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渔业研究, 2022, 44(1): 9-20 DOI: 10.14012/j.cnki.fjsc.2022.01.002

论文与报告

福建东山八尺门海域现代沉积物分布特征及其冲淤演化过程

游远新,

福建省水产研究所,福建 厦门 361013

Modern sediment distribution and evolution of seabed erosion and deposition in Bachimen sea area,Dongshan,Fujian

YOU Yuanxin,

Fisheries Research Institute of Fujian,Xiamen 361013,China

收稿日期: 2021-12-20  

基金资助: 福建省省属公益类科研院所科技服务项目(20180400104)

Received: 2021-12-20  

作者简介 About authors

游远新(1969-),男,高级工程师,主要从事海域海岛资源开发与保护研究.E-mail:389479823@qq.com

摘要

本文通过对八尺门海堤两侧海域表层沉积物和柱状沉积物的分析、不同时期的海图和实测水深数据对比,对八尺门海堤两侧海域沉积环境及冲淤变化进行了分析。研究结果表明:八尺门海域表层沉积物以黏土质粉砂为主,沉积物类型趋于单一;柱状沉积物210Pb活度未呈指数型下降,表明沉积物受到扰动影响,沉积速率表明八尺门海堤两侧海域的沉积速率随时间呈逐渐增大的趋势;八尺门海域总体上为淤积状态,冲淤变化的原因主要为八尺门海堤对东山湾和诏安湾之间水体交换的阻隔,养殖网箱、吊养设施和养殖池塘对海流的阻碍,养殖过程中流失和残余的饵料及养殖生物的代谢物等。

关键词: 沉积环境; 冲淤变化; 水深数据对比; 沉积物粒度; 210Pb测年; 人类活动

Abstract

Based on the analysis of surface sediments and columnar sediments from both sides of Bachimen seawall,and the comparison of water depth data in different periods,this paper analyzes the sedimentary environment and the changes of seabed erosion as well as deposition on both sides of Bachimen seawall.The results showed that the surface sediment types in Bachimen sea area were mainly clayey silt,and the sediment type tends to be single.The 210Pb of columnar sediments did not decrease exponentially,indicating that the sediments were disturbed.The deposition rate showed that the deposition rate in the sea areas on both sides of Bachimen seawall gradually increased with time.The sea area was generally in the state of deposition.The main reasons for the change of erosion and deposition were the barrier of Bachimen seawall to the exchange of sea water between Dongshan Bay and Zhao’an Bay,the barrier of aquaculture cage,hanging aquaculture facilities and aquaculture pond to the sea current,the loss and residual bait as well as metabolites of aquaculture organisms in aquaculture,etc.

Keywords: sedimentary environment; erosion and deposition change; comparison of water depth data; sediment grain size; 210Pb dating; human activity

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本文引用格式

游远新. 福建东山八尺门海域现代沉积物分布特征及其冲淤演化过程[J]. 渔业研究, 2022, 44(1): 9-20 DOI:10.14012/j.cnki.fjsc.2022.01.002

YOU Yuanxin. Modern sediment distribution and evolution of seabed erosion and deposition in Bachimen sea area,Dongshan,Fujian[J]. Journal of Fujian Fisheries, 2022, 44(1): 9-20 DOI:10.14012/j.cnki.fjsc.2022.01.002

海湾是海陆相互作用最剧烈的区域,由于其特殊的地理位置和天然的掩护条件,也成为了人类活动频繁的地方,高强度的海洋开发活动对海湾地形地貌演化及其沉积环境产生了重大的影响[1-4]。海湾地貌形态除受到区域地质构造运动的塑造,同时还取决于气候、水文、生物等外力因素的作用,在小尺度时间范围内后者是海湾地貌形态形成的主要动力因素[5-6]。浅海滩涂围垦、海堤修建、填海造地、港口码头建设及水产养殖等活动,改变了海域自然属性,使得纳潮量减少、水动力条件发生变化、水体交换能力降低、泥沙淤积,导致海湾滩槽动力格局发生变化,改变了自然条件下的岸滩沉积环境[7-10]。加上养殖活动所产生的入海污染物,使得海域海水日益污染,生态环境遭受严重破坏,造成海湾生态、资源环境和地质灾害等诸多问题[11-13]

八尺门海堤建于1961年,全长620 m,是当时沟通东山岛与陆地的唯一途径。由于海堤无洞闸,八尺门海堤完全阻隔了东山湾和诏安湾的水体交换,导致流速降低、淤积严重,加上近年来海水养殖规模不断扩大[14],投饵量增多以及人们生产生活废弃物的排放,使得八尺门海堤两侧海水水质日益污染,水中重金属、石油烃有害物质超标[15-16],养殖业及人类的健康受到严重的影响。现八尺门海堤的交通作用已被完全替代,为了增强东山湾与诏安湾海水交换和自净能力,改善八尺门海域的环境问题,需要将八尺门海堤打开。之前报道的关于该海域的研究主要集中在东山湾潮流动力特征、东山湾泥沙运移趋势及东山湾的海底冲淤变化特征[17-20],对八尺门海堤建设引起的局部海域的海底冲淤演化特征的研究相对较少。本研究通过对八尺门海堤两侧表层沉积物、柱状沉积物进行分析以及不同年代水深资料对比,分析八尺门海域沉积环境和冲淤演化特征,并综合各项人类活动分析其演变原因,为八尺门海堤两侧海域的生态环境整治和保护利用提供科学依据。

