人类活动影响下长江口启东嘴潮滩沉积特征及物质来源变化(张云峰 著)思维导图

长江口潮滩湿地-大气界面碳通量特征长江口潮滩湿地-大气界面碳通量特征选择长江河口崇明东滩为典型研究区域,使用原位静态箱-气相色谱法,对长江河口潮滩湿地-大气界面碳通量(CH4和CO2)进行了为期一年的现场观测实验.结果表明,观测期内,崇明东滩低潮滩(CM-3)表现为碳的吸收汇,平均碳通量为-13.23 mg·m-2·h-4,且有明显的变化特征,8月为碳吸收的高峰期,2月碳的通量值最低;虽然低潮滩CH4年平均排放通量仅为0.04mg·m-2·h-1,在碳通量中所占比例很小,但却是大气CH4的持续排放源.中潮滩(CM-2)为大气CH4的排放源,在7月达到排放高峰;对CO2而言,光照条件下(明箱)以吸收为主,而无光照时(暗箱)中潮滩是CO2的排放源.中潮滩湿地-大气界面碳的年平均交换通量为51.79 mg·m-2·h-1,显著高于低潮滩,植被和有机质含量的不同是导致两者差异的主要原因.温度和光照是影响碳通量及其季节变化的重要因素.海三棱藨草植株和中、低潮滩藻类的光合作用均显著促进了潮滩对大气碳的吸收.作者：杨红霞王东启陈振楼陈华王军许世远杨龙元YANG Hongxia WANG Dongqi CHEN Zhenlou CHEN Hua WANG Jun XU Shiyuan YANG Longyuan 作者单位：杨红霞,王东启,陈振楼,陈华,王军,许世远,YANG Hongxia,WANG Dongqi,CHEN Zhenlou,CHEN Hua,WANG Jun,XU Shiyuan(华东师范大学资源与环境科学学院,地理信息科学教育部重点实验室,上海,200062)杨龙元,YANG Longyuan(中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京,210008)刊名：环境科学学报 ISTIC PKU 英文刊名： ACTA SCIENTIAE CIRCUMSTANTIAE 年，卷(期)： 2006 26(4) 分类号： X142 关键词：长江口潮滩湿地-大气界面碳通量。

长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化【摘要】：长江口滨岸潮滩环境在咸淡水交替、出露和淹没交替、冲淤交替等海陆交互作用的影响下，波潮流水动力作用强烈，泥沙输移和物质交换频繁。

长江每年携带巨量泥沙堆积于河口滨岸地区，形成了大片宽阔的淤泥质潮滩，每年以数十米的淤涨速率不断向海推进，为城市空间拓展提供了丰富的后备土地资源。

但随着人类对潮滩大规模围垦等经济活动的加剧，导致生物多样性减少，生态环境质量降低，产生了对该地区可持续发展的潜在威胁。

河口潮滩水沙过程及冲淤变化研究，引起了国内外学者的重视，分别从地貌、沉积、水文、生物、地球化学等不同角度进行了大量有益的探索。

但对潮滩水动力过程的实地观测十分有限，阻碍了完整潮流泥沙运动模型的建立，影响了泥沙输移规律和冲淤变化研究的进展。

本文依托国家自然科学基金重点项目“长江口滨岸潮滩复杂环境条件下物质循环研究”(批准号：40131020)，选择了长江口崇明东滩敞开型潮滩为研究对象，设置典型断面，在平静天气条件下，实测了水文要素，获得了水位、流向、流速、泥沙含量及粒径等指标4000多个实测数据，着重对长江口潮滩水动力过程、泥沙输移规律及冲淤变化进行研究。

得到如下结论：1．分析得到了潮滩不同部位水动力基本特征：光滩水位涨潮和落潮时间基本相等，而盐沼前缘带水位涨潮时间略短；光滩流速过程线在涨潮初和落潮末出现峰值，呈现“双峰型”特征，盐沼前缘带仅在冬、春季节呈现“双峰型”，夏、秋季节落潮峰值消失，盐沼带四季呈现单峰特征，潮沟过程线为“双峰型”；各测点流向均具回转流特征，在高水位时流向迅速改变，不存在明显的憩流。

滩面各测点的水位资料与横沙水文站同期资料具有一致性，为水文资料系列展延提供有利条件。

2．根据实测数据构建了系列潮滩水动力模型：1)水深预报模型，以横沙水文站为参证站，预报各测点的瞬时水深；2)流速模型，以最大水深为参数，分别预测测点涨潮和落潮期间的最大流速、平均流速；3)滩面测点垂岸流速模型，以瞬时水深为参数，预测瞬时流速，得到各潮次流速过程线；4)总水通量模型，以各潮次最大水深为参数，估算大潮潮次的总水通量。

长江口北支与口外沉积特征及其影响机制研究沉积特征是沉积物受沉积环境长时间作用的结果,蕴含了丰富的沉积环境信息。

河口地区受径-潮流相互作用、盐淡水混合、风浪作用的影响,动力过程复杂,同时泥沙的絮凝、沉降和再悬浮作用等过程对沉积环境也具有重要影响,使得河口沉积十分复杂。

长江口北支是典型的衰退型潮汐河口,自18世纪中叶长江主泓南偏由南支入海以来,河槽不断萎缩,特别是近30年来,流域来沙量锐减,对北支河槽及水下三角洲沉积环境产生了深刻影响。

因此开展在自然演变和人类活动共同作用下,北支衰退型潮汐河口的沉积特征、机制及其趋势研究,对河口地貌演变研究、工程整治措施以及生态环境保护等方面均具有重要的理论和实践意义。

研究基于长江口北支与口外表层沉积物采样、定点水文泥沙观测等现场调查,以及上世纪80年代海岸带调查的沉积、地形等历史资料,通过室内实验分析、实验分析方法校正,结合粒度、高程等数字方法,分析近期长江口北支与口外沉积物粒度特征和空间差异,并基于校正后的历史粒度数据,讨论长江口北支与口外近30年的粒度变化特征及其原因;在上述基础上,研究不同因子在北支沉积环境演变过程中的作用和机制;同时结合北支来水来沙锐减、围垦工程建设等人类活动过程及趋势,探讨在自然和人类活动共同作用下北支沉积环境的演变趋势。

