，， ，

(1.浙江省水利河口研究院， 杭州 310020；2.寧波市三江河道管理局， 浙江 寧波 315020)

1 研究背景

寧波市的姚江、奉化江和甬江俗稱“三江”。三江河道既是寧波市主要的行洪排澇通道，也是溝通內陸與出海海運的重要通道，同時也造就了寧波市三江六岸穿城而過的獨特景觀。歷史上，三江河道在徑、潮流的共同作用下河床整體較為穩(wěn)定。然而自20世紀后半葉以來，由于受姚江大閘(1959年)、鎮(zhèn)海攔海大堤(1975年)以及沿江橋梁和碼頭(20世紀80年代后)等工程的建設的影響，三江河道水沙特性發(fā)生了較大變化[1]，整體上導致了三江納潮量減少，潮波變形，河床普遍淤積[2-4]。河流水沙特性及其變化規(guī)律的研究是分析河床演變機理的基礎，近年來大量學者對三江河道的水沙特性進行了研究[1, 5-6]，研究表明，甬江含沙量峰值滯后于流速漲急、落急1～2 h左右，含沙量整體呈現(xiàn)枯季大于洪季、大潮大于小潮的特征。但這些研究多集中于三江河道近期的某一次或某幾次水文測驗進行分析，探討水沙的季節(jié)性變化及一個潮周期內的變化規(guī)律，而對于中長時間尺度的三江河道水沙變化特征及其原因的探討較少，難以反映外海水沙變化、河床沖淤變化及人類工程建設等因素對三江河道水沙變化特征的影響。本文基于2013—2016年三江河道7次水文測驗資料，分析三江河道水沙沿程變化規(guī)律，并結合1987年水文測驗資料和多年潮位資料，分析了近30 a來三江河道潮汐、潮流、含沙量和輸沙量變化特征，以期為三江河道的河床演變分析提供一定的科學依據，以及為甬江流域的治理提供一定的技術支撐。

2 研究區(qū)域及數(shù)據資料

2.1 研究區(qū)域

姚江、奉化江和甬江匯合于市區(qū)三江口，其中奉化江方橋三江口—市區(qū)三江口河段長約27 km，姚江大閘—市區(qū)三江口河段長約3.3 km，市區(qū)三江口以下至鎮(zhèn)海出海口為甬江干流，全長約25.6 km(圖1)。1973—2016年姚江大閘多年平均排水量約12.51億m3，奉化江澄浪堰水文站多年平均徑流量約為17.16億m3，甬江多年平均徑流量為二者之和，約29.67億m3。

圖1 研究區(qū)域和監(jiān)測斷面Fig.1 Study area and monitoring sections

2.2 數(shù)據資料

(1)潮汐資料：三江河道共有4個長期潮位觀測站，從出?？谕嫌畏謩e為鎮(zhèn)海站、寧波站、澄浪堰站和北渡站(圖1)。本文收集到1953—2016年鎮(zhèn)海站和寧波站、1982—2016年澄浪堰站以及1965—2016年北渡站的年平均高潮位和低潮位特征值。上述潮位特征值均統(tǒng)一至1985國家高程基準。

(2)水文泥沙觀測資料：2013—2016年三江河道共實施了7次水文測量，分別為2013年的12月份、2014年的6月份和11月份、2015年的3月份和11月份、2016年的3月份和11月份。水文測驗期間，在甬江口、楊木碶和澄浪堰布置3個監(jiān)測斷面，每個斷面布設3條垂線(圖1)。在每條垂線上分別進行潮流量(包括流速流向)、含沙量、懸沙和底沙顆粒級配、水溫和鹽度監(jiān)測。此外，本文還收集到1987年的8月份和12月份鎮(zhèn)海和楊木碶斷面水文測驗資料(圖1)，其中鎮(zhèn)海斷面監(jiān)測了潮流量和含沙量，澄浪堰斷面僅監(jiān)測了潮流量。

