宮士奇, 閻 軍, 馬小川, 欒振東, 陳長安

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湄洲灣北部海底地貌特征研究與分析

宮士奇1, 2, 閻 軍1, 馬小川1, 欒振東1, 陳長安1

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所, 中科院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東青島, 266071; 2. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京, 100049)

為對(duì)湄洲灣北部海底地形地貌特征及其影響因素進(jìn)行系統(tǒng)的研究, 作者利用多波束系統(tǒng)對(duì)湄洲灣北部海底地形進(jìn)行探測, 結(jié)合研究區(qū)內(nèi)沉積物及潮流特征, 對(duì)該區(qū)域海底地貌特征及其成因進(jìn)行分析。研究區(qū)呈現(xiàn)中部低、南北高的地形格局, 其中中部深水區(qū)又為近岸深、中間淺的特征, 中軸為潮汐水道, 水道兩側(cè)發(fā)育淺灘的海底地貌特征。研究區(qū)沉積物組分以砂和粉砂為主, 由于研究區(qū)大部分表層沉積物中細(xì)粒沉積物占主要組分, 沉積物具有較強(qiáng)的黏性, 而實(shí)測資料顯示潮流流速較小, 因此研究區(qū)在常態(tài)水動(dòng)力條件下, 海底沉積物很難被沖刷, 海底地形變化受潮流影響較小。通過將2012年與2013年研究區(qū)的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn), 研究區(qū)海底地形整體變化不大, 個(gè)別區(qū)域地形起伏變化較大, 據(jù)推測可能是由于人為的挖沙、港口疏浚等因素造成的。因此, 短期內(nèi)影響研究區(qū)海底地形變化的主要因素為人為因素。

湄洲灣; 海底地形; 地形變化; 影響因素

湄洲灣位于福建沿海中部, 泉州市和莆田市的交界處, 海域面積500 km2[1]。其三面環(huán)陸, 是一個(gè)深入內(nèi)陸的半封閉狹長型海灣, 自然條件優(yōu)越, 被確定為中國21世紀(jì)重點(diǎn)建設(shè)的四大深水中轉(zhuǎn)港之一[2-3]。中國科學(xué)院南海海洋研究所于1959~1960年對(duì)南海北部進(jìn)行綜合調(diào)查, 這是涉及福建近岸海域的首次現(xiàn)代調(diào)查研究。20世紀(jì)90年代以后, 隨著多波束、側(cè)掃聲吶等先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn), 對(duì)福建近岸海域海底地貌的研究取得了突破性的進(jìn)展[4]。

隨著近些年沿海地區(qū)不斷地發(fā)展, 沿岸經(jīng)濟(jì)區(qū)不斷擴(kuò)張, 海底管道、海底電纜等人工設(shè)施不斷增多, 海底地形變化對(duì)這些設(shè)施的安全有著最直接的影響。隨著湄洲灣西岸開發(fā)區(qū)石化工業(yè)的發(fā)展, 湄洲灣水環(huán)境受到了極大的影響, 已有許多學(xué)者對(duì)湄洲灣水域石油類物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染問題展開研究[1, 5-6]。海底管線泄漏對(duì)海洋環(huán)境造成污染的事件時(shí)有發(fā)生, 且后果是非常嚴(yán)重的[7], 所以保證海底管線安全對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有非常重要的意義[8]。

國外很早便開始了海底管線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作[9], 目前國內(nèi)學(xué)者也對(duì)管線溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估做了許多工作[10-12]。Arnold[10]對(duì)美國密西西比河三角洲1956~1965年海底管線事故進(jìn)行的研究表明, 海床運(yùn)動(dòng)和波流沖刷是海底管線失效的主要原因。國內(nèi)也有學(xué)者對(duì)海底地質(zhì)災(zāi)害對(duì)海底管線安全性的影響進(jìn)行了分析和討論[13-14]。因此, 開展對(duì)海底地形地貌特征的調(diào)查及其影響因素的研究, 對(duì)保證海洋工程安全、防止安全事故的發(fā)生、海洋環(huán)境的保護(hù)具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 研究區(qū)概況

