潮沟系统水沙输运研究——以长江口崇明东滩为例

本研究以崇明东滩2015年4月实测潮间带水沙数据为基础,分析了潮沟、盐沼及光滩的水沙特征,重点研究了潮沟系统及邻近潮滩潮周期内悬沙通量情况。结果表明:（1）潮沟表层沉积物比潮滩细,二者平均中值粒径分别为21.7 μm和33.0 μm,悬沙粒径由海向陆逐渐变小;（2）大、小潮沟潮周期内潮流均以往复流为主,垂向平均流速分别为15.4 cm/s和34.6 cm/s;盐沼界和光滩则以旋转流为主,平均流速分别为11.3 cm/s和28.9 cm/s;（3）潮沟中的高悬沙浓度出现在涨潮初期,最大可达7.5 kg/m3,而潮滩高悬沙浓度则出现在潮落潮中期和高水位时刻;大、小潮沟和盐沼界站涨潮阶段平均悬沙浓度大于落潮阶段,光滩站则相反。潮沟悬沙主要来自邻近水域,而潮滩悬沙则与滩面表层沉积物密切相关;（4）潮沟在潮周期内净输沙方向均指向滩地,大潮沟潮周期单宽净输沙量可达4.0 t/m;盐沼界处垂直岸线和沿岸输沙强度相近,净输沙由海向陆,潮周期离岸输沙强度为1.0 t/m;光滩沿岸输沙强度远大于垂直岸线输沙,光滩净输沙由陆向海。研究揭示了潮间带潮沟系统的强供沙能力以及研究区域光滩冲蚀,盐沼植被带淤积的动力地貌过程。     

风暴对滨海湿地潮沟水沙输运的影响——以长江口崇明东滩为例

为了探知风暴事件对滨海湿地潮沟水沙输运的影响,分别于平静天气和风暴天气(“摩羯”和“温比亚”台风)条件下,在崇明东滩一典型潮沟进行了现场水沙数据观测。结果表明：台风期间近岸平均风速较平静天气增大3~4倍,有效波高增大7~15倍,盐沼前缘光滩和潮沟遭受强烈侵蚀,潮滩表层沉积物粗化1~2.1倍,水体悬沙浓度增大3~11倍,潮沟潮周期单宽泥沙输运通量增大4~33倍, 单宽泥沙净输沙量增大8~17倍。风暴天气下,潮沟水沙输运呈现“大进大出”的特点,在盐沼潮滩内受盐沼植被消波、缓流和捕沙作用下,潮周期内单宽泥沙净通量指向盐沼潮滩,促进了盐沼滩内部泥沙的淤积。     

长江口崇明东滩潮沟地貌形态和演变

利用1994、2000和2009年的崇明东滩TM和ETM遥感图像和GIS技术确定潮沟的平面形态、量算了潮沟的长度和密度;在野外,利用RTK-GPS进行了典型潮沟的地形测量以确定潮沟的发育高程、宽度、深度、宽深比以及断面面积的纵向变化,并利用GIS技术建立了该潮沟的三维地貌模型.研究结果表明:(1)崇明东滩的潮沟主要发育...     

崇明东滩潮沟浮游动物数量分布与变动

根据2008 年4—12 月对上海市崇明岛东滩潮沟进行4 个季节的浮游动物调查资料, 研究了崇明东滩潮沟浮游动物的数量分布及变动。结果表明, 调查区浮游动物总丰度较高, 四季变化明显。受潮汐作用的影响, 夏、秋、冬三季落潮时丰度大于涨潮时, 春季涨潮时丰度则大于落潮时。浮游动物在6 条潮沟的平面分布不均匀, 春季东旺沙边滩区和北八边滩区的数量明显多于近团结沙边滩区, 夏、秋季分别以东旺沙边滩区和北八边滩区的数量最多, 冬季则以近团结沙边滩区的数量最多。主要优势种细巧华哲水蚤(Sinocalanus tenellus)、中华华哲水蚤(Sinocalanus sinensis)、火腿许水蚤(Schmackeria poplesia)、四刺窄腹剑水蚤(Limnoithona etraspina)和四刺破足猛水蚤(Mesochra quadrispinosa)等数量的季节、潮汐变化及各时期的空间分布格局差异明显, 其数量分布情况决定了浮游动物总数量的分布。盐度是影响冬、春季涨潮时浮游动物总丰度分布的主要因子, 水温则是影响夏、秋季涨潮时总丰度分布的主要因子。此外, 径流及潮流等动力因素对潮沟浮游动物数量的时空分布也产生重要影响。     

