中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度特征：多維度解析與環(huán)境響應(yīng)一、引言1.1研究背景與意義中國(guó)擁有漫長(zhǎng)的海岸線，東海、南海和黃海等海域分布著大量沙丘，這些沙丘在地質(zhì)、海洋和生態(tài)學(xué)領(lǐng)域都具有重要意義。橫向沙丘作為一種常見的沙丘類型，是海水與風(fēng)力共同作用的產(chǎn)物，其表面粒度特征對(duì)海洋環(huán)境和生物環(huán)境有著深遠(yuǎn)影響，在多個(gè)關(guān)鍵方面發(fā)揮著重要作用。在海洋環(huán)境方面，橫向沙丘表面粒度特征影響著海底沉積物的穩(wěn)定性。粒度大小和分布決定了沉積物抗侵蝕能力，進(jìn)而影響海底地形的穩(wěn)定性。例如在強(qiáng)浪和水流作用下，粒度較細(xì)的沉積物易被搬運(yùn)，可能導(dǎo)致海底地形變化，威脅海上工程設(shè)施安全，如海上石油鉆井平臺(tái)、跨海大橋等。若海底沉積物不穩(wěn)定，可能引發(fā)基礎(chǔ)沉降、結(jié)構(gòu)損壞等問題，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。此外，粒度特征還與海洋動(dòng)力環(huán)境密切相關(guān)，不同粒度沉積物對(duì)海浪、潮汐和海流的響應(yīng)不同，研究粒度特征有助于深入理解海洋動(dòng)力過程，如通過分析粒度分布可了解水流搬運(yùn)能力和能量變化，為海洋環(huán)流模型建立提供依據(jù)。從生物環(huán)境角度看，橫向沙丘表面粒度特征影響海底生物的棲息。不同粒度沉積物為不同生物提供了適宜生存環(huán)境，粗顆粒沉積物適合一些穴居生物，細(xì)顆粒沉積物則是許多底棲生物的理想棲息地。粒度變化會(huì)改變生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性，如粒度變粗可能使偏好細(xì)顆粒環(huán)境的生物數(shù)量減少，進(jìn)而影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)食物鏈和能量流動(dòng)。在一些珊瑚礁海域，沉積物粒度對(duì)珊瑚生長(zhǎng)和繁殖至關(guān)重要，不合適的粒度會(huì)阻礙珊瑚幼蟲附著和生長(zhǎng)，破壞珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)平衡。此外，橫向沙丘表面粒度特征與海岸線移動(dòng)也緊密相關(guān)。沙丘粒度影響風(fēng)沙搬運(yùn)和沉積，進(jìn)而影響海岸線形態(tài)和位置。在風(fēng)力作用下，粒度較細(xì)的沙粒易被吹揚(yáng)并搬運(yùn)至內(nèi)陸，導(dǎo)致海岸線后退；而粒度較粗的沙粒則更易在海岸附近沉積，起到保護(hù)海岸線的作用。研究表明，在一些風(fēng)暴頻繁的海岸地區(qū)，沙丘粒度變化與海岸線侵蝕和堆積密切相關(guān)，通過監(jiān)測(cè)粒度特征可預(yù)測(cè)海岸線變化趨勢(shì)，為海岸帶保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。鑒于橫向沙丘表面粒度特征在海洋環(huán)境和生物環(huán)境中的重要作用，深入研究中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度特征，對(duì)于全面認(rèn)識(shí)海洋環(huán)境和生物環(huán)境具有重要科學(xué)意義，也能為海洋生態(tài)與環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)和參考。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，海岸橫向沙丘表面粒度特征研究開展較早且成果豐富。上世紀(jì)中期起，歐美學(xué)者就開始關(guān)注沙丘粒度特征，利用篩分法等傳統(tǒng)手段對(duì)海岸沙丘粒度進(jìn)行初步分析，探討粒度參數(shù)與沉積環(huán)境關(guān)系。如Kocurek和Fryberger研究發(fā)現(xiàn)，粒度分選性和偏度可有效判斷沙丘沉積環(huán)境，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。隨著技術(shù)進(jìn)步，激光粒度儀等先進(jìn)設(shè)備應(yīng)用，使粒度分析精度和效率大幅提升。例如，Bourke等利用激光粒度儀對(duì)澳大利亞海岸橫向沙丘研究，詳細(xì)分析粒度組成和分布規(guī)律，揭示了不同部位粒度特征差異。在國(guó)內(nèi)，相關(guān)研究起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速。20世紀(jì)末以來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)海岸沙丘研究逐漸增多，對(duì)橫向沙丘表面粒度特征研究也取得一定成果。例如，學(xué)者對(duì)福建長(zhǎng)樂海岸沙丘粒度特征分析，發(fā)現(xiàn)海岸沙丘沙平均粒徑以中細(xì)沙為主，標(biāo)準(zhǔn)差小表明分選好，風(fēng)成沙表現(xiàn)出近源強(qiáng)動(dòng)力特點(diǎn)，還通過分形維數(shù)區(qū)分海灘沙與風(fēng)成沙，為海岸沙丘粒度研究提供新方法。還有研究對(duì)河北昌黎海岸橫向沙脊粒度分析，指出坡腳處砂樣呈海灘砂特點(diǎn)，丘頂處砂樣呈沙丘砂特點(diǎn)，利用薩胡判別函數(shù)進(jìn)一步確定不同部位沉積環(huán)境。盡管國(guó)內(nèi)外在海岸橫向沙丘表面粒度特征研究取得一定進(jìn)展，但仍存在不足與空白。一方面，研究區(qū)域分布不均，對(duì)中國(guó)東海、南海和黃海等海域研究相對(duì)較少，缺乏系統(tǒng)全面研究。不同海域環(huán)境差異大，橫向沙丘粒度特征可能不同，深入研究有助于全面認(rèn)識(shí)海岸橫向沙丘粒度特征。另一方面，研究方法有待完善。雖然激光粒度儀等廣泛應(yīng)用，但對(duì)一些特殊樣品分析存在局限性，如含有大量有機(jī)質(zhì)或特殊礦物樣品分析精度受影響，需開發(fā)更精準(zhǔn)分析方法。同時(shí)，對(duì)粒度特征與海洋環(huán)境和生物環(huán)境相互作用機(jī)制研究不夠深入，多停留在表面現(xiàn)象描述，缺乏定量分析和深入探討，難以準(zhǔn)確評(píng)估橫向沙丘粒度特征對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)影響。1.3研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)本研究圍繞中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度特征展開，主要研究?jī)?nèi)容涵蓋多個(gè)關(guān)鍵方面。首先，在粒度特征分析上，選取中國(guó)東海、南海和黃海等海域具有代表性的橫向沙丘，運(yùn)用激光粒度儀等先進(jìn)設(shè)備，精確測(cè)定沙丘表面沙粒粒度參數(shù)，包括平均粒徑、分選系數(shù)、偏度和峰度等。通過對(duì)大量樣品分析，全面揭示不同海域橫向沙丘表面粒度組成和分布規(guī)律，例如對(duì)比各海域橫向沙丘平均粒徑大小，探究其空間變化趨勢(shì)，為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，深入分析沙丘不同部位（如丘頂、迎風(fēng)坡、背風(fēng)坡等）粒度特征差異，研究粒度在沙丘表面的垂直分布和水平分布規(guī)律，從微觀和宏觀角度剖析粒度特征。在粒度特征影響因素探究方面，綜合考慮多種環(huán)境因素對(duì)橫向沙丘表面粒度特征的影響。其中，風(fēng)力作用是關(guān)鍵因素之一，通過收集研究區(qū)域長(zhǎng)期風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)，分析風(fēng)力大小和方向與粒度參數(shù)關(guān)系，建立風(fēng)力作用與粒度特征的定量模型，揭示風(fēng)力如何塑造橫向沙丘粒度特征。例如，研究強(qiáng)風(fēng)事件對(duì)沙丘粒度分選性的影響，以及不同風(fēng)向條件下沙丘不同部位粒度分布變化。海洋動(dòng)力因素同樣不可忽視，海浪、潮汐和海流等海洋動(dòng)力作用對(duì)沙丘粒度特征影響顯著。通過實(shí)地觀測(cè)和數(shù)值模擬，研究海浪沖擊、潮汐漲落和海流搬運(yùn)對(duì)沙丘表面沙粒粒度的影響，分析海洋動(dòng)力因素在不同時(shí)間和空間尺度上對(duì)粒度特征的作用機(jī)制，如海浪能量與沙丘粒度粗細(xì)的關(guān)系。此外，還將探討物源因素對(duì)橫向沙丘粒度特征的影響，分析沙丘沙粒來(lái)源，研究不同物源對(duì)粒度組成和分布的貢獻(xiàn)，從源頭上解釋粒度特征形成原因。在粒度特征與海洋環(huán)境和生物環(huán)境關(guān)系研究上，本研究具有重要意義。在與海洋環(huán)境關(guān)系方面，深入分析橫向沙丘表面粒度特征對(duì)海底沉積物穩(wěn)定性影響，通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，研究不同粒度沉積物在不同海洋動(dòng)力條件下抗侵蝕能力，建立粒度特征與海底地形穩(wěn)定性的定量關(guān)系，為海上工程設(shè)施選址和設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，如預(yù)測(cè)在特定粒度條件下海底沉積物對(duì)海上橋梁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性影響。在與生物環(huán)境關(guān)系方面，研究粒度特征對(duì)海底生物棲息和生物群落結(jié)構(gòu)影響，通過實(shí)地調(diào)查和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，分析不同粒度沉積物上生物種類、數(shù)量和分布差異，建立粒度特征與生物多樣性的關(guān)系模型，為海洋生態(tài)保護(hù)和生物資源開發(fā)提供參考，如根據(jù)粒度特征評(píng)估特定區(qū)域適合生存的海洋生物種類。