人類改造下河口地貌對(duì)洪水響應(yīng)衰減機(jī)制及歸因分析

Attenuation mechanisms and attribution analysis of estuarine geomorphic response to floods under human modification

王曉光2，何厚軍，安東，張蔚

（1.水利部黃河水利委員會(huì)信息中心，450004，鄭州；2.河海大學(xué)水災(zāi)害防御全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，210024，南京）

摘要：極端洪水是驅(qū)動(dòng)河口地貌演變的關(guān)鍵自然動(dòng)力，然而人類長(zhǎng)期改造如何定量調(diào)控這一過(guò)程，學(xué)界尚缺清晰評(píng)估。2020年長(zhǎng)江口洪水峰值流量、水位雖與1998年接近一致，但其引發(fā)的地貌調(diào)整幅度卻顯著減弱。高精度水深測(cè)量顯示，2020年洪水期間深槽沖刷量較1998年減少39.5%，淺灘淤積量下降37%。基于水文數(shù)據(jù)、長(zhǎng)序列潮汐記錄及數(shù)值模擬的歸因分析表明，響應(yīng)衰減不僅與洪水歷時(shí)縮短、累積洪量減少以及18.6年天文大潮周期導(dǎo)致的潮動(dòng)力減弱有關(guān)，更主要?dú)w因于20多年來(lái)的河口工程干預(yù)及流域水庫(kù)運(yùn)行導(dǎo)致的來(lái)沙量減少。其中來(lái)沙量減少塑造了河口由整體淤積向沖刷模式轉(zhuǎn)變的大背景；河口工程則通過(guò)約束洪水歸槽、抑制漫灘水流調(diào)整泥沙分配，發(fā)揮出“促淤固灘、穩(wěn)定河勢(shì)”的作用，使地貌系統(tǒng)呈現(xiàn)“灘淤槽沖”的響應(yīng)模式，從而逐漸優(yōu)化河勢(shì)，穩(wěn)定灘槽格局，大幅降低極端洪水下的地貌演變幅度。本研究闡明了人類活動(dòng)如何改變長(zhǎng)江口動(dòng)力地貌機(jī)制，從而顯著削弱了極端洪水對(duì)河床的調(diào)整作用。研究成果不僅為歸因全球河口洪水效應(yīng)提供了普適框架，也為制定應(yīng)對(duì)水文極端事件、增強(qiáng)河口韌性的工程策略奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：極端洪水；長(zhǎng)江口；河口工程；人類活動(dòng)；地貌演變；洪水響應(yīng)機(jī)制；動(dòng)力地貌

作者簡(jiǎn)介：王曉光，工程師，主要從事水沙動(dòng)力地貌及水利信息化研究工作。E-mail：xgwang@hhu.edu.cn

基金項(xiàng)目：水災(zāi)害防御全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目“長(zhǎng)江口地貌演變主控因子及驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究”（2025491811）。

DOI：10.3969/j.issn.1000-1123.2026.08.001

研究背

河流洪水是由強(qiáng)降雨、突發(fā)融雪、冰川湖潰決以及水利工程損毀等多種環(huán)境因素引發(fā)的自然災(zāi)害。當(dāng)洪水抵達(dá)河口區(qū)域時(shí)，與風(fēng)暴潮、天文大潮及海平面上升疊加，往往引發(fā)極端復(fù)合災(zāi)難事件。根據(jù)全球?yàn)?zāi)害事件數(shù)據(jù)庫(kù)（EM-DAT），1999—2025年間，洪水造成的災(zāi)害損失在全球?yàn)?zāi)害統(tǒng)計(jì)中居首位。鑒于河口地區(qū)生活著全球約7%的人口，洪水不僅嚴(yán)重威脅基礎(chǔ)設(shè)施安全，更直接危及居民生命安全。此外，預(yù)測(cè)顯示，氣候變暖將導(dǎo)致未來(lái)河口地區(qū)洪水頻發(fā)。因此，揭示河口系統(tǒng)對(duì)洪水事件的動(dòng)力地貌響應(yīng)機(jī)制，是深入理解其長(zhǎng)期地貌演變規(guī)律、制定科學(xué)有效防洪策略的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

