（自然地理学专业论文）辐射沙洲内缘区潮沟发育对人类活动的响应.pdf

摘要 辐射沙洲内缘区是指辐射沙洲的近岸部分及内侧岸滩。本区潮差大，潮流动 力强，潮沟系统发育且摆动频繁。本区也是人为作用最为频繁的地区之一，是近 期江苏海岸带资源开发最集中的地区。 本文结合1 9 7 9 年至2 0 0 3 年共1 7 幅不同时相辐射沙洲卫星遥感影像分析， 并利用近4 年实测滩面高程等资料，通过实例分析，研究了辐射沙洲内缘区潮沟 发育对人类活动的响应方式及机制。重点研究了潮沟发育对围垦活动、互花米草 扩展、潮闸排水的响应，得到如下结论。 ( 1 ) 潮沟发育对围垦活动的响应 围垦活动切断了部分潮沟系统，引起围堤外潮沟系统归槽水量的减少。围垦 后，潮间上带潮沟快速淤积，淤速可达围前的6 1 l 倍，潮阃下带潮沟淤蚀受围 垦活动间接影响，潮沟系统分叉增加1 2 级，近岸潮沟向海堤侧向迁移减缓。 ( 2 ) 潮沟发育对互花米草( s p a r t i n aa l t e r n i f i o r a ) 扩展的响应 随着互花米草扩展和盐沼的形成，互花米草盐沼内归槽水量增加，潮沟数目 增多，支潮沟发育，潮沟两侧有高低不等的沿岸堤，宽深比减小；盐沼边缘发育 陡坎，成为在盐沼边缘引导潮沟走向的滩面负地形；盐沼外侧潮沟密度增大；潮 沟系统分级增加，可达6 7 级。 ( 3 ) 潮沟发育对潮闻排水的响应 潮闸排水增加落潮水流量，能促进沟底内凸点的形成和演变，限定闸下潮沟 上段稳定，牵制中下段摆动，并有助于中段发育曲流。 关键字：辐射沙洲，潮沟，响应，人类活动，围垦，互花米草 a b s t r a c t n l es t u d ya l c al o c a t e si nt h el a n d w a r dp a r to ft h er a d i a t es a n dr i d g e sa n di s t h em o s t i m p o r t a n tr e g i o no f c o a s t a lr e s o u r c ce x p l o i t a t i o ni nj i a n g s ui nt h en e a rf u t u r e n 圮a r e ai sam a c r o - t i d a lr e g i o n 谢n lg r e a tt i d er a n g ea n ds t r o n gt i d ec u r r e n lt h e r e a r es o m el a r g e s c a l et i d a lc r e e ks y s t e m sw h i c hf r e q u e n t l ym i g r a t e t h e yh a v eb e e n i m p a c t e db y a r t i f i c i a lf o r c e s 1 7p i e c e so fs a t e l l i t e i m a g e sc o l l e c t e d f r o m1 9 7 9t o2 0 0 3w e r ea n a l y z e d c o m b i n e dw i t hm e a s u r e dd a t af r o mt h er i d a lf l a ti nt h ea r e af r o m1 9 9 9t o2 0 0 3 1 1 1 e p a d e rd i s c u s s e dt h em a n n e r sa n dm e c h a n i s m s o f t h er e s l o o n s eo f t i d a lc r e e ks y r s t e m st o a r t i f i c i a la c t i v i t i e sb yc a s er e s e a r c h t h i ss t u d yf o c u s e do nt h er e s p o n s e so ft i d a lc r e e k e v o l u t i o nt or e c l a m a t i o n s p a r t i n aa l t e r n i f l o r aa n dr u n o f fo fw a t e rf r o m t i d e g a t e t h e c o n c l u s i o n si sf o l l o w s ： ( 1 ) r e s p o n s e o f t i d a lc r e e ke v o l u t i o nt or e c l a m a t i o n r e c l a m a t i o nc u to f f u p p e rp a r t so f r i d a lc r e e ks y s t e m sa n db r o u g h tt h ed e c r e a s e o ft h et i d a lw a t e rw h i c hw e n tb a c kt ot i d a lc