湄洲灣位于臺(tái)灣海峽西岸中部, 水域南北長33 km, 東西最寬24 km, 海岸線總長面積約516 km2, 是一強(qiáng)潮岬灣型海灣[15]。由于湄洲灣內(nèi)島嶼較多, 同時(shí)沿岸有許多岬角、半島突出海岸, 致使灣內(nèi)水下地形較為復(fù)雜。湄洲灣水下地形主要可分為溝槽與淺灘兩類。位于湄洲灣中央有一條縱貫全灣、水深較深的溝槽, 是湄洲灣的主水道, 稱為中央深槽; 在島嶼之間有一些規(guī)模相對(duì)較小、水深較淺的水道, 稱為島間溝槽。淺灘主要發(fā)育于島嶼和海岸周圍, 根據(jù)發(fā)育位置的不同, 可分為岸邊淺灘和島嶼淺灘[16]。由于灣內(nèi)半島、岬角等地形的控制, 湄洲灣被分成三大灣澳, 此次的研究區(qū)主要位于北部的楓亭灣(圖1)。

湄洲灣潮型屬于正規(guī)半日潮[17]。根據(jù)灣內(nèi)不同測站的觀測資料, 灣內(nèi)外高低潮出現(xiàn)時(shí)間幾乎一致, 各地潮位基本上同漲同落, 高低潮出現(xiàn)時(shí)間同步, 潮波屬駐波型, 漲急、落急出現(xiàn)在中潮位附近, 轉(zhuǎn)流出現(xiàn)在高低潮位附近。潮位的變化: 高潮位自口外向口內(nèi)沿程遞增, 低潮位則沿程遞減, 平均潮位自口外向口內(nèi)遞增。灣內(nèi)潮流性質(zhì)為正規(guī)的半日潮流, 灣內(nèi)的潮流受地形影響, 基本為往復(fù)流。深槽部位漲、落潮流向基本上與槽向一致, 淺灘部位流向略有分散。大潮流速大于小潮流速, 表層流速大于底層流速。

湄洲灣自然條件良好、地理位置優(yōu)越, 是中國少有的天然深水良港[3], 因此研究區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)頻繁。近年來, 湄洲灣海域由于港口建設(shè)[18]、航道疏浚[19]、圍填海工程[20]等開發(fā)活動(dòng), 使得該海域的海岸線不斷發(fā)生變遷[21], 自然環(huán)境也發(fā)生了變化。整個(gè)湄洲灣區(qū)域, 像“媽祖城”這樣需要大量使用海砂進(jìn)行填海造地的工程陸續(xù)開展, 大部分工程所需海砂量巨大, 這就導(dǎo)致采砂船紛紛在近海盜采海砂, 從而對(duì)海底環(huán)境造成極大的影響。

2 研究方法

為研究對(duì)湄洲灣LNG管線安全造成影響的地質(zhì)環(huán)境因素, 中國科學(xué)院海洋研究所組織相關(guān)研究人員于2012年和2013年先后對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了綜合地質(zhì)地球物理調(diào)查。調(diào)查主要采用SONIC 2024多波束測深系統(tǒng)對(duì)研究區(qū)水深進(jìn)行高精度測量。定位采用星站差分GPS定位系統(tǒng), 高程基準(zhǔn)選用國家85高程基準(zhǔn)。為獲取研究區(qū)表層沉積物類型及粒度參數(shù), 使用蚌式取樣器對(duì)研究區(qū)的表層沉積物進(jìn)行取樣, 取樣站位共23個(gè)(圖2)。分別于LNG管線路由區(qū)的潮汐水道和秀嶼碼頭附近布放COMPACT EM電磁自容式海流計(jì)和COMPACT TD自容式驗(yàn)潮儀, 對(duì)研究區(qū)潮位及潮流流速進(jìn)行測量(圖1)。

根據(jù)通過多波束系統(tǒng)獲取的精確水深數(shù)據(jù), 應(yīng)用CARIS HIPS等軟件對(duì)水深數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 剔除噪聲和干擾數(shù)據(jù), 進(jìn)行潮位、聲速校正, 再通過Surfer等繪圖軟件繪制研究區(qū)三維地形圖并提取地形參數(shù)?；诤５兹S地形圖和地層剖面圖, 結(jié)合實(shí)測海流數(shù)據(jù)與沉積物粒度參數(shù)數(shù)據(jù)等資料, 對(duì)比2012年和2013年的數(shù)據(jù), 對(duì)研究區(qū)地貌特征及其影響因素進(jìn)行研究。

