缅怀历史,开创未来——丁平兴教授在华东师范大学河口海岸科学研究院60周年院庆大会上的发言

华东师范大学是我国河口海岸研究的创始单位,在以陈吉余院士为首的老一辈科学家带领与垂范下已走过60多年历程.从最早只有5人的河口研究室,发展到目前在国内外均具有重要影响的河口海岸研究“国家队”.近期我们在梳理《学报》历年刊发的专辑时,发现了陈吉宇院士在1995年主持出版的关于长江口最大浑浊带和深水航道治理与港口建设的专辑,又重温到2017年10月18日丁平兴教授在华东师范大学河口海岸科学研究院60周年院庆大会上的发言稿,启发颇深.特别是他们在60年的发展历程中逐步形成并不断完善的传统与特色,既是河口海岸科学研究院、河口海岸学国家重点实验室的保贵财富,对于其他单位、其他学科科学研究又都具有借鉴意义,值得发扬光大.现刊载丁平兴教授的发言稿,介绍华东师范大学河口海岸研究的创业与发展史,交流在60年的历程中逐步形成的传统与特色,期望对广大读者有所裨益.

河口海岸沉积层理特征与形成机制

河口海岸地处海陆交界带,其沉积层理特征与形成机制是沉积动力学、动力地貌学和地层学等学科方向的研究热点,对评价海岸工程环境效应、重建沉积古环境等具有重要参考价值。通过梳理河口海岸区域径流、潮汐、波浪等多种动力因子作用的研究成果,归纳不同动力主导作用形成的沉积层理特征,剖析3种基本动力对沉积层理塑造的动力学机制,阐释洪水、风暴偶发动力因子以及生物扰动、海平面变化、围垦工程等其他影响因子对沉积层理形成和保存的作用机理。同时,总结了数值模拟手段在沉积层理形成和破坏机制解译方面的应用及取得的机理认知,提出在河口海岸沉积层理时空尺度认知、多因素耦合反演模型开发应用等方面有待进一步研究的科学问题。

马来西亚东部典型泥炭地河流和河口溶解态锰的地球化学特征与影响因素

本文利用催化动力学分光光度法测定了2016年8月(旱季)马来西亚东部泥炭地河流拉让(Rajang)河及河口溶解态锰(DMn)的浓度和2017年3月(雨季)Rajang、马鲁丹(Maludam)、实文然(Simunjan)、实巫友(Sebuyau)、Samunsam和土马丹(Sematan)河及河口DMn的浓度。Rajang河流域旱、雨季DMn浓度分别为(300.3±305.3) nmol·L^(-1)、(424.3±290.3) nmol·L^(-1),无显著性差异(t-检验,P>0.05)。雨季Rajang河DMn浓度与Maludam、Simunjan、Sebuyau、Samunsam和Sematan河之间无显著性差异,说明马来西亚东部砂拉越(Sarawak)州泥炭地河流DMn空间差异不显著。河口DMn在旱、雨季表现出不同的混合行为,旱季Rajang河口DMn表现为非保守混合行为,在盐度0~20区间存在明显的外源输入,而雨季则表现为保守混合行为。Talang岛周围海域DMn浓度为(51.3±3.9) nmol·L^(-1),高于海南岛和越南东部邻近海域DMn浓度。水团的物理混合、悬浮颗粒物的吸附解吸是影响马来西亚Ssrawak州六条泥炭地河流及河口DMn的主要因素。由于马来西亚泥炭地有机物浓度较高,泥炭地河流中的DMn浓度高于其他气候带河流。Rajang河输送至南海的DMn通量为3.3×10^(6) kg·a^(-1),泥炭地河流对南海DMn浓度具有重要影响。

