河口問題誘因分析
——以太湖為例

吳姍姍

（1.江蘇城市職業學院無錫辦學點環境與藝術系，江蘇 無錫 214000；2.南京師范大學地理科學學院，江蘇 南京 210023）

1 引言

河口是河流的終端，是河流與受體的結合部分。出入湖河口是徑流與湖泊的融匯處，一般分為近河段、河口段和近湖段。其上界是至湖泊水體對徑流水位的影響消失或與徑流水體所含物質發生明顯變化的區域為止，下界是徑流泥沙沉積地帶，其位置根據徑流的豐枯水期與湖泊水體運動而移動［1］。因河口范圍的復雜性與不確定性，一般將調查范圍限定在閘前受徑流水體影響較強的約50 m 處至近湖泊的喇叭口處；若河口并未修建閘壩，則以近湖泊的喇叭口處至距其約100 m 處為調查河口段［2］。河口是流域物質流的最終歸宿，湖濱地區作為經濟快速發展區域，對其不合理的開發導致連接湖泊與陸地的河口生態系統結構遭到破壞，一些地區甚至改變環湖下墊面特征以最大程度地利用土地資源，進而使河口出現污染問題。

2 河口的分類

當河床在一段時間內的周期性沖淤變化基本達到平衡時，則此時期內下泄到河口段的流量和輸沙量與河床斷面的泄水能力及輸沙能力相適應。對于處于平衡狀態的河口，根據相應過水斷面的水利特性與攜沙特性參數，將湖浪輸水量轉化為輸沙等價的徑流量，不僅克服了自變量的獨立性，也區分了湖浪與徑流造床作用的差異。人類活動擾動了這一自然環境中的河相關系。

2.1 自然地理分類

早在1960 年就有學者提出入海河口的地貌分類，基于入海河口的自然特征，將入海河口分為溺谷、峽灣、沙壩河口，但并未考慮潮汐、徑流等水文因素的影響。Fairbridge 進而將自然地理與水動力因素結合，提出自然地理分類［3］。隨著經濟發展導致處于生態交錯區的河口污染加劇，20 世紀80 年代基于環境風險管理的河口分類開始興起，其根據因果效應理論（概念分類法、統計聚類法、CART 法），將環境壓力負荷下物理、化學、生物響應類似的河口進行歸類。國外依據地形、水循環模式、水動力、水化學等因素對入海河口分類，并建立要素間的因果關聯［4-6］。美國EPA 和澳大利亞新南威爾士州采用概念分類法進行河口水質管理，將河口分為4 類［7-8］。本文以自然地理因素為基礎，根據EPA 的概念分類框架，入湖河口可分為4 個大類和7 個亞類，將地球內外力作用形成的3 類河口依據“EPA 基于劑量—響應模型預測不同的河口對葉綠素生物變量響應的相關關系”進行分類，包括峽灣型河口；水動力主導型河口；潟湖型與構造河口；緩平直型河口。

2.2 太湖河口類型劃分

根據水動力對河口形態影響的分類原則，將環太湖沿岸河口分為6 種類型，包括典型喇叭口、彎曲河口、微彎河口、順直型河口、少汊型河口和網狀型河口。典型喇叭口占主要類型（63%），其具有湖泊來水量大和徑流量相對較小的基本特征，河口平面形態呈喇叭狀。這類河口主要分布在太湖西北、東南部，這與太湖地區常年盛行風向存在一定聯系。太湖是典型的風生流湖泊，水體運動主要受風場的影響。并且隨著風速的增加，流場對波浪場的影響進一步加大。在春夏季盛行東南風（平均風速3.10 m/s）的作用下，太湖西南部表層水體向偏西方運動，湖心水體整體順東南風往西北部運動，導致太湖東南部水體流速較大，在春夏時西北岸的河口區波浪作用較大；秋冬盛行東北風（平均風速3.36 m/s），太湖東北部和湖心水體均向西南運動，使得太湖西北岸河口湖泊來水增強［9］。受風力影響，太湖平均有效波高約為13.41 cm，但近岸水流流速較大，進一步加速波浪的破碎，因此環太湖沿岸有效波高較湖心低。可見盛行風是決定湖泊水體流速的主要因素，它進一步影響河口區的湖泊來水量，對入湖河口形態的塑造起重要作用。太湖流域以平原為主的地形（平原面積約占45.8%）和以常綠樹種為主的自然植被特征使徑流流速較低、含沙量較小，而太湖水體受上述風力影響導致水體平均流速大、波浪作用強，因此環太湖沿岸河口類型呈現出西北、東南岸以典型喇叭口為主的分布特征。

