流域泥沙入海沉积在邻近陆架区域，形成了从“源”到“汇”的联动机制，伴随流域水利工程建设和河口整治工程引起河口泥沙要素的变化，邻近陆架区域表层沉积物势必出现一定的响应。研究表明：稀土元素主要富集在d<0.031 mm细颗粒中^[1]；黑碳^[2]和有机质^{[3, 4, 5]}含量与沉积物平均粒径相关性较好；沉积物颗粒越细，营养元素含量越高^[6]；有机磷、自生磷灰石磷以及难分界有机磷是的d<0.008 mm粒级沉积物中磷的主要组成成分，碎屑磷主要集中在大于0.032 mm粒径级中^[7]。以上研究均表明，河口表层沉积物颗粒特征变化直接或间接影响该区域营养盐和离子等输运特征。

上世纪90年代数据显示，长江河口表层沉积物的分布格局水下环境粗于潮滩，口内河道粗于口外海滨，南支粗于北支，北港粗于南港，纵向上逐渐变细，横向上表现为深槽粗于浅滩^[8]。基于2003~2005年数据进一步印证了文献^[8]的分布特征^[9,10]。基于三峡水库蓄水初期数据发现，总体分布格局尚未变化，砂和黏土百分含量增加，粉砂减少^[11,12]。可见，三峡水库蓄水初期表层沉积物分布格局也未发生变化，随着三峡水库蓄水时间延长和河口整治工程实施等影响，分布格局是否出现新的变化，有待于进一步研究。长江口外邻近陆架区域表层沉积物来源不完全相同，其中粒径d<0.032 mm来自陆源泥沙，d>0.063 mm来自于陆架残留沉积物的改造和再搬运^[13]。同时以123°作为内陆细粒沉积物和陆架粗颗粒沉积物地理分界，即内陆架的细颗粒是现代近岸沉积，外陆架粗颗粒沉积物是残留沉积^[14]。基于2002年9月~10月长江口外邻近陆架数据与上世纪60~80年代资料比较，口外邻近陆架区域砂的百分比等值线向口内移动，黏土区域面积减小，使得前三角洲南部的表层沉积物趋于粗化^[15,16]，体现了三峡水库蓄水前表层沉积物的组分变化特征。其后2008年1月数据显示，砂、粉砂和黏土等值线的变化特征，并与文献^[17]比较了等值线的变化趋势，初步总结了长江口“源”“汇”效应^{[18, 19, 20]}。长江口外邻近陆架区域砂—泥分界和泥质区面积的变化十分重要，是研究河口生态安全要素的基础和前提，需要系统的总结和研究。

本研究以长江口外邻近陆架多年实测数据和文献数据为依托，在研究表层沉积物中值粒径、砂、粉砂和黏土的分布规律和变化趋势基础上，探求砂—泥分界线和泥质区变化趋势，并对表层沉积物变化特征及趋势成因进行探讨。 1 研究区域及资料来源 1.1 研究区域

长江河口“源”的物质通量，一般以大通水文站为代表，其水沙通量代表着长江流域入海的基本物质要素。长江口外邻近陆架主要为口门拦门沙为分界，本研究的选取区域为东经122°~124°，北纬30°~32°区间，这一区域包含了杭州湾的部分区域(图 1)。从泥沙扩散角度分析，长江河口泥沙进入口外邻近陆架的“汇”，主要向南偏转，即杭州湾口外部分区域是受长江入海泥沙的影响。

图 1 长江口位置及研究区域 Fig. 1 Sketch map of the study area and location of Yangtze estuary

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长江流域大通水文站的水量、沙量以及分组沙量的数据来源于长江流域中下游水文年鉴。邻近陆架区域数据来源部分文献数据中的源数据，图表重新绘制及统计数值中统计值为文献之中统计的，1997~2010年散点数据为源数据，文献中表格数据，重绘数据为原文献中的图进行重新绘制。具体数据来源见表 1。文献中1987年以前沉积物测量为滴管测量，1987年之后为激光粒度仪测量，测量手段略有不同，选取1987年以前数据仅作为历史时期参考，在比较趋势和规律上以1987年之后数据为基础。

