【摘要】：海底沙波影響著海底床的粗糙程度、水流狀況乃至于影響沉積物的輸運(yùn),隨著海洋開發(fā)進(jìn)程的發(fā)展和人類對海洋資源利用的提高,人們發(fā)現(xiàn)近岸海底沙波的遷移對港口、航道和海底電纜、海洋鉆井、油氣管道等海洋工程設(shè)施造成極大危害。因此,了解海底沙波的動力地貌特征有助于我們減小上述的潛在危害,同時還能提高對海底沉積物運(yùn)移的認(rèn)識,為區(qū)域海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、減災(zāi)防災(zāi)、科學(xué)研究、環(huán)境保護(hù)以及國防安全提供科學(xué)依據(jù)。 本論文的研究對象為臺灣淺灘海底沙波,數(shù)據(jù)基于國家海洋行業(yè)公益性項(xiàng)目“珠江口、臺灣淺灘地形變化監(jiān)測管理保障系統(tǒng)”子任務(wù)——臺灣淺灘示范區(qū)海底地形探測與時間序列變化研究項(xiàng)目及國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目在臺灣淺灘選取典型示范區(qū)所獲得的水深數(shù)據(jù)、淺地層資料、水動力資料及表層沉積物資料。分析臺灣淺灘中部典型示范區(qū)海底沙波的位置、波高、波長等時空分布特征,細(xì)化海底次級沙波分類模式,綜合分析區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、沉積類型以及水動力特征,并結(jié)合歷史資料和前人研究成果,探討臺灣淺灘研究區(qū)海底沙波動力特征。 論文包括以下幾個方面研究內(nèi)容： (1)海底數(shù)字地形模型(DTM)：研究海底沙波特征,由實(shí)際測量水深數(shù)據(jù)入手,根據(jù)研究區(qū)多波束測得水深數(shù)據(jù)構(gòu)建研究區(qū)海底地形的數(shù)字地形模型,利用數(shù)字地形模型可直觀反映區(qū)內(nèi)水深地形變化情況,以了解海底沙波特征。 (2)主級沙波特征及走向分析：基于海底地形DTM,依托先進(jìn)的軟件制圖技術(shù),繪制區(qū)內(nèi)地形等深圖及相關(guān)剖面圖。根據(jù)等深線變化規(guī)律及水深分布特征對研究區(qū)主級沙波進(jìn)行劃分,研究其波高、波長、位置等時空分布特征,繪制主級沙波波峰線圖,從而把握研究區(qū)主級沙波走向分布規(guī)律。 (3)次級沙波類型劃分及類型體系建立：基于研究區(qū)精細(xì)海底地形DTM,進(jìn)一步劃分發(fā)育于主級沙波之間的眾多次級沙波,細(xì)化海底次級沙波的分類,通過分析其不同的沙波分布形態(tài),提出臺灣淺灘海底次級沙波的不同發(fā)育類型模式,同時分析其各種類型特征。 (4)海底沙波動力特征分析：結(jié)合所獲得的研究區(qū)海底沉積物采樣及ADCP走航和定錨兩種方式采集的水動力資料,以分析海底沙波的動力特征。 (5)海底沙波成因分析：根據(jù)研究區(qū)相關(guān)資料(如水深因素、海洋動力因素、海洋沉積等相關(guān)因素),分析出研究區(qū)海底沙波地形與這些因素相互之間的響應(yīng)機(jī)制,研究其成因及發(fā)展規(guī)律。 