潮滩地貌的多态稳定与系统转换

Tidal flats always appear as salt marsh in the upper part and bare flat in the lower part. Field observations suggest that two stable states of tidal flat morphology can be identified based on whether a cliff exists at the interface between salt marsh and bare flat. Moreover, these two stable states may transform mutually under certain conditions. Among them, smoothly bounded tidal flats are dominated by vertical sediment dynamic processes, while the retreat of salt marsh cliff indicates the horizontal instability of tidal flat morphology. Therefore, knowledge of multiple stable states and regime shift characters of tidal flats show significance on geomorphology. In this study, we intend to select two tidal flats of Jiangsu coast as the study areas. Image data from satellites, UAV and field monitoring stations are utilized to reveal the cliff dynamics. Integrated with the hydrodynamic and sediment information collected from field observation and sampling, a comprehensive understanding of tidal flat hydrodynamics, morphodynamics and ecodynamics can be obtained under the framework of numerical modelling. Breaking through the positive and negative feedbacks of sediment dynamics after the disturbance at the salt marsh – bare flat interface, the maintenance of both stable states and their mutual transforming mechanisms are studied. A generalized model of the salt marsh – bare flat system evolution is thus established from a short temporal scale to a century scale, which builds the solid theoretical bases on tidal flat morphology.

潮滩往往以上部盐沼、下部光滩的形式存在。野外证据表明，以盐沼-光滩界面是否存在陡坎为判据，潮滩地貌体系可以存在两种稳定态，并且这两种稳定态之间在某些情况下会发生相互转换。光滑连续型潮滩以垂向沉积动力过程为主导，而盐沼陡坎的侵蚀后退指示了潮滩地貌的水平方向不稳定性，因此对潮滩地貌的多态稳定和系统转换特征的认识具有重要的地貌学意义。本研究拟选取江苏海岸两处潮滩为研究区域，利用卫片、无人机和野外视频监测站提供的影像资料揭示陡坎动态，与现场沉积动力观测采样提供的水沙动力与沉积信息相结合，在数值模拟的框架下获得对潮滩体系水动力、地貌动力和生态动力过程的完整认识。重点以盐沼-光滩界面受扰动后的沉积动力正、负反馈机制为切入点，研究两种稳定态的维持和互相转换机理，建立起从短时间尺度到百年尺度盐沼-光滩体系地貌系统演化的统一模型，从而为构建完备的潮滩地貌理论体系打下坚实的基础。

潮滩往往以上部盐沼、下部光滩的形式存在。以盐沼-光滩界面是否存在陡坎为判据，潮滩地貌体系可以存在两种稳定态，并且这两种稳定态之间在某些情况下会发生相互转换。光滑连续型潮滩以垂向沉积动力过程为主导，而盐沼陡坎的侵蚀后退指示了潮滩地貌的水平方向不稳定性，因此对潮滩地貌的多态稳定和系统转换特征的认识具有重要的地貌学意义。本项目以江苏海岸潮滩盐沼为研究区域，在野外现场观测、室内分析实验和数值模拟三个主要方面针对这一问题开展工作。野外现场观测方面，共开展了13次野外观测，包括现场水文泥沙过程观测、重复地形观测、表层沉积物采样、盐沼植被采样、盐沼土力学观测、无人机航测，完成了计划预定工作量。室内分析实验方面，完成了卫星遥感资料和无人机航拍数据分析，以及沉积物样品分析。数值模拟方面，基于Delft3D开源数值模拟系统，建立以江苏陆架-潮滩为研究区域的平面二维数值模型和跨岸一维数值模型，研究了潮汐、波浪、沉积物供给、盐沼植被共同控制下的盐沼-光滩沉积地貌演化和陡坎形成过程。研究发现，盐沼陡坎是有一个正反馈过程导致的：陡坎越趋于形成，潮滩上的波浪相对潮流越来越占主导地位，波浪侵蚀越来越强，则越有利于陡坎形成。江苏盐城盐沼陡坎的平均侵蚀后退速率达到24.6 m/yr，比所有已报道的盐沼陡坎侵蚀后退速率高出一个数量级，是迄今为止最强烈的盐沼侵蚀区域。本项目的取得了一系列研究成果，共发表论文12篇。其中，在国际SCI杂志上发表论文11篇，核心期刊论文1篇。