生物洞穴对黄河口土样扰动试验研究

生物洞穴对潮滩沉积物扰动的影响研究越来越受到海洋沉积学、海洋生物学、海洋地质学等学科交叉的重视,并影响潮滩沉积物侵蚀的细观机理.室内土柱试验制备了有生物洞穴和无生物洞穴扰动土样,模拟了波浪作用下土样的孔隙水压力的变化,并对这2种土样进行了基本的物理力学性质测定和冲刷试验.结果表明:生物洞穴形成的优势通道,使其孔隙水压力累积值小于无生物洞穴扰动土样,其表层的含水量和黏粒含量比无生物洞穴扰动土样大.当冲刷流速大于土样泥沙起动流速时,有生物洞穴扰动的土样比无生物洞穴扰动土样更容易被冲刷.但当冲刷流速增大到一定值时,有生物洞穴扰动土样与无生物洞穴扰动土样的抗冲刷性能又趋于一致,因此生物洞穴的存在将影响海岸侵蚀过程.     

差异水动力导致黄河口粉质土微结构分形特征变化实例研究

在黄河三角洲北部潮坪上选择典型研究区。区内通向油井的道路的修建使北侧水动力条件明显强于南侧。对两侧原状土样进行粒度成分测试和微观结构观测,并利用分形理论进行分析。结果发现,在水动力作用强区中,粒度分维值随深度的变化曲线大致呈反“S”型,颗粒分布分维值随深度单调递增(表层除外),颗粒定向性分维值随深度的变化曲线呈“S”型;在水动力作用弱区,粒度分维值和颗粒分布分维值随深度单调增大,颗粒定向性分维值随深度的变化曲线呈平缓的反“S”型。这些参数的变化较好地反映了不同深度处沉积物的层化现象。     

现代黄河三角洲沉积物动态变化过程的特征与机理

黄河入海沉积物自河口进入海洋后,在重力、水动力、生物改造等一系列外部作用下,经历着堆积、固结、液化、侵蚀再悬浮、海床变形滑动以及后期改造等一系列动态变化过程。研究团队近十几年来针对现代黄河三角洲沉积物的动态变化过程,开展了一系列的室内外物理模拟试验与水下三角洲现场原位长期观测等研究工作。在各动态变化过程的特征与机理方面,主要得到了以下认识:快速堆积后沉积物的固结速度很快,1-2天便可达到甚至超过原始海床强度,海床发育有显著的各项非均匀性,并发育有"硬壳层"。粉质土海床易于累积孔隙水压力,发生沉积物"液化"现象,一方面会改变海床表层沉积物的抗侵蚀性;另一方面,在海床内部垂向渗流的驱动下,海床内部部分细粒沉积物会被"泵送"输运到海床表面,进而进入上覆水体成为再悬浮沉积物,即部分再悬浮沉积物来源于海床内部。黄河三角洲坡度极缓,海底滑坡可以在近于水平的坡度条件下发生。波致海床液化引起的地层重构或海床渗流导致的内部土颗粒运移,可能会将相对均匀的海床改造为层化结构,这对河口地区沉积层理的解读具有新的启示。     

波浪作用下黄河口粉土孔压响应特征及过程

以黄河口海底粉土为研究对象,利用自行研发的监测设备现场监测了波浪作用下海底粉土的孔隙水压力响应过程,获取了2个大风过程中孔隙水压力的有效数据。波浪作用下海底粉土的孔隙水压力响应由表层土最先开始,向下层土延伸,且响应程度随着土层深度的增加而减弱。孔隙水压力响应特征受潮位与波高影响明显,潮位影响孔隙水压力响应的整体趋势而波高影响孔隙水压力响应的幅值,且海底粉土孔隙水压力对波高的响应具有滞后性,滞后时间约为2 h。大风过程中海底面以下1.5 m以深孔隙水压力未发现明显变化,说明其超过了波浪最大作用深度;海底面以下0.5 m位置处孔隙水压力在一段时间内产生剧烈振荡,无明显的累积现象,说明其处于波浪作用范围内,但波浪作用导致的孔隙水压力小于土体孔隙水压力的消散速率。     

黄河口沉积物重金属含量变化特征研究

在黄河口的平水期、枯水期和丰水期采集沉积物样品。分析了铜、铅、锌、镉、铬、砷、汞浓度.结果表明,黄河口沉积物样品中的重金属含量由河到海呈现先上升后下降的趋势,平水期和枯水期Cd、Cr、As呈显著相关(0.01水平)。重金属含量为平水期>枯水期>丰水期。水文特征严重影响到沉积物中重金属的迁移。沉积物中重金属含量和沉积物的粒度密切相关.粒度越小重金属含量越高,反映了河流沉积的特征。沉积物中重金属浓度较低。各项目基本上都符合海洋沉积物质量一类标准。     

