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文檔簡介
1、<p><b> 本科畢業(yè)論文</b></p><p><b> ?。?0 屆)</b></p><p> 中國沙壩—潟湖海岸動力地貌演變分析</p><p> 所在學(xué)院 </p><p> 專業(yè)班級 海洋
2、科學(xué) </p><p> 學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p> 指導(dǎo)教師 職稱 </p><p> 完成日期 年 月 </p><p><b> 目錄</b>&
3、lt;/p><p><b> 中文摘要Ⅰ</b></p><p><b> 英文摘要Ⅱ</b></p><p><b> 前言 1</b></p><p> 1 沙壩-潟湖海岸的成因2</p><p> 1.1 沙壩-潟湖海岸的定義2&l
4、t;/p><p> 1.2 沙壩-潟湖海岸的組成3</p><p> 1.3 沙壩-潟湖海岸的成因3</p><p> 2 沙壩-潟湖海岸的動力沉積特征5</p><p> 2.1 水動力特征5</p><p> 2.1.1 潮汐與潮流5</p><p> 2.1.2 波浪6
5、</p><p> 2.1.3 徑流8</p><p> 2.2 泥沙運動特征9</p><p> 3 沙壩-潟湖海岸地貌體系12</p><p><b> 3.1 沙壩12</b></p><p><b> 3.2 潟湖13</b></p>
6、<p> 3.3 潮汐通道14</p><p> 4 沙壩-潟湖海岸地貌演變模式16</p><p> 4.1 粵西博賀沙壩-潟湖海岸演變實例分析16</p><p> 4.2 海南島小海沙壩-潟湖海岸演變實例分析18</p><p><b> 結(jié)論20</b></p>&l
7、t;p><b> 參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b> 致謝22</b></p><p> 中國沙壩—潟湖海岸動力地貌演變分析</p><p><b> 摘要</b></p><p> 沙壩-潟湖海岸是一種有著極具開發(fā)利用價值的海岸,它有著豐富的自
8、然資源,匯集有豐富的營養(yǎng)鹽,是優(yōu)良的水產(chǎn)養(yǎng)殖所,潟湖海岸的隱蔽水域也非常有利于港口建設(shè)和航運事業(yè)的發(fā)展。中國的沙壩-潟湖海岸主要分布在華南沿岸,廣東、海南、臺灣等省有大量分布,自然條件下,如海岸地貌、徑流、波浪、潮流等因素能夠產(chǎn)生沙壩-潟湖型海岸地貌,人類活動也能對沙壩-潟湖海岸的演變產(chǎn)生影響,可如今人類的生產(chǎn)生活對海岸帶地貌既有正面也有負(fù)面的影響,這必須引起各部門的高度重視,因此研究沙壩-潟湖海岸動力地貌的演變分析將變得非常重要,這有
9、利于我們?nèi)ケWo(hù)和合理利用沙壩-泄湖這種極具價值的海岸地貌。本文闡述了沙壩-潟湖海岸的地貌特征、自然概況,諸如水動力特征、泥沙運動、泥沙沉積等;沙壩-潟湖海岸的三大基本地貌單元:沙壩、潟湖、潮汐通道及其演變特征與過程;我國近幾年來沙壩-潟湖海岸研究的具體實例及研究成果;沙壩-潟湖海岸在自然條件及人類活動下的演變過程分析。 </p><p> 關(guān)鍵詞:沙壩-潟湖海岸;潮汐通道;泥沙運動;水動力特征</p>
10、;<p> Analysis of Morphodynamics evolution in Chinese Barrier – lagoon coast</p><p><b> Abstract</b></p><p> Bar-lagoon coast have a great use value of a coastal developmen
