开敞式潮滩-潮沟系统发育演变动力机制——Ⅰ.物理模型设计及潮沟形态

为研究潮沟发育演变动力机制,建立了以江苏中部粉砂淤泥质潮滩-潮沟系统为原型的降比尺物理模型,模拟在潮汐作用下,潮沟系统从平坦滩面逐渐形成、发育演变至动态平衡状态的过程,并分析了潮沟系统在不同阶段的形态特征。研究结果表明:潮沟系统发育速率先快后慢,最终达到动态平衡状态。采用潮沟发育各阶段潮沟系统的总长度与终态潮沟总长度的比值以及潮沟及其相邻处潮滩的高程变化速率两种方法,均可以衡量潮沟系统的发育程度。潮沟系统发育达到动态平衡后,各级潮沟个数占潮沟总数量的比例基本固定。潮沟的宽度、深度、宽深比均符合对数正态分布。潮沟的宽度与宽深比、深度与宽深比之间均具有幂函数关系。     

开敞式潮滩-潮沟系统发育演变动力机制——Ⅲ.海平面上升影响

为研究海平面上升对潮滩-潮沟系统的影响,以江苏中部粉砂淤泥质海岸为原型,建立变态物理模型,模拟研究在不同海平面潮汐过程作用下的潮沟发育和演变过程,分析了潮滩淹没历时、排水密度、潮沟断面形态等特征参数变化规律。研究表明:潮沟在发育初期伸长速率高于拓宽速率,最终趋于动态平衡;海平面上升后,潮滩淹没历时增加,露滩时间缩短,归槽水对潮沟底床的塑造作用减弱;平均归槽水流长度和Horton排水长度均随海平面上升呈现出减小趋势,潮沟的排水能力增强;潮沟断面宽深比服从对数正态分布,随着海平面上升,潮沟断面面积和宽深比均呈现出增大趋势,宽深比分布范围变广。     

渗流对潮沟沟壁崩塌影响的三维物理模型试验研究

潮沟在海岸动力作用下因沟壁崩塌而频繁地迁移摆动,显著影响潮滩-潮沟系统的稳定性。现有研究多关注涨潮时期潮沟内部的水流冲刷,落潮期间的渗流侵蚀过程却少有涉及,亟需研究渗流对潮沟沟壁稳定性的影响机制。本研究通过物理模型试验探究渗流对潮沟沟壁崩塌的影响,从沟壁崩塌类型、沟壁线变化过程和沟壁后退速率3个方面开展分析。研究结果表明：沟壁破坏类型与渗流水头相关,渗流水头的增加导致破坏类型由悬臂破坏转变为张拉破坏;沟壁后退速率与渗流水头之间存在正相关关系。本研究揭示了渗流作用下潮沟沟壁崩塌的力学机理,阐明了落潮不同阶段沟壁的崩塌过程,对研究潮沟演变有重要意义。     

崇明东滩潮沟发育特征及其影响因素定量分析

在长江来沙量减少的新形势下,研究崇明东滩潮沟地貌的发育与影响因素具有一定的现实意义。利用航空遥感、卫星遥感数据、表层沉积物采样数据和滩涂高程测量数据,在GIS技术的支持下,提取了潮沟现状以及影响因子信息。在此基础上,利用线性回归和因子分析等手段定量分析了潮沟发育与影响因子之间的关系。研究结果表明:崇明东滩潮滩植被、底质类型是影响崇明东滩潮沟发育的主导因素,潮沟密度与植被绿度指数、归一化植被指数及表层沉积物粒度的相关系数R分别为-0.910 6、-0.891 9与0.873 4;人类活动也对潮沟时空分布发育特征造成了一定影响;潮沟发育与地形、沉积速率关系不甚密切。在长江口来沙量减少的背景下,该区潮沟地质景观不会出现大的改变;要维护滩涂的稳定性,制约潮滩发育的有效手段可以通过控制植被来实现。     

