（海洋地质专业论文）长乐东部海岸沙丘的沉积与移动特征研究.pdf

内容摘要 长乐东部沿岸的海岸风沙规模之大、海岸风沙地貌类型之多、海岸沙丘发育 之典型，在我国东南沿海很有代表性。本文作者在了解和掌握了国内外海岸风沙 研究现状的基础上，针对长乐东部海岸风沙研究的某些薄弱环节，重点对风沙沉 积构造、风沙流结构、风蚀坑进行了详细观测和研究，并对该海岸带的风沙灾害 提出合理的防治措施。 通过对海岸沙丘的天然剖面和人工开挖剖面的观测和研究，研究区海岸沙丘 沉积构造类型可以归结为水平层理、板状交错层理、发散状层理、楔状交错层理、 同生变形构造等，文中对每种构造的特征进行了详细描述。 通过对不同地貌单元风沙流结构的对比观测和研究，在海滩后缘、活化沙丘 项部和固定沙丘项部，风沙流中输沙量随高度的变化存在差异，风沙流中沙粒的 粒径在垂直分布上的变化规律也不相同。文中对造成风沙流结构差异的主要影响 因素进行了分析。 通过对槽形沙丘风蚀坑的观测和研究，分析和讨论了风蚀坑的形态特征、风 蚀坑内的风速与风向变化、风蚀坑的风沙搬运与沉积过程，以及风蚀坑的成因和 风蚀坑的演化阶段。 论文最后在调查风沙灾害现状和防治现状的基础上，提出了海岸风沙防治与 风沙资源开发并重的建议和具体措施。 关键词：海岸风成沙丘；沉积构造；风沙流结构；风蚀坑；防治措旌 a s t u d yo ns e d i m e n t a r ya n dm o v i n gc h a r a c t e r i s t i c so f s a n d y d u n e si nt h ee a s t e r nc o a s t ，c h a n g l e ，f u j i a n a b s t r a c t t h i sr e s e a r c hc o v e r st h eg e o m o r p h o l o g ya n dg e o d y n a m i c so ft h ec o a s t a ld u n e sa te a s t c o a s to fc h a n g l e ，f u j i a n ，c h i n a a sf a ra st h es c a l e sa n dr e l i e ft y p e sa r ec o n c e m e d ， t h e yc a nb ec o n s i d e r e da so n eo ft h et y p i c a le x a m p l e sf o r t h ec h i n a ss o u t h e a s t e r n d u n ef o r m a t i o n s o n eo ft h ea i m so ft h i sr e s e a r c hi st of i l lt h em i s s i n g p o i n t so ft h ep r e v i o u ss t u d i e s i n a d d i t i o n ，t h i sr e s e a r c hp a r t i c u l a r l yf o c u s e so nt h e s ep r o b l e m s ，s u c ha s ，i n t e r n a l s e d i m e n t a r ys t r u c t u r e s ，a n dc o n f i g u r a t i o no fd r i f t i n gs a n df l u x ，a n dg e n e r a lp a t t e r n s a n dm e c h a n i s mo fw i n di n d u c e ds a n dm o v e m e n t f u r t h e r m o r e ，t h es e d i m e n t a r ys t r u c t u r e sa r ec l a s s i f i e di n t of i v et y p e si nd e t a i l sw h i c h a l s oi n c l u d ei n t e r n a ld e f o r m a t i o n a ls t r u c t u r e so ft h ed u n e so nt h eb a s i so ft h e o b s e r v a t i o n sa n do u t c o m e so ft h i sr e s e a r c h t h e s ea r e ：h o r i z o n t a lb e d d i n g ，t a b u l a r c r o s s b e d d i n g ，“s c a l l o p e d ” c r o s s b e d d i n g ， w e d g e d c r o s s - b e d d i n g a n d c o n t e m p o r a n e o u sd e f o r m a t i o ns t r u c t u r e f u r t h e r m