【doc】河流输沙与中国海岸线变化

【doc】河流输沙与中国海岸线变化 河流输沙与中国海岸线变化 第四纪研究 l996年8月QUATERNARYSC[兰塑 7一? 河流输沙与中国海岸线变化 // /4恫默糌躲一一// 矗圭我国沿海地区构造升降使^海河流沉积物分布不均,95%于构造碡地区人 海,构造上升区接纳的河流泥抄不足5%,^海河流泥沙分布不均是我国海岸基本类型和海 岸线变化差别的主要原因.在此基础上讨论了最大海侵的范围及时间,海岸线变化的趋 势,速度和周期以及河流辕沙对未来海岸线变化预测的影响 主题词 . 亳曼啮. 避?耍王L J 1构造活动与河流输沙 印度板块与欧亚板块碰撞,青藏高原隆升,东亚和南亚产生了源远流长和挟带巨量 泥沙的河流,印度洋北部和太平洋西部就成为接纳河流泥沙最多的地区,其值约占世界 的50%.中国海域也成了世界河流输沙量最大的地区之一. 我国的海岸线穿过构造隆起带和沉降带挟带大量泥沙的河流主要在构造沉降带人 海,如黄河,长江等,或者在构造隆起带内的断陷盆地人海,如珠江,韩江等,从而造 成人海河流泥沙在我国沿海地区分布不均.在构造下降的地区(包括沉降带和隆起 带内 的断陷盆地)接纳了95%以上的河流输沙,上升区接纳的河流沉积物不足5%构造下 降地区海岸线约占我国岸线总长度的21.6%;上升区岸线长度占78.4%,这就产生了我 国沿海地区单位长度(km)海岸线接纳输沙量的差异:构造下降地区平均每公里获得 的河流沉积物为上升区的40多倍…. 中国沿海地区构造升降的不同及其引起的人海河流沉积物的分配不均是产生海岸线 变化不同的主要原因在接纳大量河流沉积物的构造下降地区,海岸线快速向海推进, 造成宽广的三角洲平原,滨海平原及淤泥质潮间浅滩,如渤海沿岸,江苏沿岸和黄河, 长江及珠江等三角洲.构造上升地区接纳的河流沉积物有限,全新世最大海侵以来海岸 线虽然向海推进,但速度要小得多.如胶辽半岛,闽粤桂海岸等,且以砂砾质海岸为主. 2泥沙的来量与最大海侵线 全新世最大海侵线深入内陆的距离及其到达的时间是分析海岸地区环境演化的重要 参量它们在我国沿海各地差别甚大,一般在构造下降的大河三角洲及其影响的地区深 人内陆晟远,可达100,300km,如渤海湾西部及长江三角,洲地区:在构造上升的砂 第一作者简介:李从先男58岁教授海洋地质学专业 国家自然科学基金资助项目 1995~10-18收稿,1995—11—06收修改稿 第四纪研究1996拄 砾质海岸上,最大海侵线离岸仅数公里,数百米,甚至只有数十米.同一河流三角洲的 不同地区最大海侵线深入内陆的距离差别也很大,以长江三角洲为例,其主体部分离岸 近3130km,在上海和苏北两翼地区仅40,8okm.沿岸泥沙运动往往使不同岸段沉积 物数量发生调整.在堆积区最大海侵线离岸较远,如浙江沿岸及山东半岛的西北部,前 者是长江泥沙南下的产物,后者是山东北部泥沙向西运动的结果. 最大海侵线出现的时间各地也不相同,构造下降地区出现较早,约为7500,7000 aB.P.,如长江三角洲121,而构造上升地区出现较迟,约在6000,5000aB.P前后,如 福建,山东等海岸B41在大河三角洲的不同部位最大海侵线到达的时问也有差异,以 长江三角洲为例,顶点约7500aB.P.,而南翼约在7000,6000aB.P.15],北翼约在 7000,5000aB.P.. 最大海伊出现的时间与悔平面变化和海岸沉积率密切有关,后者又直接受制于河流 输沙全新世海平面上升的进程大致可以分为两个阶段:8000,7000aB.P.上升较 快,超过沉积率,引起海侵;之后海平面上升的进程虽有争议,但总的趋势是上升速度 逐渐减缓.在沉积率高的大河河El地区,海平面上升速度与沉积率趋于平衡的时问较 早;沉积率较低的地区,二者趋近平衡的时问较晚.这可能是我国构造上升带,下降带 及河El三角洲顶部与两翼最大海侵线出现时问差异的主要原因. 最大海侵的范围受制于河流输沙量及原始地形.在构造下降地区,尤其是大河河口 地区原始地形低平,同样的海平面高度能淹投较大的范围,丰富的泥沙为尔后的海岸线 迅速推进提供了条件相反,构造上升带则因坡陡,泥沙供应有限,最大海侵线离岸 较 近. 最大海侵线附近地区对泥沙供应量的变化感应异常灵敏,如在长江三角洲的后缘, 于厚约3,4m的海侵层中,发现1,2个海相微体化石缺失的夹层".