依托北槽、建设长江口亚三角洲体系——关于长江流域开发龙头新基地的战略构想

当前正处于向长江口发展的最好时机。随着长江口深水航道整治工程的开展,长江口水流复杂、河势易变的局面正在改变,加之长江口越江通道的建成通车,在长江口外形成超深水泊位及超深水航道的条件已渐趋成熟。利用长江口外-15 m以深的天然水深建设海上人工岛,就可达到-20 m以深的航道水深,打造河口深水大港,使之成为长江流域水水中转、海陆联运的桥头堡;而整治、疏浚工程所产生的大量泥沙,又为促使横沙东滩及其邻近沙洲加快成陆创造了条件。通过疏浚、促淤、造陆的三位一体,预计可在未来20 a间长江口南港与北港之间、北槽主航道两侧形成500多km²的河口岛群,发育塑造成为长江河口的亚三角洲体系.     

长江口南港近期的演变及其与重大工程之间的关系

长江口为典型的多级分汊中等潮汐河口,口门宽阔、径潮流强劲、泥沙运动复杂、河槽交替多变,给河口综合治理带来困难。长江口各分流汊道演变过程中,此消彼长是永恒的主旋律,其产生、发展、扭曲、萎缩、消亡具有周期性演变规律。为发挥长江黄金水道的优势,促进国民经济发展,长江口先后实施了深水航道治理工程、南北港分流口处的新浏河沙护滩和南沙头通道限流工程,以及中央沙促淤圈围工程和青草沙水源地工程等,南北港和南北槽分流口河段得到有效控制,对长江口未来的演变产生深远影响。基于南北港分流口以下丰富的地形、水文现场资料,对近年来南港地形演变进行了深入分析,在肯定工程稳定河势的同时,认为目前南北港分流口以下,尚存在南港主流偏离南岸致使发生近岸淤积,以及瑞丰沙中下段沙体刷深导致水流分散,不利于河势稳定等问题。并探讨了长江口“先下后上”治理模式的优缺点,建议在长江口河势尚未发生较大变化时,站在整体的高度,综合考虑河势、航道、水土资源、防洪潮及排灌、生态环境保护等诸多因素,尽快实施长江口综合整治工程。     

长江河口中央沙位移变化与南北港分流口稳定性研究

中央沙位于长江口南北港分流口河段，这一河段集中了宝钢等一批重要码头，下游有长兴岛造船基地和长江口深水航道等重点工程，因此分流口保持稳定至关重要。以1870年中央沙出现雏形以来的海图为基础资料，利用ArcGIS等GIS软件，研究了中央沙发育演变的位移变化及其典型剖面特征，发现中央沙的变化特点是在长期径流作用下后退和承接上游底沙下泄发生上提的“下移-上提-再下移……”的周期性演变规律。再进一步对南北港分流口各个沙洲近10年来面积和体积进行计算，结合实测水文资料对通道演变进行了分析，认为现阶段长江口南北港分流口处于不稳定时期，应尽早实施分流口整治工程，稳定河势、滩势和减小底沙下泄对下游的威胁.     

从长江口南汇东滩冲淤变化探讨合理选择促淤造陆边界

随着上海人口与经济的发展,建设用地迅速增加,人-地矛盾越来越尖锐。按相关规划预计,至2010年,上海市建设用地总需求2 267.80 km2,现有建设用地存量2 224.39 km2,未利用的土地仅有9.00 km2,因此围垦造地是上海目前和今后解决人—地矛盾的根本出路所在。河口海岸地区动力条件复杂,地形变化剧烈,如何选择围垦促淤造陆与疏浚促淤造陆边界尤为关键。利用数字高程模型（DEM）和地理信息系统（GIS）研究长江口南汇东滩1996~1999年的冲淤演变规律,结果表明：0.5~1 m高程带为南汇边滩冲淤平衡带,年平均冲刷率为0.007 m/a,在此带以上,滩涂多年的结果表现为淤积,此带以下,滩涂多年的结果表现为冲刷。结合长江口水文泥沙的实测资料分析结果,根据低滩围垦造陆实践和长江口深水航道治理的实际情况,认为长江口低滩围垦促淤造陆和利用工程促淤造陆的边界定在0.5~1 m之间较为合理可靠。     

