（环境科学专业论文）东江三角洲网河床沙特征及人类活动造成的细化问题研究.pdf

a b s t r a c t w i t ht h eq u i c k e no ft h eu r b a n i z a t i o np r o c e s s ，t h ep b e n o m e n ao f l a r g cs e a l es 锄1 d e x p i o i t a t i o nh a sa p p e a r e di nt h ed o n g j i a n gd e l t a a tp r e s e n t ，s a n d e x p i a t i o n h a s a f f e c t e dt h eb e dl o a dc h a r a c t e r i s t i ca c u t e l yb e s i d e st h ed y n a m i c a la n dt h eb o u n d a r y c o n d i t i o n s a tt h es a l r l et i m e ，t h es e d i m e n tr e s e a r c hl so n eo ft h eo b i o c ti n a t t e t si n e v o l u t i o no fr i v e rb e d i t p r o v i d e t h ev a l u a b l e b a s ed a t aa n dh a s i m p o r t a n t s i g n i f i c a n c et or i v e r - b e de v o l u t i o no fo o n g j i a n gd e l t a ，t h eg e n e r a lm c t i t i c a t i o no f p e a r lr i v e re s t u a r yd i s t r i c t ，t h er a t i o n a lu t i l i z a t i o na n de x p l o i t a t i o no fd o n g j i a n g s h i p p i n gr e s o u r c e ，t h ep o r t s i t es e l e c t i o n ，w a t e r s u p p l y & f l o o dc o n t r o l a n dt h e p r o t e c t i o no fe c o l o g yt h a ts t u d yt h es e d i m e n tc o m p o s i t i o na n dd i s l r i b u t i o n ，g r a i ns i z e c h a r a c t e r i s t i ca n dt h ec h a n g i n gr u l e s t h i sa r t i c l et a k e sa d v a n t a g eo f t h ev i e w p o i n to ft h es e d i m e n t o l 0 9 3 , a n a l y t i ca n d a d o p t sd y n a m i cg e o m o r p h o l o g y , t h em e t h o do fr i v e r - b e de v o l u t i o n ，t h ee s t u a r y d y n a m i c s a n d lf l u v i a l d y n a m i c st oa n a l y z e t h es e d i m e n td a t at h a t g a t h e r e d i n d o n g j i a n gd e l t an e t w o r k a r e ai nt h eh i g hw a t e ra n dt h el o ww a t e rp e r i o di n2 0 0 2t o 2 0 0 3a n di n 1 9 7 9 b yt h ea n a l y s i so fu s i n g s c r e e na n a l y s i sm e t h o d ，s e t t l i n go u t m e t h o da n dt h e g e n e r a l m e t h o dt o a n a l y z et h eg r a n u l a r i t y , w e e d u c e dt h es i z e c o m p o s i t i o nc h a r a c t e ra n dt h ei m p o r t a n ts i z ep a r a m e t e r ss u c ha sm e d i a ns i z e ，m e a n g r a i n s i z e ，s o r t i n gc o e f f i c i e n t ，s