長(zhǎng)江口洪水的地貌效應(yīng)因流量高低而異，通常流量超60000m/s即可引發(fā)顯著河道調(diào)整，常稱為“造床流量”，超70000m/s則可促成新汊道形成。例如，1954年洪水對(duì)塑造北槽及確立現(xiàn)代“三級(jí)分汊、四口入海”格局起到關(guān)鍵作用；1998年洪水則切割新瀏河沙形成寶山北水道。然而，近20年來(lái)，洪水驅(qū)動(dòng)的河口動(dòng)力地貌機(jī)制發(fā)生了變化。特別是2003年三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)行后，長(zhǎng)江中下游洪水強(qiáng)度與頻率顯著降低，年內(nèi)分配更趨均勻，河口來(lái)沙顯著下降。受清水下泄效應(yīng)影響，河口地區(qū)主槽出現(xiàn)適應(yīng)性沖刷加深與床沙粗化。與此同時(shí)，大規(guī)模工程干預(yù)有效抵消了自然調(diào)整的不穩(wěn)定性，不僅穩(wěn)定了灘槽結(jié)構(gòu)，更維系了三級(jí)分汊布局。因此，相較1998年，現(xiàn)在長(zhǎng)江口處于自然-人類共同驅(qū)動(dòng)的全新水沙動(dòng)力環(huán)境。既往關(guān)于河口洪水響應(yīng)的研究多依賴設(shè)定流量邊界的數(shù)值模擬，或受限于洪水不可預(yù)測(cè)性的實(shí)測(cè)地形對(duì)比，且多聚焦于水動(dòng)力、灘槽演變、沖淤模式、鹽水入侵或洪水風(fēng)險(xiǎn)等方面，鮮有研究定量評(píng)估在人類工程長(zhǎng)期約束下，動(dòng)力格局的重塑如何驅(qū)動(dòng)了極端洪水下的地貌響應(yīng)衰減。

本研究通過(guò)量化1998年與2020年洪水驅(qū)動(dòng)下的長(zhǎng)江口地貌響應(yīng)差異，從徑流過(guò)程與潮汐動(dòng)力演變兩個(gè)方面，對(duì)比了陸海動(dòng)力格局的顯著差異。同時(shí)，結(jié)合上游來(lái)沙量減少導(dǎo)致河口由整體淤積向沖刷模式轉(zhuǎn)變的背景，深入剖析了河勢(shì)格局、動(dòng)力環(huán)境、工程干預(yù)及床面特征等多要素的協(xié)同作用機(jī)制，深度揭示了人類擾動(dòng)下河口洪水驅(qū)動(dòng)地貌響應(yīng)衰減的內(nèi)在機(jī)理。

研究區(qū)域概況

1.長(zhǎng)江河口基本概況

長(zhǎng)江是亞洲第一長(zhǎng)河，全長(zhǎng)6300余km，流域面積達(dá)180萬(wàn)km，滋養(yǎng)著約4.5億人口。在河流泥沙輸運(yùn)與潮動(dòng)力共同塑造下，長(zhǎng)江口已演變?yōu)橐粋€(gè)復(fù)雜的多汊道中等潮汐河口系統(tǒng)。其口門外邊界跨度約90km。持續(xù)的泥沙沉積形成了崇明島、長(zhǎng)興島和橫沙島等大型沖積島嶼，并發(fā)育了白茆沙、扁擔(dān)沙、新瀏河沙及九段沙等眾多潮灘與水下淺灘。

長(zhǎng)江口及附近水域地形示意

徑流與半日潮主導(dǎo)了河口水動(dòng)力過(guò)程，其中M分潮為主要成分。中浚站平均潮差為2.67m，大潮期間可達(dá)4.62m。多年平均年徑流量為8992億m，年均輸沙量為3.49億t。受東亞季風(fēng)控制，徑流季節(jié)分配不均，約70%的年徑流量集中在4—9月。

2.洪水事件及工程背景

過(guò)去70余年，長(zhǎng)江口歷經(jīng)1次流域性特大洪水（1954年）、2次流域性大洪水（1998年、2020年）。相似的洪水過(guò)程與其迥異的河口地貌響應(yīng)，為評(píng)估人類活動(dòng)在地貌演變中的作用提供了典型案例。

