黃河道流路后海域海域沖淤演變規(guī)律

黃河道流路后海域海域沖淤演變規(guī)律

自20世紀(jì)30年代以來，國內(nèi)外科學(xué)家對(duì)黃河三角洲的不同程度進(jìn)行了觀察和研究。80年代以來,隨著黃河三角洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,國內(nèi)外眾多學(xué)者從多學(xué)科的角度研究了其發(fā)育演變過程,揭示河口地區(qū)快速堆積的內(nèi)在規(guī)律,并證明了異重流及切變鋒在黃河口快速堆積中的重要作用。楊作升等證實(shí)在河口快速堆積作用下,水下岸坡較陡,且黃河泥沙具有極易液化的特性,使活動(dòng)的和廢棄的水下三角洲斜坡存在大量的滑坡體。李廣雪等根據(jù)歷史水深、鉆孔及淺地層剖面資料,對(duì)本研究區(qū)內(nèi)的海底刺穿進(jìn)行了研究,表明刺穿與海底侵蝕密切相關(guān),且主要發(fā)生在侵蝕量最大的部位。本文選定的研究區(qū)包括了現(xiàn)代黃河三角洲北部1964—1976年形成的釣口流路三角洲葉瓣堆積主體(圖1)。1964年黃河行水釣口流路,黃河水?dāng)y帶的142億t泥沙在河口地區(qū)快速堆積,海岸平均向海推移15km,這一時(shí)期三角洲發(fā)育經(jīng)歷了漫流、單一順直及漫溢出汊3個(gè)階段1。1976年5月黃河人工改道清水溝,本區(qū)沉積物供應(yīng)斷絕,河流動(dòng)力消失,波浪及潮汐作用成為本區(qū)的主要?jiǎng)恿?使本區(qū)水下三角洲遭受強(qiáng)烈的海洋沖刷作用。我國自主開發(fā)的最大灘海油田——埕島油田位于研究區(qū)內(nèi),油田年產(chǎn)能力達(dá)200萬t,這里采油平臺(tái)林立,輸油管線和電纜在海底縱橫交錯(cuò),海底沖淤變化對(duì)油田開發(fā)已經(jīng)構(gòu)成極大威脅。1資料來源的選擇本文主要使用連續(xù)的歷史水深測量資料對(duì)比開展研究,黃河水利委員會(huì)多年在黃河三角洲進(jìn)行連續(xù)觀測,1988年以來油田對(duì)本區(qū)也開展連續(xù)的水深測量工作,積累了豐富的資料,本研究選擇1959、1976、1980、1984、1985、1988、1989、1990、1992、1993、1994、1995、1996、1997、1998、1999年水深詳測資料,本次工作未收集到1964年的資料,選用1959年的資料代替。由于1959—1964年間本區(qū)相對(duì)穩(wěn)定,將1959年與1976年的資料疊加基本可以代表釣口葉瓣堆積體。調(diào)查中采用的測深儀型號(hào)為SDH-13A和LX-16,頻率為50~100Hz,測深0.5~200m,誤差<10cm;定位儀型號(hào)為微波UHF-547和DelNorte-5012DGPS型,定位精度為0.5~2.0m。2海底總沖洪特征黃河在本海區(qū)內(nèi)入海后經(jīng)歷了兩個(gè)主要階段,即1976年改道前的快速堆積期和改道后三角洲葉瓣被沖刷夷平期。2.11主行水河口至開渠口海底的三角洲葉瓣體及沉積相1959年以前,研究區(qū)東南角為陸地,西側(cè)為一向陸凹進(jìn)的海灣型海區(qū),水下岸坡坡度較緩,基本處于沖淤平衡狀態(tài)。1964年黃河改道行水釣口流路,由于陸地迅速向海推進(jìn),水下岸坡迅速變陡,導(dǎo)致海區(qū)的潮流場發(fā)生變化,潮流侵蝕作用增強(qiáng),導(dǎo)致海區(qū)內(nèi)深水沖刷、淺水堆積。至1976年黃河行水清水溝時(shí),岸線分別在主行水河口附近及后期河流出汊入?？