k e w ，k u r t o s i sa i 通m o d e e t c t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h es e d i m e n to fd o n g j i a n gd e l t ai sm o r ec o a r s et h a n t h a to fx i j i n a ga n db e i j i a n gd e l t a t h em e d i a ns i z eo fd o t i g i i a n gd e l t ai s 2 ，8 2 4 3 f o 1 4 r a m ) ，a n dt h em e d i u m c o a r s es a n da n dt h es i l v e rs a n da r et h em a i nc o m p o n e n t s o f t h i sa r e a w h i c hc o n t e n ta c c o u n tf o r7 0 n e a ru p o n b u ti nd i f f e r e n tr i v e rc h a n n e l s a n dr i v e rr e a c h e s ，t h eg r a i ns i z ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h es i z ec o m p o s i t i o na t ev a r i e t y 1 1 h cs a l t a t i o nl o a di st h ep r i m a r ym o d eo fm o t i o ni nd o n g j i a n gd e l t a f u r t h e r m o r e ， c i u s t e ra n a l y s i sa n dv e c t o rm o d e lw e i ea p p l i e dt oc o m p u t et h ed e p o s i t i o no fl i o n o c e a n ，a n dt h ec o n c l u s i o ni st h a tt h ed e p o s i t i o nh a st h ec u r r e n tt ot r a n s p o r ti ne a c h m o u t ho fd o n g j i a n g r i v e r c o m p a r e d t h em o d e ms e d i m e n tw i t ht h et b r m e ro n e s ，w ef i n dt h ee f f e c to f t h e b e dt o a de l i c i t e db yt h er o a n sa c t i v i t y , a n dt h a tt h em o d e r n o n ei st h i n n i n gc u r r e n t l yi n l a r g es c a l e ，t h et h i m f i r l g r a t i o i s 6 9 ，2 3 ( c o u n t e db ym i l l i m e t r e ) i t i st h e t h e l a r g e - s c a l e s a ”d e x p l o i t a t i o n t h a ta r o u s et h es a n dt h i r m i n gi nl a r g e s c a l et h e a n g h r o p i ca c t i v i t y h a sb e e nt h ei m p o r t a n tf a c t o rt h a te l i c i t e dt h es e d i m e n t st oa i r 。 t h e i rc h a r a c t e “s t i c k e y w o r d s ：d o n g j i a n g d e l t a s e d i m e n t g r a n u l a r i t y t h i n n i n g s a n de x p l o i t a t i o n 第1 章概述 1 1 东江概况 1 1 1 东江水系的组成 东江三角洲是珠江复合三角洲的组成部分，位于复合三角洲的东部，自成一 个相对独立的体系( 图l 1 ) ；珠江三角洲直至现在仍主要在大珠江口海湾内堆 积发展，东江三角洲则在大珠江口海湾汉湾内发展。东江三角洲网河的动力、沉 积和地貌过程受虎门口内狮子洋水道的重大影响。 东江水系是珠江流域水系中仅次于西、北江的第三大水系，发源于江西省寻 邬县桠髻岭，向南流入广东省境内，至龙川县合流坝，会合安远水后称东江，流 经龙川、河源、紫金、惠阳，在东莞石龙分为南北两道，后又分四支汇入的珠江 干流狮子洋河段。