长江流域入海水量和沙量均较大，1950~2011年年均入海水通量为8 918×10⁸ m³/y，年均入海沙量为3.84×10⁸ t/y，含沙量为0.43 kg/m³。长江流域入海水量多年变化趋势性不明显，虽然上世纪90年代水量增加，2003~2011年为枯水期，入海水量略有减小(图 2)，为正常水文波动。长江入海沙量和含沙量存在突变特征，近期(2003~2011年)为入海年均沙通量较1950~1968年减小为3.46×10⁸ t/y，减幅达71%左右(图 2)。入海含沙量也表现为减少趋势，20世纪50年代至80年代初期变化不大，80年代中期至今表现为明显的减小趋势(图 3)。引起入海沙量和含沙量减少的因素较多，主要为流域水库蓄水拦沙^[28,29]、中下游江湖关系调整^[30]、水土保持^[31]及气候变化等因素。近年来，随着长江流域人类活动的逐渐增加，对流域入海水量、沙量及分配过程的影响已经逐渐显现出来^[32,33]。通过三峡水库蓄水一、二期实测资料结合对未测区泥沙量的合理估算，认为蓄水后2003~2007年与蓄水前1998~2002年比较，宜昌站、汉口站及大通站悬沙通量下降3.54、1.72及1.63×10⁸ t/y，其中三峡水库蓄水的贡献分别占41%、55%及45%^[30,34]。同时长江中下游洞庭湖与鄱阳湖近期入汇长江的泥沙量也呈现减少趋势^[30]，上游水土保持工程的实施使得侵蚀强度减小，致使进入长江干流的泥沙量减少，进而影响进入河口区域的泥沙量和悬沙浓度。

图 2 流域入海水沙通量变化 Fig. 2 Variations of seawards water and sediment discharge

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图 3 流域入海含沙量变化 Fig. 3 Variations of seawards sediment concentration

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依据黏土(d<0.004 mm)—粉砂(0.004 mm0.063 mm)将入海悬沙分为3组，在时间上分为2段，1986~2002年和2003~2010年，比较不同时段3组沙的变化特征。基本规律为：黏土的百分比和输运量均减小；粉砂百分比略有增加，但增加幅度有限，其输运量减小趋势；砂为较粗颗粒泥沙，百分比增加，输运量减少(表 2)。长江流域人类活动，如筑坝工程、调水工程、水土保持工程、江湖关系调整及河道自身特性的变化等均会引起入海泥沙颗粒特征和输运量变化。三峡水库下游主要控制站宜昌站悬沙中值粒径1987~2008年期间为减小趋势，汉口站为增加趋势^[35]，大通水文站悬沙中值粒径略有增加(图 4)。宜昌—汉口河段在三峡水库蓄水前表现为淤积，一期蓄水期间表现为冲刷，而汉口—大通区间表现为持续侵蚀，但蓄水后侵蚀速率下降^[35,36]。比较已有研究中2000年^[37]、2006年^[38]、2008年^{[18, 19, 20]}和2011年^{[18, 19, 20]}宜昌—徐六泾河段表层沉积物颗粒变化，可知表层沉积物呈粗化趋势，尤其是三峡水库下游近坝河段粗化最为明显。长江中、下游悬沙和表层沉积物颗粒特征的变化，对长江流域入海悬移质颗粒变化有重要影响，直接或间接影响长江口邻近陆架区域沉积物特征和趋势。

图 4 黏土—粉砂—砂输运百分比 Fig. 4 Clay,silt and sand transport in percentage

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图 5 黏土—粉砂—砂输运量 Fig. 5 Amount of clay,silt and sand transport

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表层沉积物中值粒径等值线的空间分布如图 6所示，可以看出，2006年、2008年和2010年长江口外邻近陆架表层沉积物整体上均呈现明显的“东粗西细、北粗南细”分布格局。且存在砂—泥分界线和颗粒较小的泥质区。

图 6 长江口外邻近陆架区域中值粒径分布 Fig. 6 Distribution of median grain size in the nearby shelf of the Yangtze River

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依据表层沉积物粒径的不同，将表层沉积物分为砂、粉砂和黏土3种类型。选取2006年、2008年和2010年数据、同时与历史时期数据相比较研究其分布特征。图 7所示，2006~2010年分组沙分布基本规律为：砂的组分百分含量从东北向西南方向逐渐减少；粉砂含量自西南向东北方向为减少趋势；黏土含量和粉砂的规律类似，但在长江口南侧存在一个最大数值核心区域，表现为向东北、东南均为减少趋势。三峡水库蓄水前和蓄水后长江口外邻近陆架砂、粉砂和黏土的分布格局未发生变化。

图 7 近期砂—粉砂—黏土百分数等值线分布 Fig. 7 Distribution of recent sand,silt and clay percentage