近期长江河口横沙通道冲淤变化与微地貌特征

于2015年2月1~7日利用多波束测深系统对长江口横沙通道河槽进行走航测量，结合人类活动强干扰下的海图水深数据及河槽表层沉积物资料分析近期长江河口横沙通道河槽冲淤变化与微地貌特征，探讨河槽冲淤演变和床面微地貌之间的相关性以及河口河槽冲淤演变过程和微地貌特征对人类活动的响应。结果显示：近年来横沙通道河槽持续受到冲刷，2002~2013年泥沙净冲刷量为0.86 × 108m3，平均每年冲刷0.08 × 108m3，其原因可能与三峡蓄水工程、北槽深水航道治理工程和北港青草沙水库工程的实施有关。而横沙通道的河床冲刷对圆圆沙航槽和北槽航道的泥沙回淤具有一定的贡献；其底床上除发育平滑床底外，还广泛发育凹坑和冲刷痕等侵蚀性微地貌，且河槽受到冲刷导致底沙推移质运动增强，促进了沙波微地貌的发育。     

长江口航道疏浚土“十四五”综合利用研究

通过疏浚土资源调查及疏浚土利用现状和形势分析,评价了长江口航道疏浚土对不同利用方式的适宜性,提出了“十四五”期疏浚土综合利用的方向和建议。结果表明：(1)长江口航道疏浚土丰富,“十四五”年产量在5 800万m³以上,且土质优良、清洁无污染;(2)深水航道南港圆圆沙段和南槽航道九段沙灯船以上段疏浚土适用于筑堤利用和吹填上滩,深水航道北槽中下段及南槽航道九段沙灯船以下段疏浚土可用于滩涂湿地修复和吹填上滩;(3)“十四五”期,建议横沙浅滩利用北槽中下段深水航道疏浚土进行滩涂整治修复,南汇东滩促淤区利用南槽航道疏浚土吹泥上滩储备资源;在破解相关制约因素的基础上,九段沙湿地可利用深水航道北槽中下段和南槽航道九段沙灯船以下段疏浚土实施保育修复,周边涉水工程可利用深水航道南港圆圆沙段和南槽航道九段沙灯船以上段疏浚土开展充填筑堤。     

上海滩涂后备土地资源及其可持续开发途径

上海潮滩土地资源十分丰富,高程2m以上的滩涂面积为266km2,0m以上滩涂面积为896km2,-2m以上的滩涂面积为1513km2,-5m以上的滩涂面积达2699km2。这些淤积潮滩每年以20～350m的速度不断地向海淤涨。但以自然淤涨的速度与上海市建设需求的土地相比,仍然入不敷出。据统计,近50年来上海市圈围土地8.0×102km2,而城市建设占用农业耕地面积15×102km2。因此,必须通过人工促淤途径,加速中、低滩沼泽化和围涂造地的速度,扩大土地面积来满足上海城市建设和经济发展所需。但是,滩涂的开发要适度,要遵循自然演变的基本规律,同时需要与河口的综合开发治理和生态修复相结合。     

面向对象的河口滩涂冲淤变化遥感分析

河口滩涂位于江河入海口前沿,其岸线受江河上游来水来沙、海水潮汐动力和人为因素影响处于不断变化中。针对遥感人工目视解译判读出岸线进行冲淤变化分析方法的不足,提出了面向对象的岸线遥感识别提取方法,阐述了整个遥感迭代识别提取过程。以长江河口崇明东滩为实验区,选取长江口1990年12月4日、1995年4月6日、2000年6月14日和2005年11月27日4个时相的陆地卫星TM/ETM+遥感影像,对其进行基于面向对象的识别处理,直接提取相应年份的岸线和滩涂陆域多边形,对4个年份的陆域多边形进行空间叠加分析,得到了崇明东滩自1990年以来15年间的冲淤空间变化。应用表明面向对象的遥感分析识别技术在河口滩涂冲淤变化分析中具有准确、快速、简便的特点。     

