（自然地理學(xué)專業(yè)論文）長江口九段沙上沙典型岸灘短期地貌動力過程研究.pdf

牟東師范太學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 長江口九段沙上沙典型岸灘短期地貌動力過程研究 摘要 長江河口呈三級分汊四口入海的河勢格局，九段沙位處長江口南北槽之間，是現(xiàn)代長江 河口第三代新生江心沙洲，是一塊未受圍墾影響的“處女地”，也是國內(nèi)唯一基本保持原始河 口沙洲地貌及其發(fā)育過程的重要地區(qū)。本文即確定九段沙上沙為研究區(qū)域，著重分析了九段 沙上沙一典型岸灘的短期地貌動力過程。本文選用的實測資料數(shù)據(jù)包括：在九段沙上沙布設(shè) 的2 個斷面9 個測站，于2 0 0 6 年6 月2 0 0 7 年6 月逐月測取的灘面高程資料和采集的表層 沉積樣品，與此同時，在上沙碼頭一固定采樣點逐日采集的懸沙水樣，并于2 0 0 6 年洪枯季 在上沙碼頭前沿水域進(jìn)行的兩次定點周日水文測量。 本文利用水文學(xué)、泥沙運動力學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計相結(jié)合的方法，詳細(xì)分析了九段沙上沙一典 型岸灘短期沖淤演變特征，及其表層沉積物和懸沙濃度年內(nèi)變化特征，探討了上述岸灘的短 期地貌動力過程及其演變機理。 研究結(jié)果表明，潮灘具有明顯的季節(jié)性沖淤循環(huán)規(guī)律，呈現(xiàn)“洪淤枯沖”的變化特征： 潮灘表層沉積物在時間上也表現(xiàn)出洪枯季變化特征：豐水期潮灘淤積，沉積物粒度較細(xì)；枯 水期潮灘沖刷，沉積物粒度較粗。潮灘沉積物在空間上表現(xiàn)出明顯的縱向差異和橫向分異特 征，這是由于人工拋石筑堤改變了潮灘泥沙來源及水動力條件。 2 0 0 6 年“碧利斯”臺風(fēng)期間，波高達(dá)2 5 6 m ，增水1 m 多，強浪伴隨增水，導(dǎo)致灘面平均 蝕低6 4 鋤，最大蝕深2 0 2 c m ，其侵蝕量占年侵蝕總量近五成。臺風(fēng)作用造成灘面沖刷，沉 積物粗化，臺風(fēng)過后灘面迅速回淤，粒徑變細(xì)。臺風(fēng)期間的沉積物粒徑變化幅度較正常天氣 大近1 2 個數(shù)量級。這充分表明，暴風(fēng)浪是引起九段沙上沙岸灘及其沉積物短期突變的重 要動力因素。 對比兩斷面岸灘及其表層沉積物粒度特征變化過程和結(jié)果之異同認(rèn)為，有人工拋石堤庇 護(hù)的潮灘相對于自然潮灘，其沖淤變化量值和幅度均較小，而其相對高程與懸沙濃度間的線 性相關(guān)系數(shù)變幅大，表明人工拋石堤具有一定的護(hù)岸保灘功能，但其同時也改變了潮灘自然 發(fā)育演變過程和規(guī)律。 上述岸灘短期變化主要原因在于波浪掀沙和潮流輸沙的聯(lián)合作用。由于潮流和潮位位相 不一致，造成漲潮流攜高含沙量水體上灘落淤，落潮流攜低含沙量灘水歸槽，漲潮輸沙淤灘 被波浪刷灘所掩蓋，潮灘年累積演變( 凈變化) 趨于侵蝕。 綜上所述：上述岸灘年周期沖淤演變特征及其表層沉積物和懸沙濃度年內(nèi)時空分布特 征，是在人為因素影響基礎(chǔ)上，暴風(fēng)浪和流域來水來沙綜合作用的體現(xiàn)。該研究結(jié)果可為河 口濕地的保護(hù)和建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。 關(guān)鍵詞：九段沙上沙，岸灘，短期，表層沉積物，懸沙濃度，地貌動力 肆東師范文學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 s t u d yo fs h o r t t e r mm o r p h o d y n a m i cp r o c e s si nt h e 夠p i c a l c o a s to fu p p e rj i u d u a n s h ai ny a n g t z e 砒v e re s t u a r y a b s t r a c t t h ej i l l d l l a n s h ai s1 0 c a t i 詛b e 時e 饑仕愴s o u i ha n dn o r t l lp 越s a g eo fc 姍i a n gm v e re s t i 坷嘎 、) 1 7 ：1 1 i c hs h o w st h et h r e e 霉。a d e sf i l r c a d o n 孤l df 0 陀m o l i 匕h sg o i i l gn o 也es e 亂t h ej i u d l 刪略h ai s 也e o n l y 百o nn l a th a sb e e nk e p ti n 也eo r i 曲1 a ls t a ：t eo f 們a 1 - n a ti n 血eb 逸e 螄n e 咖l d y 玳a i s b e y o n 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e o n a le r o s i o n - d e p o s i t i o nc y c l e ，、) l 柱c hi s ”d e p o s i t i o ni n n 0 0 ds e 勰蛆a n de r o s i o ni nd r ys e 雒o n ”1 1 1 e 位d a ln a ts e d i m e n t 孕a i ns l sa l s os h o w 也e s i 圈偵c a n ts e 罄伽i a lc h 趾g e s 1 1 屺s e d i m ts 讓豫sa 陀丘n e rd u 血g 也et i d a ln a ta c c r 舐o np 舐0 