o r e ，d r i r i n gs a n df l u xp a t t e r n si nt h ed i f f e r e n tr e l i e ft y p e sa r ei d e n t i f i e d u n d e rt h es c o p eo ft h es t u d i e si nt h r e ed i f f e r e n ts i t e sa l o n gt h eb e a c h p r o f i l e f o rt h i s p u r p o s eas e d i m e n tt r a pi su s e d a c c o r d i n gt ot h eo u t c o m e so ft h es e d i m e n tt r a p e x p e r i m e n t ，a ni n v e r s er e l a t i o nb e t w e e nt h es a n dt r a n s p o r tf l u xa n dt h ei n c r e a s i n g h e i g h tl e v e lo nt h es e d i m e n tt r a pi sd e t e r m i n e d i nt h e s et h r e es i t e sv e r t i c a lg r a i ns i z e d i s t r i b u t i o ns h o wn o r m a lg r a d i n gs e q u e n c eo f s t r a t i f i c a t i o n ( e g ，c o a r s e ra tt h eb o t t o m ， f i n e ra tt h et o p ) ，h o w e v e r , t h es e q u e n c eo ft h ed i s t r i b u t i o nd o e sn o ts h o wu n i f o r m i t y a m o n gt h es a m et r a ph e i g h tl e v e l so nt h ee a c hs e l e c t e ds i t e s i nt h i sc o n n e c t i o n ，i ti s a l s oc o n c l u d e dt h a t ，s e d i m e n tf l u xm a i n l yd e p e n d so nt h eg r a i ns i z e ，a n dt h ed i s t a n c e f r o mt h eb e a c hf a c e t h eg e o m o r p h o l o g i c a lf e a t u r e sa n dp a t t e r n s ，t h ev a r i a t i o n so fw i n ds p e e da n d d i r e c t i o n ，a e o l i a ns a n dt r a n s p o r tm e c h a n i s ma n dp r o c e s s e s ，d u n ef o r m a t i o ns t a g e sa r e a l s oi n v e s t i g a t e d u n d e rt h el i g h to fe x i s t e dk n o w l e d g e ，a s s e s s m e n t so fd u n ep r e v e n t i o na n d m i t i g a t i o nm e a s u r e sa r ea l s oc o n s i d e r e d k e y w o r d s ：c o a s t a ld u n e ；s e d i m e n t a r ys t r u c t u r e ；c o n f i g u r a t i o no fd r i f t i n gs a n d f l u x ；b l o w o u t ；p r e v e n t i o n 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成 果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在 文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文产生的权利 和责任。 