长江河口水体暗碳固定的温度适应性

为了明确全球增温如何影响富营养化河口中基于碳氮耦合过程产生的暗碳固定,以长江河口作为典型研究区域,分别在河口近岸和近海不同盐度区域设置采样断面,利用14C(NaH14CO3)标记方法结合烯丙基硫脲(allylthiourea,ATU)抑制剂法,对不同温度和氮营养盐添加条件下的水体总暗碳固定(dark carbon fixation,DCF)和由氨氧化微生物驱动的暗碳固定(DCFAOB)速率进行了研究.结果表明,长江河口水体中的DCF速率介于0.23~0.33µmolC·L^(-1)·d^(-1)之间,其中氨氧化微生物驱动的暗碳固定约占总暗碳固定的4.13%~43.61%.在最适温度范围内,水体中的DCF速率随着环境温度的增加而显著上升,但整体上低盐度条件下DCF速率受环境温度的影响更明显.此外,低盐度和高盐度水体的DCF速率最大值分别出现在30℃和25℃,在该温度条件下添加氨氮可明显促进水体DCF速率的增加.研究结果揭示了河口水体暗碳固定对环境温度变化的响应过程,能够为全面认识和科学评估河口生态系统碳固定与碳汇通量提供理论支持与数据参考.

水体微塑料的垂向分布及采样方法比较研究——以九龙江河口为例

由于受到潮汐过程的影响,河口区微塑料的调查和研究存在着方法不统一、数据误差较大的问题.2019年夏季使用泵采法在九龙江河口开展原位全水层微塑料采样,对不同水层、不同站位间的微塑料丰度及其赋存特征进行分析,并与其他在该河口的相关调查研究结果进行对比.结果表明:九龙江河口表、中、底层水体中的微塑料赋存量存在明显差异,河流入海口及靠近污染源处表层水中微塑料丰度明显高于中、底层中,在潮汐作用剧烈的河口区,中、底层中微塑料丰度高于表层水中,存在明显分层现象;使用不同采样方法获取的微塑料数量浓度值存在较大差异,泵采法相比拖网法能更有效地截留塑料纤维;使用泵采法过滤水样体积、滤经筛网孔径大小都对收集到的微塑料丰度、尺寸有显著影响.采样方法的不同将导致微塑料丰度结果的显著差异,在潮汐河口进行微塑料监测有必要将潮汐作用考虑在内.因此,建议建立潮汐河口的微塑料业务化监测和通量观测,并采用洪、枯季,大、小潮的全潮时段的观测采样方法.

中国四个河口潮间带甲藻孢囊多样性研究

2014—2016年,为调查研究中国大辽河、涧河、闽江与九龙江河口潮间带表层沉积物中甲藻孢囊多样性,开展了4个季度表层沉积物样品采集,通过多钨酸钠法提取甲藻孢囊后进行鉴定,共鉴定出43种(隶属16属)和5种未定种,包括自养型17种和异养型26种。其中孟迪原多甲藻(Protoperidinium mendiolae),脆弱海胆藻(Echinidinium delicatum)和透明海胆藻(E.transparantum)为我国沿海未报道的新记录种类。调查中发现了一种产麻痹性贝毒的塔玛亚历山大藻复合体(Alexandrium tamarense com-plex),以及3种产虾夷扇贝毒素的甲藻孢囊,分别为网纹原角藻(Protoceratium reticulatum),多边舌甲藻(Lingulodinium polyedrum)和具刺膝沟藻(Gonyaulax spinifera)。甲藻孢囊丰度在4个河口的分布具有明显差异。大辽河口孢囊丰度最高,变化范围为47~94 cysts/g DW(干质量);其次为涧河口,孢囊丰度变化范围为24~75 cysts/g DW;闽江口与九龙江口孢囊丰度相对较低,变化范围分别为14~50 cysts/g DW与5~50 cysts/g DW。与沉积物环境因素的相关性分析表明,自养型孢囊丰度和孢囊总丰度均与河口盐度、间隙水总溶解态氮营养盐浓度、溶解无机氮浓度、氨氮浓度呈显著正相关关系;多样性指数与盐度、沉积物粒度(<63μm)呈显著正相关关系。该研究对于了解我国河口潮间带甲藻孢囊多样性以及形成机制具有重要参考价值。

