台湾海峡的潮流沉积沙体研究与展望

海底沙体是海洋资源开发利用、环境保护、灾害防治和军事行动等必须密切关注的底质类型。台湾海峡沙体面积分布广泛,主要有台湾浅滩、台中浅滩及海峡内受中小型山溪性河流影响的沙体。近年来,台湾浅滩沙体空间分布、大型沙波与小型沙波形态特征及剖面结构研究等领域取得了许多新进展;台中浅滩不同区域的沙体演化对应了地貌发育的不同阶段;而海峡西侧陆架上残留的中小河流沙体地貌也获得了一些新发现。本文归纳了台湾海峡窄陆架上不同沙体的平面分布特征、剖面结构及成因。今后工作的重点应聚焦于进一步获取不同区域高分辨率的地层、地貌证据,并进行对比研究。这些工作能深化对末次盛冰期以来台湾海峡不同地区沙体成因、关联及演化的认识,并有助于了解人类海洋活动与海底沙体演化的响应关系,丰富海底沙体发育和演化理论。     

厦门湾口外近岸陆架区海底沙波发育特征

利用2014–2017年在台湾海峡西部采集的多波束、单道地震剖面、沉积物粒度样品及海流监测资料,在厦门湾近岸陆架区识别出一系列海底沙波,并对沙波的形态特征、分布规律和沉积物组成特征进行分析,探讨水动力条件及其对沙波发育的影响。结果表明沙波发育区水深一般为10~60 m,地形较平缓开阔,坡度一般为0°~1°;平面上沙波区呈一系列NW-SE向条带状坡地,波脊呈线性或新月形,波脊轴线为SW-NE方向,沙波波长为120~800 m,波高2~12 m,沙波指数较大(>30)。地震剖面显示,波形形态主要分为三类:近对称性沙波、非对称性沙波及叠合沙波。近对称性沙纹的波高较大,沙波指数小;非对称性沙波的波长较长,沙波指数大;稳定沙波经后期水流“改造、激活”形成叠合沙波。砂含量较高,沉积物类型以砂、粉砂质砂及砂质粉砂为主,多为细砂—中砂。厦门湾口外的近岸陆架区水动力较强,流系复杂,总体受浙闽沿岸流、南海表层流和黑潮分支的影响。本区为不正规半日潮,流速为0.3~0.7 m/s,落潮流以S向为主,涨潮流向以NNE向为主,潮流作用对沙波的发育和改造起重要影响。     

舟山群岛岱山后沙洋海底沙波微地貌

利用多波束测深系统和浅地层剖面系统,对舟山群岛岱山后沙洋进行高精度探测,结果表明:1区内微地貌形态具有明显的分带性,依次出现岸坡区、沙脊区、缓坡区、沟槽区和深水平坦区;2海底沙波主要集中在缓坡区、沙脊区南侧及东侧边缘、沟槽区北侧及沟槽内2个小沟槽交界处的迎水流斜坡上;3海底沙波多发育于水深10.0~21.1m之间,地形相对平缓,坡度0.09°~2.8°;4区内海底沙波可分为小型、中型和大型沙波;5区内海底沙波是潮流动力形成的现代强运动型沙波。     

基于砂质海岸剖面形态数值模拟的参数敏感度分析

为了探究XBeach模型中系统的参数调试对模拟剖面演变的影响,该文基于波浪水槽实验通过广义似然不确定性估计法(GLUE)对XBeach模型中的波浪非线性(facua)、沙滩湿崩塌临界坡度(wetslp)、波能耗散(alpha)等调试参数进行敏感性分析,阐述所选参数的物理意义及控制方程,选取不同的参数值观察岸滩剖面演变过程,并通过Brier Skill Score评价方法对模拟效果进行评价。结果表明改变参数值大小会得到不同的岸滩剖面模拟形态。其中参数facua控制波形,波浪由于非线性作用于岸滩会使剖面发生不同趋势的演变,改变facua参数值能够改变模拟剖面演化的趋势,使得模拟地形剖面演变产生较大的变化;参数wetslp作为湿崩塌临界斜率,改变其数值大小模拟地形改变的首要特征为剖面坡度;参数alpha作为波能耗散系数,改变其值会影响破波所释放的能量,从而影响剖面的侵淤程度。最终选取三者值分别为0.65、0.2、1.3,与水槽实验结果拟合最好。该结果对于XBeach的研究及应用具有一定的参考意义。     

