Contemporary Sedimentary Environment Evolution and Its Response to Human Activities in the Minjiang Subaqueous Delta and Surrounding Waters

河口三角洲形成于海陆交汇的特定部位,是陆海相互作用的敏感地带,也是人类活动最为频繁的地区。河流入海物质大部分主要分布在河口、三角洲地区及近岸陆架地区,仅有少量向外陆架及深海输运^[1]。大量入海泥沙在河口三角洲地区的堆积导致河口水下三角洲地区一般都具有较高的沉积速率^[2]。同时,在地质历史时期,由于气候变化、地质构造的不稳定性以及海平面的升降等因素,三角洲不断淹没和出露,造成沉积环境不断变化。因此,三角洲地区的沉积记录包含了丰富的流域过程自然变化及人类活动等环境信息^[3]。挖掘沉积物中的环境信息,研究其沉积环境,对于探讨三角洲的沉积环境演化过程、反演区域环境的变化历史以及认识海陆相互作用的沉积模式具有重要的科学意义,为预测今后三角洲地区环境演变,人类活动和环境相互协调及可持续发展提供依据和借鉴,因此一直以来都是国际上的重点研究区域^[4]。20世纪50年代以来,我国对河口进行了高强度开发与利用,同时也针对河口三角洲的形成演化展开了系统性的研究,并取得了非常丰硕的成果,进一步丰富了河口三角洲形成演化模式及其理论体系。当前我国对于长江、黄河、珠江此类大河三角洲开展了大量的研究,对于中型山溪性河口三角洲的研究相对较少,对河口三角洲沉积过程及其控制机制的认识略显不足。事实上,中小河流对全球河流入海泥沙通量的贡献非常显著^[5⁃6],在沉积物的“从源到汇”、生物地球化学循环等方面都扮演着重要的角色^[7]。然而,随着流域上的人类活动强度不断增加,河口系统正在发生变化^[8⁃10],而中小型山溪性河流由于流域面积相对较小,河口三角洲演化对流域环境变化响应迅速^[6,11]。因此,有必要开展中小型山溪性河口三角洲现代沉积过程及其控制机制方面的研究工作,以便为河口资源开发、环境保护及生态修复提供科学依据。

闽江作为福建省最大的河流,也是我国典型的中型山溪性河流,河流入海水沙通量较大,河口区潮汐与波浪作用强,属于典型的径流量大、泥沙供应较为丰富、河口动力强的沉积环境。在区域地质构造背景控制和河口动力作用下,闽江河流携带泥沙进入河口后形成了一套完整的水下三角洲沉积体系^[12⁃13]。然而,随着闽江流域人类活动强度的不断增大,闽江入海泥沙通量锐减^[14],引起河口水下三角洲部分地区发生侵蚀^[15]。因此,在当前流域来沙量锐减的情况下,研究现代河口沉积过程对人类活动的响应,对于认识河口系统状态转换背景下的河口水下三角洲演化过程、河口资源开发利用、海洋生态环境保护与修复等都有非常重要的应用前景。

因此,选取福建闽江河口三角洲作为研究区域,基于表层沉积物粒度分析结果,采用聚类分析方法,结合历史资料,探讨闽江河口水下三角洲现代沉积过程及其对人类活动的响应,为闽江河口矿产资源勘探与开发、区域协调发展和生态环境保护提供科学依据。

闽江是福建省沿海的第一大河流,发源于闽赣边界的武夷山脉,自北向南穿过闽北、闽中丘陵,流至竹岐进入福州盆地,在马尾汇合后穿越闽安峡谷,自亭江附近受琅岐岛阻隔,分为南支梅花水道和北支长门水道,北支出长门水道后受粗芦岛、川石岛及壶江岛等阻隔,又分为乌猪、熨斗、川石和壶江四个水道分别注入东海,其中川石水道为主航道,发育内沙和外沙两个浅滩,内沙浅滩位于川石水道口门,是川石水道的拦门沙体,外沙浅滩位于铁板沙下游（图1）。整个流域属于亚热带海洋季风气候区,多年平均径流量为605×10⁸ m³,多年平均输沙量750×10⁴ t,并且表现出明显的洪、枯季变化^[16]。然而,近年来受人类活动影响,多年平均径流量没有明显变化,但入海泥沙通量锐减至原来的三分之一左右^[14]。闽江河口地区平均潮差4.46 m（梅花站）,潮汐类型为正规半日潮,平均落潮流速大于平均涨潮流速,潮流以往复流为主,具有一定的旋转流特征,年平均波高1.1 m^[16]。闽江河口三角洲属于典型的山溪性强潮三角洲河口,河床纵坡降大,河口水下三角洲分布于口门至15 m等深线附近,主要受控于潮流和波浪,由河流汊道沉积、河口沙坝、口外浅滩以及口内外潮滩等组成^[12⁃13]；而在水下三角洲以外的离岸斜坡区,潮流沙脊发育^[17⁃18]。