di n n 0 0 d 嬲o n a n da c o a r s 盱d u 血gt 1 1 ed d a ln a te r o s i o ni nd d rs e 越o n ns h o w st 1 1 e0 b 、，i o m 】伽萄t u d i n a 】a n dl 刪v a r i a 土i 冊i ns p a c e 1 1 1 er e 鸛o ni s 也a t 也ec 伽_ s 仃1 】c t i o no fa r d n c i a l r i p 掣n l b 孤l k m e n t 幽【a n g e d t h ew a yo fs e d i m 即ts o u r c e s 鋤db y d r o d w 如n i cc o n 螄o n s d 1 疵g t 1 1 et y l ) 1 1 c h d n b i h s ”i n2 0 0 6 ，廿1 ew ，l 、r cw 夠嬲h i 曲舔2 5 6 m ，w 1 1 i c h j u s ti n c r e 鸛e d m o r e 也a n1 m t h e 蚰1 0 1 瑪w a ：v eg o i n g 謝也也ei n c r e 雒e dw a t 盯l e dt 0a na v e r a g e6 4 鋤距d 2 0 2 c mm 【i i n 岫d e p 也o fe r o s i o mt h ee r o s i o nd l l r i n gt ：h et y p h o o n c o u n ：t sf o ra l m o s th a l fo f 也e 僦e r o s i o n 硼s c o r m w 科e s h v e 趾d b 啊m l s c h a n g e 緬位b a d k a n d 僦n 砒s 政【證刪d l l r i n g 也e 聊h 0 0 n b i l h s ”p 萌0 d t h e 髓1 1 9 e 蛐g(shù) 也e 聊h o o ni sb i 鸛盯w i 血卜21 e v c l s t h es t 咖 w a v ei s 也ei l p 0 衄td y m i r n i c a l 觚0 rf o r 也eb r e a k - c h a n g e t h er e 勰o n sf - 0 rt h es ：h o r t i t e r mv a r i e 夠i st h ej o i mo p e r 撕o no ft 1 1 es 弛d s 恤p o 帕e db yd 跚 c u 玎c 殂ta n d 也es a n d sh f e i db yw a v e s t h ee r o s i o n - d 印o s m o n 鋤dr a 土ef 0 r l ea m 丘c i a lp r o 丘l ei s s 缸l a l l c r 也孤吐l e 刪0 n e ，w h i l e 吐屺v 碰a 虹0 no fl i n 俄r e 辨s s i o nc o 玎e l a t i o nc o e 婦k i e t h 帥e e n 廿d a ln a t 刪c a lr e l a t i v ee 脅i o na n ds 璐p e n d e ds e d i m e 豇tc o n c 鋤a t i o 越i s1 a 瑪e r t 1 1 i s 年東師范文學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 i sb e c a u s e 也a ta r t i 丘c i a lr i p r 印h 嬲也e 內(nèi)n c t i o n0 f 丑a t - p r o t e 商o n b l i ti ta l t e r st h e 珊士u r ep r o c e s s a n de v o h 城o n 1 kp h a o ft i d a lc u r 陀mi s n tc 0 i l s i s t c n t 、) i ，i 也也a to f 廿d eh e i g h c ，w h i c hm a k e sal a 唱盯s a n d a m 0 1 m to f 丑u x 廿d et 0s h o a lb m1 e s ss 觚da m o u n to fe b b 省( 1 et 0n l e 吐衄n e l 1 1 把廿( 1 a 1 丑a t 砌e d b yw a v e sc o v e r s 也es mf o 肋e db yt h es a n d s 乜匝s p o 巾e dt h 唧也en u x e d e s a saw h o l e ，也e 廿d 以n a t s h o 、硼也ee r o s i 咀 haw o r d ，t h es h o r t - t e r me r o s i o n - d e p o s i t i o nc b a r 砌e r sf o r 廿d a ln a ta n dt 即1 p o r a l 鋤ds p a t i a l c h 乏哦吲刪co fs e d i m e n t ds 啦；p e n d e dd e d i m e n ta r ec o m b i i l e de 彘c t s0 fs t o ma n dn l n o 療f 吣m 也eb 勰i n0 n 位b 船i so f h 衄a nf a c t o r n l e 蛐他s u l t sc a no 丘e rs c i e 以丘cr e f e r e n c ef o re s t i 髓r i n e w e t l a n dp 鼻0 t e c t i o n 鋤d 鯽刪0 n k e yw o r d s ：u p p e rj j l l d l l a n s h a ，b a l