◎ 吴华林

　　（LOICZ）物质入海通量是国际地圈-生物圈计划（IGBP）两个核心科学计划海岸带陆海相互作用和全球海洋通量联合研究（JGOFS）的重要研究内容，也是当前国际地学研究热点之一。本文以长江口为背景，以入海泥沙通量为目标，以最新发展的地理信息系统（GIS） 和数字地形高程模型（DEM）技术为手段，结合泥沙动力学、水文统计学方法对长江中下游水沙通量、长江口海图深度基准面换算关系、长江河口冲淤演变、长江口泥沙收支平衡、长江口泥沙通量及其相关问题进行了系统研究。
　　第一章 绪论。阐明了河口泥沙通量研究的科学背景、理论与实际意义，系统总结了前人关于河口泥沙通量研究的相关成果，明确指出了需进一步研究的内容和课题，并简要介绍了本文的架构体系及内容。
　　第二章 长江中下游水沙通量和河槽演变。作为河口物质输入的主要来源，河流中下游来水来沙情况对河口过程有深刻的影响。本章分析了长江中下游来水来沙通量情况及其不同时间尺度的变化过程，并对中下游河道的特性及演变过程进行了初步分析。据1896-1999年间的水文资料，统计了宜昌、螺山、汉口和大通四个站不同时期的径流和泥沙特征值。研究表明，水通量由中游向下游逐渐递增，宜昌站多年平均径流量 m3，大通站为 m3，下游比上游增加近一倍。水量年际变化与流域降雨有着密切的关系，变化趋势基本相应，其年内变化由降雨量在年内的分布决定，汉口站径流一般集中在6-10月，占全年径流的64.3%，下游大通站径流集中在5-10月，占全年径流的71.14%。悬沙通量由中游向下游略有减少，宜昌站多年平均输沙量为5.16亿吨，大通站多年平均输沙量为4.36亿吨；与悬沙数量相比，长江干流推移质输沙量极少，且有从中游向下游沿程递减趋势。统计资料表明，洪季（5-10月）宜昌站占全年总输沙量的93%多，大通站占85%，洪季集中程度显然比水量更甚。从时间序列分析，大通站水通量基本保持稳定，无明显增大或减小的趋势；悬沙通量则有明显减少趋势，20世纪70年代以来尤甚。长江中下游干流河道悬移质泥沙颗粒主要由细砂和粉砂组成，河床质主要由中砂和细砂组成，从河道泥沙颗粒组成看，自中游向下游，泥沙颗粒由粗逐渐变细。河床冲淤变化较小，整体上河道多年输沙基本平衡，局部河段河势不够稳定。
　　第三章 长江口海图深度基准面与高程基准面。人工计算海图理论深度基准面存在计算繁杂、精度欠高的缺陷，本文用Matlab语言实现了对海图理论深度基准面的人机交互式计算，验证表明，计算结果可靠、精度大幅提高。基于1977年实测潮位资料计算获得的调和
常数，研究了长江口10个验潮站的深度基准面，探讨了不同深度基准面之间的换算关系，为后续地形冲淤的精确计算打下了基础。
　　第四章 地理信息系统与数字高程模型在河口海岸研究中的应用。总结了GIS和DEM的定义、特点、应用及发展趋势，对GIS和DEM技术在河口海岸研究中的应用现状进行了评述，提出应用GIS和DEM技术研究河口泥沙冲淤及河床演变的思路和方法，建立了1840-1997年长江口及杭州湾水下数字地形数据库。
　　第五章 百余年来南支河段泥沙冲淤定量分析。在建立南支数字地形模型的基础上，对南支河段的岸线演化、河槽冲淤量、典型河槽断面冲淤过程等内容进行了深入研究，并对南支河段的河槽演变过程及其演变规律进行了分析。南支河槽的冲淤特点表现为：暗沙众多，频繁移动，造成局部演变剧烈，但该区域泥沙总量变化不大，底沙运移是造成南支河槽复杂多变的重要原因。从1861至1997年南支河槽冲刷量约为12.3亿吨，平均每年冲刷0.09亿吨，百余年南支的河槽容积基本保持稳定。由于海塘工程保护，南支南岸基本稳定，岸线变化不大，北岸在1861-1900期间发生大规模崩塌，平均向北崩进2KM，自1900年左右进行护岸后，北岸也基本趋向稳定。七丫口到浏河口河势相对稳定，浏河至吴淞口河势则复杂多变，其中七丫口断面一直比较稳定，可以认为是南支河段的一个二级准节点。 南支的演变过程比较复杂，主要与来水来沙、上游河势及河段自身的河床活动性密切相关。