淤长型潮滩剖面形态演变模拟: 以江苏中部海岸为例

在泥质、砂质物质共存的淤长型潮滩, 其剖面的塑造受到潮流作用下堆积过程的控制.为探讨这种潮滩剖面的演变过程, 以江苏中部海岸为研究对象建立了大小潮周期性作用下的潮滩剖面演变模型, 模拟了潮滩均衡态剖面形态与初始坡度、潮差、沉积物供应量之间的关系及潮滩的持续淤长剖面.模拟结果表明: (1)淤长型潮滩剖面达到均衡态时的形态是上凸的, 且与初始形态无关; (2)在外源一定的条件下, 潮滩的宽度与潮差呈正相关; (3)外源物质供应越丰富, 潮滩宽度越大; (4)潮滩的冲淤状态由沉积物的供应量决定; (5)对大潮高潮位附近的无沉积带进行充填可实现对其长期持续淤长剖面的模拟; (6)有丰富沉积物来源的潮滩, 在调整至均衡态后仍持续向海淤长, 并在淤长过程中保持均衡态; (7)当在模型中输入有关江苏海岸的参数时, 模拟的潮滩宽度和坡度与江苏海岸的潮滩一致.      

航空激光高程测量在黄河三角洲北部潮滩监测中的应用

调查潮滩的演化对海岸保护和开发非常重要。随着人为活动的增强,即使过去认为稳定的潮滩也在发生着显著变化。利用航空激光测高(LIDAR)数据和实测剖面数据对黄河三角洲北部潮滩的地形特征和变化进行了分析。这段海岸的西段海岸平直,潮滩坡降小于1/1000,不发育潮沟,潮间有人工开挖的沟道。海岸的东段为老黄河刁口流路岸段。老黄河口岸段突出海岸,同时在两侧形成2个小海湾。LIDAR数据揭示了本段潮滩的三维地形和剖面特征。老黄河口突出岸段西北侧潮滩剖面为平直斜坡,坡度1/1000。而其东侧小海湾湾底的剖面呈上凸的形态,该特征与平面的地形分布、潮间茂密的盐地碱蓬一起,指示淤积。再向东在大堤围成的岬湾内,潮滩受波浪作用形成潮间坝。因此,黄河三角洲北部潮滩受局部地形影响大,局部岸段呈侵蚀状态或淤积状态。LIDAR数据还揭示了潮沟的特征。顺着潮沟的走向,沟底的坡度比潮间带的坡度小,近乎水平,说明涨潮时为何潮沟水位会迅速上升。     

潮控河口湾砂坝发育特征及形成因素分析——以钱塘江为例

受河流和潮汐双重因素控制,潮控河口湾储层发育特征及形成因素复杂,导致现代潮汐河口治理和古代潮控河口湾有利含油储层预测困难。本文采用沉积数值模拟技术,以钱塘江为对象,开展河口区砂坝发育特征及成因模拟,揭示河口区砂坝成因与形态、空间、厚度上的发育特征。通过设定不同底床坡度和潮汐能量,探讨河口区砂坝成因的主控因素。研究结果表明:①河口区砂坝形成主要受控于潮汐作用,涨—退潮作用造成砂坝形成、迁移和演变;河口向海方向主要以长条状砂坝为主,河口向陆一侧发育U型坝和复合砂坝;河流段砂坝主要受控于河流水动力影响,潮汐作用不大。②潮汐能量增强,潮汐通道变宽变浅,河口向陆一侧发育的U型砂坝和复合坝多被侵蚀切割呈小型砂坝,向海一侧的小型砂坝逐渐演化为长条状砂坝;潮汐能量变弱时,涨落潮水道短,潮汐砂坝难以形成。潮汐能量中等时,砂坝较为发育,且有连片分布趋势。③随着底床坡度的逐渐增大,潮汐砂坝的集中分布区逐渐向海迁移,砂坝的分异性增加,形态由不规则的点坝,演变为分流砂坝,河流作用影响增强;底床坡度变小,则砂坝向海方向迁移的趋势减弱,此时潮汐作用增强,河口区砂坝由不规则点坝逐渐演变为长条形砂坝,规模逐渐变小。④砂坝的形成和分布受潮汐能量和底形共同作用,在潮汐能量M_2:2.5、S_2:2.1以及底形坡度0.003°下,长条形潮汐砂坝发育且具有典型的潮控河口湾特征。     