11、t, it is rich in natural resources, and it is rich in nutrients. It is an excellent Aquaculture, and the Hidden Waters of Coastal lagoon are very conducive to develop the Port construction and shipping industry. Chinese
12、Barrier - lagoon coast mainly distirbut in South China coast, Guangdong, Hainan and Taiwan Province have a large number of distribution. Under natural conditions, like Coastal geomorphology, runoff, wave, tide can gen<
13、;/p><p> key words: Bar-lagoon coast;Tidal channel;Sediment movement;Hydrodynamic characteristics</p><p><b> 前 言</b></p><p> 21世紀(jì)是海洋的世紀(jì),而沙壩-潟湖海岸占世界海岸線的13%以上,由沙壩、潟湖、潮汐通道三
14、大地貌單元組成,在國外主要分布在美國東部沿岸和墨西哥灣、南美和印度東海岸、波羅的海、地中海、里海和黑海周圍,在我國主要分布于河北、山東、廣東、海南和臺灣等省沿海。這類海岸由于在港口航道、水產(chǎn)養(yǎng)殖、環(huán)境生態(tài)、礦產(chǎn)資源、旅游景點等有很大的開發(fā)利用價值,這就促使人類對其地貌的形成進(jìn)行研究分析。國際上的研究開始于19世紀(jì)中期對沙壩形成原因的研究,20世紀(jì)60~90年代初達(dá)到研究高潮,對沙壩、潟湖、潮汐通道進(jìn)行了系統(tǒng)的理論探討和應(yīng)用研究。我國因起
15、步較晚,于80年代初才開始研究沙壩-潟湖海岸,80年代中期以來對潮汐通道研究程度較高。</p><p> 潟湖海岸是海岸帶自然資源豐富的地帶。潟湖匯集豐富的營養(yǎng)鹽,是優(yōu)良的水產(chǎn)養(yǎng)殖場所,如中國海南島陵水的新村港是重要的珍珠貝養(yǎng)殖基地,美國紐約長島的大南灣是蛤類的養(yǎng)殖基地。海岸潟湖的隱蔽水域有利于港口建設(shè)和航運事業(yè)的發(fā)展。如中國廣西北海港也修建于潟湖之中。美國東部海岸潟湖,彼此連屬,可通航里程達(dá)4500公里。墨西
16、哥灣沿岸潟湖,可通航的長度達(dá)到1000公里。同時瀉湖風(fēng)平浪靜,為良好的水上運動場所,有些已成為旅游基地。綜上所訴,研究潟湖海岸具有非常重要的意義,人類開發(fā)利用海洋,但同時也必須研究和保護(hù)海洋。 </p><p> 1 沙壩-瀉湖海岸的成因 </p><p> 1.1 沙壩-瀉湖海岸的定義 </p><p> 沙壩是波浪在破波帶附近堆積的砂礫質(zhì)堤壩。波浪在破波帶
17、發(fā)生破碎,能量衰減,泥沙堆積形成水下沙壩,再長成水上沙壩。</p><p> 潟湖是指海岸帶被沙嘴、沙壩或珊瑚分割而與外海相分離的局部海水水域。海岸帶泥沙的橫向運動常可形成離岸壩—潟湖地貌組合。當(dāng)波浪向岸運動,泥沙平行于海岸堆積,形成高出海水面的離岸壩,壩體將海水分割,內(nèi)側(cè)便形成半封閉或封閉式的潟湖。在潮流作用下,可以沖開堤壩,形成潮汐通道。漲潮流帶入潟湖的泥沙,在通道口內(nèi)側(cè)形成潮汐三角洲。潟湖沉積是由入潟湖河
18、流、海岸沉積物和潮汐三角洲物質(zhì)充填,多由粉砂淤泥質(zhì)夾砂礫石物質(zhì)組成,往往有黑色有機(jī)質(zhì)粘土與貝殼碎屑等沉積物。</p><p> 圖1 沙壩—潟湖海岸地貌特征示意圖</p><p> Fig.1 Schematic diagram of the Barrier – lagoon coast’s Topographic feature </p><p> 海岸與濱