r e e k si ne b bp h a s e t i d a lc r e e k so nt h e u p p e r i n t e r t i d a la c c r e t e d q u i c k l y i nt h eb e 百n n i n gy e a r sa f t e rr e c l a m a t i o n ，埘t i l d e p o s i t i o nc a p a c i t yi n c r e a s i n gb ys i xt oe l e v e nt i m e st h a no n ei nu n r e c l a m a t i o n t h e t i d a lc r e e ks e c t i o no nt h e1 0 w e ri n t e r t i d a lw a si n d i r e c t e d l yi n f l u e n c e db yi t b r a n c h e s o f t i d a lc r e e ks y s t e m sa d d e d1 2g r a d e s n l el a t e r a lm o v e m e n to f t i d a lc r e e k sn e a rs e a w a l lb e c a m es l o w e r ( 2 ) r e s p o n s eo ft i d a lc r e e ke v o l u t i o nt o n e w f o r m e ds p a r t i n aa l t e r n i f l o r as a l t m a r s h e s w i t he x p a n s i o no fs p a r t i n aa l t e r n 坍o r aa n df o r m a f i o no fs a l tm a r s h e s ，t h e r e w e r em o r ee b br u n o f fo fr e t u r n i n gt ot i d a lc r e e k si nt h es a l tm a r s h e s i nt h e n e w f o r m e ds p a r t i n aa l t e r n i f l o r as a l tm a r s h e s t i d a lt r e e k si n c r e a s e di t sa m o u n ta n d d e n s i t y ；r i d g e sd e v e l o p e da l o n gb o t hs i d e so f t i d a lc r e e k sw i 也h i 曲e rh e i g h t ；r a t i oo f w i d t hw i t hd e p t ho ft i d a lc r e e k sd e c r e a s e d ；m u de l i i f , w h i c hb e c a m et h ew a s ha l o n g t h eb o u n d a r yb e t w e e nt h es a l tm a r s h e sa n dt h em u df l a tt ol e a dt h ed i r e c t i o no ft i d a l e r e e k s ，c a r r i ei n t ob e i n g ；b r a n c h e so f t i d a lc r e e ks y s t e m si n c r e a s e d t o6 - 7 g r a d e s f 3 1r e s p o n s eo f t i d a lc r e e ke v o l u t i o nt or u n o f f o f t i d e g a t e r u n o f fo f t i d e g a t ea d d st h ed r a i n a g eo fe b bt i d e ，w h i c hp r o m o t e st h ef o r m a t i o n p o i n ti ni t sv e r t i c a ls e c t i o no f t h ec r e e k i ti sa d v a n t a g e o u st om a i n t a i nt h es t a b i l i t yo f t h eu p p e rp o r t i o no ft i d a lc r e e ka n dr e s t r i c t sm o v e m e n to ft h em i d d l ea n dl o w e r p o r t i o n s a n dp r o m o t e sc r e a t i o no f m e a n d e r 也em i d d l cp o r t i o n o f t i d a lc r e e k k e yw o r d s ：r a d i a t es a n dr i d g e s ；t i d a lc r e e k ；r e s p o n s e ；a r t i f i c i a la c t i v i t i e s ；r e c l a m a t i o n ； s p a r t i n a a l t e r n i f l o r a i i 学位论文独创性声明 笔者郑重声明： l 、坚持以“求实、 2 、本论文是我个人 成果。 