主要结论如下:1、沉积物粒度特征(1)沉积物组分和类型:沉积物中砂、粉砂、粘土三组分含量分别为37%、46%和17%,以粉砂和砂组分为主;沉积类型以粘土质粉砂、砂质粉砂和砂三种沉积类型为主,其中粘土质粉砂沉积含量最高。

(2)沉积物粒度特征及粒度参数:沉积物中值粒径分布呈双峰型分布,范围在6.2μm~235.4μm之间,平均为53.6μm,北支口内、口外沉积物中值粒径总体均表现为自西向东递减分布特征;沉积物分选系数在0.6~2.9之间,分选性差,口内河槽分选性好于口外;沉积物偏度在-0.17~0.8之间,粒径曲线总体正偏,粗颗粒组分较多,口内河槽较口外更正偏、粒径较粗区域偏度值相对更高;沉积物峰度值在0.68~3.68之间,粒径曲线尖锐,口内河槽峰度大于顾园沙水域及口外,粒径较粗区域峰度也更高。

长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化一、引言长江口是我国重要的河口区域之一，也是世界上最大的河口之一。

长江口潮滩是长江河口入海前形成的泥沙富集区，其水动力过程、泥沙输移与冲淤变化对河口地区的生态环境和人类活动有着重要影响。

本文旨在探究长江口潮滩的水动力过程、泥沙输移机制与冲淤变化规律。

二、长江口潮滩的水动力过程长江口潮滩区域水动力过程主要受长江入海口水动力条件和潮汐作用影响。

长江入海口水动力条件直接影响着潮滩水动力过程的形成和发展。

长江水势的强弱、潮汐的幅度与周期等因素，决定了潮滩区域的水动力过程。

长江入海口水势的强弱对潮滩水动力过程具有重要影响。

在长江入海口，由于江水和海水相互作用，形成了一股定向的排泄流。

入海口的水势强度主要由长江入海流量、堤防水位等参数决定。

水势强度大时，排泄流速度快，可带动泥沙向海洋输移，促进潮滩的冲淤过程。

水势弱时，则泥沙沉积于潮滩区域，导致潮滩发生淤积。

潮滩区域的潮汐作用也对水动力过程产生影响。

潮汐作用主要体现在潮滩区域的潮汐波动过程中。

潮滩地区处在潮汐影响最为显著的沙坪嘴潮滩和梅洲潮滩之间，潮汐波动频繁。

潮滩区域潮汐波动产生的涌浪和涨潮漩涡，影响了水流的速度和方向，导致泥沙的输移与冲淤。

三、长江口潮滩的泥沙输移机制长江口潮滩的泥沙输移主要受水流能力和沉积能力的相互作用影响。

水流能力是指水流对泥沙运动的推动能力，沉积能力是指泥沙在水流的作用下沉积和积聚的能力。

水流能力主要受水势和潮汐作用影响。

长江入海口的水势与潮汐波动的变化会引起泥沙运动的差异。

水势强劲时，水流的能力增大，可将泥沙向外输移；水势较弱时，泥沙沉积于潮滩区域。

潮汐作用则通过潮汐波浪和漩涡的形成，增大了水流对泥沙的推动力，促进了泥沙的输移。

沉积能力主要受泥沙颗粒特性和水流动力学效应影响。

泥沙的颗粒大小和密度决定了其沉积能力。

较细小的泥沙颗粒可以在水流中悬浮，沉积能力较弱；粗大的泥沙颗粒则更容易沉积于潮滩区域。

思维导图：风沙问题【思维导图】[考点精析]（1）沙源①外地输沙：盛行风从上风地带将沙尘物质吹送至风沙活动地区沉积；河流从中上游地区搬运到风沙活动地区沉积。

②当地沙源：枯水期湖滩、河滩裸露，泥沙裸露；冬春季节地表缺少植被覆盖，表土裸露；耕地面积扩大、不合理的人类活动破坏植被，地表裸露，增加沙源。

（2）动力①盛行风：风大、大风日数多；受地形影响(山口处狭管效应、河谷延伸方向与盛行风向一致等)，地面风速增强。

②不稳定的空气条件：如沙尘暴多发生于午后或傍晚，不稳定的热力条件有利于风力加大、强对流发展。

③特殊天气、气候背景：干旱少雨、气温回升、蒸发旺盛，是风沙形成的温床；气旋与冷空气活动频繁。

（3）植被：冬春季节植被稀疏，地表缺少植被保护，表土疏松，沙源丰富、易起沙。

2风沙活动的危害（1）沙埋：埋压农田、村庄、工矿、铁路、公路、水源。

（2）风蚀：土壤肥力下降；大风袭击(毁坏房屋、刮翻火车、摧毁电杆，造成人、畜伤亡)。

（3）污染大气：沙石、浮尘弥漫，空气浑浊，危害人体健康。

（4）影响生产、生活：影响交通出行与安全、室外作业等。

3风沙活动的防治（1）工程措施：①阻沙：设置沙障阻挡风沙；②固沙：设置草(石)方格，固定沙面。

（2）生物措施：①因地制宜开展生态建设，保护和恢复植被(保育自然植被、植树造林、种草等)，防风固沙；②合理利用水资源，保障生态用水。

（3）组织管理措施：①调整农业结构，合理控制农牧业生产规模；②加强宣传教育，提高环保意识；③建立风沙灾害的监测、预报机制；④制定并严格实施防沙治沙的相关法律法规；⑤对风沙危害严重地区实施生态移民。