1 研究区概况

八尺门位于福建东南的诏安湾和东山湾之间的东山岛北端,与云霄县陈岱隔海相望。八尺门原为连接东山湾和诏安湾的狭长海峡,将东山岛与陆地分隔开,八尺门海堤东西两侧全长约12 km,宽500~1 000 m。八尺门海堤中心坐标为23.77°N、117.41°E。八尺门地理位置见图1

图1

图1   研究区地理位置及采样站位

Fig.1   The study area and sampling station locations


东山湾和诏安湾潮汐性质属于半日潮流,由北向南涨潮历时逐渐增大,落潮历时逐渐减小,且受湾内湾外地势不同的影响,湾内潮差普遍大于湾外潮差。潮流呈现典型的往复流运动形式。由于八尺门海域地处在狭长的湾内,海峡内波浪作用较弱[21]

在地层上,研究区位于华南加里东褶皱系东部之闽东南沿海中生代火山断折带南段。区内地壳结构具二元特点,基底由前泥盆系变质岩、混合岩组成,盖层由中生代陆相碎屑沉积岩火山岩、火山碎屑熔岩组成[22]

在构造上,研究区位于长乐-南澳北东向深大断裂带,是长期地质构造活动较强的地壳薄弱带,区内构造轴迹因受上述构造的影响,亦以北东向为主。据近年来垂直形变测量成果表明,自漳浦至诏安一带,近年来均为平稳缓慢上升阶段,自1957—1972年上升量为+39 mm,平均年变率为+2.5 mm/a[22]

在陆地地貌上,研究区主要以构造侵蚀丘陵、侵蚀剥蚀台地、洪冲积平原、风成沙地为主;海岸地貌以水下浅滩、潮滩、海滩和养殖场为主[22]

2 材料来源与分析方法

2.1 沉积物采集与分析

2020年,在八尺门海堤两侧的东山湾和诏安湾共采集了100个表层沉积物样品和6根柱状沉积物样品,采样站位见图1。对表层沉积物进行粒度分析,柱状沉积物每间隔10 cm进行210Pb活度测试。

表层样品进行粒度分析,取少量样品用双氧水和稀盐酸进行处理,除去有机质和碳酸盐,静置后加去离子水清洗离心,用超声波震荡后用激光粒度仪进行粒度分析。粒度分析单位为自然资源部第一海洋研究所,所使用的激光粒度仪型号为英国Malvern公司生产的Mastersizer2000型激光粒度仪,测量范围为0.02~2 000 μm,测试相对误差小于1%,粒度结果用仪器自带软件以0.25 Φ间隔输出测量数据。粒度参数(平均粒径、分选系数、偏态系数、峰态系数等)的计算采用McManus矩值法公式。

210Pb活度采用γ分析方法。称取10 g左右经冷冻干燥或低温(小于60°C)烘干至恒重的样品放入与标准样品同样规格的塑料样品管中,密封3周以上,以使样品中的226Ra与210Pb处于永久衰变平衡体系,然后测定放射性核素210Pb的含量。测试仪器为美国ORTEC公司生产的GWL-120-15-XLB-AWT井式超低本底高纯锗探测器、数字化谱仪及多通道分析系统。该γ谱议的主要指标为对Co 1.33 MeV的能量分辨率为2.25 MeV、峰康比大于60∶1、相对探测效率为62%,具有良好的稳定性。每个样品的测量时间为不少于40 000 s(实时),210Pb的比活度由46.5 Kev处的γ射线谱峰面积求算,226Ra比活度根据214Pb的谱峰面积(295.2 Kev)求算,半衰期极短的214Pb是226Ra的衰变产物。样品的过剩210Pb(210Pbex)比活度为210Pb的比活度与226Ra比活度的差值。210Pb和226Ra标准样品由中国原子能研究所提供。210Pb活度测试在南通大学地理科学学院进行。

2.2 水深资料来源与分析

本研究水深对比资料来自历史海图和实测水深:1)2017年出版海图,1∶40 000诏安湾及附近,海图号:14391,测量时间为1985、1971和2012年;2)2013年出版,1∶30 000 东山湾海图,海图号:14371,测量时间为1985和1992年;3)2020年福建省水产研究所在八尺门海堤两侧海域实测的1∶1 000、1∶2 000以及1∶5 000水深资料。