长江口九段沙潮沟系统分维研究

以长江口九段沙为研究区,采用2013年8月13日的Landsat-8遥感全色波段得到的九段沙潮沟分布图,利用Horton-Strahler原则将九段沙潮沟进行了分级。然后使用网格法对各个等级的潮沟进行了分维研究,计算了九段沙不同等级的每个潮沟左右两侧的维数值,并结合潮沟的宽度大小,对其维数值进行了比较和分析。研究结果表明,九段沙相同等级潮沟中,潮沟左侧维数的变化范围大于右侧,即潮沟左侧发育的复杂程度大于右侧;不同等级潮沟宽度的最小值变化幅度不大,但潮沟宽度的最大值变化幅度较大;不同等级潮沟宽度的变化和其潮沟左右两侧维数差值变化的相关性较小;不同等级潮沟,无论左侧还是右侧,潮沟维数大小随着潮沟的等级数和潮沟的平均宽度的增大而增大。     

江苏王港盐沼潮沟的水动力和悬沙输运过程

在江苏王港盐沼湿地的两条潮沟内分别设立观测站位，进行了水位、潮流流速和悬沙浓度的观测。结果表明，潮沟水流的流速与潮位变化率之问存在着显著的线性相关关系，并受到潮沟本身特征(如潮沟级别、坡度、所在部位等)的影响。潮周期中的流速突变现象发生于涨潮初期、潮沟满溢和滩面水归槽阶段。涨潮期间，悬沙浓度和流速有显著的正相关关系，悬沙浓度的变化受再悬浮作用控制；落潮期间，悬沙浓度的变化基本上与流速大小无关，悬沙输运以平流作用为主。大潮期间盐沼潮沟内悬沙净输运方向由陆向海。     

基于Pauli分解散射参数特性的潮沟信息提取

以长江口九段沙为研究对象,利用2015-04-05全极化Radarsat-2影像数据,首先进行了多视处理和精极化Lee滤波;然后通过Pauli极化分解提取出九段沙水体、潮沟、低矮植被和芦苇的奇次散射系数、45°二面角散射系数和二面角散射系数,并且对4种地物类型(潮沟、水体、低矮植被和芦苇)的3种参数的散射强度分别进行了统计分析;最后选择二面角散射系数作为潮沟信息提取的判别标准,采用区域生长法提取了潮沟信息,并利用数学形态学对区域生长法中的断裂潮沟进行了连接和非潮沟信息的消除。研究结果表明,潮沟和水体的奇次散射强度值分别为0.040和0.038,二者的45°二面角散射系数值为0.001和0.002;潮沟的二面角散射强度值为0.007,低矮植被和芦苇的二面角散射强度值分别为0.783和0.104。     

