系统聚类和主成分分析在现代沉积环境划分中的应用-以海南新村港潟湖为例

An understanding of the sedimentary environment in relation to its controlling factors is of great importance in coastal geomorphology,ecology,tourism and aquaculture studies.We attempt to deal with this issue,using a case study from the Xincun Lagoon,Hainan Island in southern China.For the study,surficial sediment samples were collected,together with hydrodynamic and bathymetric surveys,during August 2013.Numerical simulation was carried out to obtain high-spatial resolution tidal current data.The sediment samples were analyzed to derive mean grain size,sorting coefficient,skewness and kurtosis,together with the sand,silt and clay contents.The modern sedimentary environments were classified using system cluster and principal component analyses.Grain size analysis reveals that the sediments are characterized by extremely slightly sandy silty mud(ESSSM) and slightly silty sand(SSS),which are distributed in the central lagoon and near-shore shallow water areas,respectively.Mean grain size varies from 0 to 8.0Ф,with an average of 4.6Ф.The silt content is the highest,i.e.,52% on average,with the average contents of sand and clay being 43% and 5%,respectively.There exists a significant correlation between mean size and water depth,suggesting that the surficial sediments become finer with increasing water depth.Cluster analyses reveals two groups of samples.The first group is characterized by mean grain size of more than 5.5Ф,whilst the second group has mean grain size of below 3.5Ф.Further,these groups also have different correlations between mean grain size and the other grain size parameters.In terms of the tidal current,the average values of the root mean square velocity(RMSV) are 7.5 cm/s and 6.9 cm/s on springs and neaps,respectively.For the RMSVs that are higher than 4 cm/s,a significant positive correlation is found between the content of the 63–125 μm fraction and the RMSV,suggesting that the RMSV determines the variability of the very fine sand fraction.Based on system cluster and principal component analyses(PCA),the modern sedimentary environments are classified into three types according to the grain size parameters,RMSVs and water depth data.The results suggest the importance of grain size parameters and high-spatial resolution hydrodynamic data in differentiating the coastal sedimentary environments.     

浅海悬沙浓度观测方法的对比研究

在动力和沉积条件复杂的浅海海域获取水-体的悬沙浓度有多种方法,目前较先进的主要是声学和光学浊度测量方法,但均需通过现场采集水样进行浊度标定;水样的分析方法主要有抽滤法和沉淀干燥法。根据2010年3—4月在厦门九龙江口获取的光学(OBS、LISST-100X)和声学(ADCP、ADP和ADV)浊度数据,以及现场同步水样,对这两种获取悬沙浓度的方法进行了比较;2011年2—3月在长江口北支获取水样,分别使用抽滤法和沉淀干燥法获取悬沙浓度数据进行比对分析。结果表明,声学和光学方法都具有较高的精度,在同一观测层位,光学与声学仪器的相对误差均较小;由于声波在水体中传播距离较远,声学方法可获得沿水深的整个剖面的信息,因而比光学仪器具有更高的空间分辨率和测量范围。对比发现,抽滤法获得的悬沙浓度数值略低于沉淀干燥法获得的结果,可能与沉淀干燥法难以洗净盐分有关。     

胶州湾现代沉积速率和沉积通量研究

对胶州湾沉积岩心J39、J37和J94进行了210Pb的测定,绘制了岩心中210Pb的垂直分布图,岩心J37和J94的210Pb呈两段分布模式,岩心J39的210Pb呈三段分布模式。胶州湾西北部大沽河口外海域近百年来沉积速率为0 768cm/a,沉积通量为0 7716g/(cm2·a)。胶州湾中部沉积速率为0 64cm/a,沉积通量为0 65g/(cm2·a)。胶州湾口外J94站沉积速率为0 54cm/a,沉积通量为0 81g/(cm2·a)。结果表明,胶州湾海域210Pb活度与悬浮体含量密切相关,悬浮体含量高的区域,210Pb活度高;反之,悬浮体含量低的区域,210Pb活度低。根据210Pb的垂直分布、活度和沉积速率及悬浮体含量,结合历史资料,对胶州湾近百年来的沉积环境和物质扩散进行了探讨。     

长江口水沙入海通量的观测与分析

在长江口用声学多普勒流速剖面仪（ADCP）进行走航式断面观测，结果表明，采集水样获取的悬沙浓度与ADCP记录的声学信号（后向散射强度）之间存在显著相关关系，因此可据ADCP声学数据获得沿观测断面的高时空分辨率的悬沙浓度剖面。分析结果表明．在徐六泾附近断面以往复流占优势．大潮期间单位时间最大水、悬沙通量值出现于涨潮期．落潮历时较长．落潮期水、悬沙通量分别大于涨潮期水、悬沙通量，净通量向海。长江口南槽拦门沙外侧主要为旋转流．涨潮期间内的水、悬沙通量均分别大于落潮期间的水、悬沙通量。2003年11月12日的观测结果表明．潮周期内通过徐六泾断面向海输运的水与悬沙通量分别为10^9m^3和10^8kg量级：径流量与悬沙输运率分别为10^4m^3／s和10^3kg／s量级。1998年以来徐六泾ADCP流量观测数据与同时间的大通径流量之间存在着显著的相关关系．故可由大通径流量估算徐六泾径流量。作为长江人海径流量．以作为历史资料整编的一种手段。结果表明，长江人海年径流总量略大于大通年径流总量：而在枯水期间人海径流量小于大通径流量。     