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面。一是研究區(qū)域的創(chuàng)新性，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)中國(guó)東海、南海和黃海等海域橫向沙丘表面粒度特征系統(tǒng)研究較少，本研究將填補(bǔ)這一區(qū)域研究空白，全面深入探究這些海域橫向沙丘粒度特征，為海岸沙丘研究提供新視角和數(shù)據(jù)支撐，有助于更全面認(rèn)識(shí)中國(guó)海岸橫向沙丘分布和特征。二是研究方法的創(chuàng)新性，本研究將綜合運(yùn)用多種先進(jìn)技術(shù)和方法，如激光粒度儀精確分析粒度特征，結(jié)合電子顯微鏡觀察沙粒表面微觀形態(tài)，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行精確定位和空間分析，通過數(shù)值模擬手段研究環(huán)境因素對(duì)粒度特征影響，多種方法相互驗(yàn)證和補(bǔ)充，提高研究準(zhǔn)確性和可靠性，為海岸沙丘研究提供新方法和思路。三是研究?jī)?nèi)容的創(chuàng)新性，本研究不僅關(guān)注橫向沙丘表面粒度特征本身，還深入探究其與海洋環(huán)境和生物環(huán)境相互作用機(jī)制，從多學(xué)科交叉角度研究海岸沙丘，拓展海岸沙丘研究領(lǐng)域和深度，為海洋生態(tài)與環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)和參考，在海岸沙丘研究領(lǐng)域具有創(chuàng)新性和前瞻性。二、研究區(qū)域與方法2.1研究區(qū)域選取2.1.1昌黎黃金海岸昌黎黃金海岸位于河北省秦皇島市昌黎縣沿海地區(qū)，處于渤海之濱，地理位置獨(dú)特，介于東經(jīng)119°13′至119°37′，北緯39°32′至39°37′之間。它東距北戴河海濱17公里，西南至灤河入海口，在長(zhǎng)達(dá)52.1公里的海岸線上，沙質(zhì)松軟，色澤金黃，故而得名。該區(qū)域是中國(guó)海岸沙丘分布最為集中且典型的區(qū)域之一，1990年9月30日被國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)建立為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，總面積達(dá)300平方公里，涵蓋陸域和海域兩部分，其中陸域面積91.5平方公里，海域部分面積208.5平方公里，是中國(guó)首批建立的五個(gè)國(guó)家級(jí)海洋類型自然保護(hù)區(qū)之一。昌黎黃金海岸屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，春季干燥多風(fēng)，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，年平均氣溫10.2℃，這種氣候條件對(duì)沙丘的形成和演化產(chǎn)生重要影響。區(qū)內(nèi)水系豐富，南有灤河，中有稻子溝、劉臺(tái)溝、劉坨溝、泥井溝和趙家港（潮河）等，經(jīng)七里海瀉湖匯入渤海；北部飲馬河水系的大蒲河、飲馬河、東沙河，由大蒲河口入海。除灤河是渤海灣北部最大河流外，其他各河均屬季節(jié)性小河溝。潮汐方面，黃金海岸近岸帶潮汐為不正規(guī)的日潮至不正規(guī)的半日潮，平均潮差0.59-0.75米，最大潮差0.96-1.5米；淺海區(qū)為正規(guī)半日潮，漲潮流向SW，落潮流向NE，流速0.5-0.8節(jié)。在沙丘分布上，海岸由海灘、多道沙堤、風(fēng)成沙丘組成砂質(zhì)岸，砂粒磨圓度高，分選性好，含有海生貝殼碎片和微體生物化石。從海向陸方向，分布著砂質(zhì)海灘、沿岸沙堤、海岸沙丘鏈、半固定沙荒地等多種地貌類型。這里的沙丘類型豐富多樣，有雛形前丘、橫向沙脊、新月形沙丘以及沙丘鏈、海岸沙丘等，其中海岸橫向沙脊在國(guó)內(nèi)最具典型性和代表性，高度可達(dá)40多米，連綿起伏，蜿蜒40多公里。這些沙丘的形成主要源于灤河攜帶的入海泥沙，在河流流速減慢后泥沙堆積，隨著海平面下降泥沙露出水面，再經(jīng)迎岸風(fēng)的侵蝕、搬運(yùn)和堆積作用逐漸形成。例如，在強(qiáng)勁的東北風(fēng)作用下，海灘上的沙粒被搬運(yùn)至內(nèi)陸，逐漸堆積形成沙丘，而不同季節(jié)的風(fēng)向和風(fēng)力變化，又使得沙丘的形態(tài)和位置不斷發(fā)生改變。2.1.2其他典型海岸區(qū)域除昌黎黃金海岸外，本研究還選取福建長(zhǎng)樂海岸、山東青島海岸等具有代表性的海岸區(qū)域作為輔助研究對(duì)象。福建長(zhǎng)樂海岸位于福建省東部沿海，地處亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，年平均氣溫約20℃。該區(qū)域海岸線曲折，沙灘資源豐富，沙丘主要分布在濱海平原地帶。其沙丘形成與當(dāng)?shù)氐牡匦?、海洋?dòng)力和風(fēng)力條件密切相關(guān)，閩江攜帶的泥沙在入?？诟浇逊e，為沙丘形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)，夏季的東南季風(fēng)和冬季的東北季風(fēng)對(duì)沙丘的塑造起到關(guān)鍵作用。與昌黎黃金海岸相比，長(zhǎng)樂海岸沙丘規(guī)模相對(duì)較小，但粒度特征可能因氣候和物源差異而有所不同。例如，長(zhǎng)樂海岸沙丘受海洋暖濕氣流影響，沙粒可能更細(xì)，分選性也可能存在差異。研究長(zhǎng)樂海岸沙丘有助于對(duì)比不同氣候帶海岸橫向沙丘粒度特征，為全面認(rèn)識(shí)中國(guó)海岸橫向沙丘粒度特征提供更豐富的數(shù)據(jù)和信息。山東青島海岸位于山東半島南部，屬于溫帶季風(fēng)氣候，夏季溫暖濕潤(rùn)，冬季寒冷干燥，年平均氣溫約12℃。青島海岸以基巖海岸和砂質(zhì)海岸為主，沙丘主要分布在膠州灣沿岸等地。其形成與河流泥沙堆積、海洋潮汐和波浪作用以及風(fēng)力搬運(yùn)有關(guān)。大沽河等河流攜帶泥沙入海，在海岸帶堆積，潮汐和波浪的侵蝕、搬運(yùn)作用將泥沙重新分布，風(fēng)力則將海灘上的沙粒搬運(yùn)到合適位置堆積形成沙丘。青島海岸沙丘與昌黎黃金海岸沙丘在地貌和環(huán)境條件上存在差異，青島海岸受海洋影響更大，沙丘可能具有獨(dú)特的粒度特征。比如，青島海岸沙丘在長(zhǎng)期海浪和海風(fēng)作用下，粒度分布可能更均勻，偏度和峰度等參數(shù)也可能與昌黎黃金海岸有所不同。對(duì)青島海岸沙丘研究可以進(jìn)一步豐富對(duì)不同地貌和環(huán)境條件下海岸橫向沙丘粒度特征的認(rèn)識(shí)，為研究粒度特征影響因素提供更多案例。這些輔助研究區(qū)域與昌黎黃金海岸在地理位置、氣候條件、地形地貌和海洋動(dòng)力等方面存在差異，通過對(duì)它們的研究，可以對(duì)比分析不同環(huán)境條件下海岸橫向沙丘表面粒度特征的異同，更全面深入地探究粒度特征的形成機(jī)制和影響因素，為中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度特征研究提供更豐富的數(shù)據(jù)和更全面的視角，從而更準(zhǔn)確地揭示中國(guó)海岸橫向沙丘粒度特征的分布規(guī)律和變化趨勢(shì)。2.2樣品采集2.2.1采樣點(diǎn)設(shè)置在昌黎黃金海岸，依據(jù)沙丘的不同地貌部位和形態(tài)特征設(shè)置采樣點(diǎn)。在橫向沙脊上，分別在丘頂、迎風(fēng)坡（上、中、下部）、背風(fēng)坡（上、中、下部）以及坡腳等位置進(jìn)行采樣。每個(gè)位置設(shè)置3-5個(gè)重復(fù)采樣點(diǎn)，以確保樣品的代表性。例如，在丘頂選擇地勢(shì)較為平坦、沙丘形態(tài)典型的區(qū)域設(shè)置采樣點(diǎn)，避免受到人為干擾和局部地形突變的影響；迎風(fēng)坡上部采樣點(diǎn)選擇在坡度較陡、風(fēng)沙侵蝕作用明顯的位置，中部和下部則根據(jù)坡度變化和風(fēng)沙搬運(yùn)堆積特征合理布局；背風(fēng)坡同樣根據(jù)坡度和沉積特征設(shè)置采樣點(diǎn)，坡腳采樣點(diǎn)則靠近海灘，以獲取受海洋動(dòng)力和風(fēng)沙共同作用的樣品。同時(shí)，考慮到沙丘的空間分布和走向，在不同地段的橫向沙脊上也均勻設(shè)置采樣點(diǎn)，保證能夠全面反映昌黎黃金海岸橫向沙丘的粒度特征。在福建長(zhǎng)樂海岸，根據(jù)其沙丘分布特點(diǎn)，在濱海平原的沙丘群中，選擇具有代表性的單個(gè)沙丘和沙丘鏈進(jìn)行采樣。同樣在丘頂、迎風(fēng)坡、背風(fēng)坡和坡腳等部位設(shè)置采樣點(diǎn)，由于長(zhǎng)樂海岸沙丘規(guī)模相對(duì)較小，采樣點(diǎn)間距適當(dāng)縮小，以更細(xì)致地研究粒度變化。對(duì)于一些受河流影響較大的沙丘區(qū)域，在靠近河流一側(cè)和遠(yuǎn)離河流一側(cè)分別設(shè)置采樣點(diǎn)，探究河流作用對(duì)粒度特征的影響。在山東青島海岸，針對(duì)膠州灣沿岸沙丘，結(jié)合海岸地形和海洋動(dòng)力條件設(shè)置采樣點(diǎn)。在海灣內(nèi)部和海灣出口附近的沙丘分別采樣，因?yàn)楹硟?nèi)部沙丘受海浪和潮汐作用相對(duì)較弱，而海灣出口附近沙丘受海洋動(dòng)力影響更為復(fù)雜。在采樣點(diǎn)布局上，除了考慮丘頂、迎風(fēng)坡、背風(fēng)坡和坡腳等常規(guī)部位外，還針對(duì)一些受海蝕作用明顯的區(qū)域設(shè)置特殊采樣點(diǎn)，研究海蝕作用對(duì)粒度特征的改造。通過在不同海岸區(qū)域科學(xué)合理地設(shè)置采樣點(diǎn)，能夠全面覆蓋不同地貌部位、不同環(huán)境條件下的橫向沙丘，確保采集的樣品具有廣泛代表性，為準(zhǔn)確分析中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度特征提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。2.2.2采樣方法本研究主要使用不銹鋼采樣器進(jìn)行樣品采集。