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《华东师范大学》 2013年
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华南流域人类活动和气候变化对入海水沙通量和三角洲演化的影响

吴创收  
【摘要】:陆源物质通过河流的携带进入海洋,这些物质是海洋地质地貌以及生物地球化学特征的基础。近几十年来,世界上许多河流由于流域建坝等人类活动以及气候变化(限于某些河流,例如长江、黄河)的影响,进入海洋的泥沙通量急剧减少,从而导致河口三角洲及其邻近海域沉积地貌过程发生明显变化。因此,三角洲地貌演化对河流入海泥沙通量变化的响应已成为国际地球表层科学研究的热点领域之一,同时也是海岸带陆海相互作用(Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone:LOICZ)研究计划的一个重要组成部分。 华南地区作为中国的七大分区之一,位于亚热带和热带,降水充沛,河流分布众多。其中珠江(流域而积占华南地区的75%左右)是世界重要河流之一,入海水沙通量分别居世界前25位,中国前3位。近几十年来,由于社会经济快速发展,流域遭受大量人类活动影响,导致入海泥沙减少。尽管近年已有珠江入海泥沙减少的报道,但对其原因的分析(特别是人类活动和气候变化影响的定量剥离)有待深入,而三角洲地貌演化对流域来沙减少的响应研究较少。由于系统地形资料欠缺,对小河流的研究更少。本论文以华南地区的珠江为重点,结合海南岛的南渡江和万泉河,在系列监测资料搜集的基础上,采用M-K趋势分析、Arc-GIS冲淤计算以及气候-水文-地貌学综合机制分析等方法,较系统地探讨近几十年河流入海泥沙的变化趋势、原因以及三角洲冲淤响应的特点,并在此基础上展望今后几十年的变化趋势。主要的结果和结论如下: (1)分析了近几十年来珠江流域年降水量、入海径流量和输沙率的总体变化趋势以及三个不同阶段的变化;对资料不足的南渡江和万泉河也尝试给出其水沙通量的长期变化趋势。结果表明,1954-2010年,珠江流域降水量具不显著上升趋势(P=024),而径流量具不显著下降趋势(P=024),输沙率呈显著下降趋势(P0.001)。珠江输沙率在2006-2010年较之1954-1983年下降86%,南渡江输沙率在1998-2007年较之1956-1969年下降78%%,万泉河输沙率在2001-2007年比1962-1965年下降76%。珠江流域的水、沙通量变化可划分为三个阶段:(1)增长阶段(1954-1983年);(2)波动阶段(1984-1993年)和(3)下降阶段(1994-2010年)。1954-1983年,珠江流域的入海径流量和输沙率分别增长18%和32%。第二阶段的前半段(1984-1989年)水、沙通量分别下降30%和44%,而后半段(1989-1993),水、沙通量分别增长59%和64%。第三阶段珠江入海水、沙通量分别减少32%和83%。 (2)分析了珠江水沙通量长期变化趋势和阶段性变化的主控因子,尝试进行了气候变化和人类活动对水沙通量影响的定量剥离。研究发现,1960年代以前,珠江流域人类活动影响较小,水沙关系接近自然状态,降水量与径流量之间以及径流量与输沙率之间存在显著正相关关系,相关系数(R2)分别达到0.78和0.92,反映气候变化对水沙通量的控制作用。1960年代以来,人类活动对输沙率的影响越来越大。人类活动的影响也分为三个阶段:上世纪50年代到70年代,流域内的森林砍伐和水库建设的影响大致相互抵消,因此,输沙率无明显变化。上世纪80年代,森林砍伐造成的水土流失量远大于水库拦截的泥沙量,人类活动对输沙率的影响得以充分体现,森林砍伐导致珠江流域的输沙率增加20%左右。20世纪90年代,许多大型水库开始建设,同时中国对流域采取了水土保持措施,这两者对泥沙的影响远远超过森林砍伐的影响,导致输沙率快速下降;2006年以后,水库建设对于入海泥沙减少的贡献率达到90%左右,而气候变化的贡献率大约在10%左右。 (3)利用近几十年不同年份的珠江和南渡江水下三角洲地形资料建立了三维地形模型,计算了不同阶段的冲淤速率;根据不同年份万泉河口玉带沙海滩的卫星遥感影像计算了岸线进退变化。将三角洲冲淤变化同河流入海泥沙通量变化进行了关联分析。结果表明:珠江口磨刀门区域水下三角洲(面积509km2)的淤积速率从1964-1977年的1.3cm/a下降为1977-2005年的0.15cm/a(下降88%),伶仃洋区域水下三角洲(面积1118.6km2)的淤积速率从1955-1964年的4.5cm/a减小到1998-2008年的2.01cm/a(下降56%),均大于同期珠江入海泥沙通量的下降率(1964-1977年至1977-2005年时段下降19%,1955-1964年至1998-2008年时段下降38%)。此外,南渡江的淤积速率从1963-1980年的4.17cm/a转变为1996-2003年的侵蚀,侵蚀速率达到2.21cm/a,而同期的南渡江入海泥沙量由原来的55.04×104t(1956-1959)下降到11.9×104t(1998-2007),来沙量下降78%。万泉河口玉带沙的面积由52.6×104m2(1988年)减小为34.3×104m2(2005年),面积减少35%,同时期的上游来沙量由31.7×104t(1988)减少到11.2×104t(2001-2007),来沙量减少64%。这表明,上述三角洲对河流入海泥沙通量的下降均有敏感响应。 (4)结合未来全球气候变化和流域人类活动的发展趋势,展望了今后几十年珠江入海水沙通量和三角洲演化的大致趋势。未来几十年,全球气候变化对珠江流域降水量的影响可能仍主要表现为年际和年代尺度的波动,而对降水量的长期趋势影响不大。另一方面,珠江流域将新修大量水库来满足发电、防洪和灌溉的需要,这些新修水库的拦沙效率可能超过已建水库因库容减小而减弱的拦沙效率。此外,流域的水土保持措施将进一步加强。因此,未来几十年珠江入海径流量可能变化不大,但输沙率很可能进一步降低,三角洲淤涨速率也将继续下降。至于珠江三角洲是否会像黄河和长江三角洲那样出现总体上的淤-蚀转变,有待于进一步研究。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:P333.4

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