【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(duì)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(duì)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(dòng)力地貌特征有助于我們減小上述的潛在危害,同時(shí)還能提高對(duì)海底沉積物運(yùn)移的認(rèn)識(shí),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(guó)防安全提供科學(xué)依據(jù)。 本論文的研究對(duì)象為臺(tái)灣淺灘海底沙波,數(shù)據(jù)基于國(guó)家海洋行業(yè)公益性項(xiàng)目“珠江口、臺(tái)灣淺灘地形變化監(jiān)測(cè)管理保障系統(tǒng)”子任務(wù)——臺(tái)灣淺灘示范區(qū)海底地形探測(cè)與時(shí)間序列變化研究項(xiàng)目及國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目在臺(tái)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(dòng)力資料及表層沉積物資料。分析臺(tái)灣淺灘中部典型示范區(qū)海底沙波的位置、波高、波長(zhǎng)等時(shí)空分布特征,細(xì)化海底次級(jí)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(dòng)力特征,并結(jié)合歷史資料和前人研究成果,探討臺(tái)灣淺灘研究區(qū)海底沙波動(dòng)力特征。 論文包括以下幾個(gè)方面研究?jī)?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(cè)量水深數(shù)據(jù)入手,根據(jù)研究區(qū)多波束測(cè)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(jí)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(duì)研究區(qū)主級(jí)沙波進(jìn)行劃分,研究其波高、波長(zhǎng)、位置等時(shí)空分布特征,繪制主級(jí)沙波波峰線圖,從而把握研究區(qū)主級(jí)沙波走向分布規(guī)律。 (3)次級(jí)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(jí)沙波之間的眾多次級(jí)沙波,細(xì)化海底次級(jí)沙波的分類,通過(guò)分析其不同的沙波分布形態(tài),提出臺(tái)灣淺灘海底次級(jí)沙波的不同發(fā)育類型模式,同時(shí)分析其各種類型特征。 (4)海底沙波動(dòng)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(dòng)力資料,以分析海底沙波的動(dòng)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(dòng)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(guò)對(duì)臺(tái)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(tái)風(fēng)前后和1年時(shí)間間隔)、橫穿臺(tái)灣淺灘SE-NW向分布的大面監(jiān)測(cè)剖面調(diào)查(臺(tái)風(fēng)前后和1年時(shí)間間隔),獲得了臺(tái)灣淺灘較為詳細(xì)的大面及區(qū)域跨時(shí)間、事件尺度的地形資料,結(jié)合研究區(qū)水動(dòng)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(dòng)力條件等因素,細(xì)致描述了臺(tái)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(jí)沙波及其發(fā)育模式。經(jīng)過(guò)2年3次的重復(fù)區(qū)調(diào)查和監(jiān)測(cè)剖面測(cè)量,討論了沙波及其區(qū)域隨單個(gè)臺(tái)風(fēng)影響及臺(tái)風(fēng)影響后1年時(shí)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(tái)灣淺灘沙波成因,分析臺(tái)灣淺灘沙波區(qū)動(dòng)力環(huán)境影響,對(duì)特殊動(dòng)力環(huán)境影響和常規(guī)動(dòng)力影響分別討論,提出臺(tái)灣淺灘特殊動(dòng)力環(huán)境影響和常規(guī)動(dòng)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(tái)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(gè)區(qū):臺(tái)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(tái)灣淺灘的東研究區(qū)、西側(cè)研究區(qū)分別分布與臺(tái)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(tái)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(jí)沙波和次級(jí)沙波,主級(jí)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(duì)較為穩(wěn)定;次級(jí)沙波發(fā)育于臺(tái)灣淺灘相鄰主級(jí)沙波之間的波谷區(qū),以呈直線型和彎月型分布,次級(jí)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(duì)于兩側(cè)主級(jí)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(gè)主級(jí)沙波的北坡坡度大于南坡。E-W向展布的平行型主級(jí)沙波(雙峰分布的主級(jí)沙波),87%的平行型主級(jí)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(gè)西側(cè)研究區(qū)主級(jí)沙波北坡比南坡的坡度比小于1總數(shù)的77%,屬于主級(jí)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(tái)灣淺灘東南部海底沙脊地形發(fā)育區(qū),主級(jí)沙波與巨大起伏的海底沙脊地形相伴發(fā)育,主級(jí)沙波與西側(cè)研究區(qū)相似,主級(jí)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(jí)沙波發(fā)育分布的疏密情況可劃分為:北部主級(jí)沙波稀疏區(qū);南部主級(jí)沙波密集區(qū),同時(shí)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(gè)主級(jí)沙波發(fā)育亞區(qū)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)西側(cè)主級(jí)沙波研究區(qū)單個(gè)主級(jí)沙波南北部坡度對(duì)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(cè)量顯示海底主級(jí)沙波分布、走向未改變,次級(jí)沙波的次級(jí)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(duì)比顯示沙波(主級(jí)沙波和次級(jí)沙波)的高度、波長(zhǎng)、兩坡坡度有所變化,主要為沙波波高受臺(tái)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(guò)程特征;在這沙波高度變化的過(guò)程中,波峰位置發(fā)生位移,促使波長(zhǎng)發(fā)生細(xì)微變化;同時(shí)波峰高度回淤過(guò)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(gè)研究區(qū)海底沙波形態(tài)特征相對(duì)較為穩(wěn)定,未現(xiàn)明顯變化。