杭州湾金山深槽近期演变过程及影响因素

论文摘要

潮流冲刷槽是河口海岸地区重要的地貌类型,由于水深条件与地理位置适宜性,其周边区域成为港口、码头及航道等海洋开发活动集中区。潮流冲刷槽与其周边其他地貌单元组成复杂的地貌系统,比如潮汐汊道、滩-槽-脊系统等,动力、泥沙输运与地貌系统之间相互作用是河口海岸动力地貌学研究的重要内容。因此,潮流冲刷槽动力地貌研究具有应用价值与理论意义。由于影响因素众多以及系统内部复杂非线性作用,对潮流冲刷槽演变过程及机制缺乏全面统一地认识。近几十年来,人类活动及极端天气事件影响加剧,改变了潮流冲刷槽自然演变过程,使该过程复杂化。潮流冲刷槽动力地貌研究面临更大挑战,同时,这种变化凸显人类活动及极端天气事件与动力地貌系统之间相关性,给潮流冲刷槽动力地貌研究提供了很好的切入点。杭州湾北岸发育有一系列潮流冲刷槽,金山深槽位于其最东端。1960年代以前,杭州湾海岸开发利用活动较少,金山深槽基本处于自然演变状态,动力地貌系统相对稳定。1960年代后,开发利用活动增多,金山海岸有围垦、码头建设、海底输油气管道铺设等。为了解读近几十年在自然和人为因素综合作用下,杭州湾与金山深槽的演变过程及其影响因素,本文收集了19602014年杭州湾5期遥感数据、3期水下地形数据,采用统计对比方法,分析了50多年间杭州湾岸线变迁与地形冲淤变化;收集了19602011年金山深槽区域17期水下地形数据,采用统计对比于经验正交函数分解方法,分析了金山深槽地形地貌演变过程。结合岸线、地形与多期水文同步观测数据,采用Mike 21数值模拟方法,分析了海岸围垦引起海岸线变迁对杭州湾大区域以及金山深槽局部区域水动力场的影响;建立水动力-泥沙耦合模型,模拟9711号台风对金山深槽流速、悬沙含量及地形影响。通过上述工作,对金山深槽地貌演化的时空特征,以及人类活动与极端事件对潮流冲刷槽的影响等科学问题获得了以下认识。1960年以来,钱塘江河口与杭州湾区域岸线变迁的主要原因是海岸围垦。河口区治江围涂主要发生在19601995年,围涂总面积约180 km2,河口南岸岸线总体推进约10 km;杭州湾海岸围垦1960年以前已经发生,而大规模围垦主要发生于1995年以后,围垦总面积约300 km2,湾南岸线总体推进约35km。海岸围垦导致杭州湾面积缩小、南北宽度缩窄,岸线形态北岸趋于平直化,南岸外凸愈加明显。海岸围垦是近期杭州湾冲淤变化的重要原因。根据地形数据对比得到的杭州湾主要冲淤演变特征表现为杭州湾容积减小,整体呈淤积演变特征;主要淤积区位于南岸浅滩,浅滩淤积外推,迫使冲刷区域更加贴近北岸;主要冲刷区为优势涨潮流流路区。上述变化有其沉积动力学基础。大区域水动力模拟显示,围垦导致岸线变迁对杭州湾流场产生明显影响,湾中部金山-庵东断面北部深槽区涨潮流速增幅大于落潮增幅,涨潮优势增强;沿断面向南落潮流速增大,至庵东浅滩前沿已不存在涨潮优势。自湾中向湾顶,涨潮流速增大,而落潮流速减小,愈向湾顶涨潮优势愈明显,涨落潮流路分异不明显。围垦引起杭州湾中上部涨潮优势增强,更多沉积物会被输运至湾内中上部,随较弱的落潮流沉积于杭州湾南岸浅滩。金山深槽的空间变化体现在西侧深槽比较活跃:北支在1985年开始淤积,至1998年基本消失;中支为深槽延伸主支,在1988年与西侧全公亭深槽连通;南支逐渐并入中支,造成深槽南北变宽、东西增长。从深槽容积的变化来看,呈现三阶段演变过程。其中,第一阶段（19601987）深槽向西与西南方向延伸,深槽面积与容积明显增大;第二阶段（19871996）深槽容积保持相对稳定,但北支淤积而中支侵蚀发育;第三阶段（19962011）深槽经历了侵蚀（19961998）、补偿性淤积（19982000）以及随后的容积缓慢增大过程（20002011）。经验正交函数分解第一特征函数也反映出上述深槽演变的三阶段特征。水动力模型结果显示,杭州湾大区域围垦导致金山岬角西侧海域流场增大,促使金山深槽向西延伸。