河口学子 | 研究生学术快报(第二期)

还记得学术快报第一期(新年特刊)吗
上次的反响效果巨好(不知道哪来的自信……)
小编一直被催更(真的么?假的)
这次Ta终于来啦
阳和启蛰
品物皆春
疫情虽然阻挡了踏春的步伐
但是阻止不了同学们互相学习和交流
 
我们整理了2022年以来河口学子们的学术成果
同学们一起动动手指阅读起来吧(前方高能)
(文章以首字母,升序排列,先英后中)
一起吸吸大佬的欧气!
让我们一起拭目以待!
 
 

01

 
罗卫 | Science of the Total Environment
 
Changes in suspended sediments in the Yangtze River Estuary from 1984 to 2020: Responses to basin and estuarine engineering constructions
1984-2020年长江口悬浮泥沙变化:对流域和河口工程建设的响应
 
导师:沈芳
 

  本研究利用近40年连续时间序列的遥感影像,研究了1984年以来长江河口悬浮泥沙浓度(Suspended Sediment Concentration,SSC)的时空动态变化,以及河口SSC对流域和河口工程建设的响应。该研究的结果提供了SSC变化对大河三角洲人为活动响应的独特见解。

  自20世纪50年代以来,长江流域已经修建了5万多座水坝和水库,特别是三峡大坝蓄水后,流向河口的泥沙通量明显减少;此外,1998-2010年建设的北槽深水航道工程改变了河口的水动力学。这些都影响了长江口SSC的时空分布。

  在流域减沙急剧下降的长江河口亟需建立起自然过程和人类活动之间的潜在联系,流域和河口的工程建设与SSC分布变化之间的相互响应也要基于对悬沙场的深入了解才能得以解决。因此,研究近40年的SSC动态变化及其对三峡大坝和深水航道建设的响应具有重要意义。

  从1984年至2020年,长江口中的SSC总体呈下降趋势,尤其是2016年以后,长江口及邻近海域浑浊程度出现急剧下降,浑浊区面积明显缩小。有趣的是,在2003年至2006年三峡大坝蓄水后,口内的SSC响应最为迅速。然而,在河口最大浑浊带的SSC仍然很高,但近5年来下降了20-30%。

  长江口的SSC具有显著的季节性变化。洪季,口内与最大浑浊带河槽的SSC明显高于枯季;口外和最大浑浊带浅滩的SSC则是枯季高于洪季。口内洪季的SSC下降趋势更明显,口外的SSC相对稳定;枯季SSC的年际变化小于洪季。沿着L1横断面,SSC从口内到最大浑浊带逐渐增加,然后往口外逐渐减少;河口拦门沙附近的SSC自北向南呈现出“低-高-低”的分布格局,在洪季更为明显。

  流域工程的建设直接影响长江的入海输沙量,总体而言,在1980-2019年径流量变化较小的背景下,长江的输沙量呈现显著的下降趋势。长江口3个子区域的SSC与河流输沙量之间的相关性由口内向口外下降。

  长江口3个子区域的SSC对三峡大坝蓄水引起的输沙量减少的响应时间从口内到口外增加:口内SSC响应迅速,三峡大坝蓄水前后口内的SSC下降40.3%,幅度远高于最大浑浊带和口外;2016年之后,最大浑浊带的SSC下降了21.0%,超过了整个卫星观测周期的其他任何时期,其对三峡大坝蓄水的滞后时间超过10年。总体来看,整个长江口的SSC在2016年左右呈现显著下降趋势。

  深水航道建设前,河槽之间的的水沙通过浅滩进行频繁横向交换;深水航道建成后,水沙的横向交换受到了极大的阻隔;随着挡沙堤工程和导堤加高工程的实施,对北槽的减沙效果显著。深水航道对使余流场在南北导堤分别形成一个大的漩涡,有利于在河口内截留更多的悬浮泥沙;河口水下三角洲侵蚀的沉积物可以通过涨潮流进入浅滩,而河口人类工程有助于滞留浅滩悬沙。

深水航道实施后,北槽中段的SSC增加了28.6%。随着挡沙堤工程和导堤加高工程的实施,其悬沙浓度减少了27.8%。深水航道的建设使该区域的悬沙浓度由河槽高于浅滩转变为河槽低于浅滩,尤其是2016年后。

图 1984-2020年TM/ETM+/OLI 反演的SSC年际变化
 

02

 
何艳茹 | Frontiers in Marine Science
 
Regulation of algal bloom hotspots under mega estuarine constructions in the Changjiang River Estuary
长江口大型河口工程对藻华高发区的调控机制
 
