0 前言
0.1 研究意义
海岸带区域是与人类的生产生活密切相关的重要经济带，也是人类活动最为活跃的区域，随着人类对海洋的开发与利用不断深入，围海造田、养殖以及港口与航道建设等近岸海洋工程越来越多，破坏了沿岸自然环境，制约了近岸海域的可持续发展。随着经济的迅猛发展，海洋开发力度还将进一步增大，特别是海洋与陆地之交的近岸海域，已成为开发利用程度最高和人类活动最频繁的区域。渤海湾是中国渤海三大海湾之一，位于渤海西部，三面环陆，分别与河北、天津、山东的陆岸相邻，面积约 1.1 万平方公里（1984 年数据），约占整个渤海面积的 1/7。随着近年来渤海湾沿岸地区城市建设和经济的迅猛发展，尤其是西部天津港区、北部曹妃甸大面积填海、南部黄骅和滨州港区的开发建设，使得渤海海岸带资源和环境发生了较大改变，引起学者们的高度关注。黄河三角洲黄河三角洲曾被誉为“我国最年轻的土地”，但 1987 年到 2006年其面积增加也不过约 365km2。而渤海湾北部海区的曹妃甸浅滩在 2004-2020年期间计划填海面积就有约 310km2，比目前唐山市所辖六区面积（约为 290km2）还要大。加上天津港区，黄骅和滨州港区也向海洋推进，2006-2010 年之间，渤海湾内的围、填海面积大约为 458km2，已远大于黄河三角洲同期造陆面积。
港口和临港工业在带来巨大社会经济效益的同时，其围海造陆的建设方式对海洋环境的负面影响及其连锁反应同样不可小觑。不合理的围填海会引发赤潮、洪灾、海岸侵蚀等灾害，改变海岸带的自然景观，破坏生态平衡。同时，环境的变化反过来又会对围填海工程产生不利影响。单项工程本身对环境影响可能较小，但长期的、大量的围填海工程造成的累积环境影响是不可忽视的。因此，保护海洋生态环境，合理有序和集约节约开发利用海洋资源至关重要。渤海湾的面积正在逐年减小，海湾环境也面临巨大的挑战，因此，在人口膨胀、资源短缺和环境污染日益突出的背景下，对渤海湾进行环境演变的研究显得十分迫切和必要。
0.2 研究现状
0.2.1 渤海湾研究现状
渤海湾位于黄河三角洲和滦河三角洲之间，黄河、滦河、海河等多条河流均从本区入海，带来了丰富的陆源碎屑沉积物。开敞平缓的淤泥质潮滩，在波浪和潮流共同作用下，细颗粒泥沙运动活跃，岸滩冲淤多变。早在 1962 年秦蕴珊、廖先贵就对渤海湾海底沉积作用进行了初步探讨，近些年来由于天津港、黄骅港等临港经济的发展，对于渤海湾海岸环境的研究也逐渐增多。董太禄（1995）主要从沉积物来源的角度分析了渤海南部的现代沉积特征。张忍顺（1995）对渤海湾淤泥质海岸潮汐汊道的发育过程进行了研究，指出淤泥质海岸潮汐汊道与废弃河口演化有密切关系。段永侯（2001）分析了渤海自第四纪以来，由于新构造活动与气候变化及大规模海侵造成的海岸带变迁，指出海岸带变迁对海岸带岩相古地理、海岸带地貌的形成演化和海岸带卤水矿床与贝壳堤分布起着重要的控制作用。王宏（2003）以渤海湾泥质海岸带地质调查为基础，以浅表地层为主要对象，应用大比例尺区域地质调查和综合研究相结合的方法研究了渤海湾近现代地质环境变化。姜义、李建芬等（2003）根据不同时期的历史资料、地形图及遥感数据分析了渤海湾西岸近百年来海岸线变迁情况。孟伟（2005）针对整个渤海海岸带存在的生态与环境问题，分析了环渤海地区的社会经济活动对海岸带产生的环境压力，应用生境退化诊断方法，通过对海洋环境、沉积动力和环境化学的分析方法，重点对天津海岸带污染特征及演变过程进行了研究。雷坤、孟伟等（2006）根据 2003 年在渤海湾西岸海河口南缘至歧口间岸段采集沉积物分析结果，探讨了渤海湾西岸潮间带粒度分布特征和沉积作用。吴建政、胡日军、朱龙海等（2009）利用中子活化示踪砂技术、粒子追踪方法等对黄骅港附近抛泥区的泥沙运移规律进行了研究，分析了渤海湾海域部分抛泥区对黄骅港航道淤积的影响。薛春汀（2009）根据贝壳堤、牡蛎礁、障蔽沙坝及沙堤、河道变迁历史记录并参考历史地理学家的海岸变迁研究，分析了渤海湾西岸、南岸 7 000 a 以来海岸线的变迁，提出渤海湾海岸线变迁主要是受三角洲演化控制。