3 成果分析

3.1 潮汐特征

三江河道4個潮位站各年代平均高潮位和平均低潮位如圖2所示。自1980s(20世紀80年代)起各站平均高潮位均呈上升趨勢，2010—2016年鎮(zhèn)海、寧波、澄浪堰和北渡站平均高潮位分別較1980s抬升約0.33，0.20，0.22，0.10 m。鎮(zhèn)海站平均低潮位自1970s起呈下降趨勢，2010—2016年平均低潮位較1970s降低約0.15 m；寧波站和澄浪堰站低潮位在1980s—2000s期間整體較為穩(wěn)定，但2010—2016年較2000s抬升明顯，分別抬升約0.16 m和0.15 m；北渡站平均低潮位自1960s起呈持續(xù)上升趨勢，至2010—2016年累計抬升約0.57 m。

3.2 含沙量

含沙量高低與潮汛大小密切相關，整體表現(xiàn)為大潮大于小潮的特征。含沙量的垂線分布多表現(xiàn)為Ⅱ型[7]，即含沙量自表層向底層逐漸增加，與甬江河段2010—2011年觀測特征基本一致[1]。各測次大潮期，各斷面平均含沙量如圖3所示，整體上含沙量自甬江口向上游逐漸遞減，其中甬江口—楊木碶河段含沙量沿程衰減梯度要大于楊木碶—澄浪堰河段，甬江口—楊木碶河段每km含沙量平均減小約0.06 kg/m3，約為楊木碶—澄浪堰河段的3倍。

注：1960s表示1960—1969年，以此類推。鎮(zhèn)海和寧波站1950s為1953—1959年，澄浪堰1980s為1982—1989年，北渡站1960s為1965—1969年，各站2010s均為2010—2016年圖2 各年代潮汐特征值變化Fig.2 Variation of tide characteristic in 1953-2016

圖3 各測次大潮期各監(jiān)測斷面平均含沙量變化Fig.3 Variation of average sediment concentration at each monitoring section in spring tide

3.3 潮量和輸沙量

三江河段漲潮量和漲潮輸沙量自甬江口向上游逐漸衰減。各測次甬江口平均漲潮潮差約2.27 m，與2010—2016年鎮(zhèn)海站平均潮差相當。在此動力下，甬江口斷面各測次平均漲潮量和漲潮輸沙量分別約2 002.76萬m3和3.59萬t，至楊木碶斷面漲潮量和輸沙量衰減至1 067.52萬m3和1.10萬t，減少約46.7%和69.4%。至澄浪堰斷面，漲潮量和輸沙量已減少至764.77萬m3和0.56萬t，較甬江口斷面分別減少約61.8%和84.4%(表1)，即輸沙量的減小幅度要大于潮量，這主要是由于在潮量沿程遞減的同時，含沙量也在逐漸減小。

表1各監(jiān)測斷面2013—2016年各測次漲潮平均潮量和輸沙量

Table1Averagetidalvolumeandsedimentdischargesofrisingtideateachmonitoringsectionin2013-2016

監(jiān)測斷面潮量/(萬m3)輸沙量/(萬t)甬江口2002.763.59楊木碶1067.521.10澄浪堰764.770.56

3.4 近30 a來三江河道水沙變化特征

1987年水文測驗中，澄浪堰斷面與2013—2016年水文測驗期間斷面一致，1987年監(jiān)測鎮(zhèn)海斷面雖位于2013—2016年的甬江口斷面上游約4.5 km(圖1)，但整體亦能表征甬江入?？谒蛩程卣?。

1987年和2013—2016年甬江口和澄浪堰漲潮平均流速、漲潮量和潮差關系如圖4所示，各時期流速和潮量與潮差的相關性均較好。同等潮差下，2013—2016年甬江口和澄浪堰斷面流速與1987年均基本一致，無明顯變化，而漲潮量則呈減小趨勢。對于甬江口斷面來說，以多年平均潮差1.88 m為例，1987年鎮(zhèn)海斷面漲潮量約2 082.7萬m3，而2013—2016年甬江口斷面漲潮量約1 709.9萬m3，減小約17.9%，若考慮到二者監(jiān)測斷面的不同，其減小幅度要更大。對于澄浪堰斷面來說，以多年平均潮差1.61 m為例，1987年漲潮量約1 060.7萬m3，2013—2016年約736.2萬m3，減小約30.6%。