东江从源头到口门全长5 6 2 k m ，其中广东省境内4 3 5 k m ，石龙 以上可划分为三段，即：龙川县合河坝以上叫寻邬水，为其上游段，长1 3 8 公里； 台河坝至博罗县的观音阁为中游段，长2 3 2 公里；观音阁至石龙为下游段，长 1 5 0 公里；整个东江的流域总面积3 5 ，3 4 0 k m 2 ，石龙以上的流域面积为2 7 ，0 4 0k m 2 ， 广东省境内为3 0 ，6 4 4k m 2 。主要支流有贝岭水、涮江、新丰江、秋香江、公庄 水、西枝江、石马河、沙河和增江等。 东江三角洲网河顶点起自石龙，其北部的东江北干流和南部的东莞水道与狮 子洋水道围成三角洲平原，三角洲面积3 1 8 5 k m 2 。网河区内，河道纵横交织，密 如蛛网，网河水域面积5 8k m 2 ，占总面积的1 8 2 ，天然河网密度为o 8 8 公里 平方公里。石龙以上为东江干流下游下段水道，该河段主要为多江心洲和心滩的 河段；网河区内的主要水道有东江北干流、东莞水道、中堂水道、倒运海水道、 大汾北水道、洪屋涡水道和麻涌水道等，以及狮子洋段。( 图1 2 ) 1 1 2 地质地貌基础 东江下游及三角洲在燕山运动作用时期，花岗岩侵入及巨大断裂构造作用， 形成断块山和断陷盆地一东莞盆地。随后历次在盆地沉积红色岩系。继承性的断 裂构造使东江维持岭谷及盆地地貌。东江下游为较宽广的谷地平原，三角洲为平 原和丘陵、残丘地貌，边缘为中山、低山和丘陵。 在第四纪晚冰期，海平面降至约一1 2 0 m ，河口处于现珠江口外的外海水深约 1 2 0 m 处。冰后期约1 万多年前，海平面急剧上升，至5 0 0 0 6 0 0 0 年前，上升至 与现代海面附近，形成东江三角洲河口湾，在湾内沉积了东江现代三角洲下部地 层略经压实的粘土、砂混粘土的松散沉积层，这些沉积层较普遍地在东江三 角洲水道大约一6 m 深处可采到，在东江北干流约一7 一9 m 深处可采到。至此，奠 定了东江三角洲的基础。在唐、宋代以后，东江三角洲范围内基本淤高，从北至 南形成滩涂，水下网河开始形成。其后经历代围垦，至2 0 世纪中期( 4 0 年代) 东江三角洲网河基本形成。 1 2 研究范围、研究意义与研究目的 1 2 1 研究范围 根据资料的搜集情况与河道状况，本文的研究范围见图1 2 ：包括东江三 角洲网河区内的主要水道，惠卅至石龙的东江干流下游段以及狮子洋河段，地理 位置界于北纬2 3 。1 5 至2 3 。4 5 、东经】1 3 。3 0 至11 4 。3 0 之间，面积约3 1 8 5k m 2 。 其中，东江惠州石龙段长约8 5 k m ，占东江下游河段河长( 1 5 0 公里) 的5 7 ， 河床平均坡降0 1 7 o ：东江北干流全长4 2 k m ，在新加埔纳增江，经新塘以南最 后汇入狮子洋；东莞水道长约4 2 k m ，从石龙以南向西南方向流经石碣、东莞城， 在大王洲接中堂水道，最后在坭洲尾附近汇入狮子洋；中堂水道长约1 7 k m ，倒 运海水道长约1 8 k m ，麻涌水道长约1 3 k m ，狮子洋段长约3 5 k m 。其范围上起东江 北干流口、下至坭洲尾西大坦附近。部分相关研究可以扩大到西、北江三角洲网 河区。 1 2 2 研究意义与研究目的 东江三角洲是珠江三角洲的重要组成部分，其水道是珠江三角洲东部水运的 主要通道，东江又担负着向香港、广州、深圳、东莞、惠州等大城市供水的任务。 研究东江对当地的经济和生产生活起着重要的意义。 床沙组成是河床边界条件与水动力相互作用的产物，它既能反映河床物质来 源，在一定程度上又可描述沿程泥沙运动的规律，同时还可以反映水流动力条件 的强弱；因此床沙研究是河床演变研究的主要内容之一，对河口地区的综合整治 也有着重要的意义。同时，由于开放改革以来，珠江三角洲地区城市化程度的加 强，经济飞速发展，沙资源需求旺盛，珠江三角洲地区出现了大规模采掘河床沙 的现象。人类挖沙活动取走大量的沙资源，极大改变了河床边界条件和河流的动 力条件，改变了床沙的组分粒度特征，将对东江的行洪、航运及供水灌溉造成较 大的影响。 本文在前人的研究基础上，利用搜集的详实的现场资料、历史资料、图件资 料及其他相关资料，采用传统和现代的研究方法，揭示东江三角洲网河水道床沙 的粒度特征及其反映的动力环境，分析床沙的组成分布特征、运动特点方式和床 沙的变化规律等。这些研究可以为东江三角洲网河河床演变、珠江三角洲河口的 综合整治、合理利用开发东江航运资源、港口选址建设，水利防洪灌溉、生态保 护，提供详实的基础资料和参考价值，对全面系统研究整个珠江三角洲的发育演 变和人类活动对网河河床演变的效应也有着重要的实际意义和参考价值，对于该 地区经济可持续发展也有一定的现实意义。 1 3 研究概况 对于河流、河口和海洋的沉积物，国内外众多学者从不同层面，使用不同的 方法，做出了大量卓有成效的研究工作，研究成果积筐盈箧。 国内的研究多集中在比较大型的重要的河流、河口以及附近的沿海区域，如 长江、黄河和珠江及其河口区域与三角洲区域，以及其附近的沿海近岸区域。