河口定义及分类研究的进展_戴志军

1、第 19 卷第 2 期台湾海峡Vol. 19, No . 2 2000 年 6 月JOURNA L OF OCEA NOGRA PHY IN TA IWAN STRAIT Jun. , 2000 河口定义及分类研究的进展 戴志军 任 杰 周作付 ( 中山大学河口海岸研究所, 广州, 510275) 摘 要 本文对近 40a 来不同领域的河口定义及分类进行了总结 。从地貌 、 自然地理、地质 、 生物等方面分析了研究人员较普遍接受的几种河口定义及分类的优 劣,探讨了河口定义及分类的发展动态。 关键词 河口定义 河口类型研究进展 中国图书分类号 P737. 12 河口处于海洋和陆地的交界处 ,随着

2、经济发展及港口的开发利用和整治,迫切需要对河口 及其分类有清晰的概念。 1 河口的定义及概念 字典及百科全书或不同专业领域对“河口”都有不同的解释 ,但都难免有缺陷存在 。实际 上,“河口”从词源看 ,起源于拉丁语“Aestus”即“潮汐的”或者说“河口”可以适合任何有潮汐影 响的海岸 。从系统论的观点来看, 河口是一种系统 ,定义河口时 ,应当包含有地貌、 水文、地质 、 生物、物理等表征河口特征的标准在内。目前的河口定义均没有把这些标准包括在内 。笔者 试图从物理、 自然地理、 生物、化学等不同领域较普遍接受的河口定义出发 ,分别加以阐述 。 1. 1物理与地理上的河口定义 早在 20 世

3、纪 50 年代, 随着河口与海岸研究的发展, 河口的定义不断修正 。Ketchum ( 1951) 1 、Pritchard( 1952) 2 、Emery ( 1957) 3 、Dionne ( 1963) 4 、Cameron 和 Pritchard ( 1963) 5 在研究河口的过程中, 对河口分别进行了定义。其中, Dionne( 1963) 4 、Pritchard ( 1967) 6 的河口定义较为广大河口专家接受 。Dionne 认为 , 河口是河流与海洋之间的通道 , 它向陆延伸到潮水的上限 。这个范围通常划分三段: 海洋段或河口下游段 ,与开阔的海洋自由 连通 ; 河口中游

4、段,此段的盐淡水发生混合; 河口上游段或河流段 ,主要为淡水控制, 但每天经 受潮汐的影响( 图 1) 。萨莫依洛夫 7则将河口划分为: 河流近口段, 河流河口段, 口外海滨段 等组成部分。河流近口段 ,通常指潮区界和潮流界之间的河段, 潮汐作用使这一河段的水位产 生有规律的涨落 ,水流的流向始终指向下游的方向 。河流河口段 ,那里的水流可以是单一的水 流,也可能分汊形成三角洲河网。在这一河段里径流和潮流两种力量相互消长 。愈向上游,径 流作用愈显著; 愈向下游 ,潮流逐渐加强 。口外海滨段, 它是从河口段的海边到滨海浅滩的外 界。在大陆架狭窄的地区 , 口外海滨的外界和大陆坡相连接。实际上,

5、 Dionne 的定义与萨莫 依洛夫 的定义几乎相同, 都从河口的宏观形态及动力上定义 ,同时强调了时间的尺度 。萨莫 戴志军, 男, 1973 年 5 月出生, 硕士. 本文于1999 年 5 月 31 日收到. 依洛夫的河口概念是对先前不同地质上的河口定义标准最好总结。不过, 依其定义 ,由于潮汐 的起落在亚马孙河至少可以传播到口门以内 735km , 甚至更远 , 那么河口的长度将大于 1 000km ,而且,它缺乏明确系统的动力指标作依据, 又把情况很不相同的扇形三角洲和喇叭湾 ( 三角港或河口湾) 等同列入为河口段, 极不合理 8。 图 1河口分段图解( Faribridge, 19

6、80) Fig. 1Sketch of estuarine segments( Faribridge, 1980) 欧美广泛采用 Pritchard( 1967) 6 的定义,“河口是一个与开阔海洋自由相通的半封闭的 海岸水体 ,其中的海水在一定程度上为陆地排出的淡水冲淡 。 ”Pritchard 的定义( 1967) 是以其 1952 年的定义“河口是一个与开阔海洋自由相通的半封闭的海岸水体 ,某种程度上能够容纳 一定数量的海水”为基础, 参考 Ketchum( 1951) “河口是河流水与海水混合并在一定程度上将 海水冲淡的水体” ,在 1963 年和 Carmeron 合作发表 5。尔后

