的平均寬深比表征全河段河床形態(tài)。受水沙資料的限制，考慮到徑流流量與輸沙量的多年、季節(jié)變化并不同步，采用各年份水深地形測(cè)量的當(dāng)月和前12個(gè)月的平均流量（單位：m3·s－1）和平均輸沙率（單位：kg·s－1）表征徑流作用，海門(mén)水文站漲潮平均潮差（單位：m）表征潮動(dòng)力強(qiáng)度。利用Excel和SPSS軟件，分析椒江河口河床寬深比與水沙條件間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。

圖2 典型橫斷面位置示意Fig.2 Sketch map of typical transections

3 結(jié)果

3.1 河床寬深比長(zhǎng)周期變化基本特征

椒江河口全河段平均寬深比計(jì)算結(jié)果顯示（表1和圖3），河床寬深比長(zhǎng)周期變化主要經(jīng)歷了4個(gè)階段：1962—1977年間，河床平均寬深比由7.79減至7.56，說(shuō)明河床橫斷面形態(tài)趨向窄深發(fā)展，這意味著河床總體趨于沖刷；1977—1984年間，平均寬深比由7.56增加至8.28，說(shuō)明河床橫斷面趨向?qū)挏\發(fā)展，意味著河床總體趨于淤積；1984—1994年間，平均寬深比由8.28減小至7.99，說(shuō)明河床橫斷面又向窄深調(diào)整，這意味著河床趨向沖刷；至1994—2003年的近10 a間，平均寬深比由7.99減至最小6.90，說(shuō)明椒江河口河床橫斷面形態(tài)加速向窄深發(fā)展，意味著河床總體趨向加速?zèng)_刷，這與河床平面沖淤變化基本一致［11］。彎曲河段與順直河段河床寬深比變化相比較，彎曲河段平均寬深比逐年份都較順直河段大（圖3），說(shuō)明彎曲河段河床橫斷面形態(tài)總體相對(duì)較寬淺，順直河段河床總體相對(duì)較窄深。彎曲河段、順直河段河床橫斷面形態(tài)長(zhǎng)期調(diào)整總體趨勢(shì)與椒江河口全河段基本一致，但是，不同年份間兩個(gè)河段存在一定差異，甚至出現(xiàn)相反的調(diào)整趨勢(shì)。1962—1970年間，彎曲河段河床橫斷面形態(tài)趨向于窄深，而順直河段卻向?qū)挏\發(fā)展；1984—1990年間，彎曲河段延續(xù)前一個(gè)階段向?qū)挏\發(fā)展，而順直河段已轉(zhuǎn)為趨向窄深發(fā)展；1994年后，彎曲河段向窄深變化的速度也明顯不及順直河段顯著（圖3）。

表1 椒江河口各區(qū)段平均寬深比Tab.1 Mean width－depth ratio of each segment of Jiaojiang Estuary

圖3 椒江河口河床平均寬深比多年變化Fig.3 Mutli－year variation of mean width－depth ratio of the riverbed of Jiaojiang Estuary

3.2 河床寬深比與水沙條件之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系

3.2.1 沿程橫斷面寬深比與徑流平均流量的相關(guān)性

水深地形測(cè)量當(dāng)月和前12個(gè)月的平均流量與寬深比之間的相關(guān)分析顯示（表2），水深測(cè)量當(dāng)月的平均流量與寬深比之間的相關(guān)系數(shù)都較小，均在0.5以下，說(shuō)明兩者的相關(guān)性不明顯。

測(cè)量前12個(gè)月的平均流量與寬深比之間的相關(guān)性存在較明顯的區(qū)段差異（表2）。位于江口沙上游的1＃和2＃橫斷面的相關(guān)系數(shù)較大，最大相關(guān)系數(shù)均大于0.55，說(shuō)明這兩個(gè)橫斷面寬深比與平均流量之間具有較好的相關(guān)性，最大相關(guān)系數(shù)均由二項(xiàng)式回歸方程得到；且線性回歸系數(shù)也超過(guò)0.55，線性回歸方程能通過(guò)顯著性為0.014和0.026的F檢驗(yàn)，表明兩者之間呈現(xiàn)一定的線性相關(guān)。但是，江口沙下游的橫斷面（3?！?0＃）寬深比與對(duì)應(yīng)平均流量之間最大相關(guān)系數(shù)大多小于0.4，說(shuō)明兩者之間的相關(guān)性不明顯。

