人工岬角和海滩养护下泥沙输运与海床演变

实施人工岬角和海滩养护的软硬措施相结合的方法是探索解决海滩侵蚀问题的新举措之一。基于验证良好的水动力模型建立了泥沙输运和海床演变模型,对秦皇岛市新开河口至南山岸线海滩经整治修复工程实施后的泥沙输运和海床演变规律进行模拟分析。结果表明:大潮与常浪耦合作用下,研究区域周围海域流速整体上落急时刻大于涨急时刻,沙坝掩护水域的流速较弱,波浪在沙坝处增强并在沙坝后破碎并减弱;在沙坝处出现高悬沙浓度区域,悬沙浓度分布主要由底床切应力控制,部分受水动力影响。大潮与强浪耦合作用下,在沙坝处出现远大于常浪时的增强水流(波生流),方向与强浪向一致,波浪在沙坝处已破碎且沙坝对强浪的削减效率大于常浪;与常浪作用下不同,悬沙浓度场在强浪作用下沙坝处没有出现明显的高浓度区域。波流耦合作用下,人工岬角单独存在时护岸效果有限,工程实施后在人工岬角和人工沙坝的配合下,沙坝处侵蚀而沙坝后侧掩护区域淤积,沙坝起到了有效养护海滩的作用。     

气候变化和人类活动影响下黄河远端泥北支粒度组分变化及其区域沉积效应

受限于海洋动力条件的复杂性,基于陆架泥质沉积重建的古气候或古环境一直存在争议。为此,本文在北黄海地区沿沉积物输运路径采集3根柱样,通过沉积物粒度及其端元组分和基于器测数据的东亚冬季风指数和黄海暖流强度,分析了不同泥区沉积物粒度端元组分对冬季风暴和黄海暖流变化的响应机理和强度,揭示了上述变化在不同区域产生的沉积效应。结果表明,近百年以来黄河远端泥北支的沉积物组分变化受到了自然因素和人类活动的共同影响。1980年以后,人类活动对黄河沉积物入海通量及其组成的影响开始增强,并掩盖了自然演化信息。而1980年以前,不同泥区的不同端元组分对冬季风暴和黄海暖流的响应机理和强度存在差异,具有显著的区域沉积效应：粗端元组分受冬季风暴强度变化主导,能够反映山东半岛北岸跨锋面物质输运强度的变化;细端元组分受到黄海暖流强度变化主导,反映沉积物从北黄海西部泥区到辽东半岛东岸泥区的输运过程。上述结论说明,虽然粒度是表征古气候和古环境变化的重要标志物,但应根据不同泥区沉积物来源和沉积动力环境的特点,谨慎选择敏感端元组分,正确地使用粒度指标。     

强人类活动驱动下珠江磨刀门河口径潮动力的季节性异变特征

人类活动对河口环境影响巨大,揭示在强人类活动驱动下河口径潮动力非线性相互作用的异变特征,有利于了解人类活动影响河口动力地貌的机制,对河口区水利工程建设及环境保护等具有重要指导意义。基于1960—2016年珠江磨刀门河口沿程潮位站(甘竹、竹银、灯笼山、三灶)的逐月高、低潮位数据及马口水文站的月均流量数据,统计分析了磨刀门河口在强人类活动驱动下月均水位、潮波振幅及其空间梯度(即月均水位坡度和潮波振幅衰减率)的季节性异变特征。结果表明,1990年和2000年为磨刀门河口径潮动力的异变年份, 1990年前为自然演变阶段, 2000年后为恢复调整阶段,1990—2000年为过渡阶段;高强度采砂导致的河床下切使磨刀门河口月均水位及月均水位坡度显著减小,夏季减小幅度最为明显,沿程平均分别减小0.53m和8.93×10^-6;月均水位坡度减小导致潮波衰减效应减弱,进而使沿程潮波振幅增大,多年平均增大0.071m;磨刀门河口径潮动力相互作用具有明显的季节性差异,夏季月均水位坡度随流量增大在上游抬升明显,冬季月均水位坡度在上游显著减小,但在下游略有抬升;随着流量的增大潮波振幅的衰减作用...     