長(zhǎng)江口重大水文事件與關(guān)鍵河口工程

自20世紀(jì)90年代起，大規(guī)模工程干預(yù)（包括航道整治、圍墾工程及護(hù)灘工程等）將水流約束于河道深槽，抑制了河道自然擺動(dòng)演變。與此同時(shí)，上游梯級(jí)水庫(kù)的建成導(dǎo)致入海泥沙銳減。在上述雙重因素驅(qū)動(dòng)下，長(zhǎng)江口由1998年的動(dòng)態(tài)多汊道系統(tǒng)逐步演變?yōu)椤扒阑钡臓顟B(tài)。特別是白茆沙整治、新瀏河沙-中央沙護(hù)灘及南北槽分流口等關(guān)鍵工程布設(shè)于三級(jí)分汊節(jié)點(diǎn)，有效遏制了汊口淺灘沖刷下移并調(diào)控了汊口水沙分配。這種從“自然驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)向“工程控制”的模式轉(zhuǎn)變，為在與1998年洪水相似的動(dòng)力邊界條件下，定量評(píng)估工程結(jié)構(gòu)對(duì)洪水驅(qū)動(dòng)地貌響應(yīng)的調(diào)控效應(yīng)提供了契機(jī)

長(zhǎng)江口主要工程示意

數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

根據(jù)1998年和2003年數(shù)據(jù)、2019年和2020年數(shù)據(jù)量化1998年與2020年洪水前后地貌變化。測(cè)量范圍覆蓋長(zhǎng)江口南支主航道，水深測(cè)點(diǎn)密度為2.3～19.6個(gè)/km，該分辨率滿足河道沖淤量的計(jì)算需求。安徽省大通水文站（潮區(qū)界）的日均流量、水位數(shù)據(jù)引自《中華人民共和國(guó)水文年鑒》，佘山水文站的潮位記錄來(lái)源于國(guó)家海洋信息中心編制的《潮汐表》。

為量化評(píng)估洪水事件對(duì)河口地貌系統(tǒng)的影響，定義無(wú)量綱比值?L。依據(jù)公式（1）對(duì)主槽遷移特征進(jìn)行分類，并據(jù)此建立河道不穩(wěn)定性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，便于精準(zhǔn)識(shí)別洪水期間的地貌高敏感響應(yīng)區(qū)。

其中，?p為-10m深槽中心線的位置變化，m；為-10m河槽的寬度，m。

此外，本研究采用的二維水動(dòng)力模型已在Wang等和Zhang等之前對(duì)于長(zhǎng)江口的研究中得到充分驗(yàn)證。其模擬范圍上游延伸至大通水文站，外海邊界至124.5°E，基于深度平均的淺水方程構(gòu)建，能夠精確模擬徑流與潮汐的相互作用。模型采用非結(jié)構(gòu)化三角形網(wǎng)格，空間分辨率在40～10000m之間，在關(guān)鍵工程區(qū)域進(jìn)行了局部加密，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)為60s。上游邊界由大通站的實(shí)測(cè)日均徑流量驅(qū)動(dòng)，外海邊界則由TPXO8提取的8個(gè)主要分潮驅(qū)動(dòng)。模型驗(yàn)證結(jié)果顯示，水位、流速和流向的平均評(píng)分為0.89、0.76和0.72，能夠準(zhǔn)確模擬研究區(qū)域的水動(dòng)力特征。