2012年臺(tái)風(fēng)前后監(jiān)測(cè)剖面對(duì)比發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)臺(tái)風(fēng)后整體均處于侵蝕狀態(tài),臺(tái)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(jí)沙波位置出現(xiàn)劇烈侵蝕和少量淤積,而在臺(tái)風(fēng)作用中心位置以東侵蝕作用明顯加劇,且臺(tái)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(tái)風(fēng)后1年時(shí)間對(duì)比發(fā)現(xiàn)整體除臺(tái)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(tái)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(tái)風(fēng)作用結(jié)果相反。 (3)臺(tái)灣淺灘研究區(qū)水深適宜,為發(fā)育5-25m的主級(jí)沙波提供了承載空問(wèn)。東側(cè)研究區(qū)和西側(cè)研究區(qū)主級(jí)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(zhǎng)短半軸方向相互耦合。定錨測(cè)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(duì)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(jí)沙波提供有合適的水動(dòng)力條件。加之臺(tái)灣淺灘研究區(qū)平均粒徑、分選系數(shù)、偏態(tài)等對(duì)應(yīng)性較好的表層沉積物以及臺(tái)灣海峽兩岸的福建廣東沿岸和臺(tái)灣省西岸均有大量的的入海河流,經(jīng)過(guò)這些河流每年有大量的泥沙隨河流流入臺(tái)灣海峽的泥沙構(gòu)成了臺(tái)灣海峽表層沉積物的基本來(lái)源,再加之臺(tái)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(tái)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(tái)灣淺灘整體受臺(tái)風(fēng)事件的特殊水動(dòng)力環(huán)境影響,整體受到侵蝕作用且侵蝕量較大,臺(tái)風(fēng)作用中心位置以東侵蝕作用加劇,監(jiān)測(cè)剖面上臺(tái)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(tái)風(fēng)事件后研究區(qū)主體在常規(guī)動(dòng)力環(huán)境影響呈微淤積作用過(guò)程,剖面對(duì)比表明淤積大多處位于沙波波峰及背流處,對(duì)比監(jiān)測(cè)剖面1和監(jiān)測(cè)剖面2以臺(tái)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(cè)剖面1的西側(cè)區(qū)整體呈現(xiàn)由外向臺(tái)風(fēng)中心點(diǎn)淤積量逐漸減少的特征。提出臺(tái)灣淺灘的特殊動(dòng)力環(huán)境影響模式和在臺(tái)風(fēng)作用后1年時(shí)間的常規(guī)動(dòng)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(tái)灣淺灘在臺(tái)風(fēng)作用下的特殊動(dòng)力環(huán)境影響模式:臺(tái)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(dòng)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(tái)灣淺灘整體發(fā)生侵蝕。臺(tái)風(fēng)影響時(shí)的區(qū)域主導(dǎo)潮流流向決定著臺(tái)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。恢鲗(dǎo)潮流流向與氣旋方向相反,侵蝕減弱。2)臺(tái)灣淺灘在臺(tái)風(fēng)作用后1年時(shí)間的常規(guī)動(dòng)力環(huán)境影響下整體回淤及沙波侵蝕變化模式:常規(guī)動(dòng)力環(huán)境的影響下臺(tái)灣淺灘沉積物回淤輻聚,淤積量與侵蝕量對(duì)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(huì)向大侵蝕量區(qū)域橫向輸沙以維持整體動(dòng)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(tái)風(fēng)后侵蝕熱點(diǎn)。而沙波形態(tài)主要經(jīng)歷臺(tái)風(fēng)特殊動(dòng)力環(huán)境影響侵蝕(波峰、波谷侵蝕),常規(guī)動(dòng)力環(huán)境影響恢復(fù)(沙波波峰重塑)的移動(dòng)過(guò)程,當(dāng)回淤量不能滿足波峰淤積重塑量的時(shí)候,整個(gè)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(dòng)力響應(yīng)。這些臺(tái)風(fēng)作用引起的特殊水動(dòng)力條件攪動(dòng)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(guò)去,水動(dòng)力條件恢復(fù)成常態(tài),海底沙波又在常規(guī)水動(dòng)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(tái)灣淺灘既有殘留沉積特征,又有現(xiàn)代沉積特征,現(xiàn)代過(guò)程受潮流和風(fēng)暴的雙重影響的研究。根據(jù)文中實(shí)測(cè)剖面的波峰高——低——高的過(guò)程,系統(tǒng)概括了臺(tái)灣淺灘沙波侵蝕——淤積重塑過(guò)程的研究,并總結(jié)出臺(tái)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(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2014
【分類號(hào)】:P736.12
【參考文獻(xiàn)】
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本文編號(hào):
2329807