表2 典型橫斷面寬深比與徑流平均流量之間的相關(guān)性（n＝16）Tab.2 Correlation between the width－depth ratio of typical transections and the mean water discharge（n＝16）

3.2.2 沿程橫斷面寬深比與徑流平均輸沙率的相關(guān)性

水深地形測(cè)量當(dāng)月和前12個(gè)月的平均輸沙率與寬深比之間的相關(guān)分析顯示，水深測(cè)量當(dāng)月的平均輸沙率與寬深比之間的相關(guān)系數(shù)都較小，全部小于0.5，說(shuō)明這兩者之間的相關(guān)性不明顯（表3）。

水深地形測(cè)量前12個(gè)月的平均輸沙率與寬深比之間的相關(guān)性存在著區(qū)段差異。位于江口沙上游的1＃和2＃橫斷面的相關(guān)系數(shù)較大，最大相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.6（表3），說(shuō)明這兩個(gè)橫斷面寬深比與平均輸沙率之間存在著較明顯的相關(guān)性，最大相關(guān)系數(shù)分別來(lái)自對(duì)數(shù)和二項(xiàng)式回歸；線性回歸的相關(guān)系數(shù)也均超過(guò)0.55，且線性回歸方程能夠通過(guò)顯著性水平為0.000和0.024的F檢驗(yàn)，線性回歸方程效果較顯著。3?！?0＃橫斷面寬深比與對(duì)應(yīng)平均輸沙率之間的相關(guān)性與平均流量有所不同，在3＃、4＃和7＃橫斷面兩者的相關(guān)系數(shù)較小，而在5＃、6＃、8＃～10＃橫斷面兩者顯示出了一定的相關(guān)性，最大相關(guān)系數(shù)在0.50～0.65間，但明顯小于1＃橫斷面；3?！?0＃橫斷面寬深比與平均輸沙率間線性回歸的相關(guān)系數(shù)較小，河床寬深比與對(duì)應(yīng)平均輸沙率間的線性相關(guān)不明顯。

3.2.3 沿程橫斷面寬深比與平均潮差的相關(guān)性

水深地形測(cè)量當(dāng)月和前12個(gè)月的平均潮差與寬深比之間的相關(guān)分析顯示（表4），水深地形測(cè)量當(dāng)月的平均潮差與2＃橫斷面寬深比之間的最大相關(guān)系數(shù)為0.575，顯現(xiàn)出一定的相關(guān)性，其余橫斷面兩者的相關(guān)系數(shù)都較小，說(shuō)明在其它橫斷面兩者不存在明顯的相關(guān)性。

水深地形測(cè)量前12個(gè)月的平均潮差與寬深比之間的相關(guān)性存在較明顯的區(qū)段差異，且和平均流量與寬深比的相關(guān)關(guān)系總體上具有相反的趨勢(shì)。1＃、4＃和5＃橫斷面寬深比與對(duì)應(yīng)平均潮差之間未表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，其余橫斷面都呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性，尤其是6＃～10＃橫斷面相關(guān)系數(shù)較大，最大相關(guān)系數(shù)超過(guò)0.8，遠(yuǎn)大于平均流量和平均輸沙率對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)，說(shuō)明在這些橫斷面河床寬深比與平均潮差之間相關(guān)性較好；同時(shí)6?！?0＃橫斷面線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)也均在0.55以上，線性回歸方程能通過(guò)顯著性水平小于0.026的F檢驗(yàn)，線性回歸效果較顯著。

表3 典型橫斷面寬深比與徑流平均輸沙率的相關(guān)性（n＝16）Tab.3 Correlation between the width－depth ratio of typical transections and the mean suspended sediment discharge（n＝16）