Figure 1.  Sketch map of study area and sampling sites

2017年9月在闽江河口及周边海域利用蚌式抓斗采集表层沉积物,获取了135个站位的沉积物样品,每个站位选取的采样厚度为表层5 cm。具体站位分布如图1。在2017年7月30日至8月1日,台风“纳沙”和“海棠”相继在福清沿岸（闽江河口以南70 km左右）登陆,但根据福建省水文水资源勘测中心发布的《水文旬报》及中华人民共和国水利部发布的《中国河流泥沙公报2017》,竹岐水文站径流量和泥沙通量并没有因台风登陆而增加。因此,本次采样可以代表一种正常情况下的沉积特征。

表层沉积物在实验室内经过去除有机质和去除碳酸盐、分散等前处理后利用激光粒度仪（英国马尔文公司生产的Mastersizer2000型激光粒度仪）进行粒度分析,具体前处理与样品测试参照《海洋调查规范第8部分：海洋地质地球物理调查》。测试数据利用仪器自带软件以0.25 Φ间隔导出数据,利用矩法计算沉积物粒度参数^[19],粒度参数定性描述以适合矩法参数的分级为依据^[20],沉积物类型分类采用Folk分类体系^[21],沉积物输运趋势采用粒径趋势分析方法^[22],本次沉积物采样为等间距网格采样,故选择最大采样间距作为特征距离。

利用多元统计分析中R型聚类和Q型聚类方法以及因子分析法,采用SPSS19.0软件对沉积物粒度参数进行了聚类分析和因子分析^[23⁃24]。

研究区域模型东靠外海,西临闽江,模型的计算范围包括了整个闽江河口水下三角洲和水下岸坡区域,将闽江河口水下三角洲和水下岸坡区域作为重点研究区域并对此区域范围的网格进行加密,使其计算结果更加精确；整个模型区域内共有节点数5 773,网格数10 884（图2）。在上游闽江来水处设置开边界,边界条件以模型计算期间10天平均流量来控制（数据来源于福建省水文水资源勘测中心发布的《水文旬报》）,外海域的开边界则设置为潮汐强迫开边界,基于全球潮汐模型数据预测开边界,时间间隔1 h。

Figure 2.  Numerical model area and grid division of Minjiang River estuary (MRE) and surrounding waters

选取2019年8月的现场观测数据作为验证,模拟计算了2019年洪季期间（7—9月）闽江河口及周边海域水动力场,模型采用的时间步长为300 s,总步数14 976。模型参数设置中,浅水方程的CFL数设为0.8,涡粘系数取常数默认值0.28,在模型中考虑了干湿边界的交替变化,干水深为0.005 m,淹没水深为0.05 m,湿水深为0.1 m,均采用模型默认参数^[25]；床面阻力系数经率定后得到相对的Manning数,选取值为60^[26]。计算期间未有极端天气发生,模型在模拟过程中不考虑风、降水和蒸发等因素,采用冷启动,模型的初始水位和初始速度均设置值为0。

根据2019年8月在川石岛附近建立的临时潮位站和川石岛以东海域开展的2个站位的大潮（2019年8月30日8时至31日10时）周日水文观测数据对模型结果进行验证（观测站位见图1）。如图3所示,观测期间实测和计算的潮位曲线基本吻合,大潮下实测垂线平均流速与计算流速、流向基本接近。

Figure 3.  Measured and simulated values of tidal levels, depth averaged velocity and direction at MRE and surrounding waters