无人机技术在潮滩地貌演变研究中的应用

随着海平面上升和人类活动加剧,潮滩正面临着严重威胁,掌握其形态变化规律是研究潮滩系统对外在条件响应的直接手段。以江苏斗龙港潮滩为研究对象,利用无人机倾斜摄影测量技术,结合运动恢复结构(Structure from Motion,SfM)算法,重建潮滩三维点云,生成数字高程模型和正射影像,分析潮滩滩面及潮沟系统年内变化规律。研究结果表明:潮滩高程测量精度优于9 cm,水平精度优于2 cm;高程年内变化较大,变幅高达±0.5 m;潮沟短历时变化剧烈,无明显季节性变化特征;潮沟发育过程中,宽深比范围为10~25。无人机技术不仅可以监测粉砂淤泥质潮滩滩面变化趋势,还可以观测到卫星难以捕获的中小型潮沟短历时发育过程,可为监测河口海岸短周期动力地貌过程提供有力的技术支持。     

杭州湾南岸庵东潮坪现代沉积特征

在进行庵东潮坪水文要素定点测量的基础上,对地貌特征,沉积粒度,沉积构造及重向剖面作了全面分析与研究。结果表明,滩地位于杭州湾进、退潮流的交会点,控制其发育的主动力为潮汐作用,具明显的不规则半日潮特性,涨潮流强度远大于落潮流,造就了宽达十余公里的潮滩地貌。滩地水动力深受湾内水流影响,高潮期服从其总体潮流流向,导致潮坪上发育众多与杭州湾深槽系统相连的潮沟,破坏了沉积物正常分布规律,高潮坪存在一定向平行岸线的大型潮沟,受强劲水流影响,沉积粒度粗化,并因快冲快淤而产生变形构造;中潮坪接受退潮期潮沟漫岸物质,粒度相对较小,分选性变差,沉积构造以直脊流水波痕及板状交错层理为主;低潮坪潮流作用大、沉积粒度粗,分选性最佳,发育小型流水波痕,内部构造以槽状交错层理,“青鱼刺”层理及再作用构造为特征。潮坪近岸处潮沟迁移层序及浪成波痕层理的发现反映水动力异常强大,威胁人工海塘的安全,建议停止进一步围垦滩涂,采取促淤方法,抑制潮沟的发育,以维持滩地稳定。     

江苏弶港潮汐沉积

港潮坪为开阔海型潮坪,正规半日潮在近岸浅滩平均潮差为３．１４ｍ。据平均高、低潮线可将潮汐沉积相划分为潮上带、潮间带（含高、中、低潮坪）、潮下带三个亚相带。沉积物的结构特征表现为自低潮坪向潮上带粒径变小和分选性总体变差的一般规律。各亚相带一般各具特怔性构造,并表现为有序演变的带状系列。潮坪内放射状大潮沟发育,并对沉积结构、构造、韵律产生干扰。底栖动物对潮汐沉积干扰较小。     

侧扫声纳系统在管道穿越段海底地貌特征探测中的应用

针对瓯江口区域潮汐强烈及浅水作用明显的特点,海底管道的敷设及安全运营危险性大、且无法用常规方法进行检测的问题,采用了侧扫声纳系统的海底声学技术对海底管道穿越段地貌特征进行了有效探测。本次探测工作对发现的平坦海底、大型沙波、潮沟、小型洼坑、蚀余凸起等自然微地貌和抛锚等形成的锚沟及其后期自然发育而成的次生微地貌进行了特征分析,分析结果对不同类型海底地貌提出解决对策以及有效地减轻不良地貌形态对海底管道稳定性影响具有重要意义[1]。     

中国的潮滩

本文将中国潮滩分为平原型和港湾型二类。以渤海湾和江苏海岸为例,讨论了平原潮滩的环境条件、沉积动力过程及沉积相,就浙江、福建具代表性的三个港湾,叙述了港湾潮滩的特征,还讨论了沉积物供应量及潮汐作用对潮滩发育的影响。     