把不同时间版本的海图资料扫描至计算机,将扫描图件导入ARCGIS软件进行地理配准,运用ARCGIS软件对水深数据数字化,随后进行插值处理,并且将实测水深数据也导入ARCGIS软件,将上述不同时期的水深转换成85高程和2000国家大地坐标系,并叠加在一幅图上,制成水深对比图。

3 结果

3.1 表层沉积物组分及其粒度参数特征

3.1.1 沉积物类型分布特征

表层沉积物分类与命名采用谢帕德分类法[23],根据粒度分析结果显示,表层样中均不含砾,其在谢帕德沉积物三角图解的投影如图2。研究区表层沉积物类型只有3种,分别为黏土质粉砂(YT)、黏土砂质粉砂(YST)和粉砂(T)。沉积物类型以黏土质粉砂为主,共98个站位,黏土砂质粉砂和粉砂均为1个站位。在空间分布上,粉砂站位位于诏安湾调查区的中部,黏土质粉砂站位位于东山湾八尺门海堤东南约3.5 km的养殖池塘旁。

图2

图2   表层沉积物组分及其类型空间分布

Fig.2   Composition of surface sediments and spatial distribution of surface sediments types


表层沉积物组分以粉砂为主,含量界于46.2%~79.5%之间,平均值为61.0%;黏土含量次之,含量界于20.5%~48.1%之间,平均值为37.31%;砂含量最少,含量界于为0%~28.7%之间,约一半站位砂含量为0%,平均值约为1.65%。

3.1.2 沉积物粒度参数分布特征

表层沉积物粒度参数分布特征见图3。研究区表层沉积物平均粒径总体上变化不大,界于6.04~7.98 Φ之间,平均值约为7.51 Φ,高值位于诏安湾水道、诏安湾养殖区和盐田附近以及东山湾水道和沿岸海域,表明狭窄水道以及沿岸的沉积物平均粒径较小。平均粒径的空间分布与表层沉积物黏土含量空间分布有较好的对应,说明研究区表层沉积物粒度受沉积物中黏土含量的控制。表层沉积物分选系数范围为1.32~2.59,总体为分选较差到差,平均值为1.64,分选相对较好的区域有八尺门海堤两侧的水道、大嵼岛旁边的水道以及养殖区南部海域。研究区大部分站位的表层沉积物为正偏,偏态范围为-0.25~0.50,平均值为0.11,负偏主要分布在诏安湾水道。研究区沉积物峰态范围为0.71~1.34,属于平坦至尖锐,平均值为1.02,高值区位于诏安湾水道以及诏安湾中心站位。

图3

图3   表层沉积物粒度参数分布

Fig.3   Distribution of grain size parameters of surface sediment


3.1.3 沉积物沉积环境划分

沉积物组分及其粒度参数是反应沉积区沉积环境的重要指标[24-26],各项指标之间存在不同程度的联系,因此对沉积物组分及其粒度参数进行分析,可以了解研究区的沉积环境。如果对所有的粒度参数和沉积物组分进行系统聚类分析,并不能很好地指示研究区沉积环境的差异,因此本文选择能够代表研究区特征的粉砂含量、平均粒径和分选进行聚类分析。聚类分析方法为组间距离法,测量采用平方欧式距离。聚类分析结果见图4,根据聚类分析结果,将研究区分为六类沉积环境,各类沉积区的沉积物组分及其粒度参数见表1

图4

图4   沉积物聚类分析图(a)和沉积环境分布图(b)

Fig.4   Cluster analysis map(a) and sedimentary environment distribution map(b)


表1   各沉积区表层沉积物组分及粒度参数特征值

Tab.1  Components and grain size parameters of surface sediment in various sedimentary areas

沉积区
Sedimentary
area
特征值
Characteristic
value

/%
Sand
粉砂
/%
Silt
黏土/%
Clay
平均粒径/Φ
Mean grain
size
分选系数/Φ
Sorting
coefficient
偏态
Skewness
峰态
Kurtosis
平均值0.8063.3035.907.481.600.131.00
最大值6.0066.2038.807.661.980.361.15
最小值061.2031.007.041.3200.86
平均值0.0767.7332.207.401.600.221.00
最大值0.2068.6033.207.501.770.311.05
最小值0.0066.8031.207.271.380.150.96
平均值1.3958.6739.957.641.610.091.03
最大值11.8060.9044.307.822.130.171.29
最小值055.1032.106.871.44-0.180.92
平均值6.5751.7441.697.521.91-0.031.10
最大值19.6053.3048.107.972.450.141.34
最小值0.0049.9030.206.461.52-0.250.92
-28.7046.2025.106.042.59-0.170.71
-079.5020.506.771.720.501.34

