岬灣海灘沉積物粒度粒形分布及其輸運趨勢的指示

摘 要 【目的與方法】粒度和粒形作為沉積物的基本屬性，蘊含著輸運歷史、運動方式和沉積環(huán)境等豐富的信息。通過利用動態(tài)圖像法對海南島保定灣岬灣海灘52個剖面253組表層沉積物樣品的粒度粒形測試，分析探討了粒度粒形沿岸和橫向的空間分布特征，結(jié)合粒度趨勢分析結(jié)果建立了粒形趨勢分析模型。【結(jié)果】研究表明，保定灣開敞段、過渡段和遮蔽段相同岸段內(nèi)的球形度在沿岸方向差異不大，橫向方向有從陸向海逐漸減小的趨勢。不同岸段間沉積物在粒度小于2.5 Φ 時的球形度，在沿岸方向從開敞段至遮蔽段有逐漸減小的趨勢。球形度的增大方向可指示沉積物輸運趨勢，建立的粒形趨勢分析模型具有較高的準確性和優(yōu)勢，可計算任意粒度區(qū)間的輸運趨勢，可與粒度分析方法相結(jié)合以達到不同的研究目的。【結(jié)論】研究成果可為岬灣海灘的演變機制和穩(wěn)定性研究提供理論支持。

關(guān)鍵詞 岬灣海灘；沉積物粒度粒形；輸運趨勢

第一作者簡介 程武風，男，1991年出生，博士研究生，海灘過程與地貌，E-mail： 562514297@qq.com

通信作者 陳沈良，男，教授，河口海岸學(xué)，E-mail： slchen@sklec.ecnu.edu.cn

中圖分類號 P736.21 文獻標志碼 A

0 引言

粒度和粒形是沉積物最基本的屬性，已廣泛應(yīng)用于沉積環(huán)境、沉積過程和輸運機制等方面的研究[1?5]。海灘沉積物粒度參數(shù)的空間變化可反映沉積物輸移模式和沉積動力環(huán)境演變，是海岸沉積動力過程綜合作用的結(jié)果。McLarn[6]根據(jù)三個沉積物粒度參數(shù)（平均粒徑、分選和偏度）建立了一維粒度趨勢模型。在此基礎(chǔ)上，Gao et al.[7?8]開發(fā)了二維粒度趨勢分析模型定義沉積物凈輸運模式，并成功運用于許多河口、海岸和大陸架區(qū)域。

沉積物粒形亦可以提供有關(guān)沉積環(huán)境、輸送條件和物源等重要信息[9?14]。沉積物在輸運和沉積過程中，粒度和粒形同時進行著分選。長期以來，許多學(xué)者對沉積物粒形在流體中的沉積、磨蝕和運動的影響進行了分析和建模[15?19]。其中，對在風沙輸運過程中粒形的作用研究較多[20?22]。van Hateren et al.[14]通過沉積物粒度—形狀分布的端元模型提出了風成沉積物的沉積模式，得到的結(jié)果比單獨的粒度分布端元建模更清晰。Shang et al.[22]發(fā)現(xiàn)粒度和粒形特征可以識別粒度和粒形分選趨勢、確定輸運方式和重建輸運路徑。Novák-szabó et al.[18]通過分析河流卵石、海灘砂和礫石的磨蝕演變發(fā)現(xiàn)僅使用粒形即可推斷沉積物的輸運條件。因此，粒形是除粒度外潛在的沉積物輸運參數(shù)。McCarthy[23]發(fā)現(xiàn)在沿岸沉積物輸運方向上，規(guī)則顆粒的比例增加，另一方面，在對美國長島海灘研究發(fā)現(xiàn)隨著沿岸輸運，沉積物顆粒圓度增加[24]。Shepard et al.[25]提出波浪會選擇性地將更圓的顆粒輸送到海灘上。

本文選擇海南島東部萬寧保定灣典型的岬灣海灘作為研究對象，使用動態(tài)圖像法得到253個海灘表層沉積物的粒度粒形參數(shù)，據(jù)此分析沉積物粒度粒形分布特征及輸運趨勢，探討粒形參數(shù)在輸運趨勢上的應(yīng)用潛力，并建立了粒形輸運趨勢模型，以期明確各組分沉積物對海灘演變的影響，為解釋海灘演變過程和海灘穩(wěn)定性提供深入的理論基礎(chǔ)，為海灘養(yǎng)護充填沙的選擇提供技術(shù)支持。