研究結(jié)果

1.地貌響應(yīng)差異

長(zhǎng)江口-10m深槽位置及其橫斷面面積、-5m淺灘橫斷面面積對(duì)1998年洪水和2020年洪水的響應(yīng)情況如下。從下圖（a）可以看出，1998年洪水對(duì)主槽位置的擾動(dòng)顯著強(qiáng)于2020年，共有4個(gè)斷面的中心線橫向位移超過(guò)20%，其中白茆沙河段、南北港分汊段的擺動(dòng)幅度最大，分別達(dá)22%和37.4%，揭示出分汊口河段在極端洪水下的穩(wěn)定性較弱。下圖（b）進(jìn)一步證實(shí)，上述河段深槽過(guò)水面積顯著擴(kuò)張，增量分別達(dá)10693.7m和10629.7m，均突破10000m，表明強(qiáng)烈的沖刷重塑了河道斷面形態(tài)。此外，1998年洪水切割新瀏河沙形成寶山北水道，顯著重塑了灘槽格局。而2020年洪水影響微弱，主槽擺動(dòng)不足10%，深槽斷面面積增量小于3000m，僅輕微擾動(dòng)白茆沙頭部。統(tǒng)計(jì)顯示，兩次洪水分別累計(jì)增加深槽過(guò)水面積13815m和8355m，表明深槽沖刷效應(yīng)雖在2020年下降了39.5%，但兩場(chǎng)洪水均遵循深槽沖刷的規(guī)律。此外，1998年洪水對(duì)-5～0m淺灘的影響大于2020年洪水，橫斷面面積變化量在-4451.3～13210.3m之間波動(dòng)，其中有1個(gè)橫斷面沖刷面積超過(guò)了10000m，全河道淺灘斷面面積累計(jì)減小7394.8m，見(jiàn)下圖（c）。而2020年洪水對(duì)-5～0m淺灘橫斷面的影響較小，橫斷面面積變化量在-2428.6～2017.9m之間波動(dòng)，全河道斷面面積累計(jì)減小4660.7m兩場(chǎng)洪水對(duì)淺灘均起到促淤作用，但2020年洪水促淤作用較1998年下降37%。綜上所述，河口地貌面對(duì)兩場(chǎng)洪水均呈現(xiàn)“灘淤槽沖”的響應(yīng)特征，但2020年相較1998年衰減明顯。

河口地貌演變

2.洪水過(guò)程差異

大通水文站1998年與2020年的徑流與水位季節(jié)演變趨勢(shì)總體一致，但洪水結(jié)構(gòu)差異顯著。兩年主汛期均始于6月梅雨期，洪峰集中于7—8月。然而，1998年洪水呈現(xiàn)典型的雙峰型特征，高流量歷時(shí)漫長(zhǎng)。相比之下，2020年洪水則為單峰型，過(guò)程更為平緩且退水迅速，其退水起始日（7月13日）較1998年提前19天。在極值特征上，1998年最大流量（82300m/s）與最高水位（16.32m）分別出現(xiàn)于8月1日和2日，存在滯后。而2020年最大流量（83800m/s）與最高水位（16.27m）則同步出現(xiàn)于7月13日，呈現(xiàn)出“峰水同至”的特點(diǎn)。

1998年與2020年汛期大通水文站水文特征對(duì)比

盡管兩場(chǎng)洪水洪峰量級(jí)相當(dāng)，但高流量歷時(shí)差異顯著。1998年超造床流量（60000m/s）歷時(shí)87天，是2020年（43天）的2倍；超造汊流量（70000m/s）歷時(shí)73天，是2020年（27天）的2.7倍。洪水總量方面，1998年汛期月洪量持續(xù)偏高，總量達(dá)8552.7億m，較2020年的7323.5億m偏高14.4%。上述特征表明，相較于2020年，1998年洪水對(duì)河口系統(tǒng)施加了歷時(shí)更長(zhǎng)、總量更大的陸相動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。

3.潮動(dòng)力差異

月球交點(diǎn)周期通過(guò)調(diào)制東海天文潮振幅，影響長(zhǎng)江口外海潮汐動(dòng)力。佘山水文站長(zhǎng)序列（1972—2021年）潮位記錄顯示，平均天文潮差呈現(xiàn)顯著的18.6年振蕩特征。1998年鄰近1996年月球交點(diǎn)極大值，增強(qiáng)的月球赤緯調(diào)制作用使平均天文潮差攀升至256cm。而2020年處于2015年極大值后的多年均值階段，較弱的赤緯強(qiáng)迫導(dǎo)致潮差回落至248cm。二者8cm的潮差表明1998年由外海傳入河口的潮汐能量更大。

佘山水文站1972—2021年潮位振蕩情況

1998年較強(qiáng)的潮動(dòng)力通過(guò)增強(qiáng)潮汐增水效應(yīng)，抬升了河口全域平均水位，顯著阻滯洪水下泄。1998年累計(jì)流量比2020年高16.8%，洪峰過(guò)境期間南支沿程平均水位比2020年高0.74m。此外，1998年7—9月縱向水面比降0.0098m/km，顯著大于2020年7—9月的0.0058m/km，反映了上游高流量與下游強(qiáng)潮汐阻尼的疊加效應(yīng)，在長(zhǎng)江口南支河段形成了上頂下托的局面，加劇了防洪壓力，增加了極端洪水漫灘的風(fēng)險(xiǎn)。