土壤侵蚀链内细沟浅沟切沟流动力机制研究

通过模拟降雨试验的方法,系统研究了细沟流流速与流量、水深与流量、流速与水深及阻力系数与雷诺数之间的关系,雨强与坡度对细沟流水力特性的影响,不同细沟流流型、流态及水动力要素作用下的侵蚀特点,并对浅沟与切沟流的水动力特性及侵蚀规律进行了初步探讨.研究结果对于揭示土壤侵蚀链内不同侵蚀方式下的水沙流动力学机制,以及土壤侵蚀演化规律具有重要意义.     

台风风暴潮影响下潮滩沉积动力模拟初探--以江苏如东海岸为例

以江苏如东潮滩为研究区,采用沉积动力学垂向二维概念模型来模拟正常天气和台风期间潮滩沉积的空间分布特征,探讨台风风暴潮对潮滩正常沉积层序的改造作用.模拟结果表明,在涨落潮时间-流速对称特征明显的如东海岸,潮汐作用使潮滩沉积呈显著的分带性,且剖面形态向“双凸形”演化,两个“凸点”分别位于平均高潮位和平均低潮位附近.在台风期间风暴增水效应下,开边界悬沙浓度差异将导致潮滩冲淤和沉积分布格局的变化,潮上带和潮间带上部均堆积泥质沉积物,潮间带中下部在风暴过程中普遍遭受不同程度的砂质沉积物侵蚀或之后堆积泥质沉积物,在沉积层序中形成风暴冲刷面.因此,潮滩的风暴沉积记录存在于潮间带上部或更高部位.以此模型为基础,可进一步综合考虑极浅水边界层水动力结构、沉积物粒度分布变化、波-流联合作用、台风降水、互花米草等生物活动、潮沟摆动及人工围垦等因素,从而建立风暴事件在沉积层序中的时间序列,更好地解译沉积记录中的古环境信息.     

滇东黔西晚二叠世聚煤区潮坪沉积特征

滇东黔西晚二叠世聚煤区为整个华南地区重要的成煤区域。根据地质资料及工作实践,论述和总结了该区潮坪沉积特征及成煤规律。结果显示,本区潮坪体系特有的沉积构造十分丰富,主要有潮汐作用形成的单粘土层、双粘土层和潮汐周期层序、涨落潮沉积的二元韵律结构、扁平状和浑圆状泥砾、双向泥砾、递变式的潮汐周期层序和泥冲槽等;潮坪体系的沉积层序和平面砂体特征明显,潮沟砂体一般垂直于海岸展布,且常朝陆地方向分岔尖灭;潮坪环境在相对稳定的构造条件下,多形成广泛稳定的优质煤层,但潮沟或泻湖海湾等长期被海水侵漫的区域,常使下伏煤层的含硫量变高。指出潮坪体系是该区富集优质煤层的重要成煤环境之一。     

基于植被和潮动力作用的潮滩剖面演变数值模拟

为研究多因子共同作用下的潮滩演变机制,开发了基于植被生长和潮动力作用的潮滩剖面演变数学模型。在不考虑植被作用下,模拟得到了潮滩中长期演变后的上凸形剖面特征;泥沙供给是决定潮滩宽度的因素,供给越充分,潮滩宽度越大。模型考虑植被过程时,结果表明不同的植被生物量分布形式对潮滩水动力的影响程度不同,在潮间带上部,生物量抛物线分布时的减流效果强于生物量线性分布形式;而在潮间带下部则相反。模拟结果显示盐沼和光滩之间出现陡坎,且随着滩面的逐步淤高,陡坎逐步向海移动。     

