【摘要】：發(fā)育于河流尾閭的河口潮灘因承擔(dān)河口城市后備土地和發(fā)揮海岸災(zāi)害緩沖的功能而具有極高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。然而,當(dāng)前世界范圍內(nèi)的河口潮灘在氣候變暖和人類活動(dòng)加劇背景下,遭遇嚴(yán)重的衰退危機(jī)�；诖�,掌握河口潮灘的發(fā)展模式及演化機(jī)制,實(shí)現(xiàn)灘涂資源預(yù)測(cè)及適應(yīng)性政策的制定,顯得十分迫切而又極為重要。與此同時(shí),弄清河海作用的喉舌——河口潮灘演變,是推斷和辨析陸海動(dòng)力作用機(jī)制及預(yù)測(cè)河口發(fā)展趨勢(shì)研究的重要內(nèi)容,極具科學(xué)意義。河口潮灘動(dòng)力地貌在不同時(shí)間尺度下的表現(xiàn)形式及主控因素并不一致,特定尺度下的河口潮灘地貌過(guò)程在自然及人為驅(qū)動(dòng)力的耦合作用下復(fù)雜又難以捉摸。已有研究多聚焦于宏觀或微觀尺度的過(guò)程,而較少涉及跨尺度的潮灘動(dòng)力地貌及驅(qū)動(dòng)機(jī)制解析。為此,本文立足于大河河口潮灘,以高強(qiáng)度人類活動(dòng)影響下的長(zhǎng)江口南匯邊灘(以下簡(jiǎn)稱為“邊灘”)為研究對(duì)象,通過(guò)歷史地形、水文、泥沙數(shù)據(jù)搜集及自主高頻連續(xù)觀測(cè),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(dòng)力地貌過(guò)程,并深入剖析河口潮灘跨尺度動(dòng)力地貌及與潛在影響因素的聯(lián)動(dòng)機(jī)制。主要成果包括:(1)潮情轉(zhuǎn)換和風(fēng)況變動(dòng)交互控制的潮間帶逐日沉積動(dòng)力過(guò)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(yùn)模式,且縱向的懸沙輸運(yùn)強(qiáng)度3倍于后者;在小潮期,懸沙輸運(yùn)方向常發(fā)生反轉(zhuǎn),同時(shí)輸運(yùn)量明顯變小。在此過(guò)程中,離岸風(fēng)可加劇橫向向海輸運(yùn),向岸風(fēng)則可傾向誘發(fā)向陸輸運(yùn)。潮間帶沉積物的橫向分異與空間分帶顯著,自陸向海可依次劃分為以砂為主的陸緣區(qū)、砂含量沿程銳減的過(guò)渡區(qū)和粉砂主導(dǎo)的海緣區(qū)。該沉積分帶模式在逐日實(shí)測(cè)期(2014.12～2015.1)基本不變,但在風(fēng)力作用下可出現(xiàn)規(guī)律性的遷移,呈現(xiàn)出'強(qiáng)風(fēng)期向海推進(jìn)、弱風(fēng)期向陸后退'的變化過(guò)程。與此同時(shí),陸、海緣區(qū)沉積物對(duì)潮情的往復(fù)轉(zhuǎn)換敏感,其沉積物的物質(zhì)組成以2-4及7天的周期波動(dòng)。完整大潮旋回內(nèi),潮間帶下部?jī)粲贊q而上、中部侵蝕,可進(jìn)一步催生更長(zhǎng)時(shí)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(qiáng)淤積'逐漸調(diào)整到'中潮-下次大潮間的弱淤積或強(qiáng)侵蝕'狀態(tài),即強(qiáng)淤-弱淤(侵蝕)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。此外,強(qiáng)風(fēng)作用下的逐日沖淤?gòu)?qiáng)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(dòng)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(guò)程可分為三個(gè)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(qiáng)烈,下部大幅向陸遷移;潮溝消亡后,潮間帶進(jìn)入調(diào)整階段而沖淤相對(duì)不強(qiáng)。最終,潮間帶由“雙沙體,單潮溝”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)椤皢紊丑w”結(jié)構(gòu),剖面坡度不斷變陡并呈'L'型。