1972—2013年杭州湾北岸金山深槽演变特征与稳定性分析

郑璐，张伟，王军*，何晓峰

(1.华东师范大学 地理科学学院，上海 200241；2.华东师范大学 地理信息科学教育部重点实验室，上海 200241；3.上海石化海堤管理所，上海 200540)

1972—2013年杭州湾北岸金山深槽演变特征与稳定性分析

郑璐1，2，张伟3，王军1，2*，何晓峰3

(1.华东师范大学 地理科学学院，上海 200241；2.华东师范大学 地理信息科学教育部重点实验室，上海 200241；3.上海石化海堤管理所，上海 200540)

运用GIS技术对1972-2013年金山深槽的冲淤特征、演变机制及稳定性进行分析，结果表明：(1)长期来看，15 m深槽区以冲刷为主，冲刷区占总面积的88.05%，冲刷量(120.35×106m3)远大于淤积量(3.76×106m3)，年均净冲刷速率为7.46 cm/a；深槽整体向纵深发展，纵长增加了7.34 km，展宽增加近1 km，且有明显向南展宽趋势；抗冲刷沉积层使得深槽在强潮冲刷下具有一定的稳定性，平均和最大深度波动幅度较小，平均深度维持在21.01～23.59 m，最大深度在46.90～51.00 m间且分布集中。(2)短期来看，特定地形条件下的冲淤变化明显受人类活动所致水沙变化的影响。2002-2012年，年均净冲刷速率高达22.14 cm/a，2012-2013年，冲淤基本平衡。(3)基于15 m、20 m、25 m深槽区中轴线摆动幅度的稳定分析可知，深槽大部分区域处于稳定状态，稳定区范围均占65%以上，但在第6次围堤西侧和城市沙滩前处于不稳定状态，摆动幅度较大，建议加强附近水文监测以及海堤安全评估。

杭州湾；金山深槽；时空演变；稳定性分析

1 引言

杭州湾北岸位于上海南翼，东临东海，西有钱塘江注入，并聚集有上海石油化工股份有限公司和化学工业等多个支柱和高新技术产业，对上海甚至全国经济发展发挥着重要作用。金山深槽是杭州湾喇叭状强潮河口北岸形成的涨潮槽[1]，是河口湾重要的水下地貌类型，平均水深超过22 m，离岸较近，其向岸摆动会对沿岸产生安全威胁，也影响到新港口建设、海上运输等经济活动，因此对金山深槽的演变特征与稳定性进行研究具有重要意义。

许多学者对杭州湾北岸的冲淤变化进行了研究。曹沛奎等[2]利用动力、地貌和沉积相结合方法分析杭州湾北岸冲刷槽特征、水流结构和泥沙输移过程，指出冲刷槽纵向延伸和垂向增深较小，处于基本稳定状态。倪玮等[3]基于杭州湾大范围潮流数值模拟结果，从河口边界形态、水下地形、外海潮型等方面，探讨影响杭州湾北岸深槽的潮流动力要素，发现自然及人为因素对深槽的塑造存在影响。谢东风等[4]也对杭州湾长期的演变特征进行了研究。这些研究对分析金山深槽演变特征、稳定性等具有重要意义，但金山深槽作为杭州湾重要的构成部分，其长期的演变规律是什么？稳定性如何？需要利用长期资料进行系统研究。

本文基于金山深槽40多年的实测地形数据，围绕以上两个科学问题开展如下研究：(1)金山深槽冲淤强度分析；(2)金山深槽重点断面冲淤特征分析；(3)金山深槽空间形态演变分析；(4)从地质地貌、水文泥沙和人类活动3方面，对金山深槽演变机制进行探讨；(5)基于15 m、20 m、25 m深槽区中轴线摆动幅度对深槽进行稳定性评估。