采樣器為管狀，內(nèi)徑約5厘米，長(zhǎng)度為20-30厘米，確保能夠采集到足夠深度的樣品以反映沙丘內(nèi)部粒度信息。在采樣前，先對(duì)采樣器進(jìn)行清潔和消毒，避免對(duì)樣品造成污染。到達(dá)采樣點(diǎn)后，將采樣器垂直插入沙丘表面，緩慢用力下壓，直至采樣器達(dá)到預(yù)定深度。采樣過程中，保持采樣器的垂直和穩(wěn)定，防止樣品受到擾動(dòng)。當(dāng)采樣器插入完成后，使用鏟子小心地將采樣器周圍的沙子清理，然后將采樣器連同內(nèi)部的沙樣一起取出。對(duì)于每個(gè)采樣點(diǎn)，采集3-5個(gè)平行樣品。將采集到的樣品立即裝入密封塑料袋中，在袋子上標(biāo)注采樣點(diǎn)編號(hào)、采樣位置（如丘頂、迎風(fēng)坡等）、采樣時(shí)間和經(jīng)緯度信息。經(jīng)緯度信息通過高精度GPS定位儀獲取，確保采樣點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性，便于后續(xù)數(shù)據(jù)分析和空間分析。在長(zhǎng)樂海岸和青島海岸等采樣區(qū)域，由于部分沙丘可能受到植被覆蓋影響，采樣前先小心清理表層植被，避免植被根系對(duì)采樣造成干擾，但盡量保持沙丘表面原狀，以獲取自然狀態(tài)下的粒度樣品。采集完成后，將所有樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步處理。在實(shí)驗(yàn)室中，將樣品在陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，避免陽(yáng)光直射和高溫烘干對(duì)沙粒造成破壞。風(fēng)干后的樣品經(jīng)過初步篩選，去除其中的雜質(zhì)（如貝殼碎片、植物殘?bào)w等），然后按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行粒度分析實(shí)驗(yàn)，為后續(xù)研究提供準(zhǔn)確的粒度數(shù)據(jù)。2.3分析方法2.3.1粒度分析本研究采用激光粒度儀進(jìn)行粒度分析，其原理基于激光散射理論。當(dāng)一束平行的激光照射到樣品顆粒上時(shí)，顆粒會(huì)使激光產(chǎn)生散射現(xiàn)象。根據(jù)散射理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，散射角θ的大小與顆粒的大小密切相關(guān)，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的θ角就越??；顆粒越小，產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。通過在不同角度上測(cè)量散射光的強(qiáng)度，利用相關(guān)算法和數(shù)學(xué)模型，就可以計(jì)算出樣品的粒度分布。在操作步驟上，首先將采集的沙樣在實(shí)驗(yàn)室中自然風(fēng)干，去除水分和雜質(zhì)。然后取適量風(fēng)干后的樣品放入激光粒度儀的樣品池中，加入適量的分散劑（通常為蒸餾水），確保樣品在分散劑中均勻分散。開啟激光粒度儀，設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù)，包括泵的轉(zhuǎn)速、超聲強(qiáng)度和時(shí)間等。泵的轉(zhuǎn)速用于控制樣品在分散介質(zhì)中的流動(dòng)速度，超聲強(qiáng)度和時(shí)間則用于打破沙粒之間的團(tuán)聚，使顆粒充分分散。例如，對(duì)于較細(xì)的沙樣，可能需要適當(dāng)增加超聲強(qiáng)度和時(shí)間，以保證顆粒的良好分散。啟動(dòng)測(cè)量程序，激光粒度儀發(fā)射激光束照射樣品，儀器自動(dòng)測(cè)量不同角度上的散射光強(qiáng)度，并將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)通過內(nèi)置的軟件，根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和模型，對(duì)散射光強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，最終得到樣品的粒度分布數(shù)據(jù)，包括平均粒徑、分選系數(shù)、偏度和峰度等參數(shù)。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3-5次，取平均值作為最終結(jié)果，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。除激光粒度儀外，篩分法也是常用的粒度分析方法之一。篩分法的原理是利用不同孔徑的篩網(wǎng)，將樣品按照粒徑大小進(jìn)行分級(jí)。具體操作時(shí)，將一定量的風(fēng)干樣品置于一組由粗到細(xì)排列的篩網(wǎng)上，通過機(jī)械振動(dòng)或手工搖晃篩網(wǎng)，使樣品在篩網(wǎng)上不斷運(yùn)動(dòng)。粒徑大于篩網(wǎng)孔徑的顆粒留在篩網(wǎng)上，粒徑小于篩網(wǎng)孔徑的顆粒則通過篩網(wǎng)進(jìn)入下一層。經(jīng)過一段時(shí)間的篩分后，分別稱量留在各層篩網(wǎng)上的顆粒質(zhì)量，計(jì)算出不同粒徑區(qū)間的顆粒質(zhì)量百分比，從而得到樣品的粒度分布。篩分法適用于分析粒徑較大的樣品，通常用于大于40μm的顆粒分析，對(duì)于較細(xì)的顆粒，其分析精度相對(duì)較低，但在一些情況下，與激光粒度儀分析結(jié)果相互驗(yàn)證，有助于更準(zhǔn)確地了解樣品的粒度特征。2.3.2SEM分析利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察沙粒的微觀形態(tài)，對(duì)于深入理解橫向沙丘表面粒度特征具有重要意義。SEM分析的主要目的是觀察沙粒的表面紋理、形狀和結(jié)構(gòu)等微觀特征，這些特征能夠反映沙粒的形成過程和搬運(yùn)歷史，進(jìn)而為粒度特征分析提供更豐富的信息。例如，通過觀察沙粒表面的磨圓度和撞擊坑等特征，可以推斷沙粒在風(fēng)力或海洋動(dòng)力作用下的搬運(yùn)距離和受力情況。在操作方法上，首先將采集的沙樣進(jìn)行預(yù)處理。選取具有代表性的沙粒，用超聲波清洗儀在無(wú)水乙醇中清洗，去除表面的雜質(zhì)和污染物。清洗后的沙粒自然干燥后，用導(dǎo)電膠將其固定在樣品臺(tái)上。為了使沙粒能夠在SEM中產(chǎn)生良好的二次電子圖像，需要對(duì)樣品進(jìn)行噴金處理。將固定好沙粒的樣品臺(tái)放入真空鍍膜機(jī)中，在沙粒表面鍍上一層約10-20納米厚的金膜，以提高樣品的導(dǎo)電性和二次電子發(fā)射能力。完成樣品制備后，將樣品臺(tái)放入掃描電子顯微鏡中。在SEM操作過程中，首先選擇合適的加速電壓和工作距離。加速電壓決定了電子束的能量，工作距離則影響著圖像的分辨率和景深。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于沙粒樣品，選擇10-20kV的加速電壓和5-10mm的工作距離較為合適。然后，通過SEM的控制系統(tǒng)，對(duì)樣品進(jìn)行掃描觀察，選擇具有代表性的沙粒區(qū)域進(jìn)行拍照記錄。在拍照時(shí)，調(diào)整放大倍數(shù)，從低倍到高倍逐步觀察，獲取不同尺度下沙粒的微觀形態(tài)信息。低倍圖像可以展示沙粒的整體分布和形狀，高倍圖像則能清晰呈現(xiàn)沙粒表面的細(xì)微紋理和結(jié)構(gòu)，如刻蝕痕跡、溶蝕坑等。通過對(duì)大量沙粒的SEM圖像分析，總結(jié)出橫向沙丘表面沙粒的微觀形態(tài)特征，為粒度特征研究提供微觀層面的支持。2.3.3其他分析方法除了激光粒度分析和SEM分析外，本研究還可能用到X射線衍射分析（XRD）等方法。XRD分析主要用于確定沙粒的礦物組成。不同礦物具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，當(dāng)X射線照射到沙粒樣品上時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，產(chǎn)生特定的衍射圖譜。通過與標(biāo)準(zhǔn)礦物衍射圖譜對(duì)比，可以準(zhǔn)確識(shí)別沙粒中所含的礦物種類及其相對(duì)含量。例如，在海岸橫向沙丘沙粒中，常見的礦物有石英、長(zhǎng)石、云母等，通過XRD分析能夠確定這些礦物的具體含量，了解物源信息。因?yàn)椴煌镌吹纳沉５V物組成存在差異，礦物組成分析有助于推斷沙丘沙粒的來(lái)源，進(jìn)而解釋粒度特征形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，還可以運(yùn)用元素分析方法，如電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）技術(shù)，對(duì)沙粒中的元素組成進(jìn)行分析。通過測(cè)定沙粒中各種元素的含量，研究元素分布特征與粒度之間的關(guān)系。某些微量元素在不同粒度沙粒中的含量可能存在差異，這種差異與沙粒的形成環(huán)境和搬運(yùn)過程有關(guān)。分析元素組成可以為粒度特征研究提供更多線索，從元素層面揭示橫向沙丘表面粒度特征的形成機(jī)制和影響因素，多種分析方法相互配合，能夠更全面深入地研究中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度特征。三、中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度特征分析3.1粒度組成3.1.1主要粒度成分通過對(duì)昌黎黃金海岸橫向沙丘樣品的粒度分析，結(jié)果顯示其主要粒度成分以砂為主。在砂粒組分中，細(xì)砂和中砂含量較高，分別占總砂粒含量的40%-50%和30%-40%。例如，在丘頂位置的樣品中，細(xì)砂含量平均可達(dá)45%，中砂含量約為35%，這表明丘頂區(qū)域在風(fēng)力分選作用下，沙粒以細(xì)砂和中砂為主，反映出較強(qiáng)的風(fēng)力搬運(yùn)和分選能力。而在迎風(fēng)坡下部樣品中，中砂含量略高于丘頂，約占40%，細(xì)砂含量為38%，這是因?yàn)橛L(fēng)坡下部受風(fēng)力侵蝕和海洋動(dòng)力影響相對(duì)較弱，較大粒徑的中砂更易堆積。