表4 典型橫斷面寬深比與平均潮差的相關(guān)性（n＝16）Tab.4 Correlation between the width－depth ratio of typical transections and the mean tidal range（n＝16）

4 討論

如前所述，水深地形測(cè)量當(dāng)月的水沙條件，無(wú)論是徑流平均流量、平均輸沙率，還是表征潮動(dòng)力的平均潮差，與沿程各橫斷面寬深比之間的相關(guān)系數(shù)均較小，而水深測(cè)量前12個(gè)月的水沙條件與橫斷面寬深比之間表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。椒江徑流流量洪枯懸殊，汛期暴漲暴落，對(duì)河口河床影響深刻，河床形態(tài)隨即作出響應(yīng)；但歷時(shí)更長(zhǎng)的枯季，徑流來(lái)水來(lái)沙量較小，與潮流共同作用，河床形態(tài)對(duì)這種水沙條件的響應(yīng)相對(duì)較緩慢。由于多年水深地形測(cè)量的月份不一，水深測(cè)量當(dāng)月的水沙條件難以反映徑流和潮流對(duì)河床形態(tài)調(diào)整的影響。水深測(cè)量前12個(gè)月水沙條件雖然對(duì)汛期徑流的造床作用有所弱化，但由于汛期徑流對(duì)河口河床影響深刻，同時(shí)這也可以體現(xiàn)枯季水沙條件對(duì)河床形態(tài)的緩慢作用，故水深測(cè)量前12個(gè)月的水沙條件能夠更好地反映較長(zhǎng)周期對(duì)河床形態(tài)的影響。

通過(guò)沿程橫斷面寬深比與水深測(cè)量前12個(gè)月水沙條件統(tǒng)計(jì)分析，徑流流量、輸沙和潮動(dòng)力對(duì)不同河段河床形態(tài)調(diào)整存在著不同的影響。1＃和2＃橫斷面的寬深比與平均流量和平均輸沙率相關(guān)性相對(duì)較好，下游的橫斷面（6＃橫斷面以下）則與平均潮差的相關(guān)性相對(duì)較好，這在一定程度上反映出，椒江河口河床形態(tài)長(zhǎng)周期調(diào)整受徑流和潮動(dòng)力雙向影響程度對(duì)比也存在著一定的規(guī)律，沿程可能此消彼長(zhǎng)，徑流作用總體上對(duì)河床形態(tài)調(diào)整的影響在江口沙以上河段（1＃和2＃橫斷面）表現(xiàn)相對(duì)較明顯，而潮動(dòng)力對(duì)柵浦以下河段（6＃橫斷面以下）河床形態(tài)調(diào)整的影響相對(duì)較顯著，這應(yīng)是彎曲河段和順直河段河床橫斷面形態(tài)長(zhǎng)周期調(diào)整存在差異的影響因素（圖3）；中間的江口沙至三山河段（3＃和4＃橫斷面），河床寬深比與各水沙因子的相關(guān)性均較差，說(shuō)明該段河床形態(tài)調(diào)整相對(duì)復(fù)雜，這可能與永寧江口建閘堵口等人為影響直接有關(guān)。

