【摘要】：發(fā)育于河流尾閭的河口潮灘因承擔河口城市后備土地和發(fā)揮海岸災害緩沖的功能而具有極高的經濟和社會價值。然而,當前世界范圍內的河口潮灘在氣候變暖和人類活動加劇背景下,遭遇嚴重的衰退危機�；诖�,掌握河口潮灘的發(fā)展模式及演化機制,實現灘涂資源預測及適應性政策的制定,顯得十分迫切而又極為重要。與此同時,弄清河海作用的喉舌——河口潮灘演變,是推斷和辨析陸海動力作用機制及預測河口發(fā)展趨勢研究的重要內容,極具科學意義。河口潮灘動力地貌在不同時間尺度下的表現形式及主控因素并不一致,特定尺度下的河口潮灘地貌過程在自然及人為驅動力的耦合作用下復雜又難以捉摸。已有研究多聚焦于宏觀或微觀尺度的過程,而較少涉及跨尺度的潮灘動力地貌及驅動機制解析。為此,本文立足于大河河口潮灘,以高強度人類活動影響下的長江口南匯邊灘(以下簡稱為“邊灘”)為研究對象,通過歷史地形、水文、泥沙數據搜集及自主高頻連續(xù)觀測,借助聚類分析、小波分析、EOF分析、Gao-Collins模型等研究方法,挖掘邊灘逐日、月際、年際和年代際動力地貌過程,并深入剖析河口潮灘跨尺度動力地貌及與潛在影響因素的聯動機制。主要成果包括:(1)潮情轉換和風況變動交互控制的潮間帶逐日沉積動力過程邊灘南緣的潮間帶中部在大、中潮期保持縱向向西和橫向向海的懸沙輸運模式,且縱向的懸沙輸運強度3倍于后者;在小潮期,懸沙輸運方向常發(fā)生反轉,同時輸運量明顯變小。在此過程中,離岸風可加劇橫向向海輸運,向岸風則可傾向誘發(fā)向陸輸運。潮間帶沉積物的橫向分異與空間分帶顯著,自陸向�？梢来蝿澐譃橐陨盀橹鞯年懢墔^(qū)、砂含量沿程銳減的過渡區(qū)和粉砂主導的海緣區(qū)。該沉積分帶模式在逐日實測期(2014.12～2015.1)基本不變,但在風力作用下可出現規(guī)律性的遷移,呈現出'強風期向海推進、弱風期向陸后退'的變化過程。與此同時,陸、海緣區(qū)沉積物對潮情的往復轉換敏感,其沉積物的物質組成以2-4及7天的周期波動。完整大潮旋回內,潮間帶下部凈淤漲而上、中部侵蝕,可進一步催生更長時間尺度的潮間帶沖淤演化。潮間帶的逐日地形變化常伴有階段性的沖或淤,可由'大潮-中潮間的強淤積'逐漸調整到'中潮-下次大潮間的弱淤積或強侵蝕'狀態(tài),即強淤-弱淤(侵蝕)狀態(tài)的轉換。此外,強風作用下的逐日沖淤強度是平常天氣的5倍。(2)基于潮溝生消的潮間帶月際演化潮溝是發(fā)育在邊灘潮間帶的基本地貌單元,潮溝的生消很大程度上控制了潮間帶的動力地貌演化。2014.12～2016.6的地形資料表明,潮間帶的月際地貌過程可分為三個階段:潮溝發(fā)育期,潮間帶各地形分帶位置穩(wěn)定而下部淤漲顯著;隨潮溝消亡,潮間帶中部侵蝕強烈,下部大幅向陸遷移;潮溝消亡后,潮間帶進入調整階段而沖淤相對不強。最終,潮間帶由“雙沙體,單潮溝”結構轉變?yōu)椤皢紊丑w”結構,剖面坡度不斷變陡并呈'L'型。潮間帶的沉積分帶變動明顯,其中沉積物陸緣區(qū)后退62.5 m,過渡區(qū)縮窄75 m,海緣區(qū)陸遷137.5 m。與此同時,陸緣區(qū)沉積物砂含量輕微下降并在2015.1、2015.7和2016.2出現極大值;海緣區(qū)沉積物粉砂含量整體穩(wěn)定。潮間帶的沉積與地貌變化高度耦合,表現為沉積分帶的位置變遷與潮間帶上、中部縮窄而下部陸遷的地貌過程一致且海緣區(qū)沉積物隨灘面淤漲而細化。