渤、黄、东海海流和潮汐共同作用下的悬浮物输运、沉积及其季节变化

渤、黄、东海是一个水动力状况相当复杂的半封闭宽陆架海，本海区悬浮颗粒物含量高，季节变化明显，影响范围广，是世界上悬浮物含量最高的海域之一。对于该海域悬浮物的输运沉积过程、分布规律以及底质分布等中外学者均进行过比较深入的研究(秦蕴珊，1963； Honjo et al.，1974；Milliman et al.，1985，1986；秦蕴珊等，1987，1989；杨作升等，1992；Li et al.，1997；孙效功等，2000；雷坤等，2001)。然而，以往的研究大都基于实际海洋调查资料，由于受实测资料在时间和空间覆盖范围上的限制，很难从整体上把握渤、黄、东海陆架区悬浮物输运的时间和空间变化规律。数值模拟的方法能很好地克服上述局限，已有学者从不同角度对渤、黄、东海的某些海域的悬浮物进行了模拟研究。 董礼先等(1989)首先模拟了在二维潮流场作用下，黄、渤海推移质和悬移质的输运状况，得出潮流作用下海底的冲淤状况。Graber等(1989)利用有限水深的风浪模型、模拟了风浪对悬浮物输运、沉积的作用。Yanagi等(1995)用拉格朗日粒子追踪方法对整个东中国海冬季悬浮物的输运、沉积过程进行了计算。江文胜等(2000，2001)考虑了风等气象要素、外海传入的潮波的作用、悬浮物的沉降及再悬浮机制，对渤海中悬浮物的浓度进行了数值模拟。 海洋环流、潮汐、潮流和波浪均对悬浮物的输运与沉积产生影响，尤其在中陆架和外陆架地区，环流对悬浮物的长期输运起决定性作用，因此以往仅针对潮流、风浪作用的模拟很不完整，其结果与实际情况的差别也会较大。其次，海水的流动处在不断变化之中，小到日变化、月变化，大到季节变化、年际变化，因此定常风场、定常温盐场的环流模拟，即诊断流场并不符合实际情形。本文将首先对渤、黄、东海月平均风场、温盐场作用下的环流场进行模拟，进而探讨环流以及潮汐、潮流共同作用下的悬浮物输运过程及其季节变化规律。     

Evolution history and trend of the modern Huanghe River Delta

The evolvement history of modern Huanghe River Delta tidal flat, coastline and underwater terrain were studied based on the analysis of remote sensing images and water depth data. Based on the analysis of seafloor terrain evolution on different historical stages, a formula simulating the erosion and deposition evolvement model of subaqueous Huanghe River Delta slope was proposed, and the evolvement trend of the subaqueous delta terrain was predicted. The result shows that the equilibrium transition zone is near the water depth of 12 m with seabed erosion in shallower water and accumulation in deeper water during the first 150 a after the river channel was deserted. In the meantime, the underwater slope became gentler and the coastal erosion rate became slow gradually. Then, the subaqueous delta slope changed to up concave from upper convex, and the shape of subaqueous delta disappeared. The coast type changed to silt-mud coast about 100-150 a after the river course was deserted. The erosion depth in the foot of the seawall is calculated based on the formula.     

Deposits and depositional sequence nearby Iluanghe Harbour in the Huanghe River Delta

The sedimentary sequence of the upper 4 m deposits in the Huanghe Harbour Pit is as follows, 1, Distributary mouth bar deposits formed before 1964; 2. lower delta plain (tidal flat) and subaqueous delta lateral deposits formed in the period of 1964-1972; 3. deposits of crevasse splay and distributary channel near mouth, formed in the period of 1972-1974; 4. tidal flat deposits formed in the period of 1975-1984. The sequence shows superimposition of sedimentary environments parallel to coastline.     

