小型潮汐汊道系统的沉积动力过程与演化

潮汐汊道是砂质海岸常见的沉积地貌单元，是海岸带与内陆架的重要组成部分，其作为港口航道、旅游、海水养殖等方面的资源的重要性早已被认识；但是，潮汐汊道的沉积动力行为、浅海物质循环与通量、全球变化的区域响应等方面的研究尚未充分开展。月湖是山东半岛东北角的一个小型的泻湖－－潮汐汊道系统，已有4000年的历史，具有很高的科研、经济、生态、休闲旅游价值。历史上的月湖是比较稳定的，1979之后，由于人为活动的影响，月湖的物理环境和生态环境质量呈恶化趋势。研究月湖的沉积与水动力现状，分析其变化的地貌动力学原因，有助于理解小型潮汐汊道系统的沉积动力行为，重视海带海湾在全球物质循环中的作用，具有现实和理论的意义。1998年冬季和1999年夏季，在月湖进行了为期各一月的野外工作，采集了131个表层底质沉积样和9个岩芯，获得了冬夏各29天的潮位记录，观测了口门大小潮期间的潮位、潮流，并采集了同步的悬移质水样。在实验室分析测定了沉积物的粒度、颗粒态有机碳含量和~(210)Pb放射性活度，进行了粒径趋势分析和沉积速率估算。对潮位和潮流进行了调和分析，从湾内潮位记录推算出口门的干道垂线平均流速和断面平均流速，并计算了口门的推移质和悬移质的输运能力。在此基础上，结合历史资料（地形图、航片、前人的研究成果等），探讨了月湖的沉积物平衡、汊道稳定性、流不对称性、口门P－A关系等问题。另外，对于海岸带的海湾－－泻湖系统在全球碳通量与碳循环过程中的作用进行了讨论。月湖是一个小而浅的潮汐汊道系统，面积4.94km~2，平均水深不足1m，无常年性淡水径流汇入。集水盆地属于低山丘陵地貌，面积15.2km~2。月湖表层沉积物以细颗粒物质为主，从岸到湖心逐渐变细，泥和砂质泥占湾内面积的40％以上；表层沉积物的平均粒径与沉积物类型有比较好的对应关系。~(210)Pb数据分析表明，湖心的沉积速率高达18.2mmyr~(-1)，而湖区大部沉积速率在2－5mmyr~(-1)。从岩芯的垂向粒度变化所反映的信息来看，湖区的沉积速率大约是5－10mmyr~(-1)。朋湖的沉积物主要来自流域的坡面侵蚀、湖岸侵蚀、风尘沉降、生物物质、涨湖流带入的悬移质和推移质；整修湖区的沉积通量为10000－22000tyr~(-1)。粒径趋势分析表明，月湖的湾顶（西部与北部）、涨潮三角洲和湖心等地貌单元是沉积的优势区域。月湖的潮汐属不规则半日潮，潮差小，日不等现象明显，冬夏两季有显著差异；平均潮差0.50m，平均涨潮历时5小时19分，平均落潮历时7小时5分，平均纳潮量2.0 * 10~6 m~3。月湖口门的潮流是不规则半日潮流，涨急、落争流速可达1.0ms~(-1)以上；口门憩流时刻正对应湾内的高／低潮时，是典型的驻波。月湖的潮流具有独特的不对称性，口门的干道垂线平均流速的主要模式为落潮流速大于涨潮流速、且落潮历时长于涨潮历时，而断面平均流速以涨潮流优势型占微弱优势。这种现象出现的原因是月湖的不规则潮汐特征，以及口门的形态与潮位的特殊对应关系。其他潮汐汊道可能也存在类似的现象。月湖所处海域的波浪作用并不强烈，沿岸输沙强度较小。实测悬浮体浓度较低，在10~0-10~1 mg L~(-1)左右。用口门干道垂线平均流速计算，月湖的悬移质和推移质净输运均为向外海输出，悬移质的输运量不到推移质的1／10。但是，从沉积物平衡的角度分析，涨潮流带入的悬移质和推移质可能是月湖湾内沉积物的重要来源。人类活动对月湖的沉积过程可能有重大影响。从平均大潮纳潮量与沿岸毛输沙量的比值来看，月湖应属于稳定性相当好的潮汐汊道系统；如果仅考虑口门的形态及主干道的通畅性，这一判断是可以接受的。可以认为，月湖当前的物理系统是脆弱而稳定的，但其生态系统的稳定性和自适能力已经遭到了严重破坏。月湖湖心的颗粒态有机碳通量为0.34kgm~(-2)yr~(-1)。推而广之，仅就有机碳通量而言，整个黄、渤海沿岸的小型海湾具有和黄、渤海陆架泥区相同的数量级。因此，在碳循环研究中应充分注意海岸带海湾的贡献。均衡状态下的潮汐汊道系统，它的纳潮量与口门面积之间的确存在某种稳定的P－A关系。传统方法得出的P－A关系有其固有的不准确性。应用沉积动力学方法，每个潮汐汊道的P－A关系都受涨落潮历时、断面平均流速、口门形态（面积和宽深比）、纳潮量、淡水径流量、沿岸毛输沙量和沉积物粒度等因素的控制，对于上述因素的每一种组合，都有对应的均衡态P－A关系。均衡态潮汐汊道的P－A关系的指数应在1.15左右。