人類(lèi)活動(dòng)影響下伶仃洋沉積格局演變特征

張濤，牛麗霞，何方婷，劉鋒，羅向欣，楊清書(shū)

1.中山大學(xué)海洋工程與技術(shù)學(xué)院河口海岸研究所，廣東珠海 519082

2.河口水利技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣州 510275

3.廣東省海岸與島礁工程技術(shù)研究中心，廣州 510275

4.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海），廣東珠海 519082

0 引言

海底表層沉積物的粒度特征受到眾多因素如泥沙物質(zhì)來(lái)源、輸運(yùn)距離、水動(dòng)力條件和水下地形的影響[1-3]，是識(shí)別海底地形地貌，反演泥沙來(lái)源及輸運(yùn)、沉積環(huán)境變遷和分析沉積物運(yùn)移趨勢(shì)的最主要指標(biāo)[3-6]，因此，通過(guò)對(duì)不同時(shí)期海底表層沉積物粒度特征的分析和其分布、變化規(guī)律的探討結(jié)果可以研究沉積格局的演變特征。

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，珠江口伶仃洋河口灣因其獨(dú)特的地理位置和經(jīng)濟(jì)地位受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注，于是在該區(qū)域陸續(xù)開(kāi)展了大量海洋沉積及其相關(guān)領(lǐng)域的研究，對(duì)整個(gè)珠江口地形地貌、沉積環(huán)境的研究成果頗為豐富[7-11]。然而，近年來(lái)，隨著國(guó)家大力發(fā)展粵港澳大灣區(qū)，以及各項(xiàng)工程建設(shè)相繼展開(kāi)，例如填海造陸、堤壩加固、非法采砂、航道疏浚、和橋隧工程等，都對(duì)伶仃洋的河口地貌形態(tài)造成極大影響，這勢(shì)必改變伶仃洋的沉積格局，并極大程度上影響河口泥沙輸運(yùn)沉降，進(jìn)而反向作用于河口地貌，威脅沿岸生態(tài)環(huán)境和水資源安全。因此本文通過(guò)分析近40 年來(lái)伶仃洋表層沉積物的演變特征，探討人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)沉積環(huán)境的影響，并為伶仃洋內(nèi)橋梁施工、港口建設(shè)、航道維護(hù)等工程建設(shè)提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 研究區(qū)域概況

1.1 區(qū)域概況

伶仃洋位于珠江三角洲東部，為珠江主要入?？谥唬▓D1），北起虎門(mén)南至澳門(mén)、大濠島，以淇澳島—內(nèi)伶仃島—赤灣延線將其分為內(nèi)、外伶仃洋[12]。珠江水系中的東江、北江和西江的部分來(lái)水來(lái)沙分別經(jīng)由虎門(mén)、蕉門(mén)、洪奇門(mén)和橫門(mén)匯入伶仃洋。伶仃洋東岸多灣、西岸主灘，于東西方向呈現(xiàn)出東深西淺的橫向分布差異；南北方向上呈現(xiàn)出南部灣口寬深、中部灣腰寬淺相間、北部灣頂窄深的南北向地形分布差異[13-14]。伶仃洋的潮汐屬不正規(guī)半日混合潮，M2半日分潮的振幅較大，是河口灣潮汐動(dòng)力的主要組成部分，其次是K1、O1 和S2 分潮，平均潮差1.08~1.69 m，潮差由南部灣口向北部灣頂逐漸增大，在虎門(mén)達(dá)到最大（1.6 m），且由于地形影響，東部潮差大于西部潮差[15-16]。以5 m 等深線劃分灘槽，伶仃洋水下地形主要呈“三灘兩槽”格局，自西向東依次為：西灘，西槽（伶仃航道），中灘（礬石淺灘），東槽（礬石水道）和東灘[17]。

圖1 伶仃洋表層沉積物取樣站位分布Fig.1 Location of sampling sites in LDB

1.2 主要相關(guān)人類(lèi)活動(dòng)

1.2.1 伶仃洋上游人類(lèi)活動(dòng)