早 在t 9 3 2 年，f p s h e p a r d 就对中国海域的沉积物分布做过初步调查研究，绘制 出了中国海域沉积物分布的略图；李春初、王鸿寿、杨干然、陈世光、陈志永等 ( 1 9 7 9 ) 对西江下游( 梧州至磨刀f - ) 河床床沙进行了研究，做了粒度分析，总 结了床沙的组成分布特点和沿程运动规律特征；陈志永与李春初( 1 9 7 9 ) 从床沙 概率累积曲线的特征出发，选取3 5 个床沙样品，分九种类型的河床沙作概率累 积曲线，进一步研究了西江下游河床床沙的沿程运动特征；陈志永和陈世光 ( 1 9 7 9 ) 对东江河口区的床沙分布特征进行了探讨，得出了当时东江河口区床沙 组成以中粗砂为主的结论；罗宪林、杨清书、罗章仁和杨干然等( 2 0 0 2 ) 对西、 北江三角洲网河区的床沙做了系统深入的研究，分析了床沙的组成分布和来源， 讨论了床沙的季节与历史变化特征及床沙的运动特征，并且把人类活动作为一个 重要因子来分析其对河床演变的影响；蔡爱智、蔡月娥( 1 9 8 3 ) ，吕浩雪( 1 9 8 6 ) ， 吴正、黄山、胡守真等( 1 9 9 5 ) 分别对中国海岸的风沙沉积的成因与特征、冀东 海岸沉积物的粒度特征和华南海岸的风尘沙地貌做过详细的研究；董玉祥( 2 0 0 2 ) 以中国温带海岸为例，研究了海岸现代风成沙的粒度参数特征，结果表明，风成 沙粒度参数的地域差异明显，并且随沙丘的类型、规模及距离海岸线的远近而不 同； 关于长江、黄河及其河口附近地区沉积物的研究也比较多，也比较深入。如 孙顺才( 1 9 8 1 ) 以历史的观点研究了长江三角洲全新世的沉积特征；恽才兴、蔡 孟裔、王宝全( 1 9 8 1 ) 利用卫星影像分析长江入海悬浮泥沙的扩散问题；蔡爱智 ( 1 9 8 2 ) ，史立人、魏特等( 1 9 8 5 ) ，采用传统的动力地貌学观点，研究了长江入 海泥沙的扩散问题；杨世伦( 1 9 9 4 ) 对长江口表层沉积物的粒度参数进行统计研 究，结果表明不同的沉积环境下，沉积物的粒度参数相差较大，总体表现为水下 环境的沉积物粗于潮滩，口内河道的粗于口外海滨，并从沉积动力学角度做了较 为合理的解释；蒋国俊( 1 9 9 5 ) 对浙江台州湾潮滩悬沙粒度参数的动力沉积学意 义进行了研究；贾海林、刘苍字( 2 0 0 0 ) 采用对应分析法，研究了长江口北支的 沉积物粒度的特征和沉积环境；杨欧、刘苍字( 2 0 0 2 ) 运用g a o c o l l i n s 粒径趋 势分析模型，以长江口北支沉积物粒度分析资料为根据，获得了该区域沉积物粒 径趋势的矢量分布和搬运趋势。 成都地质学院陕北队( 1 9 7 6 ) 曾详细介绍了粒度的基本概念、粒度分析的主 要方法、粒度分析数据的整理和解释以及粒度分布在区分沉积环境方面的应用； 任明达、王乃梁( 1 9 8 1 ) 从沉积学的角度出发，讨论了沉积环境与沉积相的基本 概念，沉积相的分类，沉积相的形成以及研究沉积相的基本方法；李克勤( 1 9 8 5 ) 对粒度分析的方法进行了校正，他发现用普通筛析法得出的结果存在级配偏粗的 现象，因此以粒径在00 5 o 5 唧之间的砂样为例，进行了级配的校正；王德杰、 范代读、李从先( 2 0 0 3 ) 对不同预处理条件对沉积物粒度分析结果的影响做了研 究。 李从先，陈刚等学者( 1 9 8 8 ) 研究了我国南北方三角洲体系沉积的特征，并 作了详细的对比，提出了三角洲沉积体系的共性与特殊性；也有学者从沉积物重 矿分析的角度，来研究沉积物的组成分布特征( 陈丽蓉，1 9 8 2 ；王先兰等，1 9 8 4 ； 林振宏等，1 9 9 6 ) ；许炯心( 2 0 0 2 ) 将河型频率的概念用于床沙粒径与河型关系 的研究，得出床沙粒径越大，则河流水流的切力越大，能耗率越高，越有利于分 汉河型的形成，反之则有利于弯曲河型的出现的结论： 钱宁与万兆惠( 1 9 8 3 ) 以泥沙( 包括沉积物) 为研究对象，提出了一种新的 研究方法，进而开启了一门新的独立学科：泥沙运动力学，主要研究泥沙颗粒在 重力、流水、波浪和风力作用下的摔届i j 、搬运和沉积过程；后来不断有学者以泥 沙运动力学作为工具。研究泥沙沉积物的运动特征，有研究冲泻质与床沙质的划 分，认为冲泻质不能当作是组成与运动泥沙发生规律性交换的有效床沙( 王尚毅， 1 9 8 8 ) ，有专门研究计算推移质运动的，如吴以喜( 1 9 8 9 ) 对东江口的推移质做 了观测，研究了潮汐河口推移质的运动特点，得出推移质运动在测量断面上呈不 均匀分布，其输移方向主要集中在潮流涨落主通道的结论；张启卫( 1 9 9 0 ) 作了 推移质级配计算方法的研究，提出了一种由床沙级配来推求推移质级配的计算方 法；吴保生，马吉星( 2 2 ) 分析了输移泥沙床沙质中值粒径的计算方法和变化 规律，指出由于水流的分选作用，输移泥沙的中值粒径一般较底沙的中值粒径要 细。 对于沉积物的研究，也有学者从地球化学的角度出发，分析河口三角洲表层 沉积物中常量元素、微量元素等，如孙顺才( 1 9 8 1 ) ，蓝先洪等( 1 9 8 7 ，1 9 9 5 ) 分别对长江三角洲、黄河三角洲和珠江三角洲的近、现代沉积物中的常、微量元 素做过化学分析。 国外对沉积物的研究也比较深入。