诘娘w雁灘海區(qū)略向海突出,而兩者之間則為長期的河口灣環(huán)境,表現(xiàn)為略微向陸凹進(jìn)。1964—1976年為造陸的最主要時(shí)期,黃河共向本海區(qū)提供了約142億t泥沙,使大量泥沙淤積于陸上及淺水區(qū),將1976年和1959年的水深網(wǎng)數(shù)據(jù)格式化后進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖2所示,表明形成的三角洲葉瓣體呈一橢圓形狀,長軸方向基本與現(xiàn)行海岸線相平行,兩個(gè)沉積中心A、B均在6~9m水深范圍內(nèi),A與釣口流路主行水河道相對(duì)應(yīng),接受的沉積物量大,時(shí)間長,厚度大于14m;B與黃河后期河口在飛雁灘入海相一致,堆積厚度為13m,但范圍較小。2.21海底沖刷及微淤狀態(tài)1976年黃河三角洲廢棄后,沉積物源供應(yīng)不足,原先的堆積剖面遭到破壞,大部分海區(qū)發(fā)生了沖刷侵蝕,只有13m水深以外的小部分區(qū)域出現(xiàn)了淤積現(xiàn)象。選取穿過三角洲葉瓣最大堆積中心且垂直海岸的20660000線作不同年度水深剖面并進(jìn)行對(duì)比,陸地部分按0m水深處理。由圖3可知,水下岸坡按4和12m等水深線大致可劃分為上、中、下3段,上、下段坡度較緩,中段坡度陡;0m水深及岸坡的上段逐漸向岸推進(jìn),表明岸邊及其附近區(qū)域一直處于沖刷侵蝕狀態(tài);岸坡下段由于得到來自上段和中段大量沉積物的補(bǔ)充而遭受的侵蝕較小;岸坡中段除了1976—1980年間遭受到強(qiáng)烈沖刷外,其余各年份都處于緩慢的侵蝕狀態(tài),且在1980年以后,大于8m的水深區(qū)出現(xiàn)了略淤現(xiàn)象。在平面上,如圖4所示,廢棄三角洲葉瓣的海底沖刷相對(duì)岸邊呈一扇面狀,按12m等深線可將沖刷區(qū)與淤積區(qū)大體上區(qū)分開來,大于12m水深區(qū)基本上呈現(xiàn)微淤狀態(tài);經(jīng)過20余年的演變,沖刷中心已經(jīng)基本上和當(dāng)年的堆積中心A相對(duì)應(yīng),最大沖刷厚度已達(dá)8m多。3域性特征—海底沖淤區(qū)域性及階段性分析三角洲葉瓣廢棄后,隨著時(shí)間的推移,由于水動(dòng)力條件及氣候事件的影響,海底沖淤演變呈現(xiàn)出明顯的階段性和區(qū)域性特征,不同水深與時(shí)間存在一定的函數(shù)關(guān)系。在平面圖上選取垂直岸線的4條剖面(20648、20652、20566和20660剖面),以1976年的1、2、4、6、8、10、12和15m水深點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn),統(tǒng)計(jì)其它各年份在剖面基準(zhǔn)點(diǎn)上的水深變化,下面分別對(duì)不同剖面上的水深散點(diǎn)隨時(shí)間的變化趨勢加以對(duì)比和論述。3.11侵蝕速率高研究區(qū)內(nèi)小于10m水深范圍內(nèi)總體趨勢是以沖為主,尤其是4m以上區(qū)域沖刷更為強(qiáng)烈,且常伴隨著高侵蝕速率,最大侵蝕速率達(dá)120cm/a,大于4m區(qū)域僅局部地區(qū)、局部時(shí)段有少許淤積現(xiàn)象產(chǎn)生。