无人机技术在潮滩地貌演变研究中的应用

随着海平面上升和人类活动加剧,潮滩正面临着严重威胁,掌握其形态变化规律是研究潮滩系统对外在条件响应的直接手段。以江苏斗龙港潮滩为研究对象,利用无人机倾斜摄影测量技术,结合运动恢复结构(Structure from Motion,SfM)算法,重建潮滩三维点云,生成数字高程模型和正射影像,分析潮滩滩面及潮沟系统年内变化规律。研究结果表明:潮滩高程测量精度优于9 cm,水平精度优于2 cm;高程年内变化较大,变幅高达±0.5 m;潮沟短历时变化剧烈,无明显季节性变化特征;潮沟发育过程中,宽深比范围为10~25。无人机技术不仅可以监测粉砂淤泥质潮滩滩面变化趋势,还可以观测到卫星难以捕获的中小型潮沟短历时发育过程,可为监测河口海岸短周期动力地貌过程提供有力的技术支持。     

开敞式潮滩-潮沟系统发育演变动力机制——Ⅰ.物理模型设计及潮沟形态

为研究潮沟发育演变动力机制,建立了以江苏中部粉砂淤泥质潮滩-潮沟系统为原型的降比尺物理模型,模拟在潮汐作用下,潮沟系统从平坦滩面逐渐形成、发育演变至动态平衡状态的过程,并分析了潮沟系统在不同阶段的形态特征。研究结果表明:潮沟系统发育速率先快后慢,最终达到动态平衡状态。采用潮沟发育各阶段潮沟系统的总长度与终态潮沟总长度的比值以及潮沟及其相邻处潮滩的高程变化速率两种方法,均可以衡量潮沟系统的发育程度。潮沟系统发育达到动态平衡后,各级潮沟个数占潮沟总数量的比例基本固定。潮沟的宽度、深度、宽深比均符合对数正态分布。潮沟的宽度与宽深比、深度与宽深比之间均具有幂函数关系。     

开敞式潮滩-潮沟系统发育演变动力机制——Ⅱ.潮汐作用

为研究潮汐作用下潮沟网络形成、演变规律,结合江苏沿海粉砂淤泥质潮滩实际情况,建立试验室物理模型,模拟具有一定坡度的潮滩在潮汐作用下的地形演变,分析了潮沟发育演变中的水沙运动规律,研究了潮差对于潮沟发育的影响。研究表明,潮沟发育过程受到床面坡度变化的影响,坡度均一的潮滩上,潮沟系统通过相邻小潮沟相互连接而形成,没有明显的潮沟头部溯源侵蚀现象;在潮汐作用下,涨潮初期和落潮后期水流流速较快,泥沙运动主要出现在这一阶段,在潮滩中部泥沙运动最为剧烈;潮差对于潮沟系统形态和结构的影响较小,潮滩排水路径长度与子流域面积呈幂函数分布,潮差越大则潮沟系统越早达到动态平衡,且具有更大的拓宽潮沟的作用。     

1996—2020年长江口九段沙湿地植被覆盖对潮沟演变规律的影响

长江口九段沙湿地是国家级自然保护区,认识植被覆盖与潮沟网络间的关系对保护九段沙湿地意义重大。基于长时序Landsat和HJ-1A多光谱图像,提取并分析长江口九段沙湿地潮沟和植被覆盖度数据。结果表明:① 1996—2020年间,潮沟总长度以每年11.71 km速度增加,植被覆盖面积以每年4.79 km2速度增加,至2020年潮沟等级最高为四级;②历年潮沟分布特征变化与高植被覆盖度区域密切相关;③各级别潮沟中,一级潮沟对潮沟网络的平均归槽水流长度影响最大,而不同植被覆盖参数中,植被覆盖面积影响最大;④平均归槽水流长度与植被覆盖面积符合指数函数关系,随着植被覆盖面积的增大,平均归槽水流长度逐渐减小,即潮沟网络排水效率增大。     