19、岸壩之間,有水道與外海相通的淺水區(qū)。濱岸壩是由波浪堆積而成的沙壩或礫石壩,或是珊瑚礁壩。</p><p> 潟湖相應(yīng)地分為兩種類型:</p><p> ?。?)海岸潟湖:位于濱岸壩與海岸之間,水域狹長而不規(guī)則;海岸潟湖按鹽度可分為半咸水、咸水和極咸水三種。半咸水潟湖接受較多的徑流。極咸水潟湖形成在蒸發(fā)量超過海水流入量之處。美國德克薩斯州的馬德雷湖(Laguna Madre)、黑海的西瓦什
20、湖(Sivash Lagoon)鹽度分別達(dá)到65~132%。在此條件下可以有鹽沉淀。在湖底地形剖面上,位于濱岸壩後方的海岸潟湖通常是細(xì)粒沉積帶,湖底剖面隨時間而逐漸淤高,只在接近潮流入口處有較深的溝。珊瑚潟湖的湖底,可因鈣質(zhì)沉積而變平坦,或存在死、活珊瑚的礁墩。 </p><p> ?。?)珊瑚潟湖:由環(huán)狀珊瑚礁環(huán)繞或由壩狀珊瑚礁相隔而成,水域呈圓形或不規(guī)則形狀。海岸潟湖分布廣,估計約占全世界海岸線的13%,多形
21、成于潮差較小或中等、波浪能量較低或中等、有豐富沉積物足以形成起保護(hù)作用的濱岸壩之處。珊瑚潟湖的分布局限于具備珊瑚生長條件的熱帶開闊海域,主要見于距赤道南北緯25°以內(nèi)。</p><p> 潟湖區(qū)的植物取決于當(dāng)?shù)氐臍夂蚺c湖水鹽度。熱帶潟湖中紅樹林繁盛,溫帶潟湖中常生長鹽沼植物。植物的種屬取決于植物的耐鹽度和湖底條件。鹽度較小的湖區(qū)發(fā)育蘆葦沼澤,鹽度接近外海時生長鹽生植物。海岸潟湖中的動物多為生長在軟泥或
22、沙中的牡蠣等軟體動物。珊瑚潟湖中的動物多為造礁動物,海岸潟湖在下沉區(qū)、穩(wěn)定區(qū)和上升區(qū)都可形成,只要岸坡比涌浪所需的平衡剖面低平、物質(zhì)豐富,足以形成濱岸壩。海岸潟湖中由于持續(xù)的沉積作用、河流泥沙的注入、植物作用和咸水的絮凝作用,沉積速率比外海大得多。德克薩斯州潟湖中的沉積速率平均為每百年1米。</p><p> 1.2 沙壩-瀉湖海岸的組成</p><p> 沙壩-潟湖海岸。由于灣口攔灣
23、壩的發(fā)育而造成的由沙壩、潟湖兩個主要單元組成的海岸。攔灣壩多存在缺口,成為潮汐通道,入口處(潟湖內(nèi))堆積出漲潮三角洲,出口處堆積有退潮三角洲,二者均阻礙航行。在障壁島之間,潮汐通道是聯(lián)系障壁島后瀉潮和海洋的通道,受垂直和斜交障壁島的潮流作用影響,潮汐通道和潮汐三角洲沉積物被形成。漲潮三角洲和潮汐通道沉積很少受海浪和風(fēng)力的影響,退潮三角洲和潮汐通道受沿岸流和海浪的影響。潟湖內(nèi)水淺堆積作用較強(qiáng),四周常見沼澤及淤泥質(zhì)海灘發(fā)育。</p&g
24、t;<p> 圖2 潟湖沉積體系的主要組成部分</p><p> Fig.2 Main components of Lagoon depositional system</p><p> 1.3 沙壩-潟湖海岸的成因</p><p> 關(guān)于沙壩-潟湖海岸的形成原因至今還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識,主要有以下五種觀點:(1)橫向說,認(rèn)為隨著海平面上升,海底沙
25、壩在波浪作用下向陸超覆堆積形成沙壩島,物質(zhì)來源于大陸架。De Beaumout提出由于波浪作用使陸架沉積物向上堆積并向陸轉(zhuǎn)移就形成了岸外沙壩,F(xiàn)ield和Duane分析了美國西海岸內(nèi)陸架沉積物、地形、潮汐通道與沙嘴等有關(guān)的陸架淺灘得出:沙壩是隨著全新世海面波動而交替侵蝕和堆積的,但總的是后退的。還有一些學(xué)者也得出了類似的結(jié)。(2)縱向說,認(rèn)為沙壩的形成是由于沿岸流對泥沙的搬運作用下形成的,即沙嘴延伸和分割理論。(3)下沉說,Mece(1
