三峡工程对长江河口-三角洲动力沉积过程和地貌演化的影响

近年来长江入海泥沙急剧减少，长江口环境正在发生显著变化。对于举世瞩目的三峡工程对长江口动力沉积过程和地貌演化的影响，尚无定量性评价，争议颇多。本项目拟从水沙质量守恒原理和长江水沙输运规律出发，模拟"无三峡工程运行"的假定情景下从水库到河口的沿程水沙输送，将模拟值与实测值对比，从而定量评价三峡工程对入河口水沙通量的影响；在高密度、长时间序列的长江口-三角洲悬沙浓度、地貌冲淤、沉积物粒径及其影响因素综合分析的基础上，提取河口-三角洲动力沉积地貌过程对流域入河口水沙变化响应的信息；进而结合三峡工程对入河口水沙影响的评价结果，剥离三峡工程对河口-三角洲动力沉积地貌过程变异的贡献，以定量评价三峡工程对长江口-三角洲动力沉积地貌的影响。研究成果将为科学客观地评价流域大型水利工程对河口-近海环境的影响提供一个重要的典型案例，丰富陆海相互作用的理论，并为长江流域-河口三角洲的协调发展和管理提供科学依据。

三峡工程是世界上最大的水利枢纽工程，它对自然环境的影响受到国内外高度关注。如何从众多的影响因素中剥离出三峡工程的影响是一个难题。本项目通过三峡工程前后系统现场观测和资料分析，研究了三峡工程对长江河口-三角洲沉积地貌的影响。建立了基于水沙质量守恒和水沙运动规律的经验模型，模拟了"无三峡工程"的假定情景下从三峡水库到长江河口的沿程水沙输送，将模拟值与实测值对比，从而定量评价了三峡工程对入河口水沙通量的影响；在高密度、长时间序列的长江河口-三角洲悬沙浓度、地貌冲淤、沉积物粒径及海洋动力综合分析的基础上，提取了河口-三角洲沉积地貌对流域入河口水沙变化响应的信息；结合三峡工程对入河口水沙影响的研究结果，评价了该工程在河口-三角洲沉积地貌演化中的贡献。研究发现，三峡工程运行拦截了80%的上游来沙，“清水下泄”引起的坝下游河床侵蚀只补充了约1/3的损失在三峡水库中的泥沙量，从而导致入河口泥沙通量（相对于"无三峡工程"情景）锐减（1.13亿吨/年）。在近几十年长江入河口泥沙通量的总下降中，三峡工程的影响约占3成；而在三峡工程运行以来的入河口泥沙通量下降中，它的影响约占7成。三峡工程对入河口径流量的影响主要表现在季节性和事件性（洪-旱）调蓄方面，而对年径流量的影响很小（除了2003、2006和2008三期蓄水影响为1%~2%外，其它年份的影响小于1‰）。近二十年长江口及其邻近海域悬沙浓度平均下降约25%，其中约7~8成归因于三峡工程的影响。尽管长江水下三角洲的地貌响应存在空间差异，但总体上在三峡工程运行之际出现淤-蚀转型，即淤-蚀临界泥沙通量（约2.9 亿吨/年）位于工程前、后阶段的入河口泥沙通量之间，说明三峡工程加剧了三角洲侵蚀。侵蚀导致表层沉积物出现“粗化”。淤-蚀转型的根本沉积动力机制是波流耦合剪切应力远大于沉积物的临界侵蚀剪切应力（与密西西比三角洲形成鲜明对比），以及悬沙浓度下降导致沉降通量小于侵蚀通量。成果丰富了陆海相互作用理论。