辽东浅滩潮流沙脊演化过程及响应机制

本申请拟选取渤海东部辽东半岛近海典型潮流沙脊地貌发育区为研究对象，针对其潮流沙脊退化现象，依托908专项海洋地质调查资料和渤海海域地形地貌及近岸工程的系统资料，在分析黄河、海河、辽河等河流年度泥沙入海量变化的基础上，进行海流、水深地形、表层沉积物等补充调查和潮流沙脊沉积动力过程数值模拟，揭示水动力、泥沙来源和人类活动对潮流沙脊演化的影响，探讨控制潮流沙脊退化的主导因素，并预测其发育演化趋势。研究成果将丰富和发展潮流沙脊成因和发育理论，在潮流沙脊退化方面具有区域性特色，同时为研究区海洋工程建设和海岸带减灾防灾提供科学依据。

渤海东部海底地貌由辽东浅滩、渤中浅滩和老铁山水道三部分组成，是一个在成因上相互联系的完整潮流地貌体系。基于沙脊和沟槽海流同步观测及悬浮体取样、水深地形测量、表层沉积物取样及测扫声呐现场调查资料，结合数值模拟结果，研究了沙脊-沟槽-沙席的地貌类型与分布特征以及沙脊和沙脊间沟槽的潮流动力特征，探讨了沙波的发育条件以及潮流地貌的演化趋势和控制因素。研究认为：①老铁山水道表层沉积物主要为泥质砂质砾，分选极差；辽东浅滩沙脊表层沉积物以砂为主，分选较好；沟槽沉积物主要为粉砂质砂、粉砂等，分选差；渤中浅滩沙席表层沉积物以泥质砂为主，分选较差。②辽东浅滩沙波主要发育在底质粒径1.6-2.9φ、最大底流速52.2-67.0cm/s、水深16~26m的沙脊脊部，以不对称沙波为主；沙脊间沟槽底质粒径3.2~5.3φ，最大底流速33.3-35.0cm/s，不发育沙波。沙波迁移速率在3.19×10-5-2.65×10-4cm/s之间，沙波迁移方向与潮流主流向大体一致，为NNE向。③高、低潮时，沙脊区潮流主流向与沙脊长轴向夹角9-30°；沙脊脊部表层最大流速(103.9-118.8cm/s)小于沟槽相应流速(108.7-124.3cm/s)；沙脊脊部底层最大流速(52.2-67.0cm/s)大于沟槽相应流速(33.3~35.0cm/s)；沙脊脊部和沟槽垂向最大流速变换分界深度约0.7倍水深处。④一个潮周期内沙脊和沟槽冲淤变化可分为2个高流速侵蚀阶段(HCE)、4个中流速平衡阶段(MCB)和2个低流速淤积阶段(LCD)。沙脊和沟槽在高、低潮时处于高流速侵蚀阶段，在转流时处于低流速淤积阶段。由于沙脊脊部和部分沟槽HCE带走的泥沙大于LCD沉降的泥沙而处于微侵蚀状态；相反，部分沟槽则处于淤积状态。⑤老铁山水道仍然是沙脊和沙席的主要物源区，在高流速动力条件下，水道海底继续遭受侵蚀，水深会缓慢增加，经老铁山水道向辽东浅滩和渤中浅滩搬运的泥沙趋于减少。辽东浅滩沙脊与沙脊间沟槽潮流流速的差异导致沙脊脊部逐渐侵蚀，槽部趋于淤浅，脊槽高差逐渐减小，脊槽地貌趋于夷平，沙脊沿潮流主流向发生迁移，沙脊-沟槽地貌进入退化阶段。根据研究区目前的潮流格局、水深地形、沉积物粒度和沙波迁移速率分析，辽东浅滩脊槽地貌格局近期仍会保持稳定。本研究成果是潮流沙脊成因和发育理论的补充和完善，对认识渤海水动力、物质输运具有重要意义。