【典题精研】1．阅读图文材料，完成下列要求。

巴丹吉林沙漠位于祁连山北部的干旱半干旱地区，形成了世界上独一无二的沙山——湖泊景观，其湖盆的形成与当地风沙作用强密切相关。

区域多年平均降水量不足100mm，水面蒸发量在3000~4000mm。

水中可溶性Ca（HCO3）2，在压力、温度作用下CO2逃逸，形成大量碳酸钙沉淀。

选择题云南省宾川县位于横断山区边缘，高山凉湿,河谷干热。

近年来,通过“引洱(海)入宾(川)”等工程,河谷地区以热带、亚热带水果为主的经济作物种植业蓬勃发展。

读云南省宾川区域示意图。

完成下面小题。

【1】宾川河谷A.河流众多，水源充沛B.光照充足，日温差大C.地势低平，耕地分散D.土壤肥沃,黑土广布【2】宾川河谷干热的主要原因A.深居内陆,气候干旱B.副高控制,降水稀少C.山高谷深,气流下沉D.地处谷地,终年逆温【3】该地农业发展方向,较为可行的是①大力开垦荒地,实现规模效益②加强科技投入，树立知名品牌③加强宣传力度,开拓销售市场④完善基础设施，保障农业生产A.①②③B.①②④C.②③④D.①③④【答案】【1】B【2】C【3】C【解析】【1】结合题目信息，宾川位于横断山区边缘的河谷地区，气候干热，降水少，建设“引洱(海)入宾(川)”工程发展农业生产，说明该地区水源不足，A错误；河谷地区降水少，晴天多，所以光照充足，昼夜温差大，B正确；河谷地形，山高谷深，地势起伏大，C错误；黑土分布在东北地区，D错误。

故选B。

【2】宾川河谷位于云南省横断山区边缘，离印度洋较近，不是深居内陆，A错误；属于亚热带季风气候，不受副高控制，B错误；河谷干热的原因是因山高谷深，大致南北走向，西南季风越过山脉以后在河谷下沉增温，从而使河谷变得炎热干燥，C正确；地处谷地，冬季易出现逆温，但不是终年逆温，D错误。

故选C。

【3】河谷地区地势起伏较大，植被覆盖率低，生态环境脆弱，大力开垦荒地易导致严重的水土流失，制约当地社会经济的发展，故①错误，②③④都符合当地农业发展的方向，有利于促进当地农业的可持续发展。