3 結(jié)果與討論

3.1 研究區(qū)地貌特征

通過對(duì)獲得的多波束水深數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并成圖, 可以了解研究區(qū)高精度海底地形特征。從全區(qū)水深圖(圖2)來看, 調(diào)查區(qū)海底總體上呈現(xiàn)中部低、南北高的地形格局, 其中中部深水區(qū)又為近岸深、中間淺的特征; 中軸為潮汐水道, 水道兩側(cè)發(fā)育淺灘。調(diào)查區(qū)局部發(fā)育不同地形, 地形復(fù)雜多變。研究區(qū)最深處水深超過30 m, 分布在鹽業(yè)碼頭外、蟹嶼北側(cè)及惠嶼東北側(cè)近岸區(qū)域, 為不規(guī)則形狀的洼陷, 范圍比較局限, 規(guī)模也較小。杉行和鹽業(yè)碼頭之間相對(duì)狹窄的水域水深約為16~22 m, 海底起伏不平, 特別是在鹽業(yè)碼頭和蟹嶼之間, 有洼陷發(fā)育。這一區(qū)域向北與淺灘相接, 淺灘基本阻斷水道向北的延伸, 向南則有一水道與外海相連, 水道兩側(cè)同樣發(fā)育較大淺灘, 水深最淺處小于5 m。北部淺灘區(qū)位于肖厝-莆頭村連線以北的區(qū)域, 淺灘的水深小于16 m, 向北規(guī)模變大, 水深變淺, 但最淺處僅約3 m。至管道路由處, 淺灘之間才發(fā)育一個(gè)小型水道, 水道水深超過20 m, 水道將淺灘分隔成東高西低的兩部分, 其中西部的淺灘東西延伸長度幾乎超過整個(gè)海灣的一半。

在現(xiàn)有調(diào)查區(qū)內(nèi), 北部的淺灘表面凹凸不平, 存在不規(guī)則分布的凹坑, 凹坑并未影響整個(gè)淺灘的形態(tài)和分布, 這些凹坑可能并不是水動(dòng)力侵蝕自然形成, 推測可能是人為挖沙造成的局部地形洼陷。調(diào)查區(qū)東側(cè)的港口區(qū)及莆頭碼頭外側(cè)有多處規(guī)則的方形區(qū)域, 水深明顯較周邊區(qū)域深, 可能為港池疏浚區(qū)(圖3)。

為了能夠?qū)φ{(diào)查區(qū)海底地形有更直觀的認(rèn)識(shí), 對(duì)全區(qū)自北向南做了4個(gè)橫切剖面并沿研究區(qū)中軸位置做了1個(gè)縱剖面(圖4)。從縱剖面a中可以看出, 調(diào)查區(qū)南部水深較大, 北部較小, 地形起伏明顯且底形發(fā)育, 北部淺灘與南部的深水區(qū)分區(qū)明顯, 淺灘外緣水深急劇增大。北部剖面 b顯示了中部的淺灘和淺灘東西兩側(cè)的水道, 其中東側(cè)水道海底起伏更加強(qiáng)烈, 有底形發(fā)育, 而西側(cè)水道海底則較平緩。另外, 西南側(cè)近岸水深要小于東岸, 東北沿岸處于港口區(qū), 海底較平坦。中部剖面c位于研究區(qū)中部的深水區(qū), 剖面顯示了該區(qū)中央高兩側(cè)低的地形變化趨勢, 其中東北側(cè)地形變化較快。兩側(cè)較深的區(qū)域?yàn)樾銕Z及肖厝碼頭外側(cè)的疏浚區(qū)。南部剖面d橫切惠嶼北部的水道, 剖面顯示, 該水道的西南側(cè)有侵蝕溝發(fā)育, 水道中有底形發(fā)育, 水道兩側(cè)的淺灘的水深相近, 但東北側(cè)的淺灘規(guī)模更大。北部剖面e顯示中間和東岸發(fā)育淺灘, 兩側(cè)為潮汐水道, 其中東側(cè)水道較大, 寬約500 m, 水深可達(dá)18 m。

3.2 海底沉積物的運(yùn)移

潮汐和潮流是中國沿海陸架區(qū)最主要的水動(dòng)力要素之一, 它們對(duì)陸架區(qū)海洋環(huán)境、海岸帶地貌的塑造、海底沉積物的搬運(yùn)、大范圍海岸的侵蝕和淤積起著重要的控制作用[22]。為研究潮流沖刷對(duì)研究區(qū)海底地形的影響, 作者在調(diào)查期間分別選取2個(gè)站位進(jìn)行潮位測量和潮流流速測量, 并對(duì)研究區(qū)表層沉積物進(jìn)行取樣分析, 通過計(jì)算, 研究潮流沖刷對(duì)沉積物搬運(yùn)的影響。