互花米草在上海崇明东滩的入侵历史、分布现状和扩张趋势的预测

近20余a来,互花米草在我国沿海及河口滩涂快速扩散,已成为我国海岸盐沼中最重要的入侵植物。上海崇明东滩是我国长江口的国际重要湿地,目前受到了互花米草入侵的严重威胁。自1995年在崇明东滩首次发现互花米草以来,互花米草的分布面积已超过1 600 hm2。总结了近几年在崇明东滩进行的互花米草相关研究,旨在对互花米草的控制与管理提供科学依据。目前互花米草主要分布在崇明东滩的东部及北部,决定其入侵动态与分布的主要因素在于：（1）互花米草对沿海滩涂环境具有良好适应与耐受能力;（2）人为引种大大加快了互花米草的扩张速度;（3）崇明东滩湿地的水分盐度条件特征导致互花米草主要分布在崇明东滩的东部与北部。根据互花米草的生理学特征和长江口地区的水文特点可以推断：互花米草在东滩东部和北部将继续扩张,但目前尚难入侵东滩南部区域,而人类活动可能加剧互花米草入侵。根据互花米草的入侵现状和趋势,必须尽快采取多种途径对互花米草进行控制和管理     

基于水动力模型及遥感水边线方法的潮滩高程反演

由于潮滩范围广,变化频繁,缺乏常规的地形测量资料,给潮滩开发建设带来极大不便。以崇明东滩为实验区,依据长江口1999~2004年多时相遥感影像的光谱特征,对不同潮情的影像采用不同的波段提取水边线信息。同时利用水动力模型软件（Delft3D）模拟卫星过境时刻潮位并赋值给相应的水边线,对具有高程信息的水边线利用地理信息系统空间分析功能进行空间插值处理,生成潮滩的数字高程模型。将初始高程作为模型输入重新运行水动力模型,并将水边线模拟结果与卫星影像提取的水边线对比进一步修正潮滩地形,直到提取水边线与模拟水边线满足精度要求为止。最后利用崇明东滩2005年4条实测剖面与对应年份高程模拟结果进行对比检验。结果表明,该方法能够较高精度地反演潮滩的地形信息,其平均误差分别达到050 m（σ2=031）、019 m（σ2=004）、015 m（σ2=003）及013 m（σ2=003）。     

长江口滩涂湿地景观变化对典型水鸟生境适宜性的影响

近年来在海平面上升、长江水沙变化、植被演替等自然因素以及促淤圈围工程、深水航道建设等人为因素的共同作用下,长江口滩涂湿地水鸟适宜生境发生了巨大变化。针对长江口滩涂湿地典型水鸟中的鸻鹬类(Charadriiformes)与雁鸭类(Anseriformes),采用空间多样性指数、人为干扰度等指标研究1980～2010年长江口滩涂湿地景观变化对两类水鸟生境适宜性的影响。结果表明：两类水鸟的不适宜生境、边缘生境、次级生境面积均呈增长趋势,鸻鹬类共增加682 km2,雁鸭类共增加314 km2。而核心生境面积却呈不同的变化趋势,鸻鹬类减少136 km2,雁鸭类增加232 km2,但鸻鹬类和雁鸭类核心生境面积百分比均分别减少566%和194%。1980～2010年鸻鹬类生境适宜性综合评价指数由092下降到053,雁鸭类由089下降到070,鸻鹬类降幅大于雁鸭类。通过定量分析人为干扰度对水鸟生境的影响,发现鸻鹬类对人类干扰更加敏感,中等强度的人类干扰在一定程度上扩大了雁鸭类的适宜生境面积     

