全新世以来珠江三角洲海鸥沙形成过程的地貌动力学分析

海鸥沙是珠江三角洲一个极富特色的沉积砂体。本文基于钻孔资料并结合长周期“动力-沉积-形态”模型, 从沉积学和地貌动力学角度对全新世以来海鸥沙的形成演变过程进行了探讨。海欧沙在全新世的沉积层序自下而上分别为河流相、河口湾浅海相和三角洲相。全新世海侵盛期以来, 虎门涨潮射流和东北—西南向涨落潮流是影响海鸥沙形成演变的主要动力。6000—2500a BP, 受东北—西南向涨落潮流的影响, 海鸥沙中北部地区一直处于冲刷无沉积状态, 由虎门涨潮射流带来的泥沙主要在海鸥沙南部沉积, 沉积速率约为0.67mm·a ^-1; 2500—1700a BP, 随着番禺平原的发育, 东北—西南向涨落潮流逐渐消弱, 海鸥沙进入一个快速沉积期, 平均沉积速率约为15mm·a ^-1, 沉积由两端向中间发展; 1700—600a BP, 随着沙湾水道的形成, 海鸥沙中部迅速发展, 至600a BP左右, 海鸥沙基本形成并出露水面。     

珠江三角洲沉积体与河网干流河道的形成发育

应用PRD-LTMM长周期"动力-沉积-形态"模型和非线性动力学拉格朗日拟序结构理论对全新世海侵盛期以来珠江三角洲以及河网干道的形成演变进行了地貌动力学分析,结果显示:受曲折岸线和复杂地形的影响,海侵盛期古珠江河口湾的水动力随时空高度变化,形成了7个具有不同运动特性的条带区域,并产生了许多不同尺度且相对独立的沉积动力结构,形成了众多的沉积体。这些沉积体成为了三角洲发育演变的基本建构单元。三角洲的主体沉积可概括为受原始地形分隔的若干相对独立的充填过程,干流河道的形成和发育往往是若干相邻沉积体发育和延伸的结果,而三角洲河网干道的总体分布格局则受这些动力区域所控制。     

珠江三角洲河网一维水动力模拟的有限元法

仿照四点隐式差分法在每个单元内部形成独立的单元方程组,改进有限元软件包RMA对潮汐河网水动力进行一维数值模拟.通过空间、时间上的离散,利用Galerkin法弱形式构造圣维南方程组的有限元控制方程组,运用Newton_ Raphson 法和FRONT法求解非线性总体方程组,结合边界条件和初始条件求得数值解.根据2001年实测数据,对珠江三角洲河网进行了水动力数值模拟计算,其计算结果与实测值、经典FDM计算值相符.     

磨刀门河口在20世纪60至70年代的演变模拟与动力地貌过程分析

使用长周期动力地貌模型(long-term morphodynamic model),再现了磨刀门河口1964—1977年的演变过程,并从水动力、地形演变规律以及人类活动等角度系统分析了长周期地貌演变过程。模拟结果显示在1964—1977年磨刀门河口鹤州至交杯沙浅滩和上沟快速淤积,13a的平均淤积厚度均在40cm以上,与之相反,横洲水道杧州至大井角段和上沟东部深槽冲刷明显。磨刀门河口演变季节性特征明显。在洪季浅滩淤积,深槽冲刷;在枯季滩槽都处于淤积状态。演变过程中各种基岩岛屿使动力结构和演变规律呈现多元化,同时人类活动对整个区域的演变起到了重要的作用。     

海岸系统演变长周期数值模拟研究进展

在人类活动日益频繁及海平面上升等自然环境变化的背景下,研究和预测海岸系统地貌演变正变得越来越重要。长周期数值模型是海岸系统演变研究的一种重要手段,近年来得到了迅速发展和广泛应用。介绍了海岸系统演变的长周期数值模型的计算原理、信息约减和地貌加速等关键技术、时空尺度及其验证方法。详细阐述了不同类型长周期模型在海岸系统演变的过程与机制和长期演变的数值模拟及预测人类活动和自然变化引起的海岸系统长期演变等方面的应用与最新进展,并对长周期模型的发展进行了讨论。     

三亚湾海岸动力演变的数值模拟研究

近年来,海岸侵蚀呈现不断加剧的趋势,给沿海地区经济社会的发展造成了极大危害。关于三亚湾海岸侵蚀过程及其动力学研究多停留在定性或半定量阶段。从海岸动力地貌学角度出发,基于沉积物迁移理论,利用数值模拟方法,定量研究了三亚湾海岸在波浪和潮流作用下的动力演变过程。计算结果重现了海水波浪的传播形态及动态特征:涨潮时,波高极值相对较大,水位随之升高,波动现象明显,波动形态复杂;落潮时,波高极值相对减小,水位也随之降低,海面相对较平静,波形态在离岸区域较单一,仅在近岸区域相对多样化。同时,数值模拟结果也很好地显示了三亚湾岸线附近的沉积或侵蚀过程特征:三亚湾西段海洋动力条件较强,沉积或侵蚀现象明显,沉积/侵蚀能力由三亚湾西段逐渐向东段减小。此外,以海洋动力学机制为基础,定量模拟了三亚湾海岸侵蚀与演变物理过程,为该地区海岸开发利用、海岸环境保护提供科学依据。     

新村港泻湖潮汐通道的形成和演变及整治初探

新村港泻湖位处海南岛东南部的陵水县,其潮汐通道是新村港泻湖与外海之间的水体相互沟通的通道,该通道自形成以来,受其口外海滨风浪、潮流作用、堆积地形以及泻湖纳潮量变化的影响,导致潮汐通道淤浅、断面缩窄、口门位置迁移等复杂变化,对潮汐通道功能的维护产生影响,也直接关系到泻湖这一重要自然资源的维护和进一步开发利用.本文对新村潮汐通道的形成与演变进行探讨,在此基础上提出整治设想,以求达到进一步发挥新村港泻湖潜在的经济效益和社会效益,并维护泻湖资源可持续发展.     