(3)流域-河口工程主導的邊灘年際動力地貌過程以大治河為界的南、北邊灘在流域-河口高強度人類活動影響下的地貌變化模式有所差異。其中,北邊灘主要通過潮汐通道的堵塞淤填而經歷從“潮汐通道—潮流脊”結構向“頂底平坦、中部伴生坡陡”結構的形態(tài)轉變,并呈現出“1998～2002年輕微淤長且潮汐通道完整”、“2003～2008年潮汐通道充填”及“2009～2013年潮汐通道消亡后大范圍淤長”的階段性地貌過程,體積增加1.5×108m3。南邊灘保持淤漲態(tài)勢,并經歷潮上帶與潮間帶發(fā)育、消亡及重構的變化,體現在“1986～1999年潮上帶及潮間帶強烈淤漲并繞南匯咀西向伸展”、“1999～2003年因圍墾而岸線向海推進、潮上帶和潮間帶整體消亡”及“2003～2013年潮間帶重新發(fā)育并主要向北擴展”的演化歷程。南、北邊灘的高淤漲態(tài)勢表明三峽工程導致的長江入海泥沙銳減并沒有影響當前邊灘的地形沖淤。邊灘地貌的年際演化模式很可能受控于促淤圍墾工程,并對工程進度極為敏感。(4)自然過程和人類活動交替控制的邊灘年代際演化1989年以前,邊灘平面形態(tài)變動明顯,凸出處從初始的三角形變?yōu)閳A弧形,北邊灘海緣因江亞南沙的發(fā)育及分離先隆起、后順直;邊灘沖淤動蕩而體積凈變化不大,-5米以上面積增加36km2。1989年后,邊灘水域潮流特征與灘-槽懸沙輸運模式基本不變,但灘面沉積物現細化趨勢。邊灘潮流脊以西的區(qū)域大幅淤高,體積增加3.5×108Dm3;而平面形態(tài)變動不大,僅北邊灘海緣輕微后退而凸出處小幅推進,-5米以上面積幾無變化。在這—過程中,長江口南翼為適應1954年以來“三級分汊,四口入海”新格局而經歷的河口模式調整是邊灘1958～1989年演化的主導因素:1958～1978年,九段沙南遷以致南槽縮窄和落潮動力減弱,催動邊灘大幅向海推進及凸出處形態(tài)轉變;1978～1989年,江亞南沙不斷發(fā)育并最終分離,既直接改變北邊灘平面形態(tài),又通過調控南槽河道順暢度而誘發(fā)凸出處的進退和遷移。邊灘1989年后的演化主要由人類活動控制,在此不贅述。(5)跨尺度的邊灘動力地貌共性及耦合不同時間尺度下的邊灘動力地貌各具不同的表現形式,但始終展現交互的線性與非線性過程:在逐日尺度下,受潮情及風況的交替控制而以非線性過程為主;在月際尺度下,因潮溝消亡而經歷地貌模式的轉變,以線性的侵蝕-堆積過程更為突出;在年際尺度下,由河口工程主導而以線性淤漲為主。上述過程實質由自然及人為驅動力作用下的水文泥沙環(huán)境變化模式決定,并可發(fā)現非線性過程主要由自然因素主導,線性過程主要由人類活動及特殊事件控制。其中,人類活動的影響具有特殊性,既可誘發(fā)邊灘反常的線性過程,又可掩蓋邊灘演變的非線性過程。邊灘長時間尺度的演變源自短時間過程的累加,并以平常狀態(tài)下的周期內凈變化貢獻最強。鑒于—定時段內非線性過程強度可遠大于累積的凈線性變化,關乎河口潮灘動力地貌的科學研究與開發(fā)實踐均應予非線性過程以特殊關注。(6)邊灘資源危機與政策支持潮灘資源總量的減少(1958～2013年累積減少169km2)直接昭示邊灘資源的退化態(tài)勢,而邊灘地貌現狀所隱喻的開發(fā)潛力不足同樣值得憂慮。