潮間帶的沉積分帶變動(dòng)明顯,其中沉積物陸緣區(qū)后退62.5 m,過(guò)渡區(qū)縮窄75 m,海緣區(qū)陸遷137.5 m。與此同時(shí),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(xiàn)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(xiàn)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(guò)程一致且海緣區(qū)沉積物隨灘面淤漲而細(xì)化。(3)流域-河口工程主導(dǎo)的邊灘年際動(dòng)力地貌過(guò)程以大治河為界的南、北邊灘在流域-河口高強(qiáng)度人類活動(dòng)影響下的地貌變化模式有所差異。其中,北邊灘主要通過(guò)潮汐通道的堵塞淤填而經(jīng)歷從“潮汐通道—潮流脊”結(jié)構(gòu)向“頂?shù)灼教埂⒅胁堪樯露浮苯Y(jié)構(gòu)的形態(tài)轉(zhuǎn)變,并呈現(xiàn)出“1998～2002年輕微淤長(zhǎng)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(zhǎng)”的階段性地貌過(guò)程,體積增加1.5×108m3。南邊灘保持淤漲態(tài)勢(shì),并經(jīng)歷潮上帶與潮間帶發(fā)育、消亡及重構(gòu)的變化,體現(xiàn)在“1986～1999年潮上帶及潮間帶強(qiáng)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(jìn)、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(kuò)展”的演化歷程。南、北邊灘的高淤漲態(tài)勢(shì)表明三峽工程導(dǎo)致的長(zhǎng)江入海泥沙銳減并沒(méi)有影響當(dāng)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(duì)工程進(jìn)度極為敏感。(4)自然過(guò)程和人類活動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(yùn)模式基本不變,但灘面沉積物現(xiàn)細(xì)化趨勢(shì)。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(dòng)不大,僅北邊灘海緣輕微后退而凸出處小幅推進(jìn),-5米以上面積幾無(wú)變化。在這—過(guò)程中,長(zhǎng)江口南翼為適應(yīng)1954年以來(lái)“三級(jí)分汊,四口入�！毙赂窬侄�(jīng)歷的河口模式調(diào)整是邊灘1958～1989年演化的主導(dǎo)因素:1958～1978年,九段沙南遷以致南槽縮窄和落潮動(dòng)力減弱,催動(dòng)邊灘大幅向海推進(jìn)及凸出處形態(tài)轉(zhuǎn)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(guò)調(diào)控南槽河道順暢度而誘發(fā)凸出處的進(jìn)退和遷移。邊灘1989年后的演化主要由人類活動(dòng)控制,在此不贅述。(5)跨尺度的邊灘動(dòng)力地貌共性及耦合不同時(shí)間尺度下的邊灘動(dòng)力地貌各具不同的表現(xiàn)形式,但始終展現(xiàn)交互的線性與非線性過(guò)程:在逐日尺度下,受潮情及風(fēng)況的交替控制而以非線性過(guò)程為主;在月際尺度下,因潮溝消亡而經(jīng)歷地貌模式的轉(zhuǎn)變,以線性的侵蝕-堆積過(guò)程更為突出;在年際尺度下,由河口工程主導(dǎo)而以線性淤漲為主。上述過(guò)程實(shí)質(zhì)由自然及人為驅(qū)動(dòng)力作用下的水文泥沙環(huán)境變化模式?jīng)Q定,并可發(fā)現(xiàn)非線性過(guò)程主要由自然因素主導(dǎo),線性過(guò)程主要由人類活動(dòng)及特殊事件控制。其中,人類活動(dòng)的影響具有特殊性,既可誘發(fā)邊灘反常的線性過(guò)程,又可掩蓋邊灘演變的非線性過(guò)程。邊灘長(zhǎng)時(shí)間尺度的演變?cè)醋远虝r(shí)間過(guò)程的累加,并以平常狀態(tài)下的周期內(nèi)凈變化貢獻(xiàn)最強(qiáng)。