3 、本论文中除引文 创新”的科学精神从事研究工作。 在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名：塑曼燮 日 期：互立竺、一5 学位论文使用授权声明 笔者完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的 文进入学校国书馆被查阅；有权将学位论文的内容 行检索：有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 解密后适用本规定。 机构送交论文的电 少量复制并允许论 编入有关数据库避 保密的学位论文在 作者签名：丕亟逢篮 日期：述生：& 辐射沙洲内缘区湖沟发育对人类活动的响应 第一章研究背景 1 1 国内外潮沟研究进展 淤泥质海岸是一种重要的海岸类型，在世界上有广泛的分布。研究较为深入， 潮流作用占优势的淤泥质海岸主要分布在：德国北海、荷兰w a d d e n 海、英国 w a s h 湾、法国m o n ts a i n tm i c h e 湾，加拿大c o b e q u i d 湾、加拿大f r a s e r 河口和 b o u n d a r y 湾，美国c o l o r a d o 河口三角洲，中国渤海湾和江苏中部沿海等地( 高 抒等，1 9 8 8 ) 。在潮流动力作用下，广阔的淤泥质瀚滩上多发育潮沟。潮沟是淤 泥质潮滩上潮水和泥沙输入和输出的主要通道，是潮滩上最活跃的地貌单元。由 于其活动频繁，经常对沿海工程构成威胁，对海岸带资源的保护与开发产生很大 影响，近年来国内外一些专家曾对其进行过较为广泛的研究，主要集中在潮沟的 形成机制、控制因素和演变规律等方面，对人类活动与潮沟发育的关系未进行过 全面的系统研究。 1 1 1 国外研究的进展 b o o n ( 1 9 7 5 ) 发现盐沼内潮沟系统涨落潮流的不对称规律；b r i d g e s 等( 1 9 7 6 ) 通 过研究潮间带淤泥质海岸潮沟的沉积模式，发现在水道急弯一侧有水流分离现 象：p e t h i c k 等( 1 9 8 0 ) 通过研究盐沼潮沟中的潮流流速，绘制了流速潮位过程曲 线，指出潮流流速的不对称性；n o r f o l k ( 1 9 8 1 ) 和e s s e x 等( 1 9 8 7 ) 通过对英国 盐沼的研究，揭示出潮沟的复杂性与不稳定性：k n i g h t o n 等( 1 9 9 1 ) 分析了北澳大 利亚地区潮沟系统扩展与潮水侵入的特征，并于1 9 9 2 年通过系统研究得出该区 潮沟系统的演化规律；f r e n c h 和c l i f f o r d ( 1 9 9 2 ) 用实验揭示了强潮海岸盐沼潮沟 中高度不稳定的紊流特征；f r e n c h ( 1 9 9 2 ) 对盐沼内潮沟的水动力特征进行了研究， 指出盐沼地貌变化与盐沼内物质的迁移有内在的联系：s h i 等( 1 9 9 5 ) 分析了英国 威尔士d y f i 河口盐沼潮沟系统的地貌变化；c h r i s f i a n s e n 等( 1 9 9 9 ) 研究了潮滩 盐沼表面潮流和沉积物的运移特征，并得出不同尺度潮沟沉积物的粒径分布特 点：w h i t e h o u s e 等( 2 0 0 0 ) 总结了欧洲淤泥质潮滩上四种地貌类型，分析了潮沟等 水道的形成与功能，探讨了潮沟对潮流、波浪传播以及泥沙输移的响应；j a c k s o n 等( 2 0 0 2 ) 研究狭窄河口和潮沟中的潮流特征，重点讨论了m 2 、m 4 和m 6 分潮对 潮流不对称性的影响；t e m m e r m a n 等( 2 0 0 3 ) 模拟在变化的潮滩动力和悬沙浓 度条件下，长周期的盐沼演化过程。总之，国外学者近期对潮沟系统的研究主要 集中在两方面，一是潮沟系统的水动力及泥沙搬运特征，二是潮沟系统的形态演 化过程。目前，对于前者的研究较为深入，而对于后者的研究还需要多学科的联 合交叉，研究深度有待加强。 1 1 2 国内研究的进展 由于港口建设的需要，二十世纪六十年代初我国开始对沿海淤泥质潮滩进行 辐射沙洲内缘区潮沟发育对人类活动的响应 研究。二十世纪八十年代，为了加快开发利用海岸带及滩涂资源。淤泥质海岸带 和海涂资源的调查研究倍受重视( 时钟，1 9 9 6 ) 。1 9 8 0 1 9 8 4 年问，地质学家、 地貌学家、沉积学家及海岸工程学家对中国淤泥质海岸潮滩地貌形态、沉积特征 以及近海和潮间带气候、生物、土壤和水文动力等环境因素，进行了全面的调查 和研究，取得了较为丰硕的研究成果。