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河口表层沉积物存在不同的分组，且分组沙之间存在一定的分配比例，在国外其它河流已经证实^[39,40]，黏土和粉砂百分比比值在0.16~0.25之间。将本文所有数据整理，绘制砂百分比(C_S)—粉砂百分比(C_T)—黏土百分比(C_Y)之间的关系图(图 8)。黏土和粉砂百分比比值的范围在0.10~0.83之间，由于河流入海泥沙性质差异较大，该比值存在较大差异。同时整理3个分组沙之间的关系(图 9)，采用对数坐标形式进行拟合。建立了砂—粉砂—黏土3者百分比配比关系，如公式(1)、(2)、(3)所示，由于黏土和粉砂百分比仅能确定其比值范围，未能建立3个分组沙百分比之间固定比值关系。

图 8 粉砂和砂的关系 Fig. 8 Relationship between silt and sand

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图 9 砂—粉砂—黏土关系 Fig. 9 Relationship between sand,silt and clay

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将历年口外邻近陆架区域中值粒径数据进行整理(图 10)，表层沉积物中值粒径趋势为：2003~2006年较1990~1991年期间表层沉积物颗粒略有粗化，幅度较小，2008~2010年期间中值粒径明显增加，表明三期蓄水期间沉积物表现为粗化趋势发展。1990~2006年期间，长江入海悬沙粒径略有粗化，其入海泥沙量也减少，此期间河口水下三角洲处于冲刷和淤积交替变化，整体以微淤为主，尤其是1998年和1999年大洪水引起的淤积，即该时期表层沉积物中值粒径略有粗化。在2008~2010年期间，粒径较2003~2006年变化较大，由于入海沙量大幅度减少，河口区域悬沙浓度减少^[41]，水流挟沙能力不足，表层沉积物中细颗粒泥沙通过再悬浮作用补给悬沙，使得水下三角洲处于侵蚀状态^[35]，即表层沉积物粒径向粗化趋势发展。

图 10 长江口外邻近陆架沉积物中值粒径变化 Fig. 10 Change of sediment median size in the nearby shelf of the Yangtze River

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综上，长江口外邻近陆架区域表层沉积物，在受流域泥沙沉积效应影响区域，三角洲淤涨和入海悬沙颗粒变粗使得表层沉积物略有粗化，三峡水库三期蓄水后入海沙量大幅减少，入海悬沙粗化，使得河口悬沙浓度减小，水流挟沙能力不足，表层沉积物向粗化趋势发展。

图 11为砂—粉砂—黏土百分比多年变化特征，三峡水库蓄水前1997~1998年砂的含量较高，达50%左右，2003~2006年期间砂的百分数大幅减少，2007~2010年期间砂的百分数明显增加；蓄水初期粉砂百分数最大，其后表现为减少趋势；黏土百分数为先增加后减少，在2006年达到最大。对比图 7中砂、粉砂和黏土等值线可知，相同百分比等值线为整体平移，其中部分为交替变化，虽然3组泥沙和中值粒径存在一定趋势性变化，但判断口外邻近陆架全面或整体粗化这一结论，仍需进行大量观测予以证实。

图 11 长江口外邻近陆架不同年份分组泥沙变化 Fig. 11 Yearly changes of clay,silt and sand in the nearby shelf of the Yangtze River

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将长江口外邻近陆架区域的砂—泥分界数据进行整理，以粒径d=0.063 mm为分界粒径，将处理结果与上世纪80年代以前研究成果^[17]相比较。结果表明：2004~2007年以31°30′分界，北侧无明显规律为交替变化，而31°30′以南表现为向口内推移；2008~2010年砂—泥的分界线整体上向口内移动。砂—泥分界线向西移动，表明淤泥带外缘遭受侵蚀，沉积物存在一定的粗化趋势。采用2010年6月和10月数据分析季节变化，在枯季砂—泥分界线大幅向西移动，洪季则向东移动(图 12)。主要原因为：在枯季长江流域进入河口的径流量较洪季大幅减少，在径流和潮流水动力对比中，枯季潮径比大于洪季，使得枯季潮流上溯动力增加，涨潮过程中潮流携带泥沙能力增加，河床表层大量泥沙悬起引起侵蚀，使得沉积物表现为粗化趋势。

图 12 长江口外邻近陆架区域砂—泥分界多年变化 Fig. 12 Secular variation of the sand-silt boundary in the nearby shelf of the Yangtze River