l k ，s h o n - t e m ，汕f 配es e d i m e 咄蹦洋n d e ds e d i m e n t c o n c e 口狐o n ，m o 印h o d ) ，n a m i c 學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明 本人所呈交的學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究 成果據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個人已經(jīng) 發(fā)表或撰寫過的研究成果對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在 文中作了明確說明并表示謝意 作者張?zhí)m互 學(xué)位論文授權(quán)使用聲明 本人完全了解華東師范大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保 留學(xué)位論文并向國家主管部門或其指定機構(gòu)送交論文的電子版和紙質(zhì)版有權(quán) 將學(xué)位論文用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱有 權(quán)將學(xué)位論文的內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索有權(quán)將學(xué)位論文的標(biāo)題和摘要 匯編出版保密的學(xué)位論文在解密后適用本規(guī)定 論文作者簽名：弓乃 導(dǎo)師簽名： 日期： p 易 年東師范土學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 研究的目的意義 第一章緒論 九段沙形成于2 0 世紀(jì)5 0 年代，經(jīng)1 9 4 9 和1 9 5 4 年兩次特大洪水的作用，5 m 深槽貫通形成北槽，使得九段沙成為獨立沙體而形成。九段沙濕地已成為長江河 口諸多濕地中面積最大，淤漲速率最快的一個沙島，其地理位置獨特，生物資源 豐富，具有典型的河口型濕地的生物多樣性特征，巨大的生態(tài)服務(wù)功能和重要的 科學(xué)研究價值。因其對人類生存的重大意義，2 0 0 5 年7 月2 3 日被批準(zhǔn)成為國家 級濕地自然保護(hù)區(qū)。 九段沙位處長江河口和東海交匯處，海洋、河流和陸地三大生態(tài)系統(tǒng)相互作 用，加之為世界上最重要的生態(tài)敏感區(qū)之一，使得九段沙成為研究自然條件下的 成陸過程，河口濕地生態(tài)系統(tǒng)自然演變過程及其生物多樣性起源與維持的良好場 所。九段沙雖緊鄰上海，但人為干擾極少，是原生性極強的新生濕地生態(tài)系統(tǒng)， 對生態(tài)學(xué)、河口學(xué)的研究極具科學(xué)價值，也為河口物理、化學(xué)、生物和地質(zhì)過程 研究提供了多領(lǐng)域的天然研究基地。 九段沙是長江河口重要的地貌單元，屬于長江河口灘槽相間攔門沙系的重要 組成部分( 陳吉余，1 9 8 2 ；1 9 9 5 ) ，已成為現(xiàn)代長江河口區(qū)的第三代新生沙島。 謝小平等( 2 0 0 4 ) 、楊世倫等( 2 0 0 6 ) 、李九發(fā)等( 2 0 0 6 ) 分別對于長江河口九段 沙的形成歷史及其形成后的演變過程進(jìn)行了研究。楊世倫等( 1 9 9 8 ) 、杜景龍等 ( 2 0 0 5 ) 對長江口九段沙的形成過程，形成后的變化及其與南北槽發(fā)育的關(guān)系進(jìn) 行了研究。前人多通過淺層沉積物和海圖數(shù)字化及多時相衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行九段 沙潮灘的長周期大尺度灘面沖淤和沉積物特征等方面的研究，而對其短期變化缺 乏較全面和深入的研究。針對九段沙岸灘的短期沖淤變化過程及其機理，尤其是 臺風(fēng)等風(fēng)暴天氣條件下，九段沙岸灘蝕淤變化的研究甚少。以短期實測資料為基 礎(chǔ)，尤其是臺風(fēng)前后實測的水文地貌資料，開展九段沙上沙典型岸灘的短周期地 貌動力過程，及沉積物對臺風(fēng)等風(fēng)暴天氣的響應(yīng)研究，不僅具有科學(xué)意義，而且 對國家級濕地的保護(hù)，對北槽深水航道的開發(fā)利用、維護(hù)和整治，都有著重要的 現(xiàn)實意義。該研究結(jié)果可為河口濕地的保護(hù)和建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。 牛東師范土學(xué)硬士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 1 海岸河口動力地貌研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外很多學(xué)者自2 0 世紀(jì)5 0 年代以來對河口地貌動力過程進(jìn)行了很多研 究。這些研究主要從水文泥沙、地貌沉積、數(shù)學(xué)模擬等方面來進(jìn)行。p m h a r d ( 1 9 5 2 ) 從鹽度分布和河口環(huán)流的狀況對河口區(qū)動力沉積進(jìn)行了研究，并提出了 漲潮槽和落潮槽的概念，認(rèn)為河口砂壩形成于漲落潮槽之間。在河口地貌沉積方 面，h a y e s ( 1 9 7 5 ) 將泥沙堆積與河口地貌的形成結(jié)合起來進(jìn)行研究，認(rèn)為河口 地貌是河口泥沙沉積的結(jié)果。