黄河三角洲北部海岸侵蚀与悬沙分布及其工程防护

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三角洲资源丰富,在资源利用、港航建设、绿色旅游、生态保护等方面具有重要的社会价值以及生态价值。近年来在海岸侵蚀、入海泥沙减少以及极端天气频发的影响下,黄河三角洲北部海岸作为侵蚀型海岸,情况日趋复杂,冲淤平衡受到不同程度的破坏,侵蚀作用明显。探明新形势下典型侵蚀型海岸侵蚀过程影响因素,并提出相应的工程防护措施对未来三角洲侵蚀海岸保护有着重要意义。本文聚焦于多年来受气候变化和频繁人类活动影响,入海水沙及海洋环境动力急剧改变的黄河三角洲北部区域,基于水深地形资料和遥感数据,识别该区域的侵蚀特征,准确判定强侵蚀区和强海洋动力区;建立可靠性较高的悬浮物浓度反演模型,分析该区域悬浮物浓度时空变化规律,并重点关注强侵蚀区的悬沙变化,深入理解该区域海岸侵蚀的海洋动力机制;在明晰侵蚀特征和悬沙动态规律的基础上,分析不同动力环境下防护工程的设计标准及工程防护对策,为黄河三角洲海岸侵蚀防护和近岸工程建设提供科学指导。主要研究结果如下:(1)黄河三角洲北部岸线的蚀退经历了从快速侵蚀到逐渐放缓的变化过程,其中最大侵蚀速率出现在河口的废弃初期。1976-1996年间该区域的海岸侵蚀主要表现为岸线的后退,而1996年后岸线后退有所缓解。黄河三角洲北部近岸海床侵蚀引起岸线蚀退,主要侵蚀区域集中于10 m等深线以浅处,10-15 m等深线的部分区域出现侵蚀,部分区域则以淤积为主。在15 m等深线以深的区域蚀积不明显。造成海岸强烈侵蚀的主要原因是沙嘴前缘岸线蚀退量大于两侧,沙嘴向海凸出的地形特征。准确识别研究区域的侵蚀特征,为研究强侵蚀区的悬沙时空分布规律提供了依据,以及有效界定近岸工程的防护重点区域。(2)近岸海域悬浮颗粒物的分布与扩散对水体生态环境、海岸地貌演变、水产养殖以及海岸工程等有重要影响。由于刁口河流路的改道,黄河三角洲北部成为强烈侵蚀岸段,揭示该区域的悬浮物浓度变化特征和规律是防护工程安全维护的基础。利用良好检验的模型反演近岸海域悬浮物浓度,Landsat-8 OLI和Sentinel-2 MSI传感器获取的遥感影像交叉验证表明,基于两种传感器反演的悬浮物浓度具有较强的一致性,两种卫星数据可以结合使用。研究区近岸海域悬浮物浓度季节性变化明显,冬季和春季悬浮物浓度较高,夏季较低,秋季是悬浮物浓度从低向高转换的季节。冬、春季该区域风浪较大,在波浪掀沙和潮流输沙的联合作用下,底床泥沙强烈再悬浮,是形成悬浮物的主要来源,丁坝群的修建也在一定程度上改变了悬浮物的时空分布。(3)海岸防护工程在一定程度上起到了防浪挡潮,延缓海岸侵蚀的作用。根据近年来黄河三角洲北部近岸海域的水文资料,运用历时累积频率曲线对黄河三角洲北部近岸海域沿岸水工建筑物进行设计潮位推算,海堤的设计高潮位为1.93 m。根据近岸波高分布,外延推算得黄河三角洲北部近岸水工建筑物50年一遇的设计波高为8.4 m。全球变暖影响下的海堤设计新要求远高于黄河三角洲北部现在部分海堤的建设标准,如孤东海堤、桩西海堤等急需进一步加固提升以防止极端天气下的海岸侵蚀淹没。结合国内外先进海岸防护工程经验,从海洋波浪能量削弱、海洋流场改变及生态植被防护等角度出发,提出黄河三角洲北部海岸工程的防护思路与对策,进一步维护海岸线稳定并修复河口区域的生态系统,维持生物多样性,以及自然岸线、湿地和海洋景观的稳定。
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