潮滩前缘盐沼植被簇团与潮沟系统演变相互作用研究

潮滩前缘盐沼植被簇团可以通过改变水动力及泥沙运动等过程影响潮沟系统的地形地貌,而潮沟系统的地形特征也会影响盐沼簇团的生长、扩张与侵蚀,但对盐沼簇团与潮沟系统地貌演变的相互作用机制尚缺乏认识。针对这一问题,本文构建了考虑盐沼植被动态演变的潮滩生物动力地貌耦合模型,模拟了盐沼植被簇团生长扩张与潮沟系统地貌演变过程,分析了不同初始数量的盐沼植被簇团与潮沟系统的空间格局及形态参数间的双向反馈。结果表明,潮沟先迅速向海陆两侧延伸,后发育出大量分汊;盐沼簇团向周边扩张后未被潮沟切割区域逐渐连成片。少量盐沼簇团能够增加潮沟密度,促进边缘冲刷式潮沟系统的发育。潮沟的走向受盐沼簇团分布位置及数量的影响,多个盐沼植被簇团间的水流集中比单个簇团的边缘水流冲刷更易形成潮沟。在盐沼植被簇团与潮沟系统共同发育初期,潮沟系统发育受盐沼植被簇团的促进作用较大,后期潮沟内比簇团边缘更易形成水流汇聚,盐沼簇团的影响逐渐由促进作用转为稳定作用。此外,潮沟的存在限制了盐沼植被的横向扩散,切割了盐沼植被簇团,影响盐沼植被的空间分布格局。本研究揭示了盐沼植被簇团与潮沟系统地貌耦合演化机制,可为盐沼潮滩生态系统保护修复提供科学依据。     

基于潮沟定点观测的潮间带水、沙、盐交换研究——以长江口九段沙一潮沟为例

为研究潮间带和潮下带的水、沙、盐交换,于夏、秋两季在长江口九段沙一典型潮沟的固定点利用OBS-3A和ADP-XR进行了水深、浊度、盐度、流速流向剖面和回声强度观测。结果表明:(1)夏季大潮、冬季中-大潮、冬季小潮的潮周期垂向平均流速分别为26.5、15.9和8.4cm/s,夏、冬季观测到的最大流速分别为84cm/s和35cm/s。(2)夏季盐度变化范围为0.65—4.91,平均盐度2.14;冬季盐度变化范围为3.5—10.3,中-大潮和小潮平均盐度分别为6.26和7.98。(3)高悬沙浓度出现在涨潮初期和部分落潮末期的低水位阶段;涨潮阶段的平均悬沙浓度是落潮阶段的1.11—7.0倍。(4)涨、落潮阶段的水体和盐输运量大体上趋于平衡;(5)无论是冬夏季或大小潮,潮沟在潮周期内的净输沙方向均指向陆,即落潮输沙量小于涨潮输沙量(平均小40%);平均每个潮周期内净输沙量为6102kg,结合潮盆面积推算的潮周期沉积速率为0.0112mm/tide,或8.2mm/a。     

春季长江口崇明东滩沉积物-水界面营养盐交换过程研究

2005年3-5月,选取位于长江口崇明东滩的3个典型站点,对沉积物间隙水中营养盐剖面进行了观测;同时,通过模拟现场环境培养的方法测定了营养盐在沉积物-上覆水界面的交换通量.结果表明,间隙水中NH4+和SiO32-浓度比PO43-和NO2-+NO3-一般要高2-3个数量级.沉积物-水界面交换过程在春季表现为对NO3-和SiO32-的吸收,吸收的量在很大程度上取决于上覆水中这两种营养盐的浓度;由上覆水和表层间隙水浓度梯度所决定的分子扩散通量对实际交换通量的控制有限.对NO3-,分子扩散通量占交换通量的比例为到21%;对SiO32-,前者和后者的方向相反;对NH3+,较大的浓度梯度支持显著的释放通量,而在培养过程中并没有发现上覆水中NH4+浓度持续的增长.以上结果都说明其它因素,如浮游植物吸收、颗粒物吸附以及底栖动物扰动在更大程度上决定着崇明东滩沉积物-水界面营养盐的交换过程.     