潮滩沉积记录正演模拟初探*

以江苏中部海岸潮滩沉积为原型,提出了获取潮滩沉积记录中沉积层保存潜力信息的正演模拟方法。模拟结果显示,在沉积物供应恒定的条件下,随着潮滩的不断淤长,岸线淤进速率逐渐减小,潮滩滩面的沉积速率逐渐降低,而潮滩层序中的泥质沉积的厚度向海逐渐增厚。沉积层保存潜力的计算结果显示,潮滩上保存潜力在高潮位附近和潮下带的较低部位为最高,可达80 ％ 以上,潮间带下部存在着低值区,保存潜力低于20 ％ ,与前人在潮间带进行的现场观测结果相近。对研究方法经进一步细化(如考虑滩面坡度和粒度分布变化、波浪和风暴潮作用、潮沟摆动等因素),并与反演方法相结合,可望更好地解释沉积记录中的环境演化信息。     

豫西荥巩——新密煤田太原组、山西组的沉积环境和聚煤规律

荥巩和新密煤田是豫西北部的两个相邻煤田。主要含煤地层为晚古生代晚石炭世太原组和早二叠世山西组,总厚100—150m;下石盒子组及晚二叠世的上石盒子组在本区仅偶含薄煤层。太原组位于含煤岩系最底部,为碳酸盐岩和碎屑岩交替沉积,灰岩形成于清澈、温暖、浅水的陆表海潮下环境,碎屑岩则为潮道和潮间带为主的潮道、潮坪沉积。太原组含有6—7层薄煤层,形成于咸水或半咸水的泥炭沼泽中。山西组几乎全由碎屑岩组成,下部发育本区的主要可采煤层二1煤。二1煤以下层位为潮坪和横向与之共生的潮道、潮沟及河口潮汐砂脊沉积,二1煤以上为河流作用为主的三角洲沉积,三角洲由北向南进积到半咸水的海湾中。二1煤形成于海退时期,它们堆积在滨海平原的淡水泥炭沼泽中,其厚度变化及发育程度主要受成煤前沉积环境控制,但在本区西部构造较复杂处,煤层厚度受后期构造影响较大。沉积环境对煤层原生厚度的影响主要表现在潮坪和废弃的潮道、潮沟、河口潮汐砂背沉积物之上,煤层发育好,而在二1煤之下有活动的潮道及河口潮汐砂脊发育时,煤层较薄或不发育。     

江苏中部潮滩长期演变规律及其受米草生长影响

在江苏盐城川东港南侧潮滩设置了一系列水准桩,使用滩面高程观测仪对滩面高程进行7 a（2012年10月—2018年11月）的逐月现场观测,结合遥感资料获取米草前缘位置变化,探究淤泥质潮滩中长期演变规律及米草生长在潮滩地貌演变中的作用。结果表明:高滩区域地下过程（土体膨胀、压缩等）对滩面变化起控制作用;盐沼区米草生长促进滩面沉积,随米草前缘向海生长,盐沼中部区域年增长率降低,靠近米草前缘区域滩面年淤积量增加,但米草向海推进对光滩区域演变影响小;潮滩剖面自陆向海依次可分为基本稳定带、快速淤积带、基本稳定带、快速冲刷带,潮间带中部坡度逐步增大;滩涂面积保有量在2012—2018年观测时段内逐年降低。     

细沟形成对坡面产流产沙过程的影响

为探明细沟形成条件下不同土壤坡面水沙变化特性,利用室内模拟降雨试验,分析了塿土和黄绵土在细沟发育及已有细沟条件下的水沙过程变化规律。结果表明,塿土产流快,易形成细沟,细沟发育有明显的规律性,在坡面上呈平行状分布,细沟密度与坡度密切相关,细沟存在会延长产流时间;黄绵土产流慢,较难形成细沟,细沟发育随机性大。细沟发育对产流过程没有明显影响,土壤入渗快慢是两种土壤产流过程存在差异的主要原因。细沟发育程度加剧,会使塿土含沙量的增加速度加快,达到稳定含沙量的时间提前,坡面已有细沟只对稳定含沙量有明显影响,细沟密度增加会使稳定含沙量提高;黄绵土含沙量的变化主要取决于细沟发育过程中的随机性,当细沟侵蚀以崩塌作用为主时,含沙量会出现急剧增加,即使雨强较小,也会产生严重的土壤侵蚀。