长江口及其邻近海域表层沉积物粒度的空间格局和近期变化

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuezhenlong0310
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粒径是沉积物特性的重要指标。河口海岸表层沉积物特性在沉积地貌学、生态学和工程学上都具有重要意义。长江口及其邻近海域不仅是多学科研究的热点区域,也是社会经济活动的重要场所。近三十年来,长江流域建坝、水土保持工程等人类活动导致入海泥沙通量锐减,对水下三角洲的冲淤造成了巨大变化影响。另一方面,河口多项重大水利工程也不同程度的改变了河势格局和沉积动力环境。在这样高强度人类活动影响的背景下,长江口及其邻近海域的表层沉积物粒径及其空间分布格局是否发生了显著变化?这是一个值得和有待探讨的重要科学问题。本文是基于近三十年在长江口及其邻近海域大范围密集采样分析资料,揭示表层沉积物粒径的分布现状,并与三十年前海岸带调查期间相同区域和位置表层沉积物粒径资料(采用相同的吸管-筛析法分析)进行对比,探讨沉积物粒径的时间变化及其主要原因,以期丰富人类活动影响下的河口沉积学认识。主要结果和结论如下:1)长江口及其邻近海域表层沉积物粒径分布呈明显的自上游向下游变细的变化趋势。现阶段表层沉积物中值粒径(D50)的平均值在北支上段为57μm、在北支下段为16μm;在南支为66μm,南港和北港上段为41μm,南槽、北槽、北港下段(拦门沙河槽区域)为25μm,口外海滨为20μm。砂的组分北支上段为49%、在北支下段为10%;在南支为45%,南港和北港上段为29%,南槽、北槽、北港下段(拦门沙河槽区域)为17%,口外海滨为10%。粉砂组分在北支上段为37%、在北支下段为63%;在南支为40%,南港和北港上段为53%,南槽、北槽、北港下段(拦门沙河槽区域)为61%,口外海滨为66%。粘土组分在北支上段为15%、在北支下段为27%;在南支为15%,南港和北港上段为19%,南槽、北槽、北港下段(拦门沙河槽区域)为22%,口外海滨为24%。该趋势反映了径潮流相互作用下的河口动力格局和沉积物从源到汇的选择性输运过程。现阶段口内河槽沉积物明显粗于拦门沙河槽和口外海滨沉积物的总体空间格局与30年前研究区沉积物粒径分布特点基本一致,但口内外差异有所减弱。2)30年来整体上北支河槽表层沉积物粒径变细。根据前后两个时段相同位置取样点的资料对比分析,发现北支表层沉积物D50从30年前的97μm减小为现阶段的35μm;砂的含量从30年前的76%下降为现阶段的28%,粉砂含量从30年前的17%增大为现阶段的51%,粘土含量从30年前的8%增大为现阶段的21%。该变化主要归因于北支自然萎缩趋势和人类围垦缩窄等综合影响下的水动力减弱。3)30年来南支系统口内河槽表层沉积物变细,不同区段变细程度存在差异。近30年南支系统口内河槽(含南支、北港上段和南港)表层沉积物D50从89μm下降为57μm;砂的含量从54%下降为42%,粉砂含量从32%增大为43%,粘土含量从14%上升为15%。采砂可能是这导致这一变化的主要原因。4)30年来口外海滨表层沉积物粒径明显变粗。近30年长江口外海滨表层沉积物D50从10μm上升为16μm;砂的含量从8%上升为9%,粉砂含量从52%上升68%,粘土含量从39%下降为24%。口外海滨表层沉积物粗化被主要归因于流域来沙减少后水下三角洲前缘出现的侵蚀以及近期长江入海泥沙D50的增大趋势。5)30年来长江口及其邻近海域表层沉积物的分选系数、偏度和峰度随着D5o发生了相应变化。研究区分选系数、偏度和峰度均与D50之间存在一定的统计关系。这些关系反映总体上沉积物越粗,分选越好,正偏度越大,峰度越大。因此,近30年来,随着长江口内表层沉积物变细,沉积物的分选性变差,正偏度减小、峰度降低;相反,口外海滨表层沉积物的分选性变好,正偏度增大、峰度上升。总之,近30年长江口及其邻近海域表层沉积物粒径发生了显著变化,其主要原因是人类活动的影响。不同地理单元区域的沉积物粒径变化特点和主控原因有所不同。北支表层沉积物变细主要归因于围垦-促淤加速了河槽的衰亡,使其动力减弱,细颗粒悬沙沉降淤积。南支系统口内河槽表层沉积物变细则主要归因于采砂等人类活动,这些活动不仅直接抽取了较粗的砂粒组分,还因沙体的消失扩大了过水断面,从而削弱了水动力,导致较细的泥沙淤积。口外海滨表层沉积物变粗主要反映流域建坝等背景下长江入海泥沙急剧减少后水下三角洲前缘从总体上快速淤积转向侵蚀的海底过程变化,同时也可能与近期长江中游河床侵蚀补偿悬沙使入海泥沙D50增大有关。研究表明,河口及其邻近海域表层沉积物粒径可因流域或三角洲高强度人类活动的影响而发生显著变化。这种变化对底栖生物和海底工程研究可能具有借鉴意义。鉴于流域-三角洲高强度人类活动在国内外的普遍性,长江口及其邻近海域表层沉积物粒径变化的认识可能对其它河口三角洲具有一定的启示作用。
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