长江口崇明东滩冲淤演变分析

通过对崇明东滩水文、泥沙、地形等资料的分析,阐述1983-2003年崇明东滩冲淤演变过程. 1.1983-2001年,崇明东滩淤涨延伸较快,0m以上各等高线大幅度向外扩展,沿正东向年均外移228~279m不等.潮滩面积稳定增长,3.5m以上面积增加最多,达65.2km2,0m以上面积共增加8.4km2.滩面淤高迅速,尤其是高潮滩,且有随高程的降低,淤高速率下降的趋势.2. 2003年与2001年相比,崇明东滩0m以上面积增加4.2km2,2.0m以上面积减少0.8 km2,3.0m以上面积年均增长率下降.3.人类活动(如围垦)对崇明东滩的演变产生重要影响.流域来沙量大幅减少对潮滩演变的影响有待于进一步研究.     

河口潮滩沉积物磷的季节性累积和生物有效性

对长江口潮滩表层沉积生磷的赋存形态和含量的研究表明,碎屑态磷为沉积物中磷的主要形态,约占总磷的62.52%;铁结合态磷和有机磷次之,分别占总磷的18.06%和14.69%;自生磷灰石加钙结合态磷和吸附态磷最少。综合研究区内的各种理化条件,指出弱吸附态磷、铁结合态磷和有机磷是长江口潮滩潜在生物可利用磷,约占总磷的33.16%,是导致水体富营养化的潜在因素。上覆水的盐度效应是影响沉积物铁结合态磷含量的关键性因子;而自生磷灰石加钙结合态磷的含量变化则与上覆水的温度、溶氧量及沉积物有机质的分解有关;有机磷在时间和空间尺度上都存在较大变化,主要与潮滩生物动态过程,即磷的再矿化有关。     

长江三角洲南翼盐沼有机质分布及来源初探

通过对长江三角洲南翼最大淤涨带钻孔柱样进行沉积有机碳(POC)、有机碳同位素组成(δ~(13)C)、总氮(TN)、粒度的测定,研究长江三角洲南翼盐沼有机质分布及来源。结果表明:POC、TN分布受控于长江入海泥沙及人类活动,有机质主要赋存于细颗粒物质中(16μm),长江入海泥沙偏粗,有机质含量降低,围垦导致物质组成趋向均一化。δ13C自陆向海方向增大,自陆向海盐沼陆相有机质比例下降,海相有机质比例上升。围垦活动使海相有机质比例上升,长江入海泥沙对盐沼发育影响力下降,但长江入海泥沙对盐沼发育仍起主导作用。此研究揭示流域水沙及人类活动对河口盐沼发育的影响,丰富海岸带研究资料。     

长江河口潮波时空特征再分析

长江河口的潮波传播受到近岸及河口浅水地形及长江径流的显著影响,表现出很强的时空变化特征。已有相关研究主要关注徐六泾以下的河口段,还缺少对河口系统的潮波特征分析。本文基于大通、南京、徐六泾和牛皮礁4站的年内连续潮位资料,分析了主要天文分潮和浅水分潮的振幅沿程变化、季节变化特征和规律,认识到洪季大径流对江阴以上的近口段潮汐衰减作用显著大于枯季,而河口段的平均潮差有一定的半年周期变化,年内秋季最大。口内高频浅水分潮振幅在河口下段最大,且洪季大于枯季,低频浅水分潮则在河口上游振幅最大,由此反应径流对潮汐改造的非线性作用。这些认识可为水道航运及相关河口研究提供基础认识。最后本文也指出关于长江河口潮汐特征尚需进一步研究的若干问题,以期下一步工作取得相应进展。     