鑒于—定時(shí)段內(nèi)非線性過(guò)程強(qiáng)度可遠(yuǎn)大于累積的凈線性變化,關(guān)乎河口潮灘動(dòng)力地貌的科學(xué)研究與開發(fā)實(shí)踐均應(yīng)予非線性過(guò)程以特殊關(guān)注。(6)邊灘資源危機(jī)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(shì),而邊灘地貌現(xiàn)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(jīng)歷陸側(cè)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(jié)構(gòu)”,坡度最高在10‰以上。該結(jié)構(gòu)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(cè)的80 km2灘地還可被圍墾和利用。在未來(lái)持續(xù)減少的長(zhǎng)江入海泥沙和強(qiáng)烈的潮灘圍墾及海平面上升壓力下,邊灘資源退化的危機(jī)將更為嚴(yán)峻。為此,極有必要采取“流域及河口綜合調(diào)控”、“科學(xué)促淤”、“保持圍墾與邊灘再生速率平衡”和“合理應(yīng)對(duì)海平面上升”的措施以保證邊灘資源的可持續(xù)利用。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P737.121
【圖文】：

充沛的泥沙來(lái)源是河口潮灘發(fā)育的必要條件和淤漲的物質(zhì)基礎(chǔ)。世界范圍內(nèi)逡逑的河流向海泥沙輸運(yùn)充沛（在上世紀(jì)可達(dá)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(xì)而傾向發(fā)育沉積物以粘土或粉砂為主、逡逑寬度可達(dá)數(shù)十公里、坡度小于１％。、上部叢生耐鹽植物、下部裸露的淤泥質(zhì)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(zhǎng)江口（Ｙａｎｇｅｔａｌ．邋，２００３ａ）。我國(guó)主要大河貢獻(xiàn)全球入海泥逡逑１逡逑

ａｎｄ邋Ｔｈｏｍ，１９７７）。更確切地說(shuō)，動(dòng)力作用于灘面，催生泥沙的起動(dòng)、沉降與搬逡逑運(yùn)，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(dòng)力作用，調(diào)逡逑控新一輪的泥沙運(yùn)動(dòng)；如此往復(fù)，直至動(dòng)態(tài)平衡（圖１－３）。河口潮灘的動(dòng)力地貌逡逑既是河口研宄的焦點(diǎn)內(nèi)容，又是海岸保護(hù)與港灣開發(fā)必須考慮的重要問(wèn)題。逡逑７逡逑

蝕逡逑、ｆ逡逑圖１－３河口潮灘動(dòng)力地貌過(guò)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(dòng)力地貌過(guò)程在不同時(shí)間尺度下有其獨(dú)特的運(yùn)行機(jī)制及表現(xiàn)形逡逑式（圖１－４）：在揣流作用下，灘面可現(xiàn)高頻沖淤振蕩；隨水位升降和流速增減，逡逑灘面經(jīng)歷潮周期內(nèi)的沖淤變化；相關(guān)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(guò)程差異；陸源泥沙供給及風(fēng)浪作用的年內(nèi)震蕩導(dǎo)致河口潮灘的逡逑季節(jié)性沖淤差異；人類活動(dòng)、自然環(huán)境變化、氣候演變及地質(zhì)運(yùn)動(dòng)等，可導(dǎo)致河逡逑口潮灘年際、年代際甚至千萬(wàn)年尺度上的趨勢(shì)性沖淤轉(zhuǎn)變及演化模式的系統(tǒng)調(diào)整。逡逑國(guó)內(nèi)外己開展有大量河口潮灘動(dòng)力地貌的研宄，并主要集中在水文及動(dòng)力沉積過(guò)逡逑程、沉積特征及啟示、地貌演變及驅(qū)動(dòng)機(jī)制等方面。逡逑丨邐，．，ｖｃ候演變－構(gòu)造逡逑＜邐＾逡逑ｒ＾ｒ邋－邐，７：－ｖ；：邐１逡逑Ｉ＂：紀(jì)－邐．．．．．X鎩義希卞澹危翦澹懾錜[？邐ＰｌｉＭｕａｉ逡逑風(fēng)浪＂Ｔ一邐波浪？邐？？潮流逡逑小時(shí)＿邐１邐Ｊ邐丨１■１

本文編號(hào)：2756785