在河口形成發(fā)育過程中，d a l r y n 叩1 ee ta 1 ( 1 9 9 2 ) 認(rèn)為河口的發(fā)育取決于河流、波浪和潮汐三者之間的對比關(guān)系，并認(rèn)為潮流是形 成河口地貌的一個非常重要的動力。關(guān)于河口海岸問題的研究方法，傳統(tǒng)的方法 有3 種，即現(xiàn)場觀察、實物模型實驗和數(shù)值模擬。h j d ev 砌e n d ( 2 0 0 4 ) 介紹 了第4 種研究方法，即行為分析法( b e h a _ 、，i o l l ra n 2 l 1 y s i s ) ，并將多種方法結(jié)合起 來對多沙河口海岸的地貌演變進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果表明：采用多種方法對河口海岸 的地貌演變進(jìn)行預(yù)測會得到額外的收獲。 目前，河口學(xué)研究主要集中在河口演變規(guī)律與河口沉積動力兩個方面，著重 于河口的水動力、泥沙運動、河槽演變、沉積過程、物質(zhì)通量、界面過程及全球 變化響應(yīng)的研究，揭示自然和人類活動作用下各種河口過程的變化規(guī)律及其相互 作用，為河口的綜合開發(fā)和治理服務(wù)。我國河口研究工作者對河口地貌動力過程 也進(jìn)行了大量的觀測研究。如，吳超羽等( 2 0 0 6 ) 根據(jù)實測水文資料、地形圖和 鉆孔資料，對珠江河口的“門”進(jìn)行了6 0 0 0 年來地貌動力學(xué)探討。陳吉余等( 1 9 5 9 ) 就長江三角洲山地地貌和平原地貌發(fā)育過程作了分析，并概況長江河口近兩千年 來的發(fā)育模式為五個方面：南岸邊灘推展、北岸沙島并岸、河口束狹、河道成型 和河槽加深( 1 9 7 9 ) 。黃勝( 1 9 8 6 ) 通過對長江口長周期演變過程的研究，總結(jié) 出長江口的演變規(guī)律：南沖北淤，逐漸北移，最終與北陸餅岸。陳吉余( 1 9 5 9 ) 、 惲才興( 1 9 8 8 ) 、徐海根( 1 9 8 8 ) 等分別就長江河槽不同河段的演變發(fā)育進(jìn)行了 研究。楊世倫等( 2 0 0 1 ) 以長江口為例，做了大河口潮灘地貌動力過程的研究， 認(rèn)為河口潮灘發(fā)育依賴于河流泥沙來源、河口動力和海底地形諸方面的有利條 件，還認(rèn)為在總體迅速淤漲的背景下，大河口潮灘存在不同時間尺度的沖淤循環(huán)。 2 卑東師范太學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 1 2 2 長江口九段沙的研究現(xiàn)狀 根據(jù)陳吉余院士等早年的研究，長江河口兩千年來的發(fā)育模式可以概括為5 個方面，即南岸邊灘推展；北岸沙島餅岸；河口束狹；河道成形；河槽加深。長 江河口發(fā)育模式闡明了河口發(fā)育的基本規(guī)律，為河口發(fā)育和灘涂演變趨勢預(yù)測研 究提供了理論根據(jù)。九段沙形成時間不長，僅有5 0 年左右的歷史。對于九段沙 歷史的研究，即九段沙形成和演變過程的研究，陳家寬等( 2 0 0 3 ) 在上海九段 沙濕地自然保護(hù)區(qū)科學(xué)考察集中進(jìn)行了詳細(xì)的分析；楊世倫等( 2 0 0 6 ) 根據(jù) 1 9 5 8 2 0 0 4 年的系列地形圖，探討了近半個世紀(jì)長江口九段沙濕地的沖淤演變 過程；李九發(fā)等( 2 0 0 6 ) 從長江河口發(fā)育過程中沙洲形成與底沙推移運動來研究 九段沙的成因和演變及發(fā)展趨勢；謝小平等( 2 0 0 6 ) 利用衛(wèi)星遙感和數(shù)字化海圖， 通過對九段沙不同高程的體積和面積的計算和分析，以了解流域來水來沙與九段 沙形成演化間的關(guān)系。對于九段沙沉積地貌的研究，謝小平等( 2 0 0 5 ) 根據(jù)2 0 0 3 年對長江河口九段沙潮間帶和潮上帶的現(xiàn)場調(diào)查和室內(nèi)對沉積構(gòu)造、粒度分布、 礦物組成、沉積速率等的分析，對九段沙現(xiàn)代潮灘的沉積特征進(jìn)行了分析；賀寶 根等( 2 0 0 0 ) 根據(jù)實地觀察，對九段沙微地貌演變與蘆葦?shù)纳L關(guān)系進(jìn)行了研究。 北槽深水航道工程一期工程于1 9 9 8 年1 月開工，主體工程包括分流口一魚嘴工 程( 修建在江亞南沙頂端) 、南島堤及其相連的束水丁壩( 修筑在九段沙北緣) 。 北槽深水航道工程改變了九段沙局部水動力條件的同時也改變了九段沙長期以 來的自然沖淤演變模式。目前，南北槽分流口穩(wěn)定，九段沙形態(tài)及南北槽河勢進(jìn) 入相對穩(wěn)定時期。九段沙位于南北槽之間，其形成過程及其形成后的演變過程都 與南北槽的發(fā)育存在相互制約關(guān)系。南北槽的擺動導(dǎo)致了九段沙南北側(cè)頻繁的沖 淤變化，而反過來，九段沙演變也會對兩側(cè)河槽( 南、北槽) 產(chǎn)生重大影響。九 段沙的穩(wěn)定也會有助于南北槽的穩(wěn)定，進(jìn)而會對深水航道發(fā)展有利。楊世倫等 ( 1 9 9 8 ) 根據(jù)1 8 4 2 1 9 9 5 年的地形圖和1 9 9 6 、1 9 9 7 年的野外觀測，對長江口九 段沙的形成演變及其與南北槽發(fā)育的關(guān)系進(jìn)行了研究；杜景龍等( 2 0 0 5 ) ，根據(jù) 1 9 8 9 2 0 0 3 年長江口九段沙附近地形圖，對長江口北槽深水航道工程對九段沙 沖淤影響進(jìn)行了研究。另外，嚴(yán)以新等( 2 0 0 1 ) 則從數(shù)值計算方面研究九段沙的 分流分沙變化，預(yù)測九段沙演化過程。徐福敏等( 2 0 0 2 ) 對九段沙下段的沖淤演 變從水動力方面進(jìn)行過研究。