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盐沼水沉积物植物界面泥沙输移过程研究进展概述
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-04-11 10:11:24

 论文导读:植物能够大幅度减少水流的扩散系数。在南汇东滩的高潮滩、中潮滩和低潮滩的不同观测点的泥沙运移模型研究中发现, 高、中潮滩的泥沙向岸输送, 低潮滩上的泥沙上层归槽, 下层上滩, 形成一个顺时针向的泥沙输移垂向环流。3、界面数据的连续性采集不够。未能把整个界面内的泥沙输移过程作为一个整体的研究对象。

关键词:高潮滩,界面,植物,泥沙输移

0 引言

盐沼水-沉积物-植物界面上盐沼水沙在盐沼区域产生往复运动,界面上存在着水平,沉降,再悬浮等一系列复杂的泥沙输移过程,而植物的介入则大大增加了界面泥沙水平,垂直输移过程的复杂性。但由于研究手段,数据的采集精确度等方面的局限,研究还有待进一步的开展,下面就国内外的研究现状进行分析,提出以后的研究方向:

1 界面泥沙水平输移过程

1.1 光滩与盐沼地(植被覆盖)比较

在有盐生植物覆盖的潮滩地区,潮汐携带的泥沙输入到潮滩系统内并在盐沼表面扩散,它们有很强的“捕沙”能力,使水体含沙浓度减小,影响着水体的流速,悬沙浓度,泥沙沉积速率等。时钟与国外学者通过海岸盐沼冠层的一维潮流水槽模拟试验的研究,结果表明:海岸盐沼冠层对悬浮泥沙的浓度、沉降速度以及淤积速率产生强烈影响,冠层内潮流和波浪受到植物冠层的阻滞,能量减弱,潮流挟沙能力下降,使泥沙发生沉降,低流速水槽(模拟湖流无波浪影响)实验发现植物冠层下的流速减少可达50% [3-7] (野外较难)。庄武艺等在澳大利亚库纳湾潮间带海草群落带(宽约10m,高约20-30m)测得,海草也可使低层流速降低40%-60%,悬移质含量减少20%-35%,悬沙浓度降低65%-80%。 [8] 

在对长江口南汇东滩盐沼海三棱镳草/互花米草覆盖区域和光滩间近低层悬沙浓度的监测中,发现前者悬沙浓度比后者低11%-27%。 [9] 杨世伦等通过沼泽岛与同高程的相邻光滩悬沙浓度的对比,在涨潮初期得出:(1) 悬沙浓度在时间序列上是脉动的,最大与最小悬沙浓度之比在光滩为2.41,在沼泽岛中为 1.46; (2) 沼泽岛中的悬沙浓度通常低于相邻的光滩,平均比值为 0.71。在测得涨潮水体含沙量为3.2684kg/m 3 的状况下,长江口海三棱草和镳草两种先锋植物群落黏附的悬沙分别达到298g/m 2 和40g/m 2 。 [10] 

在室内水槽实验中研究人员发现,有植株体的水流与自由水流相比,植物能够大幅度减少水流的扩散系数,其中单枝植株背水面形成的回旋区可以缓滞水流物质的运动,并将部分泥沙捕获,大大减少了泥沙的沉积量。 [11] Leonard etal.通过实验指出:由植物的“拦截作用”而引起的泥沙沉积通常不超过沉积物总量的5%。 [12] 植株的这种黏着作用的大小主要取决于植物的品种,结构以及悬浮物质对植物茎叶的附着能力。免费论文网。Fench和Spencer发现NorthNorfolk的Hut盐沼地区泥沙沉积总量中8.5%为植物表面所捕获,从而减少了泥沙的沉积量。 [13] 