闽江河口及周边海域大潮期间落急和涨急时刻潮流场显示（图4）,落急时刻流速变化小,流向整体上为东北向；而在闽江河口水下三角洲范围内流向存在由东南向、东向转变为东北向的变化,流速变化范围为0.15~1.35 m/s,川石岛附近海域的落潮流速值较大,闽江出川石岛后在南航道外沙浅滩附近流速也较大,流速为1.05~1.35 m/s。涨急时刻潮流流速由外海域至闽江河口水下三角洲流速逐渐变大,流向整体上表现为西南向,在水下三角洲范围内流速在0.5~2.5 m/s之间变化,在口门附近流速较大,在航道内表现明显。

Figure 4.  Tidal current in MRE and surrounding waters: (a) ebb maximum; (b) flood maximum

粒度分析结果显示（表1、图5a~c）,研究区表层沉积物砂组分含量介于0~100%,平均值为54%,其空间分布格局为在闽江河口三角洲前缘表层沉积物砂组分含量高,向东至前三角洲和浅海水下岸坡地区沉积物砂组分含量显著减少,再往东至马祖列岛和白犬列岛西南部海域表层沉积物砂组分含量又明显增高。研究区沉积物的粉砂组分含量介于0~76%,平均值为34%,分布特征及规律与砂组分含量相反；黏土组分含量介于0~32%,平均值为12%,其分布特征与粉砂一致。

Figure 5.  Spatial distribution of sediment composition and sediment type

分类结果显示（图5d）,闽江河口及周边海域表层沉积物共有六种类型,包括砂质泥、泥质砂、砂质粉砂、粉砂质砂、砂和粉砂,其中以砂、粉砂和砂质粉砂为主,分别占调查总站位数的42%、29%和20%,其分布格局与各粒级组分空间分布一致。

粒度参数计算结果显示,闽江河口及周边海域表层沉积物平均粒径为0.54~7.31 Φ,均值为4.09 Φ,在空间上表现为水下三角洲范围内和东南部分海域平均粒径较大（<4 Φ）,研究区北部海域和南部海域沉积物平均粒径小（>6 Φ）（图6a）。沉积物分选系数为0.41~3.06,平均值为1.43,变化范围较大；在空间分布上表现为水下三角洲前缘分选程度较好,随着向河口外部延伸,沉积物分选程度总体变差（图6b）。沉积物偏态在-2.53~2.92之间变化,平均值为0.25,水下三角洲及东部海域大部分沉积物表现为正偏（图6c）。峰态范围为0.53~3.64,平均值为1.91,在空间分布上也表现出一定的变化规律（图6d）。

Figure 6.  Spatial distribution of grain⁃size parameters of surface sediment in MRE and surrounding waters

研究区各类型沉积物粒度参数、粒度组分及变化的统计关系见表1。

沉积物输运趋势是沉积环境动力条件、物质源汇的重要表现,但其应用需要满足一定的条件^[27]。本次沉积物选取表层5 cm的混合样,基本可以代表同一时段的样品。虽然河口地形复杂,但研究区内沉积物输运主要受闽江影响,河口三角洲及附近海域的粒径趋势分析结果得到了水动力观测和推移质输运计算结果的验证^[13],表明该地区粒径趋势分析方法可以适用。

粒径趋势分析结果显示（图7）,在闽江河口水下三角洲平原至三角洲前缘,闽江携带的入海沉积物在通过琅岐岛南侧的梅花水道和北侧的长门水道出闽江口门后,分别向东、东南和东北方向输运,并且在输运过程中不断发生沉积。南部入海沉积物在经梅花水道出口门后主要向东、东北和东南方向输运,部分沉积物在向东和东南方向的输运过程中不断发生沉积,在梅花水道口门附近形成了一系列水下浅滩（如鳝鱼沙、梅花浅滩等）,其余沉积物则向东北方向输运,输运至梅花东北部海域后的沉积物转向西和西北方向输运,与出梅花水道输运的沉积物堆积在梅花沙嘴形成了大片的浅滩,继续向西北输运方向的沉积物则在川石岛南侧的内沙浅滩附近堆积。经长门水道的入海沉积物在出川石岛后向东和东北方向输运,在输运过程中沉积物在川石岛东南部不断发生堆积,在铁板沙、腰子沙一带形成粗颗粒堆积体。继续向东方向输运的沉积物与出梅花浅滩向东北输运的沉积物在外沙浅滩附近汇合,促进了外沙浅滩的发育。在三角洲前缘斜坡至前三角洲区域,部分沉积物在穿过外沙浅滩后受涨潮流的作用输运方向发生改变,向西和西北方向输运,进一步促进了腰子沙附近海域的沉积。其余出川石岛后向东和东北方向输运的沉积物继续向东和东北方向输运,输运至梅花以东的沉积物则继续向东和东南方向输运。在水下岸坡区域,沿东和东南方向输运的沉积物转变为西和西北方向输运,沉积物在口外东南侧海域交汇发生沉积并形成了大片的细颗粒沉积物。沿东北方向输运的沉积物在输运过程中,输运方向转变为西和西北方向,并与南向闽江河口输运的沉积物在口外东北侧海域沉积形成大片细颗粒沉积物。