故选C。

选择题在横断山区贡嘎山的高山雪线之下,稠密连片的草甸、灌丛之上,有一片接近荒芜的地带。

这里充斥着岩块与碎石,这些大小不一的石头沿着陡峭山坡緩慢滑动,人们称之为“流石难”。

在这片荒凉的流石之上,竟开出了花花世界。

据此完成下面小题。

第41卷 第5期海 洋 学 报V o l .41,N o .52019年5月H a i y a n g Xu e b a o M a y 2019谢卫明,何青,张迨,等.河口潮滩地貌和沉积物对人类工程的响应特征[J ].海洋学报,2019,41(5):118-127,d o i :10.3969/j.i s s n .0253-4193.2019.05.011X i eW e i m i n g ,H eQ i n g ,Z h a n g D a i ,e t a l .T h e r e s p o n s e o fm o r p h p l o g y an d s e d i m e n t c h a r a c t e r i s t i c s t o h u m a nm o d i f i c a t i o n i n a n e s t u -a r i n e t i d a l f l a t [J ].H a i y a n g X u e b a o ,2019,41(5):118-127,d o i :10.3969/j.i s s n .0253-4193.2019.05.011河口潮滩地貌和沉积物对人类工程的响应特征谢卫明1,2,何青1*,张迨1,朱磊1,郭磊城1,王宪业1(1.华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;2.水利部黄河水利委员会黄河水利科学研究院,河南郑州450003)收稿日期:2018-06-22;修订日期:2018-11-23㊂基金项目:国家重点研发计划项目(2016Y F E 0133700);国家自然科学基金项目(51739005,51320105005,41406094,41506105);上海市科委项目(17D Z 1204800,16D Z 1205403)㊂作者简介:谢卫明(1990-),男,湖南省邵阳市人,博士,主要从事海岸水沙运动与冲淤演变研究㊂E -m a i l :t s e _i n z a g h i @s i n a .c o m *通信作者:何青,教授,主要从事河口海岸水动力㊁泥沙运动及冲淤演变研究㊂E -m a i l :q i n gh e @s k l e c .e c n u .e d u .c n 摘要:河口潮滩受径潮流的共同作用,在自然环境与人类活动的影响下处于不断的动态调整中,其中大型人类工程往往对其短期地貌变化和沉积物特征产生巨大影响㊂2013年底至2014年5月,长江口崇明东滩北部开展大规模互花米草治理工程,本文基于地面三维激光扫描技术㊁植被点云数据滤除算法㊁沉积物取样以及室内粒度分析等手段,对比了工程前后潮滩地貌与沉积物特征㊂研究发现:(1)完工后研究区域靠海及南侧区域出现明显冲刷,北侧虽出现淤积,但整个区域平均冲刷幅度仍达4c m ;(2)工程前研究区域沉积物平均中值粒径为29μm ,工程完工后沉积物平均中值粒径则增大到38μm ;(3)工程完工后沉积物靠海及南侧区域明显粗化,北侧沉积物则变细㊂结果表明,围垦工程会造成邻近潮滩大幅冲刷以及表层沉积物粗化,但潮滩不同区域地貌和沉积物特征对工程的响应仍存在空间差异性㊂研究揭示尽管河口潮滩长期演变过程受流域来沙条件影响,但围垦工程等局部影响因素会短期内显著改变潮滩动力地貌过程㊂关键词:潮滩;地貌;沉积物;人类工程;长江口中图分类号:P 737.17文献标志码:A文章编号:0253-4193(2019)05-0118-101 引言未来50年里,全世界的沿海城市或多或少面临海平面上升㊁海岸侵蚀后退以及风暴潮等海岸问题,潮滩等生态护岸工程在海岸防护中的作用日益得到重视[1]㊂潮滩还是陆海交界过渡区域物质沉积与转换的重要场所,对泥沙输运㊁生源要素的迁移转化以及有机质循环等起着重要的控制作用[2]㊂而河口潮滩,多分布在沿海经济发达区域,如S c h e l d t 河口㊁M i s s i s s i p p i 河口㊁C h e s a pe a k e 湾以及长江口等,除了护岸消能的减灾作用以外,其土地储备的经济价值以及生态环境效益同样十分可观[3-6]㊂影响河口潮滩发育的因素众多,其中既包括自然环境因素,诸如流域水沙条件㊁河口动力环境㊁台风以及海平面上升等;也包括人类工程影响,比如滩涂围垦等,尤其是近些年来,随着人类对沿海土地资源需求的加大,海岸围垦工程也日益增多,人类工程对潮滩发育的影响也越来越显著[7-11]㊂长江口崇明东滩是世界著名的河口滩涂湿地,位于亚太候鸟迁徙路线东线中段,其盐沼植被带区域是国际迁徙鸟类重要的栖息地[12-13]㊂因为位处长江河口,其地貌变化也与河口系统演变密切相关[14]㊂2013年底至2014年5月,崇明东滩实施了互花米草控制与鸟类栖息地优化生态治理工程,期间对崇明东滩中北部互花米草分布区域进行大面积围堤控制,围垦面积达14.4k m2[15]㊂工程开展期间,施工单位筑堤时使用大量土工布充泥带(图1c),大幅改变了崇明东滩的水沙动力环境,并破坏了潮滩原本的输水输沙通道,使崇明东滩地貌与沉积物特征发生明显变化,其中地形地貌的冲淤变化是对工程响应最直接㊁最迅速的特征,而沉积物特征变化也能反映工程对潮滩的影响㊂传统潮滩地形观测采用插钎法㊁水准仪或全站仪等测量方法,但由于潮滩滩面宽广㊁潮沟密布㊁泥泞难行,上述方法往往难以满足快速观测的要求[16-17]㊂G P S-R T K技术很大程度上提高了观测速率,但其点位式的观测特征,仍无法满足潮滩大面积观测的需求[18]㊂卫片遥感技术尽管已能够反演潮滩地形,但在还原潮滩地形高程数据方面仍难以达到高精度要求[19-20]㊂机载激光扫描技术具有快速获取大面积点云数据的优点,但其在高程测量上的误差(约15c m)使其较难满足年际时间尺度潮滩地形变化的观测要求[21-22]㊂近年来发展迅速的地面三维激光扫描技术(T e r r e s t r i a lL a s e r S c a n n e r,T L S)相比机载激光扫描技术精度更高,可达厘米级,已经在地形高精度观测方面得到了广泛应用[23-24]㊂本研究基于T L S技术,在工程前后对长江口崇明东滩布置测点进行扫描观测,及时获取工程前后研究潮滩大范围高精度地形数据[15,23],并在此基础上对工程前后潮滩地形变化进行了准确定量分析,以探究人类工程对位处其邻近但不同距离潮滩所产生影响的差异;同时采取表层沉积物样品并经后期室内分析得到工程前后沉积物特征数据,并对比工程前后潮滩沉积物特征的变化,以研究沉积物特征的变化规律以及工程对不同距离潮滩沉积物的搬运和沉积作用㊂图1研究区域㊁工程位置以及观测站位示意图F i g.1 M a p s o f s t u d y a r