目前粒度分析中广泛使用的中值就是 k r u m b e i n ( 1 9 3 4 ) 根据乌登一温得华粒级标准( u d d e n - w e n t w o r t hs c a l e ) ，通过 对数变换而来；t o a 热姆丘日尼科夫( 1 9 5 7 ) ，曾提出沉积相是定岩层的沉积 和生成环境，兀b 鲁欣( 1 9 5 8 ) 认为沉积相是沉积物特征及其生成环境的总和； 维谢尔( v i s h e r ，1 9 6 5 ，1 9 6 9 ) 对1 5 0 0 多个样品进行粒度分析和在正态概率纸 上作图后，得出了沉积物搬运方式与粒度分布之间的关系；众多国外学者对于粒 度参数的计算与定义给出了他们自己的观点( 见第二章的论述) ：许多学者根据 不同现代沉积环境中沉积物粒度参数的比较，确定鉴别沉积环境的判别参数，并 “将今论古”，分析研究古代沉积环境( r o g e r se ta 1 ，1 9 5 9 ；f r i e d m a n ，1 9 6 7 ； f o l k ，1 9 8 6 ) ；m c l a r e n 和b o w e l s ( 1 9 8 5 ) ，发展了一维沉积物粒径趋势模型，用 来判别沉积物的净搬运方向；9 0 年代初，高抒和c o l l i n s 在m c l a r e n 模型的基 础上，提出了二维沉积物粒径趋势分析模型；d a r y m p l e ( 1 9 9 2 ) 就河口动力特 征与沉积特征进行对比分析；后来，s t e w a r tl k ，h e a pa d 和w o o l f ek j ( 2 0 0 0 ) 应用了一个简单的模型，用于判别在涨潮期间，海湾内细颗粒泥沙粒度 的空间差异及输运机制，并得到良好的结果和应用。 此外，广东省航道勘测设计研究院( 2 0 0 3 ) 等科研单位专门就东江三角洲网 河区进行过航道整治工程可行性研究，讨论了东江地区分流比、水位下降、潮汐 作用增强、河流的“溯源变形”等内容。 综合上述，国内外学者对沉积物做过大量研究，对东江三角洲的研究也不少， 但针对近期东江三角洲网河区河道内床沙的研究不多见，只有上世纪7 0 年代末， 中山大学的陈志永和陈世光对东江网河区的床沙做了一定研究，但未涉及床沙的 变化特征，当时的床沙基本不受人类活动的干扰，处于自然状态，已经不能够真 实的反映床沙现在的特征。现阶段，人类活动尤其是大规模的挖沙活动，已经对 床沙的特征和组成产生了非常大的影响，因此对现代东江三角洲网河区水道床沙 的研究工作有必要进行深入研究。 1 4 主要研究方法与资料搜集： 1 4 1 主要研究方法： 本论文以沉积学的研究方法为主，重点研究东江三角洲床沙的特征，变化及 其原因，并与动力过程与地貌过程相结合；同时选取典型区域重点研究；并注重 历史与现代过程的有机结合，宏观与微观及定性与定量研究相结合。 在具体分析过程中，运用沉积学、动力地貌学、河床演变学、河口动力学、 河流动力学等多学科交叉的研究方法，利用筛析法、沉析法、综合法、泥沙输运 矢量模型、图件对比、聚类分析、相关分析等方法研究东江三角洲河床沙的特征， 并借助f o r t r a n 、m a p i n f o 、p h o t o s h o p 、s u r f e r 、o r a f i c 、e x c e l 等计算机软件， 对东江三角洲网河区的床沙及相关问题进行辅助研究。 1 4 2 资料搜集情况： ( 1 ) 洪季样品采集：2 0 0 2 年9 月和2 0 0 3 年7 月，总计在东江惠州至石龙 段采集样品4 4 个，东江北干流采集样品3 7 个，东莞水道采集样品2 8 个，中堂 水道采集样品6 个，倒运海水道采集样品1 2 个，大汾北水道采集样品1 3 个，洪 屋涡水道采集样品1 3 个，麻涌水道采集6 个，珠江干流狮子洋段采集1 9 个。 ( 2 ) 枯季样品采集：2 0 0 3 年1 月在东江惠州至石龙段采集床沙样品4 4 个， 在东江北干流采集样品3 7 个，东莞水道采集3 1 个样品，中堂水道采集6 个样品， 倒运海水道采集1 2 个样品，大汾北水道采集1 3 个样品，洪屋涡水道采集样品 1 3 个，麻涌水道采集6 个样品，珠江于流狮子洋段采集样品2 3 个。采样点分布 见图l 一2 。 ( 3 ) 西、北江网河三角洲地区的部分床沙的粒度和组成资料。 ( 4 ) 1 9 7 9 年1 1 9 个历史床沙样品资料，包括东江正干( 含石龙以上的东江 干流) 5 1 个，东莞水道3 7 个，中堂水道1 1 个，倒运海水道2 0 个。 ( 5 ) 图件资料：包括：1 9 6 4 年、1 9 7 2 年、1 9 8 8 年、1 9 9 7 年和2 0 0 2 年的惠 州至东江口的航道地形图；1 9 5 2 年、1 9 8 8 年和1 9 9 7 年以及2 0 0 3 年部分河段的 东莞水道的航道地形图；中堂水道1 9 9 7 和1 9 9 8 年的地形航道图；1 9 5 2 年、1 9 8 7 年、1 9 9 7 年以及2 0 0 3 年部分河段的倒运海水道的地形航道图；1 9 9 7 年和1 9 9 8 年麻涌水道的航道地形图；1 9 6 5 年、1 9 7 3 年、1 9 8 1 年、1 9 9 7 年、2 0 0 1 年和2 0 0 2 年狮子洋的海图。 