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Ⅰ~Ⅳ类沉积区沉积物类型均为黏土质粉砂,其中,Ⅰ类沉积区主要分布在八尺门海堤两侧、东山湾大部分海域以及诏安湾中部海域,砂、粉砂和黏土的平均含量分别为0.80%、63.30%和35.90%,平均粒径平均值为7.48 Φ,分选系数平均值为1.60,分选较差,偏态为正偏,峰态为中等(正态)。Ⅱ类沉积区分布在诏安湾的中部海域的两个站位以及八尺门海堤东侧东山湾的一个站位,砂、粉砂和黏土的平均含量分别为0.07%、67.73%和32.20%,平均粒径平均值为7.40 Φ,分选系数平均值为1.60,分选较差,偏态为正偏,峰态为中等(正态)。Ⅲ类沉积区分布在诏安湾中部、诏安湾水道以及东山湾部分近岸区域,砂、粉砂和黏土的平均含量分别为1.39%、58.67%和39.95%,平均粒径平均值为7.64 Φ,分选系数平均值为1.61,分选较差,偏态为近对称,峰态为中等(正态)。Ⅳ类沉积区分布在诏安湾狭窄水道,砂、粉砂和黏土的平均含量分别为6.57%、51.74%和41.69%,平均粒径平均值为7.52 Φ,分选系数平均值为1.91,分选较差,偏态为近对称,峰态为中等(正态)。

Ⅴ类沉积区沉积物类型为黏土砂质粉砂,位于八尺门海堤东侧3.5 km处的养殖池塘附近,砂、粉砂和黏土的平均含量分别为28.70%、46.20%和25.10%,平均粒径平均值为6.04 Φ,分选系数平均值为2.59,分选差,偏态为负偏,峰态为平坦。

Ⅵ类沉积区沉积物类型为粉砂,位于诏安湾中部,砂、粉砂和黏土的平均含量分别为0%、79.50%和20.50%,平均粒径平均值为6.77 Φ,分选系数平均值为1.72,分选较差,偏态为很正偏,峰态为尖锐。

3.2 柱状沉积物210Pb放射性活度及其沉积速率

根据柱状沉积物中放射性核素210Pb的活度测试结果,过剩210Pb(210Pbex)与深度的关系曲线见图5。柱状样1、2、3来自于东山湾,柱样4、5、6来自于诏安湾。1号柱状样210Pbex随深度的增加呈先增加后减少的趋势,80 cm及之后210Pbex未检出,最大值为99.55 Bq/kg,最小值为14.34 Bq/kg。2号柱状样210Pbex随深度的增加呈近等幅的摆动,最大值为72.97 Bq/kg,最小值为34.51 Bq/kg。3号柱状样210Pbex随深度的增加表现为两次先增加再减少的趋势特征,最大值为63.89 Bq/kg,最小值为1.06 Bq/kg。4号柱状样210Pbex随深度的增加表现为先减小,再稍微增加,最后逐渐减小的特征,60 cm及之后的沉积物中未检出210Pbex,最大值为9.82 Bq/kg,最小值为0.14 Bq/kg。5号柱状样210Pbex随深度增加呈现波浪状起伏的特征,最大值为61.99 Bq/kg,最小值为0.92 Bq/kg。6号柱状样210Pbex随深度增加呈先减小再增加,随后再减小的趋势,60 m及之后210Pbex未检出,最大值为16.15 Bq/kg,最小值为0.10 Bq/kg。

图5

图5   柱状沉积物210Pb活度垂向分布

Fig.5   Vertical distribution of 210Pb radioactivity


从沉积速率与深度的二元图解中可以看出(图6),1号柱状样从底层到表层沉积速率逐渐变大,最大值为0.272 g/cm2·a-1,2、4、5、6号柱状样底层到表层沉积速率总体上是逐渐增大,在表层10~20 cm达到最大,之后再减小,最大沉积速率分别为0.434、0.118、1.366、0.804 g/cm2·a-1;3号柱状样为加密测试,从底层到表层,沉积速率先增大,在50 cm达到最大,之后逐渐减小,10 cm之后又变大,最大沉积速率为0.357 g/cm2·a-1

图6

图6   柱状沉积物沉积速率垂向分布

Fig.6   Vertical distribution of sedimentation rate


3.3 各时期冲淤变化

根据水深数据测量年代的不同,将八尺门海堤两侧海域分为三个区域进行对比(图7),区域一为东山特大桥往西南海域;区域二为八尺门海堤东侧引水渠以东海域至东山特大桥海域;区域三八尺门海堤东侧引水渠以东海域。

图7

图7   八尺门海堤两侧不同年代水深对比图

Fig.7   Comparison of water depth data in different years on both sides of Bachimen seawall