长江口南槽悬沙纵向和横向输运过程与机制研究

河口悬沙输运对于最大浑浊带形成发育、地貌演变、港口航道安全、水质以及生态系统健康至关重要。本文基于2017年洪季长江口南槽拦门沙海域4站位同步观测的沉积动力数据,采用Scully等和Sommerfield等[2]改进的通量机制分解法来获取垂向各层平流通量和潮泵通量及累积动态变化,以确定平流和潮汐泵送对悬沙净通量的相对贡献,探讨纵向和横向的水沙输运时空格局和动力机制,弥补了传统通量机制分解法仅限计算时空平均值的缺陷。研究发现：1）洪季长江口南槽拦门沙海域大潮期间存在横向余环流,小潮期间出现表层向海、底层向陆的纵向余环流;2）平流和潮泵作用是影响净输运的关键因素,南槽拦门沙海域由平流作用主导、悬沙向海净输运,横向上向西南边滩输运,为南汇边滩围垦区向海淤长提供物源,且靠近主槽区域横向悬沙通量对沉积过程的贡献与纵向通量相当;3）潮泵输运在河口滞流点和拦门沙海域均较显著,泵送的大小和方向与径潮流相互作用和底床物源有关,纵向上由大潮期间向陆泵送占优转为小潮期间的向海净输运占优。综上,南槽拦门沙海域近底层悬沙呈现由浅滩向主槽辐聚的格局,浅滩区域的近底层悬沙净输运受潮泵作用控制,且对整个水柱悬沙输运贡献显著,可能是拦门沙形成和最大浑浊带发育的重要机制。     

Spatial and temporal variations in sediment grain size in tidal wetlands, Yangtze Delta: On the role of physical and biotic controls

To examine the spatial and temporal variability of sediment grain size in exposed tidal wetlands with ample sediment supply, we sampled sediments and measured hydrodynamics, accretion/erosion rates, and vegetation characteristics in the Yangtze Delta. Sediment grain size exhibited a landward/upward decreasing trend. This trend is mainly attributed to attenuation of hydrodynamics. A 630-day series of daily surface sediment sampling at a fixed site on an unvegetated intertidal flat revealed significant seasonal and storm-cyclic changes in grain size. This temporal variability was related to alternating accretion/erosion events, with erosion associated with coarser grain size. Such temporal dynamics were not present in vegetation, where sediment remained fine grained throughout the year. In the marsh, vegetation cover enables the trapping of fine-grained sediments in the following ways: (a) adherence of suspended sediments onto plants; (b) deposition of suspended sediments stimulated by attenuation of hydrodynamics through plant obstruction; and (c) prevention of resuspension of fine-grained deposits due to the protection of the plant canopy. The influence of vegetation on sediment grain size was clearly seen when comparing sediment trapped by different vegetation types and seasonal patterns of trapped sediment on different vegetation canopy densities. The relatively high plant biomass of the recently introduced Spartina alterniflora enhanced the trapping effect, whereas plant degradation due to buffalo grazing reduced the trapping effect. We conclude that for exposed tidal wetlands with ample sediment supply such as the Yangtze Delta, the spatial and temporal variability of sediment grain size is governed predominantly by physical controls on the unvegetated flat and predominantly by biophysical interaction of hydrodynamics and vegetation in the salt marsh, rather than by sediment supply.     

长江三角洲泥质潮坪沉积间断的定量分析

现场观测获得了长江口开敞型泥质潮坪不同时间尺度的沉积速率及层偶保存率。每天观测结果表明,单个层偶的保存率约为46．6％。随着观测时间间隔的增大保存率迅速减小,大小潮周期内层偶保存率降为9．2％,季节性观测层偶保存率为3．7％。现代长江三角洲建造一个完整的潮坪沉积层序约需96a。百年尺度潮坪层序层偶的保存率仅为0．74％,99．26％的潮汐周期由于侵蚀或无沉积而没有纹层保存下来,形成间断。因此,沉积间断占潮坪层序的比例应为99．26％。沉积速率和沉积时间之间存在对数线性负相关,拟合直线的斜率为－0．39,由此推导出潮坪层序的完整性计算公式为C＝（t^*/t)^ 0.39。虽然对泥质潮坪沉积中沉积间断的估计有很大的不确定性,但它是从现代沉积过程观测中得到的,可以帮助我们更深入地认识古代潮坪沉积的特征及其成因,并突出沉积间断在潮坪沉积层序中的重要性。