近幾十年來(lái)珠江流域的人類(lèi)活動(dòng)主要為水庫(kù)建設(shè)和河網(wǎng)采砂。截至20世紀(jì)90年代末，珠江流域共建設(shè)8 936座水庫(kù)，總庫(kù)容達(dá)518×108m3，占珠江年徑流量的15.9%[18]。珠江的泥沙通量相較于20 世紀(jì)50—80 年代已下降了70%[19]，并且在未來(lái)的幾十年中，隨著新的水庫(kù)在流域內(nèi)建造，珠江的泥沙通量可能會(huì)繼續(xù)大幅度減少。同時(shí)，有研究表明，大規(guī)模城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來(lái)的河道無(wú)序采砂，導(dǎo)致珠三角河網(wǎng)區(qū)河床普遍下切5~8 m[20]，1983—1998年期間采砂量達(dá)（7~10）×108m3，相當(dāng)于本區(qū)域176 年的自然淤積量。這些無(wú)序、過(guò)度的采砂活動(dòng)導(dǎo)致不同河段過(guò)水能力發(fā)生重大改變，進(jìn)而引起分流分沙比的急劇變化[19]。

1.2.2 伶仃洋灣內(nèi)人類(lèi)活動(dòng)

近40年來(lái)在伶仃洋灣內(nèi)開(kāi)展的人類(lèi)活動(dòng)主要為：灘涂圍墾、航道疏浚、大規(guī)模采砂和橋隧工程。從圖2中可以看出，圍墾活動(dòng)主要發(fā)生在內(nèi)伶仃洋的西北部，龍穴島、雞抱沙、萬(wàn)頃沙和橫門(mén)附近，在1850—2015 年的近165 年時(shí)間里，伶仃洋土地面積增長(zhǎng)了431 km2，水域面積從2 020 km2減小至1 590 km2[21]；航道疏浚方面，自上世紀(jì)60年代以來(lái)，伶仃洋西槽共經(jīng)歷過(guò)四次竣深工程，水深從5 m 增至18 m，在1970—2015年這45年間，航道疏浚導(dǎo)致整個(gè)河口灣減少了約75 Mt（1.89 Mt/yr）的泥沙[22]；采砂活動(dòng)方面，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自20世紀(jì)80年代以來(lái)，河口灣內(nèi)采砂量約0.66 Mm3，使河床由緩慢淤積變?yōu)閺?qiáng)烈侵蝕，而自2006 年以來(lái)河口灣的淺灘采砂量超過(guò)52 Mm3/yr[19]，這一采砂量相當(dāng)于整個(gè)伶仃洋年淤積總量的三倍。2008年以后，由于中灘上人工采砂，現(xiàn)已形成了容積達(dá)7×108m3的巨型采砂坑，最大挖深達(dá)27.5 m[23]。

圖2 近40 年伶仃洋涉海工程分布圖Fig.2 Distribution of marine engineering projects in recent 40 years of LDB

2 材料與方法

1975 年和2003—2004 年的沉積物資料從文獻(xiàn)《珠江口近30 年海底表層沉積物粒度分布及其環(huán)境變化》[24]中收集，2016年表層沉積物樣品來(lái)自于2016年12 月在珠江伶仃洋進(jìn)行的底質(zhì)調(diào)查，利用蚌式采泥器共采集128 個(gè)表層沉積物樣（采樣深度在表層0~5 cm，每個(gè)樣品約重1 kg），采樣同時(shí)，描述樣品屬性，并利用手持GPS記錄采樣點(diǎn)位置，采樣站點(diǎn)分布如圖1所示。樣品采集后現(xiàn)場(chǎng)密封保存，并運(yùn)送回實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。樣品經(jīng)預(yù)處理后，采用Malvern 2000激光粒度儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量范圍0.01~2 000 μm，誤差小于1%。具體方法如下：首先取適量樣品放入燒杯，加入濃度為10%的HCl 溶液直至覆蓋全部樣品，攪拌使其充分反應(yīng)去除沉積物中的貝殼等雜質(zhì)，清水洗酸；之后加入濃度為10%的H2O2直至覆蓋全部樣品，攪拌使其充分反應(yīng)去除有機(jī)質(zhì)；最后加入3~5 mL 的0.5 mol/L 六偏磷酸鈉溶液攪拌使其充分混合，靜置24 h后上機(jī)測(cè)量。

沉積物的分類(lèi)和命名采用Shepard 三角圖解法[25]，動(dòng)力分區(qū)采用Flemming 三角圖示法[26]，利用Fork-Ward 圖解法[27]計(jì)算樣品的粒度參數(shù)（平均粒徑Mz、分選系數(shù)σ、偏度Sk、峰度Ku），計(jì)算公式分別為：