张宁、殷勇、潘少明等（2009）利用渤海湾曹妃甸近岸海域表层样的粒度测试数据和柱状样的测年数据，同时结合多年海底地形断面对比，对曹妃甸海域潮汐汊道系统的现代沉积环境进行分析，指出曹妃甸西部双龙河口表层沉积物从近岸到远岸有总体变细的趋势。乔璐璐、李广雪等（2010）基于 2008 年夏季渤海湾中北部 312 个调查站位的悬浮体观测资料，分析了夏季渤海湾中北部海域悬浮体浓度的分布特征及其形成原因。乔淑卿、石学法等（2010）基于对整个渤海 2007 年获得的 171 个表层沉积物样品的粒度分析测试结果，利用 Gao-Collins 粒径趋势分析方法研究了整个渤海底质沉积物的分布特征和输运趋势，提出较细颗粒泥砂主要在渤海湾中部、南部沉积。田立柱、耿岩等（2010）根据渤海湾西部表层沉积物样品的粒度分析结果，分析了渤海湾西部表层沉积物的粒度特征与分布规律。并对渤海湾西岸细砂质潮间带的成因进行了分析。
1 研究区概况
1.1 地理位置
整个渤海由辽东湾、渤海湾、莱州湾、渤中盆地和渤海海峡 5 个部分组成，总面积约为 7.8 万 km2，渤海水深较浅，平均水深仅为 18 m。本文研究对象为渤海湾海域，地理范围在 38°00′~39°15′N，117°30′~118°50′E（图 1-1）。渤海湾是位于渤海西部的一个半封闭的海湾，湾口北端是河北省乐亭县大清河口，南端是位于山东省的老黄河口，东面与渤中盆地相通。渤海湾三面环陆，北部与河北、西部与天津、南部与山东的陆岸相邻。面积约 1.1 万平方公里（1984 年），约占整个渤海面积的 1/7。另外，渤海湾东部边界还有自滦河口到黄河口的划法，按这种划法渤海湾面积还要大些。
1.2 区域背景资料
1.2.1 气候条件
渤海湾是三面环陆的半封闭式海湾，位于中纬度季风区，离蒙古高原较近，气候特征具有明显的“大陆性”：一是季风显著；二是四季分明，冬寒夏热，春秋时间较短，年温差较大；三是雨季较短，主要集中在夏季七八月份，春季少雨，年降水量变化也较大。
（一）气温
根据渤海湾西部塘沽海洋站 1996-2005 年气象资料，年平均气温为 13.1℃，极端最高气温为 40.9℃，极端最低气温为-13.5℃。根据渤海湾南部埕口盐场气象站 2006-2008 年气象资料，年平均气温为12.36℃，极端最高气温为 36.3℃，极端最低气温为-10.0℃。月平均气温最高月份为 8 月，次之为 7 月，月平均气温最低月份为 1 月，次之为 12 月。
3 研究区海岸线和潮滩演变.......... 39-66
3.1 海岸线、潮滩范围确定......... 39-41
3.1.1 海岸线......... 39-40
3.1.2 潮滩......... 40-41
3.2 遥感影像的预处理及水边线信......... 41-42
3.2.1 遥感影像预处理......... 41
3.2.2 遥感影像解译 .........41-42
3.3 研究区海岸线演变分析......... 42-52
3.4 潮滩高程反演......... 52-57
3.5 潮滩水平冲淤速率计算......... 57-63
3.6 渤海湾纳潮量的变化......... 63-65
3.7 小结......... 65-66
4 研究区表层沉积物分布特征......... 66-76
4.1 沉积物取样及分析......... 66-67
4.2 表层沉积物类型及粒度参数......... 67-72
4.3 沉积物时间分布特征 .........72-73
4.4 沉积物来源......... 73-74
4.5 沉积物分布规律 .........74-75
4.6 小结 .........75-76
5 研究区沉积动力数值模拟 .........76-106
5.1 控制方程......... 76-81
5.2 相关参数设置 .........81-84
5.3 数值模型验证......... 84-90
5.3.1 潮波系统 .........84-87
5.3.2 潮位和潮流验证......... 87-90