导师:吴辉
 

  世界上许多河口区域都建设有大型工程,但与流域工程相比,它们对河口及邻近海域环境生态的影响在以往的研究中较少关注。本研究以长江河口为例,探究大型河口工程对河口及邻近海域可能产生的重要影响。通过统计长江河口有害藻华事件数据及分析叶绿素卫星数据,研究分析了河口及邻近海域藻华的时空变化特征。结果表明,在河口工程建设的不同时期,藻华高发区的位置发生了变化。进一步,借助一个验证良好的海洋数值模型,我们发现大型河口工程建成后,河口以北部分表层叶绿素高值区面积有所减少、并向陆迁移,而在河口以南有所增强并向海延伸。冲淡水扩展的改变导致营养盐分布和泥沙浊度的相应变化,是造成叶绿素高浓度区域再分布的主要原因。相比之下,三峡大坝通过改变径流和泥沙通量所产生的直接影响并没有预期的那么大,这和以往众多研究的观点有所不同。考虑到三峡大坝与大型河口工程是在相近时期建成的,因此,口外观测到的水动力和生态变化背后的原因需要更加谨慎地分析。

 

03

 
郭俊丽 | Marine Geology
 
Sand-mud transition dynamics at embayed beaches during a typhoon season in eastern China
台风季节岬湾海滩砂-泥分界线的动态变化
 
导师:陈沈良
 

  砂-泥分界线(SMT)是海滩系统的一个重要界面,其位置和演变近年来被越来越多地研究。本研究重点研究了浙江省朱家尖岛东岸受不同程度人类活动干扰的三个代表性岬湾海滩的砂-泥分界线的位置和迁移及其影响因素。通过在2019年台风季节的早期、中期和晚期进行的三次实地调查,获得了海滩地形、表层沉积物特征和近岸水动力数据。这个台风季节包括四个台风,近岸有效波高Hs超过3.71 m,最大Hs为6.77 m(超强台“风利奇马”)。结果显示,三个海滩都受到了高能量波浪的影响,尽管它们有一些不同的响应行为。在台风季节,三个海滩的表层沉积物粒径普遍增粗、分选性变差,而海滩近岸的表层沉积物也显示出与临近海滩类似的变化特征。在台风季节,三个海滩的砂-泥分界线是稳定或向海迁移的。在台风季节,砂-泥分界线的离岸迁移与本研究中三个岬湾海滩的体积减少量呈正相关,受人类活动干预较少的海滩的砂-泥分界线更加稳定。通过与另外12个中国东部的岬湾海滩对比分析,本研究发现砂-泥分界线的离岸距离随着近岸平均有效波高的增加、岬角长度的增加和潮差的减小而增加。本研究的结果表明,砂-泥分界线是可以衡量海滩沉积物稳定性的一个相关指标,这有助于增加对岬湾海滩动态变化的了解,并为此类岬湾海滩在台风季节的管理和规划提供依据。

图 砂-泥分界线采样点、剖面设置及离岸距离计算示意(a)以及三个海滩砂-泥分界线离岸距离计算结果(b)
 

04

 
张玮 | Ecological Engineering
 
The role of seasonal vegetation properties in determining the wave attenuation capacity of coastal marshes: Implications for building natural defenses
季节性植被特征在确定沿海沼泽的波浪衰减能力中的作用:对建立自然防御的意义
 
导师:葛振鸣
 

  滨海盐沼植被可减弱海浪、减缓海岸线侵蚀,在海岸保护中发挥着重要作用。然而,不同植被在季节和空间尺度上的生物物理特性存在很大差异,植被波浪衰减的有效性仍不确定。本研究于2019 年春、夏、秋三季调查了长江口滨海湿地两种主要本土盐沼植被的植被特征和波浪衰减能力的时空变化,包括Scirpus mariqueter(短而柔韧的莎草科)和Phragmites australis(高而坚硬的禾本科)。结果表明,植物的地上生物量和株高是决定其波浪衰减能力的关键属性,先锋植被带的消波效率最高。Phragmites具有更大的生物量和茎结构,在降低波高方面比Scirpus更有效。该研究进一步揭示了植被生长的季节性变化在物种特异性波衰减中的重要性。Scirpus的茎从秋天起逐渐衰老和断裂,而丧失消浪能力。Phragmites虽然不能同Scirpus一样在低洼地定殖,但大部分茎在生长后期仍保持坚挺,并保留了较高生物量,因而保有与夏季同等水平的消浪能力和波浪衰减常数。此外,Phragmites具有很强的捕获沉积物和提高滩面高程的能力,这可能与植被-沉积物相互作用并促进提升波衰减效率。这项研究有助于评估海岸盐沼中波浪衰减的动态有效性。因此,我们建议建立Scirpus和Phragmites的分层混合群落作为有效的自然防御,以抵消由于季节性和空间生态位导致的个体生物学限制。

图1 Scirpus(左图)和Phragmites(右图)植被特性的季节性和空间变化
图2 Scirpus盐沼(左)和Phragmites盐沼(右)在 5 月(a,b)、9 月(c,d)和 11 月(e,f)的波浪衰减的季节和空间变化。
 

