ECNU主页 | 在线投稿
您的位置: 首页  人物

华东师大科研团队新发现:三角洲侵蚀危机?台风可缓解!


发布时间:2020-10-21

拦截台风沉积物,维持滩涂向海推展

  华东师范大学河口海岸学国家重点实验室戴志军团队通过研究并量化近20年来历经长江口台风影响的三角洲南槽河口动力地貌过程,发现洪季因强径流作用导致三角洲南槽冲刷约3-6千万立方米泥沙,台风则能携带口外约0.9-4.7千万立方米的泥沙进入河口,进而研究提出洪季径流量和河口泥沙冲刷的函数关系,定量识别出台风和高径流在河口泥沙冲淤扮演的角色。

博士生研究生王杰(左一)与戴志军教授(左二)在考察中

  据戴志军教授介绍,“这个工作最大的创新就是,台风对三角洲城市带来洪涝灾害,但台风也能提供三角洲淤涨的物质——泥沙,这在很大程度可弥补因上游泥沙减少而引起三角洲地貌侵蚀的物源不足”。

  他表示,“这项工作具有特别的实践价值,当前长江入海泥沙已经减少了近75%,严重影响三角洲向海淤积,如能通过有效措施拦截台风由海向陆输移的沉积物,则能在较大程度维持滩涂向海推展,对解决当前上海城市空间资源紧缺这一瓶颈问题无疑是很好的信号”。

以Tropical cyclones Significantly Alleviate Mega-deltaic Erosion Induced by High Riverine flow 为题于10月8日发表在地球科学国际顶级学术期刊地球物理研究通讯 Geophysical Research Letters

  该成果以Tropical cyclones Significantly Alleviate Mega-deltaic Erosion Induced by High Riverine flow 为题于10月8日发表在地球科学国际顶级学术期刊地球物理研究通讯Geophysical Research Letters。

  华东师大河口海岸学国家重点实验室博士研究生王杰为第一作者,戴志军教授为通讯作者,其他合作者为梅雪菲副教授及波士顿大学Sergio Fagherazzi 教授,第一及通讯作者单位均为华东师范大学。

  长江三角洲自2003年三峡大坝修建蓄水拦沙后,年均入海泥沙总量相对上世纪降低近75%,诱致三角洲河槽和近岸区域局部侵蚀,同时频繁台风与洪水过程亦造成水下三角洲大范围地貌变化,这引起学界及社会的普遍关注。

  该研究通过获取三角洲南槽区域非台风年和台风年洪季前(2/5月)和8月地形实测数据,采用一维快速傅里叶变换(1D-FFT)和Shannon多样性指数(SHDI)等技术量化洪季高径流和台风事件导致侵蚀-淤积模式的差异,评估高能事件对河口动力地貌冲淤的驱动机制。

洪季高径流(无台风)与台风引致的动力地貌格局差异

  以2016年洪水年洪季高径流为例,工作发现三角洲南槽河口在强劲径流作用下发生大规模净侵蚀,口内河槽侵蚀最剧烈,发育细长型且贯通的侵蚀斑块,近岸区域侵蚀-淤积变化较弱,整体上从口内到近岸区域地貌净侵蚀量逐渐减弱(图1),净侵蚀总量达到64.5×106m3,近岸区域平均被冲刷深度仅为口内的27.8%。对比其他年无台风影响下洪季南槽地貌变化特征,均出现类似的大范围侵蚀,整体上侵蚀-淤积纵向斑块分布和滩槽冲淤格局与2016年大洪水高径流期间一致,且径流强弱和河槽冲刷出现明显函数关系。

  简而言之,洪季长江高径流能导致三角洲上游河槽强侵蚀,同时将大量沉积物输运到三角洲外侧(部分沉积在近岸),引发河口以浅大规模净侵蚀,在近岸区域则因洪季高径流将口内冲刷泥沙沉积于此而出现淤积,淤积强弱取决于径流动力大小(图2a)。