　　第六章 南北港泥沙冲淤定量分析及河道演变。据南北港地区的数字地形模型，计算了南北港河槽容积，分析了南、北港河槽容积与分汊口演变的互动关系，总结了南北港河槽演变过程，并据此提出了南北港的治理原则。1842至1997的155年间，南北港的河槽总容积（理论基准面以上2m以下河槽）保持在38-43亿m3之间，变幅不大。南港和北港各自河槽容积变幅相对较大，自1842-1927两汊河槽容积的变化趋势呈此消彼长之态势，但自20世纪80年代以后，两汊容积保持基本稳定状态。南北港的冲淤演变与分汊口的演变息息相关，往往分汊口沙体的移动与冲淤导致南北港分流分沙格局的改变，破坏南北港河道已有的冲淤平衡，造成河床冲淤，直至与现行的水沙条件适应。根据南北港演变规律提出南北港治理措施为：稳住上游白茆沙、扁担沙和新浏河沙；控制南北港分水分沙，保持两港平衡；采取工程手段稳定分汊口，不使其后退。
　　第七章 百余年来长江口拦门沙地区泥沙冲淤分析。从横剖面、深泓线纵剖面、平面变化等不同视角对长江口拦门沙地区滩槽演变、岸线侵蚀、沙岛形成与变迁等进行了研究。结果表明，155a来拦门沙总的趋势是不断淤积，但不同时期淤积速度大不一样，个别时期甚至会发生一定程度的冲刷，这主要与动力条件的波动有关。1842~1997年，共淤积泥沙47.2亿t，平均每年淤积0.305 亿t，约占长江来沙的6.8%，年均淤厚为1.1cm。泥沙淤积部位主要在九段沙、横沙及横沙东滩、崇明东滩三处。发生冲刷的范围较小，仅占总面积的21.4%，主要在北槽，北港上段和南槽局部也有轻微的冲刷发生。
　　第八章 长江口入海泥沙扩散与沉积分布。通过泥沙冲淤定量计算及其他相关资料，研究了长江泥沙出口门后的扩散及沉积分布问题。长江泥沙出口门后，主要淤积在50m水深以西的现代水下三角洲地区,多方面的证据表明，1230E是长江口入海泥沙扩散的东缘。实测资料和沉积物矿物组分分析证明：苏北泥沙对长江口冲淤的影响甚微；钱塘江来沙数量太少，不足以对杭州湾冲淤产生影响，杭州湾的泥沙绝大部分来自长江口。百余年来，长江南支口外平均淤厚1.066m，平均沉积速率为11.84mm/a，占大通泥沙通量的18.65%，其中近口门区域明显比远口门区域淤积严重，前者淤积速率约为后者的1.26倍；长江北支口外平均淤厚1.138m，平均沉积速率为12.64mm/a，占大通泥沙通量的11.95%；杭州湾及其近海平均淤厚1.475m，平均沉积速率为10.53mm/a，占大通泥沙通量的39.96%。
　　第九章 长江口泥沙收支平衡模式及其入海泥沙通量。在整个长江口及杭州湾大范围冲淤量计算的基础上，首次建立了长江口泥沙收支平衡模式，基于这一模式，首次得到了长江口若干重要界面比较精确的泥沙通量值。长江来沙10%左右淤积在大通至徐六泾河道，6.5%左右淤积在北支，徐六泾至口门的南支汊道略有冲刷，约31%淤积在口门以外的水下三角洲，40%淤积在杭州湾及其近海，4%左右泥沙用来塑造陆地和岸线。通量与断面位置密切相关，考虑不同的时间尺度可分为年通量、月通量、日通量等。若以口门作为河流与海洋的作用界面，那么长江入海年均泥沙通量为3.70亿t ，其他几个重要断面通量分别为：大通--4.51亿t，徐六泾-- 4.06亿t，长江口与杭州湾界面-- 2.30亿t。
　　第十章 结论与展望。总结了本文的研究成果及主要结论，同时对下一步需深入开展的工作进行了展望。
泥沙通量研究涉及学科众多、规律复杂，迄今对这一问题的研究仍是初步和探索性的。本文通过研究指明，在研究河口泥沙冲淤和泥沙收支平衡基础上计算入海泥沙通量是可行的途径之一。本文的研究思路和技术路线为世界上其他大河口的泥沙通量研究提供了可供借鉴的模式和经验，具有较强的理论和实际意义，有一定的推广价值。但由于作者水平有限及时间仓促，加之所涉及的河口泥沙问题本身的复杂性，本文对某些问题的研究还是相当初步的，只是为长江口泥沙通量提供了一个大致的轮廓，在此基础上还有一些细致的研究工作尚待进一步深入开展。
　