金山沿岸局部围垦可能会产生两方面影响,一方面负反馈机制导致北岸边坡与金山深槽距离缩短,一定程度上起到束窄深槽宽度、增大流速的效果,有助于深槽延伸与拓宽;另一方面西南延伸的金山岬角导流作用,导致涨潮优势流偏向西南方向,西北侧形成缓流区,深槽北支淤积而中支与南支发育,可以解释深槽第一、二阶段演变过程。纳入台风过程的动力地貌模型结果显示,9711号台风期间,台风造成落潮流速、悬浮泥沙含量增大,导致地形侵蚀。可以定性解释金山深槽第三阶段之初的全面侵蚀过程以及随后的恢复性淤积过程。深潭边界深度存在地层分界面,抗冲性差异导致台风过后深潭不能恢复之前的分散状态。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 潮流冲刷槽动力地貌过程研究
•     1.2.2 杭州湾及北岸深槽动力地貌演变研究
•   1.3 本文科学问题、主要内容和技术路线
• 第二章 研究区域概况
•   2.1 杭州湾概况
•     2.1.1 自然地理概况
•     2.1.2 径流
•     2.1.3 海洋水文
•     2.1.4 悬沙输运
•     2.1.5 沉积特性
•     2.1.6 地貌特征
•   2.2 杭州湾演变历史概况
•   2.3 金山深槽概况
• 第三章 材料与方法
•   3.1 历史数据收集
•     3.1.1 遥感数据
•     3.1.2 地形数据
•     3.1.3 水文观测数据
•   3.2 数据处理
•     3.2.1 海岸线提取
•     3.2.2 数字高程模型建立
•     3.2.3 经验正交函数分解
•     3.2.4 Mike21模型简介
• 第四章 近50多年杭州湾岸线变迁与地形冲淤变化特征
•   4.1 杭州湾岸线变迁
•   4.2 杭州湾整体的冲淤变化
•   4.3 不同区域及典型断面的冲淤变化
•   4.4 小结
• 第五章 近50多年金山深槽演变过程
•   5.1 金山深槽岸线变迁
•   5.2 深槽所在区域的整体冲淤变化
•     5.2.1 区域演变特征
•     5.2.2 海岸边坡变化
•     5.2.3 深槽区域变化
•   5.3 EOF分析深槽的时空变化
•   5.4 小结
• 第六章 海岸围垦对金山深槽演变影响
•   6.1 模型设置
•   6.2 模型验证
•     6.2.1 潮汐水位验证
•     6.2.2 流速和流向验证
•   6.3 数值实验
•   6.4 模型结果分析
•     6.4.1 杭州湾水动力对岸线变化的响应
•     6.4.2 杭州湾水动力对围垦边界与底边界变化的响应
•     6.4.3 大区域围垦对金山深槽演变影响
•     6.4.4 局部围垦对金山深槽演变影响
•   6.5 小结
• 第七章 风暴潮对金山深槽演变影响
•   7.1 台风风场验证
•   7.2 模型设置
•   7.3 风暴增水验证
•   7.4 9711号台风风暴潮对金山深槽影响
•     7.4.1 风暴潮对深槽区域流速与悬沙影响
•     7.4.2 风暴潮与地层条件对深潭影响
•   7.5 小结
• 第八章 结论与展望
•   8.1 结论
•   8.2 创新点
•   8.3 展望
• 参考文献
• 作者简历及在学期间科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 刘毅飞

导师: 陈沈良

关键词: 杭州湾,金山深槽,岸线变迁,地貌演变,海岸围垦,风暴潮

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学,海洋学,海洋学

单位: 华东师范大学

基金: 自然资源部第二海洋研究所科研院所基本科研业务费专项项目“杭州湾北岸深槽区的近期冲淤演变特征与机制”(SJ200802),国家908专项评价项目“我国重要海湾和河口湾的淤积灾害及防治”(908-02-03-08)

分类号: P737;P75

总页数: 159

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