【摘 要】
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大河三角洲是陆海相互作用强烈的区域,也是海洋和陆地物质交换的过渡地带。近40年来在全球变化和人类活动的双重压力驱动下,世界上很多大河三角洲的沉积物来源、输运和底床冲淤正在经历持续性调整。相较于纯自然因素控制下的演变,当前的河口呈现出更为复杂的变化特征,而长江三角洲作为一个典型的受强烈人类活动干预的潮控型河口三角洲,对其系统演化规律的研究一直是学术界关注的前沿与热点。当前的长江三角洲面临着侵蚀灾害的
【基金项目】
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国家自然科学基金委长江水科学研究联合基金重点支持项目-“全球气候变化和人类活动双重压力驱动下的长江口演变与综合治理研究”(No.U2240220); 上海市教育委员会科研创新计划项目“自然科学重大项目”-“长江三角洲蓝图重绘的基础科学问题研究”(2019-01-07-00-05-E00027); 国家杰出青年科学基金(国家自然科学基金委)-河口海岸学:潮控河口海岸沉积体系与地貌演化的现代过程研究(
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大河三角洲是陆海相互作用强烈的区域,也是海洋和陆地物质交换的过渡地带。近40年来在全球变化和人类活动的双重压力驱动下,世界上很多大河三角洲的沉积物来源、输运和底床冲淤正在经历持续性调整。相较于纯自然因素控制下的演变,当前的河口呈现出更为复杂的变化特征,而长江三角洲作为一个典型的受强烈人类活动干预的潮控型河口三角洲,对其系统演化规律的研究一直是学术界关注的前沿与热点。当前的长江三角洲面临着侵蚀灾害的威胁,在流域来沙锐减和高强度的人类活动干预下,河口地形地貌和水动力条件产生了巨大的变化。为了探索近40年长江口沉积物输运和底床冲淤的时空变化趋势,本研究基于1980-2020年长江口表层沉积物粒度和水下地形数据,结合沉积物粒径趋势模型、空间统计分析、EOF分析和FVCOM数值模拟,揭示了长江口的沉积物粒度参数变化特征、底床冲淤演变规律及其影响因素,得出如下结论:(1)受到近40年流域来沙减少的影响,长江口的表层沉积物呈现显著粗化的趋势,这与长江口近年来的冲刷态势相吻合。长江口沉积物类型多年变化并不显著,但表层沉积物中砂含量整体上有所增加,砂含量高值区与粉砂含量高值区在空间上呈现出相反的分布状态,即口内含砂量高而口外粉砂含量较高,粘土整体含量较低且分布比较均匀。强烈的人类活动,如深水航道建设、围垦工程等,造成了长江口沉积物粒度参数在空间上局部不均匀的斑块状分布。(2)沉积物输运趋势分析结果表明,北支沉积物总体向河道中下部汇聚,南支则在南、北港分流处靠近崇明岛附近形成沉积中心,该结果与2012-2020年水下地形计算的冲淤变化规律基本相符,沉积物粒径趋势分析指示的沉积中心具有较大的淤积幅度。口外沉积物则大致沿从北向南的方向输运,该输运趋势可能与沿岸流的南向输运有关。(3)长江口多年数字高程模型分析的结果表明,上个世纪80年代前长江口的淤积状态更多表现为自然因素主导的变化,自上游开始兴建大坝水库,尤其是三峡大坝开始蓄水拦沙后则更多的表现为人为因素主导的冲刷过程。长江流域来沙量的减少使得长江口由整体淤积转向冲刷,2009-2012年为对上游来沙量减少响应的过渡时期,在2012年后长江口转变为整体侵蚀。长江口人类活动如深水航道建设、围垦以及采砂等会引起局部区域的冲淤变化,其主要原因为改变了水动力及物源条件。(4)基于FVCOM模型的数值模拟结果表明,如保持人类活动影响前的高输沙量,长江口可维持稳定状态,各沉积物组分含量整体稳定,三种组分变化均在小范围内浮动,这表明当前已发生的河口底床沉积物变化主要与流域沉积物供应减少密切相关。将流域来沙量进一步减少,发现砂、粉砂和粘土三种沉积物组份均出现了显著变化,具体表现为砂和粉砂含量显著曾加,粘土含量减少,沉积物显著粗化。由此可见,未来如果流域来沙量进一步减少,长江口沉积物会进一步粗化。长江口未来还会面临更加复杂的外部驱动力影响,包括人类活动如流域生态保护、河口航道资源开发、全球变化及极端气候事件等,需加强长江口表层沉积物和底床冲淤变化的精细化监测,发展具备更多功能模块(如人类活动、生物生态过程)的数值模型,为未来的长三角一体化和长江大保护战略提供科学支撑。
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