崇明东滩潮沟发育特征及其影响因素定量分析

在长江来沙量减少的新形势下,研究崇明东滩潮沟地貌的发育与影响因素具有一定的现实意义。利用航空遥感、卫星遥感数据、表层沉积物采样数据和滩涂高程测量数据,在GIS技术的支持下,提取了潮沟现状以及影响因子信息。在此基础上,利用线性回归和因子分析等手段定量分析了潮沟发育与影响因子之间的关系。研究结果表明:崇明东滩潮滩植被、底质类型是影响崇明东滩潮沟发育的主导因素,潮沟密度与植被绿度指数、归一化植被指数及表层沉积物粒度的相关系数R分别为-0.910 6、-0.891 9与0.873 4;人类活动也对潮沟时空分布发育特征造成了一定影响;潮沟发育与地形、沉积速率关系不甚密切。在长江口来沙量减少的背景下,该区潮沟地质景观不会出现大的改变;要维护滩涂的稳定性,制约潮滩发育的有效手段可以通过控制植被来实现。     

蒋家沙风电场区地形变化影响因素

运用Kriging插值法构建蒋家沙风电场区建设前和建设后3期（2015年、2018年和2021年）水下地形三维模型。通过年际时间尺度的对比分析发现：风电场建设后，蒋家沙区域潮滩变低，范围扩大，地形趋于平坦；潮沟淤浅并向东北退移，范围缩小。2015—2018、2018—2021、2015—2021统计数据显示，3年间平均冲淤速率由-3.77 cm/a变为21.14 cm/a，6年间平均冲淤速率为8.18 cm/a。地形变化表现为建设后初期略有冲刷，此后强势回淤，总体处于弱淤积状态，该地形变化主要与辐射沙脊群区域沉积动力相关。根据2014—2019年区域余流流向数据，总体上看，泥沙的输运方向在近潮滩区域均指向潮滩方向，离潮滩区域以向东北输运为主；6年间潮滩范围逐渐扩大，泥沙向深槽输运，东部潮沟萎缩，持续向东北退移。在物源锐减和海平面逐年上升的背景下，研究区地形将长期处于弱淤积状态且淤积呈减缓趋势，风电场建设是该区域短周期内局部地形改造的主要因素之一。     

中国沿岸海平面上升及影响研究的现状与问题

对近年来中国沿岸相对海平面上升趋势及其影响研究的现状进行了总结，着重就目前研究中有关我国沿岸潮滩湿地与其他低地淹没以及加剧的海岸灾害估算等方面存在的难点和问题进行了分析与讨论。并在此基础上提出今后应加强相关基础资料积累、重视海平面上升与其他协同作用因素对研究对象的综合影响、海平面上升引起的海洋水文与海岸环境要素演变以及我国沿岸海岸信息系统研究等方面的建议。     

渗流对潮沟沟壁崩塌影响的三维物理模型试验研究

潮沟在海岸动力作用下因沟壁崩塌而频繁地迁移摆动,显著影响潮滩-潮沟系统的稳定性。现有研究多关注涨潮时期潮沟内部的水流冲刷,落潮期间的渗流侵蚀过程却少有涉及,亟需研究渗流对潮沟沟壁稳定性的影响机制。本研究通过物理模型试验探究渗流对潮沟沟壁崩塌的影响,从沟壁崩塌类型、沟壁线变化过程和沟壁后退速率3个方面开展分析。研究结果表明：沟壁破坏类型与渗流水头相关,渗流水头的增加导致破坏类型由悬臂破坏转变为张拉破坏;沟壁后退速率与渗流水头之间存在正相关关系。本研究揭示了渗流作用下潮沟沟壁崩塌的力学机理,阐明了落潮不同阶段沟壁的崩塌过程,对研究潮沟演变有重要意义。     

航空激光高程测量在黄河三角洲北部潮滩监测中的应用

调查潮滩的演化对海岸保护和开发非常重要。随着人为活动的增强,即使过去认为稳定的潮滩也在发生着显著变化。利用航空激光测高(LIDAR)数据和实测剖面数据对黄河三角洲北部潮滩的地形特征和变化进行了分析。这段海岸的西段海岸平直,潮滩坡降小于1/1000,不发育潮沟,潮间有人工开挖的沟道。海岸的东段为老黄河刁口流路岸段。老黄河口岸段突出海岸,同时在两侧形成2个小海湾。LIDAR数据揭示了本段潮滩的三维地形和剖面特征。老黄河口突出岸段西北侧潮滩剖面为平直斜坡,坡度1/1000。而其东侧小海湾湾底的剖面呈上凸的形态,该特征与平面的地形分布、潮间茂密的盐地碱蓬一起,指示淤积。再向东在大堤围成的岬湾内,潮滩受波浪作用形成潮间坝。因此,黄河三角洲北部潮滩受局部地形影响大,局部岸段呈侵蚀状态或淤积状态。LIDAR数据还揭示了潮沟的特征。顺着潮沟的走向,沟底的坡度比潮间带的坡度小,近乎水平,说明涨潮时为何潮沟水位会迅速上升。     

