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小型潮汐汊道系统的沉积动力过程与演化

贾建军  
【摘要】: 潮汐汊道是砂质海岸常见的沉积地貌单元,是海岸带与内陆架的重要组成 部分,其作为港口航道、旅游、海水养殖等方面的资源的重要性早已被认识; 但是,潮汐汊道的沉积动力行为、浅海物质循环与通量、全球变化的区域响应 等方面的研究尚未充分开展。月湖是山东半岛东北角的一个小型的泻湖——潮 汐汊道系统,已有4000年的历史,具有很高的科研、经济、生态、休闲旅游价 值。历史上的月湖是比较稳定的,1979之后,由于人为活动的影响,月湖的物 理环境和生态环境质量呈恶化趋势。研究月湖的沉积与水动力现状,分析其变 化的地貌动力学原因,有助于理解小型潮汐汊道系统的沉积动力行为,重视海 岸带海湾在全球物质循环中的作用,具有现实和理论的意义。 1998年冬季和1999年夏季,在月湖进行了为期各一月的野外工作,采集 了131个表层底质沉积样和9个岩芯,获得了冬夏各29天的潮位记录,观测了 口门大小潮期间的潮位、潮流,并采集了同步的悬移质水样。在实验室分析测 定了沉积物的粒度、颗粒态有机碳含量和~(210)Pb放射性活度,进行了粒径趋势分 析和沉积速率估算。对潮位和潮流进行了调和分析,从湾内潮位记录推算出口 门的干道垂线平均流速和断面平均流速,并计算了口门的推移质和悬移质的输 运能力。在此基础上,结合历史资料(地形图、航片、前人的研究成果等),探 讨了月湖的沉积物平衡、汊道稳定性、潮流不对称性、口门P-A关系等问题。另 外,对于海岸带的海湾——泻湖系统在全球碳通量与碳循环过程中的作用进行 了讨论。 月湖是一个小而浅的潮汐汊道系统,面积4.94km~2,平均水深不足1m, 无常年性淡水径流汇入。集水盆地属于低山丘陵地貌,面积15.2km~2。月湖表 层沉积物以细颗粒物质为主,从岸到湖心逐渐变细,泥和砂质泥占湾内面积的 40%以上;表层沉积物的平均粒径与沉积物类型有比较好的对应关系。~(210)Pb数 据分析表明,湖心的沉积速率高达18.2mm yr~(-1),而湖区大部沉积速率在2-5mm yr~(-1)。从岩芯的垂向粒度变化所反映的信息来看,湖区的沉积速率大约是5-10 mm yr~(-1)。 月湖的沉积物主要来自流域的坡面侵蚀、湖岸侵蚀、风尘沉降、生物物质、 涨潮流带入的悬移质和推移质;整个湖区的沉积通量为 10000l2000 t yTI.粒 径趋势分析表明,月湖的湾顶(西部与北部X涨潮三角洲和湖心等地貌单元是 沉积的优势区域. 月湖的潮汐属不规则半日潮,潮差小,日不等现象明显,冬夏两季有显著 差异;平均潮差 0.50 m,平均涨潮历时 5 ’J’时 19分,平均落潮历时 7小时 5 分,平均纳潮量 2刀X 106 m‘.月湖口门的潮流是不规则半日潮流,涨急、落急 流速可达 1刀 m s’‘以上;口门想流时刻正对应湾内的高人潮时,是典型的驻波. 月湖的潮流具有独特的不对称性,口门的干道垂线平均流速的主要模式为 落潮流速大于涨潮流速、且落潮历时长于涨潮历时,而断面平均流速以涨潮流 优势型占微弱优势.这种现象出现的原因是月湖的不规则潮汐特征,以及口门 的形态与潮位的特殊对应关系.其他潮汐汉道可能也存在类似的现象. 月湖所处海域的波浪作用并不强烈,沿岸输沙强度较小.实测悬浮体浓度 较低,在10人10‘mgL”‘左右.用口门干道垂线平均流速计算,月湖的悬移质和 推移质净输运均为向外海输出,悬移质的输运量不到推移质的1/10.但是,从 沉积物平衡的角度分析,涨潮流带入的悬移质和推移质可能是月湖湾内沉积物 的重要来源.人类活动对月湖的沉积过程可能有重大影响. 从平均大潮纳潮量与沿岸毛输沙量的比值来看,月湖应属于稳定性相当好 的潮汐汉道系统;如果仅考虑口门的形态及主干道的通畅性,这一判断是可以 接受的.可以认为,月湖当前的物理系统是脆弱而稳定的,但其生态系统的稳 定性和自适能力已经遭到了严重破坏. 月湖湖心的颗粒态有机碳通量为 0.34 kg m”‘p”’.推而广之,仅就有机碳通 量而言,整个黄、渤海沿岸的小型海湾具有和黄、渤海陆架泥区相同的数量级.因 此,在碳循环研究中应充分注意海岸带海湾的贡献. 均衡状态下的潮汐汉道系统,它的纳潮量与口门面积之间的确存在某种稳 定的卜A关系.传统方法得出的P.A关系有其固有的不准确性.应用沉积动力 学方法,每个潮汐汉道的P-A关系都受涨落潮历时、断面平均流速、口门形态(面 积和宽深比X纳潮量、淡水径流量、沿岸毛输沙量和沉积物粒度等因素的控制, 互互 对于上述因素的每一种组合,都有对应的均衡态卜A关


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