2 研究区概况

杭州湾北岸是长江三角洲南缘的组成部分，一方面受长江下泄泥沙的影响，三角洲迅速向东延展，杭州湾北岸岸线不断东进，向漏斗状海湾转化；另一方面，湾口地形改变使外海潮流愈益受到约束，湾内潮动力增强，又引起湾内地形的改变。东海潮波主要分南、中和北3股涌入湾内，南股经镇海和大鱼山间水道自东南向西北沿庵东滩地入湾；中股于大鱼山和崎岖列岛间的海域向西进入湾内；北股则经由大衢山和嵊泗间水道，经崎岖列岛，贴杭州湾北岸入湾。在强劲的潮流作用下，金山以西沿岸依次发育着金山、全公亭、乍浦和秦山等一系列深槽，全公亭深槽可以作为金山深槽延续部分[2](图1a)。

东海潮波在大、小金山间不断辐集，潮波变形、潮差增大，涨潮流辐聚，在狭道水流涡动作用下，下切海床形成金山深槽(研究范围为15 m以深深槽区，东起大、小金山，西至沪浙交界处的白沙湾)。深槽主体由多个深潭串连而成，主槽线大致呈E-W方向，与涨落潮流方向一致(见图1b)。明嘉靖年间，深槽西端尚未越过金山嘴正南。嘉靖以后，深槽随着潮势的增强不断向西伸展。至清雍正、乾隆年间，伸展至金山卫前沿。1931年，20 m深槽区由金山卫伸展至戚家墩前沿，1953年越过金山滩嘴，1972年又向西延伸1 km。1972年以来，上海石化围堤、南汇滩的促淤工程、兴建水库等人类活动对自然环境的干扰较大，对金山深槽的演变和稳定性有深刻的影响。至2013年，15 m深槽区全长约16.76 km，宽度2.22～4.20 km，面积约38.06 km2，平均水深22.63 m，最大水深51 m，离岸最近约300 m，0～20 m滩坡坡度1∶35，20～45 m最大坡度1∶8.4，深槽临岸，岸坡陡峻，其演变和稳定性备受关注。

图1 金山深槽位置、地形图和杭州湾北岸岸线变迁1)Fig.1 Location and topography of the Jinshan Trough and changes of coastline in the north shore of Hangzhou Bay①第1次围堤；②第2次围堤；③第3次围堤；④第4次围堤；⑤第5次围堤；⑥第6次围堤①The first levee;②the second levee;③the third levee;④the fourth levee;⑤the fifth levee;⑥the sixth levee

1) 恽才兴，虞志英，胡方西，等. 上海石化前沿金山深槽及岸滩稳定性研究(研究报告)，2002.

3 数据与方法

文中使用的1972、1982、1992、2002、2012和2013年近岸水下地形及测站点水文泥沙数据由实测获得。地形数据基准面为理论最低潮面，以ArcGIS10.1软件为支撑，采用Kriging空间插值方法(栅格单元大小10 m×10 m)，利用3D Analyst和Spatial Analyst模块对地形数据等进行分析，具体包括冲淤面积、冲淤量、冲淤速率、等深线以及6个典型断面的形态分析等；在稳定性分析时利用Data Management Tools工具集，在研究区绘制845个等距平行线，平行线被15 m、20 m、25 m等深线截得线段的中点即为等深线包络区的中轴点，中轴点集构成中轴线，依据中轴线摆动幅度进行稳定性评估。由于1972年上海石化开始围堤建设，沿岸涉水工程先后完工，1972-2013年间岸线变化，为便于对比研究，统一采用2013年岸线。

4 研究结果

4.1 金山深槽冲淤强度分析

通过GIS构建的地形数字高程模型(DEM)，对1972-2013、1972-1982、1982-1992、1992-2002、2002-2012和2012-2013年金山深槽冲淤变化特征进行分析。按冲淤强度，划分3类冲淤区：冲刷区(冲刷强度大于0.5 m)、淤积区(淤积强度大于0.5 m)和冲淤稳定区(冲淤强度在±0.5 m间)，统计了冲淤特征数据(表1)，并绘制了6个时段的冲淤变化图(见图2)。

表1 15 m以深金山深槽冲淤特征统计Tab.1 Statistics of erosion-accretion characteristics of the Jinshan Trough deeper than 15 m