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已有研究表明，长江河口邻近陆架区域的悬沙浓度在123°以东，在流域泥沙变化情况下，悬沙浓度变化不明显^[41]。文献^{[18, 19, 20]}将砂泥分界线变动原因分为两类：①泥质沉积物的侵蚀暴露了下面的砂质沉积物；② 砂质沉积物沉积在泥质之上。并认为砂泥分界线的移动是原因①所致^{[18, 19, 20]}。本研究将其进行丰富，增加两者综合作用的结果，并从水动力、悬沙浓度和引证地貌变化对其进行详细描述。长江流域入海泥沙量减少，使得邻近陆架区域悬沙浓度降低^[42]，致使表层细颗粒沉积物被携带，使得下层的砂质沉积物暴露出来，使得中值粒径增加。在径流和潮流平衡时，河口沉积区域不会发生较大变化，三峡水库蓄水以来，改变了径流下泄过程，这一改变使长江河口径流和潮流作用的潮流界面下移^[43]，使得河口水动力作用过程中径流作用增强但改变有限。但在口外潮流的影响首先受海域海平面变化影响，近30余年(1977~2011年)海平面上升了30 cm^[44]，相对增加了邻近陆架区域的潮汐动力，潮流动力的增强，使得陆架砂质沉积物中较细颗粒泥沙被悬起，携带至河口三角洲区域。因此，径流和潮流水动力的增加或减弱，均会对陆架区域表层沉积物颗粒特征造成影响。在砂泥分界线以西水下区域，流域入海沙量锐减，河口区悬沙浓度减小，使得三角洲前缘处于侵蚀状态，使得泥质沉积物侵蚀暴露了下层的砂质沉积物，使得沉积物粒径向粗化趋势发展。砂泥分界线移动区域，虽然长江口海域(124°以东)悬沙浓度增减趋势不明显^[42]，但近年海平面上升，使得潮汐动力将略有增强，使得原有砂质沉积物中较细颗粒泥沙悬起携带至河口区域。由于河口最大浑浊带区域为河口滞流点和滞沙点活动区域，也是河口重要泥沙淤积区域，较粗颗粒泥沙将在该区域沉积，使得河口区域的沉积物粗化。综上，长江口陆架区域表层沉积物砂泥分界线变化是综合作用的结果，未来一段时间，砂质沉积物因海平面上升等影响使得再悬浮加强，悬浮泥沙沉积在海滨区域的作用将会增强。 4.3 泥质区变化特征及趋势

长江口外邻近陆架的泥质区是沉降速率较大的区域^[45]，是长江入海泥沙“汇”的体现，且泥质区变化的主要影响因素为长江入海主泓位置和采样位置等有关^[46]。整理历年泥质区位置和面积变化可知，将2004~2010年成果与早期文献^[17]成果相比，泥质区面积呈现减小的趋势，同时位置存在向南偏移。1977年以前泥质区相连，1978~1979年、2008年和2010年泥质区表现为非整体，由2~3个区域组成，面积表现为减少，且位置表现为向南偏移(图 13)。自1998年起，由于北槽实施了深水航道整治工程，改变了南槽和北槽的分流比，破坏了原有的水动力平衡。北槽深水航道整治工程实施过程中的1998~2010年期间得南支分流比增加，径流和潮流对比过程中径流占优势。已有研究表明，落潮流入海向南偏移，由于水动力的增强，使得原有的泥质区表现为冲刷趋势，将泥质区分为几个小部分组成。同时自上世纪80年代中期，入海的沙量和含沙量也表现为减少的趋势，使得河口区域悬沙浓度也表现为减少趋势，即引起表层泥沙的再悬浮，两者综合作用下使得长江口邻近陆架区域的泥质区面积减少，且向南偏移。

图 13 长江口外邻近陆架区域泥质区域多年变化 Fig. 13 Secular variation of the argillaceous zone in the nearby shelf of the Yangtze River

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长江口邻近陆架区域中值粒径分布表现东粗西细，北粗南细的分布格局，近期(2008~2011年)较2003~2006年表现为粗化趋势；粉砂百分比分布为东北向西南为减小，粉砂和黏土均为东北向西南为增加趋势，其中整个区域黏土与粉砂百分比的比值在0.10~0.83之间；砂的百分含量表现为增加，粉砂和黏土表现为减少趋势；砂—黏土分界线在2003~2006年北侧(31°30′以北)为交替变化，2007~2010年为向西移动，南侧(31°30′以南)2003~2010年均为向西移动；泥质区域在三峡水库蓄水后面积减小，位置存在南移趋势。三峡水库蓄水使得长江流域入海泥沙量和含沙量减少、悬沙颗粒变细，分组沙量的组分存在趋势性变化，使得沉积物颗粒粗化，长江口深水航道整治工程及自然因素的作用使得泥质区域南移，同时砂—泥分界线的变化主要受自然因素，流域变化次之。本文对河口营养盐、离子输运、底栖生物等生态安全要素和生态安全评价的研究有一定借鉴意义。

致谢 研究过程中引证和引用了大量文献数据，在此对原文献数据作者表示感谢，使得论文得以进行长系列比较，对长江口外邻近陆架的表层沉积物有了较深刻的认识。