图1 1 东江三角洲在珠江三角洲中的位置示意 艟惜妻张圭匿暮要蜓工*ni_【匝 第2 章床沙沉积物粒度实验方法与数据处理 粒度成分是分布最广泛的一种沉积特征，确定沉积物中不同大小碎屑的含量 的方法称为粒度分析，大量统计资料证明，沉积物的粒度分布是服从对数正态分 布规律的。 2 1 实验方法简介 测定粒度的方法有多种，不同的测定方法适合不同的测定对象：如砾石可以 用直接法测量，如用测杆、测规量砾石的直径，用量筒测砾石的体积；松解或较 疏松的细、中碎屑岩多采用筛析法；粉砂、粘土常采用沉降法、流水法、液体比 重计法等方法测量；量少的小样或浓度太低的粉砂、粘土样可采用光学法和电法。 另外激光粒度仪法是现在较先进的测粒度的方法；其他还有电法、自动或半自动 粒度仪等方法来测量粒度。由于本文所搜集的历史资料是采用筛析法、沉析法和 综合法来处理资料，为了能够有效的与历史资料相对比，故收集到的现代的资料 也使用筛析法、沉析法与综合法来处理。 筛析法是分析细砾和砂的主要方法。筛析取样般取5 0 克以上，或更多 些如8 0 克。然后在振筛机振动约1 5 2 0 分钟，然后分级称重。称重准确到o 0 1 克，各级重量的总和应该是1 0 0 ，若不足或者大于此数，应将误差按比例分配 到各级重量中去，使总重量保持1 0 0 。 沉析法，又叫做水析法或吸管法，适宜分析粉砂和粘土样品。沉析法的原理 是利用泥沙颗粒在水体中的沉降速度( n 遵守斯托克斯( s t o c k e s ) 沉降定律， 在一定的深度，按照不同的沉降时间吸取悬液，由此来求出沉积物各粒级的百分 含量。计算公式为： 矿：兰! 旦二旦2 星r 2 9 其中y 是球形颗粒的沉降速度，单位是厘米秒。，是球形颗粒的半径，单位是 厘米。白，_ p j 是颗粒与水体的密度差，g 是重力加速度，卢是不同水温下水的 粘滞系数。 有了颗粒的沉降速度和在沉降筒中的取样深度，根据( 沉降时间) = ( 取样 深度) ( 沉降速度) ，即t - - - 一h v ，就可以算出大于某一粒径的所有颗粒最终沉降 至该点以下所需的时间。此外，由于沉析法适用的颗粒很细，易于发生胶结和凝 聚，所以要除去样品中的钙质胶结物和有机质，要在悬浮液中加入适量的六偏磷 酸钠分散剂。 综合法( 筛析法一沉析法) 样品颗粒大小从粗至细各粒级均有分布时，应 采用综合法进行分析。在具体操作中先使用四分法取样，置于烧杯中烘干称重， 记录下样品重量后，加入分散剂和少许水，加热至煮沸，促其充分分散。然后将 样品通过孔径为0 0 6 3 r a m ( 4 中) 的小筛，分为两部分，所有的粒径大于0 0 6 3 m m 的样品在加热烘干后采用筛析法，自粗至细逐级筛分；粒径小于0 0 6 3 m 的采用 沉析法处理。 另外当大于o f ) 6 3 m m 的颗粒超过8 5 时，可直接用筛分法进行筛分，同样 若粒径小于0 0 6 3 r m 的颗粒超过8 5 时，也可直接采用沉析法来求得样品的粒 度配比。 2 ，2 粒度资料处理方法 粒级划分的标准，因目的不同而异，但都遵循以下原则：粒级的区别要能够 反陂沉积物的物理一化学性质的差异；粒级的划分在分析技术上具有可能性；具 有数学上的一贯性，以便于记忆和应用。目前对粒级的划分方法主要有两大类： 是采用真数，即以毫米或微米为单位来表示颗粒的直径。这种单位的优点是比 较直观，缺点是各个粒级的不等距，不便于作图和运算。另一种是采用粒径的对 数值来表示，较广泛采用的是克伦宾( k r u r n b c i n ，】9 2 , 4 ) 根据鸟登一温德华粒级 标准提出的西值，通过对数变换而来，定义为： 中= 一l o g d 式中d 为毫米直径值。西值与d 样，也表示长度单位。 上述变换中，口值与d 值呈负相关，只是为了运算钓方便。因为用作粒度分 析的颗粒的粒径大都在l 毫米以下，这种粒径作上述变换得到的毋值为正值。 温德华粒级以1 毫米为基数，公比为2 的等比级数。它的特点是粒度愈大粒级间 距愈大；反之，间距愈小，这样的粒级划分是适宜的。另外一个特点是温德华粒 级所对应的审值呈等差级数增减，这便于柱度资料数据的计算和绘匮。用中值 划分粒级的缺点是不直观，需要经过换算才能建立西值与真实数值之间的关系。 对于粒度资料的处理，主要有两种方法，是作图法，即根据资料作出一些 图，从这些图上作定量的解释；二是计算法，即直接从粒度资料手工或者用计算 机计算各粒度参数。两种方法各有优缺点，如计算法，虽然计算起来方便快速， 但不能对资料有总体和直观的认识，看不出因称重或筛空不合格引起的误差，也 无法得出成因的一般认识。因此，一般是两种方法同时采用- 2 2 1 作图法： 常用的粒度图有直方图( 柱状图) 、频率曲线图以及累积曲线图等。直方图 以粒径区间( 组距) 为横坐标，以频率( 或频数) 为纵坐标，做成一种简单的统 计图。它以矩形面积代表频率( 频数) 的分布，它的优点是可以清楚的表示出各 种样品的粒度变化，众数的位置和移动、偏度的情况等。如果将直方图上各矩形 上边的中点连成一条圆滑的曲线，就成为频率曲线图( 图2 1 中的曲线1 ) ，这 样能够更加准确的确定众数值，即出现最高频率时的粒度值。沉积物的颗粒大小， 一般说来，符合于搬运介质的主要速度，因此频率曲线大多是单峰。