长江流域梯级水库夏末秋初蓄水对河口盐水入侵和淡水资源的影响

流域大型梯级水库群,夏末秋初蓄水,来年枯季放水,季节性改变了入海径流量,会影响河口盐水入侵和淡水资源利用.收集了长江流域大型梯级水库有效库容和南水北调工程跨流域调水的量值,利用改进的河口海岸三维数值模式ECOM-si,模拟和分析了长江流域重大工程对河口盐水入侵和淡水资源的影响.截至2020年和2035年,长江流域中上游已建和将建大型水库有效库容分别为706.11和943.88亿m^(3),蓄水期9、10月间平均径流量分别减少13398和17909 m^(3)/s.基于大通实测水文站1950—2020年实测月平均径流量,考虑截至2020年和2035年流域重大工程对径流量的调节,给出了平均水文年和特枯水文年8—10月的月平均径流量.数值模拟结果表明,截至2020年和2035年流域梯级水库9—10月蓄水,径流量下降,导致盐水入侵加剧.在平均水文年,南支水源地4个水库9—10月所有时间均能取到淡水.在特枯水文年,9—10月东风西沙、太仓、陈行和青草沙水库取水口连续不宜取水天数截至2020年分别为28.75、24.99、29.63和37.47 d,到2035年分别为46.53、44.18、47.56和50.75 d.夏末秋初特枯和平均水文年情况下流域水库蓄水期间遇到强北风作用,均会显著影响长江口水源地取水.对于特枯水文年,流域水库群应减少蓄水量,甚至应该放水,以保障长江口淡水资源的安全.

珠江河口磨刀门枯水期盐度统计模型

基于潮汐和径流两个影响河口盐水入侵的主要动力因子,通过分离短时间尺度潮汐变化和长时间尺度径流变化对盐水入侵的不同影响,采用最小二乘拟合法建立了枯水期磨刀门盐度与潮汐、径流的统计模型,并通过滤去径流影响对模型进一步修正,建立了修正盐度统计模型。模型计算值与实测值对比结果表明:构建的盐度统计模型和修正盐度统计模型能反映珠江河口磨刀门枯水期日特征盐度的变化过程;盐度统计模型总体均值相对误差23.4%,修正盐度统计模型总体均值相对误差2.1%,说明修正盐度统计模型精度高于盐度统计模型,具有较好的实用性。

新入海水沙情势下的黄河口沙嘴动态响应

河口沙嘴位居河海动力交互区,对水沙变化的响应速度快。为了解近期黄河入海水沙情势及其影响下的河口沙嘴演变规律,基于高分辨率卫星数据和水文资料,运用统计学方法进行分析探讨。结果表明:(1) 1999年以来入海水沙延续偏枯态势,变化过程由线性向周期性波动转变,波动周期为6~8 a, 2018—2021年处于波动上升期;(2) 2018年以来,河口沙嘴北、东汊道交替成为淤积主体,河长年均延伸0.7 km,沙嘴年均造陆16.9 km2;(3)尽管偏少的来水来沙条件不利于三角洲整体的向海淤积,但极端径流带来的强烈泥沙输移入海仍然会使河口沙嘴面积增加;(4)现阶段的汊道格局减缓了河长延伸但加快了沙嘴造陆,对于长期稳定清水沟流路起到积极作用,但当前不利于河口湿地生态安全。

茅尾海钦江河口光滩时空变化过程研究

河口潮滩一般由生长于中高潮滩的植被和植被前缘光滩(裸滩)构成,光滩的时空变化直接关联潮滩冲淤及植被演替状态。本文基于Landsat 5 TM及Sentinel-2 MSI等多期遥感影像,利用随机森林分类算法与数字岸线分析系统探讨茅尾海钦江河口光滩在1986—2021年期间的变化过程。结果表明:①近40年钦江河口光滩面积总体呈现明显损失的状态,可分为1986—2002年冲淤平衡、2002—2007年快速淤积、2007—2014年急剧降低和2014—2021年缓慢淤涨4个阶段;②光滩淤积的区域主要分布于钦江沙井河口口门及内侧河槽与潮汐通道边缘,侵蚀出现在钦江沙井河口及钦江沙冲河口航道及潮沟区域;③茅尾海清淤工程是引起钦江河口光滩自2008年到2014年面积减少的直接因素,潮间带植被扩张和2015年之后大范围生蚝养殖引起的水动力减弱导致光滩向海淤涨。当前海平面上升未对光滩造成明显影响,但入海泥沙的变化一定程度上影响光滩冲淤演变。本研究可为区域河口潮滩资源的可持续高效利用提供部分理论与技术支撑。