电阻率法监测黄河口海床沉积物固结过程现场试验研究

为了研究黄河口海床沉积物固结过程中电阻率同工程力学性质指标的对应关系,探索海床土体固结过程的新型原位监测技术,本文在黄河刁口流路三角洲叶瓣潮坪上,现场取土配置黄河口快速沉积形成的流体状沉积物和观测研究粉质土海床的固结过程。利用静力触探、十字板剪切试验、孔隙水压力监测等原位土工测试手段,实时测定固结过程中海床土强度变化和孔隙水压力消散过程;同时通过埋置自行研制的环形电极探杆,实时测定海床土固结过程中的电阻率变化。通过对比分析海床土电阻率与工程力学性质指标的同步测定数据发现:黄河口饱和粉土的电阻率与微型贯入试验测得的土体贯入强度,静力触探试验测得的比贯入阻力,十字板剪切试验测得的不排水抗剪强度(峰值强度、残余强度)均呈乘幂关系,且相关性良好;海床沉积物在固结过程中的电阻率与孔隙水压力呈负线性相关性。     

黄河口湿地沉积物间隙水中营养盐研究

2009年4月对黄河口湿地4个站点沉积物间隙水中各营养盐成分含量及其随深度的变化进行了研究。结果表明:沉积物间隙水中PO4-P含量变化不大,变化范围是0.18~2.18μmol/L,呈现先降低后升高的趋势。NH4-N、NO3-N、NO2-N含量分别为4.51~348.1μmol/L、1.71~2002μmol/L、0.16~130.0μmol/L,其垂直分布为上高下低,这和土壤氮分布、所处氧化还原环境、植被类型等有密切关系;且无机N以高硝酸盐含量为主,这与黄河水的输入有很大关系。SiO3-Si的含量变化范围是59.7~256.1μmol/L,其垂直分布变化复杂。     

波致粉质土液化过程中物理力学性态变化试验研究

粉质土底床在波浪作用下发生液化,发现有液化发展和液化沉积两个过程。以粉质土铺设底床开展波浪水槽试验,通过测试贯入阻力、含水量、密度、中值粒径和黏粒含量在液化过程中随时间的变化,给出粉质土在液化过程中物理力学性质的变化规律。试验给出：总体上,粉质土底床液化层在液化发展过程中强度急剧降低,含水量增加,密度减小,中值粒径增大,黏粒含量减少;在液化沉积(固结)阶段强度增大,含水量减小,密度增大,中值粒径增大,黏粒含量减少。     

黏性沉积物可侵蚀性研究现状与展望

沉积物可侵蚀性是沉积动力学的重要研究内容,在动力地貌学、海洋工程安全与生态保护等方面均具有重要意义。分别从沉积物可侵蚀性测定方法、经验模型和影响因素3个方面对过去近60年来的黏性沉积物可侵蚀性研究成果进行了总结与分析。前人对黏性沉积物可侵蚀性与影响因素进行了大量研究并取得了丰富的研究成果,但由于黏性沉积物受自身物理化学性质、沉积环境和生物过程等综合影响,导致可侵蚀性研究复杂、困难,不同研究结果间无法形成有效对比,黏性沉积物可侵蚀性经验模型适用性受到极大限制。在总结研究现状与科学问题的基础上认为,下一步黏性沉积物可侵蚀性研究应开展更为全面且系统的实验室与实地研究以及多种方法的综合研究,提高可侵蚀性判定与影响因素识别的准确性与客观性;同时,借助理论、技术创新以及多学科交叉融合研究,深入探讨黏结力形成机理与理论量化,进一步修正与完善黏性沉积物的可侵蚀性经验模型。     

黄河口及邻近海域沉积物中铜的研究

利用1984年夏季的现场调查,作者研究了黄河口及邻近海域表层沉积物中铜的地球化学形式。含量及其分布,分析了铜和有机质、铁、锰、锌及中值粒径之间关系,并指出总铜平均含量为20.4mg/kg.其中残渣部分占55％,有机结合铜为19.4％、Fe-Mn氧化物结合铜为12.1％、碳酸盐结合铜为13.1％,可交换铜的含量小于1％。此外讨论了沉积物中各种形式铜含量与铁、锰、有机质及中值粒径关系。     