e a,t h e e m b a n k m e n t a n d f i e l d o b s e r v a t i o n s i t e s2研究区域与方法2.1研究区域研究区域位于长江口崇明东滩鸟类国家级自然保护区南部潮滩(图1)㊂崇明东滩是长江口最大的潮滩,南部潮滩靠近北港水道,其所处的长江河口多年平均潮差为2.6m,最大潮差可达6.0m,为中等强度潮汐环境㊂潮滩表层沉积物中值粒径一般小于60μm,为淤泥质潮滩㊂该处潮滩按有无植被分为盐沼植被带和光滩,多条大小不同的潮沟则蜿蜒贯穿于911 5期谢卫明等:河口潮滩地貌和沉积物对人类工程的响应特征二者之间㊂本次研究区域以盐沼带居多,覆盖其上的植被种类丰富,以糙叶苔草群落㊁海三棱藨草群落和藨草群落为主(其植被高度都在100c m以下),间杂少量芦苇群落(植被高度在100c m以上)[23]㊂尽管历史上崇明东滩一直淤涨,但近些年来,随着外界条件的变化比如长江流域来沙减少,崇明东滩潮滩已经呈现出淤涨速度变缓甚至局部转变为冲刷的情况[25]㊂2.2研究方法2.2.1潮滩地貌变化高精度观测潮滩地貌传统观测方法大多采用G P S-R T K技术或遥感技术,但前者点位式观测无法满足潮滩大面积观测需求,后者通常在精度方面难以达到要求[23]㊂2012年,河口海岸学国家重点实验室将地面三维激光扫描技术引入到河口潮滩地貌观测中,开启了潮滩地貌大面积㊁高精度㊁高效观测的新时代㊂本研究中T L S系统采用高速㊁高分辨率三维激光扫描仪R i e g l V Z4000,具有竖直60ʎ,水平360ʎ的广阔视角范围,仪器精度可达15m m,重复测量精度达10m m;此外,尽管其最远观测距离可达4000m,但经过前期在潮滩开展的相关实践研究[23],发现若将其观测有效距离设置为1000m以内,则获得的数据既可以满足精度要求又能覆盖较大的空间范围㊂整个坐标系统采用反射柱矫正法,反射柱中心坐标通过G P S-R T K技术获取[23]㊂利用T L S技术,本研究分别于生态治理工程前(2013年9-10月)和治理工程完工后(2014年9 -11月)在长江口崇明东滩布置扫描站点进行观测(图1),将两次观测获取的多站点云数据整合校正后,可得研究区域工程前后的激光点云数据㊂激光点云数据除包含潮滩地形数据外,还涵盖覆盖其上的非地面点数据,比如建筑物(栈桥㊁小木屋等)㊁植被㊁鸟类等㊂为获取研究区域高精度地形数据需对非地面点进行滤除,这也是T L S在潮滩观测方面应用的难点所在㊂本文基于数学形态滤波原理,针对研究区域盐沼植被低矮的实际情况,开发潮滩激光点云数据非地面点过滤算法,具体步骤如下:(1)基于点云数据构建一个单元组成的矩形网格,其边界取决于点云边界,各单元值取其范围内高程最低点坐标p j(x j,y j,z j),如果范围内没有任何点云数据,那么此单元的值就取距其距离最近的单元的值㊂这些单元的高程值构建为过滤前的最小高程平面㊂(2)基于最小高程平面,执行窗口尺寸内比较以实现过滤㊂图像处理中侵蚀和膨胀过程得到应用㊂侵蚀定义为对于每单元,与窗口尺寸(w i)内(设为其相邻的单元)的值进行比较,取其中最小值为目标单元 侵蚀后高程值(E p) ;膨胀则定义为对每单元,与窗口尺寸(w i)内各值进行比较,取其中最大值为目标单元 膨胀后高程值(D p) ㊂计算公式为:E p=m i n(x p,y p)ɪwz p(),(1)D p=m a x(x p,y p)ɪwz p(),(2)式中,点(x p,y p,z p)代表点p j在窗口(w i)内邻近点㊂本文选择的窗口类型为二维矩形,即如果窗口尺寸为n,那么目标单元就和其周围nˑn个单元比较㊂对于侵蚀和膨胀的应用有多种组合,本文选择 开 操作,即先执行侵蚀然后再执行膨胀,这样可有效使地面点不被误删㊂ 开 操作执行后可得一高程平面,计算该平面各单元与前次计算所得高程平面内各单元的高程差(对于第一次计算,选取最小高程平面作为其前一次高程平面),如高程差(d h i,j)大于阈值(d h i,T),那么该单元点就被认为是非地面点㊂高程差阈值(d h i,T)设定如下:d h i,T=d h0w iɤ1s(w i-w i-1)c+d h0w i>1,d h m a x d h i,T>d h m a xìîíïïïï(3)式中,d h0是阈值的初始值,一般设定为扫描系统在研究区域的精度量级(本文选择3c m);d h m a x是阈值的最大值,一般选择非地面点的最大尺寸;s是区域最大地形坡度;c是单元尺寸大小;w i是第i次循环中过滤窗口尺寸(其值定义为单元的个数)㊂(3)逐渐增大过滤窗口尺寸大小,再以上一步获得的高程平面作为 开 操作的输入值,循环执行第二步和第三步直到窗口尺寸大小(单元大小cˑ窗口尺寸w i)大于非地面点的最大尺寸大小d h m a x㊂最终可得地面点和非地面点㊂扫描点云数据经整合和过滤之后,得到的地形数据高程精度可达0.03m㊂其中高程参考长江口吴淞基准面㊂2.2.2潮滩沉积物特征分析在获取地形地貌数据时同步采集潮滩各站滩面表层5c m深度的沉积物样品,并在实验室对采集的沉积物样品加入浓度为4%的偏磷酸钠([N a P O3]6),然后用超声波振荡对样品进行分散处理㊂通过C o u l t e r-L S100Q激光粒度仪(0.4~1000μm)测试,得到样品的分散粒径㊂进一步对测试结021海洋学报41卷果分别统计,得出工程前后各站中值粒径和不同粒径组分(黏土0.5~4μm ,粉砂4~62.5μm ,砂62.5~2000μm ),并采用F o l k 和W a r d 分类方法确定其沉积物类型[26]㊂3 结果3.1 工程前后地形变化3.1.1 工程前后潮滩整体冲淤变化研究区域的整体高程位于-0.5~5m 之间,由海向陆,高程逐渐增大(图2);且地形坡度逐渐变缓,坡度以临近海域区域最大,其值约为0.3%,进入高潮滩后,坡度值减小为约0.1%㊂2013年盐沼带地形呈现出南北两侧高而中间区域相对要低的现象,此外在北侧潮滩前缘甚至存在一个相对较高的高地;2014年南侧盐沼带高程与2013年相比明显降低,且2013年北侧潮滩前缘的高地也消失,但北侧高潮滩区域的高程值仍较大㊂对比两年的地形可知(图2),工程修建后,整个潮滩发生了明显的冲刷,高程平均值减少约4c m ,其中盐沼带南侧与北侧潮滩前缘区域发生显著的冲刷,冲刷最大处可达60c m ㊂尽管如此,研究区域北侧高潮滩盐沼带仍有明显的淤积现象,最大淤积幅度也达到了70c m㊂图2 研究区域高程图(a .2013年,b .2014年)及2014年与2013年高程差值(c)F i g .2 D i g i t a l e l e v a t i o nm o d e l s o f t h e s t u d y a r e a i n 2013(a )a n d 2014(b ),a n d t h e e l e v a t i o n c h a n ge b e t w e e n t h e t w o y e a r s (c )3.1.2 工程前后潮滩不同剖面地形变化研究区域从南到北潮滩地貌类型并不完全相同,北侧潮滩与南部相比要更宽,北侧潮沟系统相较南侧也发育得更充分(图2)㊂此外,治理工程修建在研究区域的北部区域,其与研究区域北侧相邻而离南侧远㊂为了探讨研究区域不同潮滩地貌类型对工程的响应过程,故从北到南依次选取潮滩断面1㊁2㊁3进行地形变化分析(图3)㊂总的来看,由岸向海方向,北侧的潮滩断面最长且最为平缓,近3500m 的剖面高程变化范围为3.0~4.2m ;中部长度约为2000m ,高程变化范围为2.4~4.5m ;南侧潮滩断面则最短且平均坡度最为陡峭,长度不到1300m 的断面高程变化范围为2.4~4.6m (图3)㊂由图3可知,工程后,北侧潮滩断面前缘发生明显的冲刷,但高潮滩潮沟密集处则发生明显的淤积;中部中㊁高潮滩发生明显的冲刷,但潮滩前缘靠潮沟入口的位置有轻微的泥沙淤积;南侧潮滩断面整体发生显著冲刷,平均冲刷幅度达到19c m ㊂3.2 工程前后沉积物特征变化3.2.1 工程前后中值粒径变化图4为研究区域2013年㊁2014年表层沉积物中值粒径的空间分布以及两年中值粒径变化㊂由图可知,整个研究区域沉积物中值粒径都在60μm 以下,属于淤泥质潮滩,这与其所处的长江河口环境相关;研究区域沉积物整体呈现北细南粗的分布规律㊂此外,2013年与2014年沉积物特征仍存在一定的差异:2013年盐沼带南侧高潮滩区域存在较细沉积物的现象,沉积物中值粒径平均值仅有20μm ,而该区域在2014年沉积物明显粗化,平均中值粒径约为35μm ;此外,2014年北侧潮滩前缘区域沉积物平均中值粒径约为50μm ,远大于其2013年的值25μm ㊂进一步对比工程前后研究区域沉积物中值粒径变化(图4)可知,工程后北侧沉积物发生了明显的细化,而盐沼带潮滩前缘㊁南侧高潮滩区域以及北侧中潮滩区域表1215期 谢卫明等:河口潮滩地貌和沉积物对人类工程的响应特征图3 工程前后各潮滩剖面地形变化比较F i g .3 C o m pa r i s o n s o f t i d a l f l a t p r o f i l e sb e f o r e a n d a f t e r t h e e m b a n k m e nt 图4 研究区域沉积物中值粒径分布(a .2013年,b .2014年)及2014年与2013年中值粒径变化差值(c )F i g .4 D i s t r i b u t i o n s o f D 50of s u r f i c i a l s e d i m e n t s a m p l e s i n t h e s t u d i e d s i t e s i n 2013(a )a n d 2014(b ),a n d t h e c o m pa r i s o nb e t w e e n t h e t w o y e a r s (c )层沉积物都发生了明显的粗化㊂工程前研究区域中值粒径平均值为29μm ,工程后该值为38μm ㊂3.2.2 工程前后沉积物类型变化图5为研究区域2013年和2014年的表层沉积物类型的空间分布情况㊂可以看出,研究区域表层沉积物主要以粉砂㊁砂质黏土㊁砂质泥和砂质粉砂为主㊂其中,2013年除了北侧潮滩与中部潮滩前缘区域有较小范围的砂质泥和砂质黏土外,潮滩整个区域基本为砂质粉砂;而工程修建后,2014年研究区域沉积物类型分布发生了明显的变化,潮滩沉积物类型出现了粉砂㊁砂质泥和砂质黏土,范围包括南侧高潮滩区域以及北侧中潮滩区域,而研究区域潮滩前缘则出现了更粗的黏土质砂㊂4 讨论4.1 潮滩地貌与沉积物特征变化的影响因素近些年来,随着外界条件的变化比如流域来沙减少和海平面上升,世界潮滩都面临着淹没蚀退的挑战,长江河口潮滩也已呈现出淤涨速度变缓甚至局部转变为冲刷的情况[25]㊂统计对比不同时期大通站平221海洋学报 41卷图52013年(a)和2014年(b)研究区域表层沉积物类型分布F i g.5S e d i m e n t c l a s s f i c a t i o n s o f t h e s t u d y a r e a i n2013(a)a n d2014(b)均年径流量㊁年输沙量与崇明东滩垂向淤积速率数据可知(表1),1980年以来,大通站平均年径流量变化不大,但平均年输沙量显著减少,崇明东滩的垂向淤积速率也明显减小,可以看出崇明东滩年际淤积速率与大通输沙量变化趋势基本一致,说明流域来沙条件是潮滩地貌的重要影响因素㊂对于本文而言,2013年和2014年大通年输沙量分别为1.17亿t和1.20亿t,二者相差不大,所以可认为流域来沙因素不是本文研究区域显著地貌变化的原因,应该更多考虑局地因素或者工程的影响㊂研究区域邻近长江口北港水道(图1),潮滩涨落潮流受北港涨落潮流影响较大[27],尤其是光滩区域,涨落潮流方向基本与北港水道一致,即输水输沙方向与潮滩岸线方向平行(表2)㊂因而,崇明东滩南部盐沼植被带沉积泥沙主要来源于潮沟系统的向岸输沙㊂前人研究表明,潮沟系统在近岸海域与盐沼带之间起着水沙输送纽带作用,中低潮期间近岸海域泥沙被输运并沉积在潮沟系统,大潮涨潮期间潮沟中的漫滩水流将泥沙输送至盐沼植被带并沉积[3]㊂本文研究结果表明工程后北侧高潮滩潮沟明显淤积,说明北侧潮沟系统有充沛的泥沙输运至邻近滩面,进而造成北侧潮滩显著淤积;相较而言,南部的潮沟系统呈现冲刷态势,说明潮沟系统泥沙供给不充沛,因而南侧盐沼带呈现出冲刷态势㊂上述结果说明潮沟系统对盐沼带地貌演变有显著影响㊂需要指出的是,本文研究年际地貌变化没有辨析极端气候的影响,这是因为有研究表明在长江口等高浊度河口,尽管极端气候比如台风会在短期造成潮滩剧烈冲刷和潮沟淤积,但充沛的泥沙供给会使台风过后数周内潮滩即迅速发生恢复性淤积,同时潮沟出现冲刷,进而削弱台风对潮滩地貌的影响[5]㊂未来开展极端气候对潮滩地貌影响的定量化研究仍很有必要,这是因为极端气候对于短时间尺度内潮滩系统的泥沙再分布过程有重要影响㊂崇明东滩北部生态治理工程修建过程中,围堰等施工手段大幅改变了研究区域的动力环境,并破坏潮滩原本的输水输沙通道,造成潮沟系统泥沙供给发生变化并最终导致进入盐沼带沉积的泥沙减少㊂此外,施工期间处于枯季,大部分盐沼带植被处于衰亡状态,不能起到促淤固滩的作用,某种程度上加剧了研究区域泥沙来源减少造成的冲刷态势[3]㊂工程修建后,整个盐沼带相比工程前,地形发生了明显的冲刷,尤其是在南侧区域和潮滩前缘区域;而这些区域沉积物也出现较为明显的粗化现象㊂以往研究认为合理规划的人类围垦能够在盐沼湿地发育中发挥积极作用[9],本研究的结果表明围堰造堤工程会改变潮滩湿地的水沙动力环境与破坏原本的水沙输运过程,进而影响潮滩地貌变化,因此围垦工程是该时段研究区域地貌变化的主要影响因素㊂大堤完工后,潮滩地貌会随之进行新的一轮自我调节过程,以往研究表明,大规模海堤建成后,邻近潮滩的水动力条件和泥沙输运路径会发生变化,比如上滩流速受海堤顶托作用减小而导致大量泥沙沉积在邻近潮滩[10],这些泥沙会进一步通过潮沟输运至盐沼植被带;此外,筑堤会围垦大面积潮滩,导致潮滩水域面积减少,即泥沙沉积区域面积减少,上述因素都会造成邻近未围垦潮滩发生淤积㊂3215期谢卫明等:河口潮滩地貌和沉积物对人类工程的响应特征本文研究结果表明,围垦工程作为重要的局部影响因素,短期内会显著改变潮滩动力地貌过程,但长期来看,对于潮滩尤其是河口潮滩来说,若流域来沙充沛,则潮滩一直淤涨;若流域来沙较少,则潮滩淤涨放缓甚至出现蚀退现象,因此河口潮滩淤涨蚀退过程更多地受流域来沙条件影响㊂表1不同时期大通站水沙情况及崇明东滩垂向淤积速率统计T