Figure 7.  Surface sediment transport trend in the MRE and surrounding waters

沉积环境差异主要体现在沉积物粒度参数特征,与水深、水动力、物质来源密切相关。由于采用所有的粒度特征参数进行系统聚类分析不能有效揭示研究区内的沉积环境差异,各项粒度特征参数之间也可能存在不同程度的联系,因此将研究区表层沉积物的平均粒径、分选系数、偏态、峰态、砂含量、粉砂含量、黏土含量以及采样点的水深作为聚类指标,进行R型聚类分析,将具有相同聚集趋势的参数合并,对8个指标进行压缩合并,提取出对沉积环境鉴别最敏感的参数,最终选择分选系数、砂含量、粉砂含量和水深作为沉积环境划分参数^[23]。研究表明,砂含量是受物质来源条件影响最为显著的参数,粉砂含量和水深是对研究区水动力条件最为敏感的参数,而分选系数是对地形与流场相互作用最为敏感的参数^[24]。因此,以这四个指标参数作为变量进行Q型聚类分析,能够有效地划分样品的类别。

为了识别控制沉积环境的因子,对研究区135个站位的粒度参数、组分含量和水深进行因子分析,结果显示（表2）,因子1和因子2的贡献累积方差达81.75%。因此,可以将因子1和因子2作为主要因素考虑,其中因子1的贡献方差达到66.74%,表明该因子对平均粒径、分选系数、粉砂含量和黏土含量有较强的控制作用,且与水深有一定的关系,为研究区控制沉积物分布的最主要的因素；因子2的贡献方差为15.27%,主要对分选系数、偏态和峰态有一定的控制作用,对其他粒度参数控制很弱。

为了进一步区分各变量对主因子的贡献,应用方差最大旋转法对因子负荷矩阵进行旋转。结果显示（表2）,因子1在平均粒径、粉砂含量和黏土含量上的负荷系数较大,表明其概括了这3个参数表达的信息；因子2在分选系数和峰态上的负荷系数较大,分选系数和峰态是对地形与流场作用较为敏感的参数。因此,因子1和因子2能有够效反映研究区内表层沉积物粒度参数受到水动力和物源条件的控制。

将每个样品对主因子的贡献度量化为因子得分,把因子得分作为样品的新变量进行Q型聚类分析,采用的聚类方法是组间距离法,组间距离测定采用欧式距离平方。

通过系统聚类分析和因子分析相结合,将两种方法的统计结果结合实地勘察情况综合分析得出各样品所属类别,可将研究区表层沉积物样品分为4类沉积环境区,并以此绘制研究区沉积环境分区图（图8）,各沉积环境分区内的沉积物组成及粒度参数统计见表3。

Figure 8.  Distribution of sub⁃sedimentary districts in the MRE and surrounding waters

沉积区I有46个沉积物样品,沉积物主要分布在研究区西部,即闽江河口水下三角洲范围内的水下三角洲平原至三角洲前缘区域。其中在琅岐岛东面口门区域出现较细颗粒沉积物,与周边粗颗粒沉积物形成鲜明对比,由平均粒径分布图也可明显看出这块区域沉积物粒径较细,因此又将沉积区I分为I₁和I₂两个小沉积区。沉积区I内的沉积物类型主要为砂,有些许沉积物为粒径较细的砂质粉砂和粉砂质砂,粒级组分中砂含量最高,粉砂和黏土含量极低。沉积区中值粒径均值为2.02 Φ,平均粒径为2.10 Φ,分选系数为0.90,分选程度好,偏态基本为正偏,峰态较小。