圖4 甬江口漲潮和澄浪堰漲潮平均流速及漲潮量 與潮差的關系Fig.4 Relations of average tidal flow velocity and tidal volume against tidal range at Yongjiang estuary and Chenglangyan station

由于含沙量和輸沙量隨季節(jié)變化較大，因而只選取監(jiān)測時間較為一致的冬季測次比較。1987年和2013—2016年冬季甬江口漲潮平均含沙量、輸沙量和潮差關系如圖5所示，同樣潮差下，2013—2016年甬江口斷面含沙量和輸沙量較1987年均增大。1987年12月測次中1.59 m潮差對應的斷面平均含沙量為0.79 kg/m3，而2014年11月測次中1.55 m潮差對應的斷面平均含沙量為1.42 kg/m3，較1987年增加約79.7%。同樣1987年12月1.90 m潮差對應的斷面輸沙量約為2.53萬t，而2013年12月和2014年11月測次中1.84 m潮差對應的平均輸沙量為3.89萬t，較1987年增加約53.8%。

圖5 甬江口漲潮平均含沙量及輸沙量和潮差的關系Fig.5 Relations of average tidal sediment concentration and tidal sediment discharge against tidal range at Yongjiang estuary station

4 成因分析

4.1 潮汐特征變化原因分析

一般而言，河口潮汐特征變化主要與徑流、外海潮位、河勢變化及人類活動等因素有關，各因素對各站高、低潮位的影響如表2所示。

表2 各因子對三江潮汐特征的影響Table 2 Influence of various factors on tidalcharacteristics of the Three Rivers of Ningbo

注：“+,-”分別表示正相關和負相關，“/”表示該因素對該站該潮汐特征值幾乎無影響或影響較小

(1)近期徑流量大幅度增加。甬江1980s，1990s，2000s，2010—2016年各時期多年平均徑流量分別為29.58，29.81，26.12，33.66億m3；2010—2016年平均徑流量較2000s增加了約28.9%，即徑流量的大幅增加可能是導致北渡、澄浪堰和寧波站在該時期低潮位抬升較快的原因之一。

(2)海平面上升，外海潮位抬高。根據國家海洋局《2015年中國海平面公報》，1980—2015年中國沿海海平面上升速率為3.0 mm/a，高于同期全球平均水平。有關研究表明，甬江口所在的杭州灣外海海平面上升幅度2.83～4.05 mm/a[8]。據甬江口外的岱山站多年潮位資料統(tǒng)計，1980—2015年岱山站平均海平面累計抬升約0.15 m，折合年均抬升速率約4.3 mm/a，即海平面上升亦是導致三江河道自20世紀80年代來高、低潮位普遍抬升的原因之一。同時，岱山站2010—2015年多年平均高潮位較1980s上升約0.25 m，較2000s抬升約0.11 m，亦與該時期甬江口鎮(zhèn)海站高潮位快速抬升趨勢基本一致。

(3)河床淤高。與三江河道其它潮位站不同，北渡站多年平均低潮位自1960s起就呈持續(xù)上升趨勢，且抬升幅度較大，至2010s(2010—2016年)多年平均低潮位已抬升0.57 m。這可能與該時期奉化江上游河道呈淤積態(tài)勢有關。依據奉化江1962，2009，2015年3次地形測圖，其上游方橋三江口—銅盆閘河段1962—2015年多年平均潮位下河床累計淤積約954萬m3，河床平均抬升約4.13 m，其中1962—2009年淤積約834萬m3，河床平均抬升約3.61 m[9]。雖然年均約18萬m3的淤積相對于該河段約940萬m3的河床容積來說整體幅度不大，但若放在長歷時來看，其累計效果是驚人的，因而河床淤積亦是三江河道潮位抬升的重要貢獻因素之一。

(4)人類活動影響。為新建鎮(zhèn)海港，1975年8月在招寶山至游山間拋筑了長約3 186 m的導堤，使甬江口門下移至外有山附近[10](圖1中的局部放大圖)。河口區(qū)的圍涂及河口延長，會導致潮波反射增強，潮波變形增大，從而導致高潮位抬升，低潮位變化不大或略降[11]。此外20世紀80年代以來三江河段大規(guī)模的橋梁、碼頭建設亦對三江河道水位產生了一定影響。據統(tǒng)計，三江河道目前共有跨江橋梁21座，甬江兩岸現(xiàn)有碼頭212座。單一的橋梁、碼頭等涉水工程的影響往往看起來并不大，但是橋梁、碼頭等涉水工程群的阻水、壅水作用則不容忽視[12-13]。

