关键词：
沉积物
粒径
长江
长江口
东海
三峡大坝
摘要：
粒径是物质的基本属性,也是沉积物最重要的物理参数和动力环境指标。河床沉积物是河流水文、泥沙等因素相互作用的结果,是河道在一定水沙和动力条件下堆积的产物。它记录了沉积物物源信息和当地的水动力条件,是研究河流地貌环境最基本的要素。对河流沉积物沿程变化的研究,早已有之,但对大型砂质河床河流沉积物沿程变化的研究还比较少。海洋是多数河流的最终归宿,也是河流泥沙的汇。对海洋沉积物粒度特征的研究,早有文献。但很少有把河流沉积物这个“源”和海洋沉积物这个“汇”结合起来研究。长江是中国第一大河流,也是世界上最大的河流之一。世界上最大的水电项目——三峡工程建成后,在大坝下游的长江中游河段和长江三角洲的前缘,已经观察到了显著的侵蚀发生。但大坝下游表层沉积物是否有粗化发生,如果有,粗化的河段有多长的距离,这些都需要进一步的研究。因此,对长江中下游河床沉积物和长江口外近海沉积变化特点的研究,不但可以进一步充实河床沉积物沿程细化理论,了解三峡大坝对长江中下游河床沉积物的影响,同时可以把“河流”—“海洋”系统结合起来研究,探讨沉积物粒径从“源”到“汇”的变化。
本文基于2008-2011年采集的长江中下游河床沉积物和长江口外近海沉积物,以及收集的前人相关成果中的资料,研究了长江中下游到长江口外近海沉积物粒度的空间分布特征,分析了沉积物粒径从河流这个“源”到海洋这个“汇”的变化；同时,本文还分析了三峡大坝建坝前后长江中下游河床沉积物粒度特征的变化和长江口外近海近几十年来沉积物粒度特征的变化情况;并在此基础上探讨了人类活动和自然因素对沉积物粒度特征的影响。本文的主要结论如下：
(1)沉积物粒径从“源”到“汇”的总体变细趋势。从宜昌往下游经长江干流到长江口,经南槽,再沿长江入海泥沙的扩散方向到研究海区的最南面,虽然沉积物中值粒径有所波动,但整体呈不断细化的趋势。最上游的宜昌沉积物为砾石,向下游不到100km的河段内,沉积物粒径急剧减小,沉积物类型变化为砂,再向下游,沉积物粒径逐渐波动细化,至长江口,沉积物粒径再次急剧减小,类型从砂过渡为泥。因为急剧变化区域的存在,整个区域沉积物的沿程变化很难用一个指数细化公式来模拟。而从长江口至研究海区最南面,沉积物粒径又表现出呈指数细化的特征。
(2)三峡大坝下游和长江河口的两个“粒径突变带”。长江中下游河床沉积物在两个河段出现了粒径的急剧变化和沉积物类型的转换,一个是从砾石转变为砂,另一个是从砂转变为泥。前一个转变出现在在三峡大坝下游约100km的河段内,这一个河段的变化,主要反应的是人类活动的对河床沉积物的影响。三峡大坝建坝后,上游来沙大多拦截在水库内,紧靠大坝下游的河床出现了严重的侵蚀,上层泥沙被冲刷,仅剩下砾石,因而使这一河段出现了砾石到砂的急剧过渡。而后一个转变出现在长江口,这个河段从砂到泥的转变,则主要反应的是自然机制——水动力条件的变化对沉积物粒径的影响。长江口受潮流和径流的共同作用,水动力强弱处于不断变化之中,当水流变弱时,非常有利于悬沙的沉降,而悬沙粒径通常要小于底质,因此,悬沙的沉降能导致底质沉积物粒径的减小,进而造成这一河段沉积物粒径从砂到泥的急剧转变。
(3)长江口外近海表层沉积物的“二元空间格局”及其成因探讨。研究区所在的长江口外近海表层沉积物呈明显的东粗西细格局,中值粒径4Φ(0.063mm)等值线呈西北—东南方向延伸。在等值线的向陆一侧,沉积物以细粒级的现代长江泥质沉积为主；在等值线向海一侧,沉积物则主要以粗粒级的残留砂为主。而等值线附近频率曲线呈双峰的沉积物的分布,表明两种不同粒级物质在这一区域的混合,也表明这一区域为两种粒级物质的过渡带。
(4)三峡工程对坝下游河床沉积物粒径的影响。三峡大坝建坝后,长江向下游的输沙量急剧减少,虽然建坝前输沙量已有减小趋势,但三峡大坝的建立使70%的上游泥沙沉降在三峡库区,这成为输沙量急剧减小的重要原因。输沙量的急剧减少,导致三峡大坝下游河床出现了严重的侵蚀,沉积物粒径出现明显粗化。整体上,三峡大坝建坝后两个时期的长江干流沉积物粒径都要明显粗于建坝前,而粗化最明显的区域出现在三峡大坝下游约200km的河段内,这一河段的沉积物类型从建坝前的砂变成了建坝后的砾石。而建坝后两个时期这一河段的砾石到砂的过渡带的下移,表明这一河段河床的侵蚀还在继续之中,河床沉积物还有进一步粗化的趋势。
(5)近几十年来长江口外近海底床沉积物粒径变化的辨析。通过与上世纪80年代相关研究成果的比较,发现长江口外近海表层沉积物泥砂分界线在30°10'N以北有向西移动,表明这一带的沉积物出现了粗化。而几根柱样(15、16、21、30号点)沉积物粒径的垂向分布,也显示出向表层有粗化的趋势。从沉积物组分等值线来看,粘土含量10%的等值线有明显西移,表明
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