前人的這些有關(guān)九段沙的研究成果，為九段沙的進(jìn) 年東師范大學(xué)碩士研霓生學(xué)位論文 第一章緒論 一步研究打下了堅實的基礎(chǔ)。 1 2 3 河口岸灘演變國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 河口地區(qū)是陸海相互作用最為劇烈的區(qū)域。受河流和海洋的共同作用，在河 口地區(qū)發(fā)生的物理化學(xué)過程和生物過程等都特別復(fù)雜，河口岸灘沖淤演變的影響 因子也極為眾多，長期以來中外許多研究河口的學(xué)者專家，從不同角度對岸灘沖 淤演變的原因進(jìn)行了探討。許多學(xué)者餌刪1 9 8 1 ； c a i t1 9 8 8 ；任美愕，1 9 8 3 ； 許世遠(yuǎn)，1 9 8 4 ，1 9 9 7 ；茅志昌，1 9 8 7 ；楊世倫，1 9 8 9 ，1 9 9 7 ，1 9 9 9 ，2 0 0 3 等) 都 對潮灘沖淤變化因子進(jìn)行了研究。歸納起來影響潮灘沖淤變化的因子主要有：流 域來水來沙變化、潮流、風(fēng)浪、風(fēng)暴潮、海面變化、植被蓋度、人類圍墾影響等。 事實上，影響河口潮灘發(fā)育的因子還很多，b i r d 就列出了2 0 種。他指出，沒有 一個沖淤事件是由單因子所引起的，也沒有一種解釋能全球通用( b 礬，1 9 9 6 ) 。 外國學(xué)者r o b 硫o n ( 1 9 6 0 ) 對砂質(zhì)河口的漲落潮槽系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)研究，并 將潮流變化與河口砂壩結(jié)合，分析了河口區(qū)漲落潮槽的形成演化。在國外，海岸 研究主要以砂質(zhì)海岸為對象，尤其是進(jìn)入5 0 年代后，海岸地貌研究與海岸動力 相結(jié)合，p os 虹n 19 5 4 ) 在研究荷蘭瓦登海淤泥質(zhì)潮灘時提出了泥沙“沉降遲后”和 “沖刷遲后”作用。 國內(nèi)許多學(xué)者對河口岸灘的沖淤演變機理作了研究。惲才興( 1 9 8 3 ) 研究認(rèn) 為，灘槽之間存在著強烈的泥沙交換，致使灘槽之間存在著灘沖槽淤和灘淤槽沖 兩種對應(yīng)關(guān)系。河口潮灘沖淤變化具有明顯的周期性，其中洪枯季變化是最顯著 的一個特征，其原因在于作用因素本身的周期性變化。導(dǎo)致淤泥質(zhì)灘潮短期沖淤 演變的影響因子多而復(fù)雜，包括風(fēng)、水體含沙量、暴風(fēng)浪、潮汐潮流和流域來水 來沙等。根據(jù)風(fēng)和波浪相關(guān)性研究為理論依據(jù)，結(jié)合潮灘沖淤變化資料，茅志昌 等( 1 9 9 3 ) 分析了臺風(fēng)浪對崇明東灘的沖淤作用；楊世倫等( 1 9 9 1 ) 認(rèn)為風(fēng)浪是控制 南匯東灘開敝潮灘短期演變的主要動力因子。而惲才興( 1 9 8 3 ) 則認(rèn)為風(fēng)向與岸線 走向之間的關(guān)系是潮灘季節(jié)性變化的控制性因子。河口潮灘沉積物粒度特征及輸 運研究方面：戴志軍( 2 0 0 5 ) 、李為華( 2 0 0 6 ) 分別利用g a 0 c o l l i n s 泥沙輸運模 型探討了南匯邊灘和黃河三角洲飛雁灘的沉積特征和沉積物輸運趨勢。惲才興 ( 1 9 8 3 ) 提出潮灘季節(jié)性沖淤和灘槽泥沙交換的概念。陳沈良等( 2 0 0 5 ) 根據(jù)黃 河三角洲飛雁灘海岸的地形和斷面水深監(jiān)測資料，分析了該岸段流路廢棄后的侵 4 年東師范土學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 蝕特征和地貌變化，認(rèn)為波浪以掀沙為主，潮流以輸沙為主，波浪和潮流的聯(lián)合 作用是飛雁灘海岸侵蝕的主要動力機制。黃勝等( 1 9 8 0 ) 考慮鹽水入侵對流速分 布、流態(tài)和含沙量分布的影響，闡明攔門沙淤積的原因和部位，進(jìn)行長江口攔門 沙形成與預(yù)測的研究。張華等( 2 0 0 0 ) 認(rèn)為由于徑、潮流的相互作用，鹽、淡水 相互交匯，懸沙絮凝沉降，在河口形成最大渾濁帶，進(jìn)而發(fā)育了巨大的攔門沙體 系。潮灘在臺風(fēng)等風(fēng)暴天氣下，其沖淤強度比正常天氣下的高1 2 個數(shù)量級。 有關(guān)這方面的研究，楊世倫等( 2 0 0 2 ) 以長江口南匯邊灘一南槽一九段沙系統(tǒng)為 例，研究了開敞大河口灘槽沖淤對臺風(fēng)的響應(yīng)及其動力泥沙機制。朱大奎等 ( 1 9 8 6 ) 認(rèn)為潮流是影響潮灘發(fā)育的主要因素，波浪會對潮流的含沙濃度產(chǎn)生影 響，在風(fēng)暴天氣下，波浪對潮灘的影響會更明顯。相關(guān)分析是揭示要素之間相互 關(guān)系的，而回歸分析是用來研究諸多要素之間相關(guān)關(guān)系的數(shù)學(xué)方法，即一個要素 與其他要素之間的相互關(guān)系用一定的函數(shù)關(guān)系近似表達(dá)。趙慶英等( 2 0 0 3 ) 利用 長江口南槽1 9 8 9 年1 2 個月的實測地形圖和大通站響應(yīng)的水沙資料，采用數(shù)理統(tǒng) 計技術(shù)分析了南槽的地形變化與河流來水來沙的關(guān)系。趙華云( 2 0 0 6 ) 利用實測 的懸沙濃度資料，建立了懸沙濃度與影響因子之間的回歸關(guān)系。河口岸灘的沖淤 演變受諸多因子影響，這些多定性研究各因子綜合作用下岸灘的演變，而定量探 討單個影響因子作用下的變化規(guī)律及其對岸灘演變的貢獻(xiàn)率方面較少。 1 3 本文的研究內(nèi)容 由于流域水沙通量等影響因子年內(nèi)分配不均，具有明顯的季節(jié)性變化，河口 潮灘沖淤、懸沙濃度及表層沉積物粒度時間變化均表現(xiàn)出洪枯季變化特征。