◎Hua-lin WU

　　Estuarine sediment flux is not only one of contents of Global Change Research, but also is a practical problem nearly related to estuarine engineering and estuarine environment. Aiming at sediment flux into ocean and taking Changjiang Estuary as background, several key problems are systematically studied with combined methods of GIS technique, sediment transport dynamics and hydrologic statistics. Mainly the problems are water and sediment fluxes of mid- to lower Changjiang River, nautical chart Depth Datum Levels of Changjiang Estuary, evolution process of Changjiang Estuary, sediment budget of Changjiang Estuary, sediment fluxes of Changjiang estuary, and so on.
The runoff of Changjiang River increases from middle reach to lower reach. The yearly averaged runoff is m3 in Datong Station (1951-1999), which is about twice the amount in middle reach. Suspended sediment discharge decreases a little from middle reach to lower reach. The yearly averaged sediment discharge is 436 million tons in Datong (1953-1999). Comparing to suspended sediment, the amount of bedload is much small, which decreases form middle reach to lower reach. There aren't apparent trends of either decrease or increase for runoff flux in Datong, but there is apparent decrease trend for sediment flux, especially since 1970s. Runoff changes monthly are closely related with the precipitation in the basin. Runoff in Datong Station mainly concentrates on the period from May to December and amounts to 71% of annual total runoff. The sediment discharge on flood seasons (from May to December) amounts to 85% in Datong Station.
Calculations of theoretical depth datum (TDD) level are carried out with Matlab program language. The datum levels of 10 tidal stations in Changjiang Estuary are calculated with harmonic constants calculated with tidal level data in 1977 and the relationships among datum levels are discussed.
Based on summarizing the definition, characters, application and development trend of GIS and DEM, the thought and method of calculating channel volumes and channel evolution analyses with GIS and DEM technique are brought forward. With this technique, silt-deposit amounts of several regions for over one hundred years are calculated, which separately are South Branch, South and North Channel, mouth bar area, offshore and Hangzhou Bay, etc. Moreover, the evolution regularities for different area under different hydrology conditions are discussed.
There are so many frequently moving sandbars in South Branch that local evolution often is very violent, but its total channel volume changes little. So the sediments from upper reach essentially pass through the region without detention.
Channel volume of South Channel and North Channel usually change with reverse trends, which is closely related to the situation of bifurcation mouth. But the total volume of the two channels keeps equilibrium and changes little. Cumulative deposition trend is clearly showed in mouth bar area, and 6.8% of coming sediment is deposited here. Coming sediment mainly deposit in the submerged delta and Hangzhou Bay, and there is about 70% of sediment that go through Datong section into this region.
Based on calculation of silt-deposit sediment, the mode of sediment budget of Changjiang Estuary is established for the first time. 10% of coming sediment is deposited in the channel from Datong to Xuliujing; 6.5% of it is deposited in North Branch; a little is eroded in South Branch from Xuliujing to the mouth; 31% of it is deposited in the submerged delta; 40% of it is deposited in Hangzhou Bay and its near sea; 4% of it is accreted to land; other sediment is mainly transported to the nearshore of Zhejiang and Fujian coast and thimbleful sediment is diffused into the blue water. Fluxes are nearly related with locations of sections. Sediment fluxes for some important sections in Changjiang Estuary are calculated, thereinto that of Xuliujing is 406 million tons each year and that of the mouth is 370million tons each year.

　　作者简介：吴华林，1970年生，男，华东师范大学2001届博士研究生，师从沈焕庭教授，主要从事河口环境与动力地貌研究。现在交通部科学研究院河口海岸科学研究中心工作。

（责任编辑：王清）