生物活动和水动力作用导致黄河口沉积物非均匀化研究

论文摘要

本文依托国家自然科学基金项目面上项目“生物活动导致黄河口沉积物固结非均匀化研究”(项目号:40472137)开展工作,在黄河口周边及刁口地区的野外调查,包括研究区生物活动统计、海底表层沉积物采集、海床强度测试,获得大量数据,结合前期研究结果,从4个方面研究生物活动和水动力作用导致黄河口沉积物非均匀化:(1)在黄河口周边地区,研究不同种类生物活动导致沉积物的非均匀化;(2)选择典型研究区刁口区,研究同种生物不同发育程度下,沉积物非均匀化;(3)在刁口研究区通过对直立堤前海床和自由滩面海床沉积特性的测试分析,研究水动力条件导致沉积物非均匀化;(4)对黄河口四条测线上生物活动和水动力条件的分析,研究生物和水动力耦合作用下沉积物非均匀化形成模式。 黄河口周边潮滩地区生物活动发育,生物活动与水动力作用是改变沉积环境的重要因子。黄河口沉积物主要成分是粉土,具有很大的特殊性。黄河口生物种类和数量在横向尺度和纵向尺度空间具有很大的差异性,生物活动的这种差异性诱发了沉积物沉积的非均匀化:软体动物发育的潮滩表层疏松、沉积物粒级相对均匀;双壳动物发育的潮滩滩面附着生物壳,下部存在相对硬层;生物活动发育的潮滩较生物活动不发育的潮滩滩面粗糙度大,沉积物粒度细化,表层强度大,下部强度小。 黄河口潮滩在不同的水动力作用下表现出不同的沉积特性,在直立堤前形成垂直的硬层,在自由滩面上则形成高强度团块。通过数值模拟和现场振动试验的分析,沉积物这种非均匀化形式,是由于生物洞穴的存在,在水动力作用下细颗粒物流化固结的结果。 黄河口潮滩沉积物具有显著的非均匀化沉积特性,通过对黄河口周边200m测线海床强度特性分析认为这种非均匀化是生物和水动力耦合作用的结果。新近沉积的黄河口潮滩沉积物相对均匀,随着沉积时间的推移逐渐的非均匀化;非均匀化的模式因水动力和生物活动的不同而不同。

论文目录

• 前言
• 1 生物活动与水动力作用对河口沉积物改造研究评述
• 1.1 概述
• 1.2 生物活动导致的海洋生态地质环境变化研究
• 1.3 生物活动导致滩面形态及粗糙度的变化研究
• 1.4 生物活动作用下的沉积物输运
• 1.4.1 沉积物的侵蚀
• 1.4.2 沉积物的堆积
• 1.4.3 颗粒悬浮物的汇聚
• 1.4.4 生物活动导致沉积物的运输
• 1.5 生物活动作用下沉积物特性改变研究
• 1.5.1 生物活动对沉积物固结特性的影响
• 1.5.2 生物活动作用导致的沉积物的混合
• 1.6 水动力条件下海洋土动态响应
• 1.7 结语
• 2 黄河口区域地质特征
• 2.1 黄河口沉积环境概述
• 2.2 黄河口岸线动态变化
• 2.3 黄河口潮间浅滩地貌类型
• 2.4 黄河口沉积物沉积特性
• 3 黄河口生物活动区海床沉积特性试验研究
• 3.1 概述
• 3.2 现场开展的工作
• 3.2.1 研究区生物活动类型与滩面地貌特征
• 3.2.2 研究区海床强度特征
• 3.2.3 研究区表层沉积物粒度特征
• 3.3 潮滩沉积物工程地质特性与生物活动关系探讨
• 4 生物活动对海床沉积物工程地质特征改造研究
• 4.1 概述
• 4.2 研究区潮坪沉积物生物活动特征
• 4.2.1 研究区位置
• 4.2.2 研究区生物活动特征
• 4.3 生物活动导致的滩面形态的变化
• 4.4 生物活动导致滩面强度变化
• 4.4.1 微型贯入试验
• 4.4.3 野外十字板剪切试验
• 4.4.4 动力触探试验
• 4.5 生物活动导致土体粒度指标的变化
• 4.5.1 生物排泄物粒度组成对比研究
• 4.5.2 典型研究区粒度组成沿深度变化对比研究
• 4.6 有机质含量的测定
• 4.7 渗透试验
• 4.8 分析讨论
• 4.8.1 穴居动物对海床微地貌的影响
• 4.8.2 穴居动物对海床强度的影响
• 4.8.3 穴居动物对海床粒度组成的影响
• 4.9 结语
• 5 水动力作用对黄河口沉积物改造研究
• 5.1 概述
• 5.2 研究区的选择及试验
• 5.2.1 研究区位置与现场开展的工作
• 5.2.2 研究区工程地质特性
• 5.2.3 表层土体强度特性
• 5.2.4 海床强度特性小结
• 5.3 模型分析
• 5.3.1 模型研究假定
• 5.3.2 模型的选用
• 5.4 滩面形态与实测值对比
• 5.5 理论分析
• 5.5.1 各参数的影响
• 5.5.2 垂直硬壳层存在分析
• 5.6 结语
• 6 生物与水动力作用导致海床非均匀化过程模式讨论
• 6.1 概述
• 6.2 粉土海床动态响应非均匀性分析
• 6.2.1 分析方法
• 6.2.2 沿深度方向上不同潮滩浅层海床动态响应
• 6.2.3 沿水平方向上不同潮滩浅层海床动态响应
• 6.3 潮滩地区沉积物非均匀性沉积的可能模式探讨
• 7 结论
• 附表
• 致谢