7、 , 在 1967 年 ,Pritchard 6 普遍使 用。这个定义呈现河口的四个特征 : 河口受地貌控制 ,并具有海岸特征而向海的水体。意味 着它的侧向水体总是清晰的分界, 并且对河口的环流有重要的影响 。 河口是邻近海水连续 进入的蓄水池, 盐分存在着平流或扩散。 海水的稀释是一定程度上的。 淡水通常由陆地 的河流和溪涧提供 。不过, 地下水也不容忽视, 特别是在有大量降水的沙质海滩。Pritchard 的定义包括河口的物理、化学指标 ,他强调河口水流运动的特性和动力受边界条件的影响并以 此区别河口与其它水体如海湾 、 泻湖 。而且认为密度环流是河口环流的最重要的驱动力 。然 而,依此定

8、义,河口是介于河水与海水之间的由冲淡水覆盖的区域, 其中的河口上界是以盐度 为指标 ,在那里的盐度大体下降至 0. 02。那么, 亚马孙河河口的长度将是负数 ,因为亚马孙河 巨大的流量可以把河水推至口门外 。同时,“一定程度”的可操作性不强, 是一个模糊的界限 。 Shepard( 1973) 9 认为一个河口必须具有海岸特征 ,一个海岸环境向陆的边界也就是海影响的 范围界限, 故,潮汐作用应引入河口定义, 这恰恰被 Pritchard 抛弃。其实 ,潮汐作用对涉及盐 的过程有关 ,而且对于侵蚀以及淡水的流量等都有较大的影响 。Visser( 1980) 10 的河口定义 只强调潮汐的作用。令

9、人可喜的是 ,Kjerfve 和 Magil( 1989) 11 的河口定义中, 第一次表明河 口是全新世海平面上升时海水入侵形成的溺谷。他引入了时间概念 ,但是 ,也并非全球的河口 都是 6 000 7 000 年以来形成的。 Perillo( 1989) 12 继承以往河口的定义, 认为“河口是半封闭的向陆延伸至潮流影响的上 界,有不止一种的方式与开阔的海洋或含盐的海岸水体自由连通 ,并能有效地被陆地上的淡水 冲淡的海岸水体” ,这种定义表明连通的方式并非只有一种 ,只要能有效的冲淡 ,就可以包括在 河口的定义内, 从而在形式上 ,海岸泻湖或砂坝建设河口,只要能有效的冲淡,就属于河口 。不

10、 同于其它许多地理上的定义, 把河口形成后的一些洼地 ,以及不同河流作用形成却有海岸特征 2552 期戴志军等: 河口定义及分类研究的进展 的泻湖排除在外 ,Perillo 的定义比较全面 ,将地貌学与物理上的特性考虑在内, 而且“有效地” 与“一定程度”比较, 灵活性大 。 Dalrymple( 1992) 13 从沉积地层学的角度出发 , 在研究河口相模式中认为,“溺谷的向海 部分接受了来源于河流和海洋的沉积物 ,沉积相受潮流和河流水过程的影响,河口的范围向陆 延伸到潮汐相的边缘 ,向海则是海岸相的边缘。 ”( 图 2) 。Dalrymple 的河口定义清晰地提出了 影响河口的两大动力 :

11、 潮汐和河流 。然而,“溺谷河口”则仅仅包括相对海平面上升时形成的沉 溺河谷,那么,因为海平面下降时形成的河口就不属于河口 ,而且 ,这一界限的操作也同样存在 困难 。相对来说 ,李春初( 1997) 8 提出的河口界限“河口区的上界以洪季时的潮区界位置较 为恰当 ,河口区的下界 ,理论上是在河口径流及其携带的泥沙向海扩散和沉积的消散之处” , “河口的下界不容易掌握 ,一般限于靠近河口的近岸带, 具体范围各个河口可以参照地形条件 和沉积物分布加以确定。 ”它体现了不同的环境, 地理参数的不同 ,河口范围的差异性, 这也符 合我们通常说的地域分异性原则。 图 2Dalrymple 的河口相模式

12、( 略作修改) Fig. 2Face model of an estuary as proposed by Dairymple 1. 2生物及化学上的定义 河口是一个独特的自然地理系统 ,由于河口的营养物质丰富, 生物生产力大 , 生态环境 多变迁,从而一直是生物及化学领域的课题之一。但是 ,对河口的专门定义并不象地理及物 理上那样普遍, 一般都将河口作为一种基本的水文现象 ,或者引用地理及物理的河口定义 ,如 Perkins( 1974) 及 Mcconnaughey 和Zottoli( 1983) 14 ,15 则常使用Cameron 和 Pritchard 5的河口 定义。Odum( 1