区域一见图7a,水深数据分别为1971年和2020年。在东山特大桥至大嵼大桥之间的狭窄水道,两岸2 m等深线向中间水道迁移,东岸等深线平均迁移距离为84 m,平均迁移速率为1.7 m/a,西岸等深线平均迁移距离为61 m,平均迁移速率为1.2 m/a,表现为严重淤积,水道宽度变窄;在水道南段,4 m等深线表现为向两岸迁移,表现为冲刷,强度不大,6 m等深线范围变化不大;在水道北段,出现4 m等深线,表明该海域为冲刷状态。大嵼大桥至东山湾口门,该区域2 m等深线向两岸扩大,表现为冲刷,并在中央养殖区两侧的水道出现4 m等深线,说明该区域为冲刷状态,强度较大,总体上该区域表现为冲刷状态。

区域二见图7b,八尺门海堤至东山特大桥段水深数据分别为1971年和2020年。海堤往诏安湾600 m内2 m等深线变化不大,再往西至东山特大桥,沿岸两侧的2 m等深线均向中部水道迁移,且迁移量大,最大迁移距离为240 m,北侧等深线平均迁移距离为126 m,平均迁移速率为2.6 m/a,南侧等深线平均迁移距离为80 m,平均迁移速率为1.6 m/a,表现为严重淤积,水道宽度变窄;位于水道转弯附近的4 m和6 m历史等深线逐渐变为2 m等深线,表现为严重淤积。在八尺门海堤往诏安湾800 m内,4 m等深线向四周扩大,北侧4 m等深线最大迁移距离为158 m,平均迁移距离为120 m,平均迁移速率为2.4 m/a,表现为冲刷;6 m等深线向海堤移动,且出现8 m等深线,表现为在海堤附近水深加深,表现为海堤西岸冲刷状态。总体上,八尺门海堤西侧附近为冲刷状态,在转弯处至东山特大桥表现为淤积,强度较大。

在八尺门海堤东侧至引水渠的1.2 km海域内,水深数据为1985年和2020年。南侧2 m等深线东段表现为向水道中间迁移,距离为60 m,表现为淤积;北侧2 m等深线西段向岸边迁移,距离约为50 m,表现为轻微冲刷;东段向水道中间迁移,距离为150 m,表现为淤积;靠近八尺门海堤海域4 m等深线扩大并且出现6 m等深线,表现为冲刷。

区域三见图7c,水深数据分别为1992年、2012年和2020年。在八尺门海堤东侧引水渠至八尺门水道开口处,水道内南侧2 m等深线大部分重叠,在开口处,1992年至2012年2 m等深线向水道中间移动,变现为淤积,2012年与2020年等深线基本重合,变化较小;北侧2 m等深线从1992年至2020年逐渐向水道中间迁移,表现为淤积。在水道中央,2020年出现4 m等深线,表现为水道中央冲刷。在八尺门水道开口外海域,南侧1992年的2 m等深线和2012年相比,向中间迁移,表现为淤积,2012年和2020年2 m等深线重复相交,说明冲淤和冲刷交替,但总体表现为冲刷;在北侧1992年2 m等深线与2012年相比向中间迁移,表现为淤积,2012年和2020年2 m等深线相比表现为向岸迁移,说明在该区域冲淤状态为冲刷。

4 讨论

4.1 八尺门海域沉积环境特征

碎屑沉积物从源到汇的过程经历侵蚀、搬运和沉积等作用,因此海洋的沉积环境特征的研究应该包括沉积物的来源区、搬运区和沉积区[27]

根据前人研究,东山湾沉积物主要来源为陆域来砂,包括漳江输沙、周边陆域风沙以及岸线侵蚀,其次为浙闽沿岸流携带的泥沙[17-18,22]。周边入海径流主要为诏安湾西部的仙陂溪以及诏安湾顶的小溪。但根据现场观测的情况看,八尺门海域的沉积物来源还应包括人类活动所产生的废弃物。近年来东山湾与诏安湾养殖规模不断扩大,而网箱养殖所投放的饵料利用率仅为20%~25%,其余的饵料以及养殖动物粪便则排放进入水体[28]。本次采集的表层样及柱状样也显示,东山湾及诏安湾的表层沉积物及柱状样表层为黑色的流状沉积物,含有养殖饵料及其粪便,柱状样部分层位含有贝类沉积物。因此,八尺门海域沉积物来源还应包括养殖产生的废弃物。

沉积作用指的是碎屑沉积物从物源区搬运至沉积区沉积的过程,该过程受到搬运介质的影响,沉积物的组分和粒度参数可以反映出搬运介质的性质以及流体动力特征。东山湾为往复式半日潮流,涨潮时海流从湾口向湾内沿着东、中和西部的三条主槽流动,西部水流则流向八尺门,净单宽输沙方向,湾口附近及其湾中均朝向西北,指向西部岸滩。诏安湾海流为往复式半日潮流,涨潮时从湾口沿着深槽往湾内流,至八尺门水道因淤积和狭窄,水流动力较弱,落潮时由湾内往湾外流[22,29]。八尺门水道由于海堤的阻挡,两侧的水流无法互通,水动力较弱,导致沉积物不断堆积,海域环境质量下降。汪春燕[30]研究表明,诏安湾活性磷酸盐含量超过了海水水质第四类标准。郑惠东[31]研究表明,东山湾水产养殖承载力已属临界超载,应当控制养殖规模,维护海域环境。

