岬灣海灘沉積物粒度粒形分布及其輸運趨勢的指示

摘 要 【目的與方法】粒度和粒形作為沉積物的基本屬性，蘊含著輸運歷史、運動方式和沉積環境等豐富的信息。通過利用動態圖像法對海南島保定灣岬灣海灘52個剖面253組表層沉積物樣品的粒度粒形測試，分析探討了粒度粒形沿岸和橫向的空間分布特征，結合粒度趨勢分析結果建立了粒形趨勢分析模型。【結果】研究表明，保定灣開敞段、過渡段和遮蔽段相同岸段內的球形度在沿岸方向差異不大，橫向方向有從陸向海逐漸減小的趨勢。不同岸段間沉積物在粒度小于2.5 Φ 時的球形度，在沿岸方向從開敞段至遮蔽段有逐漸減小的趨勢。球形度的增大方向可指示沉積物輸運趨勢，建立的粒形趨勢分析模型具有較高的準確性和優勢，可計算任意粒度區間的輸運趨勢，可與粒度分析方法相結合以達到不同的研究目的。【結論】研究成果可為岬灣海灘的演變機制和穩定性研究提供理論支持。

關鍵詞 岬灣海灘；沉積物粒度粒形；輸運趨勢

第一作者簡介 程武風，男，1991年出生，博士研究生，海灘過程與地貌，E-mail： 562514297@qq.com

通信作者 陳沈良，男，教授，河口海岸學，E-mail： slchen@sklec.ecnu.edu.cn

中圖分類號 P736.21 文獻標志碼 A

0 引言

粒度和粒形是沉積物最基本的屬性，已廣泛應用于沉積環境、沉積過程和輸運機制等方面的研究[1?5]。海灘沉積物粒度參數的空間變化可反映沉積物輸移模式和沉積動力環境演變，是海岸沉積動力過程綜合作用的結果。McLarn[6]根據三個沉積物粒度參數（平均粒徑、分選和偏度）建立了一維粒度趨勢模型。在此基礎上，Gao et al.[7?8]開發了二維粒度趨勢分析模型定義沉積物凈輸運模式，并成功運用于許多河口、海岸和大陸架區域。

沉積物粒形亦可以提供有關沉積環境、輸送條件和物源等重要信息[9?14]。沉積物在輸運和沉積過程中，粒度和粒形同時進行著分選。長期以來，許多學者對沉積物粒形在流體中的沉積、磨蝕和運動的影響進行了分析和建模[15?19]。其中，對在風沙輸運過程中粒形的作用研究較多[20?22]。van Hateren et al.[14]通過沉積物粒度—形狀分布的端元模型提出了風成沉積物的沉積模式，得到的結果比單獨的粒度分布端元建模更清晰。Shang et al.[22]發現粒度和粒形特征可以識別粒度和粒形分選趨勢、確定輸運方式和重建輸運路徑。Novák-szabó et al.[18]通過分析河流卵石、海灘砂和礫石的磨蝕演變發現僅使用粒形即可推斷沉積物的輸運條件。因此，粒形是除粒度外潛在的沉積物輸運參數。McCarthy[23]發現在沿岸沉積物輸運方向上，規則顆粒的比例增加，另一方面，在對美國長島海灘研究發現隨著沿岸輸運，沉積物顆粒圓度增加[24]。Shepard et al.[25]提出波浪會選擇性地將更圓的顆粒輸送到海灘上。

本文選擇海南島東部萬寧保定灣典型的岬灣海灘作為研究對象，使用動態圖像法得到253個海灘表層沉積物的粒度粒形參數，據此分析沉積物粒度粒形分布特征及輸運趨勢，探討粒形參數在輸運趨勢上的應用潛力，并建立了粒形輸運趨勢模型，以期明確各組分沉積物對海灘演變的影響，為解釋海灘演變過程和海灘穩定性提供深入的理論基礎，為海灘養護充填沙的選擇提供技術支持。