渤海湾西部海域潮动力特征和细颗粒沉积物输运研究

论文摘要

潮汐是影响近岸海域的主要动力,细颗粒沉积物在潮动力的作用下被起动、搬运和堆积,是海岸地貌演化过程中至关重要的环节。在近岸海域,还易受人类活动的影响。渤海湾西部海域在黄河改道和附近中小河流建闸导致的沉积物供应不足的前提下,仍发育有缓慢淤长的大面积滩涂。自上世纪80年代开始,海域频繁遭受人类活动的影响,进入21世纪后更是经历了长达10余年的大规模高强度围垦时期。因此渤海湾西部海域是研究潮动力特征和细颗粒沉积物输运格局对人类活动（主要指海域围垦活动）响应的理想区域。本文选取渤海湾西岸围垦工程所处的海域为典型研究区,以天津港所在位置为界,将研究区分为南、北两部分。2009年、2014年和2015年,在研究区内进行了 12个站位的全潮沉积动力学观测,通过实测数据分析、MIKE21二维水动力数值模拟的方法,研究了渤海湾西部海域围垦条件下的潮动力变化及其影响机制;同时搜集了研究区海域范围内2006年、2009年、2014年和2015年的海底沉积物粒度数据,采用Gao-Collins沉积物粒径趋势分析法,进一步探讨了持续性围垦条件下渤海湾西部海域的沉积物输运格局演变趋势,以期加深对人类活动影响下的海岸地貌演化过程的认识。（1）渤海湾西部海域受不规则半日潮控制,潮流流态表现为低速的往复流,但涨潮流强于落潮流;涨潮悬沙浓度大于落潮悬沙浓度,涨潮历时小于落潮历时,表现为明显的“涨潮占优”的潮不对称现象。同时,涨潮期间,底部悬沙浓度与流速、底切应力存在正相关关系。（2）大多数站位的悬沙输运表现为向岸净输运的趋势。采用通量分解方法,发现潮汐捕捉项是该区域悬沙输运的主要贡献项,其沉积物来源主要是在向岸风浪对潮下带岸滩的冲蚀,到达近岸潮滩滩面后,在潮流和波浪的共同作用下起动并产生局部的输运,再加上海域水动力较弱、细颗粒沉积物的沉降延迟和冲刷延迟效应,被搬运的细颗粒沉积物在高滩连续地沉降,这也就解释了为何在外来泥沙断绝的情况下,渤海湾西岸仍能发育着宽广的淤泥质潮滩。（3）现场观测结果表明,围垦愈增的2009～2015年间,研究区北部潮不对称性增强,向陆的单宽悬沙输运率由20.15 g/m/s变至24.92 g/m/s,而南部潮不对称性减弱,向陆的单宽悬沙输运率从37.75g/m/s减小至6.37g/m/s。综上,持续地围垦可能导致研究区水动力条件改变,推测研究区北部潮滩淤涨可能加快,而南部淤涨速率减小。（4）数值模拟结果表明,总体上围垦并未改变研究区的余流趋势,研究区北部主要为北向余流,南部主要为南向余流;在近岸区域,2014年在南部新增围垦区的前沿出现了较为明显的小尺度余环流,北部的余环流也有增强趋势。随着围垦工程的实施,研究区M4分潮振幅值整体增大,尤其是南部新增围垦区附近的M4分潮振幅增大为原来的1-2倍。随着围垦的进行,研究区北部的γM2/M4值增大,尤其是近岸区域、靠近在围垦区域海域,南部也表现出更显著的为类似的类似特征;比现场观测获得了更全面的潮汐不对称性的认识。（5）渤海湾西部海域的表层沉积物主要为粉砂,且研究区南、北分布略有差异。天津港以北主要分布粘土质粉砂和少量的砂质粉砂区,天津港以南靠近海岸带分布有粒径稍粗的窄长砂质带,由岸及海依次分布着砂、粉砂质砂和砂质粉砂,南部的其余海域沉积物类型仍以粘土质粉砂为主。围垦虽然侵占了绝大部分的潮间带滩涂,但从长期趋势看潮下带海域表层沉积物的类型未发生改变,但部分粒度参数略有变化:分选系数变好,偏态系数绝对值减小,而平均粒径则变化不大。（6）通过对比各站位的悬沙和推移质输运,发现两者虽然在一个数量级上,但不论是在输运方向还是数值大小上都没有明显的相关性。不同于各站位悬沙净向岸输运的趋势,推移质输运主要表现为沿岸输运,在研究区北部站位整体表现为与岸线近似平行的趋势,南部站位的输运趋势整体上与岸线呈45°。即便是相同年份的相邻站位,其推移质输运甚至也表现截然相反的方向,可能与局部地形和相应水动力特征的空间差异性有关。（7）将Gao-Collins粒径趋势分析结果分别与围垦条件下渤海湾西部海域的余流场、推移质输运趋势和悬沙输运趋势对比,发现研究区海底沉积物的净输运趋势与海域余流所反映的流场特征吻合较好。观测站位的推移质输运趋势与对应年份附近位置的海底沉积物粒径趋势对应地较好,方向较接近。而悬沙输运趋势则与海底沉积物粒径趋势没有太大的类似性。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈丹茜

导师: 汪亚平

关键词: 渤海湾,围垦,潮不对称性,悬沙输运,推移质输运,数值模拟,粒径趋势,沉积物净输运趋势

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学,地质学

单位: 南京大学

基金: 国家杰出青年科学基金“河口海岸学:潮控河口海岸沉积体系与地貌演化的现代过程研究”(41625021),天津滨海新区海岸带环境地质调查评价(1212010814004)

分类号: P736.21

总页数: 109

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