同期江苏省也了开展海涂资源调查，并在 1 9 8 5 年出版了江苏海岸带和海涂资源综合调查报告，对辐射沙洲区地貌、沉 积、水文和泥沙等做了较为详细的调查和初步的分析。 任美锷等( 1 9 8 3 ) 研究了台风对江苏淤泥质海岸潮汐水道系统活动性和平面 形态的影响。张忍顺( 1 9 8 4 ) 在分析辐射沙洲与谅港海岸发育关系时，详细论述 了1 9 7 4 年条鱼港串通后所引起的一系列条子泥滩涂上潮沟的演变；( 1 9 8 6 ) 以死 生港为例阐述了潮流作用下水道与岸滩演变的关系；( 1 9 9 1 ) 通过潮沟系统形态 与潮差的相关分析，将江苏淤泥质海岸潮汐系统与其它地区潮沟系统进行了对 比，得出了潮沟和潮盆是潮滩上规模较大的韵律地形，潮沟的某些形态特征与潮 差有非常好的线性相关，影响潮沟发育的主要因素是落潮后期存在的沟渠效应等 结论；( 1 9 9 5 ) 对淤泥质潮滩的均衡态和稳定性进行了深入研究。张国栋等( 1 9 8 4 ) 从沉积学角度对苏北谅港现代潮滩、潮沟沉积结构和构造作了研究，并划分出潮 沟发育的阶段性。邵虚生( 1 9 8 8 ) 从成因角度将潮沟划分为四种类型，并根据潮 沟发育程度的区域差异，提出了影响潮沟发育的七个因素。陈才俊( 1 9 9 0 ) 分析 了匡围活动对潮滩淤积和地貌发育的影响。李炎等( 1 9 9 3 ) 论述了杭州湾庵东浅 滩的潮沟系统后，指出潮沟系统一般有2 4 级。汪亚平等( 1 9 9 9 ) 研究总结出 盐沼内潮水流速的不对称性变化特征。崔承琦等( 2 0 0 1 ) 在研究了黄河三角洲岸 线和潮沟体系发育的分维特征后，指出在潮差小的岸段，潮沟系的分维值较小， 而在废弃河口滩向潮滩演化时间较长的岸段以及烂泥湾岸段，潮沟体系的分维值 较大。 由于人类活动影响潮沟发育主要是通过改变影响潮沟发育的潮流等水动力 和泥沙环境来实现的，因而长期以来注重潮沟发育的自然因素和自然演化过程研 究，对人为因素研究重视不够。张忍顺( 1 9 9 1 ) 对方塘河闸下水道稳定性进行了 论证，( 1 9 9 5 ) 就滩涂围垦对沿海水闸排水的影响作了对比研究。施世宽( 1 9 9 9 ) 分析了东台沿海挡潮闸下潮沟淤积的成因，提出了通过人工方法减淤防淤的措 施。陈才俊( 2 0 0 1 ) 从滩涂开发的角度分析了江苏中部海堤大规模外迁后潮水沟 的发育特征。沈永明( 2 0 0 3 ) 探讨了互花米草盐沼潮沟她貌特征。 总之，在对潮沟及其系统详细的地貌演化过程、机理及其与可能的外界控制 因素关系，以及不同级别潮沟间相互关系，已经取得了较多的成果，但此研究尚 待深入。 1 1 3 与本文有关的成果概述 潮沟系统在淤长型潮滩发育过程中承担渲泄退潮时滞留滩面的潮水和向潮 滩、特别是潮滩上部输送沉积物的动力功能( 张忍顺等，1 9 9 1 ) 。潮沟发育受多 种因素影响，不同区域、不同潮沟发育阶段和不同地貌部位，对潮沟发育起主导 2 辐射沙洲内线区潮沟发育对人类活动的响应 作用的控制因素都不尽相同。就辐射沙洲内缘区而言，影响潮沟发育的主要自然 因素是潮流特征、沉积物组成和泥沙供给等。其它如人类活动和海平面变化等因 素对潮沟发育影响，主要是通过改变影响潮沟发育的潮流特征和泥沙环境来实 现。 1 l3 1 潮流特征与潮沟发育 潮沟发育在很大程度上受潮流作用控制。在一个潮次的涨潮阶段，特别是涨 潮前期，潮沟中下段是以漫流的形式为主：而在潮沟上段，潮水上涨到平均高潮 线附近时，潮位上涨速度大大减慢，以线流为主。在落潮阶段，潮水位下降比较 均匀。初落阶段，处于沟梢以上的汇水凹地内积水及两侧滩面上的薄层水汇入上 段潮沟后流入中段：潮沟中下段则不同，初落阶段，潮水仍以漫流形式退向滨外 区，但退至一定水深后，滩面对水流的摩阻力在整个水深中明显起作用，从而使 水流在重力作用下沿底坡最大的方向，即向潮沟的方向流动，此时两侧滩面水开 始归槽。因此，潮沟中下段除了要接受上段的退潮水外，还要容纳两侧滩面的薄 层归槽水，而且在两侧滩面干出后还有水量下泄。中、低潮滩面上的退潮水流转 向归槽时的水深，称为归槽水深( 张忍顺，1 9 9 2 ) 。归槽水深与滩面沉积物的性 质，潍面坡度和盐沼等有关，在辐射沙洲内缘区一般在5 3 0 c m 范围内变化。潮 沟内涨落潮流的方向并非正好相反。涨潮流以漫流形式走直道容易发育潮沟内 侧边滩，落潮流沿沟稽动力主轴下泄，走弯道，容易形成连续的潮沟主槽。通过 野外观测，发现涨潮时段通过潮沟向高滩输送的潮水量明显少于落潮时段潮沟的 下泄水量。潮流对潮沟形态的改造主要发生在落潮期间，特别是落潮的中后期。 在平坦宽阔潮滩上的潮沟系统容易发育曲流，其发育的动力因素是潮沟中涨落潮 流路或涨落潮水道的分歧( s c h o ua ，1 9 6 7 ) 。 潮滩上发育成熟的潮沟系统一般呈树枝状分布( 图1 1 ) ，有主潮沟和支潮沟 之分，如果把主潮沟称为1 级潮沟，那么从l 级潮沟上分出的支潮沟为2 级支潮沟， 依次为3 级等等。 根据潮沟形态、沉积物特性和潮位等，可将潮沟系统划分为上、中、下三段。 潮沟系统的上段位于平均高潮位之上的潮上带，可伸入到海堤前的盐沼中( 茅草、 盐蒿等) ，一般发育4 5 级支潮沟。