通過對臺灣淺灘東西兩側(cè)研究區(qū)的斷面調(diào)查、西側(cè)研究區(qū)中部重點(diǎn)區(qū)細(xì)分詳查區(qū)全覆蓋調(diào)查和詳查區(qū)重復(fù)調(diào)查(臺風(fēng)前后和1年時間間隔)、橫穿臺灣淺灘SE-NW向分布的大面監(jiān)測剖面調(diào)查(臺風(fēng)前后和1年時間間隔),獲得了臺灣淺灘較為詳細(xì)的大面及區(qū)域跨時間、事件尺度的地形資料,結(jié)合研究區(qū)水動力特征數(shù)據(jù)、沉積物資料和淺地層剖面資料的獲取以及區(qū)域海洋動力條件等因素,細(xì)致描述了臺灣淺灘東西兩側(cè)斷面研究區(qū)海底沙波波峰走向、沙波分布特征分區(qū)及沙波形態(tài)特征,依據(jù)詳查區(qū)全覆蓋資料進(jìn)一步細(xì)分出次級沙波及其發(fā)育模式。經(jīng)過2年3次的重復(fù)區(qū)調(diào)查和監(jiān)測剖面測量,討論了沙波及其區(qū)域隨單個臺風(fēng)影響及臺風(fēng)影響后1年時間尺度的變化特征。特征分析獲取數(shù)據(jù)及聯(lián)系歷史資料,總結(jié)臺灣淺灘沙波成因,分析臺灣淺灘沙波區(qū)動力環(huán)境影響,對特殊動力環(huán)境影響和常規(guī)動力影響分別討論,提出臺灣淺灘特殊動力環(huán)境影響和常規(guī)動力影響下不同沙波及區(qū)域發(fā)育演化模式。 論文研究得出以下幾點(diǎn)主要結(jié)論： (1)臺灣淺灘海底沙波主要為直線性展布,根據(jù)海底沙波發(fā)育走向主要可以分為3個區(qū)：臺灣淺灘東部沙波波峰線NE-SW走向區(qū),中部沙波波峰線E-W走向區(qū),西部沙波波峰線SE-NW走向區(qū)。臺灣淺灘的東研究區(qū)、西側(cè)研究區(qū)分別分布與臺灣淺灘中部沙波走向變化區(qū)和淺灘東南部沙脊地形發(fā)育區(qū),具有臺灣淺灘海底地形和海底沙波發(fā)育的典型特征和形態(tài)。 西側(cè)研究區(qū)海底地形以沙波地形為主,地形起伏變化穩(wěn)定,規(guī)律性較強(qiáng),區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有主級沙波和次級沙波,主級沙波波峰線呈現(xiàn)近EW向、SE-NW向線性分布。淺地層剖面顯示波峰、波谷區(qū)海底地層均呈平行分布,層序性較好,海底沙波相互結(jié)構(gòu)相對較為穩(wěn)定；次級沙波發(fā)育于臺灣淺灘相鄰主級沙波之間的波谷區(qū),以呈直線型和彎月型分布,次級沙波的波峰線根據(jù)其發(fā)育位置的不同,發(fā)育形態(tài)相異。發(fā)育位置主要相對于兩側(cè)主級沙波可劃分為平行分布型、斜交分布型和發(fā)散分布型3種分布類型的分布特征。西側(cè)研究區(qū)海底沙波整體呈現(xiàn)北部密集、南部稀疏的分布特征。根據(jù)沙波走向和空間上的相互組合關(guān)系可分為：1)沙波分布較為密集,呈平行和枝杈狀分布的北部沙波區(qū)；2)各沙波孤立發(fā)育,且稀疏平行分布的南部發(fā)育區(qū)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)約有85%的單個主級沙波的北坡坡度大于南坡。E-W向展布的平行型主級沙波(雙峰分布的主級沙波),87%的平行型主級沙波中南側(cè)沙波北坡比南坡的坡度比小于北側(cè)沙波北坡比南坡的坡度比,其中北坡比南坡的坡度比小于1的位置占整個西側(cè)研究區(qū)主級沙波北坡比南坡的坡度比小于1總數(shù)的77%,屬于主級沙波北坡坡度小于南坡形態(tài)發(fā)育的集中區(qū)。 