根据表层沉积物组分及粒度参数聚类分析结果,将研究区划分为不同的沉积环境。海堤东侧的东山湾沉积环境相对单一,只有在沿岸两侧有不同的沉积环境,在海堤东南3.5 km的养殖池塘旁的沉积物类型为黏土砂质粉砂,该点位的砂含量为研究区最高,推测与人类围填养殖池塘的行为有关。在诏安湾水道,多种沉积环境类型交替出现,说明在水道沉积环境较为复杂。在诏安湾中部,沉积物类型有Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ类,Ⅵ类沉积环境中沉积物中粉砂含量最高,黏土含量最低,平均粒径也较低,该位置位于诏安湾水道中间,说明该区域水动力较强。

4.2 柱状样反映人类活动的影响

海洋沉积物中的210Pb来源于大气沉降以及沉积物本身矿物存在的226Ra衰变形成,只有在尽量不受干扰的情况下才可能真实反映210Pb活度。从柱状沉积物210Pb活度与深度关系可以看出,沉积物210Pb活度并未随着深度加深呈指数型递减的趋势,而是多以波浪线起伏的特征为主,推测主要原因是由于八尺门海堤两侧受到人类活动的影响较大,尤其是养殖活动对沉积物的扰动以及沉积环境的改变,影响沉积物的自然沉积,从而影响沉积物的210Pb活度。

从本研究所采集的柱状沉积物沉积速率与深度的关系可以看出,总体上,从底层到表层,沉积物速率呈逐渐变大的趋势,在接近表层,2、4、5和6号站位沉积速率反而又变小,产生这个现象的原因是八尺门海域表层沉积物为流体状沉积物,含水率高,柱状样沉积物表层以及近表层沉积物可能发生混合,如果将表层及近表层沉积物视为整体,则沉积速率的趋势依然是从底层到表层,沉积速率逐渐增加。这说明近几十年,东山八尺门两侧海域的沉积速率是随时间有逐渐增大的趋势,引起沉积速率增大的原因与海堤的建设导致水动力减弱以及养殖业的发展导致饵料等废物增加有关。

4.3 冲淤变化原因

冲淤变化与沉积通量和水动力条件有关[19]。从历史水深对比结果可以看出,在诏安湾,八尺门海堤至八尺门大桥段总体为冲刷,往西至东山特大桥,表现为两岸和中央水道为严重淤积;东山特大桥至大嵼大桥段,表现为两岸淤积,中央水道在南段变化不明显,在北段为冲刷;大嵼大桥至海湾开口总体表现为冲刷。在东山湾,八尺门水道段表现为淤积,靠近海湾开口处的中央水道表现为冲刷,再往海湾开口表现为先淤积后冲刷。总体上八尺门海域冲淤演化为淤积。八尺门附近海域沉积物粒度组分随时间发生重大变化,根据1983—1989年的调查数据[22],该区域沉积物类型达到11种,以砂质粉砂、黏土质粉砂以及粉砂质黏土为主,且近岸沉积物多以砂、砂砾以及细砂为主。2020年表层样调查结果显示该区域的沉积物类型只有三种,以黏土质粉砂为主,沉积物粒径也比1983—1989年调查时期的沉积物小,说明八尺门海堤两侧海域沉积物类型随着时间的演化逐渐趋于单一。且两个时期的中值粒径对比也可以看出,该海域表层沉积物中值粒径逐渐变小,沉积物有细化的趋势。沉积物类型及粒度发生改变,指示其物源及水动力发生变化。

八尺门海底冲淤变化的原因有两点:1)水动力变弱。在八尺门海堤建设之前,由于八尺门水道两侧的东山湾和诏安湾潮汐相位差异,八尺门水道水流湍急,而八尺门海堤的建设阻隔了东山湾与诏安湾的水体交换,水动力变弱,导致八尺门水道严重淤积。两岸淤积致使东山湾和诏安湾纳潮量减少,水动力进一步减弱。除了八尺门海堤,八尺门海域遍布的养殖网箱对水动力也有较大影响。网箱对海流的阻碍作用相对较大,且网孔越小,对海流的阻碍越大。八尺门海堤两侧海域的网箱养殖以及池塘养殖使得海流流速变低,影响了泥沙的运移,使得泥沙更易沉积。除了网箱,八尺门海域两岸的围填海也进一步占用海域面积,水道变窄,纳潮量逐渐减少。2)养殖活动影响。人类活动对八尺门海底冲淤的影响不单单包括水动力,还有沉积物来源。养殖活动未利用的饵料、排泄物以及残余贝壳等,随着养殖产业的不断发展,对八尺门海域沉积物物源的贡献比重逐渐增加,也引起八尺门海底的冲淤变化。