05

 
黄梁 | 海洋地质前沿
 
1985年以来黄河三角洲东营港工程变化与海床冲淤演变响应关系研究
 
导师:陈沈良
 

  河口三角洲区域地质环境脆弱,响应敏感,三角洲港口冲淤演变受工程结构影响较大。黄河三角洲的东营港区域以粉砂质海岸为主,区域内泥沙运移活跃,此类区域港口建设的关键问题在于工程结构导致的海床冲淤变化。本文通过东营港建港以来实测水深数据构建的水下地形数字高程模型(DEM)进行分析,并结合水动力数值模拟,探讨东营港冲淤演变过程和工程影响。结果表明,由于波浪和潮流导致的海底地形变化,东营港近岸海域的冲淤演变形势已从单一侵蚀转变到近岸侵蚀,离岸淤积的新情势;工程结构影响局地潮流流速和流向,口门处出现高速横流,最大流速可达0.7 m/s;高流速导致北防波堤的堤头位置出现直径1 km左右冲刷坑;工程结构的遮蔽区有促淤效应,遮蔽区大小与潮流流向、工程结构-岸线夹角有关,但在波浪、余流的作用下,2007-2015年工程结构遮蔽区依旧存在0.5 m以上的侵蚀。持续的侵蚀作用使海域防波堤和海堤的不稳定性加剧,迫切需要加强检测与防护。

 

06

 
杨建儒 | 中国激光
 
地面激光雷达点云数据中滩涂湿地禾本科植物的茎叶分离方法
 
导师:谭凯
 

  地面激光雷达(TLS)是滩涂湿地禾本科植物表型与生化物理参数反演的重要手段, 利用 TLS 进行各类参数反演的首要前提就是进行植株茎和叶的智能识别和精准分离。但是, 滩涂湿地禾本科植被生长密集、形态复杂,使其茎叶分离具有较大难度。本研究提出了一种 基于 TLS 点云数据的滩涂湿地单株禾本科植物的茎叶分离新算法。在两种茎叶形态的划分 基础上,通过对植株点云光谱反射信息(强度数据)及空间几何特征(密度、法向量、空间 连通性)的发掘和充分利用,使得叶片与茎杆部分可实现精准分离。利用 Riegl VZ-4000 TLS 获取了上海崇明岛西部岸滩共计 16 株芦竹与芦苇点云数据对本文算法进行实验分析,获得 了平均总体精度和 Kappa 一致性系数分别为 0.87 和 0.68 的茎叶分离结果。结果表明,本文 算法具有较高的精度及稳健性,可为滩涂湿地禾本科植物提供一种高效的茎叶分离方法。

图 植株分割结果
(上)目视解译手动分割结果
(下)本文算法分割结果
 

07

 
李振旗 | 湖泊科学
 
鄱阳湖环湖灌区枯季缺水量分析
及对策建议
 
导师:程和琴
 

  近年来,在以三峡大坝为代表的一系列流域人类活动作用下,鄱阳湖出现了枯水期延长、水位提前消落的现象,导致了一系列生态环境和民生问题. 本文从环湖灌溉缺水入手,采用11种概率分布分析1953—2018年星子站水位,进行比较优选后选择Wakeby分布作为理论分布,得到90%保证率下的湖泊年平均水位及枯季9月至翌年2月月平均水位,并据历年平均水位选取代表水文年,进行环湖灌区水资源供需分析,获得缺水量. 在此基础上,建立灌区缺水量变化与长江干流流量变化的量化关系,讨论其应对策略. 结果表明:自2003年三峡工程运行以来,由于湖泊枯季水位降低,90%保证率下鄱阳湖环湖灌区9月至翌年2月的缺水量已达到2.26亿、2.12亿、0.57亿、0.58亿、0.55亿、0.25亿m3. 通过调节长江干流流量满足环湖灌区用水需求的方案受到时段和“五河”来水状况的限制,即该方案仅适用于枯季9-10月“五河”来水减少的情况下. 受限于这些条件,调节长江来水并非治本之策,目前仍需采取其他更为有效的手段以恢复鄱阳湖的水位及其过程。

 

08

 
时硕 | 第四纪研究
 
珠江三角洲全新世沉积物C/N和δ13C变化及对甘蔗种植业的指示
 
导师:王张华
 

  有机地球化学指标可以有效地区分沉积物中有机物的来源,进而分析人类活动对三角洲演变的影响。文章对珠江三角洲洪奇沥水道附近2个钻孔(HP和MZ,它们的研究深度分别是18.00 m和45.00 m)全新世沉积物进行了AMS 14C测年和全样有机地球化学分析,同时收集和对比了已有表层及钻孔沉积物的研究成果。结果表明,珠江三角洲平原全新世地层中有机质来源以陆源输入为主,反映了半封闭的古珠江河口湾内径流作用强盛,陆架高盐水难以入侵。晚全新世、尤其是近2000年以来,δ13C迅速增大,反映了流域内C4植物贡献的显著增加,推测是珠江流域自汉代以来甘蔗种植业发展的体现,也证实了珠江流域近2000年以来农业活动对三角洲建造的影响日益加剧。

图1 HP和MZ孔全新世C/N,δ13C变化以及与前人研究结果的对比
图2 珠江三角洲钻孔全新世有机碳稳定同位曲线对比
 
篇幅限制
还有部分学子成果未展示
敬请期待学术快报第三期
 
阅读完大佬们的成果
小编又学到了很多
也祝愿同学们继续冲冲冲
 
 
 
图文 | 河口海岸科学研究院学子
整理 | 王斌
海报设计&编辑 | 李训鹏
审核 | 霍晓丽