本文1975 年表層沉積物測(cè)定方法為沉降、篩析法，2003—2004 年和2016 年表層沉積物測(cè)定方法為激光粒度儀測(cè)量，雖然這兩種方法的測(cè)試結(jié)果有一定差異，但這種差異對(duì)不同沉積相的沉積物影響很小，而且粒度參數(shù)的變換趨勢(shì)比較接近[28-29]，因此對(duì)粒度參數(shù)空間分布整體格局的影響較小。本文主要從不同年代粒度參數(shù)的空間分布變化來(lái)探討其演變特征，以減少不同測(cè)量方法帶來(lái)的影響。

3 結(jié)果

3.1 伶仃洋表層沉積物粒級(jí)組分分布

圖3為伶仃洋表層沉積物黏土、粉砂和砂組分的空間分布情況，研究區(qū)內(nèi)表層沉積物中粉砂含量（56.67%）最高，其次為黏土含量（26.08%），砂含量（17.23%）最少。

圖3 伶仃洋表層沉積物粒級(jí)組分分布（a）黏土；（b）粉砂；（c）砂Fig.3 Distribution of surface sediments composition of LDB(a)clay;(b)silt;(c)sand

粉砂組分的含量在伶仃洋大部分區(qū)域都超過(guò)40%，高值區(qū)（>60%）位于外伶仃洋的西灘、內(nèi)伶仃洋的東灘以及中灘北部，在口門(mén)和大嶼山附近粉砂含量最低，小于20%。大部分區(qū)域沉積物中黏土組分含量在30%以下，黏土的高值區(qū)（>30%）與粉砂的高值區(qū)較一致，主要分布在外伶仃洋的西灘。砂顆粒含量在絕大部分區(qū)域均低于20%，砂的高值區(qū)（>40%）與粉砂的低值區(qū)空間分布較一致，由于砂顆粒的運(yùn)移形式以推移和躍移為主，當(dāng)水流速度減慢、水動(dòng)力減弱時(shí)就會(huì)率先沉積下來(lái)，所以其主要分布于河流入海的口門(mén)區(qū)域及伶仃洋東側(cè)水動(dòng)力較強(qiáng)的區(qū)域。

值得注意的是，三種組分的空間分布都呈現(xiàn)一個(gè)較明顯的特征，即以伶仃洋西槽為界，各粒級(jí)組分在西槽以東人類(lèi)活動(dòng)干擾較強(qiáng)的區(qū)域呈現(xiàn)斑塊狀空間分布，尤其以砂組分最為明顯，其含量于該區(qū)域內(nèi)變化梯度極大，這與自然沉積過(guò)程相悖，初步判定為人類(lèi)活動(dòng)所導(dǎo)致；而在西槽以西人類(lèi)活動(dòng)干擾較弱的區(qū)域內(nèi)，三種粒級(jí)組分則具有明顯的條帶狀分布特征，且主要以細(xì)顆粒的黏土和粉砂組分為主。

3.2 伶仃洋表層沉積物粒度參數(shù)特征

3.2.1 平均粒徑（Mz）

伶仃洋表層沉積物的平均粒徑范圍為1.44~7.83 Φ，均值6.34 Φ，粒徑總體較細(xì)（圖4a），表明河口灣內(nèi)沉積動(dòng)力環(huán)境較弱。其中，大部分沉積物的平均粒徑介于6~8 Φ，占71.09%。平均粒徑<4 Φ 的沉積物樣品主要分布于口門(mén)外、鳧洲水道和深槽區(qū)，反映出這些區(qū)域水動(dòng)力、搬運(yùn)能力強(qiáng)，沉積物以砂粒級(jí)的粗粒顆粒為主。此外，在伶仃洋北部、東部的川鼻水道、東槽及中灘區(qū)域分布著一些呈現(xiàn)斑塊狀的極粗顆粒沉積物，這可能與航道疏浚、河口采砂、港口建設(shè)等人類(lèi)活動(dòng)相關(guān)。平均粒徑4~7 Φ的沉積物樣品主要分布于四大口門(mén)外徑流下泄區(qū)、東槽和西槽沿程及中灘北部，這些區(qū)域水動(dòng)力較強(qiáng)，以較粗的粉砂顆粒沉積為主。平均粒徑>7 Φ的部分細(xì)顆粒泥沙在潮流頂托作用下于內(nèi)伶仃洋東灘、深圳灣口沉積下來(lái)，剩于部分則在徑流動(dòng)力和科氏力作用下向西南擴(kuò)散至外伶仃洋區(qū)域，沉積于淇澳島西南近岸。總體而言，伶仃洋表層沉積物平均徑粒分布較復(fù)雜：不僅在南北方向上呈現(xiàn)由口門(mén)到外海由粗變細(xì)的自然分布特點(diǎn)；在東西方向上，“三灘兩槽”的地形地貌特征導(dǎo)致東、中、西徑潮作用分異，并在大量人類(lèi)活動(dòng)的干擾下，分布規(guī)律趨向碎片化、斑塊狀分布。