臺風(fēng) 等極端天氣作為短期地貌演變的重要因子，對于岸灘、表層沉積物和懸沙濃度的 突變具有決定性作用。本文根據(jù)實測潮灘地形、表層沉積物及懸沙濃度資料，并 利用泥沙運動力學(xué)，動力沉積和動力地貌相結(jié)合方法探討了長江口九段沙上沙典 型岸灘、表層沉積物及其鄰近海域懸沙濃度年周期變化規(guī)律，及其對“碧利斯 臺風(fēng)的響應(yīng)，最后對江亞北水道以及整個九段沙的地貌演變趨勢進(jìn)行了預(yù)測。 第一章緒論。主要闡述本研究的研究意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和存在的主要問 題以及本文擬解決的問題等。 第二章研究區(qū)概況、資料來源及方法。簡要介紹長江口九段沙的形成及其演變 5 卑東師范大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章緒論 過程、研究區(qū)概況、水沙特性，最后介紹一下本文的資料來源及研究方 法。 第三章九段沙上沙典型岸灘年周期沖淤演變分析。依據(jù)實測岸灘數(shù)據(jù)，分析該 岸灘季節(jié)性變化特征，尤其進(jìn)行岸灘對于“碧利斯臺風(fēng)的響應(yīng)研究。 并對比分析兩剖面年周期演變之異同，結(jié)果表明，流域來水來沙和暴風(fēng) 浪等為影響九段沙潮灘發(fā)育演變的主控因子，而人為因素也成為其中不 可忽略的重要影響因素。 第四章九段沙上沙碼頭水域懸沙濃度短期變化特征研究。利用逐日采集的表層 懸沙水樣，分析懸沙濃度短期變化特征及其影響因素，進(jìn)而探討了其與 岸灘發(fā)育演變的關(guān)系。結(jié)果表明懸沙濃度與岸灘演變并不存在明顯的正 相關(guān)關(guān)系，風(fēng)速、風(fēng)向等才是影響懸沙濃度變化的重要因子。 第五章九段沙上沙潮灘沉積物短期時空變化特征。著重分析表層沉積物時空變 化特征，然后探討其與岸灘發(fā)育之間的關(guān)系，研究結(jié)論表明表層沉積物 粒度與灘地演變具有一致的變化趨勢，共同印證了潮灘短期地貌動力變 化特征。并且人工拋石堤的修筑改變了泥沙來源和水動力條件，其是潮 灘沉積物沿岸變化的最重要原因。 第六章九段沙上沙潮灘短周期地貌動力過程研究。利用2 0 0 6 年6 月2 0 0 7 年 6 月九段沙上沙完整一年的水沙數(shù)據(jù)資料，運用水文學(xué)、泥沙運動力學(xué) 和數(shù)理統(tǒng)計學(xué)相結(jié)合的方法，結(jié)合岸灘、表層沉積物和懸沙濃度時空變 化特征，探討了九段沙上沙碼頭近域岸灘的短周期地貌過程，著重分析 九段沙上沙岸灘及鄰近水域沖淤演變機理及其影響因子，并對該區(qū)域及 其整個九段沙今后演變趨勢進(jìn)行了預(yù)測。最后分析了上沙拋石堤的護(hù)岸 保灘作用及不足之處，并提出了加固措施。 第七章結(jié)論與不足。 6 卑東師范土季碩士研究生學(xué)位論文 第二章研究區(qū)域概況、資料來源及研究方法 第二章研究區(qū)概況、資料來源及研究方法 2 1 九段沙的形成及其演變過程 長江河口呈三級分漢四口入海，為一典型的江心洲型河口灣( 圖2 1 ) 。九段 沙位于長江口外南側(cè)水道的南北槽之間的攔門沙河段，其范圍包括已露出水面的 陸地和尚未露出水面的水下陰沙及水下淺灘，由上沙、中沙和下沙組成，自1 9 9 2 年江亞南沙與九段沙上沙并沙后就成了九段沙的一部分。九段沙屬于河口沙洲， 灘面最高高程達(dá)4 3 m ( 吳淞零點) 。其地貌形態(tài)可以劃分為高潮灘、中潮灘、低 潮灘和潮下灘。中、高潮灘上發(fā)育有蔗草、海三棱蔗草和蘆葦群落，蘆葦群落為 九段沙上的頂級群落。 長江口是一個豐水、多沙和中等潮汐強度的分漢河口，具有泥沙來源豐富、 鹽度低、口門開闊和風(fēng)浪作用強等特點。九段沙是現(xiàn)代長江河口灘槽相間攔門沙 體系的重要組成部分，位于長江口南北槽之間。其形成時間距今只有5 0 年左右 的歷史，是處于沖淤變化中的河口沙洲型島嶼濕地。目前九段沙東西長約5 0 k m ， 南北寬約1 5 l ，5 m 等深線以上的面積約4 2 1 姘，0 m ( 海圖基準(zhǔn)面) 以上的面 積約1 2 4 姘。 7 牟東師范文學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章研究區(qū)域概況、資料來源及研究方法 2 1 1 九段沙的形成 圖2 1 長江河口河勢圖 f 追2 1c h a n 萄i a n gr j v e re s 缸町 九段沙的母體是長江河口橫沙沙體的復(fù)合體。九段沙原是橫沙東灘的組成部 分之一，橫沙東灘被長江口北槽串溝切開后，到2 0 世紀(jì)5 0 年代中期，被切割出 來的部分逐漸淤漲形成三個比較明顯的水下陰沙，即是九段沙的雛形。1 9 5 4 年 的特大洪水使5 m 深槽貫穿整個串溝形成北槽，九段沙開始作為一個獨立的沙 體，成為長江口第三代新生沙島。九段沙是現(xiàn)代長江河口攔門沙體系的組成部分， 河口攔門沙系是河流動力和海洋動力達(dá)到相對均衡情況下泥沙大量沉積形成的 地貌形體。由于徑流和潮流流路分岐，柯氏力作用下的落潮流南偏和漲潮流北偏 的結(jié)果，地貌形體上落潮槽和漲潮槽相悖分布和定程度的藕合，因此在地貌形 體上出現(xiàn)淺灘和深槽相間分布的河口攔門沙系特殊的地貌組合形態(tài)。 總而言之，九段沙形成時間不長，僅有5 0 年左右的歷史。九段沙是長江河 口發(fā)育過程中河床底沙推移堆積的必然產(chǎn)物，同時又是特大洪水作用的結(jié)果。 