海南博鳌海域冲淤灾害地质及其环境稳定性分析

利用海南博鳌海域2期海图,结合多期遥感影像和地形图对比,分析了博鳌海域的冲淤及海岸线变迁;根据博鳌港潮汐汊道纳潮量P和口门断面面积A之间的P-A关系研究和冲淤灾害因素判别,进行了口门稳定性评价,并对博鳌港的冲淤灾害和环境稳定性进行了分析.结果显示:博鳌港外海区域以淤积为主;万泉河口门海域以侵蚀为主,口门呈现单口门和双口门交替变化状态,口门北侧和玉带滩北部岸线主要以侵蚀后退为主,玉带滩中部和南部岸线近于稳定平衡态;沙美内海以淤积为主.采用潮汐汊道P-A关系进行分析,显示博鳌港口门处于不稳定状态.     

江苏大丰潮间带粉砂滩的潮流边界层特征

对江苏大丰潮间带粉砂滩的潮流观测数据，运用Karman-parndtl模型分析了流速对数剖面的出现频率和边界层参数（摩阻流速与粗糙长度）。结果表明，不同时间尺度（10^1-10^3s）的平均流速对计算u-lnz线性关系出现频率的影响不大，而不同层位组合的影响较为显著，影响流速对数剖面分布的自然因素为波浪、风、潮流旋转、表底层流向差异、滩面坡度和水流加减速等。相邻层位的流速在时间序列上存在很高的线性关系，回归直线的斜率与水层距底床的高度、粗糙长度和摩阻流速有关。涨潮阶段床面粗糙长度大于落潮阶段，涨潮阶段摩阻流速小于落潮阶段。     

长江河口区边界层参数的观测与分析

2003年11月在长江口南槽用ADCP进行定点水文观测,结果表明研究区为不规则半日潮,在水流转向期流速较低时常出现悬沙浓度峰值。根据流速对数剖面分布模型与悬沙分布模型,分别计算了海底边界层参数,其中潮周期内摩阻流速可达0.15 m/s,粗糙长度为0.01~1.2 m,拖曳系数为10-3~10-4,边界层厚度为2~4 m,悬沙的沉降速率为0.2~6 mm/s。     

潮滩水流加减速阶段边界层流速剖面的比较

江苏大丰地区潮滩由于水深较浅,潮流、波浪等动力较强,整个水层可视为边界层,其主体部分是对数层,即水流流速在垂向上呈对数分布。在潮流的加减速阶段,流速剖面将可能偏离对数分布,从而使对数剖面法计算出来的边界层参数造成误差。使用MIDAS-400用户化数据采集系统,在大丰潮滩获得了多层流速、浊度等同步高频观测数据,基于修正后的von Karman-Prandtl模型对u-lnz进行回归分析、数据内部一致性分析来定义流速对数剖面并与未修正前经典理论得到的边界层参数进行比较。分析结果表明,修正后的流速剖面更符合实际情况,边界层参数除了受水流加速度的影响外,还和沙纹等因素有关。另外,边界层参数的变化量与特征加速度负相关。     

悬沙组分对再悬浮过程响应的初步研究——以长江口南槽口门为例

根据2011年5月31日至6月3日在长江口南槽口门附近海域投放三角架观测系统获取的沉积动力观测数据以及现场采集的水样和底质样品,进行底部边界层参数、悬沙粒度及悬沙组分分析,以探讨研究区近底部边界层特征和沉积物再悬浮过程。结果表明,研究区海域的悬沙以粉砂组分为主,潮周期内近底部流速与相应层位的悬沙浓度变化呈正相关,存在显著的再悬浮作用。分析发现,随着水体中悬沙砂组分的增加,再悬浮通量随之显著增加;砂组分减小,则再悬浮通量亦减小。因此,悬沙砂组分是对再悬浮过程响应的敏感组分,在一定程度上可指示和"示踪"再悬浮效应。     

海洋功能区划分级分类体系探讨

海洋功能区划是《中华人民共和国海域使用管理法》确立的一项重要制度。文章回顾我国海洋功能区划分级分类体系的发展历程,结合笔者编制浙江省市县级(区域性)海洋功能区划的工作实践,发现《全国海洋功能区划(2011—2020年)》、现行《省级海洋功能区划编制技术要求》和《浙江省市县级(区域性)海洋功能区划编制技术要求》的海洋功能区划分级分类体系存在不一致和模糊之处,其编码方式也有改进和优化的空间。据此提出海洋功能区划分级分类体系及其编码的优化建议,希冀为下一轮海洋功能区划分级分类编码提供参考。