圖4 伶仃洋表層沉積物粒度參數(shù)分布（a）平均粒徑；（b）分選系數(shù)；（c）偏度；（d）峰度Fig.4 Surface sediment grain?size parameters of LDB(a)mean size;(b)sorting coefficient;(c)skewness;(d)kurtosis

3.2.2 分選系數(shù)（σ）

由于受徑流、潮流、波浪和陸架水入侵等多種動(dòng)力相互作用，伶仃洋動(dòng)力條件復(fù)雜多變，沉積物的輸運(yùn)和分異過(guò)程亦非常復(fù)雜[13]。伶仃洋表層沉積物分選較差（圖4b），分選系數(shù)介于1.40~3.44，均值為2.12。伶仃洋西槽中部、中灘北部為采砂和航道疏浚區(qū)域，沉積物的分選最差，反映出人類(lèi)活動(dòng)對(duì)沉積物的分選產(chǎn)生影響。分選相對(duì)較好的區(qū)域?yàn)榛㈤T(mén)口、龍穴淺灘東南側(cè)及淇澳島南面海域，反映該區(qū)域水動(dòng)力對(duì)表層沉積物的篩選能力較強(qiáng)，主要因?yàn)榛㈤T(mén)口附近的沉積物要在雙向射流作用下反復(fù)搬運(yùn)和分選，龍穴淺灘東南側(cè)海域靠近西槽北段、上接虎門(mén)，此處沉積物要經(jīng)歷漲落潮流反復(fù)搬運(yùn)，而淇澳島南面海域則受人類(lèi)活動(dòng)干擾較小，所以這三處表層沉積物呈現(xiàn)相對(duì)較好的分選性。

3.2.3 偏度（Sk）

偏度可度量顆粒頻率分布的對(duì)稱(chēng)程度，同時(shí)也可一定程度上反映沉積物的類(lèi)型和粒度組成。伶仃洋表層沉積物偏度介于-0.31~1.02（圖4c），均值為0.11，正偏和負(fù)偏均有分布，大部分樣品的偏度值為0~1，成正偏態(tài)。伶仃洋表層沉積物的偏度也呈現(xiàn)出東西的差異，負(fù)偏的沉積物主要分布在伶仃洋西側(cè)三大口門(mén)外的淺灘，而伶仃洋東部以正偏居多，由西向東表現(xiàn)為正偏?？傮w而言，由于徑流和潮汐共同作用，伶仃洋表層沉積物呈正偏態(tài)的底質(zhì)稍多于呈負(fù)偏態(tài)的底質(zhì)，反映出粗粒泥沙比細(xì)粒泥沙略多，泥沙具有以陸源為主的性質(zhì)。

3.2.4 峰度（Ku）

峰度用于衡量沉積物頻率分布曲線峰形的寬窄陡緩程度。伶仃洋峰度系數(shù)變化范圍為0.64~1.91，涵蓋平坦、中等、尖銳3 種類(lèi)型，均值為0.99，屬于中等峰度分布類(lèi)型。峰度分布特征與平均粒徑分布特征大致相反（圖4d），平均粒徑大的區(qū)域，峰度系數(shù)相對(duì)較小，平均粒徑小的區(qū)域，峰度系數(shù)相對(duì)較大。

3.3 伶仃洋表層沉積物類(lèi)型及分布特征

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)128個(gè)表層沉積物樣品粒度參數(shù)，整理并繪制表層沉積物類(lèi)型與分布圖（圖5）和表層沉積物類(lèi)型組分和參數(shù)特征表（表1）。從圖表中可以看出，伶仃洋表層沉積物主要為砂、砂—粉砂—黏土、砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂和黏土質(zhì)粉砂5 種類(lèi)型（圖5a）。