a b.1S t a t i s t i c s o f a v e r a g ew a t e r a n d s e d i m e n t f l u x e s a tD a t o n g a n d a v e r a g e e l e v a t i o n c h a n g e s i n e a s t e r nC h o n g m i n g I s l a n d d u r i n gd i f fe r e n t p e r i o d s时期大通站平均年径流量/亿m3大通站平均年输沙量/亿t垂向淤积速率/c m㊃a-1 1982-1990年8910.004.1520.61990-2006年9201.532.927.22006-2010年8184.801.302.5注:垂向淤积速率依据文献[25]数据整理㊂表2研究区域光滩流速与含沙量分布特征T a b.2C h a r a c t e r i s t i c s o f v e l o c i t y a n d S S C i n t h e s t u d y a r e a站位日期涨潮平均落潮平均流速/c m㊃s-1流向/(ʎ)含沙量/g㊃L-1流速/c m㊃s-1流向/(ʎ)含沙量/g㊃L-1S12010年11月8日日潮24.4217.11.68.381.11.7 S239.3248.51.57.768.92.4 S12010年11月8日夜潮13.5218.41.110.7126.20.8 S223.5250.01.310.085.51.1注:依据文献[27]数据整理,S1与S2站点位置如图1中所示㊂4.2潮滩地貌与沉积物的工程响应的空间差异潮滩地貌演变过程涉及以下3个主要因素:水动力过程,泥沙运动过程,以及滩面下垫面特性㊂如果水动力过程强,滩面泥沙松散,则泥沙易被侵蚀进而造成滩面冲刷;反之,若水动力过程弱,滩面泥沙固结程度高,则泥沙不易侵蚀且水体悬沙易沉降进而滩面发生淤积㊂根据以往研究结果[28],沉积物中砂含量可以反映水动力强弱㊂对比研究区域沉积物类型和各组分含量发现,本区由陆向海,砂含量逐渐增高;由南向北,黏土含量逐渐增高㊂这些沉积物分布特征表明研究区域南部潮滩前缘区域水动力最强,而北侧区域水动力相对较弱㊂同时,南侧潮滩平均坡度相对较大,而潮滩宽度尤其是盐沼植被带范围较窄(图2),盐沼植被在削弱水动力㊁固结滩面㊁捕获悬浮泥沙方面的有效性已经得到了充分验证[29-30],故在外界条件发生变化时,水动力强且盐沼植被带范围更窄的南侧潮滩更容易被扰动侵蚀;相比而言北侧潮滩平均坡度更缓,植被覆盖的盐沼带宽广,滩面沉积物较难被扰动,北侧潮滩环境更易于捕获泥沙进而淤积㊂本文研究结果充分印证上述情况,工程后研究区域靠海及南侧区域出现冲刷,北侧则出现淤积(图2)㊂需要指出的是,工程完工后沉积物靠海及南侧区域进一步粗化,而北侧细化,说明工程后南侧水动力环境变强,有可能进一步加剧该区域的冲蚀情况,需要引起重视㊂基于本文的研究,从潮滩稳定与海岸可持续发展的角度,建议以后围垦工程地点应尽量选取泥沙来源充沛㊁潮滩宽广㊁水动力相对较弱的区域,并且应保证保留足够长的盐沼植被带,使工程后潮滩仍能保持淤涨发育的态势㊂还需要说明的是,尽管工程后整个潮滩呈现冲刷态势,潮沟系统附近的潮滩仍表现出淤积态势(图2),说明潮滩潮沟系统输水输沙过程是潮滩泥沙输运的重要渠道,因此工程修建过程中应避免破坏现有的潮沟系统,充分保留潮沟系统输水水沙的功能,进而维持潮滩的健康生命㊂421海洋学报41卷5 结论本文利用地面三维激光扫描系统获取了生态工程修建前2013年和完工后2014年崇明东滩南部潮滩大范围的地形数据,同时采集多站表层沉积物样品并获知该区域的沉积物特征分布情况㊂得到的主要结论如下:(1)研究区域高程在-0.5~5m 之间,由海向陆高程逐渐增大;沉积物类型以粉砂㊁砂质黏土㊁砂质泥和砂质粉砂为主,为淤泥质潮滩㊂(2)工程修建过程中,围堰工程改变了潮滩的水沙动力环境并破坏原本的水沙输运过程,外加枯季盐沼植被枯萎的影响,整个潮滩出现明显的冲刷;而沉积物则明显粗化㊂(3)工程后,北侧潮滩断面前缘发生明显的冲刷,但高潮滩潮沟密集处则发生明显的淤积;中部中㊁高潮滩发生明显的冲刷,但潮滩前缘靠潮沟入口的位置有轻微的泥沙淤积;南侧潮滩断面整体发生显著冲刷,说明潮滩不同区域地貌和沉积物变化对工程的响应存在明显的空间差异性㊂(4)工程修建造成研究区域短期内出现明显的冲刷,但潮滩的长期动力地貌过程仍取决于流域水沙条件㊂参考文献:[1] T e m m e r m a nS ,M e i r e P ,B o u m aTJ ,e t a l .E c o s y s t e m -b a s e d c o a s t a l d e f e n c e i n t h e f a c e o f g l o b a l c h a n g e [J ].N a t u r e ,2013,504(7478):79-83.[2] 陈吉余,王宝灿,虞志英.中国海岸发育过程和演变规律[M ].上海:上海科学技术出版社,1989.C h e n J i y u ,W a n g B a o c a n ,Y uZ h i y i n g .D e v e l o p m e n t a n dE v o l u t i o n o f t h e C h i n e s e C o a s t s [M ].S h a n g h a i :S h a n gh a i S c i e n t i f i c&T e c h n i c a lP u b l i s h -e r s ,1989.[3] F a g h e r a z z i S ,K i r w a nML ,M u d d SM ,e t a l .N u m e r i c a lm o d e l s o f s a l tm a r s h e v o l u t i o n :e c o l o g i c a l ,g e o m o r p h i c ,a n d c l i m a t i c f a c t o r s 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2023人教版带答案高中地理必修一第四章地貌(三)综合题1、阅读图文资料，完成下列要求。