5 结论

1)研究区表层沉积物类型仅有黏土质粉砂(YT)、黏土砂质粉砂(YST)和粉砂(T)三种,以黏土质粉砂为主,和历史数据对比,沉积物类型从11种降为3种,趋于单一化,沉积物粒度也趋于变细。

2)八尺门海洋沉积环境的物源以及搬运水动力条件已经变化,聚类分析结果将研究区分为六个沉积环境,东山湾及诏安湾中部海域沉积环境较为简单,诏安湾水道沉积环境较为复杂。

3)柱状沉积物210Pb测试结果显示,八尺门海堤两侧受到人类活动的影响较大,尤其是水产养殖对沉积物的扰动以及沉积环境的改变,影响沉积物的自然沉积。东山八尺门海堤两侧海域的沉积速率随时间的推移有逐渐增大的趋势,引起沉积速率增大的原因与海堤的建设导致水动力减弱以及养殖业的发展有关。

4)八尺门海底冲淤演化总体上呈现出较大的淤积,淤积的原因有两点:八尺门海堤阻隔、养殖网箱、吊养设施、养殖池塘和围填海导致水动力的减弱;大范围的养殖导致八尺门海域的沉积物物源发生改变,养殖过程中流失和残余的饵料及养殖生物的代谢物等对物源的贡献比重增加。

5)人类活动对八尺门海底的冲淤、对水动力、水质以及沉积物物源等都产生比较严重的影响,将八尺门海堤贯通以增强水体交换、改善八尺门海域环境是必然选择。目前八尺门海堤已打开,东山湾与诏安湾的海水重新恢复连通,原海堤两侧的养殖设施也已大部分拆除,海床将会形成新的冲淤变化,针对八尺门贯通后的冲淤情况,尚需进一步研究。

参考文献

张海峰.

福建平海湾沉积动力特征与海床稳定性分析

[J]. 应用海洋学学报, 2013, 32(1):36-45.

[本文引用: 1]

李东义, 徐勇航, 王爱军, .

福建安海湾表层沉积物粒度特征及其现代沉积过程分析

[J]. 沉积学报, 2015, 33(4):724-734.

[本文引用: 1]

杨金艳, 罗福生, 王爱军, .

淤积型海湾整治修复效果综合评价——以厦门湾为例

[J]. 应用海洋学学报, 2020, 39(3):389-399.

[本文引用: 1]

苏文亮, 邹志利, 张庆民.

不同形态海湾的水底平衡剖面研究

[J]. 海洋学报(中文版), 2020, 42(5):128-138.

[本文引用: 1]

杨留柱, 杨莉玲, 潘洪州, .

人类活动影响下的钦州湾近期滩槽冲淤演变特征

[J]. 热带海洋学报, 2019, 38(6):44-53.

[本文引用: 1]

汤立群, 卢单, 赵慧明, .

河口滩涂围垦对水动力环境影响研究综述

[J]. 水利水电科技进展, 2020, 40(6):82-88.

[本文引用: 1]

Jabaloy-Sanchez A, Lobo F J, Azor A, et al.

Human-driven coastline changes in the Adra River deltaic system,southeast Spain

[J]. Geomorphology, 2010, 119(1-2):9-22.

[本文引用: 1]

Jeuken M, Wang Z B.

Impact of dredging and dumping on the stability of ebb-flood channel systems

[J]. Coastal Engineering, 2010, 57(6):553-566.

[本文引用: 1]

Wu S, Cheng H, Xu Y J, et al.

Decadal changes in bathymetry of the Yangtze River estuary:Human impacts and potential saltwater intrusion

[J]. Estuarine Coastal & Shelf Science, 2016,182 (Pt.A):158-169.

[本文引用: 1]

Xie D, Pan C H, Wu X G, et al.

Local human activities overwhelm decreased sediment supply from the Changjiang River:Continued rapid accumulation in the Hangzhou Bay-Qiantang estuary system

[J]. Marine Geology, 2017, 392:66-77.

[本文引用: 1]

徐谅慧, 李加林, 李伟芳, .

人类活动对海岸带资源环境的影响研究综述

[J]. 南京师大学报(自然科学版), 2014, 37(3):124-131.

[本文引用: 1]

舒廷飞, 罗琳, 温琰茂.

海水养殖对近岸生态环境的影响

[J]. 海洋环境科学, 2002, 21(2):74-79.

[本文引用: 1]

姜欢欢.

网箱养殖对近岸海域海洋生态环境的影响探讨

[J]. 海洋开发与管理, 2015, 32(8):111-114.

[本文引用: 1]

高亮明, 李炎, 钟硕良, .

东山湾海水养殖布局变化的遥感研究

[J]. 海洋学研究, 2014, 32(4):35-42.