表1 不同沉積物類(lèi)型組分及粒度參數(shù)特征值Table 1 Grain size parameters and composition of surface sediments of LDB

圖5 伶仃洋表層沉積物類(lèi)型與分布Fig.5 Types and distribution of surficial sediments of LDB

在這5 種沉積物類(lèi)型中以黏土質(zhì)粉砂分布最為廣泛，該類(lèi)樣品占總樣品數(shù)的68.8%，粒級(jí)組分中黏土含量范圍21.60%~42.80%，平均含量為30.17%；粉砂含量范圍52.40%~73.50%，平均含量為64.08%；砂含量范圍0~19.50%，平均含量為5.15%。粉砂質(zhì)砂占總樣品數(shù)的11.8%，粒級(jí)組分中黏土含量范圍9.48%~19.20%，平均含量為15.15%；粉砂含量范圍20.79%~40.64%，平均含量為31.58%；砂含量范圍41.72%~61.73%，平均含量為53.27%。砂質(zhì)粉砂占總樣品數(shù)的8.6%，粒級(jí)組分中黏土含量范圍16.61%~20.50%，平均含量為18.69%；粉砂含量范圍43.30%~61.64%，平均含量為53.76%；砂含量范圍18.38%~36.96%，平均含量為27.55%。砂—粉砂—黏土占總樣品數(shù)的7.8%，粒級(jí)組分中黏土含量范圍21.33%~26.62%，平均含量為22.96%；粉砂含量范圍39.94%~58.06%，平均含量為50.05%；砂含量范圍20.12%~37.51%，平均含量為26.98%。砂最少，僅占總樣品數(shù)的3.1%，粒級(jí)組分中黏土含量范圍2.69%~8.11%，平均含量為6.03%；粉砂含量范圍4.08%~15.88%，平均含量為12.21%；砂含量范圍76.43%~93.23%，平均含量為81.77%。

黏土質(zhì)粉砂成片狀廣泛分布于研究區(qū)內(nèi)大部分海域，尤以外伶仃洋西側(cè)分布最為密集；粉砂質(zhì)砂、砂質(zhì)粉砂、砂—粉砂—黏土呈現(xiàn)出零星斑塊狀鑲嵌于黏土質(zhì)粉砂之中；砂僅出現(xiàn)在河口以及航道之內(nèi)（圖5b）。除此之外，伶仃洋各地貌單元的沉積物類(lèi)型也有較大差異：西灘沉積物分布規(guī)律性較強(qiáng)，自北向南沉積物由粗轉(zhuǎn)細(xì)，由砂—粉砂—黏土、砂質(zhì)粉砂逐漸變?yōu)轲ね临|(zhì)粉砂；中灘和東灘受人類(lèi)活動(dòng)較強(qiáng)影響，沉積物復(fù)雜多變，其中中灘主要以砂質(zhì)粉砂為主，其北部及銅鼓水道附近零星分布著少量粉砂質(zhì)砂和砂—粉砂—黏土，東灘則以黏土質(zhì)粉砂為主，同時(shí)近岸零星分布著粉砂質(zhì)砂；西槽和東槽沿線內(nèi)五種類(lèi)型均有分布，主要為黏土質(zhì)粉砂和其他類(lèi)型交替分布，反映其動(dòng)力環(huán)境復(fù)雜及人類(lèi)活動(dòng)的影響。總體上，伶仃洋沉積物分布規(guī)律主要表現(xiàn)為灣頂多樣、灣口單一，這與河流搬運(yùn)能力由北向南逐漸減弱有關(guān)。同時(shí)，以西槽為界，西槽以西的沉積物類(lèi)型較均勻，西槽以東沉積物的分布則呈現(xiàn)出斑塊狀、不均勻的特征，這也與人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)。

