海岸带典型盐沼植被消浪效应研究

摘要

海岸带地区备受波浪侵蚀的影响。近年来,全球气候变化、海平面上升加速等现象进一步加剧了海岸侵蚀风险,缓解海岸侵蚀、抵御沿海地区洪水灾害刻不容缓。盐沼植被在抵御海浪、控制侵蚀方面功能显著,其生态护岸功能逐渐成为国内外学者关注的焦点。但盐沼植被消浪效应模式定量研究、影响植被消浪效应的因素分析还较为不足。探索典型植被在不同生长物候期的波浪衰减规律,辨识盐沼植被密度、株高、地径、空间分布等要素对消浪效应的影响具有重要意义。长江河口为中等潮差的河口海岸,波浪类型以风浪为主,其次为涌浪。本文以长江河口崇明岛地区为例,选取3类典型盐沼植被——藨草/海三棱藨草、互花米草、芦苇为研究对象,在3类盐沼植被区分别设置4条样带(包括植被茂盛期与枯萎期各2条样带)。每条样带布设3个测点(测点位置依据“光滩与盐沼交界—盐沼—盐沼”的模式布设),并利用波潮仪、Trimble R8卫星接收机等仪器开展野外波浪数据、地形坡度、植被生长状况等综合测量手段,获取不同盐沼植被、不同植被生长状况以及不同植被生长时期下,盐沼植被的消浪效应数据。通过不同样点上的波潮数据的数理统计,分析不同水深、波高对盐沼植被消浪效应的影响,以描绘不同生长时期下,盐沼植被的波浪衰减模式。研究结果表明:(1)在长江口的潮汐强度、滩面坡度情况下,风速较小时,三种典型盐沼植被消浪效应作用不同,在不同生长物候期波浪衰减规律相似,其强弱关系均表现出互花米草>芦苇>藨草/海三棱藨草。互花米草消浪功能最强,波浪衰减曲线为指数函数,消浪速率先快后慢,当穿过约50m宽互花米草区域后,波浪接近消失。芦苇消浪功能次之,波浪衰减曲线表现为对数函数,消浪效应模式为先快后慢,当波浪穿越约60m宽的芦苇时,波高、波能几乎衰减为0。藨草/海三棱藨草消浪功能最弱,波浪衰减表现为多项式函数曲线规律,当波浪经过约200m宽的藨草/海三棱藨草区后,波浪基本消失。(2)植被空间分布宽度和植被密度是影响消浪效应的关键因素。消浪效应与波浪在盐沼植被中传播的距离、与植被密度均有正相关关系。随着波浪穿过植被宽度的增加,消浪效应增强。同类型盐沼植被,植被密度越大,消浪效应越强。以藨草/海三棱藨草为例,样带SM1与样带SM2处滩面坡度、底质类型等自然因素几乎相同,SM2处植被密度是SM1处的5.9倍,当波浪经过100m宽的藨草/海三棱藨草,在不同入射波高情况下,SM2处的1/10波高消波率比SM1处的平均高出1/4。(3)植被消浪效应同时受植株本身特征如株高、叶宽影响。藨草/海三棱藨草植株矮小(160cm),叶宽较宽(>1.50cm),植被处于茂盛期时,消浪效应随边缘水深、入射波高的增大先减小后上升。而在植被枯萎期,由于植株高度稍有降低且叶片凋零,植被消浪效应随边缘水深、入射波高的增大而减小。芦苇株高较高(180-260cm),叶片较宽(0.8-1.60cm),植被消浪效应随边缘水深、入射波高的增大先减小后上升(或下降速度减缓)。(4)除植被空间分布宽度、密度以及植株特征外,盐沼植被消浪效应还受波浪强度、潮汐类型、风速风向、潮滩底质特征等影响,如枯萎期的藨草/海三棱藨草区,SM3处1/10波高最大值仅为0.19m,SM4处1/10波高最大值为0.71m,主要是由于SM3野外观测时,风向为离岸风,而SM4观测时为迎岸风所致。因此植被消浪效应作用机制还需进一步研究。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究进展

1.2.2 国内研究进展

1.3 研究内容与创新点

1.3.1 研究内容

1.3.2 创新点

1.3.3 研究技术路线

第二章 研究区域概况与研究方法

2.1 地理位置与自然环境

2.2 植被状况

2.3 研究方法

2.3.1 野外观测空间布局

2.3.2 数据测量方法

2.3.3 数据处理与分析方法

第三章 盐沼植被茂盛期消浪效应观测与分析

3.1 观测结果

3.1.1 植被生长状况及空间特征

3.1.2 不同植被区波浪的时空变化

3.2 边缘水深对盐沼植被茂盛期消浪效应的影响

3.2.1 边缘水深对藨草/海三棱藨草茂盛期消浪效应的影响

3.2.2 边缘水深对互花米草茂盛期消浪效应的影响

3.2.3 边缘水深对芦苇茂盛期消浪效应的影响

3.3 入射波高对盐沼植被茂盛期消浪效应的影响

3.3.1 入射波高对藨草/海三棱藨草茂盛期消浪效应的影响

3.3.2 入射波高对互花米草茂盛期消浪效应的影响

3.3.3 入射波高对芦苇茂盛期消浪效应的影响

3.4 盐沼植被茂盛期消浪模式

第四章 盐沼植被枯萎期消浪效应观测与分析

4.1 观测结果

4.1.1 植被生长状况及空间特征

4.1.2 不同植被区波浪的时空变化

4.2 边缘水深对盐沼植被枯萎期消浪效应的影响

4.2.1 边缘水深对藨草/海三棱藨草枯萎期消浪效应的影响

4.2.2 边缘水深对互花米草枯萎期消浪效应的影响

4.2.3 边缘水深对芦苇枯萎期消浪效应的影响

4.3 入射波高对盐沼植被枯萎期消浪效应的影响

4.3.1 入射波高对藨草/海三棱藨草枯萎期消浪效应的影响

4.3.2 入射波高对互花米草枯萎期消浪效应的影响

4.3.3 入射波高对芦苇枯萎期消浪效应的影响

4.4 盐沼植被枯萎期消浪模式

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

5.2.1 机理和机制

5.2.2 应用

附录一

参考文献

致谢