3.1.1沖刷期20—4m以內(nèi)水深區(qū)域1976—1980年4條剖面中僅20648剖面在2~4m水深范圍內(nèi)出現(xiàn)淤積,其余3條剖面均表現(xiàn)為快速?zèng)_刷(圖5);1980—1984年為緩慢沖刷,但在20656和20660剖面的4m水深點(diǎn)出現(xiàn)緩慢淤積,其原因是近岸的三角洲葉瓣堆積中心岸坡較陡,遭受侵蝕,物質(zhì)向深水處搬運(yùn)所致;1984—1985年則因受風(fēng)暴影響均呈現(xiàn)出快速?zèng)_刷的現(xiàn)象,且其沖刷速率在本區(qū)內(nèi)最大,是重要的沖刷期;1985—1988年除遠(yuǎn)離沖刷中心的20648剖面在4m水深點(diǎn)堆積外,其它3條剖面均表現(xiàn)為沖刷,沖刷速率比1984—1985年的小;1988—1992年除20652剖面在4m水深點(diǎn)出現(xiàn)較快的淤積外,1和2m水深點(diǎn)及其它剖面的4m水深點(diǎn)均呈現(xiàn)出相對(duì)平衡的特征,沒有大的波動(dòng),經(jīng)過堆積中心A的20660剖面依然處于沖刷狀態(tài),但其速率不大;1992—1994年20656和20660剖面的1、2和4m水深點(diǎn)與20652剖面的4m水深點(diǎn)則一直保持著強(qiáng)烈的沖蝕趨勢,遠(yuǎn)離堆積中心A的20652和20648剖面1和2m水深點(diǎn)1992—1993年堆積,1993—1994年則快速?zèng)_刷,沖刷深度大于堆積厚度,總體上還應(yīng)屬于沖刷期;1994—1995年,處于堆積中心及其附近的20660和20656剖面與葉瓣側(cè)緣的20652和20648剖面具有不同的演變規(guī)律,即前者沖,后者淤;1995—1998年是重要的堆積期,各剖面的不同水深點(diǎn)均呈堆積趨勢;1998—1999年則表現(xiàn)為一致的沖刷侵蝕趨勢。綜上所述,本區(qū)4m以內(nèi)水深點(diǎn)的演變比較復(fù)雜,但總趨勢表明沖刷中心區(qū)與其側(cè)緣不盡相同,前者的沖淤組合為:沖蝕—淤積—沖蝕;側(cè)緣的沖淤組合為:沖刷—平衡—淤積—沖蝕,且其接受沉積的時(shí)間和厚度大于沖刷中心。3.1.2快速?zèng)_刷階段20d—4~10m水深區(qū)域1976—1980年20648剖面4m及大于4m水深的海底均表現(xiàn)為淤積,其它剖面則表現(xiàn)為沖刷,且越接近沖刷中心沖刷速率和幅度越大,總趨勢仍以沖為主(圖6);1980—1984年6~10m水深區(qū)域沖淤趨于平緩,剖面上各水深點(diǎn)以淤積為主;1984—1985年度與近岸帶的水深演變相同,處于快速?zèng)_刷狀態(tài),沖刷速率最大;1985—1988年20648剖面以淤積為主,各水深點(diǎn)堆積速率幾乎相同,其它3條剖面水深點(diǎn)基本上沒有大的波動(dòng),為沖淤平衡期;1988—1992年20648剖面各水深點(diǎn)處于緩慢沖刷狀態(tài),20652、20656、20660剖面則處于淤積狀態(tài),且淤積速率向沖刷中心方向遞減,所以此時(shí)段以淤積為主;1992—1995年度各剖面水深點(diǎn)雖然有少量淤積存在,但基本上進(jìn)入了又一輪沖刷階段,沖刷幅度相對(duì)較大;1995—1998年演化趨勢與淺水區(qū)的相同,海底在經(jīng)歷了一定程度的侵蝕后開始淤積,淤積速率隨水深增大而遞減;1998—1999年同淺水區(qū)一樣,也表現(xiàn)出較為一致的沖蝕趨勢。本區(qū)域的沖淤組合為:沖蝕—淤積—沖蝕—平衡—淤積—沖蝕—淤積—沖蝕,即四沖三淤一平衡組合。3.21沖淤平衡區(qū)的邊界在平面上(圖4b),0m等厚線與1976年及1999年12m等深線的對(duì)應(yīng)關(guān)系可初步判定海底12m水深附近區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)沖淤平衡區(qū)。