4 討論

4.1 表層沉積物空間分布變化及人類(lèi)活動(dòng)的影響

前人的研究資料顯示了近40年間伶仃洋表層沉積物粒徑大小和分布區(qū)域的變化情況（圖6）。在1975年至2003—2004年近30年間，表層沉積物平均粒徑的空間分布特征基本保持一致，由北向南均呈現(xiàn)“粗→細(xì)→粗”的變化趨勢(shì)[24]，其中北部的“粗”為徑流型河口砂質(zhì)沉積區(qū)；中部的“細(xì)”為過(guò)渡相的混合沉積區(qū)，是河口泥沙和陸架淺海泥沙混合沉積區(qū)；南部的“粗”為海相環(huán)境的砂質(zhì)沉積區(qū)，總體呈現(xiàn)出非常明顯的條帶狀特征。而到2016 年，原先有規(guī)律的條帶狀空間分布已經(jīng)被打破，形成了新的沉積格局，雖然在新格局下伶仃洋南北兩端仍然表現(xiàn)為較粗的泥沙顆粒，但中部區(qū)域不再以細(xì)泥沙顆粒為主，而是零星散布著一些斑塊狀的粗泥沙顆粒。新沉積格局已不僅僅是南北方向上的差異，東西方向上的差異更為突出，以伶仃洋西槽為界，西槽以西區(qū)域還在一定程度上保留了原有的條帶狀沉積格局，但西槽以東區(qū)域則完全趨向于碎片化分布，粗顆粒沉積物鑲嵌于細(xì)顆粒沉積物之中，表現(xiàn)為斑塊狀分布。

圖6 伶仃洋1975 年、2003—2004 年和2016 年表層沉積物平均粒徑[24]Fig.6 Mean grain size of surface sediments of LDB in 1975, 2003?2004, 2016[24]

粗泥沙顆粒沉積區(qū)主要位于在采砂活動(dòng)區(qū)附近，這表明，在人類(lèi)活動(dòng)的影響下，伶仃洋表層沉積物空間分布格局發(fā)生改變，原有自然條件主導(dǎo)所形成的規(guī)律性分布已經(jīng)被擾亂，人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致沉積物粒度參數(shù)局部呈斑塊狀分布。

表層沉積物組分分布的變化也具有相似的特性。黏土組分含量變化如圖7 所示，1975 年黏土的高值區(qū)（>30%）主要位于中灘、外伶仃洋西灘附近，且具有明顯的帶狀分布特征，中灘的黏土含量更是普遍在30%以上。而在2003—2004 年，原有的條帶狀分布已經(jīng)被打亂，原有的黏土組分高值區(qū)也分散開(kāi)來(lái)。到了2016 年，中灘的黏土含量高值區(qū)已不再存在，此時(shí)該處黏土含量偏低，主要為20%~30%，部分區(qū)域甚至低于10%，高值區(qū)主要分布于外伶仃洋西灘近岸，內(nèi)伶仃洋東灘區(qū)域黏土含量也顯著增加，原有的帶狀特征則徹底分散，形成完全碎片化分布。

圖7 伶仃洋1975 年、2003—2004 年和2016 年表層沉積物黏土百分比含量[24]Fig.7 Percentage clay content in surface sediments of LDB in 1975, 2003?2004, 2016[24]

1975年至2003—2004年近30年間，砂組分含量與分布特征均無(wú)明顯變化，但從2004年以來(lái)，砂組分分布也具有向碎片、斑塊狀發(fā)展的趨勢(shì)（圖8）。1975年及2003—2004 年，伶仃洋西北部四個(gè)口門(mén)外為砂含量高值區(qū)，從口門(mén)向南，砂組分逐漸減少，而在伶仃洋中部砂含量最低，空間分布呈現(xiàn)出跟水動(dòng)力相匹配的帶狀分布[30-31]；而到了2016 年，砂含量的高值區(qū)在擴(kuò)大、轉(zhuǎn)移，除了西北部四大口門(mén)外，中灘北部、西槽、東槽均出現(xiàn)較多的斑塊狀砂含量極高值區(qū)（>80%），最高可達(dá)100%。

圖8 伶仃洋1975 年、2003—2004 年和2016 年表層沉積物砂百分含量[24]Fig.8 Percentage sand content in surface sediments of LDB in 1975, 2003?2004, 2016[24]

砂含量高值區(qū)與灣內(nèi)采砂區(qū)、航道呈現(xiàn)良好的對(duì)應(yīng)，這一定程度上佐證了采砂和航道疏浚對(duì)沉積物分布的影響。由此推測(cè)，人類(lèi)工程建設(shè)活動(dòng)引起伶仃洋表層沉積物向斑塊狀分布的演變趨勢(shì)，伶仃洋區(qū)域內(nèi)的航道浚深、采砂以及橋梁工程等人類(lèi)活動(dòng)改變?cè)撎幍乃畡?dòng)力條件、水下地形地貌，因此泥沙顆粒在該地的沉降作用與周?chē)h(huán)境相去甚遠(yuǎn)，最后呈現(xiàn)出斑塊化的特征。