声明人( 签名) ： 刘建埤 渺7 年7 只7 7 日 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦 门大学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸 质版和电子版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允 许论文进入学校图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关 数据库进行检索，有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 本学位论文属于 i 、保密() ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密( ) ( 请在以上相应括号内打“ ) 作者签名：到麟日期：，吵年夕月，7 目 导师签名：却占象 日期：2 一。夕年7 月卵日 i 乏乐永邬海岸沙斤的沉积与移动特征研究 第一章绪论 第一节研究目的和意义 沿海地区是世界经济和人类文明发展的中心。据估计，目前世界上约有2 3 的人口居住在沿海地区。在我国，尽管沿海地区只占国土面积的1 4 左右，人口 却占全国总人口的4 5 ，二 农业总产值占全国的6 0 1 1 i 。然而，沿海地区海岸带 也存在各种各样的自然灾害，海岸风沙灾害就是其中之一。 我国有着绵长的海岸线，在1 8 0 0 0 多公里的海岸线上，存在不同程度风沙作 用的海岸线就有近3 0 0 0 公里1 2 1 。福建省有着全国第二长的海岸线，长达3 3 2 4 公罩，海岸风沙面积达7 6 6 万亩，其中长乐、海坛岛、晋江、漳浦、东山岛等 地的海岸风沙规模较大。 长乐东部海岸风沙分布广泛，北起闽江口南岸的梅花镇，南至首祉乡，全长 约3 0 k m ，呈北北东一南南西的条带状平行于岸线分布，风沙地面积约为8 0 k m 2 ， 占全县耕地面积的4 3 左右【3 】。长乐东部沿岸的海岸风沙规模之大、海岸风沙地 貌类型之多、海岸沙丘发育之典型，在我国东南沿海都很具有代表性。 氏乐海岸是福建省东南部的一个重点开发旅游景点，宽阔平坦的海滩和随山 峦起伏的沙丘堪称“闽越沙漠风光”，是本区的一大旅游景观。但是，由于自然 和人为因素的作用，该海岸带新的沙丘不断形成，并向内陆移动，而原先形成的 固定、半固定沙丘又部分出现活化。这些逐渐向内陆移动的沙丘对当地旅游业的 图1 1 风沙对居民生活的危害 f i g 1 1t h ed i s a s t e rm a d eb ya e o l i a ns a n d l 长乐东部海岸沙匠的沉积与移动特征研究 发展、农田的保护、居民的生活都形成较大的威胁( 图1 1 ) ，并造成较大的损失， 制约着当地社会、经济、环境的可持续发展。所以，如何阻止风沙向内陆的入侵、 防止固定、半固定沙丘的活化，使风沙灾害降至最小，是当地急需解决的一个课 题。 综上所述，选择极具代表性的长乐东部海岸风沙地带为研究对象，查清长乐 东部海岸风沙的来源、海岸沙丘的形成原因，查清风沙的运移规律、风沙的沉积 条件和方式，查清固定、半固定沙丘的活化原因，在此基础上提出合理的防治措 施，不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的实际价值。 第二节研究现状 近几十年来，海岸风沙灾害越来越受到政府和科学界的关注。海岸风沙的形 成发育机制、形态学、动力学、沉积构造、固定沙丘的活化，以及理论研究如何 指导海岸保护和风沙灾害防治等诸多科学问题，国内外学者已经开展了广泛而深 入的研究，并取得了大量成果。 对于海岸风沙的形成发育机制，传统研究认为海岸沙丘的形成影响因素主要 包括沙源、风况、地形、湿度、植被及其类型等。国外自2 0 世纪8 0 年代以来， 不再完全按照内陆沙丘的形成机理来研究海岸沙丘，而是以传统的沙丘形成条件 分析为基础，依照系统论从海滨海岸沙丘动力地貌系统要素间的相互作用来 探讨海岸沙丘形成的原因。h e s ppa ( 1 9 8 2 ) 提出澳大利亚西南海岸沙丘形成 的条件主要有海岸线上升速率、波浪侵蚀速率与范围等 4 1 ；p y ek ( 1 9 9 0 ) 对英 国西北海岸的成因研究后认为，该海岸沙丘的形成主要受海岸地形、海滨动力状 态、风况特点、自然植被覆盖的范围与生长方式等条件的控制【5 1 。b i r de c e 对 整个欧洲的海岸沙丘成因都进行了深入的分析归类【6 】。s h o r ta d 和h e s pe a 分 析了海滨动力状态类型与海岸沙丘类型的关系，提出微观尺度上海滨地貌动力状 态与海岸沙丘相互作用即海岸沙丘形成的基本模式 7 1 。p s u t y n e 总结了海滨沉积 状态、海岸沙丘沉积状态与海岸沙丘形态特点之间的关系，得出了中观尺度上海 岸沙丘形成机理的基本理论模式 8 1 。在不同研究区域和不同研究尺度上的研究发 现，海岸沙丘形成的基本条件相差不大，但主导因素各不相同。 关于沙丘内部沉积构造的研究至今报道不多。m c k e e 9 1 对美国和西南非的沙 丘内部构造进行研究后，总结了风成沉积的主要构造特征。b i g a r e l l a 对巴西巴拉 2 长乐东部海岸沙丘的沉积与移动特征研究 那州莱斯特的普雷亚海岸沙丘内部构造也做过研究。