图1. 2016年5-8月洪季高径流引致的南槽动力地貌格局。(a)侵蚀-淤积空间分布;(b)侵蚀-淤积量级频率分布图;(c)基于1D-FTT的地貌变化能谱曲线;(d)地貌冲淤幅度;(e)深泓线沿程变化(黑色)及2016年8月深泓线(红色虚线)

图2.高流量(a)和台风事件(b)导致的河口动力-沉积-地貌变化格局

  与2016年比较,以2018年直接登陆上海的台风Ampil为例,三角洲南槽尤其近岸区域产生大范围均匀的强侵蚀;口内河槽侵蚀-淤积斑块分散且无序、缺乏空间组织性(图3)。河口净侵蚀量降低到33.3×106m3,近岸区域的侵蚀总量和侵蚀厚度分别为口内的2.3和2.6倍。口内SHDI值下降到2.1,而近岸区域上升到1.5,表明强台风引发的随机干扰降低地貌变化量级的多样性,且河槽侵蚀和淤积变化多变且不均匀。2000年台风Kai-tak和2015年台风Chan-hom后,上下游侵蚀程度与2018年台风Ampil影响后相似。简之,台风影响期间水下三角洲床面泥沙再悬浮骤然增加、并在向岸流作用下将其重新向陆输运,有效抵消洪季高径流引致的自陆向海的沉积物强侵蚀(图2b)。

图3.2018年洪季台风Ampil过后南槽地貌格局。(a)5-8月侵蚀-淤积空间分布;(b)高径流和台风耦合的地貌变化频率分布图;(c)基于1D-FFT的地貌变化能谱;(d)地貌变化幅度;(e)深泓线沿程变化(黑色)及对应2018年8月深泓线(红色)

台风对三角洲侵蚀缓解效应

  显然,台风过程能有效减轻洪季台风发生前河流高径流对于三角洲地貌系统的持续冲刷作用。但台风究竟能对南槽河口洪季高流量的泥沙冲刷有何种程度的缓解?

  基于假定的公式,对比2016年(高径流年)和2018年(台风年)南槽地貌变化,台风Ampil减少侵蚀31.2×106m3,相当于2016年净侵蚀量的48.4%,口内的严重侵蚀被减弱80.7%,而三角洲近岸区域侵蚀增加81.2%。类似地,2015年台风Chan-hom亦减轻2013年洪季高径流引发的强侵蚀,净侵蚀量降低到17.8×106m3,相当于2013年高径流净侵蚀量的59.8%,且口内减少比例更为明显。

  结合近20年数据分析发现,每年会有0-2个台风影响长江三角洲,估计其可携带8.91-46.83×106m3的海源泥沙向陆输运到南槽及邻近区域,这相当于三峡大坝修建后年均入海泥沙的9.2%-48.4%(近10年年均入海泥沙量仅为1.21×108吨)。如能通过技术有效蓄截并利用热带气旋向陆输运的海源沉积物,应可减轻因陆源沉积物不足引发的三角洲关键区动力地貌脆弱性和生态环境风险。

  本研究得到国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项(2018YFE0109900)、上海市国际科技合作基金项目(19230712400)和华东师范大学优秀博士生学术创新能力提升计划(YBNLTS2019-008)等的联合资助。

  戴志军教授主要聚焦河口三角洲动力沉积与动力地貌、盐沼-红树林潮滩生物地貌及修复等理论与应用研究,曾入选教育部新世纪优秀人才,荣获上海市自然科学一等奖等政府奖励4项,任 Frontiers of Earth Science 副主编及 Geomorphology 等期刊编委,主持国家重点研发专项政府间合作重点与国家自然科学(重点/面上)基金项目等。已在GRL、EST、Marine Geology 等著名期刊(一作/通讯)发表SCI论文60余篇,曾4篇高被引,他引1600余次。




图文、来源|河口海岸学国家重点实验室 编辑|古丽达娜·巴哈提 编审|吕安琪


作者: | 信息来源:新闻网 | 浏览次数:58

更多
热门文章
大夏学术网
智慧的创获,品性的陶熔,民族和社会的发展
Creativity, Character, Community

华东师范大学首页