沉积区II有15个沉积物样品,主要分布在三角洲前缘斜坡至前三角洲的研究区域。沉积物的类型以砂质粉砂和粉砂质砂为主,粒径变化幅度大,粒级组分中粉砂含量和黏土含量较低,平均值分别为35.86%和12.47%。沉积区中值粒径均值为4.34 Φ,平均粒径为4.54 Φ。分选系数为2.27,分选程度差,正偏峰态大。

沉积区III有52个沉积物样品,其分布范围广,主要分布在口外浅海水下岸坡。沉积物类型以粉砂和砂质粉砂为主。砂含量和黏土含量较低,为8.17%和24.31%,与I沉积区有显著差异。中值粒径均值为6.78 Φ,平均粒径为6.69 Φ,分选系数为1.83,分选程度较差,偏态均值为负偏,峰态较大。

沉积区IV有22个沉积物样品,主要分布在研究区东南部的残留砂沉积体系。沉积物的类型以砂为主,IV沉积区为研究区中粒径最粗的区域,粒级组分含量特点同I沉积区相似,粒径中值粒径均值为1.63 Φ,平均粒径为1.79 Φ,分选系数为0.99,分选较好,偏态基本为正偏,峰态较小。

河流入海泥沙在进入河口后,其输运和堆积过程受到河口地形、水道分流、水动力、盐淡水混合等因素控制,在河口周边地区形成了一定规模的水下三角洲^[1,28⁃30]。闽江河口水下三角洲前缘是河流与海洋动力相互作用最强烈的地区,也是三角洲沉积最迅速的部分^[31⁃34]。闽江河口及周边海域表层沉积物的分布格局显示,在闽江河口水道内及川石岛以东的沉积物砂组分含量高、平均粒径大、分选程度相对较好,峰态类型窄（图5,6）,同时该地区水流流速大（图4）,表明该地区沉积物再悬浮频繁^[35],细颗粒沉积物无法沉积下来。但在出长门水道和梅花水道口门,即川石岛—梅花一带海域,入海泥沙经长门水道和梅花水道到达川石岛—梅花一带的口门附近,水域面积展宽,水流流速减弱（图4a）,因径流和潮流顶托、盐淡水混合明显且水体盐度结构发生变化^[13,36⁃39],泥沙发生絮凝,并在琅岐岛东侧出现高浊度带状水体分布^[13],大量泥沙在此沉积,在川石岛—梅花之间的口门附近逐渐发育并形成了一系列的水下浅滩（如内沙浅滩、新埕沙、南上行沙等）,沉积物分选差,峰态类型表现为宽峰（图6）。出川石岛—梅花口门后潮流流速增大（图4）入海泥沙在落潮流的作用下继续向东、东北、东南方向输运（图7）,沿程堆积,粗颗粒沉积物在径流、强潮流与地形的相互作用下快速堆积^{[13,32,36,40]},在闽江河口外海域形成了一系列粗颗粒堆积体（如铁板沙、腰子沙、鳝鱼沙、外沙浅滩、梅花浅滩等）,沉积物分选较好,峰态类型多为窄峰（图6）。由图4可知,在该粗颗粒堆积体附近海域,涨潮流速明显较落潮流速大,而座底观测结果也显示,该海域推移质输运主要发生在涨潮期间,并在旋转流的作用下使粗颗粒沉积物向北、西北方向输运^[13],这表明随落潮流输运至外沙浅滩一带海域的闽江入海泥沙在涨潮流的作用下又向北和西北方向输运,进一步促进了川石岛东侧粗颗粒堆积体的发育（图7）。根据潮流数值模拟结果统计,在该沉积区内,涨潮和落潮流速大,表明该沉积区属于强动力环境,落潮流控制了该沉积区北部的分布范围（图9a,b）,而涨潮流则控制了沉积区南部分布范围,并且对北部边界范围也有一定的影响（图9c）。