注：负值表示冲刷，正值表示淤积。

1972-2013年，深槽以冲刷为主，淤积与冲刷区面积比为0.06，冲刷区占总面积的88.05%，冲刷量(120.35×106m3)远大于淤积量(3.76×106m3)，年均净冲刷速率为7.46 cm/a(表1)。深槽整体向纵深方向发展，尤其西侧15 m以深区均为强冲刷区(大于3 m)，且有向南冲刷趋势；深槽东侧近岸有延伸向城市沙滩码头东侧的冲刷区，且冲刷范围延伸至15 m等深线以浅区域，东南部大小金山间延伸出的大片冲刷区与西部冲刷区几乎相连于一体(见图2a)。

其间，1972-1982年，深槽以淤积为主，淤积与冲刷区面积比为1.60，淤积区占总面积的51.63%，淤积量(36.90×106m3)大于冲刷量(17.36×106m3)，年均净淤积速率为8.63 cm/a(表1)。深槽西部延伸区以强冲刷为主，中部和大小金山间大部分区域以淤积为主，冲刷区零星分布(见图2b)。

1982-1992年，深槽以冲刷为主，淤积与冲刷区面积比为0.24，冲刷区占总面积的70.01%，淤积量(12.60×106m3)小于冲刷量(54.05×106m3)，年均净冲刷速率为12.53 cm/a(见表1)。深槽西侧冲刷出15 m以深的槽沟，与东侧深槽几乎相连；码头前和近岸一侧15 m等深线附近为强冲刷区，中部和大小金山附近冲刷淤积区交错分布，南侧主要为弱冲刷区(图2c)。

1992-2002年，深槽以冲刷为主，冲刷与淤积区面积比为0.71，冲刷区面积为12.07×106m2，占总面积的43.64%，东侧冲刷区冲刷强度较大，淤积量(16.80×106m3)小于冲刷量(54.69×106m3)，年均净冲刷速率增加为13.70 cm/a(见表1)。金山深槽在近岸一侧15 m等深线附近为强淤积区，西部和大金山西南侧为强冲刷区(图2d)。

2002-2012年，深槽处于冲刷状态，淤积与冲刷区面积比为0.04，冲刷区面积为33.35×106m2，占总面积的87.19%。淤积量(2.09×106m3)远小于冲刷量(86.79×106m3)，年均净冲刷速率高达22.14 cm/a(见表1)。深槽区域普遍冲刷，且冲刷强度较大(图2e)。

2012-2013年，深槽冲淤基本平衡，淤积与冲刷区面积基本相当，冲淤稳定区面积为22.72×106m2，占总面积的60.22%，淤积量(6.99×106m3)和冲刷量(7.46×106m3)相当，年均净冲刷速率为3.26 cm/a(见表1)，强冲淤区零散分布(图2f)。

4.2 金山深槽断面冲淤特征分析

为了深入分析深槽的冲淤特征，设置5个平行等距的横向断面和1个纵向断面(见图1)，Ⅰ～Ⅴ断面起点为岸堤，Ⅵ断面起点为深槽西端。断面Ⅰ处(见图3a)，2002年冲刷至15 m以深，2012年深槽两侧拓宽，底部持续下切，2013年底部稍有回淤，整体上冲刷展宽加深；断面Ⅱ处(见图3b)，深槽向南冲蚀展宽，离岸1 500～2 500 m处冲刷剧烈，断面由1972年的“凸”型，冲刷为2012年“凹”型，底部不断下切加深，深槽近岸一侧坡度变陡，2002年后深槽主轴南偏；断面Ⅲ处(图3c)冲淤基本平衡，断面形态变化不大，底部和南侧稍有冲刷；断面Ⅳ处(图3d)，深槽有向南拓宽加深趋势，近岸一侧断面形态基本一致，2012年稍有冲刷，离岸一侧冲淤变化频繁，断面形态波动较大，尤其是2002-2012年冲刷较为剧烈；断面Ⅴ处(图3e)，深槽基本上冲刷加深，尤其是南侧冲蚀厚度较大，且主轴南偏；断面Ⅵ处(图3f)，深槽整体冲蚀加深，逐渐向西拓展延伸，纵向延伸方向有4个串联的槽沟，其中大、小金山间近50 m的槽沟冲淤变化频繁且整体以冲刷为主。

