基于GIS的长江口南支下段河势演变及稳定性分析

2 研究资料与研究方法
以 1980 年 、1990 年 、1995 年 、1998 年 、2002 年 、2005 年 6 个年份的海图为基础 ,运用 GIS 技术 ,对海图进行扫描 、配准和数字化 ,用 Map Info 软件采集各时段的河道水深数据 , 生成水深数据库 ,将水深基面进行统一 。在 Surfer 软件中用内插法将水深值进行内插 , 生成 D EM ,进而生成水下地形图 (0 , - 2 , - 5 , - 10 m 等深线) ,并进行叠加分析 。在南 支下段自上而下选取 4 个典型横断面 ( AA′、BB′、CC′、DD′) (图 2) ,生成各个断面的变 化。
3 收稿日期 :2009211210 资助项目 :国家自然科学基金 ———长江羽状流与杭州湾口射流共同作用下泥沙输运与沉积 (40676054) ;国家海 洋局第二海洋研究所基本科研业务费专项资金 ———宁波 - 舟山港域海洋地质灾害的成因及分布规 律 (J G0906) 作者简介 :刘杜娟 (19732) ,高级工程师 ,硕士 ,主要从事海洋地质学与海洋环境综合评价等方面研究. E2mail :
- 2 200
- 10 200
- 3 700 6 600
1990 —1995
- 4 100
2 700
1 100 - 3 000
1995 400
3 600
1998 —2002
300
1 000
2 300
300
2002 —2005
2 900
500
1 400 1 100
注 :表中负值代表上移 ,正值代表下移.
第 29 卷
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南支下段汊道众多 ,暗滩罗列 ,有扁担沙 、新浏河沙和中央沙等 。通往南港的主要水 道有 :新宝山水道 、宝山北水道及南沙头通道下段 ,通往北港的主要水道有 :新桥通道 、新 新桥通道 。
1860 年长江洪水对南北港分流口的形成起到了关键作用 。1861 年 ,南北港分流汊道 - 10 m 等深线贯通 ,分别称为老宝山水道和老崇明水道 。随着径流作用 ,分流口沙洲冲 刷下移 ,1861 年 —1921 年 - 5 m 等深线下移了 12. 2 km ,老崇明水道迅速淤废 。1931 年 , 长江洪水在扁担沙切滩形成中央沙北水道 ,逐渐成为南北港新一代分流通道 。1941 年 , 在浏河口外形成由心滩分隔的两股水流 ,分别进入南港和北港 。1954 年 ,长江特大洪水 影响下 ,老浏河沙与中央 1 沙 、中央 2 沙连为一体 ,堵塞了通南港的宝山水道 。1963 年 , 老浏河沙与中央 1 沙间冲出新宝山水道 ,并迅速成为分流南港的通道 ,中央 1 沙成为新的 分流沙洲 (中央沙) ,中央沙北水道则为北港分流通道 ,但该通道不久即随着新桥通道的形 成发展而消亡 。同时 ,由南门通道下切的南沙头下移成为新浏河沙 ,它与新宝山水道 、南 沙头通道并存 。
1980 年 —1993 年 ,南港水道 (新宝山水道 、南沙头水道) 萎缩 ,主槽南移 ,1993 年宝山 北水道形成 。1990 年 ,中央沙北水道淤废 ,新宝山水道浏河口外 - 10 m 槽贯通 ,槽宽缩 窄至 700～1 500 m 。1995 年 ,南港主槽 - 宝山北水道相对 1990 年冲刷切深 ,南侧边坡冲 淤交替 ,北侧边坡以淤积为主 。新桥通道 - 10 m 槽贯通 ,槽宽 1 000～1 700 m 。
图 3 等深线变化图 Fig. 3 Isobat h variatio n
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3. 1 平面变化 1980 年 —2005 年 ,三沙 (下扁担沙 、新浏河沙 、中央沙) 共存局面一直存在 。 1980 年 ,南门通道和中央沙北水道 - 5 m 等深线仍旧贯通 ,南门通道 - 10 m 槽淤断 ,
Liucuckoo @126. co m.