3.2.1 潮汐及潮流特征

由實(shí)測的潮位變化數(shù)據(jù)(圖5)可知, 調(diào)查區(qū)大、小潮潮差較大, 最大可差3.5~4 m, 大潮周期約為15 d左右, 潮汐為正規(guī)半日潮, 潮波屬駐波型, 漲急、落急出現(xiàn)在中潮位附近, 轉(zhuǎn)流出現(xiàn)在高低潮位附近。大潮期漲潮潮流(圖6a)流速最大不超過0.44 m/s, 落潮流極值最大不超過0.3 m/s, 略小于漲潮流極值。潮流流速多分布在0.1~0.3 m/s, 高潮和低潮時(shí)的轉(zhuǎn)潮期流速幾乎接近于0。流向近北-西南向, 漲潮流為NNW方向, 流向主要分布于325°~10°, 落潮流為100°~ 160°。小潮期漲潮流(圖6b)流速極值小于0.35 m/s, 大部分?jǐn)?shù)值小于0.3 m/s。落潮流極值最大超過0.3 m/s,流速大都處于0.2~0.3 m/s范圍。同樣, 轉(zhuǎn)潮期流速均小于0.05 m/s。流向?yàn)榻媳毕? 漲潮流為NNE方向, 流向主要分布于350°~20°; 落潮流為SSE方向, 流向主要分布在160°~180°, 落潮流為160°~ 180°。大潮和小潮的漲落潮流流速極值差別不大, 但流向有較大變化, 特別是落潮流, 小潮時(shí)落潮流大部分為偏南向, 而大潮時(shí)落潮流明顯偏向東南。

3.2.2 沉積物特征

首先對(duì)取回實(shí)驗(yàn)室的采集到的樣品進(jìn)行預(yù)處理, 之后采用篩析法和激光粒度儀相結(jié)合的方法對(duì)獲得的沉積物樣品進(jìn)行粒度分析。分別用1.7、1.43、1.2、1.0 mm孔徑篩進(jìn)行篩分, 并用天平分別稱量, 將小于1.0 mm的部分采用粒度儀測量, 得出各不同粒徑組分在樣品中所占百分比, 并計(jì)算出樣品中不同粒徑組分的質(zhì)量。最后, 把兩部分合并得到完整粒度分布。沉積物分類和命名采用謝帕德沉積物粒度三角圖解法。

研究區(qū)沉積物可以分為砂、粉砂質(zhì)砂、黏土質(zhì)粉砂、砂質(zhì)粉砂、黏土砂質(zhì)粉砂5種。從取樣站位來看, 其中站位CYD-4的沉積物粒度最粗, 中值粒徑約為1.06 mm, 站位9的沉積物粒度最細(xì), 中值粒徑約為0.007 mm。研究區(qū)南部水深較大的區(qū)域沉積物的主要為粉砂, 同時(shí)含有較多黏土組分, 砂組分較少。研究區(qū)中部深槽向淺灘過渡區(qū)域(CYD10、CYD11)沉積物組分主要為砂質(zhì)沉積物, 黏土含量迅速減少。淺灘上沉積物分布較為復(fù)雜, 砂質(zhì)沉積物和粉砂質(zhì)沉積物交錯(cuò)分布。北部深槽內(nèi)的沉積物(CYD4、CCB)較粗, 為砂質(zhì)沉積物。研究區(qū)大部分采樣站位的表層沉積物分選較差, 組分以砂和粉砂為主, 其中砂的平均含量達(dá)43.29%, 最高含量在8站位, 含量達(dá)到93.77%; 粉砂的平均含量為40.26%; 礫石含量均很少, 一般不超過1.00%。

a. 大潮期間; b. 小潮期間

a. spring tide and b. neap tide

3.2.3 沉積物輸運(yùn)

