琼州海峡砂质海岸多尺度地貌动力特征研究

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砂质海岸是由松散沉积物堆积形成的地貌类型,是珍贵的资源。海滩演变过程是复杂的地质、水文动力因素作用的结果,同时也受控于社会、经济等人文因素的作用。开展海滩演变研究是揭示海陆相互作用机制的重要途径,同时对海滩的旅游开发、海岸修复、海岸工程建设等都有重要的意义。海滩演变过程包含小尺度(小时、天)、中尺度(月、季节)、长尺度(年、数十年)等多个尺度过程。受到水动力与泥沙输运、地形变化关系非线性和不确定性的限制,基于现场高精度的时空观测数据,通过数据驱动模型来探讨海滩地形变化的内在特征仍是海滩过程研究的主要手段之一。本研究以琼州海峡沿岸典型海滩为研究对象,开展不同时间尺度的演变特征研究。小尺度采用基于EMD(empirical mode decomposition)的Hilbert谱分析以及滤波的方法对二维数据以及一维剖面点数据和波浪时间序列进行处理,中尺度采用EOF(empirical orthogonal function)正交分解海滩变化模态,长尺度根据ENVI和Arcgis提取遥感影像岸线变化,推测岸滩变化趋势。得到以下结论:一、小时间尺度琼州海峡地貌演变特征2018年16号台风“贝碧嘉”为近10年经过该区域最复杂的一次台风事件。风暴期间琼州海峡北部海滩对台风的响应过程存在三个阶段性变化。第一阶段为快速响应阶段,海滩大潮滩肩首先被大幅度侵蚀,滩肩前缘紧随做出反应,两个滩段耗散了台风高能能量的主要部分;第二阶段,大潮滩肩及滩肩前缘发生较大泥沙损失,坡度变大。低潮线附近也开始侵蚀,坡度变缓,使之更适应风暴条件;第三阶段发生在台风路径转向后,波浪能量显著减弱;风暴滩肩进一步侵蚀以消散波浪的高能部分,海滩其余位置开始振荡性恢复。其中高频驱动因素决定了海滩演变的局部特征,低频驱动因素决定海滩的演变趋势。且台风期间泥沙并不是单一向海输移,而是受到波能、冲流和二次破碎等因素共同影响,发生单、双向输移转换。二、中时间尺度琼州海峡地貌演变特征对琼州海峡南部铺前湾、海口湾和澄迈湾海滩剖面数据(2018年4月-2019年3月)进行了分析。主要特征都表现为淤积,铺前湾和海口湾海滩呈现夏秋淤-冬春冲的季节性特征,澄迈湾为夏秋冲-冬春淤的季节性特征。观测期间台风对海滩的影响程度有限。同时,海滩对台风响应与台风强度、登陆距离、相对台风的方位以及当地地形遮蔽程度密切相关。铺前湾和海口湾海域建设的人工岛加剧了海湾的遮蔽,促进了海滩淤积,岸线可能还要一段时间才能达到新的平衡。三、长时间尺度琼州海峡地貌演变特征琼州海峡北部青安湾,我们已进行了多年的海滩剖面连续调查,这些数据集确定校正后的岸线变化与ENSO(El Ni(?)o-Southern Oscillation)的相移相一致的侵蚀/淤积周期变化。利用岸线分析系统(digital shoreline analysis system,DSAS)和相关分析方法探讨了青安湾月尺度岸线、单宽体积的演变过程和控制因素。发现青安湾存在明显的海滩旋回。其中2017年-2021年青安湾海岸线整体变化趋势呈现西侧海岸大幅淤蚀振荡小幅侵蚀,东侧海岸小幅淤蚀振荡大幅淤积,岸线发生旋转,推测新的净泥沙输移方向由西南至东北。当强拉尼娜事件和风暴潮季节重合时,青安湾西侧海岸整体侵蚀更为严重。冬季寒潮和厄尔尼诺/拉尼娜共同影响时,青安湾海岸线虽发生小幅后退,但却产生了较大的单宽体积增量。单一冬季寒潮影响的青安湾海滩虽也有恢复性单宽体积增量,但岸线是向海推移的。近10年琼州海峡南北两侧岸线变迁结果显示,北侧海岸以围垦、砂质岸线为主,南侧海岸以城镇工业岸线和砂质、基岩岸线为主,伴随经济的发展人工岸线主体度会大幅提高。尤其琼州海峡南岸经济发展较快,城镇工业岸线变得更加规整、变迁方向向海推进,陆地面积增加较大,但岸线长度减少。
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