3 太湖流域河口生境退化現狀分析

3.1 水動力對河口類型的影響

河口的水動力包括徑流來水、波浪、沿岸流、增減水等［10］。湖泊來水中能進行沉積作用的水動力主要為湖浪引起的，其中運動方向垂直于湖岸的水流為波浪，而平行于湖岸運動的稱沿岸流。其對河口地貌演變產生較強作用，尤其能對大型淺水湖泊產生顯著影響，例如太湖這種具有開闊水域的湖泊，風區長度越大，湖泊越深，越有利于湖流的成長，隨著其攜帶的能量不斷增強，因此作用于河口的水動力更強。在以往入海河口分類研究的基礎上，可根據入湖河口的水動力與泥沙動態特點，對其進行分類。徑流動力主要取決于流域狀況，河口的入湖徑流量的基本指標為多年平均入湖徑流量，相應的湖泊來水指標為湖浪帶來的平均流量?；趶搅鱽硭c湖泊來水強弱，以湖河水比值（QL/QR）衡量河口區湖泊與徑流的水動力強弱。河口段的來沙主要包括徑流輸沙與湖浪輸沙。徑流輸沙以多年平均入湖輸沙量作為徑流含沙量指標，湖浪輸沙以多年平均入河輸沙量作為湖浪攜沙指標。徑流輸沙與湖浪輸沙的比值（SL/SR）表示河口區湖河兩向的泥沙動態與來源。水流強度與輸沙量成正比，一定程度上湖河水比值也反映了湖河水輸沙量比值。

3.2 人類活動對河口形態的影響

3.2.1 圍湖造田

自20 世紀60 年代以來，在人口激增、土地資源緊張的壓力下，多數大型湖泊受到規模性的圍墾造田影響，東部地區圍圩養殖活動有增無減。雖然圍湖造田對平水湖面的面積影響不大，但大多填埋之地是平水期時出露的湖灘，其面積縮減使得豐水期時洪水水位升高，增強了對出入湖徑流河槽底部的沖刷，入湖復出湖泥沙量增多。且圍湖時湖泊波浪變形，加劇河口段的泥沙淤積，河床斷面面積減小，影響河槽擺動，含沙量豐富的徑流入湖處形成河口三角洲。因此圍墾及其引發的泥沙淤積易縮窄河口段河道，大量泥沙堆積湖底，加速河床淤積甚至填埋出入湖徑流。20 世紀80 年代以來，東平湖筑堤圍湖縮窄了河道，在圍湖后出現洪水泛濫導致某些入湖河口大量泥沙堆積，逐漸形成河口三角洲，當地群眾乘勢將入湖河汊堵住，進一步縮窄河口段河道。另一方面，圍墾使湖岸免受湖浪的沖刷破壞，河口區河床相對穩定，進而加快河道延長，河口不斷向湖心推移。

3.2.2 閘壩工程

近年來為了滿足農業灌溉、城市供水和淡水養殖等需求，出入湖河口區開始修筑并完善閘壩工程。不同的閘壩類型不同、功能各異，具體見表1。

表1 出入湖河口閘壩建設情況

節制閘的啟閉對徑流流量的調節起重要作用，而水流又是輸送泥沙的動力，徑流與河床相互適應，非連續的開閘方式可增大徑流量與水流速度，以有效地對河口段河道進行沖淤，減輕枯水期的河口淤積，穩定河口斷面形狀。太湖流域曾大規模地興修水利工程，環太湖的176 條出入湖河港設置控制建筑物。而長期閉閘與筑壩工程會減少湖浪的入湖水量，湖流流速減弱，加劇湖泊泥沙淤積與河口河床的萎縮。

貢湖灣位于太湖北部，集水面積約163.76 km2，沿湖灣北岸分布數條出入湖徑流［11］，選取其中6 條徑流的斷面對1 年后的河口河床狀況進行預測分析。徑流的入湖河口段均建閘以防洪排澇，在此狀態下持續發展，河口段流速越大，斷面面積、最大徑流寬度與水深越大；反之亦然。流速與流水侵蝕成正比，這與徑流對河槽的沖刷有關。假設其他條件一定時，處于長期閉閘狀態的徑流中，僅有廟港河流速較大（約0.2 m/s），因此相較于其余4 條閉閘狀態下的徑流的河口，其斷面面積、徑流寬度與水深更大，但河床淤積狀況仍然較嚴重。若在河口段利用閘門調節徑流，徑流淤積情況將很大程度地得到緩解，河口段河床較穩定。長期處于閉閘狀態的楊千港河口存在河床淤積的趨勢，而楊千港河口在有規律的開閉閘門狀態下，可有效減輕河槽淤塞問題，最大徑流寬度與徑流水深均遠大于閉閘情況下。小溪港河口流速最快且處于利用閘門調節徑流的狀態，河口段河床較為穩定，未來河口平面形態不會發生明顯變化。河口形態并不只受流速與閘門啟閉狀態控制，所以盡管小溪港徑流的流速大于楊千港，未來楊千港的斷面面積、徑流寬度與水深仍高于小溪港。