国内学者业治铮( 1 9 8 4 ， 1 9 8 5 ) 和张明书( 1 9 8 7 ) 对南海西沙群岛的海岸沙丘沉积构造进行了详细研究； 李从先【1 0 】利用探槽和天然剖面对河北昌黎和福建长乐的海岸沙丘沉积构造进行 过观测；吴正和吴克刚( 1 9 8 7 ) nn 】等对海南岛东北部沙丘研究后认为，该区海岸 沙丘沉积构造中既有大型交错层理，又有区别于内陆沙丘构造的特征，如厚层顶 积层的保存及变形层理普遍存在。同时，吴正等人用人工开挖探槽的方法，利用 靠近海边的已半固结的沙丘天然剖面，对广东惠来南海乡的海岸沙丘内部构造特 征进行了研究，认为华南海岸沙丘层理主要为高角度板状或楔状层理，倾角普遍 为3 0 3 5 。 在风沙流结构携沙气流中输沙量的垂直分布研究方面，国内外学者【1 2 】【1 3 】( 切 皮尔，1 9 4 5 ；田中一夫，1 9 6 2 ；威廉姆斯，1 9 6 4 ：吴正等，1 9 6 5 ；马世威，1 9 8 8 ) 做了许多风洞试验和野外的研究，多认为随高度增加其相对输沙量呈指数规律递 减( 负指数分布) 。但也有不同意见，董飞和刘大有就认为，风沙流中输沙量沿 高度成负指数分布是一种经验规律，缺乏理论基础；河村龙马【1 4 1 在风洞和野外 的输沙量测量工作表明，输沙量在床面附近明显偏离指数分布。拜格诺发现在沙 砾地区，沙子最大跃移高度为2 m ，而在沙面上，沙子最大跃移高度为9 c m 。朱震 达n 司通过实验研究认为9 0 0 5 的沙量是在o - - - 1 0 c m 高度内传输。吴正、齐之尧通过 野外观测证实，气流搬运的沙量9 0 以上在距离沙质地表3 0 c m 的高度内，尤其 集中分布在o - - l o c m 气流层内，约占8 0 0 5 。国外学者采用数值模拟方法对风沙流 结构进行过研究，根据兹纳门斯基的研究n 引，风沙流决定着沙子吹蚀和堆积过程 的发生。吴正，凌裕泉( 1 9 8 7 ) 提出了判断风沙侵蚀、堆积的风沙流结构特征值 n 钉，在前人的研究和野外实际工作的基础上，马世威【1 8 】提出了风沙流结构式。 风蚀坑的研究近十多年来才逐步引起有关学者的重视。特别是从1 9 9 4 年在 美国召开的第三届风沙会议以来，国外学者先后在荷兰f 1 9 1 2 0 】【2 、美国f 翊、澳大 利亚【2 3 1 、新西兰【2 4 1 、南非【2 5 1 等国家的海岸地区开展了海岸沙丘风蚀坑气流场、 蚀积速率、形态变化等的实验研究，取得了一系列成果。他们建立了海岸前缘沙 丘上发育的沙丘风蚀坑演化的起动模型和准平衡模型，模拟了风蚀坑内的风速变 化，总结了槽形坑内气流的变化和沙粒的搬运。相对而言，国内关于这方面的报 道较少，史培军【2 6 】曾对科尔沁内陆沙丘风蚀坑的气流动力学过程和发育过程进 3 长乐东郎海岸沙匠的沉积与移动特征研究 行过初步研究。 海岸风沙灾害的治理历来受到各国政府和学者的重视。早在1 6 世纪4 0 年代， 丹麦就开始海岸风沙的治理，英国、波兰、德国及波罗的海沿岸各国都相继采取 措施治理海岸风沙。目前，在海岸风沙灾害防治方面，国内外主要采用格状沙障、 前沿阻沙防护栅栏、植被固沙、以及化学粘合剂固沙等方法，其中植被防沙是防 治风沙灾害的最有效措施。风沙治理中的难点是风沙防护体系的合理宽度，尽管 许多学者【2 7 1 1 2 8 】【2 9 1 从不同的角度出发，考虑了风沙运动规律、下垫面性质、风速 等多种影响因子，尝试建立了风沙防护体系的理论宽度模型，但至今未形成一个 令人满意的具有普遍性的认识。另外，虽然国内外已总结出行之有效的风沙综合 治理方法，但风沙治理工程由传统生态型向生态经济型转变还有待深入研究。 第三节研究思路 长乐东部海岸的海岸沙丘是如何形成的? 在什么样的气候条件或其他因素 影响下会产生海滨地区的风沙灾害? 固定、半固定海岸沙丘在什么条件下活化? 应该如何结合当地的气候和地理特征来制定合理的防治措施? 围绕回答和解决 这些问题，构成本文研究思路的基本要点。 1 海岸沙丘的形成机制和演化机理在世界各地不同海岸带都有不同的方 式。长乐东部海岸带海岸沙丘形成始于什么时期? 主要的形成因素是哪些? 后期 如何演化? 2 沙物质在风力作用下，不仅会发生搬运和堆积过程，形成各种沙丘，而 且在搬运堆积过程中会形成相应的沉积物构造特征。沙丘内部含丰富的层理构 造，层理可反映沙丘演变及其与环境变化间的动态关系。沙丘沉积的沉积环境鉴 别，最可靠的莫过于反映其沉积过程的构造。 3 风作用于沙质地表有怎样的结果，风和沙物质间有怎样的相互关系? 认 识和掌握风沙运动的规律，是制定防治风沙灾害的有效措施的前提。 4 固定沙丘在经历某些自然或人为过程后会重新活化，并开始运动。沙丘 活化的主要原因是什么? 活化有怎样的演变过程? 第四节研究内容 围绕以上研究思路，本文在前人有关闽江口地貌，长乐东部海岸沙丘发育条 件、粒度分布、形态分布等研究成果的基础上，结合野外的实际观察和测量，重 4 长乐东郯海岸沙丘的沉积与移动特征研究 点对以下内容进行了研究。 1 选取形态典型的海岸沙丘，开挖沙丘剖面，实地观察沙丘内部结构，做细 致的层理和产状测量，对不同的沉积构造进行分类描述。 2 选择不同类型的地貌单元，研究气流层中风沙的浓度，不同高度的输沙通 量，判断各种条件下沙质地表蚀积状态的风沙流结构指标，分析风速、输沙量等 不同因素对风沙流结构的影响。 3 沙丘风蚀坑是固定沙丘( 或沙地) 开始活化的明显标志，也是响应于环境 变化及人类活动的风沙动力学过程最直接的地面反映。