崇明东滩盐沼潮沟水动力过程观测与分析

2007年7月在上海崇明东滩盐沼内部采用复合测量手段进行了现场观测,对取得的盐沼水动力过程数据进行了较系统的分析。崇明东滩盐沼内部的观测及分析结果表明:(1)潮沟及盐沼表面对潮波产生严重阻尼作用,潮波传播至盐沼内部时,潮沟水位波动明显异于外海,水位上升极快,而下降慢。当潮沟有退水时,涨潮初期的当地水位上升并不是潮水进入潮沟的结果,而是流向相反的潮沟进口涨潮水和潮沟内退潮水形成的水位壅高;(2)潮波进入盐沼内部时,风具有一定作用,向岸风可抬高潮沟及盐沼内部水位,离岸风反之;(3)潮沟水流流速与潮沟水位变化率、外海潮位变化率都不存在相关关系;(4)潮沟水位低时,过流断面较小,涨潮水进入潮沟时,潮沟水一旦改变流向,就具备很高的流速并伴随流速峰值的出现。潮沟水向盐沼表面漫溢时,过流断面突变,潮沟流速出现峰值。由于潮沟退潮水位变化慢,盐沼表面水归槽时并没有产生潮沟流速峰值。根据崇明东滩观测结果,概括了盐沼水动力过程的影响因素,指出了以后研究应重视的问题。     

长江口盐沼滩面发育对有机碳深度分布的制约

通过对长江口崇明东滩高潮滩、中潮滩以及光滩柱状样的有机碳含量与碳稳定同位素组成（δ13C）、粒度组成等的测定，研究盐沼有机碳深度分布特征与形成机制。结果表明，盐沼土壤颗粒有机碳（POC）主要赋存于粒径小于0.016 mm的颗粒中，POC含量对粒径在0.002~0.004 mm区间的颗粒含量变化最敏感，说明盐沼POC主要来自长江径流悬移质，这与有机碳稳定同位素结果一致。土壤POC含量与不同粒径区间颗粒含量相关关系表明，高潮滩与中潮滩柱样的泥沙级配较为接近；光滩柱样POC含量与不同粒径区间颗粒含量相关关系特征与高、中潮滩柱样的基本类似，主要不同表现在粒径大于0.016 mm的粗颗粒，这很可能受控于盐沼不同高程部位动力沉积过程。盐沼植被对高、中潮滩柱样POC的贡献相当可观，个别层段高达55.6%；植被对土壤POC的贡献受到滩面过程的明显制约。滩面动力沉积过程形成盐沼垂向上独特的沙、泥纹层构造，其优良的封堵效能显著影响土壤有机碳的垂向分布。盐沼滩面动力沉积过程是塑造有机碳深度分布特征的关键因素。     

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。     

盐沼植被缓流能力观测研究——以崇明东滩海三棱藨草盐沼区为例

海岸带盐沼植被可以减缓流速,具有重要的缓流固滩功能。本文以长江口崇明东滩盐沼区植被海三棱藨草（Scirpus Mariqueter）为研究对象,设置“光滩—植被带边缘—植被带”的观测样带,研究生长中期、生长后期和枯萎期不同物候期海三棱藨草缓流能力的差异。结果表明：海三棱藨草植被带具有显著的缓流能力,平均流速小于相邻光滩,缓流能力强于相邻光滩,单位距离流速衰减率是光滩的1.47～3.48倍;不同物候期缓流能力存在差异,呈现生长中期>生长后期>枯萎期的规律,生长中期、生长后期和枯萎期的单位距离流速衰减率分别为1.15%,1.06%和0.50% m-1。海三棱藨草植被带的单位距离流速衰减率与植被带边缘流速呈正相关,3个物候期的相关性系数（R）均大于0.80;除枯萎期为正相关外,生长中期、生长后期植被单位距离流速衰减率与边缘水深为负相关,R的绝对值均超过0.90。     

