峡道沉积特征研究综述

近40年来峡道研究综述摘要：近40年来，因港口建设的需要，我国的一些研究、设计单位及高等院校，从不同角度对峡道海区的水动力、沉积、地貌以及数值模拟等方面开展了大量研究，本文关于峡道的研究主要集中在水动力特征、沉积特征和泥沙问题方面。通过对近40年来对峡道的国内外研究总结，对深水港工程设计提供指导，本文的一些新的研究方面体现在：（1）、（2）、（3）、（4）。关键词：峡道；水动力；沉积特征；泥沙；1引言峡道是岛与岛、岛与陆、及陆与陆之间的沟通两端较大水体的水流通道，既不同于受径流影响的河口环境，也不同于开敞水域和半封闭的海湾环境，受两侧地形的约束作用，峡道内进出水体表现为往复流运动，是一种有其自身的独特特点。其一，峡道是水流通道;其二，峡道内水流受潮流作用的显著影响，以区别于河道。（待续）1.1国外研究进展早在1927年，JWGregory[标注]就对多佛海峡形成年代及其与泰晤士河(Thames)和莱茵河(Rhine)的关系开展了研究。自1967年GHKelle和AFRichards[标注]对马六甲海峡的峡道沉积开展研究以来，世界各地学者对峡道动力、泥沙、沉积、地貌等单一因素分别进行了研究，其中，NHKenyon和AHStrides对环英国陆架上分布的诸多海峡之间峡道水动力和沉积物运移趋势进行了分析;RHesse等[标注]对位于意大利和阿尔巴尼亚之间Otranto海峡全新世沉积特性进行了系统研究;对峡道沉积物开展多学科全面研究的当数Johnson及其科研小组，他们对飞马海峡峡道的地质学、沉积学、地球物理学、古海洋学以及海底地貌学等方面开展了多学科综合研究，并初步建立了大西洋的飞马海峡峡道环流流速和沉积物粒度之间的关系，推进了峡道动力沉积学的研究。上述研究工作主要集中在深海大洋的峡道中，其水深甚至超过1000m，其意义更多的在于其理论价值。对浅水条件下的峡道开展的研究工作，最早是对苏伊士运河的研究，Stanley等[标注]以苏伊士运河为例对以潮流和波浪为主的浅水峡道进行了研究;Cannons对水深较浅的JudandeFuca峡道附近的PutgetSound海湾的水体和物质交换进行了研究;吉冈洋对日本纪伊水道的海洋锋进行了研究;GrochowskiNTL用数值模拟的方法预测了英吉利海峡的底质沉积物运移趋势。从以上对浅水峡道的研究可以看出往往仅限于某一方面，较少考虑峡道特殊环境对泥沙运移、沉积和地形演变的影响。1.2国内研究进展我国的峡道研究于20世纪80年代得到长足进展，如对琼州海峡、金塘水道、连云港地区的研究，研究内容以动力地貌和动力沉积为主。此后有对舟山群岛峡道、杭州湾崎岖列岛岛屿间峡道是岛屿与岛屿之间、岛屿与大陆之间或大陆与大陆之间狭窄的水流通道，既不同于受径流影响的河口环境，也不同于开敞的海岸水域伙伴封闭的海湾环境，是一种有其自身特点的独特海岸环境。2峡道水动力研究蒋国俊（2001）特征潮在峡道群内的沿程变化特性，峡道口门区水动力特性，峡道内水动力特性，分合流口附近水动力特性，峡道水流总体上为往复流，但局部地形的影响使峡道水流复杂化，甚至可能改变峡道潮波的形式，导致全日潮流的出现和涨潮流期或落潮流期的水流逆转;峡道口门区水动力更趋复杂，波浪作用不容忽视，水流出口的射流效应和进口时的奎水作用，导致峡道口门区水动力强度的剧变和水流方向的剧变;峡道水深的变化，导致水动力的横向变化;山甲角矶头的挑流与柯氏力的共同作用，使峡道水流产生涨落潮流路的不一致。（待续）3峡道沉积特征研究蒋国俊[标注]峡道潮滩沉积物的分选中等，峰态低平，正偏分布，与平原海岸潮滩和河口潮滩形成明显的沉积物粒度分带不同，峡道潮滩沉积物呈现粗细混杂无粒度分带的分布特性，是细颗粒泥沙发生动水聚凝沉积，后期又较少受到水动力横向分选改造而形成的。