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黄河三角洲强侵蚀海岸侵蚀过程及机理研究

周永东  
【摘要】: 1976年黄河改道刁口河流路废弃后,在海洋动力作用下,黄河三角洲强侵蚀海岸遭受到严重侵蚀(岸线后退、滩面下蚀、岸坡失稳),致使土地资源和生物栖息地大量丧失,临海人工设施和原油开采受到威胁。 本文基于黄河三角洲强侵蚀海岸多年剖面地形实测资料、沉积物以及波浪、潮流资料,从河口海岸学、海岸动力学、动力地貌学、沉积学的角度出发,进行地理空间分析和数理统计分析,从沉积物分布特征及运移趋势、冲淤演变特征和水动力作用等方面对黄河三角洲强侵蚀海岸的侵蚀过程及机理进行探讨和阐释。结论如下: (1)基于ArcGIS软件的空间分析模块,绘制黄河三角洲强侵蚀海岸沉积物类型分布图和平均粒径分布图表明:黄河三角洲强侵蚀海岸沉积物,粉砂组分占主导地位,平均粒径多为粉砂粒级。由岸向海沉积物中砂组分含量减小,粘土组分含量增大,平均粒径由粗变细,沉积物类型呈砂→粉砂质砂→砂质粉砂→砂-粉砂-粘土→粘土质粉砂的变化梯度。18m水深以内的沉积物类型和平均粒径变化均表现出沉积物粗化趋势,18m水深以外则呈细化态势。 潮滩沉积物组分以粉砂为主,砂含量也较高,粘土含量很少,多为粉砂粒级。由岸向海沉积物组分中砂组分相对含量增大,粉砂相对含量减小,粘土组分变化不明显,平均粒径由细变粗。 黄河三角洲强侵蚀海岸各海域沉积物的粒度参数,总体上呈现出粒径较细,分选较差,正偏,峰态宽平的特征,且随着平均粒径变细,分选变差,偏态减小,峰态减小。依据Gao-Collins粒径趋势分析模型分析,本区沉积物运移趋势多为离岸余流所主导,多呈离岸运移趋势。按照Fleming三角图式分析,黄河三角洲强侵蚀海岸整体处于较强水动力环境,横向上潮滩浅水区深水区,纵向上东营港海域飞雁滩海域孤东海域。 (2)黄河三角洲强侵蚀海岸岸线蚀退特征整体表现为由最初几年的剧烈蚀退逐渐转变为缓慢蚀退状态,在人工控制下稳定的岸段,堤前海域也遭受较大程度的侵蚀。 基于ArcGIS软件的空间分析模块和3D分析模块计算表明:侵蚀区面积略小于淤积区面积,侵蚀区内侵蚀强度更大,侵蚀区呈圆弧状环绕分布于强侵蚀海岸的15m水深以内区域,2m~12m水深侵蚀尤其严重,形成3个较为明显的侵蚀中心,冲淤速率呈下降趋势,冲淤演变呈现出周期性变化:侵蚀-淤积-冲淤平衡-淤积-侵蚀。 典型剖面的历史资料对比表明:黄河三角洲强侵蚀海岸剖面的冲淤形态多为“上冲下淤”,剖面冲淤转换一般发生在12m~14m的部位,剖面上下部位冲淤强度的不同,造成不同剖面分别存在冲淤平衡带和冲淤平衡点的差异,1990年后孤东海域剖面12m以上部位发生侵蚀。受海岸堆积时间、岸线走向、无潮点附近高流速区和黄河入海泥沙扩散的影响,强侵蚀海岸东北部剖面CS13的冲淤平衡点深度最大,其两侧剖面的冲淤平衡点深度依次减小。 (3)黄河三角洲强侵蚀海岸主要是在各种海洋动力(波浪、潮流、余流、风暴潮等)作用下遭受到严重侵蚀。本区大致遵循“波浪掀沙,潮流输沙”的规律,波浪以渤海当地风生浪为主,常浪向和强浪向均呈偏北向特征,受波浪掀沙范围随波级增大向海扩展,掀沙频率向海递减的影响,黄河三角洲强侵蚀海岸的沉积物粒径总体呈向海变细趋势,沉积物类型向海呈砂→粉砂质砂→砂质粉砂→砂-粉砂-粘土→粘土质粉砂的变化梯度,剖面侵蚀部位的侵蚀强度向海逐渐减小,剖面严重侵蚀部位也与波浪作用范围大致相符。 无潮点的存在使沿岸潮位变化呈“马鞍形”,无潮点附近海域为高流速区,海岸剖面的冲蚀强度更大,冲淤平衡点深度更深,无潮点两侧海域潮流旋转方向相异,涨落潮过程相反,潮时差异显著,无潮点以西近岸海域潮流在流速最大的涨落急时段可掀动底沙,无潮点以南海域潮流流速不足于掀动底沙。 黄河三角洲强侵蚀海岸的余流流速较小,受季风影响,主要为风成余流,多呈离岸方向,因其定向输送特征对沉积物的离岸运移和海岸剖面的塑造具有重要作用。本区冲淤演变表现出“侵蚀-淤积-冲淤平衡-淤积-侵蚀”的周期性特征,可能与风暴潮发生时海岸剖面的剧烈冲刷,以及风暴潮发生后海岸剖面的回淤调整有关。


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