2009年夏季黄河口及其邻近水域网采浮游植物的群落结构

为了研究黄河调水调沙对黄河口及其邻近水域浮游植物群落的影响,于2009年7月黄河第九次调水调沙后对黄河口及其邻近水域的浮游植物进行了调查。利用网采浮游植物样品研究了该水域浮游植物的种类组成、丰度分布、优势种以及生物多样性,结果表明调查水域共鉴定出浮游植物29属53种,隶属于硅藻门、甲藻门、蓝藻门、金藻门和绿藻门,其中硅藻43种,甲藻6种,还有少数浮游植物属于蓝藻门、金藻门和绿藻门;浮游植物细胞丰度为0.96×104~76.32×104个/m3,平均丰度为21.23×104个/m3;主要优势种类有念珠藻(Nostocaceae)、八幅辐环藻(Actinocyclus octonarius)、佛氏海线藻(Thalassionema frauenfeldii)和卡氏角毛藻(Chaetoceros castracanei)等;调水调沙引起的黄河径流量的增加对黄河口及其邻近水域浮游植物群落结构的影响显著。该研究揭示了特定时期黄河口及其邻近水域浮游植物的群落结构,并丰富了该水域浮游植物群落的基础资料,为深入探讨河口环境变化对浮游植物群落的影响提供了重要依据。     

黄河口潮滩泥沙絮凝研究

本文基于现场观测的絮团粒径、悬沙浓度及水动力数据,研究了黄河口南部潮滩泥沙絮凝特征。研究发现,黄河口潮滩絮团粒径在25.42～264.44 μm之间,平均为95.20 μm。水体紊动对黄河口潮滩絮凝的影响存在差异,紊动对絮凝促进作用的上限约为G_l=3.76 s⁻¹。紊动强度低于G_l时,紊动促进泥沙絮凝,絮团粒径随紊动加强而增大;反之水体紊动对絮凝主要起抑制作用,絮团粒径随紊动强度增大而减小。悬沙浓度对黄河口潮滩泥沙絮凝起抑制作用,同等紊动条件下高悬沙浓度对应的絮团粒径更小。黄河口潮滩絮团有效密度与粒径呈现负相关关系,沉速主要受粒径影响。本研究补充了对弱潮河口潮滩泥沙絮凝特性的认识。     

波浪作用下黄河口粉土海床粗化室内模型试验研究

利用室内水槽模型实验,对黄河口粉质海床土在波浪荷载下的粗化现象进行了研究,试验中观测了土体表层沉积物的变化,测量了土体内孔隙水压力及土的粒径变化,结合高密度电阻率法探测结果分析探讨了波浪作用下土体粗化机理.研究表明,波浪作用会使粉质海床土发生明显的粗化现象;土体液化是波浪导致粉土粗化的首要条件;土体内超孔隙水压力累积及消散是细颗粒物质迁移的主要动力.该结果对于研究黄河口粉土海床地貌的形成有一定参考意义.     

黄河三角洲海底土波致再悬浮研究

在现代黄河三角洲采集土样,制备室内水槽试验的底床,施加波浪作用,观测波致悬沙含量的变化规律,分析不同波高、作用时间对单位面积底床再悬浮量的影响,及波浪停止作用后悬浮泥沙的静水沉降规律。研究发现,在水深一定条件下底床再悬浮量呈现随波高增大而增大的特性,两者线性拟合的相关性很好;在一定波高的波浪连续作用下,约5 000~6 000个波周期底床再悬浮过程完成;在波浪作用初始阶段底层悬沙含量与中上层的相差很大,悬沙含量垂线结构呈斜线型,稳定阶段的悬沙浓度垂向结构呈准直线型,底层与表层含沙量比值为0.98~1.25,整个水层含量分布均匀;静水沉降过程中当悬沙含量大于1 g/dm3,悬沙含量(SSC)呈现出随时间指数衰减的规律,悬沙浓度与沉降通量呈线性关系。研究结果对认识黄河水下三角洲泥沙运移规律具有一定的科学意义。     

黄河口邻近海域浮游幼虫群落结构季节变化

基于2019−2020年4个季节的6个航次海上生态调查,研究黄河口邻近海域的浮游幼虫群落结构及其与环境因子的关系,旨在为海域生物多样性保护与重要生物资源养护提供科学基础。结果显示：在黄河口邻近海域,共鉴定出浮游幼虫16类,阶段性浮游幼虫是主要组成类群。浮游幼虫月均丰度以11月最高、1月最低。浮游幼虫香农−威纳多样性指数（H'）夏季（6−8月）高和秋冬季（11月至翌年1月）低。双壳类幼虫和无节幼虫是海区各季节的优势种及浮游幼虫总丰度的主要贡献者,腹足类幼虫、多毛类幼虫以及耳状幼虫、桡足幼虫等是季节性出现的优势种。春−夏间优势种组成更替率高。相对高丰度浮游幼虫主要分布于黄河口入海口附近、小清河口及莱州湾中部。基于浮游幼虫类群丰度组成的聚类分析,可将调查月和站位各分为3个不同的聚类组。月聚类组分别为春季（4月）、夏秋季（6−11月）和冬季（1月）,春季、冬季聚类组的代表类群是无节幼虫,夏秋季聚类组的代表类群是双壳幼虫。3个站位聚类组的组成站位的地理分布交错,代表类群都为双壳类幼虫和无节幼虫。多元方差（MANOVA）和相似性分析（ANOSIM）检验显示,海区内浮游幼虫的多样性指数、丰度、群聚结构等都表现为月间差异显著（p<0.05）,站位间差异不显著（p>0.05）。生物−环境逐步多重回归分析表明,影响浮游幼虫群聚结构的最佳环境因子组合为水温和浮游动物丰度。     

