人类活动影响下的珠江口沉积动力过程与地貌演化模拟

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河口区域的地貌演化受到河流和海洋水动力的共同影响,主要因素包括潮汐、波浪和陆地径流。近些年来,随着人类社会的发展,河道疏浚、大坝建设和围海造陆等人类活动同样成为影响河口区域地貌变化的重要因素。因此,研究河口区域的沉积动力过程、长周期地貌演化机制以及其影响因素之间的相互反馈机制,为合理开发利用资源和进行生态环境保护提供科学数据和参加依据,对于生活在河口海岸区域的人类可持续发展有着重要的意义。珠江口作为世界上河网最为复杂的河口之一,其河口海岸环境、地貌演化已受到人类活动的剧烈影响。而人类活动对于珠江口冲淤变化的影响,在前人研究中各执一词。本文利用Delft3D模型,结合现场实测数据,模拟了珠江口从水动力、沉积物输运到地貌演化的全过程,探讨珠江口的潮汐作用、沉积物输运、最大浑浊带的时空分布,以及30年的长周期地貌演化。同时,设计了多个理想实验,并针对两种最主要的人类活动——上游建坝和下游围垦对于珠江口地貌演化的影响进行了分析。结果如下。(1)珠江口以M2和K1分潮为主。M2和K1分潮的传播模式相似,珠江口外为平行于海岸传播的前进潮波,进入伶仃洋后改为西北方向传播。由于伶仃洋喇叭口型的地形影响,潮波在传播过程中其振幅逐渐增大,在伶仃洋北部达到最大。M2的振幅相较K1来说更大,可以达到0.7m,而K1最大则只有0.4m。(2)拉个朗日余流与欧拉余流分布特征相似,其分布模式主要受到地形和径流的影响。拉格朗日余流在伶仃洋北部为东南方向,由于科氏力和地形因素的影响,在伶仃洋南部逐渐向右(南)偏转。拉格朗日余流在内伶仃岛附近达到最大值约0.15m/s。斯托克斯漂流方向则与拉格朗日余流相反,这是由于潮波传播受到地形的影响而发生形变产生,但是斯托克斯漂流很小,为0.001-0.005m/s。通过对于余流的分析可以得知,珠江口内由于受到径流的影响,其沉积物输运方向也主要为向南输运。(3)珠江河口伶仃洋内以往复流为主,涨潮时伶仃洋东部深槽流速较强,退潮时西部深槽流速较强。深槽内流速大于浅滩流速。悬沙浓度分布与潮差正相关,说明了该区域沉积物再悬浮作用强烈。在模型模拟结果中更可以发现最大浑浊带的存在,主要分布在伶仃洋北部,呈南北向条带分布。(4)三维模型结果显示,在涨潮时刻,珠江口底层盐度增大明显,尤其深槽区域,说明了珠江口面临着严重的盐水入侵问题。而在落潮时刻,表层出现淡水锋,而且落潮时的海水层化作用更加明显,这与实测数据结果相一致。而三维的悬沙浓度分布为底层浓度高于表层,而且干季高于湿季。珠江口最大浑浊带存在于淇澳岛与内伶仃岛之间,成条带状分布,其中心位置及范围大小随涨潮落潮和季节的变化而变化。最大浑浊带在涨潮时向上游移动,而落潮时向下游移动,而且干季浓度高于湿季。(5)30年的长周期地貌演化结果显示,珠江口有着深槽加深、浅滩淤积并陆的演化趋势,而且河口湾主要呈现出淤积的趋势。而且伶仃洋内的岛屿例如淇澳岛和内伶仃岛周围均为沉积的中心,可以发现这些岛屿对于伶仃洋地貌演化的重要作用。(6)由于人类活动的影响,珠江口的地貌演化进程会被大大改变。而最主要的两种人类活动方式,造成的影响不尽相同,甚至是相反的作用。即河流上游的水库大坝建设造成了河口湾将向着侵蚀的方向发展,而围垦工程建设则会使得河口湾向淤积的方向发展。所以,人类活动对于河口区域地貌演化的影响是复杂的,现有的研究还未能很好的解释该问题,而这个问题又是关系到自身发展的重大问题,急需更多的研究与关注。
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