3.2.3 快速發展的工農業

太湖環湖區是經濟發展中心，為了抵御風浪對湖岸的侵蝕，人口集中的湖濱區陸續修建了護岸堤。尤其是在水陸物質交換的匯集點——河口，護岸工程不僅緩解了湖浪對河口岸的沖蝕作用，也可以束沙束水，減緩河口兩岸沙壩的形成。此外，由于湖濱區工農業集中、人類活動頻繁，各大淡水湖均受到不同程度的污染，而面源氮磷流失是水體富營養化和水污染的重要原因。水體富營養化導致藻類大量繁殖，盛行風推動湖浪運動，河口因其特殊的口袋型平面形態和縱剖面而成為污染物與藻類集中匯入的收納口。當藍藻暴發時，大量藍藻順盛行風堆積在河口，藻類死亡后沉淀成為河口沉積物的一部分。因此，近河口區表層沉積物中氮磷含量普遍偏高，太湖西部入湖河口的表層沉積物中TP 含量均值遠高于太湖沉積物的TP 含量均值。在持續的水體富營養化狀態下，河口段淤積將不斷增加，最終河道會淤塞變窄，直到河口堵塞消亡。

綜上所述，由于湖濱區的人類活動強度大，改變了河口水動力，經濟活動已成為河口生態環境退化的重要因素。

3.3 氣象條件和濱湖岸帶形狀的耦合對河口水質的影響

由研究結果可知，季風對研究區域水質有著重要的影響。太湖流域是典型的亞熱帶季風氣候，夏季盛行東南季風，而夏季也是藍藻暴發的重要時期。該區域一年中偏南風占總天數的40%，夏季偏南風占比72%［12］。夏季風將湖面的藍藻及漂浮物質輸送到岸邊，且在大風浪作用下，湖底沉積物受到擾動而釋放營養鹽到水體中，使得該區域水體營養鹽富集。研究區域正好位于夏季風的迎風岸，在夏季風的作用下，大量藍藻和漂浮物質在五里湖的環山河和貢湖灣一帶聚集，使得該區域水體長時間處于貧氧或缺氧狀態，藍藻等水生生物大量死亡，水體惡化。喇叭形河口又是良好的俘獲區，例如環山河以及貢湖灣一帶的河口，在喇叭口和季風的雙重作用下，這些區域的水質污染程度明顯高于其他地區。

3.4 土地利用方式對河口水質的影響

利用ENVI 軟件解譯Landsat 8 多波段遙感影像，根據研究需要，按照國家標準將各土地利用類型分成建設用地、耕地、草地、水域、林地、未利用地等。借助ArcGIS 空間分析功能，將解譯的遙感數據進行屬性計算，得出每期的各類型土地利用方式面積數據及空間分布圖，在此基礎上利用柵格計算等功能進行轉移矩陣分析。結合水質理化指標數據空間分布圖可知，水質濃度分布具有明顯的空間分布規律，且與土地利用方式分布特征具有較好的一致性。貢湖灣地區河流經過濕地公園，水體得到較好的凈化，各指標濃度明顯低于湖泊水質。五里湖地區河流經過城市等建設用地，大量的污染物被排放到水體中，水質污染較嚴重，而濕地公園的建設使得臨湖一側的河水得到較好的凈化，湖水水質明顯好于河水。馬蠡港一帶靠近主城區，以建設用地為主，人類活動較密集，由于受到城市生活污水、工廠及城市徑流排放的影響，水質污染較嚴重。隨著建設用地面積的快速增長，其攜帶來的大量活性氮被排放到環境中，是造成水體富營養化的主要原因。城市生活污水和畜禽養殖污水排放是造成水體氮素積累的重要因素。

4 環境污染風險對污染累積因子的響應

本研究將多種環境因子進行主成分分析，最終選取了閘壩、風向、河口類型、土地利用方式、人為干擾度等因子（見圖1），并根據實地調研和文獻，對各因子進行賦值。最終將各因子值相加，設定為污染累積因子，將修正的內梅羅污染指數設定為環境污染風險，最后將二者進行相關性分析。研究結果表明，該5 類因子的綜合作用對河口水質產生重要的影響。不同的河口各因子作用和權重不同，對水質產生的結果也有差異，例如李長橋河地區植被豐富，對水質凈化作用較強，但該河口是喇叭形且位于夏季風迎風坡，季風攜帶的污染物占比較大，導致該區域水體污染較嚴重。由圖1 可知，閘壩和河口類型是河口水質的主要影響因子。其中，總污染風險主要受閘壩影響，其次是河口形狀。位于馬蠡港一帶的河口主要影響因子是排污和土地利用方式，而現實中該區域為人類活動頻繁的主城區，城市生活污水、雨水徑流排放量較大。

圖1 環境污染風險和綜合污染因子的RDA 分析

5 結論

（1）根據水動力對河口形態影響的分類原則，將環太湖沿岸河口分為典型喇叭口、彎曲河口、微彎河口、順直型河口、少汊型河口和網狀型河口。在自然風力作用下，環太湖沿岸河口類型呈現出西北、東南岸以典型喇叭口為主的分布特征。

（2）湖濱地區是經濟快速發展的區域，對其不合理的開發將導致河口生態系統嚴重破壞。研究結果表明，閘壩、風向、河口類型、土地利用方式、人為干擾度等因子均會對河口形態及其生態環境產生不同程度的影響。