渤海主要分潮的模拟及地形演变对潮波影响的数值研究

基于FVCOM数值模式,利用1972年和2002年水深岸线数据,分别对渤海主要潮波系统进行模拟,研究了水深岸线变化对渤海主要分潮的影响。结果表明渤海地形演变会引起各分潮无潮点位置移动和振幅的改变,其中M2、S2分潮黄河口附近无潮点位置向东北方向迁移20km以上,且渤海湾湾顶振幅减弱,莱州湾内振幅增强;K1、O1分潮位于渤海海峡附近的无潮点亦向东北方向偏移,移动距离为10km左右,且渤海湾湾顶振幅明显减弱。在此基础上,本文通过敏感性数值实验,对导致黄河口外M2分潮无潮点位置移动的主要因素进行了初步分析。结果显示,在岸线不变的情况下,水深变化导致无潮点向东北方向迁移;而岸线变化导致无潮点向东南方向迁移。     

新鹤海湾的演变特征及水沙模拟分析

为准确把握新鹤海湾的演变特征和水动力条件,采用现场观测和GIS技术对其地形变化、冲淤分布和冲淤量进行探讨,并利用数值模拟分析波浪、潮流和泥沙共同作用对海湾演变的影响。结果表明:海湾演变对连续台风的响应不同,表现为先冲后淤,其中苏拉作用下的冲刷量为台风过境后全年的2倍左右;受东南季风的影响,春夏冲淤幅度较大,海湾冲淤分布为南冲北淤,波高分布不均与涨潮流入湾时的向北偏转是其主要原因;波流共同作用下的底床切应力约为潮流单独作用时的10倍,波浪是导致海湾冲刷的主要因素,常浪下底床切应力小于临界冲刷应力,泥沙不易起动,因此海湾冲刷主要是由极端天气时的大浪所导致的。     

考虑植物影响的波浪和波生流迭加条件下水动力特性数值模拟研究

海岸湿地是近海地区重要的生态系统,由于潮流、波浪尤其是非连续水流与植被的相互作用,导致该海域的水动力环境复杂多变。本文发展了一个深度平均二维波流耦合数学模型,模拟湿地海域波浪和波生沿岸流的运动特性。水动力模型中植物拖曳力作为源项放入动量方程中,在波浪作用量平衡方程增加波能耗散项用于解释水生植物对波浪产生的阻力作用。在动态耦合模型中,波浪模型为潮流模型提供波浪辐射应力、波高、波浪周期等数据信息,潮流模型为波浪模型提供计算的水位和流速,可以达到双向动态耦合。本文发展的波流耦合模型通过三个实验室试验数据加以验证,计算结果和实验数据吻合较好,在波浪、波生流和植物迭加条件下,所建模型能够有效地模拟波浪、沿岸流等不同现象。     

俯冲板片熔融柱的数值模拟:上覆板块破坏及动力地形效应

洋壳俯冲过程中温度、压力升高和密度差异,可导致俯冲板片熔融柱的快速上涌,并作用在上覆板块岩石圈地幔底部,从而导致岩石圈的破坏减薄以及地表形态的剧烈变化,该过程类似于地幔柱对岩石圈的破坏作用。目前,对于俯冲板片熔融柱的形成及其对岩石圈破坏程度的研究相对较少,特别是地表动力地形变化与深部岩石圈破坏作用之间的响应关系依然不清楚。为此,本文将利用I2VIS有限差分方法,基于质量守恒方程、动量守恒方程以及能量守恒方程,通过给定材料参数和一定边界条件,计算揭示俯冲洋壳在不同时间和不同深度下发生部分熔融并形成俯冲板片熔融柱的过程,从而模拟再现该熔融柱对上覆板块岩石圈的破坏过程,并进一步分析其导致的浅部地表地形变化响应。数值模拟结果显示,在大洋板片俯冲过程中,由俯冲的陆源沉积物以及洋壳形成的混合熔融柱垂向侵蚀岩石圈底部,造成岩石圈减薄。在熔融柱的横向侵蚀过程中,岩石圈地幔熔融范围增加,可达300 km。在地形变化方面,板块俯冲造成大陆前缘受挤压变形,引起构造变形,构造变形范围可达300 km。同时,与俯冲相关形成的熔融柱对岩石圈地幔底部的侵蚀作用逐渐增强,动力地形变化幅度增大,并持续抬升,最终可垂向抬升至4 km。动力地形的变化范围局限在300 km以内,这与岩石圈地幔的破坏范围保持一致。     

山东半岛东部南北岸典型砂质海岸沉积、地貌的横向差异及成因分析———以海阳万米海滩岸段和威海国际海水浴场岸段为例

根据2011年在海阳万米海滩岸段与威海国际海水浴场岸段调查获得的夏、冬两季海岸实测地形剖面与沉积物粒度数据,并收集相关水文资料,对南北两海岸地貌与沉积差异性进行分析,探讨了半岛东部南北岸典型砂质海岸动力环境的差异。研究结果表明,南部海岸宽广平缓,发育滩脊、滩肩、沙波纹等地貌,沉积物在水下岸坡上段以中粗砂、中细砂为主,水下岸坡以下段以粉砂、黏土质粉砂为主;北部海岸地形陡,发育滩肩陡坎、水下沙坝等地貌,沉积物以砾质砂为主。导致这些差异的动力为风、波浪、潮汐及沿岸流堆积。