對(duì)于穩(wěn)定流條件, 考慮了細(xì)粒泥沙的黏性作用, 采用竇國仁[23]泥沙起動(dòng)流速公式

式中,′為常數(shù), 其值一般取0.32;為水深;為床面粗糙高度;′= 0.5 mm,*= 10 mm;s和為沙粒和水的密度;為重力加速度;為粒徑, 一般均指其中值粒徑;0為床面泥沙干容重;0*為泥沙顆粒的穩(wěn)定干容重;0為綜合黏結(jié)力參數(shù), 其值為1.75 cm3/s2,為薄膜水厚度參數(shù), 其值為2.31×10–5cm。

假設(shè)不同水深位置地形均平整, 底床粗糙度僅考慮了顆粒粗糙度, 而未加入與地形和底床有關(guān)的糙度。另外, 假設(shè)泥沙干容重等于泥沙穩(wěn)定干容重, 此時(shí)上式反映了粒徑-水深-起動(dòng)流速之間的關(guān)系。根據(jù)竇國仁[24]起動(dòng)流速公式, 計(jì)算得到了研究區(qū)不同站位表層沉積物的起動(dòng)流速, 即當(dāng)平均流速超過起動(dòng)流速時(shí), 認(rèn)為表層沉積物才能運(yùn)動(dòng), 如果實(shí)際流速低于起動(dòng)流速值, 表層沉積物將不會(huì)搬運(yùn), 海底不會(huì)發(fā)生沖刷。

計(jì)算結(jié)果顯示(表1), 由于研究區(qū)大部分表層沉積物中細(xì)粒沉積物占主要組分, 沉積物具有較強(qiáng)的黏性, 因此起動(dòng)流速都很大, 部分甚至超過2 m/s。調(diào)查資料顯示, 研究區(qū)大潮潮流流速最大僅約為0.96 m/s(表層), 由于向海底流速是減弱的, 這也意味著在研究區(qū)常態(tài)水動(dòng)力條件下, 這些區(qū)域的海底沉積物很難被沖刷, 以接受沉積物即淤積為主。部分水道及部分近岸淺灘上的沉積物為砂質(zhì)組分, 如站位8、站位CYD-1、CYD-2、CYD-10、CYD-11、CCB, 沉積物含細(xì)粒組分少, 黏性很小或不具有黏性, 所需的起動(dòng)流速也小很多, 最低值僅為0.38 m/s, 站位CYD-1和CYD-11分布在調(diào)查區(qū)東部的近岸淺灘上。水道中的沉積物, 如站位CYD-4、CCB和站位1, 同樣具有較小起動(dòng)流速(0.44~0.59 m/s)。管道附近站位5、CCB、CYD1、CYD2、CYD5的沉積物較容易搬運(yùn)。

表1 不同站位表層沉積物起動(dòng)流速

由于常態(tài)天氣條件下自然潮流流速較小, 對(duì)沉積物(推移質(zhì))的沖刷輸運(yùn)能力有限, 過往船舶有可能增強(qiáng)海底局部的輸運(yùn)能力, 但是這種增強(qiáng)是不確定的。已有的研究已經(jīng)證實(shí)[25], 極端天氣將導(dǎo)致沉積物的強(qiáng)輸運(yùn), 極可能改變局部海底底形。2012年8月~2013年10月, 共有4個(gè)臺(tái)風(fēng)過境研究區(qū)域, 包括2012年8月3日“蘇拉”、2013年7月14日“蘇力”、2013年8月13日“潭美”及2013年10月7日“菲特”。從全區(qū)來講, 由于當(dāng)?shù)爻练e物物源較少, 本地沉積物粒度小且黏性很大, 臺(tái)風(fēng)對(duì)較深水區(qū)域海底地形的影響并不嚴(yán)重, 未見較大范圍的沖刷現(xiàn)象。

總體來講, 該區(qū)沉積物多具有黏性, 沉積物搬運(yùn)需要很大的動(dòng)力驅(qū)動(dòng), 但觀測表明研究區(qū)潮流較小, 且已有研究表明該區(qū)域含沙量較少, 物源供應(yīng)不夠充裕, 因此, 常態(tài)自然水動(dòng)力作用下難以導(dǎo)致較大的沖刷坑發(fā)生, 而一旦發(fā)生沖蝕, 難以在短時(shí)間內(nèi)通過自然沉積恢復(fù)[26]。