图3 金山深槽不同断面处冲淤特征分析Fig.3 The erosion-accretion characteristics of cross sections of the Jinshan Trough

4.3 金山深槽空间形态演变分析

1972年，上海石化开始建设海堤，人工节点未形成，25 m以深区统一成槽，深槽有向岸发展趋势，出现西侧贴岸正东方向延伸的北支槽，深槽范围较小，平均深度为23.59 m，最大纵长9.42 km，延伸至第6次围堤最西端，容积为2.10×108m3(图4a，表2)。1982年，随着石化围堤的建成，挑流作用促使水流偏向南支槽，南边坡不断向外推移，南支槽向西延伸，北支槽萎缩，宽度变窄，不同等深线包络面积不同程度的减少(图4b，图5)，平均深度为22.46 m，容积减少为1.81×108m3(见表2)。1992年，深槽明显向西南延展，6次围堤前两个35 m槽沟几乎相连，不同等深线包络面积显著增加(图4c，图5)，15 m等深线包络的面积增加近10×106m2，平均深度减小为21.01 m，容积增加为1.99×108m3(见表2)。2002年，30 m等深线统一成槽，北支槽逐渐萎缩，但东侧向南冲刷且大金山岛西南侧冲刷出25 m槽沟，容积增加为2.14×108m3(图4d，表2)。2012年，深槽向西南延展，15 m等深线贯通整个研究区域，不同等深线包络面积均增加(图4e，图5)，容积增加近1×108m3(见表2)；与2012年相比，2013年深槽未发生明显的变化(图4f)。长期来看，深槽纵长由1972年的9.42 km增加到2013年的16.76 km(见表2)，展宽增加了近1 km；平均深度和最大深度波动幅度较小，平均深度维持在21.01～23.59 m，最大深度范围较为集中，基本分布在第6次围堤东侧前约900 m的范围内，维持在46.90～51.00 m，容积基本呈增加趋势。总之，40多年来，金山深槽不断向纵深方向发展，且向南展宽。局部深潭增深和纵向延伸，是水动力和边界条件相互作用的反映，东段30 m以深深潭仍在发展，说明涨潮槽发育趋势尚未减弱。

图4 各年份深槽地形图Fig.4 The topographic maps of JinshanTrough in different years

表2 15 m以深深槽几何形态指标Tab.2 Geometrical morphology indexes of the Jinshan Trough deeper than 15 m

注： 2012和2013年深槽最大纵长和展宽是测量范围内的统计结果。

2) 虞志英，李身铎，张伟，等. 上海石油化工股份有限公司三次围堤保滩加固工程海床稳定性分析研究(研究报告)，2006.

图5 金山深槽不同等深线包络面积Fig.5 The envelope areas within different isobaths of the Jinshan Trough

5 讨论

5.1 金山深槽演变机制分析

5.1.1 地质地貌因素

金山深槽的发育除特定的地形、水流条件外，还与所在沉积地层存在着密切关系。据金山地质钻孔揭示，深槽穿越的地层为长江三角洲相和浅海相的沉积地层，在深槽两侧，由表层向下近60 m的沉积层，可分为5层(见表3)，第3层的陆相暗绿色、黄褐色亚黏土层具有较好的抗冲刷能力，虽然深槽已经切过此层，但对深槽的扩展和稳定仍然起着良好的屏障作用，在海运码头前已被黄色亚砂土替代，抗冲性较差；第4层的滨海相黄色粉细砂层，对深槽边坡维护极为不利，并引起槽内冲淤频繁交替；第5层沉积时期较早经水下密实作用，具有较强抗冲性，目前制约着深槽内局部深潭下蚀的极限深度。因此深槽沿线穿越的上述海底沉积层中，以上更新统上部的陆相黄绿色亚黏土层及上更新统中部的滨海相灰色亚黏土层为主要边界层，是控制着深槽横向摆动及下切深度的主要地层。深槽北侧岸线相对稳定，这与水流的长期稳定及沉积地层上存在着上更新统陆相硬黏土层的保护作用有关2)。金山深槽发育历史悠久，深厚沉积层是其发育的地质基础。