实地考察长乐东部海岸带 所形成的海岸沙丘风蚀坑，观测其外部形态，内部的风速、风向分布以及风沙物 质的搬运和堆积规律。分析影响风蚀坑形成的自然和人为因素。 4 根据长乐东部海岸风沙运动规律和成灾特点，分析历年来的防沙、治沙方 式和措施及其效果，从风沙资源开发与防治并重的可持续思想出发，提出行之有 效的海岸风沙防治对策。 5 长乐东鄙海岸沙丘的沉积与移动特征研究 第二章研究区概况 第一节地理位置 研究区位于福建省长乐市沿海地带，北接闽江口，东濒东海，与台湾隔海相 望。介于北纬2 5 0 4 1 7 1 3 - 2 6 0 0 3 2 4 、东经1 1 9 0 2 3 2 4 1 1 9 0 4 1 2 7 之 间。长乐东部沿海海岸风沙分布广泛，从闽江口南岸的梅花至首祉一带呈n e n n e 向条带状展布，并大致平行于海岸线，构成了长约3 0 k m ，覆盖面积约 8 0 k m 2 的海岸风沙带( 图2 1 ) 。 1 1 9 3 即 1 t9 4 伊 图2 1 长乐东部海岸沙丘类型分布图 f i g 2 1 1 1 l ed i s t r i b u t i o no fc o a s t a ld u n e si ne a s to fc h a n g l e 6 长乐东郡海岸沙丘的沉积与移动特征研究 第二节风沙地貌类型 长乐东部沿海，年内主导风向为北东向，在北东向向岸风的吹蚀下，潮间带 上大量泥沙在退潮后不断地向岸上搬运堆积，形成了沿岸分布的海岸沙丘和有少 量沙丘发育的较平坦平沙地。长乐东部海岸发育的沙丘类型可分为岸前沙丘、平 行沙丘、穹状沙丘、横向沙丘链、新月形沙丘等n 1 。 由于沙源条件、岸线方向、原始地形和海滩坡度等因素的影响，使得海岸风 沙的堆积物特征、地貌组合类型、发育模式及演化方向等，在北部、中部和南部 三个岸段具有明显的区域分异特征髓1 。 北段从梅花到文武砂沙嘴岸段，风成沙特征接近于河口沙，入海河流的沙源 供应充足。本岸段后缘除零星分布少量低矮小沙丘外，地势规模较为平坦开阔， 形成了宽度多在4 k m 以上的海岸沙丘带和平沙地。海岸沙丘带规模大，风沙地貌 类型复杂多样，由海向陆，遵循雏形沙丘岸前沙丘横向沙丘和沙丘链一 一圆形、椭圆形、抛物线形、u 形沙丘平沙地的发育模式。 中段从漳坂到克明楼岸段，由于沙滩坡度小，临界起沙风速低，向岸风的有 效作用力大，在海滩的后缘发育了三列近于平行的、n e 向的横向加积型沙丘， 其形体高大，具有明显而单一的脊顶，沙丘规模大而典型，具有由岸向陆规模逐 渐减小、高度逐渐降低的趋势。 南段为下沙至首祉岸段，风沙地貌的发育基本上与北段一致，但是由于该岸 段海滩坡度较大( 1 2 5 0 - - 1 4 5 0 ) ，且低山丘陵逼近海岸，沿岸平原狭窄，使得 海岸沙丘的形体规模受到了很大限制，海岸沙丘带的宽度一般只有2 k m 左右。固 定沙丘形态类型单一，多表现为矮小的圆形、椭圆形沙丘。但是近年来由于固定 前缘沙丘的植被受到人为的破坏，原先已被固定的圆形、椭圆形沙丘又重新活化 成规模较小的平行岸线分布的横向沙丘和沙丘链。 第三节气候 福建长乐地区属南亚热带海洋性季风气候，冬短夏长，年无霜期平均达3 2 6 天，年平均日照数为1 7 0 0 1 9 8 0 小时；夏无酷暑，冬少寒霜，温暖湿润，年平均 气温1 9 8 。最冷月l 2 月，平均气温为6 1 0 ，历史最低气温一1 7 ；最热 月7 8 月，平均气温为2 4 - 2 9 ，历史最高气温3 9 9 。雨量较充沛，多年平均 降水量1 3 9 3 6 m m ，降水主要集中在3 - - 6 月，每年1 0 月至次年2 月降水量显著减少 7 跃乐东部海岸沙丘的沉积与移动特征研究 ( 表2 1 ) 。年平均相对湿度约7 7 。3 6 月份蒸发量小于降水量，其余各月蒸发 量都高于降水量，年均蒸发量大于降水量。 表2 1 长乐地区多年气温、降水量统计 t a b l e 2 1a i rt e m p e r a t u r ea n dp r e c i p i t a t i o ns t a t i nc h a n g l ec o u n t y 月份 12345 6789l0l ll2 全年 气温 l o 91 1 01 3 51 8 22 2 22 6 o2 8 92 8 42 5 92 2 11 7 71 3 21 9 8 ( ) 最高气温 2 7 22 9 93 1 93 3 43 7 53 8 73 9 93 9 83 9 63 5 73 2 32 8 83 4 6 ( ) 最低气温 o 5o 5l - l5 41 1 31 5 42 0 12 0 41 5 49 63 1- 1 78 4 ( ) 降水量 4 88 6 61 4 5 41 6 6 41 9 3 72 0 8 99 8 81 7 9 71 4 5 04 7 64 1 33 2 o1 3 9 3 6 ( f i l m ) 资料来源：福州气象站，1 9 7 1 2 0 0 1 。 长乐市主导风向为东北风，仅7 月份偏南风为主( 表2 2 ) 。稳定的风向直接影 响研究区的风沙地貌发育、风沙地貌的分布和格局。