Sediment transport off the Huanghe (Yellow River) delta and in the adjacent Bohai Sea in winter and seasonal comparison

Based on the data on the current velocity, water temperature, salinity, turbidity and concentration of suspended sediment collected in November 2006 along three survey transects at three time-series, ship-based stations off the Huanghe (Yellow River) delta, and at twenty-four grid survey stations in the adjacent Bohai Sea, sediment transport off the Huanghe delta and in the adjacent Bohai Sea under winter regime were studied and compared with those from the summer season.     

基于植硅体分析的黄河三角洲26kaB.P.以来古环境演变研究

利用位于黄河三角洲水下三角洲DYZK1钻孔沉积物¹⁴C年龄测定和浅地层剖面声学层序相结合构建岩芯时间序列,对96个沉积物样品进行植硅体分析,结合粒度参数和磁化率等岩性和生物地层垂向变化,恢复重建黄河三角洲古沉积和气候环境。结果表明指标参数存在显著的垂向变化规律,26.0kaB.P以来黄河三角洲沉积环境经历河流相—海陆过渡相—潮坪相—浅海相—三角洲相演变过程,植硅体分析表明:植硅体主要有尖型、平滑棒型、刺状棒型、冒型、长方型和扇型等类型。不同温湿度组合条件下植硅体形态组合基本不变,不同沉积时期植硅体含量变化具有规律性,表明同一沉积环境植硅体形态组合具有稳定性。尖型、平滑棒型、刺状棒型等主要类型植硅体在潮坪相和三角洲相沉积期间含量较多,而在浅海相和河流相沉积期间含量较少,但这种差异与温湿度之间不是明显的线性关系,这主要主要由于植硅体含量变化决定于植物生长对硅的需求。通过变差系数的比较分析,沉积物主要类型植硅体含量,在海陆过渡相和河流相沉积期间变化幅度较大,而在潮坪相和三角洲相沉积期间变化幅度较小。     

苏北废黄河三角洲侵蚀后退过程及其对潮流动力的影响研究

以苏北废黄河三角洲及其毗邻海域的南黄海旋转潮波为研究对象,在恢复黄河北归以来苏北废黄河三角洲海岸不同发育阶段岸线位置和水下地形的基础之上,通过所建立的潮波数学模型,研究了在苏北废黄河三角洲不同演变阶段南黄海潮波运动的特征及其变化。研究表明:在1855年黄河北归前,由于废黄河口岸线向外突出20余千米且有宏大的水下三角洲,由北向南传播的潮波受到阻挡,处在其南侧的辐射沙脊区水动力相对较弱;随着江苏海岸线后退,废黄河口水下三角洲夷平,由北向南传播的潮波变得更加顺畅,南黄海旋转潮波得到不断加强,辐射沙脊北部的西洋水道及中南部的烂沙洋水道、小庙洪水道深槽区水动力随着废黄河三角洲的侵蚀后退,平均流速和最大流速均表现为增大的趋势。     

现代黄河三角洲沉积层压实下沉的计算分析

1855年以来形成的厚度为15 m的现代黄河三角洲分流叶瓣在遭废弃后的最近30 a内的沉积压实幅度为2.28~3.87 m,年平均压实量达0.1 m,其中黏土质粉砂被压实了25.8%,粉砂沉积地层被压实了15.2%,黏土质粉砂的沉积压实量是粉砂沉积压实量的1.7倍,在此期间基本上完成了三角洲压实下沉过程。下伏沉积地层的压缩量有限,不同沉积年代的沉积压实下沉量相差小,如厚度为20~30 m的沉积压实量仅有0.2~0.28 m,其中黏土质粉砂被压实了0.91%,粉砂被压实了1.19%,沉积地层平均被压实了1%。无论是黏土质粉砂还是粉砂,孔隙度与沉积地层深度呈负指数函数关系,黏粒含量愈高,孔隙水则愈难以排出,覆盖在下伏沉积地层上面的表层沉积物对压实下沉贡献愈大。     