盐沼内潮沟沉积物类型主要为粘土质粉砂或 粘土含量较高的粉砂，潮沟底部常见有较厚的浮泥层。此段潮沟受滩面植被的固 定和粘结性强的细颗粒表层沉积物作用，潮沟的横向摆动受限制，宽深比小。 潮沟系统的中段发育于潮间上带，大致位于平均潮位至平均高潮位之间，一 般发育2 3 级支潮沟，此段潮沟涨落潮流速较大，潮流作用明显，加之滩面沉积 物具有二元型沉积结构，导致此段潮沟曲流发育( 图版i ) ，在凹岸常形成较高 陡坎，凸岸形成边滩，规模较大的弯曲段可发育心滩。此段潮沟的宽深比较大， 沉积物类型主要为粉砂质砂，局部常被一薄层的浮泥所覆盖。 潮沟系统的下段位于平均潮位之下的潮间下带和潮下带。滩面表层沉积物 主要为砂质粉砂和粉砂质砂，潮沟宽深比大，沟形较为顺直，滩蕊和缓，口门常 向海呈喇叭口状开敞。潮沟系统的下段会发育纺锤状心滩，在口门处常发育扇形 辐射沙洲内缘区潮沟发育对人类活动的响应 或椭圆形沙嘴，沙嘴的中心稍厚，向边缘变薄，潮沟心滩和沙嘴的发育很不稳定， 极易随潮沟的侧向迁移和口门摆动而并滩。潮沟系统的下段高程低，潮流作用强， 潮滩沉积物易起动和停积，涨落潮流以面状特征为主，潮沟的流路很不稳定，侧 向迁移十分迅速：同时受波浪作用明显，尤其在风暴潮期间。低潮时，潮水的出 口方向大多与岸线垂直，受潮流主动力强度和方向控制。 _ 0 蔓潮滩j _ 一一一一。t = 0 海 r 一 i r 7 i i “ 草滩 。二二l 泥滩 | ；_ ； 粉砂滩 图1 - l 潮沟系统分级示意图 平均高潮位 平均湖位 潮沟系统的各段相互联系组成一个统一的整体，总功能是渲泄落潮时滞留在 高、中、低滩面上的潮水和向高潮位滩面输送细颗粒泥沙。 1 1 3 2 滩面沉积物组成和泥沙供给对潮沟发育的影响 潮沟指在退潮过程中，潮滩上两侧有水边线的低凹的潮流流路，是潮流塑造 潮滩的结果，受潮滩物质组成的影响。以粉砂为主含粘土含量低的沉积物颗粒粘 结性差，起动流速相对较小，易被潮流搬运，多发育顺直宽浅的潮沟，同时由于 所处潮位较低，极易受到潮流和波浪作用的塑造。特别是在风暴潮期间，这些潮 沟的侧向移动异常显著。丽在沉积物粘土含量较高的高潮位盐沼或光滩中，潮流 作用相对较弱，露滩时间长，而且沉积物粘结性强。起动流速较大，潮沟横向摆 动幅度小，宽深比小，且多为弯曲型。 同时，泥沙供给的丰度也是影响潮沟发育的主要因素之一。在外来泥沙供给 丰富的淤长型潮滩，由于潮滩持续淤高和向海淤长，潮沟系统上段归槽水量减少， 4 辐射沙洲内缘区潮沟旋育对人类活动的响应 高潮潍上潮沟逐渐萎缩，中潮滩和低潮滩上潮沟也随之外推，从而使潮沟系统整 体向海推进，潮沟系统规模不会有太大的改观，但在此过程中，潮沟的侧向移动 是不可避免的。而在缺少外来泥沙供给的侵蚀性潮滩，由于泥沙来量减少和海岸 侵蚀，波浪作用逐渐加强，潮流对潮滩塑造的优势逐渐减弱，甚至被波浪代替。 在波浪作用相对较强的部位，潮沟形态越来越模糊，甚至消失。 1 2 研究区概况 1 2 1 研究区与辐射沙洲 n广=i一一 一l 一 乎蘑亭 ：i 。? 1 _ | r 葛 i ， t 2 0 5 g f ：1 wn r l c y t 2 f ”1 2 r w1 2 1 4 口e 图卜2 研究区位置 辐射沙洲内缘区处于辐射沙洲的近岸部分( 图1 2 ) ，内缘区内的地质地貌、 气象气候、潮汐和波浪等特征与辐射沙洲区的区域特征紧密联系。江苏沿海内陆 架上的辐射状沙洲，分布北起射阳河口、南至长江口的海岸外围，整个沙脊群水 辐射沙洲内缘区潮沟发育对人类活动的响应 域南北长达2 0 0 k m ，东西宽约9 0 k i n ，水深o - - 3 0 m 。从近期海图和低潮位卫片资 料可以较为清晰地看出，有1 0 多条长条状的大型水下沙脊由东台市中部海岸向 北、东北、东和东南呈辐射状分布。辐射沙洲槽脊复杂多变，沙体规模大，水动 力、地质地貌情况复杂( 张忍顺等，1 9 9 2 ) 。辐射沙洲的形成是大量泥沙供给和 辐射辐聚的潮波系统共同作用的结果。该区域主要受东海传入的前进潮波与南黄 海旋转潮波控制。东海前进潮波通过烂沙洋、黄沙洋、条鱼港向北进入条子泥南 侧水域；受辽东半岛和山东半岛反射而产生的南黄海旋转潮波则通过西洋、平涂 洋和陈家坞槽向南进入条子泥北侧与东侧水域。这两大潮波系统在条子泥中部和 竹根沙一线辐合和辐散，控制着辐射沙洲的形成和演变( 任美锷等，1 9 8 5 ；黄易 畅等，1 9 8 7 ) 。辐射沙洲海域潮汐多属正规半日潮，沿岸浅海分潮明显。辐射沙 洲区潮沟等水道潮流以往复流为主，潮滩多以旋转流为主。 辐射沙洲内缘区总体处于辐射沙洲的辐聚中心区，是南北两大潮波系统相遇 的区域，潮沟形态和整体布局受潮流格局控制并与辐射辐聚的潮波系统相一致。 区内潮沟涨落潮时之比为o 7 3 o 9 ，涨潮时水位上涨比落潮时速度快( 张忍顺 等，1 9 9 2 ) 。潮差自北向南逐渐增大，潮滩平坦宽阔，潮流作用强，涨落潮阶段 有大量潮水进出滩面，潮沟系统发育。这些潮沟系统相当活跃，各级潮沟消长频 繁，潮沟下段侧向迁移幅度大。涨落潮潮水含沙量大，泥沙运移量多，潮沟的淤 蚀变化较快。潮沟系统摆动具有一定的周期性( 张忍顺等，1 9 9 1 ) ，摆动形式有 突变和渐变两种形式。 