潮间带盐沼植物对海岸沉积动力过程影响的研究进展

根据已有文献归纳出盐沼植物对水动力、悬沙运动、沉积、地貌影响研究已取得的进展，包括：①单位距离盐沼中波能的损失可为相邻光滩的数倍至数十倍；波浪传入互花米草盐沼20~30 m后，波能可全部损失；②盐沼植物可使潮流流速降低一个数量级；当植冠被淹没后，垂向流速剖面在植冠附近出现转折；③当植冠被淹没后，垂向上植冠层内的紊动强度趋于一致且明显低于植冠层以上；互花米草盐沼中的紊动强度可比相邻光滩低1~2个数量级；④盐沼植物通过2种机制影响悬沙的运动：其一是降低水体紊动，从而促进悬沙的沉降并遏制滩面沉积物再悬浮；其二是茎叶对悬沙的直接黏附。这两种机制可使盐沼中的悬沙浓度比相邻光滩低一半以上；⑤植物对细颗粒悬沙的促淤作用导致盐沼中的底床滩面沉积物细化；⑥盐沼中的垂向沉积速率可比光滩高7~8倍；盐沼中波痕和侵蚀坑等微地貌不易发育，滩面平整化；与光滩上频繁发生的冲淤交替相比，盐沼中通常只淤不冲，滩面稳定性较高；⑦植物对上述沉积动力过程的影响程度与植物的高度、密度、盖度等生态参数密切相关，因此，不同的植物种类对沉积动力过程的影响往往存在显著差异。在此基础上，展望了今后该领域研究进一步加强的几个方面。 [HT5H]关〓键〓词：[HT5K] [HT5H]中图分类号:〓〓〓文献标识码：A[HT5SS][HK]     

福建省东北部沿海罗源湾互花米草盐沼环境下粘性沉积物的侵蚀-沉降过程

根据在福建罗源湾互花米草盐沼内的沉积动力要素(水深、流速、悬沙浓度和沉降速率)的观测及表层沉积物的粒度分析结果,罗源湾互花米草盐沼表层沉积物组份以粉砂和粘土为主,为粘性沉积物;互花米草盐沼内的潮流流速很小,最大值不超过7cm/s,相应地,底部切应力也相对较小,悬沙在潮周期内多处于沉降状态,表层沉积物在涨潮初期和落潮后期多发生侵蚀.在台风显著影响下,潮流流速平均值变化很小,但水流紊动能量和底部切应力显著增大,导致表层沉积物多处于侵蚀状态,在台风登陆期间潮周期内净侵蚀通量可达到40.099kg/m2;台风影响过后,底部切应力逐渐减小,沉积物逐渐不发生侵蚀,悬沙多发生沉降,整个潮周期内以悬沙沉降为主.     

长江口盐沼土壤有机质分布与矿化的空间差异

在长江口崇明东滩两类植被(互花米草、土著植被)区域分别选择一条纵向剖面,在高潮滩、中潮滩及光滩取得柱状样,利用颗粒有机碳(POC)含量、碳稳定同位素组成、土壤C/N比与颗粒组成等资料,研究盐沼有机质的分布与矿化特征。结果表明,两个纵向剖面的相同高程部位柱样之间,颗粒有机碳δ13C与POC含量的深度特征均存在显著差异;两个柱样的δ13C与POC含量的平均值均相差较大。互花米草对高潮滩柱样有机质的含量与组成均产生了明显影响,对中潮滩柱样有机质组成已有一定影响;土著植被对高潮滩柱样有机质组成的影响显著。盐沼植被对土壤有机质的分布与矿化均产生了明显影响。高潮滩柱样矿化阶段不同的有机质组分混杂,中潮滩柱样有机质的组成相对简单,矿化程度较弱。柱样粘粒含量与含水量在垂向上变化频繁,盐沼原始沉积层序对柱样的物质分布特征具有本底制约。不同高程部位柱样之间,有机质的深度分布特征以及矿化程度差异显著,盐沼碳动态受到潮滩特征性动力沉积过程的显著影响。     

江苏中部沿海潮滩对台风暴潮的响应

通过近年来对江苏沿海有影响的台风暴潮作用前后的滩面高程观测,结合台风浪资料分析,探究了江苏中部沿海潮滩对风暴潮的响应过程。结果显示:潮滩剖面在风暴潮期间呈现"低滩侵蚀、沿岸输运、高滩稳定",明显区别于沙质海岸在台风浪作用下"高滩侵蚀、离岸输运、低滩淤积"的演变特征。应用Delft3D平面二维水沙动力数学模型,模拟了正常天气和台风浪情况下的滩面演变,从动力学角度解释了潮滩间不同区域演变特征差异的原因,论证了台风浪对地貌演变的短历时"插曲式"作用,阐明了涨潮优势流是风暴侵蚀后泥沙沿岸向输运的主控因子。     

磨刀门水道枯季水动力特性分析

根据2009年12月1025日磨刀门水道上至竹银下至口门近半月的同步实测水文资料,对该水道在大、中、小潮下表、中、底层的水动力特性进行了分析和探讨。结果显示,枯季磨刀门水道总体涨、落潮流速都不大,即使大潮时该水道总体表层涨落潮平均流速分别仅为0.5m/s和0.76m/s;水动力特性一般呈现:表层落潮流速显著大于涨潮流速,底层涨、落潮流速相差不大的规律;表底层涨落潮流速一般呈现随潮型增大而增大的趋势;表层涨潮历时小于落潮历时,底层涨潮历时大于落潮历时;实测结果显示,包括口门及上游河道范围内的表、底层流速出现相反的现象,时段一般出现在经过第一个长时间的落潮流之后的第二个较短落潮时间段内,且沿水深方向的转流点更为靠近表层。     