3.3 人類活動(dòng)影響

湄洲灣是中國重點(diǎn)建設(shè)的港口, 人類活動(dòng)頻繁。在研究區(qū)范圍內(nèi), 人類活動(dòng)主要包括航道疏浚、人工采砂、碼頭建設(shè)以及圍填海工程建設(shè)等。人為因素往往會(huì)加劇自然因素的作用而對(duì)海底地形地貌產(chǎn)生影響。自然海底經(jīng)過長期水流沖刷作用, 可能已經(jīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài), 而在因人為因素造成環(huán)境條件的改變后, 打破了原有的平衡, 就會(huì)造成新的海底沖刷, 使海底地形發(fā)生改變[4]。

湄洲灣是建設(shè)大型港口的天然港灣, 在興建大量碼頭的同時(shí)[2], 必須保證灣內(nèi)航道的暢通, 在灣內(nèi)航道使用過程中不可避免地要進(jìn)行航道清淤。在清淤過程中, 需大范圍地抽沙, 這將直接引起海底地形的改變, 從圖中可以看出疏浚區(qū)與周圍海底地形的明顯差異(圖3)。無序采砂是海底地形地貌發(fā)生變化的一個(gè)重大原因。湄洲灣被規(guī)劃為國家級(jí)大石化基地, 一大批填海造地項(xiàng)目陸續(xù)開展[21], 在此背后, 開采海砂產(chǎn)業(yè)正急劇膨脹。開采海砂會(huì)對(duì)海洋環(huán)境資源造成嚴(yán)重影響, 但由于填海造地和建筑工程的巨大海砂需求, 盜采海砂屢禁不止。盜挖海砂不僅將使得淺海砂資源愈來愈少, 在入海陸源物質(zhì)貧乏、沒有充足沙源補(bǔ)充的情況下, 也將首先會(huì)使挖沙坑附近海底地形地貌發(fā)生明顯的侵蝕作用。

3.4 海底地形變化研究與分析

作者分別于2012年和2013年兩年對(duì)該研究區(qū)進(jìn)行測量, 通過比對(duì)典型剖面兩年的水深數(shù)據(jù)來研究兩年來研究區(qū)海底地形的變化情況(圖7)。剖面位置與圖3中的一致。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn), 研究區(qū)地形整體上變化不大, 海底沖刷不明顯, 其中部分疏浚區(qū)發(fā)生輕微淤積。

圖7a剖面南北斜跨全區(qū), 比對(duì)結(jié)果顯示該剖面海底地形南部幾乎沒有變化, 在西北部淺灘區(qū)有比較明顯的地形改變, 西北部的淺灘水深增加超過1 m, 研究區(qū)的自然動(dòng)力無法造成如此大的地形改變, 可能為人為的抽砂活動(dòng)造成的。b剖面橫跨調(diào)查區(qū)北部的淺灘發(fā)育區(qū), 地形起伏明顯, 剖面對(duì)比顯示海底地形有較大的變化, 特別是剖面東部淺灘位置, 海底沉積物大量缺失, 同時(shí)在淺灘西側(cè)的水道里有大量沉積物增加現(xiàn)象, 可能為港口清淤活動(dòng)將淺灘上的大量沉積物堆積在潮道中所致。c剖面處于潮汐水道中央深槽區(qū), 比對(duì)結(jié)果顯示海底地形未見明顯變化, 說明該區(qū)沒有人為活動(dòng)干擾, 自然動(dòng)力并未造成海底明顯沖刷或堆積。d剖面斜跨研究區(qū)南部淺灘, 剖面對(duì)比結(jié)果表明, 該剖面東部淺灘及水道中有部分區(qū)域水深增加, 表明海底的沉積物已被搬運(yùn), 兩年海底高差約為1 m, 可能為人為疏浚造成的。由于受漁網(wǎng)和養(yǎng)殖箱的影響, 2012年未能在剖面e中部進(jìn)行調(diào)查。通過對(duì)已有數(shù)據(jù)的對(duì)比, 發(fā)現(xiàn)調(diào)查范圍的東西兩側(cè)海底均有不同程度的變化。剖面西側(cè)的部分區(qū)段海底高程下降, 2013年水深比2012年水深增加約1 m, 此區(qū)段對(duì)應(yīng)該區(qū)西側(cè)的抽砂區(qū), 同時(shí)2012年剖面東側(cè)的起伏地形中的溝槽位置在2013年已經(jīng)有所恢復(fù), 說明周邊沉積物補(bǔ)充至溝槽內(nèi), 這可能是臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致的快速沉積物沖蝕和堆積引起的, 也可能是人為活動(dòng)造成的海底部分滑塌所致。