值得注意，雖然1975—2016 年間伶仃洋河口灣沉積格局發(fā)生了劇烈變化，表層沉積物粒度參數(shù)和黏土、粉砂、砂三種粒級(jí)組分布區(qū)域在這40年間都呈現(xiàn)向斑塊狀分布形態(tài)發(fā)展。但是在1975 年至2003—2004 年近30 年間，伶仃洋河口灣表層沉積物粒度參數(shù)和黏土、粉砂、砂三種組分的數(shù)量和分布形態(tài)都無(wú)大規(guī)模變化，還維持原有的演變進(jìn)程，沉積格局的劇烈演變主要集中在2004—2016 年這十多年間，這與人類(lèi)開(kāi)始在河口灣內(nèi)大規(guī)模采砂時(shí)間相符。

4.2 沉積動(dòng)力環(huán)境變化及人類(lèi)活動(dòng)的作用

根據(jù)不同年代的Flemming 三角圖（圖9）分區(qū)變化可知，1975 年伶仃洋表層沉積物整體集中在D-IV和E-IV 區(qū)，2003—2004 年整體集中在C-IV 和D-IV區(qū)，而到2016年時(shí)，表層沉積物整體集中在D-Ⅲ和E-Ⅲ區(qū)。以上變化顯示出2016伶仃洋沉積動(dòng)力環(huán)境相較于前兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)顯著增強(qiáng)。測(cè)試方法的不同對(duì)沉積物在三角圖上的分布具有一定影響，因此本文根據(jù)程鵬等[29]的研究成果對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了校正，激光粒度儀測(cè)定的黏土組分平均含量為沉降法的60%。2016年伶仃洋表層沉積物平均黏土含量為26.08%，根據(jù)這一關(guān)系對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正后應(yīng)為43.47%。表層沉積物在三角圖上仍主要分布在D-Ⅲ和E-Ⅲ區(qū)，指示近40年來(lái)伶仃洋整體表現(xiàn)出動(dòng)力增強(qiáng)的趨勢(shì)。伶仃洋的潮動(dòng)力在百年尺度內(nèi)整體呈現(xiàn)出增強(qiáng)的趨勢(shì)，潮差也相應(yīng)增大，尤其中灘附近的潮能增強(qiáng)顯著[32]，動(dòng)力的增加會(huì)導(dǎo)致沉積物組分含量的變化，這與伶仃洋整體粉砂含量增加、沉積動(dòng)力增強(qiáng)相對(duì)應(yīng)。

珠江上游大壩的興建與河道過(guò)度采砂活動(dòng)減少了泥沙的輸入，導(dǎo)致輸送進(jìn)伶仃洋灣內(nèi)的泥沙主要為懸浮的細(xì)顆粒泥沙，粗顆粒組分輸入驟減，總體而言，上游輸入到伶仃洋的粗顆粒組分應(yīng)為減小，而2016年出現(xiàn)的砂、粉砂組分含量卻表現(xiàn)為明顯增大，與邊界條件變化不吻合，推測(cè)由于采砂、航道疏浚等活動(dòng)作用到海域晚更新世河床殘留粗顆粒砂，人為形成新的粗顆粒砂源，導(dǎo)致伶仃洋表層沉積物的砂、粉砂組分含量增大，在動(dòng)力作用下運(yùn)輸至距離這些工程較近的區(qū)域沉降，改變了表層沉積物各組分的含量。

4.3 人類(lèi)活動(dòng)對(duì)伶仃洋泥沙運(yùn)移趨勢(shì)的影響

2016年伶仃洋泥沙運(yùn)移趨勢(shì)分析的結(jié)果如圖10所示，由于科氏力作用和沖淡水沿西槽擴(kuò)散，泥沙運(yùn)移趨向西南方向，從淇澳島南部到灣口澳門(mén)沿岸淺灘均為泥沙聚集區(qū)。雖然伶仃洋泥沙運(yùn)移趨勢(shì)復(fù)雜，但仍可總結(jié)為“兩格局、三中心”，其中“兩格局”為內(nèi)伶仃洋格局和外伶仃洋格局，“三中心”為三個(gè)沉積中心：內(nèi)伶仃洋的泥沙主要往東北方向輸運(yùn)，在中灘、東槽處形成一個(gè)沉積中心；外伶仃洋的沉積物主要往西南方向輸運(yùn)，在西槽末端和西灘近岸處形成兩個(gè)沉積中心。