4.2 含沙量沿程變化原因分析

甬江上游年來沙量約50萬t[14]，僅相當于甬江口每潮平均輸沙量3.59萬t的14倍，因此三江河道的泥沙以海域來沙為主，含沙量自甬江口至上游逐漸降低主要是受潮流和徑流的共同影響。

(1)整體上三江下游河段的潮流強度大于上游河段。根據2013—2016年7次水文測驗資料，大潮期甬江口、楊木碶和澄浪堰各測次漲潮平均流速分別為0.43～0.80，0.34～0.51，0.40～0.54 m/s，整體上甬江口潮流強度要大于楊木碶，楊木碶和澄浪堰潮流強度則相當。研究表明，甬江河段的輸沙能力可表示為式(1)[1, 15]，即流速越小，輸沙能力越差，含沙量越小。

(1)

式中：S為含沙量；v為流速；h為水深；?為系數(shù)。

(2)徑流“以清頂渾”作用強。甬江多年平均徑流量約為91.8 m3/s，僅為中潮時江東斷面落急時潮流量的10%左右，即相對潮流來說，平均徑流量對河床泥沙的輸移影響較小，但徑流對甬江干流的頂渾作用較為明顯。甬江口與楊木碶站含沙量減小量與甬江徑流量呈正相關關系(圖6)，且上游來水越豐，甬江干流含沙量沿程衰減越快，即與徑流“頂潮拒咸”的作用相似[16]，徑流越大，其減弱海域來沙的“上溯”的作用越強。

圖6 甬江含沙量沿程衰減與月徑流量的關系Fig.6 Relationships between monthly runoff and sediment concentration decline along the Yongjiang River

4.3 近30 a來三江河道水沙變化原因分析

對于甬江口鎮(zhèn)海站來說，1987年以來漲潮歷時無明顯變化，同樣潮差下，平均流速亦基本一致，則漲潮量的減小主要是由于河床斷面面積的減小，即河床淤積造成的，這與甬江河床1982—2015年平均水位下河床淤積156.7萬m3是一致的[17]。

近30 a來甬江口含沙量和輸沙量均呈增大趨勢，這主要是由于1980年以來甬江口外海含沙量亦呈增大趨勢。研究表明，在多年平均潮差下，2014年杭州灣南側海域實測含沙量較20世紀80年代增大約77%[18]。此外，由于河床淤積，江道水深變淺，根據式(1)，水深越小，同樣流速下，水流輸沙能力越強，此亦可能是導致甬江口斷面的含沙量和輸沙量增加的原因之一。

5 結 論

基于1987年和2013—2016年三江河道水文測驗資料，分析了三江河道水沙變化規(guī)律及其成因，得到如下結論：

(1)在徑流、外海潮位、河勢變化和人類活動等因素的綜合影響下，寧波三江河道各潮位站平均高潮位自1980s起均呈上升趨勢。鎮(zhèn)海站平均低潮位自1970s起呈下降趨勢，北渡站平均低潮位自1960s起呈持續(xù)上升趨勢。

(2)寧波三江河道含沙量自甬江口向上游逐漸遞減，其中甬江口—楊木碶河段含沙量沿程減小梯度要大于楊木碶—澄浪堰河段。徑流“以清頂渾”作用強。

(3)平均潮差下，甬江口斷面漲潮量和漲潮輸沙量分別約為2 002.76萬m3和3.59萬t，至楊木碶斷面漲潮量和輸沙量分別減少約46.7%和69.4%；至澄浪堰斷面漲潮量和輸沙量分別減少約61.8%和84.4%。

(4)與1987年相比，同樣潮差下，2013—2016年甬江口和澄浪堰斷面漲潮平均流速無明顯變化，漲潮量呈減小趨勢，甬江口含沙量和輸沙量呈增大趨勢。

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