5.1.2 水文泥沙因素

水文方面，杭州湾的强潮水动力条件是金山深槽发育的基本动力。石化前沿水域属于非正规浅海半日潮流性质，具有明显往复性，主要成逆时针方向旋转，表层东部具有明显涨潮优势性质，愈往东及深槽边缘区愈明显，西部有落潮优势流性质，分界线大致在第6次围堤近岸水域，底层涨潮优势流向西延伸的范围比表层远2)。近岸潮流流向与岸线相近，涨落潮主流方向基本上顺岸在一条直线上，仅在凸岸处涨落潮主轴向有一交角(见图1b)。随着水深的增加，流速相应地增加，深槽边缘流速大于近岸区，且深槽水深较大，垂向流速变化明显，表层流速最大，向下减少(见表4)。潮波进入浅海后，水深变浅，摩擦力增大，由于相位差异分潮波变形导致潮流不对称[5—6]，杭州湾外宽内窄的地形进一步加剧这种趋势，造成落潮历时总体上大于涨潮，深槽西部(9401站)比东部(9406站)更明显(见表5)。一般，涨潮流在河口深槽区加强，在浅水区落潮流占优势[7]。金山深槽延伸段均为涨潮流速大于落潮流速，而在近岸区部分水域出现落潮流速大于涨潮流速(见表4)。在广泛潮间带河口，优势流会产生变化，通常在河口形成一个涨潮槽以抑制落潮槽的进一步发展[8]。1983年，全公亭深槽尾部测站点显示落潮最大流速为1.99 m/s，涨潮最大流速为1.88 m/s，为落潮流占优势2)，金山深槽及其上游沿滩坡伸展的全公亭深槽，很可能与以上机制有关，有待深入研究。

表3 金山深槽沉积地层Tab.3 The sedimentary stratum of the Jinshan Trough

表4 2006年金山水域测站分层平均流向、流速[流速：m/s，流向：(°)]Tab.4 The average tidal current velocity and speed at each layers’ stations in Jinshan waters in 2006 [velocity：m/s，direction：(°)]

表5 金山水域涨、落潮流历时平均值(大潮)Tab.5 The average duration of ebb/flood tidal current in Jinshan waters

金山深槽附近海底表层沉积物主要有3种类型：粉砂质砂和粉砂在深槽及其西部范围内，沉积物粒径较粗；泥质粉砂沉积在深槽东部和南部，其细物质来自长江口泥沙扩散[9]；粉砂质和粉砂质泥主要分布在滩坡上，受潮流和风浪作用，颗粒偏粗，分选较好。表层沉积物分布反映水动力的强弱和泥沙来源，深槽内的粗物质主要来自于本区地层的沉积物2)。由于水动力条件复杂，宽浅的河槽和岸坡由疏松的轻亚黏土和粉砂组成，使得深槽产生大冲大淤的变化，北岸深槽自形成以来，基本上向纵深方向发展，尤其是深槽西部的粉砂质砂、粉砂，抗冲刷能力较弱，在长时间强劲水流作用下，将砂粒掀动，随潮流向西搬运，深度加深，在海床上形成潮流脊、沙坡等微地貌，微地貌是海岸带动力地貌过程的重要指标[10]，在一定程度上反映了流场水动力和泥沙条件，赵宝成[11]利用旁侧声纳图像和多波束水下地形测量揭示的金山深槽水下微地貌分布以及其指示的海床侵蚀分布与文中图2和图4所反映的地貌类型及冲淤特征较为一致。

由于三峡水库拦沙、长江上游水土保持、人工采沙及中游河道泥沙淤积等因素，长江输沙量明显减少，大通站1972-1982、1982-1992、1992-2002和2002-2012年的平均输沙量分别为4.44、4.05、3.09和1.51亿吨，流域来沙量显著减少。2000年以来，影响金山深槽冲淤的宏观自然因素主要是长江口下泄泥沙的减少。另外，受大面积促淤拦沙造地工程影响，如南汇边滩从1994-2004年先后实施的大规模圈围促淤造地工程，圈围高程一般在0 m低滩线上，2004年的临港圈围工程围堤线落在-2 m潮下带浅滩上，更间接地减少了输入杭州湾的泥沙量。金山水域涨潮平均含沙量一般大于落潮(表6)，涨潮槽为上游输沙通道，常态下的补沙机制丧失时，灾变性补沙的变率增大，造成深槽区强冲刷。