7 9 月是台风活动期，平均 每年6 7 次，平均台风直接登陆长乐市境2 3 次，有记录的台风最大风速可达到 4 0 7 1 1 1 s 【3 】。台风对研究区的风沙地貌形成、演化、分布也有显著影响，台风期间 常常能发生大规模的风沙活动和沙丘移动。本区年平均风速超过4 3 m s ，月平均 最大风速出现在1 1 月份。冬季风速大，加之降雨稀少，气候干燥，海滩沙含水量 低，所以冬季是一年内风沙活动发生最强烈的时期，也是风沙地貌发展、演化的 主要时期。 表2 2 主导风向、主导风向频率及平均风速 t a b l e 2 2w i n dd i r e c t i o n ，f r e q u e n c ya n dm e a nw i n dv e l o c i t i e s 月份i23456789l o1 l1 2全年记录年代 资料来源：鹿世瑾 气象出版社，1 9 9 9 8 蚋瞒 陋 孔 珏 l i 弘 蔓 乾 卵 陋 | ；! 记 懿 陋 “ 跚 b 辎 5 陋 博 笠! 嚣 如 ! ；| 虬 胍 驺 拍 ；! 弘 | i ! 弘 锚 向 率 速 艇 腑 粹 霎 一 长乐东部海岸沙丘的沉积与移动特征研究 第四节水文 一、陆地水文 研究区入海河流主要为闽江。闽江是福建省最大的河流，发源于武夷山脉杉 岭山南麓的九县山，流经3 6 个县( 市) ，位于东经1 1 6 。2 3 1 1 9 。4 3 ，北纬 2 5 。2 3 2 8 。1 9 之间，全长5 4 1 k m ，流域面积6 0 9 9 2 k m 2 。其中，福建省境内 面积5 9 9 2 2 k m 2 ，占流域面积的9 8 2 ，约占福建省面积的一半；浙江省境内面 积10 7 0 k m 2 ，仅占流域面积1 8 4 1 。 闽江流域多年平均降水量为1 7 2 4 m m 。流域水量非常丰富，多年平均径流量 为6 0 5 5 亿m 3 ，平均径流深为9 9 2 8 m m 。流域径流的年内分配比较集中，汛期 ( 4 9 月) 多年平均径流量占年径流量的7 1 2 7 9 1 ，其中“月径流量约占 全年的5 0 。而非汛期( 1 3 月、1 0 - - 1 2 月) 径流量只占全年的2 0 9 - - , 2 8 8 ( 表 2 3 ) 【4 】。 表2 3 闽江流域主要控制站径流量年内分布 t a b l e 2 3t h ed i s t r i b u t i o no fm o n t h l yr u n o f f i nm i n j i a n gr i v e rd r a i n a g ea r e a ( 单位：亿m 3 ) 资科米源：福建省水文水资源勘测局 流域多年平均入海泥沙量为7 5 0 万t ，输沙量的年际变化较大( 表2 4 ) ，1 9 6 2 年最大年输沙量竟达2 0 0 0 万t 。年内输沙量的变化与降水季节和洪水发生季节有 密切关系，输沙量的年内分配主要集中在3 - 8 月，这期间的输沙量占全年的9 2 以上。其中6 月份最大，其输沙量占全年的3 0 - - - 4 0 。因为洪水绝大多数发生在 每年的6 、7 月份，洪水能够携带大量的泥沙。闽江的入海泥沙，为长乐东部海 9 长乐东部海岸沙丘的沉积与移动特征研究 岸提供了丰富的沙源。 表2 4 闽江流域不同年代输沙量的变化 t a b l e 2 4t h ev a r i e t yo fs e d i m e n td i s c h a r g ei nm i n j i a n gd r a i n a g ea r e a ( 单位：万吨) 年代5 0 年代6 0 年代7 0 年代 8 0 年代9 0 年代 年均输沙量 6 1 88 5 77 3 26 1 32 0 9 资料来源： 福建省海岸带和海涂资源综合调查报告，海洋出版社，1 9 9 0 ：福建省水文水资源勘测局 二、海洋水文 福建沿岸的潮波以半日潮潮波为主。该区的潮振动主要是太平洋潮波所引起 的协振潮，台湾海峡及福建沿岸地形对潮波特性有重要影响，而天体引力潮直接 产生的强迫潮很小。本区潮差较大( 表2 5 ) ，是全国少有的大潮差海区，沿岸潮 差一般在4 0 米左右。在河口和港湾等浅水区，浅海分潮对潮差的贡献显著【5 1 。 本海区的潮流运动方式不但受到地形制约，有时潮波的反射、交汇也起到主 导作用。本海区是太平洋潮波左旋进入台湾海峡的海区，由于潮波的旋转，在这 里形成左旋潮流区。相对于周期性变化的潮流而言，余流是海水的定常运动，它 对水体及其携带物质的运移有重要的意义。本海岸区的余流，主要受到径流大小， 风场强弱，沿岸和海洋水流消长的制约。 表2 5 闽江口海岸带潮差 t a b l e 2 5t i d a lr a n g eo fm i n j i a n gr i v e re s t u a r y 长乐沿岸海区波浪较大，且沿岸港湾区由于地形影响，波浪多为风浪和涌浪 形成的混合浪，单纯风浪很少见。由于研究区海岸地处季风区，1 0 月至翌年4 月以东北风为主，而在5 月和9 月为季风转换期，风向多变，所以浪向季节变化 显著。