区域对比分析 明,这些夹层可能系陆源碎屑来量突增造成.陆源碎屑沉积物的增多可能由河流改道 迁移所致.在华北平原,不同亚三角洲推进速度和位置变化所造成的陆海相层的交替现 象甚至出现在远离最大海侵线的地区17].此外,大潮,大浪,风暴潮等海洋因素将海相 微体化石带到最大海侵线附近,使之出现海相微体化石含量增高的夹层.这类海相微体 化石含量的变化和缺失未必与海平面的升降有关. 3河流输沙与海岸线变化的趋势,速度和周期 最大海侵之前,海岸线变化的趋势是向陆迁移,之后则向海推进在滨海平原和三 角洲平原的任何地区都存在这一海岸线变化的旋回,其周期为数千年至万年不等.在垂 直海岸的剖面上,任何相邻两点海岸线变化的周期都是不等的. 全新世最大海侵以来,我国海岸线变化的进程和速度不尽相同.首先,构造下降带 和上升带有显着区别,前者推进速度为年均数米至数十米,后者一般不足1m.在下降 地区最大海侵以来的海岸线推进速度有明显的变化以长江三角洲为例,其南翼后缘的 冈身地带有3,5列贝壳堤和沙堤,总宽度4,8km.自西而东的-?年龄为 )赵泉鸿口头告之 3期李从先等:河流输沙与中国海岸线变化 7000,3000aB.P.?,延时约4000a,由此海岸线推进速度约为1,2m/a.3000 aB.P.以来,岸线推进30,60km,速度达lO,20in/a,较前者高一个数量级.长 江三角洲前缘南汇东海农场地区钻孔岩芯HC和旧Pb测年及潮滩发育的研究说明, 6000aB.P.以来的平均沉积率约为1.2mnla3000aB.P以来的沉积率为3.0l'nEtl/a, 近千年为8,9l'llEtl/a,百年来平均沉积率达到22,38mm/al.这与海岸线推进速 度的变化趋势是一致的,可见海岸线推进速度是长江供应泥沙量变化的反映.长江三角 洲北翼及苏北沿海地区于最大海侵线附近同样发育了3,4列滨岸堤,其总宽度为 lO,20km,形成时间与南翼相近,为7000,3000aBP.【6J,由此得出海岸线推进速 度为25,5,0m/a.1128年以来,在不足千年的时问内海岸线推进了40,70km, 速度达40,70ma长江三角洲两翼推进速度虽有差异,但进程基本相似然而渤海 湾沿海最大海侵以来海岸线变化的进程则明显不同,最大海侵线附近未发现密集的滨岸 堤带,但在海岸线至最大海侵线的宽广平原上却散布着四列贝壳堤,因此海岸线向海移 动没有明显先慢后快的趋势,这可能与黄河8000,7000aBP.主要在这一带人海有 关. 上述滨海平原上的贝壳堤和沙堤主要是淤泥质海岸上的滨岸堤.淤泥质海岸滨岸堤 的形成一般经历了海岸线迅速推进,河流供应的泥沙减少或断绝,海岸侵蚀后退,粗粒沉 积物富集而成堤.随后海岸线趋于稳定.最后河流输入的泥沙再次增多,海岸线迅速推 进,形成两堤之间的平原.这样,泥沙来量的改变产生了海岸线进退的次一级周期,时 间为百年级,主要的地质记录为滨岸堤.在此周期中,海岸线的实际进退幅度和速度与 前述滨岸堤带海岸线变化的平均速度是不同的.以黄河三角洲为倒,1855年由苏北改 道入渤海之后,在百年的时间内于山东形成面积近6000km的现代三角洲,海岸线 推 进约100km,平均每年外移数百米l.同时,在苏北废黄河口地区,海岸强烈侵蚀,海 岸线已后退2o,3o虹b最初速度每年近千米,之后逐渐衰减,现今仍有lO,20 m/a【.在海岸线的变化周期中,海岸线实际的进退幅度和速度远大于由地质记录推算 的数值. 在三角洲地区由主要行水河道的迁移而造成的海岸线变化在黄河三角洲尤为明显. 主要行水河道的人海口附近,海岸线推进速度可达每年数公里:改道之后,这里的侵蚀 速度可达每年数百米.此外,河流径流量和输沙量的变化,洪枯水季节交替,潮汐和风 浪变化都可以造成海岸线周期性的进退.这些周期的时间尺度为由不足一年至数年. 在构造上升的砂砾质海岸上,最太海侵以来海岸线的变化趋势是堆积前展,但其中 次一级的变化周期更多更小,更复杂.既有多年的海岸侵蚀堆积旋回,也有年内不同 季节性旋回.每个风浪周期,甚至单个潮汐周期都可使海岸线发生一次进退的变化海 岸线的变化周期更短.这里不同时间尺度的海岸线变化周期可以直接观测,但在地质记 录中要区分它们决非易事. 我国沿海地区不同时间尺度的海岸线变化周期叠加在一起,首先要区分它们,然后 才可将它们用于不同尺度的环境分析.