现代黄河三角洲沉积层压实下沉的计算分析

1855年以来形成的厚度为15 m的现代黄河三角洲分流叶瓣在遭废弃后的最近30 a内的沉积压实幅度为2.28～3.87 m,年平均压实量达0.1 m,其中黏土质粉砂被压实了25.8%,粉砂沉积地层被压实了15.2%,黏土质粉砂的沉积压实量是粉砂沉积压实量的1.7倍,在此期间基本上完成了三角洲压实下沉过程。下伏沉积地层的压缩量有限,不同沉积年代的沉积压实下沉量相差小,如厚度为20～30 m的沉积压实量仅有0.2～0.28 m,其中黏土质粉砂被压实了0.91%,粉砂被压实了1.19%,沉积地层平均被压实了1%。无论是黏土质粉砂还是粉砂,孔隙度与沉积地层深度呈负指数函数关系,黏粒含量愈高,孔隙水则愈难以排出,覆盖在下伏沉积地层上面的表层沉积物对压实下沉贡献愈大。     

波浪作用下黄河三角洲海底粉土液化特征对比研究

作为一种常见的近海海底灾害地质现象,波致海床液化严重威胁着黄河三角洲地区海底工程设施的安全。粉质海床液化后,海底粉土的结构、物理和力学性质均发生了改变,研究该变化规律尤其是评估液化后海底粉土再次发生液化的可能性具有重要的理论意义和应用价值。本文利用室内动三轴仪对取自黄河三角洲已液化和未液化海底粉土开展了液化试验对比研究,讨论了已液化和未液化海底粉土在孔压增长模式和轴向动应变发展趋势方面的异同,对比分析了二者的液化势。研究结果表明：应变标准比孔压标准更适用于评估黄河三角洲地区海底粉土的液化势;孔压和动应变发展模式均表明与未液化粉土相比,已液化海底粉土再次发生液化的抗力有所提高;已液化和未液化海底粉土归一化孔压比u_d/σ₃与循环加载次数比N/N_f间相关关系可采用双曲线或指数函数模型进行定量化描述;未液化海底粉土的波致液化临界循环应力比约为0.20,已液化海底粉土的临界循环应力比约为0.35。研究成果有助于加深对海底粉土波致液化特性的认识,亦可为循环应力历史影响下的土体力学性质研究提供参考。     

现代黄河三角洲钓口叶瓣体沉积相及其沉积动力环境特征

The Huanghe River captures the Diaokou River in 1964 and forms a deltaic lobe in the subsequent 12 a. The progradational process of the Diaokou lobe is in associated with complicated evolution of riverine sheet flooding,merging, and swinging. On the basis of 11 borehole cores and 210 km high resolution seismic reflection data set,the sedimentary sequence and dynamic environment of the Diaokou lobe(one subdelta lobe of the modern Huanghe River Delta) are studied. The stratigraphy of the lobe is characterized by an upward-coarsening ternary structure and forms a progradational deltaic clinoform. Totally six seismic surfaces are identifiable in seismic profiles, bounded six seismic units(SUs). These SUs correspond to six depositional units(DUs) in the borehole cores, and among them, SUs 4–6(DUs D to F) consist of the modern Diaokou lobe. Lithological and seismic evidences indicate that the delta plain part of the Diaokou lobe is comprised primarily by fluvial lag sediments together with sediments from sidebanks, overbanks, fluvial flood plains and levees, while the delta front part is a combination of river mouth bar sands(majority) and distal bar and deltaic margin sediments(minority). As a result of the high sedimentation rate and weak hydrodynamic regime in the Huanghe River Delta, the sediments in the delta front are dominated by fine-grained materials. The grain size analysis indicates the Huanghe River hyperpycnal-concentrated flow shows the suspension, transportation and sedimentation characteristics of gravity flow, and the sediment transportation is primarily dominated by graded suspension, while uniform suspension and hydrostatic suspension are also observed in places. The strength of the hydrodynamic regime weakens gradually offshore from riverbed, river mouth bar, sidebank, distal bar subfacies to delta lateral margin and flooding plain subfacies.     

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。