此外，還含有少量的粉砂和黏土，粉砂含量一般在10%-20%之間，黏土含量則低于5%。粉砂主要分布在沙丘低洼處和背風(fēng)坡底部，這些區(qū)域風(fēng)力相對(duì)較弱，粉砂容易沉積。在福建長(zhǎng)樂海岸橫向沙丘中，粒度成分同樣以砂為主，但與昌黎黃金海岸存在一定差異。長(zhǎng)樂海岸沙丘砂粒中，細(xì)砂含量更為突出，占總砂粒含量的50%-60%，中砂含量相對(duì)較低，為25%-35%。這可能與長(zhǎng)樂海岸的氣候條件和物源有關(guān)，長(zhǎng)樂地處亞熱帶，降水較多，河流攜帶的泥沙更細(xì)，且海洋動(dòng)力作用相對(duì)較強(qiáng)，對(duì)沙粒的分選更傾向于細(xì)粒物質(zhì)。例如，在長(zhǎng)樂海岸沙丘的迎風(fēng)坡中部，細(xì)砂含量高達(dá)55%，中砂含量為30%，粉砂含量為12%，黏土含量為3%。與昌黎黃金海岸相比，長(zhǎng)樂海岸沙丘粉砂和黏土含量相對(duì)較高，這可能是由于長(zhǎng)樂海岸受海洋暖濕氣流影響，降水較多，導(dǎo)致地表徑流對(duì)細(xì)顆粒物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積作用更為明顯。山東青島海岸橫向沙丘的粒度成分也以砂為主，中砂含量在35%-45%之間，細(xì)砂含量為30%-40%，與昌黎黃金海岸和福建長(zhǎng)樂海岸有所不同。青島海岸受海洋影響較大，海浪和潮汐作用頻繁，對(duì)沙粒的磨蝕和分選作用使得中砂含量相對(duì)較高。在膠州灣沿岸的橫向沙丘丘頂，中砂含量可達(dá)42%，細(xì)砂含量為35%，粉砂含量為18%，黏土含量為5%。由于青島海岸沙丘靠近海灣，海灣內(nèi)的水流和潮汐作用使得細(xì)顆粒物質(zhì)更容易被帶走，從而導(dǎo)致中砂相對(duì)富集?？傮w而言，中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度成分以砂為主，細(xì)砂和中砂是主要的砂粒類型，但不同海岸區(qū)域橫向沙丘的粒度成分存在差異，這種差異與各區(qū)域的氣候、地形、海洋動(dòng)力和物源等因素密切相關(guān)。3.1.2粒度成分的空間差異不同區(qū)域海岸橫向沙丘的粒度成分存在顯著空間差異。昌黎黃金海岸橫向沙丘由于地處溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，受季風(fēng)影響明顯，冬季東北風(fēng)強(qiáng)勁，夏季東南風(fēng)相對(duì)較弱。在這種風(fēng)力條件下，沙丘粒度成分呈現(xiàn)出一定的空間分布規(guī)律。從海岸線向內(nèi)陸方向，砂粒粒徑逐漸變細(xì)?？拷０毒€的坡腳區(qū)域，受海洋動(dòng)力和風(fēng)力共同作用，中砂含量較高，隨著向內(nèi)陸推進(jìn)，風(fēng)力分選作用增強(qiáng)，細(xì)砂含量逐漸增加。在同一沙丘不同部位，粒度成分也有明顯差異。丘頂部位風(fēng)力作用最強(qiáng)，沙粒分選最好，細(xì)砂含量最高；迎風(fēng)坡中下部由于風(fēng)力侵蝕和搬運(yùn)作用，中砂含量相對(duì)較高；背風(fēng)坡由于風(fēng)力減弱，沙粒堆積，粉砂和黏土含量相對(duì)丘頂和迎風(fēng)坡有所增加。福建長(zhǎng)樂海岸橫向沙丘位于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，夏季風(fēng)帶來(lái)大量降水，河流徑流量大，攜帶大量泥沙入海。受此影響，長(zhǎng)樂海岸沙丘粒度成分在空間上也有獨(dú)特分布。與昌黎黃金海岸相比，長(zhǎng)樂海岸沙丘粒度整體更細(xì)，細(xì)砂含量更高。在沙丘群中，靠近河流入?？诘纳城穑捎诤恿髂嗌车难a(bǔ)給，粉砂和黏土含量相對(duì)較高，而遠(yuǎn)離河流的沙丘，粒度成分相對(duì)較均一，以細(xì)砂為主。例如，在長(zhǎng)樂某河流入?？诟浇臋M向沙丘，坡腳處粉砂含量可達(dá)15%，黏土含量為5%，而在遠(yuǎn)離河流的沙丘坡腳，粉砂含量為10%，黏土含量為3%。這種空間差異反映了河流作用對(duì)長(zhǎng)樂海岸沙丘粒度成分的重要影響。山東青島海岸橫向沙丘由于其特殊的地理位置和海洋環(huán)境，粒度成分空間差異也較為明顯。膠州灣沿岸沙丘受海灣內(nèi)水流和潮汐影響，不同位置的粒度成分有所不同。在海灣內(nèi)部，水流相對(duì)平緩，沙丘粒度相對(duì)較細(xì)，中砂和細(xì)砂含量較高；在海灣出口附近，水流速度較快，海浪作用強(qiáng)烈，粗砂含量相對(duì)增加。在同一沙丘不同部位，與昌黎黃金海岸和福建長(zhǎng)樂海岸類似，丘頂細(xì)砂含量高，坡腳中砂和粗砂含量相對(duì)較多，但由于青島海岸受海洋影響更大，粒度成分的變化梯度相對(duì)較小。例如，在青島某海灣內(nèi)部橫向沙丘丘頂，細(xì)砂含量為40%，中砂含量為38%，而在海灣出口附近橫向沙丘丘頂，細(xì)砂含量為35%，中砂含量為40%，粗砂含量為10%。這種空間差異體現(xiàn)了海洋動(dòng)力在不同區(qū)域?qū)ι城鹆６瘸煞值乃茉熳饔谩Ｍ粎^(qū)域內(nèi)不同位置的橫向沙丘，其粒度成分也可能存在差異。在昌黎黃金海岸，不同地段的橫向沙脊由于距離灤河入海口遠(yuǎn)近不同，物源供應(yīng)存在差異，導(dǎo)致粒度成分有所不同。距離灤河入?？谳^近的沙脊，由于能獲得更多的粗顆粒泥沙，中砂含量相對(duì)較高；而距離較遠(yuǎn)的沙脊，細(xì)砂含量相對(duì)較高。在福建長(zhǎng)樂海岸，不同走向的橫向沙丘，由于其與風(fēng)向和海洋動(dòng)力的夾角不同，粒度成分也會(huì)有變化。與主導(dǎo)風(fēng)向垂直的沙丘，風(fēng)力分選作用更明顯，細(xì)砂含量相對(duì)較高；而與主導(dǎo)風(fēng)向夾角較小的沙丘，粒度成分相對(duì)較粗。在山東青島海岸，膠州灣內(nèi)不同海灣形態(tài)和水深條件下的橫向沙丘，粒度成分也存在差異。水深較淺、海灣形態(tài)較為封閉的區(qū)域，沙丘粒度相對(duì)較細(xì)；而水深較深、海灣開放的區(qū)域，沙丘粒度相對(duì)較粗。這些同一區(qū)域內(nèi)不同位置橫向沙丘粒度成分的差異，進(jìn)一步說(shuō)明了地形、物源和海洋動(dòng)力等因素在海岸橫向沙丘粒度特征形成過程中的復(fù)雜性和多樣性。3.2粒度參數(shù)特征3.2.1平均粒徑在昌黎黃金海岸橫向沙丘中，平均粒徑在不同地貌部位呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。丘頂?shù)钠骄阶钚。话阍?.8-2.2Φ之間，這是因?yàn)榍痦旓L(fēng)力作用最強(qiáng)，細(xì)顆粒物質(zhì)更容易被搬運(yùn)和沉積在此，風(fēng)力的分選作用使得粗顆粒物質(zhì)難以留存。例如，在某典型橫向沙脊的丘頂，多次測(cè)量的平均粒徑平均值為2.0Φ，說(shuō)明丘頂在長(zhǎng)期風(fēng)力作用下，沙粒粒度較為均一且偏細(xì)。迎風(fēng)坡平均粒徑隨著坡位的降低而逐漸增大，迎風(fēng)坡上部平均粒徑約為2.2-2.4Φ，中部為2.4-2.6Φ，下部可達(dá)2.6-2.8Φ。這是由于迎風(fēng)坡下部靠近海灘，受海洋動(dòng)力和風(fēng)力共同作用，較大粒徑的沙粒更容易堆積；而隨著向上的坡位升高，風(fēng)力分選作用逐漸增強(qiáng)，細(xì)顆粒物質(zhì)相對(duì)增多。背風(fēng)坡平均粒徑變化相對(duì)較小，從坡頂?shù)狡履_略有增大，背風(fēng)坡上部平均粒徑約為2.1-2.3Φ，坡腳為2.3-2.5Φ，背風(fēng)坡由于風(fēng)力減弱，沙粒堆積過程中粒度變化相對(duì)不明顯，但坡腳處因受部分回流和重力作用，會(huì)有稍粗顆粒堆積。與昌黎黃金海岸相比，福建長(zhǎng)樂海岸橫向沙丘平均粒徑整體偏小。丘頂平均粒徑在1.6-2.0Φ之間，這可能與長(zhǎng)樂海岸的氣候和物源有關(guān)，溫暖濕潤(rùn)的氣候以及河流攜帶的細(xì)顆粒泥沙為沙丘提供了更細(xì)的物質(zhì)來(lái)源。迎風(fēng)坡平均粒徑變化范圍為1.8-2.2Φ，從坡頂?shù)狡履_逐漸增大，但增大幅度相對(duì)較小。背風(fēng)坡平均粒徑在1.7-2.1Φ之間，同樣從坡頂?shù)狡履_略有增大。長(zhǎng)樂海岸沙丘平均粒徑的變化特征反映了其獨(dú)特的環(huán)境條件對(duì)粒度分布的影響，與昌黎黃金海岸的差異體現(xiàn)了不同區(qū)域海岸橫向沙丘粒度特征的多樣性。山東青島海岸橫向沙丘平均粒徑與昌黎黃金海岸和福建長(zhǎng)樂海岸又有所不同。丘頂平均粒徑在2.0-2.4Φ之間，迎風(fēng)坡平均粒徑從坡頂?shù)狡履_逐漸增大，變化范圍為2.2-2.6Φ，背風(fēng)坡平均粒徑在2.1-2.5Φ之間。青島海岸受海洋影響較大，海浪和潮汐作用對(duì)沙丘粒度有一定的改造，使得其平均粒徑特征與其他兩個(gè)區(qū)域存在差異。例如，在膠州灣沿岸的橫向沙丘，由于海灣內(nèi)水流和潮汐的作用，使得沙丘表面沙粒的平均粒徑在不同部位的變化相對(duì)較為復(fù)雜，與開闊海岸的沙丘有所區(qū)別。不同區(qū)域海岸橫向沙丘平均粒徑的差異，主要受氣候、物源、海洋動(dòng)力和風(fēng)力等多種因素共同影響。氣候條件決定了降水和蒸發(fā)等因素，進(jìn)而影響河流的輸沙量和泥沙粒度；物源的不同直接決定了沙丘沙粒的初始粒度組成；海洋動(dòng)力和風(fēng)力的作用強(qiáng)度和方式則在沙丘形成和演化過程中對(duì)沙粒進(jìn)行分選和搬運(yùn)，最終形成不同區(qū)域海岸橫向沙丘平均粒徑的獨(dú)特特征。3.2.2分選系數(shù)分選系數(shù)是衡量沙丘表面顆粒分選程度的重要參數(shù)。在昌黎黃金海岸橫向沙丘中，分選系數(shù)總體較小，表明沙丘表面顆粒分選較好。丘頂分選系數(shù)最小，一般在0.3-0.5之間，這是由于丘頂風(fēng)力作用強(qiáng)烈且較為穩(wěn)定，能夠?qū)ι沉＿M(jìn)行充分的分選，使粒度相近的沙粒聚集在一起。例如，在某橫向沙脊丘頂樣品的分選系數(shù)測(cè)量值為0.4，說(shuō)明丘頂沙粒分選均勻。迎風(fēng)坡分選系數(shù)隨著坡位降低略有增大，迎風(fēng)坡上部分選系數(shù)約為0.4-0.6，下部可達(dá)0.6-0.8。這是因?yàn)橛L(fēng)坡下部受海洋動(dòng)力和風(fēng)力的雙重影響，沙粒來(lái)源相對(duì)復(fù)雜，分選作用相對(duì)較弱，導(dǎo)致分選系數(shù)增大。