如果单峰高 而窄，表示分选好，粒级比较集中；要是单峰矮而宽，说明分选差。单峰的频率 曲线般出现在只有单一的碎屑物来源，且经过较长距离搬运的沉积中，当频率 曲线出现双峰或多峰时，其形成原因可以不同：如沉积物在搬运过程中，沿途有 大量新的碎屑物加入，就有可能使频率曲线由单峰变为双峰。以后随着沉积物的 沿途分选，又会出现颗粒集中在新加入的碎屑物的主要粒级上的单峰。累积曲线 又称累积百分含量图，是用来表现大于一定粒级的百分含量的统计图，它以粒径 图2 一i 三种粒度曲线的比较 1 一频率曲线图；2 一累积频率曲线图；3 一概率值累积曲线圈 ( 西值) 为横坐标，以累积频率或概率值为纵坐标。如果以累积频率作纵坐标， 则曲线称为累积频率图( 图2 一l 中的曲线2 ) ，如果以概率值为纵坐标则曲线称 为概率值累积曲线图( 图2 1 中的曲线3 ) 。 由于粒度分布一般都为正态分布或对数正态分布，故在累积频率图中多呈s 形，在概率值累积曲线中里直线形。累积曲线的优点是：1 可以用分组或不分组 的资料作图，同时曲线形状不太受分组间隔大小的影响；2 可以从曲线上直接读 出分布的四分位值或任意的分位值；3 在正态概率纸上作图，便于用肉限与正态 分布作比较。更重要的是还可以进一步说明颗粒搬运状态。累积曲线的缺点是不 如直方图一目了然，且不易确定曲线的众数值和众数组。 2 2 2 计算法 计算粒度频率较好的方法是矩值法，它考虑整个频率分布，而不只是考虑少 数百分位数。一些不能够用矩值表示的数字特征如中值粒径和众数等，则不能够 ! 彗呐 呻吖：宝帖啦 | 彗 伽 s 柏 仲 。 被求出。矩值计算的原理( 林少宫，1 9 6 3 ) 如下： 设观测数x ，、x ：x 。为取自某个总体的一个容量为n 的随机样本，则可将 r 阶原点距定义为： 旷击喜x j 特别当r = 1 时，就得到样本平均值，通常记为 膏= 去豁 r 阶样本中心距则定义为： 坼2 吉善( 矿玎 仁l ，2 n 同样也有： 去善( 矿驴。 原点矩与中心矩有如下关系： 珊2 = 口2 一群 m 3 = 口3 3 a l a 2 + 缸? m 4 = a 4 4 a 3 口l + 6 a 2 口；一3 c t ? 给出了上述样本矩的定义后，对于凡是能用矩来表示的总体数字特征，都容易写 出其相应的样本特征。例如平均值、方差、标准差、偏度以及峰态可以作如下定 义： ：y 差c r 2 = m 2 标准差盯= m ： 偏度麟= 矛m 3 = 争 有人也认为偏度更好的定义为： 偏度脒= 2 m 仃3 。 峰态髓= _ 丁m 4 = _ 了m 4 m ：o 也有人认为峰态的最好定义为： 峰态肺= 1 m 4 3 当样本容量较大时，计算量也变得繁多，这时可将观测值适当分组，用组中 值( 即组的上限与下限的平均值) 代替这组所有观测值进行近似计算。则r 阶原 点矩的定义就成为： 乃x j i = 1 口，2 彳一 乃 ，t 1 式中n 为分组数，第j 组的组中值为x ，组频数为f ，则有 乃x ， 口，= j = j = 1 , 2 ，” 乃x ； 口2 = 等- 一 乃 乃司 一j | “i = 号_ 一 乃 ，二一ooj 口4 = 除了上述的矩值计算方法外，还有另外一种计算方法，计算较前面一种复杂 其粒度参数定义如下： 耳= 劈 标准差吼 偏度s k 。 峰态k g 。 = 孵 = 鼍茅 = 鼍茅 式中f 为每一粒级的重量百分数；e f = 1 0 0 ；x 为每一。粒级间隔的中点。 2 ，3 粒度参数 反映沉积物特征的主要粒度参数有中值粒径( 幼，平均粒径( 胞) ，分选系 数( p 口r ) ，偏度( s k ) ，蜂态( k g ) 和众数态( ) 。众多学者对于粒度参数的定 义与计算公式，给出了自己的观点，本文由于要与前人以往的历史研究作比较， 故根据实际研究情况，选择采用符合自己情况的公式来计算粒度参数。 中值粒径又称中位数直径，是度量颗粒平均大小的一种指标，能够较直观的 反映出沉积物粗细组合分布的总趋势，并能反映出水体平均载荷功能的大小，代 表一半粒径大于它，另一半粒径小于它。 平均粒径代表粒度粒度分布的集中趋势，又可以反映沉积物的平均粒度。由 于中值粒径受到频率曲线的偏态、峰型和扩散程度的影响，因此平均粒径不完全 等同于中值粒径。如果以有效能来表示，平均粒径可代表沉积介质韵平均动力能 ( 速度) 。用矩值法求平均值的优点是把所有的粒度分布都投入计算：而图解法 则简单快速，通常读取的百分位数越多，得出的平均值越精确、越接近矩平均值。 已经有的图解平均值定义不止一个，有m 2 0 = ( m 1 6 + 西8 4 ) 2 ，( o t t o ，1 9 3 9 ) ， 这个在地质界较流行；然而这个定义存在着忽略中闻第三值的缺点，因此为补救 这个缺点，f o l k & w a r d ( 1 9 5 7 ) 提出m z p = ( 1 ( b 1 6 + 5 0 + m 8 4 ) 3 ，本论文据此 公式来计算平均粒径。总之取越多百分数结果就越耩确。 分选系数指示沉积物被淘选富集的程度，同时也反映出沉积介质的分选能 力。和平均粒径一样，参加测值的定义越多，得到的分选系数值越精确。