圖10 表層沉積物運(yùn)輸趨勢(shì)矢量分布Fig.10 Transport trend vectors of surface sediments of LDB

伶仃洋的表層沉積物中泥沙主要來(lái)源于上游流域輸沙，海洋方向來(lái)沙較少，2007年伶仃洋南部的表層泥沙主要向西北向輸運(yùn)，北部表層沉積物主要沿深槽向東南方向搬運(yùn)，而西部則主要沿口門(mén)向東南搬運(yùn)[33-34]。2007 年以后，采砂活動(dòng)顯著增加，主要集中于中灘及東槽北部開(kāi)展[21]，這些活動(dòng)導(dǎo)致海床在短時(shí)間內(nèi)顯著加深，由此出現(xiàn)很多斑塊狀采砂深坑[23]。到2016 年，伶仃洋沉積格局發(fā)生最大的變化為泥沙運(yùn)移模式在采砂坑周?chē)l(fā)生改變，內(nèi)伶仃洋的泥沙向中灘、東槽的采砂坑運(yùn)移，這與采砂導(dǎo)致局部區(qū)域水深增大，在采砂區(qū)的兩側(cè)淺灘的潮流向采砂區(qū)偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)水流歸槽的動(dòng)力現(xiàn)象有關(guān)，而采砂坑內(nèi)以泥沙回淤為主，坑緣以沖刷為主也驗(yàn)證了其周?chē)哪嗌齿斶\(yùn)方向?yàn)橹赶虿缮皡^(qū)域[35]。綜上所述，人工采砂導(dǎo)致中灘完整的沉積中心被分散，分別向北和向南形成兩種沉積格局、三個(gè)沉積中心，從而改變伶仃洋的沉積物“源—匯”過(guò)程。由于伶仃洋上游徑流變強(qiáng)，輸沙率變?nèi)?，更容易將泥沙帶入到外伶仃洋沉積，所以外伶仃洋顯示出兩個(gè)范圍較大的沉積中心，這與近期很多學(xué)者研究的伶仃洋的沉積中心在向南移動(dòng)的結(jié)果相一致[36-37]。

5 結(jié)論

（1）2016 年，伶仃洋表層沉積物中粉砂組分含量最多（56.67%），黏土組分含量其次（26.08%），砂含量最少（17.23%）。灣內(nèi)表層沉積物總體較細(xì)，所受到的沉積動(dòng)力作用較弱，總體分選性較差，屬于正偏中等峰度分布。沉積物類(lèi)型主要有砂、砂—粉砂—黏土、砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂和黏土質(zhì)粉砂5種，各類(lèi)型沉積物呈現(xiàn)斑塊狀分布。

（2）近40年來(lái)，伶仃洋表層沉積物的平均粒徑、粒度組分等參數(shù)的空間格局發(fā)生了顯著變化，由1975 年、2003—2004 年的明顯條帶狀的分布變?yōu)?016 年的斑塊狀分布，沉積格局的劇烈演變主要集中于2004—2016 年這十多年間，這與人類(lèi)開(kāi)始在河口灣內(nèi)大規(guī)模采砂時(shí)間相符。同時(shí)，F(xiàn)lemming 三角圖分區(qū)變化顯示出40年來(lái)伶仃洋沉積動(dòng)力環(huán)境呈顯著增強(qiáng)趨勢(shì)。

（3）伶仃洋中灘完整的沉積中心被分散，導(dǎo)致伶仃洋中部形成新的泥沙源，在漲落潮作用下，分別在內(nèi)外伶仃洋形成兩種沉積格局和三個(gè)沉積中心，改變伶仃洋泥沙的“源—匯”過(guò)程。

（4）伶仃洋沉積格局的演變，與采砂、航道浚深等人類(lèi)活動(dòng)有著密切的聯(lián)系，沉積物空間分布、沉積動(dòng)力環(huán)境、運(yùn)移趨勢(shì)等特征的變化，都反映了沉積環(huán)境對(duì)人類(lèi)工程活動(dòng)的響應(yīng)，人類(lèi)工程活動(dòng)已成為影響伶仃洋沉積格局演變的重要因素。