Figure 9.  Spatial hydrodynamic pattern in MRE and surrounding waters

一般情况下,河流携带的泥沙在进入河口后,大部分泥沙被截留并沉积在河口水下三角洲地区,少量被输送到离岸较远的口外海域^[1]。闽江入海泥沙在经过一系列输运、沉积、再悬浮等沉积动力过程后,依然有部分泥沙继续向海方向输运^[13],但随着向海方向推进,水深逐渐增加,海底逐渐平坦^[17],潮流流速减小（图4）。因此,较粗的沉积物和部分细颗粒沉积物地在该海域发生沉积,形成一片较细颗粒堆积体（图7,8）。沉积物输运趋势显示（图7）,闽江河口水下三角洲前缘斜坡至前三角洲北部海域的细颗粒沉积物输运方向呈北东向,南部主要呈北西向朝岸输运,这与底层浊度和水动力观测结果一致^[13]。根据潮流数值模拟结果统计,该沉积区位于落潮流速逐渐减弱的过渡地区,水动力相对较强,其分布范围主要受落潮最大流速和涨潮最大流速控制（图9b,d）。

研究区的东南部和东北部也存在由海向岸的输运现象,表明闽江入海泥沙在穿过水下三角洲后,受到夏季河口羽流和东侧海域水动力强度相对较大的影响（图9）,细颗粒泥沙在出闽江河口南航道口门后再向东输运的过程中,底层水动力净向北输运,因此闽江入海泥沙无法继续向东扩散、输运,仅在外沙浅滩东侧形成窄条带状的较细颗粒沉积体（图7,8）。闽江入海的部分细颗粒泥沙在落潮流的作用下穿过水下三角洲后继续向东北方向输运,但由于总体水动力作用较弱（图9）,有利于细颗粒沉积物的堆积,因此闽江入海的细颗粒泥沙在该海域发生沉积^[34]。此外,由图4可知,涨潮流由黄岐半岛东侧海域向闽江河口方向输运,也带来了大量东海陆架的细颗粒沉积物在此发生沉降,加之黄岐半岛海岸地貌引起的闽江落潮流雍水效应与海岸的摩擦作用^[41],促使闽江河口水下三角洲东北侧至黄岐半岛海域沉积了大片的细颗粒沉积物。研究表明,闽江河口外东北侧的泥质沉积区属于浙闽沿岸泥质区的南端^[42⁃43],属于长江水下三角洲远端泥^[44],而表层沉积物和柱状沉积物的黏土矿物分析结果也表明,该地区细颗粒沉积物主要来源于长江输入的细颗粒物质^[45⁃46],并且离岸距离越远贡献越大^[46]。在闽江河口外东南部海域,涨、落潮水动力作用都相对较强（图9）,但依然发育了一片细颗粒沉积体,可能主要是由于闽江入海细颗粒泥沙在落潮时向海输运,涨潮时又随涨潮流向岸输运,至高潮后又向外输运,如此反复,在旋转潮流的作用下最终向东南方向输运并沿途沉积所致^[47]。细颗粒沉积物的分布格局与粒径趋势分析结果一致（图7）,也得到了底层余流观测结果和地层层序解译结果的支持^[13,41],表明该地区细颗粒泥沙输运与沉积主要受潮流控制。

沉积物粒度分布结果显示（图5,6）,水下岸坡区域不仅分布着大片的细颗粒沉积物,在东侧和东南侧还有一片粗颗粒沉积物分布区。该海域潮流流速较大（图4）；沉积物粒度组成均为砂,且分选程度较好,峰态类型为窄峰（图6）；在沉积层序方面,该地区缺失全新世海相沉积层^[41]；从地理位置上对比层序地层解译结果,该粗颗粒分布区为晚第四纪低海面期间闽江古河道所在区域^[41]。已有研究结果显示,该粗颗粒沉积体属于陆架残留沉积^[48],这一结论也得到了该海域潮流沙脊成因分析的支持,即该粗颗粒堆积体是以古闽江河口三角洲物质为基础,在全新世海平面上升过程中,在水动力的长期改造作用下形成的残留堆积体^[18]。

河口水下三角洲作为陆海相互作用最为强烈的地区,其沉积环境对流域人类活动和海洋环境变化的响应尤为敏感^[49⁃50]。研究表明,流域人类活动导致入海泥沙通量发生剧烈变化,从而引起河口三角洲的冲淤变化格局和强度发生显著改变^[50⁃54],河口系统状态也正在发生变化^[8⁃10]。在闽江流域强烈人类活动的影响下,闽江河口水下三角洲的沉积过程也同样发生了显著变化,河口附近浅滩冲淤格局发生变化^[15],部分地区由淤积逐渐转变为冲刷^[55],前三角洲泥质沉积区的沉积速率显著减小^[14]。