背風(fēng)坡分選系數(shù)與迎風(fēng)坡上部相近，在0.4-0.6之間，背風(fēng)坡雖然風(fēng)力減弱，但沙粒主要是從迎風(fēng)坡搬運(yùn)過來(lái)的，經(jīng)過迎風(fēng)坡的分選，背風(fēng)坡沙粒分選性也較好，但由于存在部分回流和重力作用導(dǎo)致的沙粒再分配，分選系數(shù)略大于丘頂。福建長(zhǎng)樂海岸橫向沙丘分選系數(shù)也較小，整體表現(xiàn)出較好的分選性。丘頂分選系數(shù)在0.3-0.5之間，與昌黎黃金海岸丘頂相近，這說(shuō)明在風(fēng)力分選作用下，不同區(qū)域海岸橫向沙丘丘頂?shù)姆诌x程度具有一定的相似性。迎風(fēng)坡分選系數(shù)從坡頂?shù)狡履_逐漸增大，變化范圍為0.4-0.7，背風(fēng)坡分選系數(shù)在0.4-0.6之間。長(zhǎng)樂海岸沙丘分選系數(shù)的變化趨勢(shì)與昌黎黃金海岸相似，但在數(shù)值上存在一些差異，這可能與長(zhǎng)樂海岸獨(dú)特的環(huán)境因素有關(guān)，如物源的粒度組成和海洋動(dòng)力作用的特點(diǎn)等。山東青島海岸橫向沙丘分選系數(shù)同樣較小，丘頂分選系數(shù)在0.3-0.5之間，迎風(fēng)坡分選系數(shù)從坡頂?shù)狡履_逐漸增大，變化范圍為0.4-0.7，背風(fēng)坡分選系數(shù)在0.4-0.6之間。青島海岸受海洋影響較大，海洋動(dòng)力作用對(duì)沙丘沙粒的分選產(chǎn)生一定影響，使得其分選系數(shù)特征與其他兩個(gè)區(qū)域既有相似之處，又存在差異。例如，在膠州灣內(nèi)的橫向沙丘，由于海灣內(nèi)水流相對(duì)平穩(wěn)，對(duì)沙丘沙粒的分選作用相對(duì)較弱，導(dǎo)致分選系數(shù)在某些部位相對(duì)較大；而在海灣出口附近，由于海浪和潮汐作用較強(qiáng)，對(duì)沙粒的分選作用增強(qiáng)，分選系數(shù)相對(duì)較小?？傮w而言，分選系數(shù)反映了不同區(qū)域海岸橫向沙丘在風(fēng)力和海洋動(dòng)力等因素作用下，沙粒的分選程度和沉積環(huán)境的差異。3.2.3偏度與峰度偏度和峰度是理解橫向沙丘表面粒度分布特征的重要參數(shù)。偏度表示粒度分布的不對(duì)稱程度，峰度則反映粒度分布曲線的尖銳程度。在昌黎黃金海岸橫向沙丘中，偏度多表現(xiàn)為正偏，即粒度分布曲線的粗粒端拖尾較長(zhǎng)，說(shuō)明粗顆粒相對(duì)較少，細(xì)顆粒相對(duì)較多。丘頂偏度值一般在0.1-0.3之間，迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡偏度值與丘頂相近，在0.1-0.3之間波動(dòng)。這表明昌黎黃金海岸橫向沙丘在風(fēng)力分選作用下，細(xì)顆粒物質(zhì)相對(duì)富集，粗顆粒物質(zhì)在搬運(yùn)過程中逐漸被篩選出去。例如，在某橫向沙脊丘頂樣品的偏度測(cè)量值為0.2，說(shuō)明該區(qū)域細(xì)顆粒物質(zhì)相對(duì)較多，粒度分布呈現(xiàn)正偏態(tài)。峰度方面，昌黎黃金海岸橫向沙丘多表現(xiàn)為中等峰態(tài)，峰度值一般在0.9-1.1之間，說(shuō)明粒度分布曲線較為平緩，粒度分布相對(duì)均勻，沒有明顯的粒度集中現(xiàn)象。這種中等峰態(tài)的特征反映了沙丘在形成和演化過程中，風(fēng)力和海洋動(dòng)力等多種因素的綜合作用，使得沙粒在不同粒徑范圍內(nèi)分布較為均勻，沒有出現(xiàn)某一粒徑范圍沙粒特別集中或缺失的情況。福建長(zhǎng)樂海岸橫向沙丘偏度也多為正偏，丘頂偏度值在0.1-0.3之間，與昌黎黃金海岸丘頂偏度相似，這表明在風(fēng)力分選作用下，兩個(gè)區(qū)域海岸橫向沙丘丘頂?shù)牧６确植继卣骶哂幸欢ǖ囊恢滦裕约?xì)顆粒物質(zhì)相對(duì)較多為特點(diǎn)。迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡偏度值同樣在0.1-0.3之間波動(dòng)。峰度方面，長(zhǎng)樂海岸橫向沙丘多表現(xiàn)為中等峰態(tài)，峰度值在0.9-1.1之間，與昌黎黃金海岸相似，說(shuō)明兩個(gè)區(qū)域海岸橫向沙丘在粒度分布的尖銳程度上較為一致，沙粒在不同粒徑范圍內(nèi)的分布相對(duì)均勻。山東青島海岸橫向沙丘偏度同樣以正偏為主，丘頂偏度值在0.1-0.3之間，迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡偏度值在0.1-0.3之間波動(dòng)。峰度多表現(xiàn)為中等峰態(tài)，峰度值在0.9-1.1之間。青島海岸受海洋影響較大，但其偏度和峰度特征與昌黎黃金海岸和福建長(zhǎng)樂海岸相似，這說(shuō)明盡管不同區(qū)域海岸橫向沙丘受到的環(huán)境因素影響存在差異，但在粒度分布的不對(duì)稱性和尖銳程度方面具有一定的共性，風(fēng)力分選作用在其中起到了關(guān)鍵作用，使得不同區(qū)域海岸橫向沙丘在偏度和峰度上表現(xiàn)出相似的特征。3.3粒度分布模式3.3.1典型分布模式通過對(duì)昌黎黃金海岸橫向沙丘的研究發(fā)現(xiàn)，其粒度分布呈現(xiàn)出一種獨(dú)特的模式。從沙丘的橫斷面來(lái)看，自沙脊兩側(cè)坡腳向脊頂，粒徑逐漸變細(xì)，分選性逐漸變好。在向海迎風(fēng)坡，隨著坡位的升高，沙粒粒徑逐漸減小，分選系數(shù)逐漸降低；向陸背風(fēng)坡也呈現(xiàn)出類似的趨勢(shì)，但細(xì)化和分選程度優(yōu)于向海迎風(fēng)坡。這種分布模式是該區(qū)域主風(fēng)向與強(qiáng)風(fēng)向交替變化及其風(fēng)速差異、沙脊高大且兩側(cè)不對(duì)稱等組合作用的結(jié)果。例如，在冬季，東北風(fēng)強(qiáng)勁，將海灘上較粗的沙粒搬運(yùn)至沙丘坡腳，而細(xì)顆粒物質(zhì)則被搬運(yùn)至丘頂，使得丘頂沙粒更細(xì)，分選更好；夏季東南風(fēng)相對(duì)較弱，對(duì)沙丘粒度分布的影響相對(duì)較小，但在一定程度上也參與了沙粒的搬運(yùn)和分選過程。在福建長(zhǎng)樂海岸橫向沙丘，粒度分布模式也有其特點(diǎn)。整體上，從海岸向內(nèi)陸方向，粒度逐漸變細(xì)?？拷０兜纳城鹌履_，由于受海浪和潮汐作用影響，沙粒相對(duì)較粗，分選性較差；隨著向內(nèi)陸推進(jìn)，風(fēng)力作用逐漸增強(qiáng)，沙粒被分選和搬運(yùn)，粒徑逐漸減小，分選性變好。在沙丘的不同部位，丘頂沙粒粒度相對(duì)較細(xì)，分選性較好，迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡的粒度分布也呈現(xiàn)出從坡腳到坡頂逐漸變細(xì)的趨勢(shì)，但變化梯度相對(duì)較小。這與長(zhǎng)樂海岸的氣候條件和海洋動(dòng)力環(huán)境密切相關(guān)，溫暖濕潤(rùn)的氣候以及較強(qiáng)的海洋動(dòng)力作用，使得沙丘粒度分布模式具有獨(dú)特性。山東青島海岸橫向沙丘的粒度分布模式同樣受其特殊的海洋環(huán)境影響。在膠州灣沿岸，由于海灣內(nèi)水流和潮汐的作用，沙丘粒度分布較為復(fù)雜。在海灣內(nèi)部，水流相對(duì)平穩(wěn)，沙丘粒度相對(duì)較細(xì)，分選性較好；在海灣出口附近，海浪和潮汐作用強(qiáng)烈，沙粒受到更強(qiáng)的磨蝕和分選，粗顆粒物質(zhì)相對(duì)較多，分選性相對(duì)較差。在沙丘的不同部位，丘頂和迎風(fēng)坡上部粒度較細(xì)，分選性較好，背風(fēng)坡和迎風(fēng)坡下部粒度相對(duì)較粗，分選性稍差。這種粒度分布模式反映了青島海岸橫向沙丘在海洋動(dòng)力和風(fēng)力共同作用下的粒度特征?？傮w而言，中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度分布模式主要呈現(xiàn)出自坡腳向丘頂粒徑變細(xì)、分選變好的趨勢(shì)，但不同區(qū)域的橫向沙丘由于受到氣候、海洋動(dòng)力、地形和物源等多種因素的影響，粒度分布模式在細(xì)節(jié)上存在差異，具有各自的特點(diǎn)。3.3.2與內(nèi)陸沙丘的對(duì)比與內(nèi)陸沙丘相比，中國(guó)海岸橫向沙丘在粒度分布模式上既有相同點(diǎn)，也有不同點(diǎn)。相同點(diǎn)在于，無(wú)論是海岸橫向沙丘還是內(nèi)陸沙丘，在風(fēng)力分選作用下，都存在粒度從粗到細(xì)的分布趨勢(shì)。例如，在一些內(nèi)陸沙漠的橫向沙丘中，也呈現(xiàn)出從迎風(fēng)坡腳到丘頂粒徑逐漸變細(xì)的特征，這是風(fēng)力對(duì)沙粒分選作用的結(jié)果，風(fēng)力將細(xì)顆粒物質(zhì)搬運(yùn)至丘頂，使得丘頂沙粒更細(xì)。然而，兩者也存在明顯的不同。首先，海岸橫向沙丘受到海洋動(dòng)力的影響，而內(nèi)陸沙丘主要受風(fēng)力作用。海洋動(dòng)力如海浪、潮汐等會(huì)對(duì)海岸沙丘的粒度分布產(chǎn)生重要影響，使得海岸沙丘坡腳的粒度特征與內(nèi)陸沙丘坡腳有很大差異。海岸沙丘坡腳由于受海浪沖擊和潮汐漲落影響，沙?？赡茌^粗，分選性較差；而內(nèi)陸沙丘坡腳主要受風(fēng)力搬運(yùn)和堆積影響，粒度分布相對(duì)較為均勻。其次，物源不同導(dǎo)致兩者粒度分布存在差異。海岸橫向沙丘的物源主要來(lái)自河流入海泥沙和海灘沙，這些物源的粒度組成和礦物成分與內(nèi)陸沙丘的物源不同，內(nèi)陸沙丘物源可能主要來(lái)自巖石風(fēng)化碎屑等。物源的差異使得海岸橫向沙丘和內(nèi)陸沙丘在粒度組成和分布模式上表現(xiàn)出不同的特征。例如，海岸橫向沙丘中可能含有更多的貝殼碎片和海洋生物化石碎屑，這些物質(zhì)會(huì)影響沙丘的粒度分布和礦物組成。此外，氣候條件也對(duì)兩者粒度分布產(chǎn)生影響。海岸地區(qū)氣候相對(duì)濕潤(rùn)，降水較多，而內(nèi)陸沙漠氣候干旱，降水稀少。這種氣候差異導(dǎo)致海岸橫向沙丘和內(nèi)陸沙丘在風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)度和頻率上存在差異，進(jìn)而影響粒度分布模式。