复合海平面变化控制下的碳酸盐向上变浅层序──以贵阳地区三叠系大冶组灰岩为例

碳酸盐向上变浅层序形成的主因乃因在被动大陆边缘至克拉通盆地中，构造沉降速率一般要小于碳酸盐生产速率，而碳酸盐生产速率又要小于海平面变化相对上升速率。由此就形成了台地淹没事件形成的“淹没不整合”界面之上发育的碳酸盐向上变浅层序。这种低频率海平面变化快速上升超过碳酸盐生产速率形成的向上变浅层序，可由许多种类型的米级旋回层序有规律的垂直叠加所构成。在低频率海平面变化的上升阶段则以淹没节拍为主的米级旋回层序为特征，而在停滞至下降阶段则以暴露节拍的米级旋回层序为特征。而且组成向上变浅层序的下部单元──淹没事件形成的凝缩面具有从靠近盆地区到靠近台地区变薄的趋势。贵阳地区三叠系大冶组灰岩由两个向上变浅层序组成，每一层序包括若干个不同类型的米级旋四层序。     

杭州湾南岸庵东潮坪现代沉积特征

在进行庵东潮坪水文要素定点测量的基础上,对地貌特征,沉积粒度,沉积构造及重向剖面作了全面分析与研究。结果表明,滩地位于杭州湾进、退潮流的交会点,控制其发育的主动力为潮汐作用,具明显的不规则半日潮特性,涨潮流强度远大于落潮流,造就了宽达十余公里的潮滩地貌。滩地水动力深受湾内水流影响,高潮期服从其总体潮流流向,导致潮坪上发育众多与杭州湾深槽系统相连的潮沟,破坏了沉积物正常分布规律,高潮坪存在一定向平行岸线的大型潮沟,受强劲水流影响,沉积粒度粗化,并因快冲快淤而产生变形构造;中潮坪接受退潮期潮沟漫岸物质,粒度相对较小,分选性变差,沉积构造以直脊流水波痕及板状交错层理为主;低潮坪潮流作用大、沉积粒度粗,分选性最佳,发育小型流水波痕,内部构造以槽状交错层理,“青鱼刺”层理及再作用构造为特征。潮坪近岸处潮沟迁移层序及浪成波痕层理的发现反映水动力异常强大,威胁人工海塘的安全,建议停止进一步围垦滩涂,采取促淤方法,抑制潮沟的发育,以维持滩地稳定。     

崇明东滩盐沼潮沟水动力过程观测与分析

2007年7月在上海崇明东滩盐沼内部采用复合测量手段进行了现场观测,对取得的盐沼水动力过程数据进行了较系统的分析。崇明东滩盐沼内部的观测及分析结果表明:(1)潮沟及盐沼表面对潮波产生严重阻尼作用,潮波传播至盐沼内部时,潮沟水位波动明显异于外海,水位上升极快,而下降慢。当潮沟有退水时,涨潮初期的当地水位上升并不是潮水进入潮沟的结果,而是流向相反的潮沟进口涨潮水和潮沟内退潮水形成的水位壅高;(2)潮波进入盐沼内部时,风具有一定作用,向岸风可抬高潮沟及盐沼内部水位,离岸风反之;(3)潮沟水流流速与潮沟水位变化率、外海潮位变化率都不存在相关关系;(4)潮沟水位低时,过流断面较小,涨潮水进入潮沟时,潮沟水一旦改变流向,就具备很高的流速并伴随流速峰值的出现。潮沟水向盐沼表面漫溢时,过流断面突变,潮沟流速出现峰值。由于潮沟退潮水位变化慢,盐沼表面水归槽时并没有产生潮沟流速峰值。根据崇明东滩观测结果,概括了盐沼水动力过程的影响因素,指出了以后研究应重视的问题。     