本海岸区每年1 0 月至翌年2 月以n n e e n e 向浪为主，其中n e 向浪出 现的频率最高，3 4 月份偏s 向浪逐渐增多，但仍以n e 向浪为主，五月浪向 1 0 长乐东都海岸沙丘的沉积与移动特征研究 多变；6 8 月以s - s w 向浪为主，9 月n e 向浪又恢复优势 5 1 。 闽江口的沿岸流和波浪的运动方向和季风有明显的关系。波浪为风浪和涌浪 形成的混合浪，方向以咂e n e 为主，近岸海流在l o 月至翌年5 月流向为s s w 向，7 8 月为州e 向，6 月和9 月为过渡期，闽江大量的泥沙在波浪和 南下沿岸流的作用下向南沿海岸带运移，堆积形成闽江口南岸典型的堆积型沙质 海岸【6 j 。 长乐东鄢海岸沙丘的沉积与移动特征研究 第三章海岸沙丘的形成与发育 长乐海岸沙丘是在亚热带湿润的海洋性季风气候条件下和晚全新世接近现 代海平面背景下形成的【l l 。海岸沙丘的形成是各种因素相互作用的结果，其中， 充足的沙源供应、向岸盛行风、地形空间、退潮时宽缓的海滩，以及逐渐趋于干 冷的气候和人类的活动是海岸沙丘形成和发育的主要因素2 1 3 1 。 第一节风沙来源 丰富的沙源是形成海岸风沙地貌的物质基础。在“福州海侵期”，长乐东部沦 为海湾。当时的海岸线退缩至二刘一沙塘坂一渡桥l 鹤上一古槐一线，作为当时 海侵的证据之一，至今在长乐岭南还残留标高2 0 米的浪蚀平台。此后又逐渐开 始海退，闽江输沙和岸上陆源来沙逐渐在北起法头汶石经大宏、厚东、碧岭、沙 堤、凤洋直至梅花形成了一条沙嘴。在这一形成过程中，水动力的变化是主导因 素，而风也起到了促进作用。这些输沙沉积物为后来形成广阔的海岸沙丘地貌提 供了充分的物质来源。 从长乐东部沿海风成沙的物质来源看，其风沙来源主要有以下三个方面 4 1 。 一、陆源河沙 闽江是福建省最大的河流，在长乐海岸东北部携泥沙入海，入海年均径流量 6 0 5 5 亿m 3 ，年输沙量为7 5 0 多万吨【5 1 。闽江口的沿岸流和波浪的运动方向与季 风有明显的关系。闽江大量的泥沙在波浪和南下沿岸流的作用下向南沿海岸带运 移，并形成了闽江口南岸典型的堆积型沙质海岸。该段海岸地势平坦，潮差大( 平 均值4 5 m ，最大值7 m ) ，退潮后可形成宽广的沙质海滩( 宽2 5 0 5 0 0 m ，坡度 0 5 3 0 0 ) 。宽广的海滩有利于沙粒的启动和风沙流的形成，也为向岸风提供了足 够长的风区和充沛的沙源，使得风沙流具有较高的输沙强度并向岸堆积成沙丘。 闽江口海岸沙丘的堆积物质来源于以闽江泥沙为沙源的海滩沙，这在沉积学上主 要有以下几方面的证据： ( 1 ) 随着距河口物质区距离的增加，海岸沙丘沙和海滩沙的粒径逐渐变细。 海滩沙中具有明显贝壳状断口，棱角状、无色的石英颗粒含量逐渐减少，次棱角 的黄色石英颗粒含量逐渐增加【5 】【6 1 。 ( 2 ) 海岸沙丘沙、海滩沙与闽江河口沙的重矿物具有相似的成分组合【7 】( 表 1 2 长乐东部海岸沙丘的沉积与移动特征研究 & 1 8 0 3 51 7 2 90 4 7托8 6l 6 9 61 铝鸺61 6 l4 6 lo 6 0啷2 2 44 5 01 3 7枷 9 6 30 3 33 1 o l1 8 32 1 1 9l7 - 6 70 7 3o 加o 5 33 9 01 5 31 7 02 7 95 3 60 3 01 0 0 6 1 1 5 30 加3 3 3 01 9 31 9 踟l6 4 30 2 0o 1 70 3 33 1 71 4 02 7 32 2 75 2 7o 6 0l o 5 4 ( 3 ) 海岸沙丘沙、海滩沙和闽江河口沙中粘土矿物组分的差异性【6 j 。河口 沙的粘土矿物以高岭石为主，而海滩沙和沙丘沙则以伊利石为主( 表3 2 ) 。高岭 石是陆源次生矿物，其含量随着距物源地( 河口) 距离的增大而明显减少，具有 明显的陆源效应。而伊利石含量随着距物源地距离的增加而增加，具有明显的海 域效应。海岸沙丘沙中伊利石含量占优势正说明了其沙源为闽江入海泥沙经海洋 动力作用形成沙质海滩，而后再向内陆吹移形成海岸风沙。 表3 2 不同地区沙样中粘土矿物种类及百分含量 t a b l e3 2t h e t y p e so fc l a ym i n e r a l sa n dt h e i rc o n t e n t si nd i f f e r e n ta r e a s 分布区 伊利石粘土訾及含量( 岭土+ 绿泥石 资料来源：福建省海岸带和海涂资源综合调查报告，海洋出版社，1 9 9 0 ； 二、海岸带第四纪松散堆积物 长乐东部沿海的陆、海相第四系松散堆积物分布广泛，厚度大，它们主要由 1 3 闽江口海滩沙风成沙 长乐东f i 【f 海岸沙丘的沉积与移动特征研究 残积物、古风积物和滨海积物组成，极易为波浪侵蚀。而长乐位于亚热带季风气 候区，在夏秋季节台风活动频繁，台风带来的大风、巨浪和暴雨，都会猛烈的冲 击和侵蚀海岸，把大量的海岸带第四纪松散堆积物带入海中或直接吹向内陆，成 为海岸风沙的物质来源之一。 三、海岸基岩侵蚀物 长乐东部海岸带出露的基岩主要是花岗岩类火山岩，其石英含量较高，在亚 热带温暖湿润的气候条件下，基岩风化快而强烈，风化作用的碎屑物质也为海岸 风沙的形成提供了少量的物质来源。 第二节风况 长乐东部沿海地处台湾海峡西岸，属于亚热带海洋性季风气候，风力强劲、 大风日数多、台风影响大是主要的气候特征。