蒋国俊[标注]峡道悬沙沉积特性，峡道口门区动力沉积特性，峡道内动力沉积特性，峡道内沉积具有显著的分带性，自深水区向浅水区，沉积物由砂砾石“蚀余沉积”经细砂、粉砂过渡为粘土质粉砂;峡道口门区因沉积物来源的差异，发育砂质沉积和淤泥质沉积两大类型，砂质沉积区形成分选优良，颗粒单一，峰态显著，呈弱正偏态的沉积，并发育辐射状沙脊;在淤泥质口门区，沉积物颗粒较细，分选较差，峰态低平，含有较高的细颗粒尾部的厚层沉积，并以拦门沙坝的形式出现。李玉中、陈沈良[标注]在对崎岖列岛海区现代沉积环境中对崎岖列岛列岛峡道沉积区和峡道侧向潮汐通道沉积区进行了研究，得出列岛峡道沉积区受峡道内强劲的往复流影响，峡道西部以粗颗粒沉积物为主，峡道东部深槽区的粘土和亚粘土沉积物应属冲刷出露出的早期沉积地层。李玉中、陈沈良[标注]对洋山港海域现代沉积物运移趋势分析中，得出洋山港岛链峡道深槽的形成，系由峡道东部和西部的现代沉积物各向峡道两端分异运移所致。夏小明[标注]运用沉积地层同位素210Pb、137Cs、测年技术，估算长江口——杭州湾毗连海区的现代沉积速率。以泗礁水道为界，东侧的马鞍列岛区受外海高盐水的顶托，长江来沙少，淤积缓慢；西侧至长江口、杭州湾海岸交汇点(南汇咀)之间水域，是长江泥沙扩散南下的主要通道。尹延鸿等[标注]对渤海东部沉积物所作的研究发现，老铁山水道北部水动力强，沉积物主要为砾和砂砾，而向水道南部海流流速减小，由此反映出了老铁山水道沉积物粒度逐渐变细的规律;王庆等[标注]在渤海海峡南部的庙岛群岛峡道动力、沉积、地貌条件比较系统的分析基础上，对庙岛海峡峡道形成及演变、潮流聚散与侵蚀堆积、涨落潮流歧路与登州浅滩形成、峡道泥沙搬运与沉积效应等方面进行了研究，结果表明:庙岛群岛岛屿之间具有显著的峡道效应，且峡道东西两段差异明显，对峡道以东的山东半岛北部沿岸海底泥沙运动和沉积具有重要影响;刘建华等[标注]在前人研究的基础上，通过搜集大量相关资料，对老铁山水道的动力条件、海底地貌、沉积物组成、峡道效应及地貌形成机制进行了综合分析研究，具有一定的理论和应用价值。4峡道动力地貌特征研究金波（1982）对琼州海峡东、西口地貌特征及其成因进行了探究。王庆（2006）对山东庙岛海峡的峡道动力地貌进行分析，分为峡道形成与演变和峡道效应两个方面；其中峡道形成有峡道形成和峡道地貌发育阶段，峡道效应分为潮流聚散与侵蚀堆积、涨落潮流歧路与登州浅滩的形成和峡道泥沙搬运与沉积效应。卢惠泉[标注]地壳构造运动的差异性作用奠定了海坛海峡地貌的基本格局。后经过新生代，特别是晚更新世后的多次较大规模海侵的进一步塑造。[标注]峡总体呈中间窄南北两头宽的地形特征。海峡内两侧发育的岩滩、沙滩和泥滩三个地貌单元.受现代海流的冲刷作用，海峡水下地形、地貌较为复杂，在横行上主要发育有水下浅滩、潮流脊系和潮流三角洲三个地貌单元.其中水下浅滩发育于海峡东西两侧;潮流脊系以潮汐通道为主体，呈IV-S走向;潮流三角洲主要发育于海峡北口向海一侧，而南口因受兴化湾潮流脊系的严重干扰，三角洲地貌形态极为模糊不清。[标注]峡内水动力对沉积物机械分异作用的结果显著，使得沉积物的分布具有较明显的规律性，水深较大、流速较大的深槽海底以粗颗粒沉积物分布为主，而在深槽两侧的斜坡上或水深稍浅的海底以稍细颗粒沉积物分布为主.此外，在海峡中部，沉积物具有从南向北运移的趋势，水动力具有南强北弱的特点，但在局部水动力有异常变化，使得沉积物出现粗化和细化的特征。[标注](冷新世后海坛海峡一直处于现代海洋动力的塑造作用下，受其两岸构造轮廓的制约，除海峡内的各深槽处于弱冲刷状态外，海峡两侧港湾及其他海底位置则处于稳定或弱淤积状态，海峡内悬沙年淤积强度约为5cm/a。5峡道数值模拟研究大范围多岛屿数值计算往往具有计算面积大、岛屿众多、岸线曲折复杂、水道纵横交错、水流条件复杂的特点。要求有较详细的流场情况和所用的数值模型能较好地适应复杂的边界地形，一直以来是数值计算的难点。随着计算机技术的不断发展，数值模拟及其相关理论也得到了的不断改进，对岛群海域的汉道之间水动力、泥沙输移的研究提供了很好的技术支持，也使得岛群海域的海岸工程研究进一步发展。