淮河中下游洪泽湖水域动态变化研究

近年来,随着人口的增长和经济的发展,湖泊水域面积日益缩小,不仅影响了湖泊调蓄洪水的能力,也造成了湖泊生态环境与生物资源的破坏及湖泊水环境质量的下降。以淮河中下游洪泽湖为例,通过收集洪泽湖地区1930～2001年不同时期的地形图和遥感影像数据,在地理信息系统(GIS)与遥感(RS)技术的支持下对洪泽湖地区70多a来水域动态变化特征进行研究。研究结果表明：1930～1961年,洪泽湖面积减少了130.3 km2,年均递减率为0.23%;1961～1971年,洪泽湖面积减少了31.99 km2,年均递减率为0.17%;1971～2001年,洪泽湖面积减少了154.93 km2,年均递减率为0.3%;1930～2001年,洪泽湖面积减少了317.22 km2,减少了1930年总面积的16.92%,年均递减率0.24%。洪泽湖水域面积变化主要集中在湖的西部和东北部的湿地沼泽处。同时应用分形理论中的计盒维数及基于岸线发育系数方法,对洪泽湖1971～2001年30 a来湖泊岸线变化进行了定量分析,研究结果显示：30 a来,洪泽湖的岸线曲折度降低,岸线长度减少,岸线结构趋于单调。岸线曲折率下降与该时期洪泽湖的滩地围垦、水利建设等人类经济活动对湖泊形态的改变有密切关系,沿湖兴修水利工程,联圩并圩以及围湖垦殖等人类活动对洪泽湖岸线的演变起到了不可低估的作用,加速了湖泊岸线的演化进程,导致湖泊岸线的计盒分形维数值降低。湖泊水域动态变化是自然因素和人类活动综合作用的结果,人类活动的作用更为突出,针对湖泊水域日益减少的现状,在以上结果分析及实地调查的基础上,对如何合理利用与保护洪泽湖水资源、水环境进行了探讨,以实现湖泊资源的持续利用和湖区社会经济的可持续发展。〖     

长江口潮间带湿地涨退潮期N2O的排放通量研究

随着河口区接收上游人为氮排放量的增加,为这一区域氧化亚氮（N2O）的排放增加了很大不确定性。选择长江河口潮间带湿地为研究对象,分别采用原位静态箱法和静态顶空法,从2011年1月至12月对长江口沉积物 大气界面以及涨潮水 大气界面的N2O排放通量进行了为期一年的现场观测和研究。研究结果表明,沉积物 大气界面N2O通量有着显著的时空差异。N2O排放通量在日变化以及季节变化上都表现出明显的源汇转变,就年平均排放通量,光滩带沉积物 大气界面达到了599 μgN2O/(m2〖DK〗·h),而海三棱藨草盐沼带与大气间N2O交换则十分微弱,为060 μgN2O/(m2〖DK〗·h)。对长江口涨退潮期光滩和草滩上覆水体 大气界面N2O排放通量的研究表明,长江口涨退潮期在夏季和秋季,无论是光滩还是草滩均表现为大气N2O的稳定排放源,其中夏季平均253 μgN2O/(m2〖DK〗·h),秋季平均排放通量为207 μgN2O/(m2〖DK〗·h)。作为河口区上游排放氮素的直接接收者,和沉积物 大气界面N2O排放相比,长江口涨潮水 大气界面N2O排放稳定而又显著,是长江口N2O排放的主要贡献者,应成为这一区域N2O排放的关注热点     

基于遥感信息的二十年来上海市滩涂湿地时空动态分析

上海地区滩涂湿地是我国重要的湿地,含有丰富的生态价值。近年来,滩涂湿地受到了自然因素和人类活动的强烈影响,滩涂资源锐减,进一步影响了其生态系统的结构与功能。使用Landsat TM/ETM+遥感卫星数据,并结合大量的地面调查,对上海地区滩涂湿地近20余a的时空动态进行了探讨。结果显示：上海地区滩涂资源丰富,1 m等高线以上滩涂湿地面积33075 km2,主要分布在大陆边滩、长江口岛屿及江心沙洲等处;滩涂湿地淤涨快速,以年均100～300 m的速率不断向海延伸;滩涂湿地圈围强度较大,近20余a累积圈围滩涂65354 km2,严重影响滩涂资源及其生态环境。研究表明,人类活动是影响上海地区滩涂湿地变化的首要问题,为此,应遵循滩涂湿地的自然演变规律,同时加强协调管理,控制圈围,保护与合理利用滩涂资源     