1998年、2000年7—9月長(zhǎng)江口水位沿程變化

討論

1.河口地貌的累積工程效應(yīng)

1998—2020年，長(zhǎng)江口經(jīng)歷了顯著的地貌演變，凈沖刷總量達(dá)13億m，潮灘圍墾面積達(dá)615.5km。南支、南槽及北槽深泓線分別下切3.3m、2.2m和4.3m。南支0m以下河道庫(kù)容由43.2億m增至47.4億m，而-5～0m高程區(qū)間的體積占比從45.3%降至34.5%。形心水深由-7.97m加深至-9.82m，印證了“淺灘萎縮、深槽刷深”的演變趨勢(shì)。

如下圖所示，1998—2020年，白茆沙河段呈現(xiàn)“南沖北淤”格局，南水道深槽沖刷普遍超5m，北水道整體淤積超3m。受護(hù)灘堤約束，0m淺灘形成了與建筑物布置型式一致的U形。南北港分汊口處，南支主槽、新橋通道及新瀏河沙頭部沖刷深度超10m，而新瀏河沙受護(hù)灘工程影響，高灘淤積超5m。南北槽分流口以通航優(yōu)化及落潮分流調(diào)控為主，入口受疏浚影響整體沖刷，魚(yú)嘴間微淤。九段沙自1998年后受整治工程驅(qū)動(dòng)，呈現(xiàn)“高灘淤積、低灘沖刷”特征。這種“深槽沖刷、淺灘持續(xù)淤積”的格局，與20世紀(jì)90年代末以來(lái)導(dǎo)流堤、護(hù)岸及圍墾工程的時(shí)空分布高度吻合，表明人類工程干預(yù)是導(dǎo)致該時(shí)段地貌演變的關(guān)鍵因素。

分汊口河段1998—2020年沖淤分布

2.水動(dòng)力環(huán)境差異

上述時(shí)空吻合特征表明，人類活動(dòng)通過(guò)重塑水動(dòng)力環(huán)境驅(qū)動(dòng)了灘槽演變。為量化該效應(yīng)，研究基于佘山水文站潮位率定模型，模擬了汛期（4—9月）3種情景下的余流與床面剪切應(yīng)力：1998年動(dòng)力+地形、2020年動(dòng)力+地形及1998年動(dòng)力+2020年地形組合工況，以剝離工程干預(yù)的獨(dú)立貢獻(xiàn)。

1998年和2020年汛期余流與床面剪切應(yīng)力分布

在一級(jí)分汊，1998年洪水期間漫灘余流覆蓋白茆沙，最大流速為1.33m/s。2020年漫灘流幾近消失，洪水被約束于加深加寬的主槽內(nèi)。在二級(jí)分汊口，1998年漫灘水流以0.75m/s的流速橫穿新瀏河沙和扁擔(dān)沙。2020年，隨著新瀏河沙護(hù)灘堤及潛堤的建成，主流被導(dǎo)入寶山水道，漫灘流量大幅減小。在最下游分汊口，1998年江亞南沙和九段沙的余流流速為0.15m/s，2020年漫灘水流幾近消失。分流建筑物將洪水導(dǎo)入主槽，僅有少量漫灘水流。三級(jí)分汊口的工程措施逐步抑制了擴(kuò)散型漫灘流，促進(jìn)洪水經(jīng)主槽集中下泄。