淤长型泥质潮滩双凸形剖面形成机制

以江苏中部淤长型泥质潮滩为例,建立了基于过程的潮滩动力地貌演变数学模型,研究了在沿岸潮流作用、供沙充分情况下双凸形潮滩横剖面形成机制。在向岸方向,流速自潮下带至低潮位线附近急速减小,潮间带区域流速则缓慢减小,泥沙在流速急变区域迅速堆积形成上凸点。潮下带中部在小潮期的淤积量大于大潮期冲刷量,总体淤积率较高;加之潮间带中部较弱的落潮流不足以将其上风处底沙掀动并向海输运,导致落潮后期潮下带上部含沙量小、沉积率相对较低,最终在潮下带中部形成下凸点。随着滩面淤长抬升,上、下凸点位置逐步向高、低潮位线附近移动。与前人关于双凸形剖面形成机制的定性分析成果相比,尚有不一致之处,需通过现场观测等进一步探讨。     

波流共同作用下潮滩剖面沉积物和地貌分异规律——以长江口崇明东滩为例

通过对崇明东滩两个海滩剖面、表层沉积物和悬沙粒度以及同步水沙资料的分析,探讨波流共同作用下表层沉积物和地貌的分异规律。受波流共同作用的影响,表层沉积物中值粒径由破波带向两侧逐渐变细,分选由破波带向两侧逐渐变差,偏度由极正偏变为正偏,峭度由很窄尖变为宽平和中等峭度。由破波带向岸方向,流速逐渐减小,含沙量逐渐增加。悬沙和表层沉积物粒度特征的对比分析表明,潮间带上部的悬沙主要来源于破波带泥沙的再悬浮。破波带内泥沙以“波浪掀沙”引起的分选运移为主,而破波带两侧的泥沙以潮流对破波带水体的“平流输移”为主。以潮汐水位和高精度海滩剖面数据对崇明东滩微地貌类型按高程进行了新的划分。     

Sediment dynamics of turbidity maximum in Changjiang River mouth in dry season

High-resolution current velocity and suspended sediment concentration (SSC) data were collected by using an Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) at two anchor stations and a cross-section in the South Channel of the Changjiang River mouth during meso and neap tides on Nov. 16, 2003. In addition, tidal cycle (13-hour) observation at two stations was carried out with traditional methods during the spring tide. Results indicated that resuspension occurred not only at the flood and ebb maximum, but also in the early phase of ebb in the meso and neap tide. When tidal current transited from high to ebb phase, current speed accelerated. Subsequently, fine-grained sediment with low critical threshold was resuspended and increased concentration. The river mouth area remained in siltation in the meso and neap tidal phase during the observation season, with calculated resuspension flux in the order of magnitude of 10⁻⁴–10⁻⁷ kg·m−2/s. Suspended sediment transport in the South Channel was dominated by freshwater discharge, but the Storks drift, vertical circulation and vertical shear effect due to tidal oscillation also played an important role in resuspension and associated sediment transport. In contrast, resuspension sediment flux in the spring tide was larger than that in meso and neap tide, especially at the ebb maximum and flood maximum. The present study revealed that intensive resuspension corresponded well with the larger current velocity during winter. In addition, the ‘tidal pumping’ effect and tidal gravity circulation were also vital for forming the turbidity maximum in the Changjiang River estuary.     

Mudflat Morphodynamics and the Impact of Sea Level Rise in South San Francisco Bay

Estuarine tidal mudflats form unique habitats and maintain valuable ecosystems. Historic measurements of a mudflat in San Fancsico Bay over the past 150 years suggest the development of a rather stable mudflat profile. This raises questions on its origin and governing processes as well as on the mudflats’ fate under scenarios of sea level rise and decreasing sediment supply. We developed a 1D morphodynamic profile model (Delft3D) that is able to reproduce the 2011 measured mudflat profile. The main, schematised, forcings of the model are a constant tidal cycle and constant wave action. The model shows that wave action suspends sediment that is transported landward during flood. A depositional front moves landward until landward bed levels are high enough to carry an equal amount of sediment back during ebb. This implies that, similar to observations, the critical shear stress for erosion is regularly exceeded during the tidal cycle and that modelled equilibrium conditions include high suspended sediment concentrations at the mudflat. Shear stresses are highest during low water, while shear stresses are lower than critical (and highest at the landward end) along the mudflat during high water. Scenarios of sea level rise and decreasing sediment supply drown the mudflat. In addition, the mudflat becomes more prone to channel incision because landward accumulation is hampered. This research suggests that sea level rise is a serious threat to the presence of many estuarine intertidal mudflats, adjacent salt marshes and their associated ecological values.     