近30年来太湖围湖利用及东太湖网围养殖动态变化研究

利用多期遥感影像从时间、空间和利用类型3个方面分析了近30 a来太湖围湖利用及东太湖网围养殖的时空变化特征。结果表明：1979～2008年,太湖围湖利用面积总计达 16.004 2 km2;其中1979～2001年,太湖围湖利用面积 9.509 0 km2,年均围湖利用面积 0.432 2 km2,围湖利用的主要用途为水产养殖,鱼塘用地占该段期间围湖利用面积的5653%;2001～2008年,围湖利用面积 6.495 2 km2,年均围湖利用面积 0.927 9 km2,围堰取土用地占该段期间围湖利用面积的5228%。1979年以来,东太湖网围养殖规模逐渐增大,1979年东太湖网围养殖面积 8.343 4 km2,2001年网围养殖面积达 100.272 6 km2,占东太湖水面面积的7465%,网围养殖区域的分布逐渐从湖岸边沿处向湖心处扩展,至2006年,除主航道外,东太湖整个湖面几乎遍布网围,并呈现向西太湖扩展的趋势,随着东太湖水环境问题日益突出及太湖整治力度的加大,东太湖网围养殖面积从2006年的 105.873 2 km2 下降为2008年 92.969 1 km2,网围养殖区域的逐渐缩小及自由水域面积的逐渐增大,将真正实现太湖流域经济 资源 环境的可持续发展     

长江河口淡水资源利用与避咸蓄淡水库

开发利用长江口的淡水资源 ,首先要研究河口水质的污染程度以及咸潮入侵的时空变化规律。长江河口水质除边滩存在局部污染外 ,主槽水质良好。长江口南支、南港、北港盐水来源主要有北支倒灌和外海盐水直接入侵两种形式 ,盐水入侵具有周日、半月、季节和年际变化规律 ,由于北支倒灌咸水团的影响 ,低盐度值往往出现在大潮期和涨憩附近。通过修建边滩水库 ,达到控制引水时间、避咸蓄淡的目的。最长连续超标天数的推算是确定水库库容的关键问题 ,采用数理统计、二维数值模拟、ARMAX模型 +Markov模型等方法推算 ,几种方法相互印证 ,计算结果基本上符合实际情况。“避咸潮取水 ,蓄淡水保质” ,这是宝钢干部、科技人员总结出来的长江河口引水经验。长江口取水工程由取水系统、调蓄水库和输水系统等三大部分组成。长江口避咸蓄淡水库的成功经验 ,对沿海潮汐河口的淡水资源开发利用具有示范作用。     

长江口前缘沙洲演变与流域泥沙要素关系

为了研究河口前缘沙洲演变过程与流域入海泥沙要素关系,建立了长江口前缘沙洲面积冲淤速率和流域入海泥沙要素关系曲线,并预测沙洲发展趋势。结果表明：长江河口前缘沙洲1958~1989年-5 m以浅面积表现为淤涨,1989~2000年为淤涨和侵蚀交替变化,但幅度较小,自2000年起为冲刷趋势发展,这一过程伴随流域入海泥沙量和含沙量的减少而产生。同时沙洲面积的锐减过程中存在临界泥沙要素条件,并建立了相应的经验曲线,当沙洲面积冲刷和淤涨达到平衡时,临界入海沙量和含沙量临界值分别为283×10⁸t/a,0318 kg/m3。依据以往三峡水库蓄水后入海沙量预测数据,三峡水库蓄水后60 a左右前缘沙洲-5 m以浅面积将侵蚀到1958年水平,其后沙洲面积增加趋势,面积逐渐恢复。2003~2011年长江流域入海泥沙量小于三峡水库蓄水前的预测数值,沙洲面积的冲刷趋势将加剧,应引起有关机构和部门重视     