26、890)認(rèn)為,由于海面上升和陸地區(qū)域性下沉,使發(fā)育在沿岸海灘沙脊(或沙丘)與大陸分隔開來并演化為沙壩(堡島)。(4)上升說,Merrill(1890)提出由于海平面下降或陸地抬升,離岸壩出露而形成沙壩。(5)綜合說,認(rèn)為沙壩的形成既有縱向也有橫向泥沙搬運。Schwartz論述了沙壩起源的多解性。密西西比三角洲沙壩-潟湖的演化是:泥沙縱向運動形成沙壩島;隨海平面上升在波浪作用下向陸轉(zhuǎn)運;泥沙供應(yīng)不足,相對下沉。</p>&l
27、t;p> 盡管沙壩的形成還沒有統(tǒng)一的理論,但目前比較流行的理論認(rèn)為多數(shù)沙壩源于冰后期海侵向陸轉(zhuǎn)運形成的,即橫向說,可以用濱面轉(zhuǎn)移理論來解釋?!盀I面轉(zhuǎn)移“理論認(rèn)為,隨著海平面上升,濱面向陸后退。“沙壩海侵層序是在全新世海侵過程中根據(jù)‘濱面后退’的機(jī)理形成的”。沙壩隨濱面轉(zhuǎn)移的條件是陸架坡度適中,水下地形坡度超過0.8時沙壩便不能在海侵時隨濱面轉(zhuǎn)移,香港就因為近岸坡度較陡,海侵過程中不可能從陸架帶來大量泥沙。</p>
28、<p> 2 沙壩-潟湖海岸的動力沉積特征 </p><p> 沙壩-潟湖海岸一般形成于潮差及波浪不大,有足夠沉積物可形成濱外沙壩之處,它常平行海岸線呈長帶狀發(fā)展,最長的長度綿延1500公里,由于潟湖內(nèi)水體較靜,于是成為陸域河流攜帶下泥沙的理想沉積環(huán)境,加上潮流和沿岸流的堆積、潟湖區(qū)植物根系對沉積物的涵留和咸海水的絮凝作用,使得區(qū)內(nèi)沉積作用旺盛,沉積速率遠(yuǎn)比海大。一般而言沙壩-潟湖湖底通常是泥、粉沙
29、等細(xì)顆粒沉積物的沉積帶,較粗粒的沙礫則分布在外側(cè)的沙壩上,當(dāng)沉積作用持續(xù)進(jìn)行,潟湖湖面逐漸縮小、深度變淺,最后潮流口淤積堵塞,潟湖發(fā)育成沼澤甚至陸地。在通常狀況下,潟湖外側(cè)的沙壩具有保護(hù)潟湖免受海浪直接侵襲的功能,只有當(dāng)沙壩受波浪作用而漸向陸地推移時,泄湖才會逐漸減小消逝。在風(fēng)暴或海嘯時,波浪可破或翻越沙壩進(jìn)入潟湖區(qū),在極短的時間內(nèi)就可改變其地貌形態(tài),有時可造成潟湖的迅速消失。沙壩-潟湖的水溫和鹽度隨氣候變化而變動,于湖水深度淺,水溫接
30、近于大氣溫度,冬季較外海低,夏季比外海高;鹽度則隨進(jìn)入潟湖的徑流量和潮流量的相對值而變化,按其鹽度可分為半咸水、咸水和極咸水三類。徑流量較多者過半為半咸水,極咸水潟湖則形成于蒸發(fā)量極高的地區(qū)。</p><p> 2.1 水動力特征 </p><p> 沙壩-潟湖海岸的不同部位,有著各不相同的動力條件。沙壩及其濱面以波浪動力為主;壩后泄湖以潮汐動力為主,同時也受陸域徑流的影響;潮汐通道則
31、受潮汐和波浪及徑流的共同作用。</p><p> 潮汐和波浪是控制潮汐通道、潟湖和沙壩發(fā)展的基本動力。潮流控制著不同沙體的發(fā)展?!霸谌醭焙椭械瘸焙0?,通道的結(jié)構(gòu)是普遍存在的,主要視潮汐和波浪的優(yōu)勢而變化”。落潮三角洲是波浪和潮流的動力平衡帶,兩種動力的相對強(qiáng)弱決定了通道的類型及相應(yīng)的微地貌體系。</p><p> 2.1.1 潮汐與潮流</p><p> 潮汐
32、作用的潮差對海岸形態(tài)和結(jié)構(gòu)有較大影響。潮差大的海岸帶寬,高差大;潮差小則海岸帶窄,高差也小。潮流對泥沙的沉積有顯著作用,漲潮時,潮流流速逐漸加大,當(dāng)潮流速度達(dá)到泥沙運動啟動速度時,泥沙被潮流掀起,隨潮流搬運,但速度減小到泥沙的沉積速度時,泥沙便會沉積下來。</p><p> 潮汐作用對沙質(zhì)海岸的演化也有一定影響。在潮差較小的沙質(zhì)海岸,波浪作用位置比較穩(wěn)定,易于形成離岸堤且能連續(xù)分布很長的距離。在潮差大的海岸,離