浅地层剖面仪GeoChirp Ⅱ图像中风浪变形效应的校正方法初探

当海面风浪较大时,测量船的摇摆会引起浅地层剖面图像的畸变,因此有必要研究风浪对浅地层剖面图像的影响及图像中风浪效应的校正方法,其中的关键问题是区分风浪效应和真实的沙波等海底床面形态。本文利用浅地层剖面仪GeoChirpⅡ在长江口所获得的浅剖图像对校正方法进行了研究。在所研究的实例中,海底周期性起伏的地形不是沙波,而是风浪效应引起的,用带阻滤波的方法可有效消除浅剖图像中的风浪效应,从而恢复真实的海底地形和地层形态。     

正压海洋地形拦截波的不稳定

从描述f平面上的正压地形拦截波的非线性动力方程出发,利用常微分方程定性理论研究了海底地形坡度和海底摩擦对线性和非线性地形拦截波的动力不稳定性的影响,分析了不稳定的性质,找出了不稳定的判据。还在特定的海底地形坡度和海底摩擦条件下,建立了线性和非线性波的频散关系,并比较了两者的差别。     

南海北部海底沙波地貌

南海北部水深８０－２５０ｍ的外大陆架和上大陆坡海底，有大片沙波地貌分布，它们主要是晚更新世末次冰期低海面时遗留下来的滨海沙波，沿岸沙后，沙堤和沙垄，属残留沙体地貌。它们明显沿着末次冰期时形成的最低海岸线两侧分布，但在现代海底底流作用下，其两翼及沙波谷部发育有次一级的小型沙波或沙纹，它们的形态细小，排列紧密，与残留沙体地貌组成复式海底沙波。这就是流动沙波，是不稳定的地质因素，对海底工程有一定危害，但     

海底沙波特征线的最优方向剖面自动识别方法

海底沙波是发育在近海陆架上的一种常见海底地貌类型,海底沙波特征与运动规律的研究具有重要的科学意义与工程应用价值,沙波脊线与谷线是表征海底沙波的最基本特征,也是精确描述沙波运动的基本参量。本文提出了一种基于复合数字水深模型的沙波特征线自动识别方法——最优方向剖面法,基于水深曲面归算得到最优剖面方向,再依据最优剖面方向求导并判定极值,自动提取沙波形态特征点,最终形成沙波脊线和谷线。以台湾浅滩复合型沙波为例进行对比实验研究,结果表明,该方法能基于不同分辨率的数字水深模型自动准确地提取海底沙波脊线与谷线,勿需设置阈值,地形自动化识别程度得到进一步提升,具有重要的实际应用价值。     

南海北部海底沙波研究

南海北部水深100~250 m的陆架和陆坡斜坡海底分布着大片沙波地貌,本文采用底形相图参数近似计算和泥沙起动流速2种计算方法,结合海底微地貌的实际形态,研究了沙波的沉积特征及其成因机理。研究认为,区内的沙波为现代沉积地貌;控制沙波形成发育的主要水动力因素是潮流与风暴条件下风海流的叠加;区内泥沙颗粒粒径适宜,海底坡度平缓,有利于海底沙波的发育。     

海南乐东陆架海底沙波形态特征及活动性研究

利用旁扫声呐、浅地层剖面、测深以及钻探等资料分析了海南岛乐东陆架区海底沙波的形态特征、底质及地层结构;分常态和台风作用两种环境条件。计算了沙波的移动速率.并与海南岛东方陆架区沙波特征进行了对比分析.研究表明:乐东陆架沙波以大型沙丘和小型沙波为主。其剖面都极不对称.沙丘多为新月形,波长多为50～100m,波高多为1～3m,对称系数在6～12之间;小型沙歧脊残多置直线型,波高多在0.1～0.5m之间.研究区沙波活动性较强,常态下迁移速率与东方沙波区西区相同,每年0.06～2m;在台风影响下,沙丘表面活动砂层的移动性增强,在活动砂体迁移的部位则可能出现冲蚀凹坑或沟槽;中小型沙波移动速率骤增,最大可达7～11m/h。     

长江河口底沙运动规律

于１９８１－１９８８年以浅地层剖面仪和回声测探仪取得沙波观测资料，运用这些资料以及河床表层沉积物和历年河口水文、地形资料，采用水文学、沉积学与泥水沙运动力学相结合的研究方法，分析长江河口底沙的运规律。结果表明：长江河口底沙运动非常频敏，一般有单颗粒滚动、跳跃，沙波及沙体推移等形式；在沙质床面上沙波发育良好，其形成、发展和消失和潮差落潮流速有一定的相关性，因受涨，落潮流改造，沙波难于得到充分发展；沙     