東側(cè)研究區(qū)處于臺灣淺灘東南部海底沙脊地形發(fā)育區(qū),主級沙波與巨大起伏的海底沙脊地形相伴發(fā)育,主級沙波與西側(cè)研究區(qū)相似,主級沙波的波峰線非常清晰,走向及分布位置特征存在較為明顯的區(qū)域性差異。整體呈現(xiàn)出北部較為密集、南部稀疏的分布特征。根據(jù)主級沙波發(fā)育分布的疏密情況可劃分為：北部主級沙波稀疏區(qū)；南部主級沙波密集區(qū),同時其又在區(qū)內(nèi)的三脊二槽結(jié)構(gòu)的潮流沙脊體系下細(xì)分為3個主級沙波發(fā)育亞區(qū)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)西側(cè)主級沙波研究區(qū)單個主級沙波南北部坡度對比約有95%的北坡坡度大于南坡。 (2)西側(cè)研究區(qū)的重復(fù)區(qū)2年3次重復(fù)測量顯示海底主級沙波分布、走向未改變,次級沙波的次級沙波斜交分布和衍射分布形態(tài)走向也未改變。特征剖面對比顯示沙波(主級沙波和次級沙波)的高度、波長、兩坡坡度有所變化,主要為沙波波高受臺風(fēng)影響發(fā)生侵蝕以及后期的同淤作用,表現(xiàn)出高——低——高的過程特征；在這沙波高度變化的過程中,波峰位置發(fā)生位移,促使波長發(fā)生細(xì)微變化；同時波峰高度回淤過程伴隨波谷侵蝕,使得沙波兩坡坡度變大,波峰尖化。主要表現(xiàn)特征為：整個研究區(qū)海底沙波形態(tài)特征相對較為穩(wěn)定,未現(xiàn)明顯變化。2012年臺風(fēng)前后監(jiān)測剖面對比發(fā)現(xiàn),經(jīng)過臺風(fēng)后整體均處于侵蝕狀態(tài),臺風(fēng)作用的中心位置西側(cè)剖面基本現(xiàn)侵蝕特征,偶見主級沙波位置出現(xiàn)劇烈侵蝕和少量淤積,而在臺風(fēng)作用中心位置以東侵蝕作用明顯加劇,且臺風(fēng)中心右側(cè)區(qū)域的侵蝕量大于左側(cè)區(qū)域侵蝕量。臺風(fēng)后1年時間對比發(fā)現(xiàn)整體除臺灣淺灘東西邊緣有少量侵蝕外,其余部分多屬淤積區(qū)。以臺風(fēng)中心為界點(diǎn)東側(cè)區(qū)淤積量大于西側(cè)區(qū)淤積量,剛好與臺風(fēng)作用結(jié)果相反。 (3)臺灣淺灘研究區(qū)水深適宜,為發(fā)育5-25m的主級沙波提供了承載空問。東側(cè)研究區(qū)和西側(cè)研究區(qū)主級沙波波峰走向與研究區(qū)主要受規(guī)則半日潮流作用的M2分潮流橢圓長短半軸方向相互耦合。定錨測得底層海流主流向?yàn)镾N向,最大流速達(dá)到96cm/s,平均流速約44cm/s,M2分潮流橢率絕對值0.3的往復(fù)流作用于海底沙波,為研究區(qū)形成直線形主級沙波提供有合適的水動力條件。加之臺灣淺灘研究區(qū)平均粒徑、分選系數(shù)、偏態(tài)等對應(yīng)性較好的表層沉積物以及臺灣海峽兩岸的福建廣東沿岸和臺灣省西岸均有大量的的入海河流,經(jīng)過這些河流每年有大量的泥沙隨河流流入臺灣海峽的泥沙構(gòu)成了臺灣海峽表層沉積物的基本來源,再加之臺灣淺灘本地豐富的底質(zhì)砂質(zhì)沉積物作為物源供給為臺灣淺灘海底沙波底形發(fā)育形成提供了物源條件。 (4)結(jié)合臺灣淺灘整體受臺風(fēng)事件的特殊水動力環(huán)境影響,整體受到侵蝕作用且侵蝕量較大,臺風(fēng)作用中心位置以東侵蝕作用加劇,監(jiān)測剖面上臺風(fēng)右側(cè)區(qū)域的侵蝕量明顯大于左側(cè)區(qū)域侵蝕量及臺風(fēng)事件后研究區(qū)主體在常規(guī)動力環(huán)境影響呈微淤積作用過程,剖面對比表明淤積大多處位于沙波波峰及背流處,對比監(jiān)測剖面1和監(jiān)測剖面2以臺風(fēng)中心為界點(diǎn)東側(cè)區(qū)平均淤積量大于西側(cè)淤積量,且監(jiān)測剖面1的西側(cè)區(qū)整體呈現(xiàn)由外向臺風(fēng)中心點(diǎn)淤積量逐漸減少的特征。提出臺灣淺灘的特殊動力環(huán)境影響模式和在臺風(fēng)作用后1年時間的常規(guī)動力環(huán)境影響下整體回淤及沙波侵蝕變化模式兩種發(fā)育變化模式：1)臺灣淺灘在臺風(fēng)作用下的特殊動力環(huán)境影響模式：臺風(fēng)的氣旋作用直接加劇了淺灘區(qū)潮流流速,使得原潮流沙波動態(tài)平衡被打破,海底沉積物在高速潮流下發(fā)生離散輸沙,臺灣淺灘整體發(fā)生侵蝕。臺風(fēng)影響時的區(qū)域主導(dǎo)潮流流向決定著臺風(fēng)影響中心左右側(cè)的侵蝕程度,主導(dǎo)潮流流向與氣旋方向一致,侵蝕加劇；主導(dǎo)潮流流向與氣旋方向相反,侵蝕減弱。2)臺灣淺灘在臺風(fēng)作用后1年時間的常規(guī)動力環(huán)境影響下整體回淤及沙波侵蝕變化模式：常規(guī)動力環(huán)境的影響下臺灣淺灘沉積物回淤輻聚,淤積量與侵蝕量對應(yīng),大侵蝕量需求大淤積量,小侵蝕量需求小淤積量,相鄰的大侵蝕量區(qū)域的小侵蝕量區(qū)域會向大侵蝕量區(qū)域橫向輸沙以維持整體動態(tài)平衡,從而出現(xiàn)相鄰于大侵蝕量區(qū)域的小侵蝕量區(qū)回淤少,甚至不淤積或侵蝕的現(xiàn)象,形成臺風(fēng)后侵蝕熱點(diǎn)。而沙波形態(tài)主要經(jīng)歷臺風(fēng)特殊動力環(huán)境影響侵蝕(波峰、波谷侵蝕),常規(guī)動力環(huán)境影響恢復(fù)(沙波波峰重塑)的移動過程,當(dāng)回淤量不能滿足波峰淤積重塑量的時候,整個沙波系統(tǒng)出現(xiàn)削谷推峰的自我調(diào)節(jié),以維持沙波和潮流動力響應(yīng)。這些臺風(fēng)作用引起的特殊水動力條件攪動海底破壞削蝕了海底沙波,沙波波高驟降,形態(tài)嚴(yán)重破壞。當(dāng)特殊條件過去,水動力條件恢復(fù)成常態(tài),海底沙波又在常規(guī)水動力條件下進(jìn)行沙波形態(tài)重塑,逐漸恢復(fù)至極端條件前的形態(tài)。印證了前人關(guān)于臺灣淺灘既有殘留沉積特征,又有現(xiàn)代沉積特征,現(xiàn)代過程受潮流和風(fēng)暴的雙重影響的研究。根據(jù)文中實(shí)測剖面的波峰高——低——高的過程,系統(tǒng)概括了臺灣淺灘沙波侵蝕——淤積重塑過程的研究,并總結(jié)出臺灣淺灘海底沙波發(fā)生遷移的有效模式。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P736.12

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2329807