表6 1994年金山水域含沙量Tab.6 Sediment concentration of Jinshan waters in 1994

5.1.3 人工围堤和码头建筑物的影响

金山海岸历史上属侵蚀型海岸，岸线变化较大(见图1a)，直至清代后期道光年间筑戚家墩盘头坝，形成人工节点，才使一直后退的海岸趋向稳定(见图1b)。1972-1980年，上海石化完成了1、2次围堤工程，使向海凸出点由戚家墩向西南方向移动2.6 km，形成新的人工节点，由于工程位于老海堤以内，影响范围局部，1972-1982年深槽以淤积为主。1980-1990年，第3、4、5、6次围堤相继完成，石化岸线外推1 200～1 600 m，戚家墩以西石化岸段形成另一条新的人工岸线，其走向与金山深槽走向基本一致，很大程度上制约了深槽的横向向岸摆动，在节点西移过程中，小金山北股流也向西南方向偏转，与通过金山门的南股流汇合，补充南股流能量，加强水流涡动，增强对海底冲刷作用。对深槽地形的影响主要表现为1982-1992年的深槽面积扩大，15 m等深线明显向西南扩展，深槽以冲刷为主。1992-2002年，围垦工程的影响削弱，深槽大范围淤积内缩，但东侧潮流冲刷强度大，冲刷量仍较大。近年来石化东侧金山城市沙滩圈围工程的建设，引起东部岸线凸出，出现了新的人工节点，引起近岸潮流强度的变化，导致石化围堤至城市沙滩围堤前沿的冲刷，再加上长江来沙量减少，2002-2012年深槽的普遍强冲刷，金山深槽由淤积转为冲刷，这与前人研究结果一致[12]。2012-2013年，随着海床的不断调整，冲刷减弱，冲淤基本趋于平衡。

1983年经八路以西先后修建大小化工码头，码头栈桥头长1 050 m，至水深8.5 m处。1990年，化工小码头西100 m外建一座电厂煤码头，引桥长1 556.6 m，至水深11.7 m处，1995年又修建化工码头一座。码头工程引起局部地形变化，如第5次围堤前的码头建设，导致水流绕行，加强对码头前海床的冲刷，15 m等深线绕过码头，但码头前开始出现冲刷槽(见图4e和4f)。

上海石化厂6次围堤和码头建设等海岸工程，一方面使局部地形改变，如深槽北支槽的逐渐消亡(见图4)等，另一方面，人为边界条件的固定使得深槽区潮流流路束窄，北岸水流流向较为稳定，对深槽地形的影响表现为，深槽北岸及中部(断面Ⅲ)地形的较稳定状态(见图3)。但是，由于围堤等工程，会导致流道缩窄，潮波变形加剧、涨潮历时缩短、高潮位抬升[13]和潮流流速增加。边界条件改变[14]致使水流流路及其强度的改变，必然引起堤外潮波的能量分配与潮不对称性特征重塑，使地形处于频繁动态变化中，如深槽西侧和东南侧的冲淤变化(见图3)。

5.2 金山深槽稳定性分析

深槽稳定性受自然与人为因素的影响，其中，主要因素为人类活动。除本区域的因素外，杭州湾大环境变化的影响也不可忽视，如长江三峡、南水北调工程引起长江入海泥沙量减少导致的海岸侵蚀，南汇围滩造陆及跨海大桥建设对杭州湾北部海床的影响等。一旦稳定性遭到破坏，深槽将通过调整冲淤、空间形态等以获得新的平衡。根据深槽特性(海床物质组成、自然或人为控制节点、水文、泥沙等)，调整可能会扩展至相邻的全公亭和乍浦深槽等。