目前广 泛使用的是t r a s k ( 1 9 3 0 ) 提出毫米值的量度，即： 驴蹶或= 厝 式中k 2 5 、7 5 分剐代表2 5 、7 5 累积含量的粒径( 毫米) 。 k r u m b e i n ( 1 9 3 6 ) 提出类似。值的分选系数，即： q 玩= 7 5 一矿2 5 f 2 偏度可以判断颗粒频率分布的不对称程度，并表明平均值和中位数的相对位 置，能够反映沉积物的藏因。由于偏度可以岛左或向右，为此常给以正负的概念， 如负偏代表沉积物粗偏，平均值将向中位数较粗的方向移动；正偏则是细偏，平 均值向中位数较细的方向移动。偏度的计算公式也有多神，较常用的是； s k ；( 痧2 5 + 庐7 5 2 0 5 0 ) 2 ( k r u m b e i n ，1 9 3 6 ) 峰态是衡量粒度分布的中部和尾部展形之比，即衡量分布陷线的峰凸程度。 本文所用的计算峰态的公式是由戴尔( d y e r ，1 9 7 0 ) 提出的公式： 峰态硒：型二! ! 1 5 ( 7 5 一矽2 5 1 另外还有一个粒度参数是众数，它是相当于频率分布最高的颗粒粒径值，用 来表明粒度分布曲线的双众数或多众数的性质，是研究混合来源的物质特征的指 标之一，反映物质来源及沉积环境的变化，对研究沉积结构很有用处。符合正态 分布的粒度曲线，其平均值、众数值与中位数是一致的、重合的；若沉积物存在 着正偏或负偏，则三者不完全一致。有时曲线中不仅有一个基本众值，也有居于 第二和第三的众值。 第3 章东江三角洲网河床沙组成分布特征 床沙组成是河床边界条件与水动力互相作用的产物，它既能反映河床物质的 来源，又在一定程度上可描述沿程泥沙的运动规律。东江三角洲网河水道中的床 沙沉积物是由许多大小不等、形状各异的颗粒组成的混合体，各种粒径物质在总 体中的含量不尽相同，而且其组成在自然状态下是由多种动力过程所控制，与水 流动水力条件( 搬运营力) 变化息息相关，它反映了现代动力沉积环境。表层沉 积物的空间变化是各种搬运过程的综合结果，其中包括床沙在动力和地形相互作 用下的动力沉积过程、动力分异过程、选择搬运过程和磨蚀过程。 3 1 网河区水道的划分 根据动力条件、河道形态、床沙特征差异以及地质地貌基础，按由陆向海， 把东江三角洲网河水道划分为以下三个河段及口外段： ( 1 ) 河流段( i ) ：中、枯永期潮流界以上的河段，为东江干流段，常年大 部分河段受径流作用控制。范围从惠州至石龙，本段床沙以中砂和粗砂为主，挖 砂深度大的河段会出现卵石，粉砂，粘土质砂或花斑硬泥，惠州附近韵河段有砾 砂产出。 ( 2 ) 过渡段( i i ) ：为网河区上段，洪水期受径潮流共回影响，桔水期受潮 流控制。范围：东江北干流石龙至新塘，东莞水道石龙至莞城。该段床沙以中砂 为主，河道分汉处常会出现中粗砂或粗砂。 ( 3 ) 河口段( 1 1 1 ) ：该河段除大洪水期以外，基本受潮流作用控制，枯水期 还受咸水作用的影响。该河段主要有东江j e 于流薪塘至东江口段，东莞水道莞城 至坭洲尾段，本区河道分汉复合，网河密布，床沙主要为细砂，粘土、中砂次之， 某些侵蚀河段会出现粗砂甚至砾砂或砾石；三角洲河道中经常出现粉砂和紧实的 粘土甚至杂色粘土等；边滩由于动力条件弱，会有淤泥产出a 口外段即为珠江干流狮子洋段，床沙主要为细砂、粉砂和粘土。 3 2 床沙的来源分析与粒级划分 3 2 1 床沙来源分析 自然界中泥沙的最主要来源是岩石的风化。对于东江三角洲网河水道而言， 其床沙来源还有以下主要方面： 1 流域来源： 现代水流作用下，流域来沙是床沙的主要来源，其主要依据有： ( 、) 床沙主要成分中的中粗砂和细砂沿程分布连续。说明这些组分主要来自上 游流域； ( 2 ) 从上游至下游，床沙呈逐渐变细的趋势； ( 3 ) 根据1 9 7 9 年历史资料的床沙重矿分析，有2 0 多种重矿物都是来自东江上 游下古生代混合片麻岩，自生矿物比较少见。由表3 - 1 可以看出，石龙以上重矿 物百分比含量最高，石龙以下各水道较低，一般低于平均数，说明重矿物主要来 源于东江中上游。 表3 - 1 东江三角洲网河水道床沙重矿物百分含量+ 重矿重( g )粒级( 02 5 0 1 0 m m ) 重重矿( ) ( 最小最 l水道名称 ( 最小最大平均)( g ) ( 最小最大平均)大平均) 00 0 6 2 5 t 0 1 2 3 2 500 5 7 1 59 60 6 3 1 53 7 东江( 铁岗东江口j 00 3 6 3 730 8 3 53 6 4 00 1 6 2 o 1 5 l0 6 0 1 1 65 2 50 6 0 z 7 0 东莞水道 00 7 9 3 68 2 2 912 0 00 4 0 5 0 1 2 9 832 2 8 1 51 3 808 6 1 3 5 倒运海水道 o 0 7 1 2 573 8 6 1 0 9 0 0 1 5 5 t 0 0 2 6 3 5l9 0 2 1 52 0 70l o 1 3 9 中堂水道 0 0 1 8 7 38 5 8 5 0 7 5 资料来源：陈志水、陈世光( 1 9 8 6 ) 2 冲刷河床产生的泥沙： 强劲的下泄流、径流( 特别是洪季水流) ，与上溯的潮流冲刷侵蚀河道，被 冲刷下来的泥沙也成为床沙来源的一种途径。在东江惠州博罗段，及东莞水道