长江口南港沙洲演变对河口治理工程的响应

为研究河口治理工程对南港沙洲形态的演变及其对航道安全的影响,在近10年海图和近期水动力条件以及微地貌数据的基础上,分析了新浏河沙、瑞丰沙及中央沙南沙的演变过程。研究结果表明:南港上段2010-2013年间的总体净淤积量约为1.96亿m^(3),新宝山水道北侧河道冲刷剧烈,深泓线北偏;2013-2019年总体净冲刷量约为2.58亿m^(3)。其间,新浏河沙及瑞丰沙洲0 m等深线以上沙体面积整体增长了2.54 km^(2),中央沙南沙面积增长了1.38 km^(2),沙洲体的质心上移,-5 m至0 m等深线以内的面积不断减小。河口治理工程的实施,是导致南港沙洲0 m以上面积增大和沙洲形态变化的重要原因,这对南港深水航道运输安全有着严重威胁,不利于长江口河势稳定与航道航行安全,亟待综合整治。

河网型分汊河口分流比影响因素探究——以珠江蕉门口为例

珠江蕉门河口是典型的河网型分汊河口,是珠江口重要的泄洪排沙通道,其分流比变化对珠江三角洲地貌演变、防洪与航运等至关重要。本文基于蕉门近期地貌形态,以凫洲水道落潮分流比为研究对象,设计系列水槽实验,选取分汊河道断面形态与分汊角两个影响因素进行敏感性分析,探究河网型分汊河口分流比随上述因子的演变规律。结果表明:在分汊河道断面形态稳定的基础上,凫洲水道分流比与虎门、蕉门相对流速有较好的相关关系,受两口门绝对流速的影响较小;分流比与蕉门南水道水深呈负相关,与凫洲水道水深呈正相关;分汊角在30°~65°区间内,分流比与分汊角呈负相关,分汊角在65°~75°时,分流比与分汊角的正负相关关系在流速比V=0.7前后转换;通过量化各变量敏感性,分别得到凫洲水道分流比增大或减小对上述因子的敏感性大小。研究成果可为蕉门整治工程提供参考依据。

微塑料在河口海岸环境的检测、分布、归趋以及生物和环境效应

微塑料污染已成为全球性的环境问题.综合分析微塑料的分布归趋以及效应是保障环境和生态健康的关键.本文对微塑料在河口海岸环境中的分布特点、环境归趋、载体效应、海洋生物的摄入以及毒性效应等内容进行综述.地表径流及洋流作用显著影响微塑料在河口海岸及海洋中的赋存;微塑料表面形成的生物膜会影响其环境归趋和生物效应;海水中的微塑料可作为载体富集污染物和入侵物种,带来外来物种入侵等新的环境问题;海洋生物对微塑料的摄入会引起其体内微塑料积累,改变其肠道微生物的活性和群落结构,并改变生物行为;微塑料暴露会对海洋生物产生多种毒性效应:如肝脏毒性、神经毒性以及生殖毒性等.本综述可为河口区域微塑料污染的安全评估提供参考,对河口区域水环境安全也有科学价值.

河口海岸数字孪生建设与挑战(特邀)

河口海岸是人类生存的重要空间和经济发展的关键区域。然而,在气候变化和人类活动的双重压力下,河口海岸面临环境恶化、湿地生态受损和灾害风险增加等多重问题。为保障河口海岸可持续发展,本文以数字孪生概念为基础,结合河口海岸多圈层多界面的系统特征,提出了一个综合河口海岸立体监测和数据聚融、多过程耦合模型系统、数字孪生体和智能服务平台等关键要素的河口海岸数字孪生系统。此外,本文还详细介绍了构建河口海岸数字孪生系统所需的核心技术,涵盖监测物联网、模型耦合、大数据管理和智能分析,以及知识图谱等。尽管面临多学科全要素综合监测、人地海耦合模拟、跨领域跨行业协同、信息安全保障和服务标准制定等多重挑战,河口海岸数字孪生具有逼近真实、系统关联和提供智能服务等特点,能够提供监测、预报、预警、预演和预案等智能服务。这将有助于提高我们对河口海岸复杂系统演变、预测和应对的研究和应用能力,推动河口海岸学科群的发展,提升风险管理和综合治理水平,为河口海岸可持续发展提供强有力的支持。