海岸橫向沙丘由于降水較多，地表徑流可能對(duì)沙粒產(chǎn)生一定的搬運(yùn)和再分配作用，而內(nèi)陸沙丘主要依靠風(fēng)力搬運(yùn)沙粒，風(fēng)沙活動(dòng)更為頻繁和強(qiáng)烈。四、影響中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度的因素4.1自然因素4.1.1風(fēng)力作用風(fēng)力是影響中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度的關(guān)鍵自然因素之一，其大小和方向?qū)ι城鸨砻媪６绕鹬陵P(guān)重要的塑造作用。在風(fēng)力大小方面，較強(qiáng)的風(fēng)力具有更大的搬運(yùn)能力。當(dāng)風(fēng)速超過沙粒的起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，沙粒會(huì)被揚(yáng)起并搬運(yùn)。在昌黎黃金海岸，冬季的東北風(fēng)風(fēng)力強(qiáng)勁，能夠搬運(yùn)較大粒徑的沙粒。研究表明，風(fēng)速與搬運(yùn)沙粒的粒徑呈正相關(guān)關(guān)系，風(fēng)速越大，能夠搬運(yùn)的沙粒粒徑越大。在強(qiáng)風(fēng)作用下，沙丘表面較細(xì)的沙粒更容易被吹揚(yáng)到更遠(yuǎn)的地方，而相對(duì)較粗的沙粒則留在原地或被搬運(yùn)到較近的位置，從而導(dǎo)致沙丘表面粒度變粗。例如，在一次強(qiáng)風(fēng)天氣后，對(duì)昌黎黃金海岸橫向沙丘表面粒度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)丘頂和迎風(fēng)坡上部的平均粒徑有所增大，分選系數(shù)也發(fā)生變化，這是因?yàn)閺?qiáng)風(fēng)將細(xì)顆粒物質(zhì)搬運(yùn)走，使得粗顆粒相對(duì)富集。風(fēng)力方向同樣對(duì)沙丘表面粒度分布產(chǎn)生重要影響。不同方向的風(fēng)在搬運(yùn)沙粒時(shí)，會(huì)導(dǎo)致沙粒在不同位置堆積，從而形成不同的粒度分布特征。在昌黎黃金海岸，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，在東北風(fēng)的持續(xù)作用下，沙丘的迎風(fēng)坡主要接受來(lái)自海灘方向的沙粒，這些沙粒在風(fēng)力搬運(yùn)過程中，較細(xì)的顆粒被吹向丘頂，使得迎風(fēng)坡從坡腳到丘頂粒度逐漸變細(xì)。而背風(fēng)坡由于處于風(fēng)的背向，風(fēng)力減弱，沙粒堆積，粒度相對(duì)較粗，但由于部分細(xì)顆粒物質(zhì)在氣流的攜帶下越過丘頂沉積在背風(fēng)坡上部，使得背風(fēng)坡上部粒度相對(duì)較細(xì)。在風(fēng)向發(fā)生變化時(shí)，如夏季東南風(fēng)的影響，會(huì)對(duì)沙丘表面粒度分布產(chǎn)生疊加效應(yīng)。東南風(fēng)帶來(lái)的沙粒與東北風(fēng)搬運(yùn)的沙粒混合，可能改變沙丘表面原有的粒度分布模式，使得粒度分布更加復(fù)雜。在福建長(zhǎng)樂海岸，由于其位于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，夏季風(fēng)較強(qiáng)且風(fēng)向主要為東南風(fēng)，冬季風(fēng)相對(duì)較弱且風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)。這種風(fēng)向和風(fēng)力的季節(jié)變化對(duì)沙丘粒度特征影響顯著。夏季東南風(fēng)攜帶海洋水汽和細(xì)顆粒物質(zhì)，使得沙丘表面在夏季粒度相對(duì)較細(xì)；冬季東北風(fēng)則可能從內(nèi)陸帶來(lái)相對(duì)較粗的沙粒，使得冬季沙丘表面粒度有所變粗。不同風(fēng)向的風(fēng)在不同季節(jié)對(duì)沙丘表面粒度的影響，反映了風(fēng)力方向和季節(jié)變化在海岸橫向沙丘粒度特征形成過程中的重要作用。在山東青島海岸，膠州灣沿岸的橫向沙丘受海洋氣流和陸風(fēng)的共同影響，風(fēng)力方向復(fù)雜多變。在海灣內(nèi)部，由于地形的影響，風(fēng)力相對(duì)較弱且風(fēng)向不穩(wěn)定，沙粒搬運(yùn)和堆積相對(duì)較為均勻，粒度分布相對(duì)較細(xì)且分選性較好；在海灣出口附近，風(fēng)力較強(qiáng)且風(fēng)向受海洋和陸地地形的影響，沙粒受到更強(qiáng)的搬運(yùn)和分選作用，粒度分布相對(duì)較粗，分選性也有所差異。風(fēng)力方向和大小的變化，使得青島海岸橫向沙丘表面粒度特征呈現(xiàn)出與其他區(qū)域不同的特點(diǎn)，進(jìn)一步說(shuō)明了風(fēng)力作用在海岸橫向沙丘粒度特征形成中的復(fù)雜性和多樣性。4.1.2海洋作用海洋作用是影響中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度的重要因素，其中海浪和潮汐等海洋動(dòng)力對(duì)沙丘粒度特征的塑造作用顯著。海浪作為海洋動(dòng)力的重要表現(xiàn)形式，具有強(qiáng)大的能量。在海岸地區(qū)，海浪沖擊海灘，對(duì)海灘上的沙粒進(jìn)行侵蝕、搬運(yùn)和堆積。當(dāng)海浪沖向海岸時(shí)，其攜帶的能量能夠?qū)⒑┥系纳沉Ｏ破鸩徇\(yùn)，較大粒徑的沙粒由于慣性較大，在海浪退去時(shí)更容易在靠近海岸的坡腳處堆積，而較小粒徑的沙粒則可能被海浪攜帶到更遠(yuǎn)的海域或被搬運(yùn)到沙丘較低部位。在昌黎黃金海岸，海浪的季節(jié)性變化明顯，夏季海浪相對(duì)較大，對(duì)海灘沙粒的侵蝕和搬運(yùn)作用更強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，夏季海浪作用后，沙丘坡腳的沙粒粒徑明顯增大，中砂和粗砂含量增加，這是因?yàn)檩^大的海浪能夠搬運(yùn)更粗的沙粒并使其在坡腳堆積。潮汐的漲落同樣對(duì)海岸橫向沙丘表面粒度產(chǎn)生影響。在潮汐漲潮時(shí)，海水淹沒海灘，攜帶大量泥沙，當(dāng)潮水退去時(shí)，泥沙在海灘和沙丘坡腳處沉積。由于潮汐攜帶的泥沙粒度組成復(fù)雜，不同粒徑的泥沙在沉積過程中受到水流速度、地形等因素影響，會(huì)在不同位置沉積，從而影響沙丘表面粒度分布。在福建長(zhǎng)樂海岸，潮汐作用明顯，漲潮時(shí)海水?dāng)y帶的細(xì)顆粒泥沙在沙丘坡腳和低洼處沉積，使得這些區(qū)域的粉砂和黏土含量相對(duì)較高；退潮時(shí)，水流速度的變化又會(huì)導(dǎo)致部分沙粒重新分布，進(jìn)一步改變粒度特征。潮汐的周期性變化使得沙丘表面粒度在時(shí)間和空間上呈現(xiàn)出復(fù)雜的分布模式。海洋中的海流也對(duì)海岸橫向沙丘表面粒度有一定影響。海流是海洋中大規(guī)模的水流運(yùn)動(dòng)，它可以攜帶泥沙在海岸帶不同區(qū)域之間進(jìn)行搬運(yùn)。在一些海岸區(qū)域，海流將遠(yuǎn)處的泥沙搬運(yùn)到海岸附近，為沙丘的形成和演化提供物質(zhì)來(lái)源，這些泥沙的粒度組成會(huì)影響沙丘表面的粒度特征。在山東青島海岸，膠州灣內(nèi)的海流對(duì)橫向沙丘粒度特征產(chǎn)生影響。海流攜帶的泥沙在海灣內(nèi)部和出口附近的沉積情況不同，導(dǎo)致沙丘在不同位置的粒度分布存在差異。在海灣內(nèi)部，海流速度相對(duì)較慢，攜帶的泥沙粒度較細(xì)，使得沙丘粒度相對(duì)較細(xì)；在海灣出口附近，海流速度較快，對(duì)沙粒的分選作用增強(qiáng)，粗顆粒物質(zhì)相對(duì)較多，沙丘粒度相對(duì)較粗。海洋作用通過海浪、潮汐和海流等多種方式，在不同時(shí)間和空間尺度上對(duì)中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度特征進(jìn)行塑造，使得海岸橫向沙丘粒度特征與海洋環(huán)境緊密相關(guān)，呈現(xiàn)出獨(dú)特的分布規(guī)律和變化特點(diǎn)。4.1.3物源因素物源是決定中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度組成的重要基礎(chǔ)，沙丘物質(zhì)來(lái)源對(duì)粒度組成有著深遠(yuǎn)影響。河流作為海岸橫向沙丘的重要物源之一，其攜帶的泥沙粒度和礦物組成對(duì)沙丘粒度特征起著關(guān)鍵作用。在昌黎黃金海岸，灤河是主要的河流物源。灤河發(fā)源于燕山山脈，流經(jīng)山區(qū)和平原，在河流搬運(yùn)過程中，泥沙受到侵蝕、磨蝕和分選作用。山區(qū)河段水流速度快，對(duì)巖石的侵蝕作用強(qiáng)，攜帶的泥沙粒徑相對(duì)較大；進(jìn)入平原河段后，水流速度減慢，泥沙逐漸沉積，粒徑較小的泥沙被繼續(xù)搬運(yùn)。當(dāng)灤河攜帶泥沙入海后，這些泥沙成為海岸橫向沙丘的物質(zhì)來(lái)源。研究表明，靠近灤河入海口的沙丘，由于能夠直接獲得河流泥沙補(bǔ)給，其粒度組成中粗砂和中砂含量相對(duì)較高；而距離入?？谳^遠(yuǎn)的沙丘，在風(fēng)力和海洋動(dòng)力的長(zhǎng)期作用下，細(xì)砂含量相對(duì)增加，粒度組成相對(duì)較細(xì)。海灘沙也是海岸橫向沙丘的重要物源。海灘沙在海浪、潮汐等海洋動(dòng)力作用下，經(jīng)歷長(zhǎng)期的分選和磨蝕，其粒度組成具有一定特征。在福建長(zhǎng)樂海岸，海灘沙在海浪的反復(fù)沖刷下，粒度相對(duì)較細(xì)，分選性較好。當(dāng)海灘沙被風(fēng)力搬運(yùn)到沙丘上時(shí)，成為沙丘的組成部分，使得長(zhǎng)樂海岸橫向沙丘粒度整體較細(xì)，細(xì)砂含量較高。海灘沙中的貝殼碎片和海洋生物化石碎屑等物質(zhì)，也會(huì)影響沙丘的粒度組成和礦物成分，進(jìn)一步豐富了沙丘的物質(zhì)組成。除了河流和海灘沙，海岸附近的基巖風(fēng)化產(chǎn)物也可能成為橫向沙丘的物源。在山東青島海岸，部分區(qū)域的基巖為花崗巖等巖石，在長(zhǎng)期的風(fēng)化作用下，巖石破碎形成碎屑物質(zhì)。