與余流格局相呼應(yīng)，1998年白茆淺灘頭部及南支右岸的床面剪切應(yīng)力超過(guò)了0.2~0.9N/m的臨界閾值，最高達(dá)1.4N/m。而南水道低切應(yīng)力呈不連續(xù)分布，淺灘增加了水流阻力并阻礙洪水下泄。2020年，主槽床面剪切應(yīng)力降至0.9N/m以下，降幅約0.3N/m。在1998年動(dòng)力+2020年地形組合工況下，白茆沙和新瀏河沙的高應(yīng)力區(qū)基本消失。這種空間靶向性的干預(yù)穩(wěn)定了灘槽格局，降低了整體洪水驅(qū)動(dòng)的地貌活動(dòng)強(qiáng)度。余流場(chǎng)與床面切應(yīng)力的變化揭示了前文所述地貌系統(tǒng)的優(yōu)化趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為白茆河段洪水驅(qū)動(dòng)的淺灘淤積量與河道沖刷量分別顯著縮減了37%和39.5%。在南北港汊口段，1998年活動(dòng)淺灘附近的床面剪切應(yīng)力超過(guò)1.4N/m，而2020年主槽沿線已降至1N/m以下。下游南北槽分汊段，潮汐阻尼效應(yīng)進(jìn)一步使剪切應(yīng)力從1998年的1.2N/m降至2020年的0.8N/m以下，促使洪水流入更深的主槽，增強(qiáng)了輸水穩(wěn)定性。

3.河口床面特性分析

大通水文站懸移質(zhì)輸沙量的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)（1950—2024年）如下，年均輸沙量從4.27億t（1950—2002年，三峽水庫(kù)蓄水前）下降至1.24億t（2003—2020年，三峽水庫(kù)蓄水后），降幅約71%。年徑流量基本保持不變。作為根本性的背景驅(qū)動(dòng)因子，長(zhǎng)期的泥沙短缺促使長(zhǎng)江口由整體淤積向沖刷模式轉(zhuǎn)變，并通過(guò)兩個(gè)方面對(duì)河口動(dòng)力地貌演變產(chǎn)生持續(xù)影響：一方面，來(lái)沙量減少限制了潮灘與水下淺灘的淤積，直接導(dǎo)致2020年觀測(cè)到的淺灘淤積量下降；另一方面，持續(xù)的泥沙不足引發(fā)細(xì)顆粒泥沙的選擇性沖刷，增加河床糙率并削弱洪水挾沙能力，從而降低河道深槽沖刷強(qiáng)度。

1950—2024年長(zhǎng)江口大通水文站年徑流量和年輸沙量

為進(jìn)一步厘清長(zhǎng)江口床面粗糙度的演變特征，本文重點(diǎn)分析了長(zhǎng)江口南支、南港、北槽、口門的糙率演變。作為參照，2007年的糙率借鑒Zhu等的研究，其基準(zhǔn)值介于0.013～0.022之間。結(jié)果顯示，南支1990—2010年相對(duì)糙率增加59.8%，2010—2020年相對(duì)糙率增長(zhǎng)4.1%，見(jiàn)下圖（a）。南支以下河段1997—2010年的相對(duì)糙率演變?nèi)缦聢D（b）所示，在南港，相對(duì)糙率先增大后減小，變化幅度在20%以內(nèi)。北槽上下河段演變存在差異，相對(duì)糙率分別增長(zhǎng)59.8%和33.2%，整體均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

長(zhǎng)江口河床相對(duì)粗糙度演變

基于以下公式（2）和公式（3）的關(guān)系可得床面糙率增加，表明床沙發(fā)生了粗化，這一趨勢(shì)在陳雅望等的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)中得到證實(shí)。粗化的床沙增強(qiáng)了水流阻力，促進(jìn)了洪水期間的能量耗散，并提高了泥沙起動(dòng)所需的臨界切應(yīng)力，從而有效抑制了深槽的沖刷侵蝕。

其中是校正系數(shù)，變化范圍是0.25~0.54；₅₀是中值粒徑，m；是水深，m；是尼古拉茲粗糙度，m；是糙率，s/m

根據(jù)已有研究，深水航道整治工程施工期間，北槽上段（1997—2002年）與下段（2002—2007年）床面糙率分別增長(zhǎng)30%和11%?？⒐ず蟛诼授呌诜€(wěn)定或微降，顯示河床正向新平衡調(diào)整，印證了局部工程對(duì)施工期糙率的直接抬升效應(yīng)。相比之下，南支河段自1990年起糙率持續(xù)攀升，2010—2020年間再增長(zhǎng)5%。該趨勢(shì)與白茆沙整治及新瀏河沙-中央沙護(hù)灘工程的實(shí)施時(shí)序高度吻合，反映了工程干預(yù)對(duì)河床演變的累積驅(qū)動(dòng)作用。