塔里木盆地西南上石炭统米级旋回组构特征及层序地层研究

在对塔里木盆地西南缘石炭系剖面研究的基础上,结合前人区域研究资料,用露头层序地层学方法对莎车县炮江沟上石炭统剖面进行了层序地层研究。结果表明:①塔里木盆地西南地区晚石炭世地层中发育大量碳酸盐岩米级旋回,以莎车县炮江沟剖面为代表,其主要类型有L-M型、深水非对称型、潮下型和环潮坪型;②塔里木盆地西南缘上石炭统中主要发育相对海平面快速上升所形成的淹没不整合型间断面,相对海平面快速下降所形成的暴露型间断面层序界面也有发现;③三级层序的不同体系域中发育不同类型的米级旋回序列,它们在垂向上有序叠加构成有规律的三级层序。     

塔里木盆地西南缘上石炭统米级旋回组构特征及层序地层研究

在对塔里木盆地西南缘石炭系剖面研究的基础上,结合前人区域研究资料,用露头层序地层学方法对莎车县炮江沟上石炭统剖面进行了层序地层研究。结果表明:①塔里木盆地西南地区晚石炭世地层中发育大量碳酸盐岩米级旋回,以莎车县炮江沟剖面为代表,其主要类型有L-M型、深水非对称型、潮下型和环潮坪型;②塔里木盆地西南缘上石炭统中主要发育相对海平面快速上升所形成的淹没不整合型间断面,相对海平面快速下降所形成的暴露型间断面层序界面也有发现;③三级层序的不同体系域中发育不同类型的米级旋回序列,它们在垂向上有序叠加构成有规律的三级层序。     

渤海湾西岸现代岸线钻孔记录的全新世沉积环境与相对海面变化

以渤海湾西岸现代岸线附近的NP3、CH110和BT113三个钻孔全新世岩心为研究对象,采用沉积岩石学、AMS ¹⁴C(accelerator mass spectrometry ¹⁴C,加速器质谱¹⁴C)测年、微体生物聚类分析等方法精细判别沉积相,重建渤海湾西岸全新世沉积演化历史,并利用微体生物组合分带对水深变化的指示,定量讨论全新世相对海面变化。结果表明:渤海湾西岸全新世受海陆交互作用影响,经历了沼泽-潮滩-浅海-前三角洲-三角洲前缘-三角洲平原环境的演化过程。全新世初始阶段,研究区中部和北部发育沼泽环境,南部未见沉积,与上更新统河流相沉积呈不整合接触。全新世早期,研究区潮滩环境发育。潮滩层厚度约1 m,历时数百至1千余年。至7000 cal BP前后水深增大,研究区进入浅海环境。约6000 cal BP,沿岸南北两端先后进入三角洲过渡环境,中部三角洲环境约开始于1500 cal BP。渤海湾西岸地区全新世的环境演化同时记录了该地区的相对海面变化:约10000 cal BP前后,渤海湾相对海平面已接近21.3~20.4 m。约8000 cal BP,相对海平面介于18.6~17.0 m。约6000 cal BP时相对海平面低于6.8 m,5000~1000 cal BP,相对海平面高于-2.5 m,1000~800 cal BP,相对海平面介于-1.3~-0.4 m。8000~5000 cal BP时,相对海面上升约15.0 m,上升速率达5 m/1 ka。     

海平面上升的淹没效应和岸滩冲淤对潮间带湿地面积影响的分离估算

海平面上升的淹没效应导致潮间带湿地面积损失,泥沙淤积可以抵消海平面上升的影响而使潮间带湿地面积持续增长。潮间带湿地面积的实际变化取决于这两个因素的抗衡。本文通过对崇明东滩固定断面高程的重复测量,结合海平面上升速率和潮间带坡度,尝试分离海平面上升和泥沙淤积两因子对潮间带湿地面积变化的影响。结果表明,2005～2010年间,泥沙淤积使崇明东滩潮间带湿地面积增加1.79km2（平均0.36km2/a）,而相对海平面上升的＂淹没＂效应导致崇明东滩潮间带湿地面积损失约0.44～0.64km2（0.09～0.13km2/a）,潮间带面积实际增长1.15～1.35km2（0.23～0.27km2/a）。今后几十年,受全球海平面加速上升和长江入海泥沙进一步减少的影响,崇明东滩潮间带湿地的净淤涨速率可能进一步下降,崇明东滩湿地的开发利用将面临新的挑战。     