由图5可见，长期来看，不同等深线包络面积呈增加趋势。15 m、20 m和25 m深槽区1972年来已统一成槽，与其他等深线变化趋势基本一致，且15 m、20 m和25 m等深线包络面积较大，可以反映出深槽整体长期位置和范围等的稳定性变化。在不考虑海平面上升、风暴潮等极端情况下，通过对6个年份15 m、20 m和25 m深槽区中轴线摆动幅度的统计分析(见表7)，对深槽稳定性进行定性和定量的评估(见图6)。

图6 金山深槽稳定性评估Fig.6 Stability evaluation of the Jinshan Trough

表7 基于15 m、20 m、25 m深槽区中轴线摆动幅度的深槽稳定性分析Tab.7 Stability analysis of trough based on the central axis’ swing amplitude of trough deeper than 15 m，20 m and 25 m

由于水沙处于动态中，稳定状态下的深槽也会在一定范围内摆动，但在外界条件发生较大变化时，稳定性就会被打破，中轴线会摆动偏离平衡位置，故将各深槽区摆动最小值与平均值构成的区间规定为深槽的稳定区间；由于15 m、20 m、25 m等深线离岸距离最近约为300 m，故将摆动范围在平均值和300 m之间的定为较稳定区间；摆动值大于300 m的定为不稳定区间。15 m深槽区中轴线摆动范围为0.16～908.43 m，平均值为94.93 m，值数共有3 316个，在稳定区间的占68.78%，较稳定区间的占24.34%，不稳定区间的占6.88%，主要集中分布在第3、4、5次围堤前，1972-1982、1982-1992、2002-2012年向岸摆动，1992-2002年离岸摆动。20 m深槽区中轴线摆动范围为0.10～570.41 m，平均值为70.63 m，值数共有2 351个，在稳定区间的占67.21%，较稳定区间的占28.92%，不稳定区间的占7.66%，主要分布在城市沙滩前和第6次围堤前：城市沙滩前有向岸摆动和深槽南侧的离岸摆动，主要是因为城市沙滩近岸有延伸向码头东侧的冲刷槽，导致1982-1992、2002-2012年有向岸摆动，深槽向南展宽，2002-2012年离岸摆动；第6次围堤前主轴线随着深槽向西南扩展离岸摆动。25 m深槽区中轴线摆动范围为0.11～420.11 m，平均值为52.57 m，值数共有2 206个，在稳定区间的占65.41%，较稳定区间的占34.18%，不稳定区间的占0.41%。可见，深槽大部分区域处于稳定状态，但第6次围堤西侧和城市沙滩前处于不稳定状态，摆动幅度较大，应加强附近水文监测以及海堤安全评估。

6 结论

利用1972、1982、1992、2002、2012、2013年水下实测地形数据，分析在杭州湾复杂水沙条件下，金山深槽近40余年的冲淤演变特征、演变机制及稳定性，结论如下：

(1)长期来看，1972-2013年，深槽淤积区与冲刷区面积比为0.06，冲刷区占总面积的88.05%，以冲刷为主，冲刷量(120.35×106m3)远大于淤积量(3.76×106m3)，年均净冲刷速率为7.46 cm/a，深槽整体向纵深发展，且有向南展宽趋势。短期来看，深槽的冲淤变化复杂，尤其是2002-2012年，年均净冲刷速率高达22.14 cm/a，2012-2013年，冲淤基本平衡。由6个断面的冲淤特征可见，金山深槽整体上下切加深，在断面Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ处向南展宽，并向西冲刷伸展。

(2)深槽的空间形态分析中，深槽纵长由1972年的9.42 km增加到2013年的16.76 km，增加了7.34 km，展宽增加近1 km；平均和最大深度波动幅度较小，平均深度维持在21.01～23.59 m，最大深度范围较为集中，基本分布在第6次围堤东侧前约900 m的范围内，维持在46.90～51.00 m，深槽的容积基本呈增加趋势。金山深槽的发育与所在沉积地层存在着密切关系，也受特定的地形、水沙条件、人工围堤、码头工程、促淤造地工程、水库拦沙等的影响。

(3)深槽稳定性分析中，15 m、20 m、25 m深槽区中轴线摆动值在稳定区间的均在65%以上，深槽大部分区域处于稳定状态，但在第6次围堤西侧和城市沙滩前处于不稳定状态，摆动幅度较大，应加强附近水文和海堤安全监测。

致谢：本文在写作过程中得到了华东师范大学河口海岸学国家重点实验室虞志英教授、华东师范大学地理科学学院许世远教授、陈振楼教授的悉心指导，也感谢审稿专家对稿件提出宝贵修改意见，在此致以诚挚感谢!