4.洪水驅(qū)動(dòng)地貌響應(yīng)機(jī)制

前文的分析表明，2020年觀測(cè)到的地貌響應(yīng)減弱是水文變化（徑流、潮汐）和人類干預(yù)（大壩運(yùn)行導(dǎo)致來(lái)沙量減少和河口工程建設(shè)）共同作用的結(jié)果，其中人類干預(yù)起主導(dǎo)作用。白茆沙與新瀏河沙的形態(tài)演變即為典型例證：其地貌格局由1998年的“低矮寬闊型”轉(zhuǎn)變?yōu)?020年的“高聳狹窄型”。數(shù)據(jù)顯示，兩淺灘-10m等深線包圍面積分別縮減23.5%和60.4%，表明深槽沖刷顯著加劇，而0m高灘面積則分別擴(kuò)張16.7倍和4.4倍，印證了高灘的快速淤積。這種“深槽下切、高灘淤積”的協(xié)同演變，揭示了河口工程通過(guò)重塑泥沙輸移路徑，促進(jìn)了深槽的穩(wěn)定與淺灘的加固，從而在洪水期間有效抑制了河床的擺動(dòng)。

白茆沙與新瀏河沙1998年與2020年等深線對(duì)比

上述現(xiàn)象深刻反映了工程干預(yù)驅(qū)動(dòng)的長(zhǎng)期動(dòng)力-地貌調(diào)整機(jī)制，其核心在于顯著提升了河口系統(tǒng)的韌性，而2020年陸海動(dòng)力的減弱僅居次要地位。其中，上游大壩運(yùn)行導(dǎo)致的泥沙通量銳減是引發(fā)河口整體沖刷的根本性長(zhǎng)期驅(qū)動(dòng)因素。來(lái)沙量的顯著減少直接削弱了河口地貌對(duì)2020年洪水事件的響應(yīng)強(qiáng)度，具體表現(xiàn)為“灘淤槽沖”效應(yīng)的減弱。而20余年的結(jié)構(gòu)性干預(yù)成功構(gòu)建了“加固淺灘、定型河道”的韌性防御體系。具體而言，河口工程首先重塑了“抑制漫灘、引導(dǎo)歸槽”的水動(dòng)力格局，驅(qū)動(dòng)地貌產(chǎn)生“灘淤槽沖”的自適應(yīng)響應(yīng)，逐漸優(yōu)化河勢(shì)。同時(shí)，利用局部床沙粗化與建筑物加糙效應(yīng)，有效耗散水流能量并抬升泥沙起動(dòng)閾值，也起到了削弱地貌演變的作用。這一機(jī)制不僅強(qiáng)化了泄洪排沙效能，更顯著增強(qiáng)了河床的抗沖穩(wěn)定性，從而大幅降低了極端水文事件下的地貌波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。綜合對(duì)比表明，河勢(shì)的系統(tǒng)性優(yōu)化是2020年洪水地貌響應(yīng)減弱的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)力，陸海動(dòng)力減弱僅為輔助因素。該結(jié)果有力彰顯了靶向性工程措施在提升河口抵御極端事件韌性方面的關(guān)鍵作用。

洪水造床機(jī)制分析

盡管長(zhǎng)江口整治工程與流域水庫(kù)聯(lián)合調(diào)控在弱化極端洪水地貌響應(yīng)、穩(wěn)定灘槽格局方面成效顯著，但當(dāng)前河口仍面臨來(lái)沙持續(xù)銳減、岸灘持續(xù)沖刷、剛性工程約束過(guò)強(qiáng)、復(fù)合洪水防御能力不足以及生態(tài)保護(hù)壓力持續(xù)加大等突出問(wèn)題。鑒于此，未來(lái)需強(qiáng)化流域—河口一體化協(xié)同補(bǔ)沙與生態(tài)調(diào)度，推進(jìn)柔性化、生態(tài)化工程改造，完善多災(zāi)種耦合預(yù)警體系，在統(tǒng)籌防洪安全、河勢(shì)穩(wěn)定與生態(tài)健康的基礎(chǔ)上，建立長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與自適應(yīng)管理機(jī)制，全面提升河口應(yīng)對(duì)極端事件的韌性與可持續(xù)發(fā)展能力，為全球大河河口在人類活動(dòng)與氣候變化雙重驅(qū)動(dòng)下的地貌安全調(diào)控與高質(zhì)量發(fā)展提供示范與理論支撐。