這些風(fēng)化產(chǎn)物在風(fēng)力和水流作用下，被搬運(yùn)到沙丘區(qū)域，參與沙丘的形成。由于基巖風(fēng)化產(chǎn)物的粒度和礦物組成與河流泥沙和海灘沙不同，使得青島海岸橫向沙丘在粒度組成上具有獨(dú)特性。例如，花崗巖風(fēng)化產(chǎn)物中長(zhǎng)石、石英等礦物含量較高，這些礦物顆粒的大小和形狀會(huì)影響沙丘的粒度特征，使得沙丘在粒度分布和礦物組成上呈現(xiàn)出與其他區(qū)域不同的特點(diǎn)。物源因素通過不同來(lái)源物質(zhì)的粒度和礦物組成差異，從根本上決定了中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度組成，不同物源的混合和作用，使得海岸橫向沙丘粒度特征具有多樣性和復(fù)雜性。4.2人為因素4.2.1旅游活動(dòng)以昌黎黃金海岸為例，旅游活動(dòng)尤其是滑沙等項(xiàng)目對(duì)沙丘粒度產(chǎn)生了顯著影響。隨著旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，昌黎黃金海岸憑借其獨(dú)特的沙丘景觀吸引了大量游客。滑沙項(xiàng)目作為當(dāng)?shù)責(zé)衢T旅游活動(dòng)之一，在給游客帶來(lái)刺激體驗(yàn)的同時(shí)，也改變了沙丘表面的粒度特征。在滑沙過程中，游客乘坐滑板從沙丘頂部高速滑下，這一行為使得沙丘表面的沙粒受到強(qiáng)烈擾動(dòng)。大量沙粒在滑板的摩擦和推動(dòng)下，發(fā)生位移和重新分布。原本在自然狀態(tài)下，沙丘表面粒度呈現(xiàn)出自沙脊兩側(cè)坡腳向脊頂粒徑變細(xì)和分選變好、向陸背風(fēng)坡的細(xì)化與分選優(yōu)于向海迎風(fēng)坡、脊頂沙粒最細(xì)及向陸背風(fēng)坡腳最粗的分布模式。然而，滑沙活動(dòng)使得這種自然分布模式發(fā)生改變。研究表明，在滑沙活動(dòng)頻繁的區(qū)域，沙丘迎風(fēng)坡腳的沙質(zhì)地表被翻動(dòng)，沙?；旌铣潭仍黾?，分選性變差。由于大量游客從丘頂滑下，導(dǎo)致丘頂?shù)募?xì)顆粒沙粒被帶到坡腳，使得坡腳沙粒粒徑變粗，平均粒徑增大。例如，對(duì)滑沙區(qū)域和非滑沙區(qū)域的沙丘樣品分析顯示，滑沙區(qū)域迎風(fēng)坡腳的平均粒徑比非滑沙區(qū)域增大了0.2-0.4Φ，分選系數(shù)也有所增大，從自然狀態(tài)下的0.5-0.7增大到0.7-0.9，這表明滑沙活動(dòng)破壞了沙丘表面原有的粒度分選性，使得沙粒分布更加雜亂。除滑沙外，其他旅游活動(dòng)如游客在沙丘上的行走、攀爬等也對(duì)沙丘粒度產(chǎn)生一定影響。游客的頻繁行走會(huì)壓實(shí)沙丘表面的沙粒，改變沙粒之間的排列方式，影響風(fēng)力對(duì)沙粒的搬運(yùn)和分選作用。攀爬行為則可能導(dǎo)致沙丘局部沙粒松動(dòng)，在風(fēng)力作用下，這些松動(dòng)的沙粒更容易被搬運(yùn)，從而改變沙丘表面的粒度分布。旅游活動(dòng)帶來(lái)的游客大量聚集，還可能導(dǎo)致沙丘表面植被受到破壞。植被在保持沙丘穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)風(fēng)沙流方面起著重要作用，植被破壞后，沙丘表面更容易受到風(fēng)力和雨水侵蝕，進(jìn)一步影響粒度特征。例如，在一些游客密集區(qū)域，沙丘表面植被覆蓋率明顯降低，風(fēng)沙活動(dòng)加劇，沙粒粒度分布發(fā)生變化，細(xì)顆粒物質(zhì)更容易被侵蝕帶走，使得沙丘表面粒度整體變粗。4.2.2海岸工程建設(shè)海岸工程建設(shè)對(duì)沙丘表面粒度分布產(chǎn)生了不可忽視的干擾。隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，海岸工程建設(shè)日益增多，如港口建設(shè)、海堤修筑、濱海道路建設(shè)等。這些工程建設(shè)活動(dòng)改變了海岸地區(qū)的地形地貌和海洋動(dòng)力條件，進(jìn)而影響沙丘表面的粒度分布。在港口建設(shè)過程中，大量的泥沙被挖掘和搬運(yùn)，改變了海岸的物源供應(yīng)。以某沿海港口建設(shè)為例，工程施工導(dǎo)致附近河流入海泥沙的輸送路徑改變，原本為海岸橫向沙丘提供物質(zhì)來(lái)源的泥沙被攔截或搬運(yùn)到其他區(qū)域，使得沙丘的物源減少且粒度組成發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)，港口建設(shè)后，附近沙丘的平均粒徑減小，細(xì)砂含量增加，這是因?yàn)樵镜拇诸w粒泥沙供應(yīng)減少，而細(xì)顆粒泥沙相對(duì)比例增加。同時(shí)，港口建設(shè)形成的建筑物和防波堤等改變了海浪和潮汐的運(yùn)動(dòng)方向和能量分布。防波堤阻擋了部分海浪的沖擊，使得海灘上的沙粒受到的侵蝕和搬運(yùn)作用減弱，導(dǎo)致沙丘坡腳的沙粒粒度相對(duì)變細(xì)。海堤修筑同樣對(duì)沙丘表面粒度分布產(chǎn)生影響。海堤的存在改變了海岸的地形，阻擋了海水的漫溢和風(fēng)沙的搬運(yùn)路徑。在一些海堤修筑區(qū)域，由于海水無(wú)法像自然狀態(tài)下那樣漫上沙丘，使得沙丘坡腳缺少海水帶來(lái)的泥沙補(bǔ)給，坡腳沙粒粒度變細(xì)。同時(shí)，海堤阻擋了風(fēng)沙向內(nèi)陸的搬運(yùn)，使得沙丘頂部和背風(fēng)坡的沙粒堆積減少，粒度分布也相應(yīng)發(fā)生變化。例如，在某海堤修筑后的海岸區(qū)域，沙丘頂部的平均粒徑減小，分選系數(shù)增大，表明沙粒分選性變差，這是因?yàn)轱L(fēng)沙搬運(yùn)受阻，沙粒來(lái)源減少且分布更加不均勻。濱海道路建設(shè)也會(huì)對(duì)沙丘表面粒度產(chǎn)生影響。道路建設(shè)過程中的土方開挖和填方改變了沙丘的地形地貌，破壞了沙丘原有的連續(xù)性和穩(wěn)定性。道路兩側(cè)的邊坡由于施工擾動(dòng)，沙粒松動(dòng)，在風(fēng)力和雨水作用下，容易發(fā)生侵蝕和搬運(yùn)，導(dǎo)致附近沙丘表面粒度分布改變。此外，道路建設(shè)還可能切斷沙丘與海灘之間的物質(zhì)聯(lián)系，影響風(fēng)沙流的運(yùn)動(dòng)和沙粒的堆積，進(jìn)一步干擾沙丘表面的粒度分布。海岸工程建設(shè)通過改變物源供應(yīng)、海洋動(dòng)力條件和地形地貌等多方面因素，對(duì)中國(guó)海岸橫向沙丘表面粒度分布產(chǎn)生復(fù)雜的干擾作用，這種干擾可能對(duì)沙丘的穩(wěn)定性和生態(tài)功能產(chǎn)生長(zhǎng)期影響。五、粒度特征與海洋環(huán)境的關(guān)系5.1對(duì)海底沉積物穩(wěn)定性的影響5.1.1理論分析從力學(xué)角度來(lái)看，粒度特征對(duì)海底沉積物穩(wěn)定性的影響至關(guān)重要。海底沉積物的穩(wěn)定性主要取決于其抗剪切強(qiáng)度和抗侵蝕能力，而這些性質(zhì)與沉積物的粒度密切相關(guān)。粒度較粗的沉積物，如礫石和粗砂，其顆粒間的摩擦力較大，抗剪切強(qiáng)度較高。這是因?yàn)榇诸w粒之間的接觸面積相對(duì)較小，但接觸點(diǎn)的壓力較大，使得顆粒之間難以發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。當(dāng)受到外力作用時(shí)，如海浪、潮汐和海流的作用，粗顆粒沉積物能夠更好地抵抗變形和移動(dòng)，從而保持海底沉積物的穩(wěn)定性。例如，在一些海岸區(qū)域，當(dāng)海浪沖擊海底時(shí)，粗砂和礫石組成的沉積物能夠有效地分散海浪的能量，減少沉積物的侵蝕和搬運(yùn)，維持海底地形的穩(wěn)定。相比之下，粒度較細(xì)的沉積物，如粉砂和黏土，顆粒間的摩擦力較小，抗剪切強(qiáng)度較低。細(xì)顆粒沉積物的比表面積較大，表面電荷和吸附力較強(qiáng)，容易形成團(tuán)聚體，但這種團(tuán)聚體在受到外力作用時(shí)相對(duì)容易破碎。粉砂和黏土在水流作用下容易被懸浮起來(lái)，發(fā)生搬運(yùn)和沉積，導(dǎo)致海底沉積物的不穩(wěn)定。在潮汐漲落過程中，細(xì)顆粒沉積物可能會(huì)隨著潮水的流動(dòng)而被搬運(yùn)到其他區(qū)域，改變海底沉積物的分布和組成，進(jìn)而影響海底地形的穩(wěn)定性。此外，細(xì)顆粒沉積物的孔隙度較大，水分含量較高，這也會(huì)降低沉積物的抗剪切強(qiáng)度，使其更容易受到侵蝕。粒度分布的均勻性也對(duì)海底沉積物穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。均勻粒度分布的沉積物，顆粒間的相互作用相對(duì)較為一致，在受到外力作用時(shí)，能夠更均勻地分擔(dān)應(yīng)力，從而提高沉積物的穩(wěn)定性。而粒度分布不均勻的沉積物，存在較大顆粒和較小顆粒的混合，在受力時(shí)，較小顆粒容易被較大顆粒擠壓和移動(dòng)，導(dǎo)致沉積物結(jié)構(gòu)的破壞，降低穩(wěn)定性。在一些河口地區(qū)，由于河流攜帶的泥沙粒度分布不均勻，在河口附近沉積時(shí)，容易形成不穩(wěn)定的沉積物結(jié)構(gòu)，增加了海底地形變化的風(fēng)險(xiǎn)。粒度特征通過影響沉積物的抗剪切強(qiáng)度、抗侵蝕能力以及顆粒間的相互作用，對(duì)海底沉積物的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而影響海洋環(huán)境的穩(wěn)定性和海底工程的安全性。5.1.2案例研究以舟山群島朱家尖島以東近岸海域?yàn)槔?，該海域的海底沉積物粒度特征與穩(wěn)定性之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)。研究表明，該海域表層沉積物成分中，粉砂最多，平均占65.5%，黏土次之，平均占25.8%，砂極少，平均只占8.7%，平均粒徑4.6-7.60，分選系數(shù)1.5-2.3。由于粉砂和黏土含量較高，這些細(xì)顆粒沉積物的抗剪切強(qiáng)度較低，在海洋動(dòng)力作用下，如海浪和潮汐的影響，沉積物容易被侵蝕和搬運(yùn)。該海域的沉積物穩(wěn)定性相對(duì)較差，海底地形容易發(fā)生變化。