2 1 2 九段沙形成后的演變過程 以1 9 9 8 年北槽深水航道修筑為分界，整個九段沙的演變分為自然演變期和 8 牟東師范土學(xué)碩士研霓生學(xué)位論文第二章研究區(qū)域概況、資料來源及研究方法 工程演變期兩個階段。前一時期( 1 9 5 4 1 9 9 8 年) 演變特征表現(xiàn)為沙頭受沖、 沙尾向東南伸展，南、北沖淤多變，面積不斷擴(kuò)大。后一階段( 1 9 9 8 年至今) 演變特征表現(xiàn)為南坍北漲、漢道淤淺、沙尾北偏、沙頭向西北伸展。 2 1 2 11 9 6 1 年的九段沙 長江口北槽串溝經(jīng)歷4 0 年的強烈沖刷不斷擴(kuò)大。1 9 4 9 和1 9 5 4 年的特大洪 水使5 m 深槽貫穿整個串溝形成北槽，九段沙開始作為一個獨立的沙體。此時九 段沙2 m 等深線已經(jīng)貫通，0 m 等深線已分為九段上沙、九段中沙和九段下沙三 個沙體。 2 1 2 21 9 7 8 年的九段沙 圖2 21 9 6 1 年的九段沙 f 遠(yuǎn)2 2j j l l d l l 卸s h am 1 9 6 1 進(jìn)入7 0 年代以后，九段沙已基本成型，其位置也相對穩(wěn)定，但中、下沙部 分變化較大，兩沙沙體逐漸連成一體，成橢圓型，見圖。另外，九段沙中、下沙 體南北寬度和東西長度都明顯增大。 9 年東師范土學(xué)碩士唧憲生學(xué)位論文第二章研究區(qū)域概況、資料來源及研究方法 2 1 2 31 9 8 6 年的九段沙 圖2 31 9 7 8 年的九段沙 f i g 2 3j i u d l l a n s h ai i l1 9 7 8 在這一時期，九段沙的上沙和中、下沙的北側(cè)均因北槽的發(fā)展而遭到侵蝕， 而南側(cè)則因南槽的萎縮而逐漸增長。其間長江口變化最為明顯的是長江南邊灘受 落潮流的切割作用，而逐漸加深加寬形成新的南槽。江亞南沙真正脫離長江南邊 灘是在1 9 8 6 年，新形成的南槽代替老南槽( 江亞航道) 則是在1 9 8 亂1 9 9 2 年之間。 江亞南沙的形成使長江口又多了一個水下沙洲，并成為九段沙的組成部分，使得 九段沙面積突增。根據(jù)對江亞南沙形成和發(fā)展趨勢的研究，它必將與九段沙連成 一體，成為長江口第三代的“崇明島”。 l o 砰東師范史學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章研究區(qū)域概況、資料來源及研究方法 2 1 2 41 9 9 5 年的九段沙 圖2 41 9 8 6 年的九段沙 f 嚕2 4j i l l d u a n s h ai i l1 9 8 6 1 9 9 5 年到2 0 0 0 年間的九段沙形態(tài)上無多大變化，上沙與中下沙之間的小泓 溝一直存在，但水深略有變淺，而中、下沙之間無明顯界線。 1 2 1 5 0 7 e1 2 l 。6 0 e1 2 2 1 0 e 圖2 51 9 9 5 年的九段沙 f i g 2 5j i l l d l 】鋤s h ai n19 9 5 2 1 2 52 0 0 4 年的九段沙 1 9 9 5 年以來，九段沙下段仍保持穩(wěn)定的形態(tài)，而頂端的輪廓卻發(fā)生了很大 卑東師范_ 太學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章研究區(qū)域概況、資料來源及研究方法 的變化。介于九段上沙和中下沙之間的縱向串溝是貫通南北槽的重要水沙通道， 1 9 9 5 年以來其平均水深迅速變淺。 1 2 l 5 0 e1 2 l 卯e1 2 2 i o e 圖2 62 0 0 4 年的九段沙 f i g 2 6j i u d u a n s h ai n2 0 0 4 綜上所述，九段沙的形成和演變反映了自然與人為因素的共同影響。九段沙 自形成以來面積、體積總體上是處于增大過程中，高程也在增高，成陸化作用明 顯。 2 2 研究區(qū)概況 九段沙形成于2 0 世紀(jì)5 0 年代，近5 0 年來，在長江徑流與海洋潮流相互作 用下，面積和高程不斷增加，成陸化作用明顯。1 9 9 8 年北槽深水航道治理工程 南導(dǎo)堤與魚嘴工程的修建，迫使江亞南沙北水道束狹淤淺，兩沙歸一統(tǒng)稱九段沙 濕地。現(xiàn)九段沙濕地由上沙、中沙、下沙、江亞南沙和周邊淺水域組成，5 m 以 上面積已達(dá)4 2 1 解，與形成時相比，擴(kuò)大了一倍多。其中上沙高程最高，0 m 以 上面積已達(dá)約2 0 k m 2 ，3 5 m ( 吳淞零點) 以上的成陸面積接近1 0 k m 2 ，最大高程 達(dá)4 3 m ，超過上海陸域平均高程3 5 m 。 九段沙受東亞季風(fēng)影響，季風(fēng)盛行、溫和濕潤、雨量充沛、日照充足、四季 分明。九段沙水域全年以風(fēng)浪為主，浪向頻率與風(fēng)向頻率基本一致。九段沙水域 屬于非正規(guī)半日淺海潮海區(qū)，多年平均潮差2 6 7 m ，最大潮差4 6 2 m 。該水域懸 1 2 年東師范文學(xué)碩士研究t 學(xué)位論文第二章研究區(qū)域概況、資料來源及研究方法 沙中值粒徑( d 5 0 ) 小于o 0 1 m m ，屬粉砂粒級，且其多年平均懸沙濃度為o 3 8 1 4 3 k g m 3 ，最大懸沙濃度為2 2 8k g m 3 。九段沙潮灘坡度平緩，平均坡度為1 9 ， 沉積物組成以細(xì)顆粒泥沙為主。 圖2 7 長江河口九段沙位置圖 f 追2 71 k s o fj i u d l j a n s b ai nc h a n 萄i a n gr j v e re s c 岫巧 研究區(qū)位于九段沙上沙南側(cè)東部( 圖2 8 ) ，江亞南沙北水道的北岸，5 m 線 深泓北緣。該深泓大潮高潮時，水深1 0 1 2 m ，泓槽主軸呈1 4 5 0 3 2 5 0 走向，槽 舌向西北伸展，在地貌形態(tài)上反映出由漲潮流所塑造，屬漲潮槽性質(zhì)。