黄河口及近海表层沉积物中烃类化合物的组成和分布

为探讨黄河口近海表层沉积物有机质中烃类化合物的分布特征及输运过程,2003年9月采集了南北两个断面表层沉积物样品,对沉积物中正构烷烃和多环芳烃进行了分析,结果表明,黄河口表层沉积物中正构烷烃和多环芳烃的含量分别为0.38~2.55和0.371~0.650μg/g。在南北断面两种烃类化合物的分布明显不同:北断面受石油平台影响,烃类化合物在口门含量较高;南断面受黄河输入影响,由于大颗粒易于沉降,而吸附烃类化合物的能力较强的小颗粒易长距离输运,使这两种烃类化合物的含量从河口到近海整体呈上升的趋势。与北断面相比,南断面受水生源影响相对较弱,而且水生源的贡献随着离岸距离的增加而加强,在最大浑浊带后水生源急剧增强;在南断面多环芳烃主要来源为热解源,北断面多环芳烃受热解源和石油污染的共同影响。     

现行黄河口保护区典型湿地植被时空动态遥感监测

滩涂植被是滨海湿地的重要组成部分,其动态变化影响着湿地生态系统的结构和功能。利用遥感技术监测和评估湿地植被的长期变化对于海岸带资源管理和生态保护具有重要意义。本文以多时相Landsat卫星影像为数据源,结合面向对象和随机森林算法实现现行黄河口保护区内典型湿地植被的精准分类,揭示了2000−2020年研究区内芦苇、盐地碱蓬和互花米草的时空变化特征。经验证,湿地植被制图的总体精度为84.74%～92.39%,Kappa系数为0.81～0.91。长时序的分类结果表明,芦苇是现行黄河口保护区内的优势物种,分布面积占比维持在6%以上且总体保持平稳增长;盐地碱蓬面积自2006年开始呈减少趋势,优势度不断减小且破碎化程度严重。互花米草由2002年的221.85 hm²增加到2020年的5267.79 hm²,其扩张过程可分为3个阶段：2008年以前为扩张初期,互花米草生长不稳定;2008−2014年为快速扩张阶段,年平均扩展率为54%,空间上表现为向海扩张侵占光滩和向陆扩张侵占碱蓬生境;2014年至今为缓慢增长阶段,进入生长的稳定期,年平均扩展率仅为9%。     

黄河口海域调水调沙期间大型底栖生物群落特性研究

黄河口海域大型底栖生物群落结构受到包括自然和人为在内的诸多因子的影响,本次研究以2011年调水调沙活动对该海域大型底栖生物群落结构的影响研究为主,分析其短期内群落结构的变化。调水调沙前、中、后期均采用同样的站位取样,分别为1～18号站位,按照距离黄河入海口的距离分为4个梯级,为5、10、20和40km。研究结果显示：调水调沙前、中、后期分别渔获大型底栖生物73,72和85种,重要种的数量分别为13,1和16种;所有种类可以统计为4个门类,为环节动物、软体动物、节肢动物和棘皮动物,其中,环节动物和软体动物占比重最大,而1982年其他学者对莱州湾大型底栖生物的研究显示,棘皮动物和环节动物占比重最大,这表明近30年该海域大型底栖生物的群落结构产生较大变化;BOPA指数显示,前期各站位水质较高,中期和后期分别有2,3个站位受到中等程度污染;ABC曲线分析说明,调水调沙中、后期,大型底栖生物群落受扰动较大;群落聚类分析和冗余分析（RDA）表明,大型底栖生物群落结构与环境因子关系密切,其中,调水调沙中期有机物对群落结构的影响最大,而后期的较大影响因子为水深。环境因子并不是单一作用于生物群落,而是几个环境因子共同作用,包括有机物、硫化物、重金属Hg和As等;不同环境因子造成群落结构变动的原因较多,其一可能是海水透明度的下降造成大型底栖生物的生长和繁殖受阻。本次研究重点表明,人类多元活动从短期和长期看对大型底栖生物的群落结构变动影响均较大,调水调沙活动对黄河口海域大型底栖生物的栖息地作用明显,改变其水温、盐度、群落扰动等。因此,应当加强对该海域入海陆源污染物的控制,加强对海洋生态平衡的保护。