13、954) 16 认为“河口是因为潮汐的作用而导致盐水与淡水混合的河流口门” ,该 定义也仅仅强调了潮汐的动力。Ringuelet( 1962) 17 首次提出生物上的河口定义 ,认为 : 一个 河口应该能够维持盐度结构的平衡 ,从而成为广盐性物种的栖息地 。这里的“广盐性”仅仅是 描述那些可以抵抗盐度变化而且与特殊盐度无关的生物种群 ,他强调了河口的广盐性生物生 活的有利条件,Barnes( 1974) 18 则认为河口是海水和河流水混合 , 部分被陆地包围的一个区 域。到 1980 年 ,Day 19提出的河口定义在生物化学领域普遍认可 ,即“河口是部分封闭的 ,永 久性或间歇性与开阔的海洋

14、相通, 由于海水和来源于陆地的淡水混合 ,从而盐度有一定程度变 256台湾海峡19 卷 徐君亮. 河口海岸带生态平衡问题( 初稿) . 1981. 唐永銮. 海岸带几个关键问题的探讨. 1981. 化的海岸水体。 ”Day 的河口定义如同 Pritchard( 1967) 的河口定义一样 ,没有考虑“潮汐”动力 , 而仅仅将重力环流和盐度的变化涉及在内,“间歇性”是该定义的新意, 不过, 如果河口与外海 相通或者封闭, 则河口的生态系统中的物质和能量都会发生变化 ,而且,“盲谷河口”( Blind Es- tuary) 仅仅在与外海相通的情况下 ,才能作为河口 。 实际上,河口的定义不仅应包括

15、地理上的重要参数如地貌、水文 、 沉积等,而且河口的物理 概念如温度、 盐度、 风 、 潮汐等和生态方面也应涉及 ,Perillo( 1992) 20 在其 1989 年定义 12 的基 础上 ,提出了新的河口定义“河口是半封闭的向陆延伸至潮汐影响的上界, 有不止一种的方式 与开阔的海洋或含盐的海岸水体自由连通,并能有效地被陆地上的淡水冲淡,而且能够维持生 命周期循环的海岸水体” ,从而更加体现出河口研究的拓展 。 2 河口的分类及特征 2. 1自然地理与形态分类 Pritchard 21 的地貌分类是最著名的 ,他将河口分成三类: 溺谷、峡湾、砂坝河口 ,以后 ,在 1960年又补充了该分类

16、即因构造过程形成的构造河口( 表1)。 Pritchard的河口分类是单纯 表 1Pritchard 的河口分类 Tab. 1Classification of an estuaries as proposed by Pritchard 类型特 征 及 形 状例子 溺谷河口冰后期海进时, 在低中纬度形成的更新世低海面的古河口, 呈漏斗状Chesapeake Bay , Thames 峡湾河口高纬度地区更新世冰川作用形成的河口, 口门附近有陡槛北欧及加拿大的一些河口 砂坝河口 海岸起伏小, 潮汐变化小,河流流量小, 一般是河口砂嘴延伸形成的复式岸线的河口Dos. Potos 构造河口构造作用形成

17、的河口Sanfrancisco Bay 图 3Farbridge 的河口自然地理分类 Fig. 3Morphological classification of estuaries as introduced by Fairbridge 从自然特征出发 ,从而并非所有的河口都包括 在内 ,如河口位于三角洲的终端或者没有完全 沉溺; 而且 ,他忽视了河口的地貌以及动力( 潮 汐、 河流等) 的影响。 在此基础上 , Fairbridge ( 1980) 22 提出了一种新的自然地理分类 , 以 自然地理与水动力因素为基础 ,根据河口的地 形特征与泥沙阻塞的程度将河口分成 7 类( 图 3) 。F

18、airbridge 的分类比较全面,考虑了地理上 的一些动力因素如海水的变化 ,然而不足之处 是缺乏具体的细节。 2. 2潮汐的分类 Hayes( 1975) 23 以自然特征为基础, 将潮 汐的变化考虑在内, 在分析河口的砂质沉积依 据潮汐的变化前提下 ,按照 Davies( 1964) 24 的 海岸分类纲领, 将河口分成三类 : 弱潮河口( 4m , 潮流作用占绝 2572 期戴志军等: 河口定义及分类研究的进展 对优势,如 Fundy 湾等) 。Hayes的河口分类完全是以河口的一种自然特征 潮汐为依据进 行划分, 实际上 , 控制河口的其它形态及动力因素不应该排除在外。相对于 Hay