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。     

莱州湾悬沙输运机制研究

基于2012年实测的潮流、含沙量及表层沉积物数据及资料等,分析了潮流、余流、潮流底应力及底质类型对含沙量变化的影响,并运用物质通量分析方法,探讨了莱州湾悬浮泥沙的输运机制.研究结果表明:研究海域受半日潮控制呈往复流特征,涨、落潮期间近底含沙量与流速及潮流底应力显著相关,存在明显的再悬浮现象,含沙量呈现潮周期变化特征;底质类型与含沙量大小密切相关,细颗粒物质更容易发生悬浮;平流输运与潮泵效应是莱州湾海域的悬沙输运的主要动力因素.     

长江口沉积物~(210)Pb分布及沉积环境解释

在长江河口潮滩、分流河道和水下三角洲共获得18个柱样,进行沉积学分析和210Pb测定,并对其中6根柱样进行137Cs测定。经研究发现,长江口外在水深25～30m,122°30′N,31°00′E附近存在一个泥质沉积中心,沉积速率达2.0～6.3cm/yr。另外,在潮滩和涨潮槽也获得较高沉积速率,其中南汇和横沙岛潮滩沉积速率(1.03～1.94cm/yr)高于崇明东滩(0.51～0.76cm/yr),涨潮槽沉积速率也达0.86cm/yr。此外,在石洞口、南汇、九段沙潮滩和三角洲前缘有部分柱样未获沉积速率,推测为沉积环境不稳定或沉积速率过快所致。     

Flow,stress and sediment resuspension in a shallow tidal channel

In October of 2004, a 3-d observational program to measure flow and sediment resuspension within a coastal intertidal salt marsh was conducted in the North Inlet/Winyah Bay National Estuarine Research Reserve located near Georgetown, South Carolina. Current and acoustic backscatter profiles were obtained from a moored acoustic Doppler current profiler (ADCP) deployed in a shallow tidal channel during the spring phase of the tidal cycle under high discharge conditions. The channel serves as a conduit between Winyah Bay, a large brackish estuary, and North Inlet, a saline intertidal coastal salt marsh with little freshwater input. Salinity measurements indicate that the water column is vertically well mixed during flood, but becomes vertically stratified during early ebb. The stratification results from brackish (15 psu) Winyah Bay water entering North Inlet via the tidal channel, suggesting an exchange mechanism that permits North Inlet to receive a fraction of the poor water quality and high discharge flow from upland rivers. Although maximum flood currents exceed maximum ebb currents by 0.2 m s⁻¹, suspended sediment concentrations are highest during the latter ebb phase and persist for a longer fraction of the ebb cycle. Even though the channel is flood-dominated, the higher concentrations occurring over a longer fraction of the ebb phase indicate net particulate transport from Winyah Bay to North Inlet during spring tide accompanied by high discharge. Our evidence suggests that the higher concentrations during ebb result from increased bed friction caused by flow asymmetries and variations in water depth in which the highest stresses occur near the end of ebb near low water despite stronger maximum currents during flood.     

强潮河口区近底部沉积动力过程的高分辨率观测与分析

现场试验表明,三角架观测系统稳定性良好,获取了边界层内多层位、连续的温、盐、流速、浊度同步观测数据,适用于浅海近底部沉积动力过程高分辨率观测及物质输运研究。观测结果显示:观测期间,边界层内存在向陆的余流,并呈现逐渐减小的趋势,其主要由涨、落潮流的不对称造成,大风天气和密度环流亦是影响余流强弱的重要因素;观测期间多数时刻底部切应力大于起动切应力,底质沉积物可产生明显的搬运甚至再悬浮;悬沙浓度对沉积动力的响应在涨、落潮,大、小潮阶段均有各自的特点,水动力的变化、潮流加/减速时间的长短、床面泥沙的供应量、上部水体泥沙的沉降是导致悬沙浓度变化的主要原因;底部边界层内,涨、落潮期间不对称输沙导致潮周期内悬沙净向河口湾内输运。     

长江口沉积物210Pb分布及沉积环境解释

在长江河口潮滩、分流河道和水下三角洲共获得18个柱样,进行沉积学分析和210Pb测定,并对其中6根柱样进行137Cs测定。经研究发现,长江口外在水深25～30m,122°30′N,31°00′E附近存在一个泥质沉积中心,沉积速率达2.0～6.3cm/yr。另外,在潮滩和涨潮槽也获得较高沉积速率,其中南汇和横沙岛潮滩沉积速率(1.03～1.94cm/yr)高于崇明东滩(0.51～0.76cm/yr),涨潮槽沉积速率也达0.86cm/yr。此外,在石洞口、南汇、九段沙潮滩和三角洲前缘有部分柱样未获沉积速率,推测为沉积环境不稳定或沉积速率过快所致。