在分析海岸线变化趋势时,要识别次一级周期可 能留下的相反变化趋势的地质记录.例如在堆积前展的海岸上往往保留海洋因素留下的 短暂而强烈的侵蚀记录,在分析海岸线的变化趋势时,不可受它们的影响. 第四纪研究1996正 4河流输沙对未来海岸线变化预测的影响 未来海岸线的变化受制于多种环境因素这些因素既有陆地的,也有海洋的,有全 球性的,也有区域性的,时空尺度也差别很大它们交织在一起;致使预测工作异常复 杂.由于这一问题的重要性,人们仍做了多方面的尝试,其中最具代表性的是高 程一面积法预测海岸线向陆迁移80年代,全球变暖,海平面上升的研究得出下世纪 海平面上升值的各种预测.由海平面上升值与沿海低地高程的对比,预测各种海平 面上升值可能使海岸线向陆移动的距离,从而碍出海水淹没陆地的面积和估算可能造成 的经济损失这种方法已被引进来,并对我国某些海岸低地做出类似的评估应当指 出,这种方法未必适用于中国首先,我国沿海是一个人海河流输入泥沙量丰富的地 区,沿海低地大多直接或间接与河流有关.如前所述,海岸线的变化不仅取决于海平 面,还在很大程度上受制于人海河流泥沙的数量,而二者的比值才能决定海岸线移动方 向即使向陆移动,也必须扣除沉积物来量的影响其次,我国是一个海堤非常普遍的 国家,海堤的建筑始于唐宋,盛行于明清,目前近13000km的海岸线受到海堤的保 护,而且海堤的建筑随着经济的发展而逐渐提高,如上海的海塘设计标准很多岸段 是防御千年一遇海潮侵袭的.因此,在预测未来海岸线变化时,必须考虑我国海堤建设 这一人类活动因素的影响由于这种方法考虑的因素过于简单,在我国大部分地区海岸 线变化的预测中是不适用的. 我国沿海是人海河流输出泥沙量巨大的地区,泥沙量对海岸线的预测起到举足轻重 的作用然而,未来河流输沙量增减及其对海岸线变化预测都有相当的难度首先毁林 开荒,过度放牧使土地侵蚀和水土流失,会使河流挟带的泥沙量增多:修建水库,建造 提水工程及跨流域的调水工程等又使河流的径流量和输沙量日趋减少,二者随着人口增 长和经济发展都有增长的可能.其次,即使人海河流输沙量的减少成为主要趋势,而到 来的时间有早有迟,黄河及注入渤海湾的河流这种趋势已很明显【【1I,三峡工程和龙滩 水电工程"将使长江和珠江随之到来再者,河流人海泥沙量的减少还不等于河口三角 洲整体缩小和海岸线全面后退.输沙量已明显减少的黄河,也缺乏充分的证据说明这 点.在目前尚处在整体堆积前展的大河三角洲地区,恰恰需要研究其整体趋于稳定的条 件和河流输沙量变化的临界值,才能对海岸线的变化趋势做出较为有据的预测. 在某些砂砾质海岸上,河流输沙量的减少已很明显,海岸线也有后退的趋势,但河 流输沙量的减少未必是海岸侵蚀的主要原因.正如一些研究者所指出,由于沿海城镇的 建设,大量采取海滩和河流下游的砂砾用于建筑材料已成为海岸侵蚀的重要原因In141. 50年代,格鲁吉亚黑海沿岸完全因采取海滩砂砾而导致海岸由堆积转为侵蚀:由于大 规模地采取砂砾,意大利海岸50年代开始几乎全部变为侵蚀海岸,可见,仅仅由采取 砂砾也可造成海岸的侵蚀.因此,在我国砂砾质海岸的侵蚀中建筑取砂究竟占多大比例 是需要进一步研究的.此外,我国还有一些海岸的侵蚀则是河流改道和海岸线正常 演化 所致.倒如,废黄河口的侵蚀及其范围的扩大是黄河北归人渤海而引起的,海岸侵蚀 )刘瑞玉.j蛱工程对长江河口区生志环境影响的研究.199o 3期李从先等:河流输沙与中国海岸线变化 始于1855年,而且以衰减的速度延续至今,与黄河输沙量近十几年的增减无关.其侵 蚀范围的扩大与苏北琼港地区海岸的淤积前展是伴生的,属海岸线正常演化的范畴 参考文献 1李从先,冯炎.中国海岸特征与海平面见:任姜锷,苏纪兰主编.海平面上升对中国三角洲地区的影响及对策. 北京:科学出版社,1994.29,39 2李从先,郭蓄民,许世远全新世长江三角洲地区砂体的特征和分布.海洋,1979,1'2):252,268 3谢在团,邵台道,陈峰等福建沿海晚更新世以来的海侵.见:国际地质对比计捌第200号项目中国工作组 编中国海平面变化.北京:海洋出版社,1986I56,165 4庄振业,李建华莱洲湾东南岸的全新世海侵见:尉际地质对比第200号项目中国工作组编.中国海平 面变化.北京:海洋出版杜,198691,97 5刘苍字,吴立成,曹敏.