二十世纪七十年代以来在研究区内一些较稳定天然潮沟系统上端新建挡潮 闸后，潮波变形和潮闸排水影响潮沟系统的演变。近岸高潮滩频繁的大规模匡围 活动，切断了部分潮沟系统，直接改变了潮沟系统的自然演化过程。另外，二十 世纪八十年代本区滩面引种了互花米草，并有较大面积扩展，形成互花米草盐沼， 改变了原部分细颗粒裸滩的沉积动力环境。 1 2 2 潮沟系统和潮滩特征 研究区几乎包括东台市海岸带，面稍有变化，从川东港闸到方塘河闸，受岸 外沙洲屏蔽( 图1 3 ) 。从动力、潮沟系统和潮滩特征来看，以梁垛河闸及死生港 潮沟系统为界，研究区可分为东、西两部分，东部是条子泥沙洲西侧潮滩，西部 是笆斗片与川东片等潮滩，两者之间由北面的死生港和南面的小灯桩港分隔。 死生港潮沟系统受阐下排水的影响明显，上端较稳定，中下段近三十年来摆 动频繁。一般取三条不同流路与西洋相通。第一条是北上流路，沿笆斗片草滩东 缘北行，与川i 水港相汇后进入西洋；第二条是东北向流路，在川水港以南归入西 洋；第三条是东向流路，与西大港相汇后入西洋。而小灯桩港基本上不受潮闸排 水影响，但上段受新东片、三仓片陆续匡围的影响较明显，下段则注入条鱼港， 流路东西摆动不甚明显。 研究区中的西洋水道有川东港和川水港等潮沟系统汇入。川东港和川水港潮 沟系统与陆地沟渠相连，有陆地径流汇入，受陆地和海洋双重作用影响，潮沟系 统规模大。西部岸滩外潮水由顺岸西洋水道涌上潮滩时，流向发生急剧变化，向 6 塑塾鲨塑立竺墨塑塑塑坠鲞蓬塑堕堕生 图1 - 3 研究区潮沟系统和实测剖面位置( 据2 0 0 3 年卫片) 岸分量增强，且随潮位升高，流向偏转力加大，接近高潮滩时。最大涨潮流方向 偏向于垂直海岸，至高潮水边线附近，多垂直于海岸( 张忍顺，1 9 8 6 ) 。平均潮 辐射沙洲内缘区潮沟发育对人类活动的响应 差2 0 3 5 m ，自北向南潮差增大。该部分潮滩表层沉积物及地貌景观自海堤向 海均具有水平分带性。地貌景观由海堤向海显示三个带，即互花米草滩，泥滩和 粉砂滩( 图1 _ 4 ) 。近岸缺失茅草滩和盐蒿滩，这与潮滩上近期匡围活动较频繁有 关。表层沉积物平均粒径由值，潮上带在5 5 7 0 之间，潮间上带为4 o 5 5 图l - 4 梁垛河闸以北4 k m 处潮滩形态示意图( 据2 0 0 0 年卫片) 图1 5 梁垛河闸以北4 k m 处滩面表层沉积物平均粒径分布 表1 - 1 粱垛河闸以北4 k m 表层沉积物的组成及百分含量( ) 潮上带潮间上带潮间下带 粘土粉砂砂粘土粉砂砂粘土粉砂砂 1 7 56 8 21 4 36 67 2 52 0 92 13 8 95 9 之间，潮间下带在4 0 以下( 图1 - 5 ) 。白海堤向海表层沉积物平均粒径基本呈增 大趋势，反映水动力逐渐增强，表层沉积物逐渐变粗的特点。从表1 1 可以看出， 潮上带表层沉积物组成中粘土含量较大，砂含量小，属粉砂类型；潮间上带粉砂 含量大，属砂质粉砂类型：潮间下带砂含量大，粘土含量小，属粉砂质砂类型。 自海堤向海潮滩表层沉积物组成以粉砂为主，粘土含量逐渐降低，砂含量逐渐增 辐射沙洲内缘区潮沟发育对人类活动的响应 大。 图1 - 6 条三剖面潮滩形态示意图( 据2 0 0 3 年卫片) 3 6 3 4 3 2 1 0 0 07 0 0 0 距海堤 图1 7 条三剖面表层沉积物平均粒径分布 表1 - 2条三剖面自陆向海沉积物的组成及百分含量( ) 潮上带潮间上带潮间下帝 潮下带 粘土粉砂砂粘土粉砂 砂粘土粉砂砂粘土粉砂砂 2 98 0 41 6 72 15 4 34 3 61 2 4 6 45 2 4o 83 7 26 2 位于辐射沙洲辐聚中心区附近的研究区( 图1 3 ) ，南北侧潮流在此岸滩滩脊 处辐聚和辐散。本区横港等潮沟系统主要受潮流作用，涨落潮流具有时速不对称 性，涨潮时间短于落潮时间，涨潮平均流速一般大于落潮平均流速，潮水含沙量 大，从外围输送来的泥沙多，潮滩净淤积，特别是近海堤的高潮滩。本部分潮差 3 4 5 m ，自北向南增大，潮流作用强，滩面宽度4 1 3 k m ，平均坡度o 2 左右。 滩面表层沉积物及地貌景观自海堤向海也具有水平分带性。由海堤向海地貌景观 表现为4 个带：茅草滩、盐蒿滩、泥粉砂滩和粉砂滩( 图1 6 ) 。潮滩表层沉积物 平均粒径中值分布特征为( 图1 7 ) ，潮上带在4 5 7 0 之闻，潮间上带4 2 4 5 之间，潮间下带3 5 4 2 之间，潮下带在4 0 以下，自海堤向海表层沉积物平均 粒径如值呈下降趋势。由表i 2 可知表层沉积物组成中以粉砂为主，粘土含量 9 辐射沙洲内缘区潮沟发育对人类括动的响应 低于3 ，自海堤向海砂含量逐渐增大，沉积物类型依次为粉砂一砂质粉砂一粉 砂质砂。图1 5 和图1 7 的平均粒径曲线“凹”处对应潮滩上潮沟，反映潮沟内 部表层沉积物比两侧滩面粗，水动力比两侧滩面强。 辐射沙洲内缘区由海堤向海潮滩表层沉积物一般表现为由细变粗，此分布特 点影响着潮沟系统不同部位的迁移方式。潮上带粘土含量大，沉积物颗粒间粘结 性强，潮沟迁移所受阻力较大，不易横向摆动；潮间下带或潮下带沉积物中粉砂 和砂含量大，疏松易起动，因而潮沟下段在较强动力作用下易摆动。 辐射沙洲内缘区沿岸海浪受夏季风影响，浪向和风向基本一致。