(张 骞 编辑)
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海 岸 工 程
第3期
性演变规律 。 本研究拟利用长江口南支下段 1980 年 —2005 年间的地形资料 ,借助 GIS 技术强大
的数据处理和空间分析功能 ,建立各个时期研究区水下数字高程模型 (Digital Elevatio n Model ,D EM) ,在此基础上 ,对这 20 多 a 来长江口南支下段的河势演变进行分析 ,并对该 河段的稳定性进行评价 。所得结论可为长江口南 、北港分流口治理提供参考 。
中央沙北水道河势不顺 , - 10 m 等深线中断 。两者之间的新桥通道 - 5 m 串沟已具雏 形 ,新桥水道 - 10 m 槽与北港主槽顺直相通 。1990 年新浏河沙沙头上伸至浏河口外侧 , 1995 年 —1998 年间沙头位置不变 ,1998 年 —2002 年间冲刷下移 2 300 m ,平均每年下移 575 m 之多 (表 1) ;2002 年 —2005 年间沙头下移 1 400 m ,平均每年下移近 500 m 。沙头 沙尾的冲刷下移使得新浏河沙总体形态表现出束狭变窄特征 。由于新浏河沙的冲刷下 移 ,新宝山水道 - 5 m 槽整体以淤积为主 ,尤其是北侧边坡 。
表 1 沙头和沙尾 ( - 5 m 等深线) 移动距离 (m) Table 1 Displacement of heads and tails of t hree sandbanks (t he - 5 m isobat h) (m)
年 份
下扁担沙 沙尾
中央沙 沙头
新浏河沙 沙头 沙尾
1980 —1990
新桥通道受南支主槽强势落潮流顶冲 , - 5 m 槽贯通且逐渐逆时针偏转 。新桥通道 切割下扁担沙尾归并中央沙 ,中央沙沙头 ( - 5 m 等深线) 上提至石洞口 ,新桥通道完全代 替中央沙北水道成为通北港的主汊道 。1995 年 ,新浏河沙中部 - 5 m 串沟贯通 ,新宝山 水道上段进一步缩窄 ,南沙头通道走向南偏 ,新桥通道北偏 ,下扁担沙尾受新桥通道水流 切割 ,沙尾 ( - 5 m 等深线) 后退约 4 000 m 。中央沙沙头继续冲刷下移约 2 700 m。新浏河 沙和下扁担沙之间新桥通道的 - 5 m 槽宽由 1990 年的 3 900 m 缩至 1995 年的 2 900 m。 1998 年南支下段 - 5 m 等深线与 1995 年基本一致。
1980 年 ,中央沙北水道逐渐衰亡 ,1981 年新浏河沙与新桥通道形成 ,新浏河沙成为新 的分流沙洲 ,新桥通道仅替代了中央沙北水道 ,成为分流北港的主要水道 。通道切割下来 的下扁担沙沙尾归并中央沙 ,分流口上提了 10 km 左右 。此后 ,中央沙沙头逐年冲刷下 移 ,1991 年新浏河沙沙体上的 - 5 m 串沟贯通 ,沙体被分割为新浏河沙包和新浏河沙 。 1998 年和 1999 年洪水作用使该串沟迅速发展成为进入南港的主通道 ———宝山北水道 , 分流口再次上提 。2001 年 ,下扁担沙尾上的新新桥通道已具雏形[18] 。
1 研究区概况
1. 1 水文泥沙特征 长江河口径流量以大通水文站统计资料为依据 ,多年平均 (1950 年 —2000 年) 径流量
为 28 700 ×108 m3[5] 。受潮型 、径流 、分流口位置的变迁 、南港与北港各自河床总容积和 总阻力等因素的影响 ,1958 年以来 ,南 、北港实测落潮流量分配比基本上稳定在 1 ∶1[4] 。
南支下段是长江口河势变化最不稳定的区段 ,具体表现为洲滩游移不定 (俗称扁担 沙 、中央沙 、浏河沙三沙游荡) ,动力条件复杂 ,滩槽易位 ,冲淤多变 ,尤其南北港分流口位 于此河段 ,而南支河势控制的关键则是南北港分流口的整治 。北港口门的扁担沙受横向 水流切滩产生了 3 个通道 ,南港口门则有新浏河沙包和新浏河沙 ,也有 3 个通道 ,中央沙 作为南北港分汊口的分流沙洲 ,在长期水动力作用下呈现“下移 - 上提 - 再下移”的周期
第 29 卷第 3 期
海 岸 工 程
文章编号 :100223682 (2010) 0320019209
2010 年 9 月
基于 GIS 的长江口南支下段河势 演变及稳定性分析 3
刘杜娟 ,叶银灿 ,李 冬 ,陈小玲
(国家海洋局 第二海洋研究所 ,浙江 杭州 310012)
摘 要 :借助 GIS 技术 ,对 1980 年 —2005 年间的 6 幅海图进行数字化 ,建立 D EM ,并以 0 , 2 , - 5 , - 10 m 等深线进行叠加 ,同时选取 4 个典型断面 ,从平面上和断面上对长江口南支下 段河势变化及稳定性进行分析 。结果表明 :1) 南支下段 1980 年 —2005 年间沙洲迁移 、汊道 消亡 、汊道再生 、冲淤交替 ,具体表现为 :分流沙洲冲刷下移 ,通道淤废 ;分流口上游沙体新的 通道产生 ,分流口上提 。2) 典型断面显示出下段河槽为复式河槽 ,尤其是位于中部的河槽断 面变化最为剧烈 ,其上游和下游断面河槽多年来形态相对较为稳定 。3) 较大幅度的冲刷和淤 积大都发生在滩槽交替变化且河床坡度较陡区段 。4) 径流输沙 、特大洪水 、潮流作用与科氏 力一起 ,是影响南支下段河势变迁的主要因素 。 关键词 :长江口 ;南支下段 ; GIS ;河势演变 中图分类号 : TV14 文献标识码 : A
长江口南支河段潮汐中等强度 ,吴淞 、石洞口平均潮差分别为 2. 31 和 2. 15 m ,平均 涨落潮流历时 ,吴淞为 4. 6 和 7. 9 h ,石洞口为 4. 4 和 8. 1 h[15] 。
据统计 ,大通站多年平均 (1950 年 —2000 年) 含沙量为 0. 486 kg/ m3 ,多年平均输沙量达 4. 33 ×108 t[5] 。三峡工程于 2003 年 6 月蓄水运用以来 ,对上游泥沙的拦截作用十分显著 。 2003 年 —2005 年大通站各年输沙量比多年平均分别减小 52 % ,66 %和 50 %。2006 和 2007 年长江上游枯水少沙 ,2006 大通站径流量比多年平均减少 24 % ,输沙量仅为 0. 85 ×108 t ,比 多年平均减少了 80 %[14] 。2007 年大通站径流量比多年平均减少 15 % ,输沙量为 1. 38 ×108 t ,比多年平均减少了 67 %[17] ,进入长江口河段的输沙量显著减少 。 1. 2 南支下段历史演变