在促淤工程與深水航道工程的影響下,北邊灘經歷陸側淤高與海緣侵蝕,最終在灘面-2至-3米高程間發(fā)育出畸形的“陡坡結構”,坡度最高在10‰以上。該結構作為“天花板”,大大限制后續(xù)資源開發(fā),使得北邊灘上僅陡坡陸側的80 km2灘地還可被圍墾和利用。在未來持續(xù)減少的長江入海泥沙和強烈的潮灘圍墾及海平面上升壓力下,邊灘資源退化的危機將更為嚴峻。為此,極有必要采取“流域及河口綜合調控”、“科學促淤”、“保持圍墾與邊灘再生速率平衡”和“合理應對海平面上升”的措施以保證邊灘資源的可持續(xù)利用。
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P737.121
【圖文】：

充沛的泥沙來源是河口潮灘發(fā)育的必要條件和淤漲的物質基礎。世界范圍內逡逑的河流向海泥沙輸運充沛（在上世紀可達２ｘｌＯ］Ｇｔ／ｙｒ）（ＭｉｌｌｉｍａｎａｎｄＭｅａｄｅ，１９８３；逡逑Ｍｉｌｌｉｍａｎ邋ａｎｄ邋Ｆａｒｎｓｗｏｒｔｈ，２０１１），因而在河口發(fā)育有極其寬廣的潮灘（圖１－１）。逡逑在全球一些大河河口，因河流泥沙顆粒較細而傾向發(fā)育沉積物以粘土或粉砂為主、逡逑寬度可達數十公里、坡度小于１％。、上部叢生耐鹽植物、下部裸露的淤泥質潮灘逡逑（Ｅｉｓｍａｅｔａｌ．，１９９８），如尼羅河口（Ｆａｎｏｓ，１９９５）、密西西比河口（Ｂｌｕｍ邋ａｎｄ逡逑Ｒｏｂｅｒｔｓ，邋２００９）以及長江口（Ｙａｎｇｅｔａｌ．邋，２００３ａ）。我國主要大河貢獻全球入海泥逡逑１逡逑

ａｎｄ邋Ｔｈｏｍ，１９７７）。更確切地說，動力作用于灘面，催生泥沙的起動、沉降與搬逡逑運，引起灘面沉積物及地貌形態(tài)的改變；地貌的變化又可反饋區(qū)域動力作用，調逡逑控新一輪的泥沙運動；如此往復，直至動態(tài)平衡（圖１－３）。河口潮灘的動力地貌逡逑既是河口研宄的焦點內容，又是海岸保護與港灣開發(fā)必須考慮的重要問題。逡逑７逡逑

蝕逡逑、ｆ逡逑圖１－３河口潮灘動力地貌過程模式圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｓｈｏｗｉｎｇ邋ｍｏｒｐｈｏｄｙｎａｍｉｃ邋ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ邋ｏｆ邋ｅｓｔｕａｒｉｎｅ邋ｔｉｄａｌ邋ｆｌａｔｓ逡逑河口潮灘的動力地貌過程在不同時間尺度下有其獨特的運行機制及表現形逡逑式（圖１－４）：在揣流作用下，灘面可現高頻沖淤振蕩；隨水位升降和流速增減，逡逑灘面經歷潮周期內的沖淤變化；相關水文要素的大、中、小潮變化又催生了灘面逡逑潮周期間的地貌過程差異；陸源泥沙供給及風浪作用的年內震蕩導致河口潮灘的逡逑季節(jié)性沖淤差異；人類活動、自然環(huán)境變化、氣候演變及地質運動等，可導致河逡逑口潮灘年際、年代際甚至千萬年尺度上的趨勢性沖淤轉變及演化模式的系統(tǒng)調整。逡逑國內外己開展有大量河口潮灘動力地貌的研宄，并主要集中在水文及動力沉積過逡逑程、沉積特征及啟示、地貌演變及驅動機制等方面。逡逑丨邐，．，ｖｃ候演變－構造逡逑＜邐＾逡逑ｒ＾ｒ邋－邐，７：－ｖ；：邐１逡逑Ｉ＂：紀－邐．．．．．X鎩義希卞澹危翦澹懾錜[？邐ＰｌｉＭｕａｉ逡逑風浪＂Ｔ一邐波浪？邐？？潮流逡逑小時＿邐１邐Ｊ邐丨１■１

本文編號：2756785