4 結(jié)論

(1) 由于研究區(qū)海域沿岸凸出的半島、岬角及海中島嶼的控制, 灣內(nèi)水流的動(dòng)力軸線受到限制, 水流被限制在在半島、岬角及島嶼端點(diǎn)連線之間, 致使水流相對(duì)集中, 漲落潮流流速較大, 沖刷動(dòng)力較強(qiáng)。受潮流的水動(dòng)力作用影響, 調(diào)查區(qū)海底總體上呈現(xiàn)中部低、南北高的地形格局, 其中中部深水區(qū)又為近岸深、中間淺的特征, 中軸為潮汐水道, 水道兩側(cè)發(fā)育淺灘。

(2) 研究區(qū)主要沉積物類型可分為砂、粉砂質(zhì)砂、黏土質(zhì)粉砂、砂質(zhì)粉砂、黏土砂質(zhì)粉砂5種, 組分以砂和粉砂為主。應(yīng)用竇國仁的泥沙起動(dòng)流速公式對(duì)研究區(qū)表層沉積物的起動(dòng)流速進(jìn)行計(jì)算, 計(jì)算結(jié)果顯示, 由于研究區(qū)大部分表層沉積物中細(xì)粒沉積物占主要組分, 沉積物具有較強(qiáng)的黏性, 因此起動(dòng)流速都很大, 部分甚至超過2 m/s, 但調(diào)查資料表明研究區(qū)大潮潮流流速最大僅約為0.96 m/s。這表明研究區(qū)在常態(tài)水動(dòng)力條件下, 海底沉積物很難被沖刷, 短期內(nèi)海底地形基本不會(huì)受潮流影響。

(3) 研究區(qū)在2012年~2013年海底地形整體變化不大, 海底沖刷不明顯, 部分疏浚區(qū)發(fā)生輕微淤積, 說明短期內(nèi)潮流、地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)等自然因素對(duì)研究區(qū)地形的影響十分有限。一些個(gè)別區(qū)域的地形起伏變化較大, 據(jù)推測可能是由于人為的挖沙、港口疏浚等因素造成的, 因此, 人為因素是短期內(nèi)造成該區(qū)域地形變化的主要誘因。

致謝: 感謝宋永東、劉賢三、鄭翔等在外業(yè)調(diào)查及后期資料處理過程中給予的大力支持和幫助。

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Topographical and geomorphological features of seafloor in northern Meizhou Gulf

GONG Shi-qi1, 2, YAN Jun1, MA Xiao-chuan1, LUAN Zhen-dong1, CHEN Chang-an1

(1. Key Laboratory of Marine Geology and Environment, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

In this study, we primarily study the features and influencing factors of the seafloor geomorphology in the northern Meizhou Bay using a multibeam system and the characteristics of the sediments and tidal currents. The relief in the middle of the study area is low and high in the northern and southern sections, respectively. The deep area in the middle of the study area features a deep nearshore zone and shallow center, and there is a tidal channel, where shallows occur on both sides of the axis. The sediments mainly comprise sand and silt. The surface sediments are viscous because they are mainly fine-grained and the tidal current velocity is slow. Therefore, the seafloor sediments are barely eroded under normal hydrodynamic conditions, and the topography of seabed is nearly never influenced by tidal currents. Comparing the 2012 and 2013 survey results, it was discovered that the seafloor topography did not totally change; however, some individual areas experienced obvious changes. This infers that the changes in relief were due to offshore dredging and port dredging. Therefore, the key factor influencing the seafloor geomorphology in short term is human activity.

Meizhou Gulf; seafloor topography; topographic change; influence factors

(本文編輯: 譚雪靜)

[National Natural Science Foundation of China, No.41306132; Strategic PriorityResearch Program of the Chinese Academy of Sciences, No. XDA11030101, XDA11040305]

Jan. 9, 2015

P737.212

A

1000-3096(2016)08-0061-09

10.11759/hykx/20150109002

2015-01-09;

2015-06-10

國家自然科學(xué)基金(41306132); 中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA11030101, XDA11040305)

宮士奇(1992-), 男, 吉林梨樹人, 在讀碩士, 主要從事海底地形地貌方面的研究工作, 電話: 15063090223, E-mail: gong shiqi1991@163.com; 欒振東, 通信作者, 高級(jí)工程師, 電話: 0532-82898536, E-mail: luan@qdio.ac.cn