长江三角洲南部古沙堤(冈身1沉积特征,成因厦年代.海洋,19857【1). , 66 6江苏省科学技术委员会江苏海岸带和滩诛资源调查报告.北京海洋出版社.1986104,110 7季汉鼎,吕金福,王强.中国北方沿海泥炭与环境北京:海洋出版社,1995109,128 8季铁橙,季从先潮坪沉积与事件.科学通报,1993.3809)i778,l782 9成国栋.现代黄河三角洲的演化与结掏海洋地质与第四纪地质(增刊),1987,7:7, 博 l0陈才俊.寝河口至长江口海岸擀蚀趋势.侮洋科学,1990.(3):儿,16 l1韩慕康.海平面上对华北平原的影响和盼治效益见:任美锷,苏纪兰主编海平面 上升对中尉三角洲地区 的影响和对策.北京科学出版杜,1994339,353 12中山大学环境研究所.龙滩水电工程对珠江l-角洲生态和环境影响研究广州:中 山^学出版社,1989 曲,83 l3庄振业,阵卫民,许卫东山东半岛若干平直砂岸近期强烈蚀推及其后果青岛悔洋 尢学,19{;9.19(1): 帅,98 I4夏东兴,王文海,武桂科.中国海岸侵蚀述要.地理,l螂鹕(;468,475 RIVERINESEDIMENTSANDCoASTLINE CHANGESINCHINA LiCongxianZhangGuijia (1xpa,mwat.,胁MPCwoto~,andGeophy,~'cs,TonalUniwr~'ty,Shanghai2O0O92) Abstract TheupliftingoftheQinghai—TibetPlateaugeneratedlargerivers.andCOIlSe" quently,largevolumeofrivefinesedimentswaedepositedatthecoastalseas. Since then,thecoastalzonesof(?nahavebeenanarearicbinriverinedeposits. an目e coastlinecrossesbothrectonlcupliftanddepressionheIts,andnumerousfault——basins existattheupliftheIts.1rhetectonicdepressionareas,includingthedepressionhelts andthefault-basinsattheupliftheIts,acconlnlodateabout95%oftheriverinesedi— ments,whereasthelengthofthecoastlineattheseareasisonly21.6%ofthetota1 Uuueseeoastline~therectonlcupliftareasaccommodateonly5%0ftl1eriverine 第四纪研究996正 sediments,butthelengthofthecoastlineis78.4%ofthetota1.Therefore,thesedi. meritamountdepositedatthedepressionareaswithinperkilometerismorethan40 times1argerthanthatattheupliftareas.Sedimentsattheupli~areasalemaialy sandsandgravels,formingsteeperslopecoasts,whilesedimentsatthedepression areasarcl1iain1ysiltysandsandclay,forminggentleslopecoasts.1Ksdistributive unbalanceofriverinesedimentsalongthecoastsandthedifferenceofthecoastal slopecontrolthecoastlinechangesatvariousareasinChina. TheextentandtimeofthemaximumHolocenetransgressiondependonratesof