短源河流碎屑矿物在河道、河口和海滩的组分变化及其控制因素——以山东半岛辛安河为例

山东半岛诸多小河沉积物大多来源明确,矿物沉积分异相对较小,对其研究能为大河入海物源分析提供区域相似性,也可为黄、渤海陆架沉积提供山东半岛物质来源特征。本文以山东半岛东北部短源小河辛安河为例,对取自河床、河口、海滩的表层沉积样品的碎屑矿物分布规律进行了多粒级分析。研究表明,辛安河流域和海滩沉积物多为中砂和细砂,全样重矿物含量中等,在1.47%~8.19%之间。出现重矿物27种,轻矿物8种,主要重矿物为普通角闪石(41.7%)、绿帘石(16.7%)、阳起石(10.6%)和褐铁矿(6.7%),主要轻矿物为石英(49.0%)、斜长石(26.5%)和钾长石(20.7%),这些矿物的含量在河床、河口和海滩远高于其他碎屑矿物,且矿物组合保持不变,相对含量变幅不大;非主要矿物种类与碎屑粒径存在显著的非线性相关关系。辛安河矿物种类和含量受控于区域岩性物源,即酸性、中酸性侵入岩和区域变质岩。闪石族矿物在辛安河不同地貌中的相对稳定输出是其同宗同源属性所在,矿物组成变化主要受水动力控制下的粒度分选影响。山东半岛短源河流虽碎屑矿物种类和含量不尽相同,但它们来源于相似的地质地貌和岩石类型,矿物组成变化的主要控制因素为区域物源和粒度分选,其次为沉积环境差异。相比而言,黄河闪石族矿物的低含量、云母族和碳酸盐类矿物在特定粒级的高含量有别于半岛南北两侧的河源物质。

“互联网+”模式下地理师范师资培训模式创新探析

本文旨在探讨基于“互联网+”模式下地理师范师资培训模式创新的可行性和效果。首先,文章分析了“互联网+”模式下教育教学的发展趋势和地理师范生培训的现状和问题,为后续实证研究做出了理论准备。其次,本文设计了一项实证研究,采用线上平台教学、互动性教学策略、案例教学和数据分析评价等模式,对地理师范生的培训进行了探究和评估。最后,文章得出了基于“互联网+”模式下地理师范师资培训模式创新的可行性和有效性,并对后续的研究和实践提出了建议和展望。该研究对于提高地理师范生的教育教学质量、推进教育教学改革和发展具有一定的参考价值。

上海淀山湖表层沉积物中卤代阻燃剂时空分布

通过方差分析、主成分分析和商值法探究了上海淀山湖28个表层沉积物中56种卤代阻燃剂(HFRs)的时空分布特征、污染源及潜在生态风险.结果表明,上海快速工业化和城市化进程导致典型水源地淀山湖表层沉积物中3种HFRs出现明显累积,其中替代型溴代阻燃剂(Σ_(22)ABFRs,21.418ng/g)浓度已超出传统溴代阻燃剂(Σ_(23)PBDEs,10.344ng/g)约2倍.十溴联苯醚(BDE209,7.890ng/g),十溴二苯乙烷(DBDPE,17.990ng/g)和得克隆(Σ_(Syn+Anti)DP,1.176ng/g)是最主要的同系物.这些HFRs的高值点主要出现在环湖生活生产活动较密集的淀山湖西南区域,季节性差异不显著.主成分分析法揭示出商用十溴、五溴和八溴二苯醚及其替代品的使用,以及含新型阻燃剂的塑料制品的使用是主要来源.基于商值法的风险评估揭示出五溴联苯醚、BDE209、DBDPE、2,4,6-三溴苯氧基乙烷(BTBPE)和2-乙基己基-2,3,4,5-四溴苯甲酸酯(TBB)在绝大多数沉积物中对底栖生物均呈现中等风险,BDE209在个别采样点出现高风险,表明未来对这些卤代阻燃剂的环境监管仍需加强.