相对与光滩来说,盐沼地区更能影响悬浮泥沙的沉降,在一些河口潮间带时亦发现盐沼和光滩的冲淤过程差异显著。实验表明盐沼前沿冠层中植被通过减弱波高和波能来降低悬浮泥沙的沉降,数据表明波浪振幅明显较相邻光滩小,平均振幅前者是后者的0.45倍,波高衰减率为55%,波能衰减率为80%,进而降低了悬浮泥沙的沉降速率。 [9] Knuston etal.曾对互花米草盐沼中波能的衰减做过半定量的研究,波浪每传入互花米草1m,波能就损失约26 %。免费论文网。 [14] Stumpf认为Delaware盐沼地区水体中损失的悬浮泥沙有50%黏着在植株体上. [15] Thomas and Kozerski也在低流速水槽中对人工水生植物的研究也发现植物茎,叶上黏着的泥沙与植株覆盖下滩面相当, [7] 这些都将降低悬浮泥沙的沉降。

1.2 不同植被状况(种类,密度) 

植物种类不同,对潮流、波浪的遮蔽程度不同,影响泥沙沉积的大小也就不同。Fonsecaand Cahalan (1992) 曾在波浪水槽中对四种海草导致的波能衰减做过定量测定,结果表明泥沙的沉积大小随植物的种类不同而不同。 [16] 国内一些学者的水槽实验表明同一高程上海三棱镳草的缓流效应比互花米草大,这是因为两者的生态指标(密度、盖度和茎叶的分布状况)不同,从平均值而言,海三棱镳草的缓流效应较互花米草略强。

杨世伦在1985-1987年的三个夏季观察,在长江口潮滩对盐的碱蓬滩地,人工种植的大米滩地,海三棱镳草滩地观察,得出了不同的植物对盐沼滩地影响。芦苇,海三棱镳草的淤积速率分别是光滩的9.3和7.7倍。 [17] 在从光滩经海三棱镳草群落(高为0.85m,密度为1290株/m2)至互花米草群落(高为0.9m,密度为650株/m2)的过渡中,沉积物越来越细,平均粒径由小于8.27变为小于5.83;黏土含量由12%变为43%。 [10] 一般情况下、海岸盐沼冠层中植株的粗细、密度和茎叶的分布状况会决定近底水流的性质,从而影响到悬浮泥沙的沉降。

1.3 底床稳定性比较 

植物能削弱潮流波浪对滩面的剪应力(增大了滩面的抗剪强度),进而减少泥沙的再悬浮量,增加低床的稳定性。

Thompson,et al.利用野外实地水槽对意大利威尼斯泻湖和加拿大Rustico湾盐沼植物对低床剪应力的影响进行了研究,发现水流达到一定流速(u>0.4-0.5ms -1 )时植被覆盖下的低床剪应力当发生明显下降,表明低床的稳定性明显增加,这主要由于高流速水流使植物发生弯折,消耗更多的动能所致。 [18] 植丛的掩护有使滩面沉积物不易掀起,增加了低床的稳定性的作用,植被覆盖的滩面始终为淤积过程,而光滩则呈现为频繁的冲积变化,长江口芦苇带淤长速率可达光滩的9倍以上。 [10] 朱骏,杨世伦等对长江口南汇滨海岸段(近堤900 m 宽的滩面有植被覆盖,其中,岸堤至堤外300m为芦苇,堤外300~900m为海三棱镳草,距堤900m以外为光滩)各观测点的年垂直淤积速率观测,结果表明:由于潮滩上近堤的900m有植被覆盖,潮水进入盐沼后,产生侵蚀压力,潮水的流速减小,波高降低,携带泥沙的能力下降,导致泥沙迅速沉积,含沙量明显减小,淤积速率逐渐下降,进而增加了河床的稳定性。免费论文网。相关学者还对盐沼带的相对稳定性系数进行了观测,结果表明:盐沼带的相对稳定性系数大于光滩,植被覆盖的盐沼滩地,易淤积而不易被冲刷,淤积速率较大;淤积和冲刷的波动较小,相对稳定性系数大,而光滩,易受到冲刷,淤积速率较小;冲刷和淤积的波动较大,相对稳定性系数较小。 [17]

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