結(jié)論

本研究定量評(píng)估了長(zhǎng)江口對(duì)1998年與2020年兩次流域性洪水的地貌響應(yīng)差異。綜合洪水過(guò)程、實(shí)測(cè)地形、潮汐數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬分析，揭示了2020年洪水地貌響應(yīng)減弱的內(nèi)在機(jī)制與主要原因，主要結(jié)論如下。

①地貌演變顯著減弱：盡管兩次洪水峰值流量與水位相當(dāng)，但2020年地貌演變強(qiáng)度卻顯著減弱，深槽沖刷量與淺灘淤積量分別削減39.5%和37%，主槽擺動(dòng)不足10%。雖同呈“灘淤槽沖”格局，但2020年調(diào)整幅度顯著減小，反映出河口系統(tǒng)對(duì)極端水動(dòng)力擾動(dòng)的敏感性大幅降低。

②工程干預(yù)主導(dǎo)機(jī)制：大壩運(yùn)行引發(fā)的來(lái)沙量下降，為河口從淤積向整體沖刷的背景轉(zhuǎn)變提供了基礎(chǔ)。河口工程通過(guò)將洪水限制在深槽內(nèi)、限制漫灘擴(kuò)散并調(diào)節(jié)泥沙再分配，發(fā)揮了引導(dǎo)作用，從而逐步優(yōu)化了河勢(shì)。相比之下，洪水歷時(shí)縮短、洪量減小與潮汐動(dòng)力減弱起次要作用。

③新動(dòng)力地貌機(jī)制確立：十年尺度工程干預(yù)構(gòu)建了“加固淺灘、定型河道”的新機(jī)制，通過(guò)逐步優(yōu)化河勢(shì)，提升主槽水沙輸移效率，并借助床面粗化與糙率增加耗散能量、提高起動(dòng)閾值，顯著削弱了洪水造床能力與河床活動(dòng)性，確保河口在極端洪水事件中維持灘槽格局穩(wěn)定。

Abstract: Extreme floods are critical natural drivers of estuarine geomorphic evolution. However, how long-term human modifications quantitatively regulate this process remains poorly understood. Although the 2020 flood in the Yangtze Estuary exhibited peak discharge and water levels comparable to the 1998 event, the resulting geomorphic adjustment was significantly reduced. High-resolution bathymetric surveys indicate a 39.5% reduction in deep-channel scouring and a 37% decline in shoal deposition during the 2020 flood. Attribution analysis, integrating hydrological data, long-term tidal records, and numerical modeling, reveals that this dampened response stems not only from shortened flood duration, reduced cumulative flood volume, and weakened tidal dynamics (associated with the 18.6-year nodal cycle), but more critically from reduced sediment supply driven by upstream reservoir operations and over two decades of estuarine engineering. While reduced sediment supply has shifted the estuary’s baseline state from net accretion to erosion, estuarine engineering has stabilized the river regime by confining flows to the main channel and inhibiting overbank flow. This promotes a “shoal accretion and channel scouring” pattern, thus optimizing the river regime, stabilizing the shoal-channel configuration, and significantly reducing geomorphic changes during extreme floods. This study clarified how human activities altered the morphodynamic mechanisms of the Yangtze Estuary, significantly weakening the bed adjustment induced by extreme floods. These findings provide a general framework for attributing flood impacts in estuaries worldwide and offer a scientific basis for engineering strategies to enhance resilience to hydrological extremes.

Keywordsextreme flood; Yangtze Estuary; estuarine engineering; human activity; geomorphic evolution; flood response mechanism; morphodynamics

本文引用格式：

王曉光，何厚軍，安東，等.人類改造下河口地貌對(duì)洪水響應(yīng)衰減機(jī)制及歸因分析[J].中國(guó)水利，2026（8）：1-10.

封面供圖上海市水務(wù)局

責(zé)編劉磊寧

校對(duì)楊文杰

審核張瑜洪

監(jiān)制馬穎卓

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