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红树林消波效应观测与模拟

陈玉军  
【摘要】:对红树林消波效应的定量研究是红树林防灾功能评价和防灾红树林构建的重要依据,国内亟需开展此方面的监测和评价研究。本研究通过与沿海互花米草植被和裸露海滩的消波效应作对照,对华南沿海11种不同类型红树林的消波效应开展了长期野外监测,提出了这些典型红树林的定量减波指标,分析了红树林消波效应与影响因子的相关性,在此基础上,建立了红树林对波浪消减效应的模拟模型,初步提出消波红树林所具备的结构标准,为华南沿海红树林消波功能的综合评价提供参考和依据。主要研究结果如下: (1)本研究对11种红树林类型的消波效应进行了野外观测,获取了红树林消波效应的定量指标。由于林分结构的差异,不同红树林类型之间的消波效应有较大的差异。林分地面至胸高处生物量体积密度是影响红树林消波效应最有代表性的林分结构综合指标,红树林的消波效应随林分地面至胸高处生物量体积密度的增加呈增强的趋势。 (2)所研究的11种红树林类型中,在从林缘至林内25m的范围内,最大的波高减低率为77.3%(福建泉州湾秋茄人工林样地013),最小的波高减低率为13.0%(广东番禺莲花山沿岸无瓣海桑人工林样地010);在从林缘至林内50m的范围内,最大的波高减低率为84.8%(福建泉州湾秋茄人工林样地013),最小的波高减低率为25.8%(海南东寨港无瓣海桑人工林样地011);在从林缘至林内75m的范围内,最大的波高减低率为86.9%(福建泉州湾秋茄人工林样地013),最小的波高减低率为45.7%(广东番禺莲花山沿岸无瓣海桑人工林样地009)。 (3)波高在红树林中的递减与波浪在红树林中的传播距离呈非线性正相关性。在从林缘至林内较短的距离内,波高减低的幅度最大,随着在红树林中传播距离的增加,波高持续减低,但波高的降幅逐渐减小。以海南东寨港秋茄林样地012为例,在从林缘至林内0-25m的距离内,每10m的1/10波高减低率为13.0%;在25-50m的距离内,每10m的1/10波高减低率为5.0%;在50-75m的距离内,每10m的1/10波高减低率为1.4%;在75-100m的距离内,每10m的1/10波高减低率为3.9%。 (4)林缘水深对红树林的消波率有显著的影响作用。随着林缘水深的增加,红树林的消波效应呈下降的趋势。红树林树干从地表向上粗度变小,尖削度大,当水深增加时,载波水体所接触的林木生物量体积相对变小,波浪所受的阻力作用也相应变小,造成红树林的消波率下降。如海南东寨港无瓣海桑红树林(样地011)的地表断面积是胸高断面积的1.6倍,而秋茄红树林(样地012)的地表断面积更达到胸高断面积的13.4倍。 (5)林缘波高的差异性也影响红树林的消波率。在水深相同的情况下,随着林缘波高的增加,所观测红树林的消波率呈增加的趋势。以广东珠海淇澳岛无瓣海桑中龄林样地001为例,在林内50m处,在林缘水深0.8-1.0m的情况下,当林缘波高为5-10cm时1/10波高减低率为26.5%,当林缘波高为20-25cm时的减低率45.5%,后者是前者的1.71倍;在林缘水深1.0-1.2m的情况下,当林缘波高为5-10cm时1/10波高减低率为17.3%,当林缘波高为20-25cm时的消波率为37.3%,后者是前者的2.16倍。 (6)与红树林消波效应相似,互花米草的消波率也受其结构特征的影响,米草的密度和径度越大,消波效应越强。在米草内25m处,两种类型的米草样地(珠海淇澳岛样地003和008)的1/10波高减低率为53.3%-58.1%;在米草内50m处,1/10波高减低率为84.6%(珠海淇澳岛样地008)。互花米草对波浪的减低效应随着外缘水深的增加逐渐降低,随着外缘波高的增加而逐渐增强。 (7)波浪在经过裸滩50m后,波高有小幅度的增高或减低效应。波浪经过50m裸滩后,在所观测的4种裸滩类型中,最高的1/10波高减低率为5.1%,最高的1/10波高增幅为9.0%。在不同水深条件下,波浪经过裸滩的增减程度不同,但未见有明显规律性。在相同水深不同波高的情况下,裸滩消波率也未见有明显规律性。 (8)由裸滩消波率的观测研究结果可知,在各种裸滩类型中,海南东寨港观测区的裸滩样地014的消波率最高——50m距离的消波率为5.1%,而该观测区域无瓣海桑林样地011和秋茄林样地012从林缘至林内50m距离的消波率分别为25.8%和45.0%。若将裸滩的消波率等同于红树林中底泥对波高的影响,可初步推测出红树林样地消波率中底泥影响所占的比例最多仅为11.3%-19.8%,表明红树林本身的植被特征对消波率起着主导作用。 (9)通过回归分析建立了50m宽红树林消波率与胸高以下的生物量体积密度之间的模拟方程:y=-2.36338*e~(-(x/341.42152))+2.3333,该模拟方程能够为红树林消波效应的预测及高效防灾红树林构建标准的确立提供理论依据。根据该消波模型,可以推导出50m宽红树林在不同消波率预期值情况下的林分结构标准,可以作为红树林消波效应评价和防灾减灾红树林建设的技术依据。根据此结构标准,要使50m宽的红树林达到80%的消波率,在林木平均胸径达到15cm的条件下,红树林的密度必须达到4419/hm2。


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