如上所述，水沙條件單因子與寬深比存在著一定的線性相關(guān)，通過(guò)彎曲河段典型橫斷面（1＃和2＃橫斷面）、順直河段典型橫斷面（5＃～10＃橫斷面）的平均寬深比（Y）與水深測(cè)量前12個(gè)月的平均流量（X1）、平均輸沙率（X2）和平均潮差（X3）無(wú)量綱化后進(jìn)行多元線性回歸結(jié)果顯示，兩個(gè)河段的平均寬深比與水沙因子之間的復(fù)相關(guān)系數(shù)較大（表5），均超過(guò)0.75，且回歸方程能通過(guò)顯著性水平0.002和0.014的F檢驗(yàn)，表明多元線性回歸效果顯著。河床寬深比與徑流平均輸沙率呈正相關(guān)，徑流產(chǎn)沙量越大，河床寬深比越大，河床趨向于寬淺；徑流產(chǎn)沙量越小，河床寬深比越小，河床趨向窄深，這與椒江干流多年輸沙量趨于減少的背景下，河口河床橫斷面長(zhǎng)周期調(diào)整的基本特征相一致（圖3）。順直河段河床寬深比與平均流量呈負(fù)相關(guān)，徑流來(lái)水越多，河床刷深，河床向窄深發(fā)展；若來(lái)水減少，河床將趨于寬淺。彎曲河段河床寬深比與平均流量呈正相關(guān)，與順直河段相反，這可能與兩河段水流結(jié)構(gòu)不同有關(guān)。河床寬深比與平均潮差呈負(fù)相關(guān)，這意味著潮動(dòng)力越強(qiáng)、河床越趨向窄深，這似乎有別于以往潮流對(duì)椒江河口河床沖淤影響的認(rèn)識(shí)［1，3］，這可能是受1987年開(kāi)始建設(shè)的長(zhǎng)順壩等工程的人為作用影響，工程可能改變了潮動(dòng)力對(duì)河口局部河段河床形態(tài)長(zhǎng)周期調(diào)整所起到的效果［15－16］。

另外，彎曲河段回歸方程潮差的偏回歸系數(shù)絕對(duì)值較徑流兩個(gè)因素小，而順直河段回歸方程潮差的偏回歸系數(shù)絕對(duì)值明顯大于徑流因素，這也反映了彎曲河段受徑流作用相對(duì)較明顯，順直河段受潮動(dòng)力影響較顯著。

應(yīng)該指出的是，受水深地形重復(fù)測(cè)量頻次的限制，椒江河口河床形態(tài)調(diào)整對(duì)汛期洪峰水沙條件的響應(yīng)難以分析，有待于進(jìn)一步研究。

表5 各河口段多元線性回歸方程（n＝16）Tab.5 Multiple linear regression models of each segment of Jiaojiang Estuary（n＝16）

5 結(jié)論

（1）椒江河口全河段河床橫斷面形態(tài)長(zhǎng)周期調(diào)整主要經(jīng)歷了1962—1977年間趨向窄深發(fā)展、1977—1984年間趨向?qū)挏\發(fā)展、1984—1994年間又向窄深調(diào)整以及1994—2003年間加速向窄深發(fā)展的四個(gè)階段。彎曲河段和順直河段河床橫斷面形態(tài)調(diào)整過(guò)程有所不同。

（2）沿程橫斷面寬深比與水深地形測(cè)量當(dāng)月的水沙條件相關(guān)性較差，與水深測(cè)量前12個(gè)月的水沙條件呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，后者能更好地反映水沙條件對(duì)河床形態(tài)長(zhǎng)周期調(diào)整的影響。

（3）椒江河口河床形態(tài)受徑流、潮流影響程度沿程可能此消彼長(zhǎng)，徑流作用對(duì)江口沙以上河段作用較明顯，潮動(dòng)力對(duì)柵浦以下河段影響較顯著，其間江口沙至三山河段相對(duì)復(fù)雜，其原因可能與永寧江口建閘堵口等人為影響直接有關(guān)。這應(yīng)是彎曲河段和順直河段河床橫斷面形態(tài)長(zhǎng)周期調(diào)整差異的影響因素。

（4）多元回歸分析表明河床寬深比與徑流平均輸沙率正相關(guān)，徑流產(chǎn)沙量越小，河床形態(tài)趨向窄深，這與椒江輸沙量趨于減少、河口河床橫斷面形態(tài)長(zhǎng)周期調(diào)整基本特征相一致。順直河段河床寬深比與平均流量負(fù)相關(guān)，徑流來(lái)水減少，河床趨于寬淺；彎曲河段通常與順直河段水流結(jié)構(gòu)不同，寬深比與平均流量正相關(guān)。河床寬深比與平均潮差呈負(fù)相關(guān)，應(yīng)是受河口長(zhǎng)順壩等工程的人為作用影響，改變了潮動(dòng)力對(duì)河口河床形態(tài)調(diào)整所起的作用。

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