河流入海泥沙通量的减小可以引起河口水下三角洲侵蚀,导致表层沉积物变粗,在空间上具有明显差异^[56⁃57]。对比20世纪80年代^[58]和90年代^[59]闽江河口表层沉积物中值粒径平面分布（图10a）,从20世纪80年代初到90年代期间,闽江河口南航道以南的浅滩地区表层沉积物中值粒径总体减小,并且在空间上中值粒径较大的等值线（2 Φ）向北迁移（图10a）,表明该时段闽江河口水下三角洲南部处于淤积状态；而闽江河口南航道以北的铁板沙、腰子沙等浅滩地区沉积物中值粒径明显增大,并且在空间上中值粒径较大的等值线（2 Φ）范围显著扩大（图10a）,表明该时段闽江河口水下三角洲北部处于侵蚀状态。这种南部淤积、北部侵蚀的空间分布格局表明闽江河口水下三角洲沉积环境变化对人类活动的响应具有显著的空间差异。研究结果显示,虽然闽江流域耕地面积自20世纪80年代以来逐年减少,林地面积逐年增大^[60⁃61],但由于林地结构不合理,天然林地比例逐渐减小,森林资源质量下降^[61⁃62],建设用地面积明显增加^[63],导致上游水土流失面积显著增加^[62],输沙量显著增大^[64]。闽江河流入海泥沙通量统计结果显示（图11）,20世纪60—70年代的闽江入海泥沙通量高于50年代,自20世纪70年代末至80年代初的安砂水库和池潭水库建成后,闽江入海泥沙通量开始总体缓慢减少,而1984年沙溪口水库建成后,闽江入海泥沙通量继续持续减小,而1993年水口水库建成后,闽江入海泥沙通量显著减小。20世纪80年代以前输沙量的明显增大对河口水下三角洲的沉积环境的影响主要表现在淤积强度增大^[14⁃15]。然而,自1980年前后泥沙通量开始逐渐减小后,闽江河口水下三角洲南侧海域依然表现出持续淤积状态,而北侧海域则开始出现侵蚀,这与图10对比结果一致^[14,55],表明闽江河口水下三角洲北侧海域沉积物变化对流域人类活动响应比南侧更快。这种空间差异的出现可能与闽江河口地区的水动力条件有关。水文资料统计结果显示^[65],琅岐岛南侧的梅花水道涨落潮分流比分别为30.8%和27.5%,分沙比分别为9.2%和21.9%,而北侧的长门水道涨落潮的分流比分别为69.2%和72.5%,分沙比分别为70.8%和78.1%,表明闽江入海泥沙主要通过长门水道入海。在整个潮周期内,闽江河口水下三角洲北侧水动力相对更强（图9）,因而该地区沉积物活动性更强,且长门水道分沙比大,泥沙通量减少对北侧海域沉积过程影响更大,海底冲淤变化响应迅速。南侧梅花水道分沙比小,泥沙通量显著减少对南侧海域影响相对较小,并且在梅花水道口门及附近海域水动力较弱,有利于泥沙堆积,尽管闽江入海泥沙通量逐渐减少,但在该海域仍然表现为淤积状态。

Figure 10.  Median grain⁃size variations of surface sediment at different time stages in the MRE

Figure 11.  Fluxes of freshwater and sediment discharged to the sea by the Minjiang River

自2010年前后至2017年,闽江河口区沉积物中值粒径空间分布格局变化比较稳定,在水下三角洲前缘斜坡附近海域表层沉积物中值粒径较大的等值线（2 Φ）总体呈现向岸后退,中值粒径略微减小。总体来说,该时段沉积环境处于基本稳定状态（表4）,仅在川石岛东北侧海域出现较明显的变化（图10c）。将2010年前后的沉积物粒度分析结果按上述沉积环境分区进行统计、对比,显示各沉积环境分区在该时段内表层沉积物中值粒径变化微小,各粒度参数变化也相对稳定（表4）。对比沉积区I和沉积区II,沉积物略微粗化的现象,这也说明在该时段闽江河口水下三角洲前缘、水下三角洲前缘斜坡等海域依然存在一定程度的侵蚀,与中值粒径空间分布对比结果一致（图10c）。该变化与闽江入海泥沙通量持续减少及海砂开采活动有关。自2010年后,闽江入海泥沙通量持续减少,使得沉积区I和II所在区域海底持续侵蚀（图11）。