该地区风向主要受季风和台湾海峡 走向的制约，季节变化明显。每年除了7 月份以偏南风外，其它月份均以东北风 为主( 表3 3 ) 。从每年的8 月份到次年6 月份的n e 向盛行风频率最低为1 8 ， 最高达4 4 ，平均为3 5 4 ，明显高于7 月份的s s w 向盛行风。所以长乐东部 海岸主要受n e 向盛行风的控制。无论是盛行的东北风，还是7 月份的偏南风， 都有利于风沙由海向陆的搬运。 表3 3长乐历年各月风况统计嘲【8 】【9 1 t a b l e3 3t h es t a t i s t i co fw i n di nc h a n g l e 月份1234567891 01 11 2全年记录年代 风向n e n en en en e n es s wn e n e n en e n en e1 9 5 5 频率3 63 63 33 12 81 81 32 03 2 4 4 4 23 83 l 风速( m s ) 5 85 65 65 55 04 35 46 45 86 36 76 05 8 19 7 9 最大风速2 42 0 1 81 82 41 82 83 4 3 4 2 42 42 03 4 ( m s ) 一if-_o_o_一 沙粒只有在一定的风速条件下才能开始运动，理论上，当风速大于沙粒的临 界启动风速时就可以被吹动。而实际上，野外沙粒能否被吹动受到许多因素的影 响，其中最主要的因素是风速、粒度和湿度。长乐东部海岸的年平均风速为 5 8 r r d s ，其中在8 、9 月份的最大风速能达到3 4 m s 。长乐东部海岸风成沙的平均 粒径为o 2 2 m m 。根据拜格诺的沙粒开始移动的临界速率与粒径关系式和普兰特 一冯卡曼的速度对数分布率【1 0 1 ，可以求出任何高程上的风沙启动速度： 1 4 长乐东鄢海岸沙丘的沉积与移动特征研究 p sp z 2 5 7 5 a 1 l 1 g al g i 式中：a 为经验系数，p s 为沙粒密度，p 为空气密度，g 为重力加速度，d 为沙粒粒径，z 为所测风速值的高度，z o 为地面糙度。 根据以上公式，计算出长乐东部海岸的沙粒启动的临界风速为3 8 3 m s 1 1 1 l 。 从表3 3 中可以看出，长乐的月平均风速均能超过此临界值。长乐地区降水量极 不均一，每年十月至次年二月降雨量很少，气候干燥，非常有利于起沙。因此， 长乐东部海岸常年存在风沙的运移，尤其在冬季风沙的活动更为强烈。 第三节地貌特征 长乐东部在地貌上属于宽阔低平的海滨平原，n e 向向岸盛行风及携带的风 沙可以长驱直入。所以，可以形成大规模的海岸沙丘带及其后缘的宽阔平沙地， 构成面积广阔的风海积平原。风成沙除堆积在滨海平原外，还可覆盖于低缓的丘 陵坡地上，如该地区的梅花、石壁、岭坤、首祉等地。堆积的高度和形态受到山 地形态、高度、排列方式、风力强弱、植被覆盖程度和沙源供应等因素的影响。 风沙最大分布高度可达百米以上，一些低矮的丘陵可全被风成沙覆盖。 第四节气候变化和人类活动 风况、沙源和地形空间是长乐东部沿海海岸风沙发育的基本条件。然而，近 两千多年以来，气候逐渐变干的趋势和人类活动这两个因素，则进一步加速了该 地区海岸风沙地貌发育的进程。 程乾盛通过对长乐江田z k 3 钻孔的研究认为，在米黄色细中沙粒级风成沙 的下面为海一陆过渡相的褐黑色沙质粘土，其1 4 c 年龄为2 4 7 0 - 士9 0 年。根据对其 孢粉组合的研究，表明当年长乐东部沿海为常绿阔叶林、亚热带森林草原【1 2 1 。 因此，可以断定长乐东部沿海大规模风沙活动和风沙地貌的发育始于晚全新世， 其年龄小于2 4 7 0 a ：9 0 年，而这一时期正是我国大陆气候发生变化的转折点。蔡爱 智等人在研究东山岛宫前连岛沙坝时也指出：在距今2 5 0 0 年左右，大陆植被茂 密，生态环境呈良性循环，气流运动不及现阶段剧烈，海陆之间和高低纬之间的 气压差和温差较小；当时的风力小，大风出现的频率低，能造成风沙大量搬运的 机会也少1 3 】。郑斯中等人在研究我国东南地区近两千年气候湿润状况的变化时 指出：东南地区近两千年气候湿润状况的变化表现出长短不同的周期性，又有逐 1 5 凝乐东郝海岸沙丘的沉积与移动特征研究 渐变干的趋势【1 4 】。这种气候干旱化趋势为海岸风沙地貌的发育提供了有利条件。 在气候趋于变干的同时，由于历史上人口的大规模迁移和不断增长，垦荒、 放牧、围垦规模的不断扩大，砍伐森林和水土流失的日益严重，以及历代战争的 破坏等方面的影响，极大地加速了长乐东部沿海风沙运动和风沙地貌发育的进 展。据长乐县志记载：“林婆湖在1 7 都，唐天宝五年( 公元7 4 6 年) 南郊沙合逐 成小湖。”这说明长乐东部沿海在1 2 0 0 多年前即开始有风沙活动。宋、明、清等 朝代都有多次风沙活动的记录。林惠来在研究台湾海峡历代风沙时认为，宋末至 清初，台湾海峡西岸局部岸段出现了风沙，并孕育着大规模的入侵。清初至解放 前整个西岸的林草几乎破坏殆尽，入海河流流域的植被也遭到破坏，地表强烈受 蚀，大量泥沙入海，波浪、海流、潮流将泥沙送至岸边，强劲的东北风又把沙子 吹到岸上，形成各种沙丘【1 5 】。可见在2 5 0 年