周发毅等[标注]以大连东部海域长山列岛为实例，建立了适用于复杂的多岛屿海域上平面二维潮波数值计算模型的选择及网格自动剖分方法，在计算规模大而又要求局部分辨率高的潮流场时，该方法效率高，经济合理，灵活方便;矫吉珍、肖成猷[标注]采用正交曲线网格和动边界结合技术，建立了宁波大榭岛LPG码头附近复杂海域(舟山群岛海域)大范围潮流场数学模型，并从动力机制上讨论了局部特殊地形对潮流场的影响;李孟国、王正林[标注]运用时间二次插值的三角形网格显式差分方法建立了多岛屿、地形及流态复杂的阮江口海区的潮流场数学模型，具有较高的应用价值;谢军[标注],运用三维潮流数学模型对洋山深水港区一期工程小洋山一镬盖塘陆域形成工程进行了模拟，在工程实践中得到较好验证，取得良好效果，对工程施工具有指导意义。此外，吴明阳等[标注]通过潮流水工物理模型试验，模拟了洋山港区一期工程方案实施前后的港池和航道流速变化特征、水流流态、港区通道潮流变化;并估算通道水域水深变化。2003年在潮流模型试验的基础上，进一步通过定床泥沙模型试验，研究洋山港区总体规划两种方案和一期工程3种方案的工程实施后港池泥沙淤积情况，以及外航道浚深段年平均淤积强度和维护挖泥数量，为优化工程方案和设计提供科学依据。6“峡道效应”综合研究从广义上讲，“峡道效应”是指由峡道独特的地形和位置引发的自然效应总和。从本专业角度来看，主要是指峡道地区峡道内或峡道间由于水动力和泥沙运动、沉积作用、地形冲淤之间相互作用所造成的综合影响。陈沈良[标注]对崎岖列岛海区的水文泥沙特征分析时指出，崎岖列岛海区属高悬沙浓度水域，然而，其峡道内保持着较大的水深，其认为这是峡道效应作用下涨、落潮水流的长期冲刷造成的，该列岛的周围海域近百年来主要表现为淤积，而在峡道区由于峡道效应，泥沙的沉降受到了抑制，在长江口外水下三角洲总体呈淤积的背景下，出现峡道区的局部冲刷现象。蒋国俊[标注]在对舟山群岛马岙峡道的水文泥沙特性进行了研究的同时，也对及其峡道效应进行了分析，受峡道地形限制，马番岸段水流呈现显著的往复流特性，潮流流速较强，水体含沙量较低，泥沙淤积较弱，岸滩处于冲淤平衡状态;受峡道内涨落湘流分流和汇流的共同作用，马番小泥糊礁附近发育水下沙嘴，该沙嘴是以落潮流作用为主形成的浅滩，受涨潮流改造而形成的，并将在涨落潮流作用下逐渐增长，形成连岛沙嘴，使小泥糊礁附近岸线发展成弧形岸统，并达成新的平衡。王庆等[标注]在研究渤海海峡南部的庙岛群岛峡道形成和演变时，就已发现峡道内潮流聚散与侵蚀堆积、涨落潮流分歧与浅滩形成、以及峡道泥沙搬运与沉积作用等方面都有着彼此的相互作用和联系，庙岛群岛岛屿之间显著的峡道效应，对峡道以东的山东半岛北部沿岸海底泥沙运动和沉积具有重要影响。参考文献：[1]GregoryJW.TherelationsofThamesandRhineandageoftheStraitofDover[J].Geogr.J.,1927,50:52-59.[2]KellerGH,RichardsAF.SedimentsoftheMalaccaStrait[J].SoutheastAsia.J.Sediment.Petrol.,1967,37(1):102-127.[3]HesseR，VonRadU，FabriciusFH.HolocenesedimentationintheStraitofOtrantobetweentheAdriaticandIonianSeas(Mediterranean)[J].MarineGeology,1971,10:293-355.[4]JohnsonDA.Phyiography,structure,andsediment-currentinteractions[J].MarineGeology.1984,58:1-34.[5]LedbetterMT.Bottom-currentspeedintheVemaChannelrecordedbyparticlesizeofsedimentf