近期长江口崇明岛周边岸滩沉积特征及影响机制

大河入海河口由于巨量泥沙堆积以及潮汐作用,往往发育着河口沙岛。崇明岛是世界上典型的河口沙岛,近年来,随着长江流域泥沙来源锐减以及河口大型水利工程建设等,给崇明岛周边岸滩沉积环境带来深刻影响。研究依据2015年9月～2018年4月对崇明岛周边14个岸滩断面的表层沉积物采样数据和定点水文观测资料,分析崇明岛周边岸滩沉积环境特征和区域性差异,探讨不同岸滩断面沉积过程和作用机制。结果表明:崇明岛岸滩沉积物以砂质粉砂和粉砂质砂为主,沉积物中值粒径总体表现为南岸北岸东滩,平均为48μm。南、北岸岸滩总体表现为坡陡、滩窄,沉积物自西向东逐渐变细的特征,北岸岸滩坡度略缓,南岸崇头至庙镇之间存在局部细颗粒物质沉积区;东部岸滩滩宽、坡缓,整体表现为"北细南粗"的沉积特征。岸滩沉积断面上,上细下粗,高潮滩处粘土组分含量相对较高,水下斜坡和河槽底部粉砂含量较高。南、北支河势演变形成了崇明岛"南坍北涨"沉积环境的分布格局;径、潮流作用对岸滩断面沉积物分布特征影响明显;风浪对崇明东滩浅滩沉积物具有强烈的分选作用;潮滩植被主要影响细颗粒沉积物在潮间带的分布;流域来沙减少对崇明东滩前沿沉积环境趋势影响显著。     

近期长江口北槽河段河槽演变对人类活动的响应

利用多波束测深系统在2014年11月期间测量长江口北槽河段的河槽地貌形态,获取高精度的床面微地貌资料,结合北槽河槽底质资料和1979～2019年期间的海图水深数据分析近期北槽河段的河槽演变特征,探讨人类活动对北槽河槽演变的影响。结果表明:在人类活动的强烈干扰下,1979～2019年的40年期间,北槽河段(上段至口外段)以河槽侵蚀为主,净冲刷的泥沙体积达0.36×10~(8 )m~3,平均每年冲刷0.009×10~(8 )m~3,北槽河段水深增大可能加剧了盐水入侵;在流域大型工程尤其是三峡大坝的影响下,长江流域输送到河口的沙量持续减少,致使近期严重的河槽侵蚀发生北槽河段口外段;在深水航道治理工程的影响下,近期北槽河段(上段至下段)总体上呈现主槽侵蚀、两岸淤积和深水航道泥沙回淤严重的特征;北槽床面上存在着常见床面微地貌形态(平滑床底、沙波和冲沟)和人为强干扰下的床面形态(疏浚痕、凹坑和洼地);在北槽中段和下段发育的沙波的波长的均值分别为39.41和11.11 m,波高均值分别为0.48和0.33 m,与沙波有关的河槽糙率(Ks)的值分别是0.14和0.19,且此次观测到的小范围沙波为首次在北槽河段(长江河口最大浑浊带)观测到的沙波微地貌。     

基于GIS的长江梅子洲头护岸工程对河势演变的影响分析

以长江下游南京梅子洲河段1959、1970、1983、1992和2003年水下地形图为基础资料,以此建立相应年份的数字高程模型（DEM）并进行了分析,探讨护岸工程修筑前后该河段的时空演变规律,进而分析其在河势控制中的作用,为河道整治和保持优良河势提供依据。护岸工程修筑前后,1#、2#、3#三个断面的岸线摆动速率分别由500、1880和4364 m/a减小为115、600和915 m/a,主泓线摆动速率分别由845、3118和5000 m/a降至550、535和475 m/a,宽深比分别由424、320、257减小为393、278和225。结果表明,实施护岸工程后,该河段左侧岸线及主泓线的摆动幅度明显变小,河道的平面变形得到有效控制。梅子洲头滩遵循一般边滩演变规律,由护岸前的宽浅逐渐变为窄深,河道趋于稳定。长江三桥对梅子洲头上游河段的河势将进一步起到控制作用。