南海北部海底沙波地貌动态研究

南海北部水深80～250m的外陆架和上陆坡海底,有大片沙波地貌分布,它们主要是晚更新世末次冰期低海面时遗留下来的滨海沙波、沿岸沙丘、沙堤和沙垄,属残留沙体地貌,它们的分布规律明显沿着末次冰期时形成的最低海岸线两侧分布,但在现代海底底流作用下,其两翼及沙波谷部发育有次一级的小型沙波或沙纹,它们的形态细小、排列紧密,与残留沙体地貌组成复式海底沙波。人们称这些沙体地貌为流动沙波,它们是不稳定的地质因素,对海底工程有一定危害。但根据外陆架实侧底流数据,运用计算机数学模型方法计算,表明在细砂和中细砂大面积覆盖区,其海底沙波每年均以0.168～0.534m的速度向深海方向迁移,其移动速度相当缓慢,对海底工程实施不会造成直接危害。     

沙坝海岸沿岸流速度剖面特征研究

通过对两个坡度沙坝地形沿岸流实验测量和基于能量方程的沿岸流数值模拟,研究了沙坝海岸平均沿岸流速度剖面的双峰剖面特征,重点分析了第二个峰值的特征和两峰值的比值。综合考虑入射波高、入射波类型和坡度对波生沿岸流垂直岸线速度剖面的影响。结果表明,平均沿岸流速度剖面出现双峰剖面特征:第一峰值发生在沙坝向岸侧面的中部,第二个峰值发生在靠近岸线处;同一坡度情况两个峰值的位置和比值,不受入射波类型、入射波高的影响。数值模型中包括了侧混、底摩擦和水滚等因素,其数值模拟结果和实验值拟合较好,并讨论了有无侧混和水滚对速度剖面的影响。     

基于近底原位观测的小尺度海底沙波地形小波分解

浅海海床发育着不同尺度的活动性砂体,在大型活动性砂体上常叠加发育着大量小尺度沙波(纹),分析这些小尺度沙波(纹)有助于揭示活动性砂体的成因机制。但它们的尺度较小,常规分析方法往往将其作为高频噪声滤除,难以对该尺度海底沙波(纹)进行分离量化研究。为了解决这个问题,本文设计并实现了一种基于小波分析的小尺度海底沙波地形分解方法,并以台湾浅滩典型区域的高精度近底原位观测数据为例,实现了小尺度海底沙波地形的分解和定量分析,分解出背景地形、小型沙波和沙波纹(波长小于0.6 m)3种地貌类型。本文提出的小尺度海底沙波地形分解量化方法,可广泛应用于浅海高活动性地貌发育演化和海底边界层沉积动力过程研究,对评估海洋工程的稳定性也具有一定的实用价值。     

南海北部海底沙波地貌

南海北部水深８０—２５０ｍ的外大陆架和上大陆坡海底，有大片沙波地貌分布，它们主要是晚更新世末次冰期低海面时遗留下来的滨海沙波、沿岸沙丘、沙堤和沙垄，属残留沙体地貌。它们明显沿着本次冰期时形成的最低海岸线两侧分布，但在现代海底底流作用下，其两翼及沙波谷部发育有次一级的小型沙波或沙纹，它们的形态细小、排列紧密，与残留沙体地貌组成复式海底沙波。这就是流动沙波，是不稳定的地质因素，对海底工程有一定危害，但根据外大陆架实测底流数据，运用计算机数学模型方法计算，表明在细沙和中细沙大面积覆盖区，海底沙波每年均以０．１６６—０．５３４ｍ的速度向深海方向迁移，移动速度相当缓慢，其对海底工程设施不会造成直接危害。     

海南东方西部海域沙波和沙脊分布特征

海南东方西南部海域海底发育大量沙波、沙脊,严重影响该海域海底工程安全。为探明该区域的海底地貌概况及微地貌特征,本论文通过侧扫声呐、浅地层剖面等方法进行了探测。探测结果表明：区域内沙波、沙脊十分发育;受沙波、沙脊等地貌单元的影响,该区域内水深多变化,地形条件复杂。根据沙波发育形态、规模等特征,共识别出沙脊、巨型沙波、大型沙波、中型沙波、小型沙波以及沙纹六个地貌类型。根据沙波沙脊发育特征及其空间组合关系推测,研究区内的沙脊发育于低海面时期的浅水高能环境,活动性较弱,沙波则主要形成于末次海侵以来高海面低能环境中,当前仍处于发育过程中。该研究结果可为区域内海底管线、桩基础等海洋工程设计、防护工作提供参考。     