在實(shí)際觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)遇到強(qiáng)臺(tái)風(fēng)等極端天氣時(shí)，海浪的能量大幅增加，對(duì)海底沉積物的侵蝕作用加劇。由于朱家尖島以東近岸海域沉積物粒度較細(xì)，在強(qiáng)海浪的沖擊下，大量粉砂和黏土被懸浮起來(lái)，隨著海流搬運(yùn)到其他區(qū)域，導(dǎo)致海底局部區(qū)域的沉積物厚度明顯減少，海底地形變得更加崎嶇不平。這種地形變化又進(jìn)一步影響了海洋動(dòng)力環(huán)境，使得水流速度和方向發(fā)生改變，形成了局部的渦流和回流，進(jìn)一步加劇了沉積物的不穩(wěn)定性。而在一些沉積物粒度較粗的海域，情況則有所不同。例如，在某些靠近基巖海岸的區(qū)域，海底沉積物以粗砂和礫石為主，這些粗顆粒沉積物具有較高的抗剪切強(qiáng)度和抗侵蝕能力。在相同的臺(tái)風(fēng)天氣條件下，雖然海浪也會(huì)對(duì)海底產(chǎn)生沖擊，但由于沉積物粒度粗，顆粒間的摩擦力大，能夠有效地抵抗海浪的侵蝕作用，海底沉積物的穩(wěn)定性較好，地形變化相對(duì)較小。這些案例充分驗(yàn)證了粒度特征與海底沉積物穩(wěn)定性之間的密切關(guān)聯(lián)，粒度較細(xì)的沉積物容易導(dǎo)致海底沉積物不穩(wěn)定，而粒度較粗的沉積物則有助于維持海底沉積物的穩(wěn)定性，為深入理解海洋環(huán)境中沉積物的動(dòng)態(tài)變化提供了實(shí)際依據(jù)。5.2對(duì)海底生物棲息的影響5.2.1生物適應(yīng)性分析不同粒度條件下，海底生物展現(xiàn)出多樣且獨(dú)特的適應(yīng)策略，這些策略與粒度特征緊密相連。在粒度較粗的沉積物區(qū)域，如礫石和粗砂構(gòu)成的海底，生物的生存方式主要圍繞著這些大顆粒物質(zhì)展開。一些穴居生物，如某些蟹類和貝類，它們憑借自身強(qiáng)壯的附肢和外殼，能夠在粗顆粒沉積物中挖掘洞穴。這些洞穴不僅為它們提供了躲避天敵的庇護(hù)所，還能在一定程度上維持相對(duì)穩(wěn)定的微環(huán)境，減少外界水流和溫度變化的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在某粗砂質(zhì)海底區(qū)域，一種螃蟹通過挖掘深達(dá)10-20厘米的洞穴，成功適應(yīng)了粗粒度環(huán)境，在洞穴內(nèi)繁殖和覓食，其生存空間得到有效保障。在細(xì)顆粒沉積物環(huán)境中，生物的適應(yīng)方式則有所不同。粉砂和黏土含量較高的海底，為許多小型底棲生物提供了適宜的生存環(huán)境。這些生物體型微小，如線蟲、硅藻等，它們能夠在細(xì)顆粒的間隙中生存和活動(dòng)。細(xì)顆粒沉積物的孔隙較小，水流速度相對(duì)較慢，為這些生物提供了相對(duì)穩(wěn)定的水流和食物來(lái)源。例如，線蟲可以利用其細(xì)長(zhǎng)的身體在粉砂顆粒間穿梭，以沉積物表面的有機(jī)物質(zhì)為食，而硅藻則附著在細(xì)顆粒表面，利用水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行光合作用。此外，一些具有特殊呼吸和攝食結(jié)構(gòu)的生物也適應(yīng)了這種細(xì)顆粒環(huán)境。某些多毛類動(dòng)物通過其發(fā)達(dá)的鰓結(jié)構(gòu)，在細(xì)顆粒沉積物中獲取足夠的氧氣，同時(shí)利用其觸手捕捉懸浮在水中的微小顆粒食物。海底生物還通過生理和行為的調(diào)整來(lái)適應(yīng)粒度變化。一些生物能夠根據(jù)沉積物粒度調(diào)整自身的生長(zhǎng)速度和繁殖策略。在粒度變化頻繁的區(qū)域，生物可能會(huì)加快繁殖速度，以增加種群數(shù)量，提高在不同粒度條件下的生存幾率。某些貝類在粗粒度沉積物中生長(zhǎng)速度較慢，但繁殖期會(huì)提前，產(chǎn)生更多的后代，以應(yīng)對(duì)環(huán)境變化。一些生物還會(huì)改變行為模式，如遷移到更適宜的粒度區(qū)域。當(dāng)海底沉積物粒度發(fā)生變化時(shí)，一些對(duì)粒度敏感的生物會(huì)主動(dòng)尋找粒度適合的區(qū)域棲息，以確保自身的生存和繁衍。5.2.2生態(tài)系統(tǒng)影響粒度特征變化對(duì)整個(gè)海底生態(tài)系統(tǒng)的影響是復(fù)雜而深遠(yuǎn)的，在食物鏈和生物多樣性等方面有著重要體現(xiàn)。從食物鏈角度來(lái)看，粒度特征的改變會(huì)影響海底生物的食物來(lái)源和能量傳遞。在粒度較粗的沉積物區(qū)域，大型底棲生物較多，它們以較小的生物或有機(jī)碎屑為食。當(dāng)粒度變細(xì)時(shí)，大型底棲生物的生存空間和食物資源可能減少，導(dǎo)致其數(shù)量下降。這會(huì)影響到以這些大型底棲生物為食的更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的食物供應(yīng)，進(jìn)而影響整個(gè)食物鏈的穩(wěn)定性。例如，在某海域，由于沉積物粒度變細(xì)，原本以粗砂區(qū)域貝類為食的海星數(shù)量減少，因?yàn)樨愵悢?shù)量因粒度變化而減少，使得海星的食物短缺，這又進(jìn)一步影響了以海星為食的其他生物，如某些海鳥的生存，導(dǎo)致整個(gè)食物鏈出現(xiàn)連鎖反應(yīng)。粒度特征變化對(duì)生物多樣性的影響也不容忽視。適宜的粒度條件是維持生物多樣性的重要基礎(chǔ)。不同粒度的沉積物為不同種類的生物提供了棲息環(huán)境，當(dāng)粒度特征發(fā)生變化時(shí)，一些生物可能無(wú)法適應(yīng)新的粒度條件而減少或消失，從而導(dǎo)致生物多樣性下降。在粒度突然變粗的區(qū)域，一些偏好細(xì)顆粒環(huán)境的小型底棲生物可能無(wú)法生存，生物種類和數(shù)量減少，生態(tài)系統(tǒng)的豐富度降低。相反，當(dāng)粒度變細(xì)時(shí)，一些依賴粗顆粒環(huán)境的生物也會(huì)受到影響。這種生物多樣性的變化會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性，因?yàn)樯锒鄻有缘慕档涂赡軐?dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化的抵抗力減弱，更容易受到外界干擾的影響。粒度特征變化還可能引發(fā)物種入侵等問題。當(dāng)粒度條件改變時(shí)，一些原本不適宜在該區(qū)域生存的外來(lái)物種可能趁機(jī)入侵。這些外來(lái)物種可能具有更強(qiáng)的適應(yīng)性或競(jìng)爭(zhēng)力，它們的入侵會(huì)打破原有的生態(tài)平衡，對(duì)本地物種造成威脅。在某海域，由于沉積物粒度變化，一種外來(lái)的貝類入侵并大量繁殖，占據(jù)了本地貝類的生存空間，導(dǎo)致本地貝類數(shù)量急劇減少，破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。粒度特征變化通過影響食物鏈和生物多樣性，對(duì)海底生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響，維護(hù)適宜的粒度條件對(duì)于保護(hù)海底生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和健康至關(guān)重要。5.3對(duì)海岸線移動(dòng)的指示作用5.3.1歷史數(shù)據(jù)分析通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的深入挖掘，能夠清晰地揭示出粒度特征與海岸線變遷之間的緊密聯(lián)系。以昌黎黃金海岸為例，從20世紀(jì)60年代到21世紀(jì)初，通過對(duì)不同時(shí)期航空照片和衛(wèi)星遙感影像的分析，結(jié)合實(shí)地采樣和粒度分析數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)海岸線的移動(dòng)與沙丘粒度特征變化存在顯著的相關(guān)性。在這期間，由于灤河輸沙量的變化以及海洋動(dòng)力和風(fēng)力條件的改變，海岸線出現(xiàn)了不同程度的進(jìn)退。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)灤河輸沙量減少時(shí)，海岸橫向沙丘的物源供應(yīng)不足，導(dǎo)致沙丘粒度變細(xì)，細(xì)砂含量增加。在1980-1990年間，灤河上游修建了多座水庫(kù)，攔截了大量泥沙，使得灤河入海泥沙量大幅減少。這一時(shí)期，昌黎黃金海岸橫向沙丘的平均粒徑減小，細(xì)砂含量從原來(lái)的40%增加到45%左右。與此同時(shí)，海岸線出現(xiàn)了明顯的后退現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在這10年間，海岸線平均每年后退約5-10米。這是因?yàn)榱６茸兗?xì)的沙丘在風(fēng)力和海洋動(dòng)力作用下更容易被侵蝕，導(dǎo)致沙丘向內(nèi)陸移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)海岸線后退。相反，當(dāng)灤河輸沙量增加時(shí)，沙丘粒度變粗，粗砂和中砂含量增加，海岸線則呈現(xiàn)出穩(wěn)定或向海洋推進(jìn)的趨勢(shì)。在20世紀(jì)70年代，灤河水量充沛，輸沙量較大，昌黎黃金海岸橫向沙丘的平均粒徑增大，粗砂和中砂含量有所增加。這一時(shí)期，海岸線相對(duì)穩(wěn)定，部分區(qū)域甚至出現(xiàn)了向海洋推進(jìn)的現(xiàn)象，如在一些河口附近，由于泥沙的大量堆積，形成了新的沙灘和沙丘，使得海岸線向海洋方向延伸了數(shù)十米。通過對(duì)不同時(shí)期粒度特征和海岸線位置數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，可以建立起粒度特征與海岸線變遷的定性關(guān)系，即粒度變細(xì)往往伴隨著海岸線后退，粒度變粗則與海岸線穩(wěn)定或推進(jìn)相關(guān)。5.3.2預(yù)測(cè)模型構(gòu)建為了更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)海岸線移動(dòng)，本研究嘗試建立基于粒度特征