研究區(qū)的 堤岸和潮灘就位于這一漲潮槽北側(cè)的0 m 線以上，西起上沙碼頭，東至離碼頭約 5 0 0 m 處，內(nèi)有人工堤岸和自然堤岸兩種類型，中部內(nèi)凹處原是潮溝的出口，現(xiàn) 由塊石封堵，漲、落潮水仍可在塊石間穿流，堤岸走向以潮溝口為界，以東為 1 2 0 0 3 0 0 0 ，以西為1 4 0 0 3 2 0 0 。潮灘從0 m 線至堤腳，平均寬度約1 3 0 m ，面 積約6 5 萬m 2 。 牟東師范大學(xué)碩士研寬生學(xué)位論文第二章研究區(qū)域概況、資料來源及研究方法 2 3 特枯水文年 圖2 8 研究區(qū)域概況圖 f i g 2 8s k e t c ho f 也e 咖d ya r e a 長江是我國第一大河，入海水、沙分別居世界第五和第四位。本文采用的長 江大通水文站1 9 5 1 2 0 0 7 年間的年徑流量及輸沙量資料。大通站是長江河口枯 季潮區(qū)界，也是長江干流入海前的最后一個控制性水文站，在此站以下沒有大的 直流注入，距口門6 2 4 k m ，集水面積1 7 0 5 1 0 4 k m 2 ，占長江流域面積的9 4 7 2 ， 其徑流基本代表了全流域的徑流狀況。因此將大通水文站的徑流量及輸沙量資料 作為長江入河口地區(qū)的徑流量和輸沙量資料進(jìn)行分析。 據(jù)1 9 0 4 1 9 3 7 年和1 9 4 6 2 0 0 0 年大通流量統(tǒng)計分析，長江豐水期和枯水期 有明顯的周期性，連續(xù)豐水年和連續(xù)枯水年相繼出現(xiàn)，平均約1 4 1 6 年一個輪 回，在3 4 個輪回中常會出現(xiàn)一個特枯水年。 1 4 年東師范太學(xué)須士研究生學(xué)位論文第二章研究區(qū)域概況、資料來源及研究方法 表2 1 長江特枯水年入海水量與多年平均入海水量比較( 1 0 、n 3 ) t l a b l e 2 1d i s c h a 瑪ec o m p a r i s o nb e m e e i l 也el l i s t o d r 觚d2 0 0 6p 鰣o d 泌 6 7891 01 11 2l2 3345全年 入海水量 多年平均 1 9 0 4 1 9 3 7 ，1 0 5 21 3 4 8 1 2 5 8 1 1 1 99 7 06 7 74 1 62 9 1 6 3 7 8 6 4 3 0 66 0 18 9 69 3 3 7 l9 4 6 2 0 0 0 1 9 2 8 6 1 9 2 9 57 5 28 4 6 29 7 2 27 7 86 5 6 3 8 62 3 23 0 91 7 41 9 62 0 64 8 25 9 9 0 1 9 7 8 6 1 9 7 9 5 1 0 81 0 2 38 0 66 7 15 0 14 1 03 0 81 9 31 8 62 7 93 8 41 0 35 9 4 7 2 0 0 6 6 2 0 0 7 51 0 0 19 3 l7 3 54 9 53 9 83 5 83 5 92 8 12 8 34 7 84 4 55 8 96 2 6 l 據(jù)大通流量逐月統(tǒng)計：2 0 0 6 年6 月2 0 0 7 年6 月長江入海水量比多年平均 少3 0 0 0 1 0 8 m 3 以上，減少3 3 ，屬特枯水文年。豐水期為6 8 月，流量之和 占年徑流總量近五成；2 0 0 7 年1 月徑流量全年最低，僅為1 0 4 7 4 m 3 s ( 圖2 9 ) 。 o n g v 刪 嫣 聰 圖2 9 大通站月均徑流量 f i g 2 9a 廈0 n t h i ya v e r a g ed i s c l l a i g e0 f d a t o y n gs t a d o n 2 4 熱帶風(fēng)暴“碧利斯， 2 0 0 6 年熱帶風(fēng)暴“碧利斯”，于7 月1 4 日1 2 ：3 0 在福建霞浦縣北壁鎮(zhèn)登陸， 引起長江口大風(fēng)。九段沙上沙碼頭從1 4 日1 1 ：o o 起出現(xiàn)6 級以上大風(fēng)，持續(xù)增 大到1 5 日1 2 ：o o 出現(xiàn)最大風(fēng)速2 3 6 0 n 以，直至1 6 日風(fēng)力才恢復(fù)正常。經(jīng)上沙自 牟東師范土學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章研究區(qū)域概況、資料來源及研究方法 動監(jiān)測站資料統(tǒng)計，受“碧利斯，影響期間的主風(fēng)向為s s e ，頻率達(dá)7 2 0 4 ， 次風(fēng)向為s e ，頻率為2 4 1 9 ，平均風(fēng)速達(dá)1 6 加s 。在“碧利斯”臺風(fēng)經(jīng)過時的平 均風(fēng)速和最大風(fēng)速下，其砌d 分別為1 7 3 m 和2 5 6 m 。 x 槲 騷 匠 醫(yī) 2 5 2 0 1 5 之 呂 、一， 1 0 螋 區(qū) 5 0 e s es es s es 圖2 1 0 “碧利斯”臺風(fēng)期間風(fēng)向頻率和最大風(fēng)速統(tǒng)計圖 f i g 2 1 0f r e q u e n c y0 f 謝n d - d h c t i o na n dm 強i m a l 、池ds p e e dd 嘶n g n l ep 耐o do f b i l i s 2 5 資料來源 2 0 0 6 年5 月1 4 1 5 日在上沙東南岸灘建立地貌監(jiān)測站，設(shè)立i 和i i 兩個監(jiān) 測斷面。斷面i 為人工堤岸( 拋石堤) 庇護(hù)下的監(jiān)測斷面，從堤腳向外至0 m 線 附近依次埋設(shè)6 根觀測樁，1 號樁離堤腳0 5 m ，6 號樁置于o m 線外，