sea-Icyelrise.sedimentaryrates.andcoasta1slopegradients.1-hemaximumtrans- gres~onwaslargerinextent,andbeganearlier【about7500,7000aB.P.Jatthe large—riverdeltaicareasbecauseofthehighersedimentaryratesandgentlercoastal slopethere;whileitwassmallerandbeganlater【about6000,5000aB.P.Jatthe tectonicupliftcoastalzonesbecauseofthelowersedimentaryratesandsteeper coastalslope.Specifically.withinor圮estuarine—deltaicarea,theinaxlmulntrarts- gressionatthefivermouthareawaslargerandbeganearlierthanthatatboth flanks. CIlinesecoastlinehasexperiencedanevolutioncyclel-esultedfromthe transgressionandregressionatthestrandanddeItaicplainssincethe Holoceneepoch.Thedurationsofcoastlineevolutioncyclesmaylastseveralthou- sandsandtenthousandsyears,whicharenotisochronicatanytwoadjoiningpoints withinaprofileperpendiculartocoastline.Coastalbarsonthestrandplainsatthe tectonicdepressionareasrecordthesubcyclesofthecoastlinechangessincethemaxi? muli1tramglession,andshowadurationofseveralhundredyears.Migrationofmaln riverchannels,alternationoffloodanddryseasons,changesinwavesandsemidiuna1 andforthightlytidecycles,allofthemcanresultinperiodicprogradationor regradationofthecoastline,andthedurationofthecyclesarefromonetoseveral years? FuturechangesinCIlinesecoastlinesaredependentonvariousnaturalandhu- manfactors,terrigenousandmaline,globalandregional,whichvariedgreatlyin temporalscales,soitismuchcomplextopredictthesechanges.Theway.tryingto obtainfloodedaleaandpossibleeconomiclosebasedonthepredictedsea—level riseandtheelevationsofthecoastallowlands,ishardlyapplicabletotheprediction 0ftheChinesecoastallowlands.T6predictcorrectlythecoastlinechangesitis n嘲sarytodeterminethefundamentalandcriticalfactorsthatcontrolthechanges. andtostudytherelationshipandevolutiontlendsofprimaryandsecondaryfactors. nSe Keywordscoastline,coastalenvironment,riverinesediments,sea—level