夏季受台风 影响，形成东偏北的风浪；冬季风力强而持久，以偏北向浪为主；秋季大风频繁， 以偏北向浪为主：春季以东向浪为主。本区是风暴潮多发区，一般发生在7 9 月。由于辐射内缘区受外侧沙洲屏蔽，般情况下风浪对辐射沙洲内缘区潮沟系 统的影响较弱，但在风暴潮期间风浪对滩面和潮沟的塑造作用特别明显( 任美锷 等，1 9 8 3 ) 。 1 3 选题目的和意义 辐射沙洲位于江苏中部沿海，是世界上一处独特的景观单元。该区沙体规模 大，动力作用强，潮沟系统发育且变动频繁，具有重要的科研价值和利用潜力( 张 忍顺，1 9 9 2 ) 。辐射沙洲内缘区是指辐射沙洲的近岸部分和内侧岸滩，其海洋动 力沉积环境对潮沟的发育特别有利，也是近期江苏海岸带资源开发最集中的地 区。大规模的围垦工程，互花米草盐沼的近期形成以及沿海闸坝的新建与改建是 影响该区域潮沟地貌发育的最主要因素。这些人类活动对潮沟发育的影响和潮沟 摆动对围堤等潮滩工程设施的影响成为极具现实意义的研究课题。潮沟是该研究 区潮滩上最活跃的地貌类型，对外界动力因素的变化异常敏感，特别是那些能直 接影响其来水来沙的因素。随着人类对沿海滩涂资源开发利用的深入，人类活动 对潮沟的影响加大，因此研究人类活动和潮沟问的关系很有理论意义和实践价 值。通过“条子泥促淤并陆实验工程研究”和“东台市仓东片匡围可行性论证” 等课题研究，对辐射沙洲内缘区进行过多次的野外调查和实测，积累了大量的一 手资料，为全面和系统研究辐射沙洲内缘区人类活动与潮沟发育关系提供了可 能。 辐射沙洲内缘区内影响潮沟系统发育和演化的人为因素主要有滩涂围垦、互 花米草扩展、潮闸排水、筑丁坝和裁弯取直等上述因素对影响潮沟发育的机制有 明显的区别，潮沟发育对其响应的方式也不尽相同。本论文利用实测数据，结合 历年卫片资料，用具体实例来分别研究和探讨潮沟发育对它们的响应特点和规 律。 l o 辐射沙洲内缘区潮沟发育对人类活动的响应 第二章研究思路与研究方法 2 1 本论文研究思路 2 2 研究方法 图2 - 1论文研究的思路 2 2 1 野外测量及实测资料的整理、分析和计算 2 2 1 1 三仓垦区外潮滩和死生港水边线高程测量 在辐射沙洲内缘区条子泥西侧潮滩，以三仓垦区外堤线为基线，自北向南选 取三条与海堤走向垂直的剖面，即条二、条三和条四剖面( 图1 3 ) ，用日本产拓 普康g t s - 3 1 0 全站仪进行定期的高程测量( 图版i i ) 。全站仪的精度能达到 o 0 1 m ，且测量时线路固定，操作规范，引起的误差较小，因而能满足测量精度 要求，绘制的剖面形态可以反映出滩面和潮沟的真实变化。此项测量从1 9 9 9 年 1 月开始到2 0 0 3 年9 月结束，共1 5 次，具体时间分别为1 9 9 9 年1 月、6 月、1 0 月，2 0 0 0 年1 月、5 月、9 月，2 0 0 1 年1 月、4 月、7 月、9 月、1 2 月，2 0 0 2 年 4 月、6 月，2 0 0 3 年6 月、9 月，时间跨度3 7 5 a 。历次剖面形态曲线能真实地反 映该区潮滩近期的演变过程，对研究三仓垦区匡围后滩面与潮沟的淤蚀变化及摆 动。 辐射沙洲内缘区潮沟发育对人类活动的响应 2 0 0 1 年9 月2 5 和2 6 日，沿梁垛河闸下潮沟一死生港水边线进行了高程测 量和地貌调查，闸下潮沟水边线高程及港边实际位置( g p s 定位) 。 2 212 东川垦区外互花米草盐沼测量 2 0 0 1 年9 月2 3 日，在东川垦区外侧互花米草滩选择一个剖面进行了实测， 测量起点位于东川垦区新海堤边缘，坐标是3 3 。o o 7 1 9 7 n ，1 2 0 。5 2 7 7 1 e ， 测量方向取西东向，实测剖面长度2 4 k m 。2 0 0 1 年9 月2 4 日在该区互花米草盐 沼内选择一个潮沟系统，用皮尺测量了7 条不同级别潮沟的宽度和深度，同时对 互花米草进行了样方调查。 2 213 滩面表层沉积物采样 2 0 0 1 年9 月2 2 日，在对条三剖面进行实测时，沿途采集了1 1 个表层沉积物 样品。2 0 0 2 年4 月，在对粱垛河闸以北4 k m 互花米草滩面实地调查时，沿沉积 物取样线采集了1 1 个表层沉积物样品( 图1 3 ) 。 2 2 1 4 潮位资料收集 另外，从梁垛河闸管理站收集了2 0 0 0 年9 月份该闸逐时潮位资料，通过绘 制的潮位图可以基本了解梁垛河闸下水道潮汐特征和梁垛河闸月日排水特点。 2 2 2 沉积物粒度分析 采用法国产c i l a s 9 4 0 l 型激光粒度仪对采集到的表层沉积物进行粒度参数 测量，用f o l k 和w a r d ( 1 9 5 7 ) 的公式计算出平均粒径为m z = 1 3 ( 中1 6 + 由5 0 + 由 8 4 ) ，并统计出不同潮滩部位滩面表层沉积物中粘土、粉砂和砂的百分含量。平均 粒径的空间分布反映了辐射沙洲内缘区不同区域滩面表层沉积物粒度的分布特 点，可用来了解不同部位潮滩水动力强弱和不同粒径泥沙的输移特点。 2 2 3 剖面资料整理与计算 本研究用s i g m a p l o t 统计软件，将测量所得离散的高程和离岸距离数值，运 用样条插值方法绘制成连续的剖面形态曲线，此曲线拟合度高、光滑，能直观反 映潮滩剖面形态的动态变化( 图3 2 ，图3 3 ) 。