长江口是一个丰水、多沙、中等潮汐强度的河口湾，在河流与海洋相互作用下，形成了崇明等一系列岛屿。

右图是长江河口示意图，图中的涨落潮优势转换界是河流径流和海洋潮流动力的平衡地带，在近底层涨落潮流相抵后净流速等于零的地方。

（1）指出九段沙在长江口中的位置特点，说明其成因。

（2）推断长江河口崇明等岛屿形成的先后顺序，并说明理由。

（3）长江河口涨、落潮流主通道不一致，分析其涨潮通道偏向长江北岸的原因。

（4）随着全球变暖和长江一系列大型水利枢纽的建设，预测长江河口未来的变化趋势，并说明依据。

答案：（1）位置特点：位于涨落潮优势转换界。

原因：长江携带泥沙，在涨落潮优势转换界，水流（底层）流速为零，泥沙堆积（2）形成的先后顺序：崇明岛、长兴岛或横沙岛、九段沙。

理由：九段沙现处于涨落潮优势转换界上，是最新形成的岛屿；长江三角洲从海洋向陆地演变过程中，涨落潮优势转换界不断向海洋推进，崇明岛形成最早、年代最老，其后依次形成长兴、横沙和九段沙（3）东海涨潮潮流受地转偏向力作用，向右偏转，主流偏北；同理，长江入海水流受地转偏力作用，主流偏南。

因此，在地转偏向力、潮流与径流共同作用下，长江北支河流势力较弱，涨潮潮流势力较强，形成了东海涨潮流以北支为主（崇明岛以北）（4）变化趋势：长江口的泥沙淤积将减弱；岛屿面积缩小；海岸线后退。

原因：全球变暖，海平面上升，潮流势力增强；长江水利工程建设导致来沙来水减少解析：解：（1）九段沙的位置可通过读图判断其位于涨落潮优势转换界；九段沙为流水沉积作用形成的，结合材料落潮优势转换界流速等于零，河流携带泥沙在此沉积。

（2）长江三角洲在流水沉积作用下不断增大，所以涨落潮优势转换界的位置应逐渐向海洋中移动，读图崇明岛最靠近陆地形成最早其次为长兴岛或横沙岛，九段沙目前位于涨落潮优势转换界的位置所以形成最晚。

（3）因为地球自转产生地转偏向力，受其影响，水平运动的物体北半球向右偏，南半球向左偏。

文章编号:1000-0550(2008)05-0833-11①中荷合作项目(N o .2008D F B 90240);上海市科委重大基础项目(编号:44034081);基金委创新团队项目(编号:40721004);华东师大优秀博士生培养基金(编号:20080009)联合资助。

收稿日期:2007-10-17;收修改稿日期:2008-01-22波流共同作用下潮滩剖面沉积物和地貌分异规律①———以长江口崇明东滩为例刘　红　何　青　吉晓强　王　亚　徐俊杰(华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海　200062)摘要通过对崇明东滩两个海滩剖面、表层沉积物和悬沙粒度以及同步水沙资料的分析,探讨波流共同作用下表层沉积物和地貌的分异规律。

受波流共同作用的影响,表层沉积物中值粒径由破波带向两侧逐渐变细,分选由破波带向两侧逐渐变差,偏度由极正偏变为正偏,峭度由很窄尖变为宽平和中等峭度。

由破波带向岸方向,流速逐渐减小,含沙量逐渐增加。

悬沙和表层沉积物粒度特征的对比分析表明,潮间带上部的悬沙主要来源于破波带泥沙的再悬浮。

破波带内泥沙以“波浪掀沙”引起的分选运移为主,而破波带两侧的泥沙以潮流对破波带水体的“平流输移”为主。

以潮汐水位和高精度海滩剖面数据对崇明东滩微地貌类型按高程进行了新的划分。

关键词　长江口　崇明东滩海滩剖面破波带微地貌第一作者简介　刘红　男1978年出生博士研究生　河口海岸水动力和泥沙运动研究通讯作者　何青　E -m a i l :q i n g h e @s k l e c .e c n u .e d u .c n 中图分类号　P 512.2　文献标识码　A0前言 潮滩位于海陆相互作用的动力敏感地带,潮滩剖面是近岸动力沉积和动力地貌过程的研究内容之一,而且近岸潮滩水沙输移是波流共同作用下近底边界层研究的重要内容。

以往对潮滩剖面的研究主要集中于潮滩剖面属性,或以经验关系式判别剖面侵蚀、过渡或淤积等类型,或是对潮滩剖面形态及平衡剖面、淤泥质岸滩侵蚀堆积动机制及剖面模式等的研究[1～7]。