压实作用下广西典型红树林区沉积速率及海平面上升对红树林迁移效应的制衡

气候变化造成的海平面上升是迫使红树林向陆迁移的主要驱动力, 而其自身通过捕沙促淤不同程度的减缓了海平面上升速率的影响。基于广西典型红树林区8根短柱的210Pb测年和含水率分析, 以考虑/未考虑沉积物压实作用为研究情景, 通过对比研究红树林区潮滩地表高程抬升速率和相对海平面上升速率的大小关系, 揭示当前海平面上升对广西红树林向陆/向海迁移的驱动机制。研究发现:未考虑压实作用下的沉积速率约是考虑压实作用下沉积速率的1.00~1.34倍(平均1.12倍), 压实作用明显;压实沉积速率介于0.16~0.78 cm/a, 其底层压实沉积速率与潮滩地表高程抬升速率相等。压实作用下, 英罗湾和丹兜海红树林区的地表高程抬升速率小于相对海平面上升速率;与未考虑压实作用得到的结论相悖。由于广西红树林海岸大都建有防波堤, 限制了红树林向陆的迁移;表明英罗湾和丹兜海的红树林正面临海平面上升的威胁。压实作用校正与否对地表高程抬升速率与相对海平面上升速率相当的区域尤为重要。     

热带生物海岸对全球变化的响应

以热带生物海岸现代过程研究成果为基础,结合国内外相关资料,分析我国红树林海岸和珊瑚礁海岸对全球变暖、海平面上升、大气CO2浓度升高和海洋酸化的响应.其中,全球变暖和大气CO2浓度升高总体上有利于红树林生长发育,海平面上升对红树林和珊瑚礁的影响取决于红树林潮滩淤积速率和珊瑚礁礁坪堆积速率与海平面上升速率之间的对比关系.海平面加速上升将威胁部分红树林、珊瑚礁及其后的海岸堤防.全球变暖海表异常高温导致珊瑚白化、海洋酸化导致珊瑚和珊瑚藻钙化率降低将成为21世纪珊瑚礁的重大威胁.全球变化的不确定性和生态系统响应机制仍然有待进一步研究.主要是人类不合理开发活动导致目前红树林和珊瑚礁的广泛严重破坏,加强海岸带综合管理和生态环境保护,加强生态系统恢复重建,是有效适应本世纪全球变化影响的重要措施.     

黄河三角洲的地面沉降分析以及海水淹没预估

在全球气候变化背景下,不断上升的海平面和地面沉降使黄河三角洲面临着严峻的海水淹没风险,对未来黄河三角洲的可持续发展造成威胁。预估黄河三角洲由于地面沉降而造成的相对海平面变化有助于深入认识当前海水淹没风险,并可以及时采取措施应对。首先,基于小基线集干涉测量技术得到2016年2月至2019年9月的平均沉降速率,利用水准数据进一步提高InSAR结果精度,补偿后最大平均沉降速率达-357 mm/a,结合高分影像的目视解译发现地面沉降的主要原因为地下卤水和油气的开采。其次,结合沉降点分布发现自然沉积作用对沿岸沉降影响还在继续。最后,使用有源算法,结合地面沉降结果和IPCC AR6中SSP2-4.5情景下海平面上升高度的置信区间建立海水淹没模型。模型结果表明：以当前沉降速率,到2030年、2050年和2100年,海水淹没面积占比分别为6.76%～6.84%、10.81%～11.11%和28.71%～30.92%;当沉降速率降至当前速率的50%和25%时,海水淹没面积占比分别为5.84%～5.91%、8.20%～8.40%、19.05%～21.51%和5.34%、6.60%～6.69%、9.89%～...     

四川盆地北部长兴组—飞仙关组礁、滩分布及其控制因素

本文对四川盆地北部长兴组礁和飞仙关组滩特征和分布及其控制因素作了较为深入的探讨,研究认为生物礁为海平面上升过程中形成的海侵礁,其在纵向上的分布主要位于长兴期中晚期;鲕粒滩主要是在区域海平面下降过程中形成的海退滩,其在纵向上位于飞一—飞三。礁、滩在平面上主要在广元—梁平海槽两侧呈带状分布。长兴期随着海平面的上升生物礁向海侵的方向迁移,并且其层位逐渐抬升。飞仙关期随着海平面的下降,滩向海槽中迁移,其分布层位也有逐渐抬高的趋势。控制这套地层礁、滩发育的主要因素有海平面升降、大地构造、同生断裂及古气候。