变化条件下长江口沉积地貌系统转型与应对

长江口是径流-潮汐共同影响的大型分汊河口三角洲复合系统,是推动长江经济带发展、长三角一体化发展等国家战略的核心承载区。为深入认识长江口沉积地貌系统演变规律,综合分析了长江口面临的变化条件、沉积环境、地貌演变、问题挑战及应对举措。研究表明,在全球气候变化条件下,长江口面临河流输沙量减少75%~90%、海平面持续上升、人类涉水工程数量增多等多重变化,长江口沉积地貌系统转化开始显现,河口河道窄深化,岸线日益固化,拦门沙地貌淤蚀转变,水下三角洲加速侵蚀,1950—2020年累计减少水域面积约1500 km^(2),由此引起的河道人工渠化趋势,可能导致河流来沙更加难以在河口系统内沉积,加剧减沙环境下的河口侵蚀和洪水灾害风险;河口系统整体呈现“自然淤涨—稳定调整—淤蚀转型—侵蚀萎缩”的演变趋势,长江口面临从泥沙沉积和自然缓慢淤涨过程,向侵蚀冲刷与人类驱动的适应调整转变。未来河口开发治理和保护需加强流域—河口—近海的自然-社会耦合机制研究,发展实时现场监测、中长期地貌数值模拟和数字孪生技术,兼顾生态保护和系统韧性与安全维护,增强河口系统应对洪水、侵蚀等灾害的抵御能力,保障长江口健康可持续发展。

黄河三角洲地面沉降研究进展与未来展望

黄河三角洲是我国成陆时间最短的大型河口三角洲,由于其发育背景特殊、地质环境系统不稳定以及人类活动影响,地面沉降较为显著,引发了诸多环境问题,对自然环境和社会经济发展产生了严重威胁。从监测技术和成因机理角度出发,系统综述了黄河三角洲地区的地面沉降现状:(1)黄河三角洲地面沉降受新生地层自然压实、人为建筑重力压实、河流陆源输入减少、地下水与卤水开采、石油天然气开采以及海洋动力作用相对增强等多重因素影响,需要更详细、更系统地研究,特别是定量分离人为与自然因素在地面沉降的贡献方面,需要与其他学科如地质、岩土、力学、数学等交叉进行综合定量分析;(2)黄河三角洲地面沉降的长时空尺度的持续监测与分析、历史周期分析与未来判断分析需加强,尤其要重视海陆相互作用对地面沉降的长期和短期影响的研究;(3)地面沉降勘查、监测和精度研究及沉降评估和环境影响监测研究,尤其是海岸带退蚀与地面沉降之间的耦合关系等问题仍待深入。在今后研究黄河三角洲地面沉降的过程中,应更加注重理论模型的深入探究和新技术方法的实践,机理研究应扩展至多种模型研究;预测灾害时,应扩展到与地面沉降问题较为紧密的地面开裂、断层以及地裂缝等研究上。此外,还应对地面沉降的社会经济影响和环境影响等方面做出更多探索和实际应用。全面系统深入地了解黄河三角洲地面沉降现象,可为有效地实施三角洲生态保护和资源开发提供理论依据,具有重要的科学意义和社会经济价值。

协同随机森林方法和无人机LiDAR空谱数据的盐沼植被“精灵圈”识别

“精灵圈”作为一种典型的空间自组织结构,对盐沼植被生态系统及其功能有重要影响。获取“精灵圈”的空间格局及时空变化,可为厘清其生态演化机理提供重要科学支撑。本文基于随机森林机器学习方法,结合无人机激光雷达(LiDAR)点云的空间信息与光谱信息,对盐沼植被“精灵圈”进行智能识别与提取。首先,利用激光雷达方程和Phong模型,消除距离、入射角以及镜面反射效应对强度数据的影响,并且通过校正后强度数据滤波分离植被点云与地面点云。然后,构造系列空间特征及几何变量,利用随机森林算法,对植被点云中的正常植被和“精灵圈”进行分类。结果表明:该方法无需人工经验设置参数,能够精确地从无人机LiDAR三维点云数据中快速自动识别“精灵圈”,总体精度为83.9%。本文为“精灵圈”时空分布反演提供了一种高精度的方法,也为基于机器学习的三维点云数据处理提供了技术借鉴。