海南东方近岸海底活动沙波的地球物理特征及其迁移机制

海南东方近岸海底发育有大量沙波,利用多波束测深、侧扫声呐、浅地层剖面、单道地震资料综合分析了活动沙波的地球物理特征,探讨了沙波的分布特征、迁移机制、活动性及形态演变特征。结果表明,研究区海底沙波分布和规模具有显著空间差异性,大中型沙波主要发育于沙脊上,小型沙波主要发育于沙脊两侧,坑槽区发育近对称沙波,研究区西南部沙波不发育。受潮流和科氏力约束,在海底沙脊西侧沙波迁移方向主要为向北(略偏东),在沙脊东侧主要为向南(略偏西);受地形制约,坑槽区近对称沙波迁移可能停止或方向发生改变。沙波活动性强的标志主要包括:(1)形态呈不对称的"脊尖槽缓",(2)叠置小沙波与沙纹发育,(3)浅部有透明层,(4)陡坡面反射模糊,(5)内部斜交前积结构。分析认为,沙波活动性与其形态密切相关,包括弱运动、强运动、不运动3个演变阶段。     

空间互相关方法在分析海底沙波迁移规律中的应用

海底沙波具有显著的活动性并能够对海底工程设施造成潜在威胁，因此对海底沙波活动性的评估一直以来受到广泛关注。目前大多数研究者仍利用平面剖面对比来分析海底沙波的迁移特征。然而，该方法难以全面高效地获取海底沙波二维平面迁移矢量。本文基于2007年和2009年的高分辨率多波束测深数据，详细阐述了空间互相关方法在分析北部湾东南海域海底沙波迁移规律中的应用过程。利用实测数据进行对比分析，获得了研究区海底沙波的活动特征，并进一步讨论了空间互相关算法中不同参数的选取对结果的影响。结果显示，利用空间互相关分析方法能够有效获取海底沙波二维迁移矢量，获得的海底沙波迁移速率和迁移方向与前人研究成果吻合，表明了该方法的可行性和可靠性。但在对实际DTM数据进行空间互相关分析时，需根据海底沙波形态、数据质量等因素选取合适的参数及矢量获取方法。本研究实验了一种确定海底沙波迁移规律的新方法，该方法将有效提升获得海底地形变化规律的效率和准确度，可获得更加精细的海底地形动力过程。     

南海东沙群岛以北海底沙波稳定性分析

利用在南海东沙群岛北部至西北海域为工程目的所采集的海底地形测量、底质取样、海底底流测量资料,以及以往的区域地质、地球物理资料,采用沉积学、构造学和海洋水动力学综合研究方法,对该区海底沙波形成及稳定性进行了综合分析。认为该区海底沙波是在目前水动力环境下所形成,为今生,海底表层沉积物为晚更新世地层受到冲刷改造的再沉积。沙波形成主要受潮流底流的水动力作用控制,并与构造抬升有关。沙波具有一定的活动性,主要由SE向NW方向移动,且活动性逐渐减弱。北区段海底沙波稳定,中区段海底沙波较稳定,它们对海底工程建设不会造成影响;而南区段海底沙波较为活动,当沙波发生较大规模移动时,对海底工程建设会造成一定影响。     

潮流及单向流作用下海底沙波形成和运移试验

基于量纲分析理论进行水槽试验,研究了潮流以及单向流作用下海底沙波的形成和发展过程。通过分析 海床地形数据,对海底沙波的特征尺度和发展过程进行定量描述,得出了潮流流速、周期、水深以及叠加单向流等因素对沙波特征尺度的影响。结果表明,潮流作用产生的海底地貌由大尺度的沙波和小尺度的沙纹共同组成,大尺度沙波在地貌形态塑造中占主导地位。从平坦海床开始,沙波波高和波长随水流作用逐渐增大,增长速度越来越慢,最终达到动态平衡。沙波特征波高和特征波长随流速和水深增大而增大,同时随往复流周期的增大而增大,并不断趋近于单向水流的情况。进一步对小尺度的沙纹地貌进行分析,得出了沙纹特征尺度随水流条件的变化规律。