19、es 的分类 , Dalrymple( 1992) 11 则组合了河流的流量 、 波浪 、潮汐随时间的变化, 将河口分成更多的模式 ( 图 4a) 。三棱镜代表随潮汐、 波浪、河流三种动力作用不同的海岸环境, 三棱镜的每一个切槽 表示同时间无关的三角形与每一特定海平面上升的环境优势力的相关性。如滩脊平原和潮滩 的 比倾向于波浪一方 ,则河流三角洲处于建造阶段 。 从而 ,采用三角形( 图4b) 表示各个河口 图 4Dalrymple 的河口分类( 略作修改) Fig . 4Classification of estuaries as proposed by Dalrymple 的河流 、 潮汐

20、 、 波浪等作用的相对重要性, 故他将河口分成两类: 波控河口和潮控河口。Dal- rymple( 1992) 的分类对确立空间短暂的河流、波浪 、 潮汐相互作用的沉积物分配与沉积相是有 相关性的 。但是 ,他是从地质的角度将河口分类, 并不普遍 ; 而且 ,也没有显示河流的作用 。相 反,李春初( 1997) 8 在他的分类基础上 ,从动力地貌的角度 ,根据三大动力因素的相对强弱将 河口分成河流作用优势型 、 潮汐作用优势型和波浪作用优势型等3个基本类型( 表2)。 笔者 表 2李春初的河口的动力地貌分类 Tab. 2Dynamical geomorphic classification o

21、f estuaries as introduced by Li Chunchu 河流作用优势型 河流作用强, 海洋潮汐作用及波浪动力弱, 河口过程主 要由下泄的径流作用控制。 如美国的密西西比河口, 珠江的磨刀 门河口 潮汐作用优势型 潮汐动力强, 河流动力弱, 波浪动力相对重要性居次要 地位, 河口过程主要受汐动力控制。 如珠江的伶仃洋、钱溏江河口 波浪作用优势型 河流作用相对较弱小, 波浪作用相对潮汐作用强, 相应 波浪作用下的泥沙活动突出。 如南渡江河口 以为该分类的提出,代表了目前从动力地貌方向研究河口的水平。此外, Prichard( 1963) 5 提 出过盐度分类。黄胜和葛志瑾(

22、 1963) 从潮汐河口的水流特性和泥沙动态对我国的河口进行 了分类,该分类考虑了河口的泥沙来源和含沙量, 但是其分类指标不延续。王恺忱( 1980) 25 根据海洋与河流二者力量的对比强弱对潮汐河口分类进行了探讨 。周志德和乔彭年 ( 1982) 26 、金元欢( 1990) 27 等都提出过河口分类系统。其中 ,金元欢等是采用聚类分析的方 258台湾海峡19 卷 黄胜, 葛志瑾. 潮汐河口类型商榷. 1963. 法对我国的河口进行了分类。 3 小结 通过河口定义及分类的研究表明, 国内与国外存在有较大的差距 。事实上 ,象我们这样一 个农业大国,由于化肥农药的使用 ,已经对近岸及河口造成了

23、显著的影响。由于河口污染物的 扩散及自净,河口生态物种和环境突变都与不同的河口系统有内在的联系 ,从而整治河口及河 口的可持续发展必须更进一步认识到河口的基础研究 河口概念及分类的重要性与迫切 性。因此 : ( 1) 在给河口下定义的时候,应该提高河口的特性如河口的地貌、水文、地质、生物 、 化学 、 物理等要素定量分析的精确度 ,河口的划分则应从时间 、 空间尺度考虑动力 、 构造作用、 自然特 征等 ,这对于我国的河口整治及利用工程具有特别重要的现实意义。 ( 2) 河口定义及分类在生态和化学方面应着重加强 ,这有利于了解物种的变迁, 濒危物种 的保护,以及分析重金属及富营养元素等化学物质

24、的迁移转化, 从而便于建立河口管理区域及 污染物扩散模式 ,为河口的可持续稳定发展奠定基础。 ( 3) 河口的定义及分类还应特别考虑从宏观与微观 、 定性与定量两方面分析紧密结合 ,研 究河口的陆海相互作用和能量的转移消散,尤其是人类活动对河口造成的现实严峻压力 ,这对 于揭示河口系统的本质有重大的意义。 参考文献 1Ketchum B H. The flushing of tidal estuaries.Sewage Ind .Wastes, 1951, 23: 198 209 2 Pritchard D W.Salinity distribution and circulation in

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