圖6c顯示,10m水深點(diǎn)的沖淤速率明顯減慢,20648剖面1999年水深與1976年基本持平,表明廢棄三角洲葉瓣外緣已基本上接近沖淤平衡,其它剖面依然以沖為主,但其沖蝕厚度較10m水深以淺區(qū)域要小,因此可將10m水深界定為侵蝕平衡區(qū)的上限。圖7a為4條剖面12m水深散點(diǎn)的年度變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果,表明研究區(qū)內(nèi)沖淤波動(dòng)很小,經(jīng)歷了20余年的演變后,1999年各剖面水深逐漸接近12m,各剖面水深點(diǎn)的年度變化走向十分相似,其趨勢表現(xiàn)為線性關(guān)系。在演變過程中,12m水深附近的區(qū)域中形成了三沖三淤的沖淤組合特征,即:1984—1985、1992—1995和1998—1999年為沖蝕期,1976—1984年以沖淤結(jié)合為特征,但淤積量大于沖蝕量,故總趨勢為淤積,1985—1992、1995—1998年也是兩個(gè)重要的淤積期。12m水深散點(diǎn)的走勢表明了該區(qū)域內(nèi)的沖淤演變?yōu)槲⒂?故可將沖淤平衡區(qū)的下限界定在12m。本區(qū)域的沖淤組合為:淤積—沖蝕—淤積—沖蝕—淤積—沖蝕的三沖三淤組合。3.3散點(diǎn)深度變化研究區(qū)內(nèi)大于12m水深區(qū)域在平面上表現(xiàn)為穩(wěn)定淤積,偶有沖蝕現(xiàn)象發(fā)生,淤積速率和沖蝕速率均較低。4條剖面15m水深散點(diǎn)的年度變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖7b)表明,水深波動(dòng)幅度較12m水深散點(diǎn)更小,各剖面不同年度的散點(diǎn)水深變化規(guī)則分布,在沖淤互補(bǔ)的基礎(chǔ)上,總的趨勢以淤為主。其演變過程與12m水深散點(diǎn)基本一致,亦為三沖三淤組合:淤積—沖蝕—淤積—沖蝕—淤積—沖蝕,即1984—1985、1992—1995和1998—1999年為沖蝕期,1976—1984、1985—1992、1995—1998年為淤積期,且淤積期所經(jīng)歷的時(shí)間要長于沖蝕期。4淺沖淤組合類型(1)1964—1976年黃河行水清水溝流路及后期河流分汊部分行水飛雁灘,整個(gè)海區(qū)接受河流帶來的大量泥沙而快速堆積,形成兩個(gè)堆積中心A、B,最大堆積厚度為14m。(2)1976年后黃河三角洲廢棄,海區(qū)進(jìn)入快速?zèng)_刷階段,至1999年最大沖刷中心與1976年最大堆積中心相吻合,最大沖蝕厚度為8m。(3)整個(gè)海區(qū)的海底在沖淤演變過程中,階段性和區(qū)域性特征比較顯著,即相同水深在不同年度有其特有的演變特征:4m以淺沖淤組合雖然均以快速?zèng)_蝕為其主要特征,但在三角洲葉瓣主體和側(cè)緣有所不同,其主體的沖淤組合為:沖蝕—淤積—沖蝕;側(cè)緣的沖淤組合為:沖刷—平衡—淤積—沖蝕;4~10m水深的沖淤組合較為復(fù)雜,但總體上仍以沖蝕為主,為四沖三淤一平衡組合:沖蝕—淤積—沖蝕—平衡—淤積—沖蝕—淤積—沖蝕;10~12m水深為本區(qū)的沖淤平衡帶,沖淤厚度基本相當(dāng),沖淤組合為三沖三淤組合:淤積—沖蝕—淤積—沖蝕—淤積—沖蝕;大于12m水深區(qū)域與沖淤平衡帶的沖淤演變過程很相似,但總體上以淤積為特征。(4)對(duì)比研究區(qū)內(nèi)4條剖面不同水深點(diǎn)隨年度變化散點(diǎn)圖可以看出,以1984、1992和1998年為極值點(diǎn)可將本區(qū)的沖淤演變格局劃分為3段,即經(jīng)歷了大致3個(gè)旋回的沖淤轉(zhuǎn)換:10m水深或大于10m水深區(qū)域具有良好的體現(xiàn),周期性非常明顯,自1976年黃河