此外,统计结果显示,闽江河口地区在2012—2017年间采砂活动频繁,海砂开采量约为0.4×10⁸ m³,而且多集中分布在川石岛东北侧海域,导致该地区沉积物粒度组成变粗^[66]。从空间位置上来看,沉积区I的沉积物粗化主要是由海砂开采引起的,而沉积区II因与采砂区距离相对较远,其沉积物略有粗化主要是由河流入海泥沙通量持续减少所致。因流域人类活动导致河口水下三角洲沉积物出现粗化现象在大河三角洲有所体现^[56,67],只是闽江河口水下三角洲沉积物粒度响应更为迅速。对于沉积区III,表层沉积物出现细化现象,这可能与闽江入海泥沙通量显著减少有关。研究表明,闽江河口外的东海陆架表层细颗粒沉积物中闽江入海泥沙贡献约占30%,由长江远距离输送的细颗粒泥沙贡献约占70%^[46]；在水口水库建设后,闽江入海泥沙通量显著减少,前三角洲细颗粒沉积区的沉积速率同步显著减小^[14],从而使得沉积区III所在区域的细颗粒沉积物中由长江远距离输送的细颗粒泥沙贡献增大,相比闽江入海细颗粒泥沙黏土含量约25%（本文）来说,长江及浙闽沿岸长距离输运至东海陆架南部的细颗粒泥沙黏土含量高达30%~40%^[68],因而该沉积区的沉积物变细。沉积区IV的表层沉积物也存在一定程度的细化现象,这可能是因为该区域的沙脊群在水动力不断改造下逐渐向东南迁移^[18],而原来的区域也开始出现少量细颗粒沉积物,在2010年前后该区域表层沉积物基本没有细颗粒组分,而到2017年粉砂和黏土含量略有增大（表4）。

（1） 闽江河口及周边海域落潮流向整体上为东北向,而在闽江河口水下三角洲范围内流向存在由东南向、东向转变为东北向的变化,流速在0.15~1.35 m/s范围变化；涨急时刻潮流流速由外海域至闽江河口水下三角洲流速逐渐变大,流向整体上表现为西南向,在水下三角洲范围内流速在0.5~2.5 m/s范围变化。

（2） 闽江河口及周边海域表层沉积物共有六种类型,以砂、粉砂质砂和砂质粉砂为主；在空间上,沉积物粗颗粒组分由河口向口外陆架总体逐渐减小,细颗粒组分总体逐渐增大,平均粒径也表现出相同的变化趋势。

（3） 粒径趋势分析结果显示,在闽江河口水下三角洲内,闽江携带的入海沉积物在通过梅花水道和长门水道后,分别向东、东南和东北方向输运,并且在输运过程中不断发生沉积,在鳝鱼沙、铁板沙、腰子沙、内沙浅滩和外沙浅滩等区域形成粗颗粒沉积物堆积；在口外水下岸坡区域,闽江入海沉积物在输运过程中受潮流作用和外海沉积物的影响,在口外东北侧和东南侧海域沉积大片细颗粒沉积物。

（4） 根据径流、潮流等水动力条件及沉积物来源,可以将现代闽江河口及周边海域划分为4个沉积区,沉积区I包括水下三角洲平原和水下三角洲前缘,沉积区II包括水下三角洲前缘斜坡和前三角洲,沉积区III为水下岸坡的细颗粒沉积区,沉积区IV为古闽江三角洲残留沉积。

（5） 不同人类活动对闽江河口水下三角洲沉积环境演化过程影响不同,流域土地利用变化加剧水土流失,引起入海泥沙通量增加,从而使得河口水下三角洲淤积强度和淤积范围增大；水库建设使得闽江入海泥沙通量显著减少,河口水下三角洲发生侵蚀,沉积物粗化,而因闽江入海细颗粒泥沙通量减少导致闽江河口外水下岸坡地区沉积物细化；海砂开采在局部地区会引起沉积物粗化。