为精确计算出三仓垦区外侧滩面 和潮沟随时间的淤积和侵蚀量，首先将绘制成的剖面形态曲线保存为图片格式， 然后将剖面形态曲线图形输入到m a p i n f o 软件中，运用笛卡儿坐标系进行精确配 准，最后，根据剖面沟滩分布特点将剖面形态曲线分成若干段，分别进行面积等 方面量算，得到单宽淤积量的数值( 表3 2 ) ，以分析三仓垦区外侧滩面和潮沟 随时间的淤蚀变化。 2 3 遥感影像资料的使用 2 3 1 卫片参数、配准与判读 本研究利用了从1 9 7 9 年至2 0 0 3 年共1 7 幅不同时相的卫星影像资料，大多 数卫片清晰度高，质量好，而且成像时云量少。根据国家海洋信息中心编制的潮 辐射沙洲内缘区潮沟发育对人类活动的响应 汐表资料，运用内插方法，计算出盐城幅卫片成像时的陈家坞预报潮位( 表2 - 1 ) 。 表2 - 1 卫星遥感资料参数 研究中多次使用卫星影像资料，较多地运用卫星影像解译图进行叠合分析， 影像配准的精确性和判读的准确性对研究结果有很大影响。 辐射沙洲内缘区槽滩易变，缺少固定的地面控制点，影像配准时只能通过在 岸侧多采集精确控制点，利用影像的连续性来减小误差。本研究通过使用“美洲 虎”型手持式g p s ，在岸侧采集了3 5 个较精确地面控制点坐标用于影像配准。 这些控制点位置固定，在岸侧分布均匀，影像上都能得到清晰显示。配准时，选 择的控制点主要有挡潮闸，海堤的拐角处，公路和沟渠的交叉点，公路间交叉点 等。配准后，到研究区再用手持式g p s 进行精度检验，发现沿最外侧海堤配准 精度能达到3 0 m 。因为研究区内潮沟、互花米草和挡潮闸等地物均离外侧海堤距 离不远，因而此配准精度基本能够满足研究需要。 辐射沙洲内缘区潮滩植被类型分布有序，表层沉积物自陆向海逐渐变粗，滩 面和水体界限明显，各种地物对比强烈，影像上潮滩各地物的灰度、色彩、分布、 纹理、形状和组合都有很大差异，易于识别。在质囊较好的假彩色合成影像上， 辐射沙洲内缘区潮沟发育对人类活动的响应 结合野外实地考察，用目视判读也有很好的解译效果。例如在研究区夏季标准假 彩色( t m 4 、t m 3 和t m 2 波段) 合成影像上，近海堤处的芦苇、互花米草等有 植被的潮滩呈红色或深红色：露出海面的高、中和低潮滩呈不同颜色深度的灰黑 色：潮水位以下的水体因水深、含沙量等不同呈浅白色、淡蓝色和深蓝色；潮滩 上呈“河流状”的线状地物即是潮沟；陆地上水体因流动性小、含沙量低等特征 而呈现墨黑色或深蓝色，线状分布：在陆地和潮滩水体交汇的地方即是挡潮闸， 其内外水体的色彩差异明显。 2 3 23 s 技术运用 通过对历年多时相m s s 、t m 和s p o t 等影像增强处理，统一配准和目视解译， 利用g i s 软件将解译出的不同时期海岸带潮沟等地物信息进行叠合分析，可以了 解近3 0 年来辐射沙洲内缘区滩面和潮沟的基本演变过程。具体处理步骤是：首 先利用遥感软件e n v i 对历年影像进行增强处理，提高影像的清晰度和可识别度： 然后将历年影像输入到m a p i n f o 软件中，利用g p s 在野外采集的较精确控制点坐 标，在同一投影方式下对其进行统一配准；后对潮沟水边线，滩面上茅草、盐蒿 和互花米草等地物进行解译，提取信息并数字化，进行长度、面积等方面的量计； 最后利用g i s 软件的空间分析功能将不同时期的影像解译图叠合，通过比较得出 潮沟、互花米草等地物随时间的变化特点和规律，用于潮沟发育和人类活动关系 研究。 1 4 辐射沙洲内缘区潮沟发育对人类活动的响应 第三章潮沟发育对围垦活动与筑丁坝 3 1 围垦活动 的响应 江苏省人多地少，土地资源相当紧张，而江苏岸外辐射沙洲由于离岸近，潮 间带滩涂面积大，是江苏乃至全国重要的潜在土地资源。历史上，从1 l 世纪范 公堤的修筑，至今近千年，江苏共垦殖开发了近2 0 0 0 0 k m 2 滩涂，解决了1 0 0 0 万人生存生活问题。新中国成立以来，在开垦利用老海堤内5 3 3 3 k m 2 荒地的同时， 新筑海堤1 2 1 6 k m ，匡围2 3 3 3 k m z 滩涂，形成1 6 0 多个垦区( 陈宏友等，1 9 9 9 ) 。 处于辐射沙洲内缘区的东台市自建国以来共围成1 7 个垦区( 图1 3 ) ，新增土 地面积总计约7 8 7 k m 2 。其中川东港闸以南、方塘河闸以北的匡围区域主要有东 川、笆斗、金川、三仓、渔舍等垦区，总体上以潮上带匡围为主。 研究区海岸总体上呈淤长趋势，随着围垦工程需要和技术水平提高，垦区起 围高程有降低的趋势。围垦时茅草等植被覆盖率明显降低，从二十世纪五六十年 代的8 0 9 0 ，降至九十年代的6 0 8 0 ，最低的仅3 0 ，植被类型也由茅草 为主转向以盐蔫和互花米草为主，裸滩的匡围面积逐年增大( 陈宏友等，1 9 9 9 ) 。 近年来，江苏每年建设用地都在2 6 7 3 3 3 k m 2 ，而除滩涂资源以外，几乎没 有其他后备土地资源。围垦活动是实现耕地总量动态平衡的主要途径。可以预见， 滩涂围垦仍是今后一段时期内江苏海岸带开发的一种主要方式，辐