江苏潮滩地貌与沉积体系演化的动力学模拟

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自黄河从苏北入海以来,江苏中部海岸持续淤长。江苏中部潮滩的沉积物以粉砂为主,其次为砂和粘土。沉积物主要来源于江苏中部岸外的辐射沙洲区、废黄河三角洲及其附近海岸和长江。潮流是潮滩的主要水动力,潮滩的沉积物在潮流作用下的输运及堆积过程及其导致的潮滩剖面调整过程是潮滩地貌与沉积体系演化中的核心问题。本文拟应用地貌动力学模型方法,研究上述问题。 本文根据潮滩上主要的水动力特征及物质输运特征,构建了由水动力模块、沉积物输运模块及地形演变模块组成的过程模型,以研究江苏潮滩地貌与沉积体系演化过程。水动力模块是大小潮循环驱动下的潮流场。沉积物输运模块首先追踪并确定潮滩上水域的动边界,然后计算泥的再悬浮通量及砂的推移输运率。在地形演变模块中除了对地形进行更新外,还对潮滩上大潮高潮位附近由水深阈值引起的无沉积带进行充填处理,以实现潮滩的持续淤长。 为了给模型提供输入参数和对比资料,在江苏中部滨海平原盐城、大丰、东台三条横向断面上采集了柱状样。柱状样粒度分析结果显示,江苏中部滨海平原潮滩沉积的主要组分为粉砂和砂,含有部分粘土。柱状样中上部主要为粉砂或粘土质粉砂,下部为砂质粉砂。柱状样中砂的含量从上向下逐渐增加,粉砂和粘土的含量从上向下逐渐减少。柱状样的平均粒径及各种成分的含量在从陆向海的方向没有明显的变化。 根据模拟实验结果,潮滩上平均涨潮流速大于平均落潮流速。大小潮周期内,大潮时潮间带的中下部有砂的沉积。小潮时潮间带的中下部没有砂的沉积,因此在半月大小潮周期内潮间带的中下部形成泥砂沉积互层。 潮滩剖面存在均衡态,且均衡态时的潮滩剖面形态与断面初始形态无关,但潮滩剖面形态及沉积、前积速率与外源的供应有关。当潮滩没有外源供应时,潮滩上部堆积,中下部侵蚀,潮滩宽度变小,坡度变陡。当外源的供应量增加时,潮滩宽度增加,坡度变缓,沉积及前积变快,且砂质堆积带的上界较高。当物源变粗时,潮滩的宽度及坡度没有明显变化,沉积及前积速率略有增加,但潮滩演 变至均衡态的历时明显缩短。潮差对潮滩剖面的演变也有影响。当外源的悬沙浓度不变,潮差较小时,潮滩的宽度较小,沉积速率变小,但前积速率增加。潮差较大时,潮滩的宽度较大,沉积速率变大,但前积速率减小。 模型输出的潮滩宽度、坡度及剖面形态特征均与江苏中部淤长海岸的特征较为吻合。在模拟的潮滩沉积中5m以上砂的含量及深度和江苏滨海平原柱状样的粒度分析结果较为一致。本文的研究结果表明过程模型可以显示潮滩沉积物的输运及堆积过程、潮滩形态向其均衡态的调整过程、均衡态剖面的特征、长期持续淤长过程、潮滩的沉积特征及其影响因素,但在沉积模拟中还存在一些问题,需要进一步研究及改进。
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