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The evolution characteristics and stability analysis of Jinshan Trough in the north shore of Hangzhou Bay during 1972 to 2013

Zheng Lu1，2，Zhang Wei3，Wang Jun1，2，He Xiaofeng3

(1.SchoolofGeographicSciences，EastChinaNormalUniversity，Shanghai200241，China; 2.KeyLaboratoryofGeographicInformationScienceofMinistryofEducation，EastChinaNormalUniversity，Shanghai200241，China; 3.ShanghaiPetrochemicalComplexSeawallManagement，Shanghai200540，China)

The erosion-accretion evolution pattern and mechanism within the Jinshan Trough is analyzed using GIS technology，aiming to imply the sediment transport characteristics in a complex hydrodynamic condition from a spatial-temporal view. Data during 1972-2013 was collected. Analysis results show that: (1) In the long term，the evolution in areas deeper than 15 m is dominated by erosion，accounting for 88.05% of the total trough area，and the erosion amount (120.35×106m3) is larger than that of accretion (3.76×106m3)，with the average net erosion rate reaching up to 7.46 cm/a. Generally，for the Jinshan Trough as a whole，it is extending lengthwise and broadening southward obviously. The maximum length of it increased by 7.34 km; the maximum width has also nearly 1 km. Nevertheless，the anti-scouring deposit layer in the Jinshan Trough has somehow promoted a rough equilibrium of erosion and accretion even with continuing effects of the strong tidal currents during the last four decades. Besides，the average depth ranges from 21.0 to 23.59 m with a slight fluctuating amplitude，and the maximum depth from 46.90 to 51.00 m and are spatially aggregated. (2) With a basis of specific topography，the short-term erosion-accretion pattern are drastically affected by the water and sediment condition changes due to human activities. During 2002 to 2012，the net erosion rate is as high as 22.14 cm/a. On the whole，the erosion and accretion pattern in the Jinshan Trough keeps balanced during 2012 to 2013. (3) By analyzing the swinging values of the central axis in areas deeper than 15 m，20 m and 25 m respectively，it is revealed that most parts of the Jinshan Trough are in a stable state，which accounts for more than 65% of the whole trough. However，unstable areas are distributed at the west of the Sixth Coastal Levee and the city beach，where the water depth fluctuates with a larger amplitude. As a proposal provided by our research，intent hydrographic monitoring and accurate evaluation of seawalls’ safety are required for the near future.

Hangzhou Bay; Jinshan Trough; spatial and temporal evolution; stability analysis

2014-11-10；

2015-01-22。

国家自然科学基金项目(71373084)；全球变化研究重大科学研究计划项目(2010CB951204)；上海市教育委员会科研创新重点项目(13ZZ035)。

郑璐(1991—)，女，河南省桐柏县人，从事沿海灾害风险研究。E-mail:51130801055@ecnu.cn

*通信作者：王军(1975—)，男，陕西省人，教授，博士生导师，主要从事城市自然地理、沿海灾害风险研究等。E-mail:jwang@geo.ecnu.edu.cn

10.3969/j.issn.0253-4193.2015.09.012

P736.14

A

0253-4193(2015)09-0113-13

郑璐，张伟，王军，等. 1972—2013年杭州湾北岸金山深槽演变特征与稳定性分析[J]. 海洋学报，2015，37(9):113-125，

Zheng Lu，Zhang Wei，Wang Jun，et al. The evolution characteristics and stability analysis of Jinshan Trough in the north shore of Hangzhou Bay during 1972 to 2013[J]. Haiyang Xuebao，2015，37(9):113-125，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.09.012