DOI      [本文引用: 1]

运用Landsat卫星序列遥感数据的监督分类方法,识别与分析了东山湾网箱养殖和延绳式养殖两种海水养殖类型的时空变化。1999—2012年间东山湾海水养殖面积扩大了10倍,大型海藻养殖为主的延绳式养殖面积约为以鱼类与贝类养殖为主的网箱养殖面积的5.6倍。东山湾的养殖布局为适应海湾水质特点而逐年调整,网箱养殖区主要集中在水交换能力较强的湾口,延绳式养殖主要集中在营养盐高、水交换能力略弱的湾内。以大型海藻养殖为主的海水养殖大规模扩展,对海湾富营养化趋势起到缓解作用,但规模过大的海水养殖介入可能诱发主要表现在氮循环上的海湾生态系统不稳定。

陈财珍, 林静, 许贻斌, .

福建省东山湾海洋生态环境中石油烃类分布特征与评价

[J]. 海洋开发与管理, 2015, 32(10):73-77.

[本文引用: 1]

杨妙峰, 郑盛华, 席英玉, .

福建东山湾养殖贝类重金属污染状况及健康风险评价

[J]. 生态毒理学报, 2019, 14(5):308-317.

[本文引用: 1]

蔡月娥, 蔡爱智.

东山湾的现代沉积

[J]. 厦门大学学报(自然科学版), 1987(5):609-614.

[本文引用: 2]

刘强池.

东山湾泥沙运移趋势及其对海底冲淤的影响

[J]. 台湾海峡, 1991(1):71-78..

[本文引用: 2]

梁群峰, 汪卫国, 赵蒙维, .

福建东山湾1954—2008年间的海底冲淤变化

[J]. 应用海洋学学报, 2016, 35(1):95-101.

[本文引用: 2]

郑斌鑫, 李九发, 廖康明, .

福建东山湾潮流和余流特征研究

[J]. 海洋科学进展, 2013, 31(2):188-195.

[本文引用: 1]

王青云, 张金城, 蔡爱智.

福建东山岛八尺门海峡海底层序特征

[J]. 台湾海峡, 2004, 23(2):225-229.

[本文引用: 1]

中国海湾志编纂委员会. 中国海湾志(第八分册)[M]. 北京: 海洋出版社, 1993:310-421.

[本文引用: 6]

国家海洋局 908专项办公室. 海洋底质调查技术规程[M]. 北京: 海洋出版社, 2006.

[本文引用: 1]

李玉中, 陈沈良.

系统聚类分析在现代沉积环境划分中的应用——以崎岖列岛海区为例

[J]. 沉积学报, 2003, 21(3):487-494.

[本文引用: 1]

庄海海, 徐绍辉, 高茂生, .

胶州湾表层沉积物粒度特征及其沉积环境

[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(9):24-31.

[本文引用: 1]

杨阳, 高抒, 周亮, .

海南新村港潟湖表层沉积物粒度特征及其沉积环境

[J]. 海洋学报, 2016, 38(1):94-105.

[本文引用: 1]

石学法.

海洋沉积环境研究的基本思想

[J]. 海洋科学, 1992(2):22-24.

[本文引用: 1]

Rosenthal H, Bradburg N B. International aquacul ture:trends and perspective[M]. Ghent(Belgium): European Aquaculture Society Special Publication, 1995:876-889.

[本文引用: 1]

吴煌荣.

漳州市八尺门海堤贯通工程泥沙演变研究

[J]. 福建水产, 2015, 37(4):270-277.

[本文引用: 1]

汪春燕.

漳州市主要海湾水质状况调查及富营养化的评价

[J]. 渔业研究, 2019, 41(6):526-531.

[本文引用: 1]

根据2017年漳州市主要海湾的水质监测结果, 对该海湾的水质状况进行分析和评价,评估该海湾富营养化程度。结果表明:漳州主要海湾水质状况总体良好,主要污染因子为无机氮和活性磷酸盐,海水富营养化都达到轻度以上,主要出现在枯水期和平水期。通过对2013—2017海水氮磷营养盐年际变化及空间分布的分析,为控制海湾污染提出相应的对策与建议。

郑惠东.

东山湾水产养殖承载力指标体系的构建与评价

[J]. 渔业研究, 2019, 41(5):393-398.

[本文引用: 1]

本文根据2016年东山湾渔业统计基础资料,选取养殖面积、养殖结构等关键指标,赋予阈值参数,计算养殖面积指数、养殖结构指数和养殖综合指数,构建了东山湾养殖承载力评价指标体系。采用辅助指标和关键指标综合评价方法,对东山湾水产养殖承载力进行评价。结果表明:东山湾养殖面积指数(YS)为0.89,养殖结构指数(YJ)为0.02,养殖综合指数(YZ)为0.91。东山湾水产养殖承载水平为临界超载,超载特征为布局不合理、局部海域投饵型养殖规模过大,主要管控措施为限养区退养、合理布局、控制鱼类等投饵型养殖生物养殖规模。

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