33、岸堤不易連續(xù)堆積增長,只有零星分布,大潮時波浪作用強(qiáng),激浪流常常越過堤頂甚至沖開離岸堤使?jié)暫c外海相連,形成潮汐通道。漲潮流帶入的泥沙在潟湖內(nèi)形成潮汐三角洲(圖3)。</p><p> 圖3 潮汐升降與離岸堤—潟湖海岸(根據(jù)A.N.斯特海爾修改)</p><p> Fig.3 Tidal movements and Offshore breakwater-Coastal lagoon&
34、lt;/p><p> 納潮盆地面積隨潮位變化,且控制著潮汐通道水力過程。開闊潟湖多為漲潮流優(yōu)勢,底沙輸入;淤填潟湖多為落潮流優(yōu)勢,底沙輸出。潟湖內(nèi)潮溝的潮流體制既不遵循前進(jìn)波理論也不遵循駐波理論,最大流速出現(xiàn)在高潮之前或之后,而流向在高潮之時倒轉(zhuǎn),即通常所說的漫灘流速和歸槽流速。</p><p> 潮汐通道處具有流速的不對稱性和突變性,而且潮波變形明顯,具駐波性質(zhì)。潮汐變形(水位和流速)與
35、灣內(nèi)潮灘分布的面積有關(guān),無潮灘海灣的潮波變形使落潮歷時變長,漲潮流速變大,結(jié)果為漲潮優(yōu)勢,反之則為落潮優(yōu)勢。潮汐通道口門對潮波具有非線性過濾效應(yīng),當(dāng)一個長波傳到口門時發(fā)生反射、折射和消散作用,反射與傳入的為高階諧波。高階諧波對懸浮沉積物的輸送非常重要。</p><p> 落潮三角洲區(qū)域的動力特性:中心區(qū)為落潮優(yōu)勢,具湍流噴射特性;噴射流兩側(cè)屬補(bǔ)償流影響區(qū);噴射流末端即攔門沙區(qū)存在“岬角效應(yīng)”,波浪動力從相反方向
36、抑制湍流噴射的作用。潮汐通道口外有一個輻聚的漲潮流場與一個自由射流的落潮流場,兩者合成“凈落潮三角洲流場”,有一個軸向落潮流優(yōu)勢帶和兩側(cè)兩個漲潮流優(yōu)勢帶。落潮三角洲對波浪會產(chǎn)生反射和折射,起一種透鏡效應(yīng),使上游側(cè)波能輻聚,下游側(cè)波能輻散,加速通道向下游側(cè)遷移。</p><p> 陸鐵松和趙煥庭(1988)對粵東碣石潟湖口外海岸進(jìn)行了泥沙運移的分析。碣石潟湖口潮汐通道懸移質(zhì)平均含量很小,小于0.05kg/m3,冬
37、季更小,約為0.02 kg/m3,但破波帶上沖流的含沙量很大,最大值可達(dá)到0.27 kg/m3,說明在碣石潟湖近岸,波浪輸沙作用大于潮流輸沙作用。潮汐通道內(nèi),漲潮流速大于落潮流速,結(jié)果是泥沙凈輸入潟湖。 </p><p><b> 2.1.2 波浪 </b></p><p> 波浪由外海傳至岸邊,由于海底變淺,當(dāng)水深為波高的1.3倍時,波浪就會變形,形成破浪,它對
38、岸底地沉積物有進(jìn)行再搬運和再沉積的作用。濱面向海依次可以分為激浪帶、摩擦帶、過渡帶、地轉(zhuǎn)流帶,激浪帶與海灘相對應(yīng)主要受破波過程所控制;摩擦帶波軌道流很強(qiáng),表層流與風(fēng)向一致,底層流與水平壓力梯度一致;地轉(zhuǎn)流帶以科氏力和大尺度環(huán)流作用為主。波浪向海灘入射,可以產(chǎn)生兩種伴生的浪生流系,即裂流及其伴生的沿岸流共同組成的環(huán)流系統(tǒng)和斜射波產(chǎn)生的沿岸流。</p><p> 戴志軍等(2001)對粵東后江灣沙壩-潟湖海岸系統(tǒng)的
39、演變及動力分析的研究中,對波浪及其輸沙對該系統(tǒng)的影響進(jìn)行了相關(guān)分析。根據(jù)相關(guān)的資料統(tǒng)計,粵東后江灣海區(qū)全年以分浪為主,各方向的年總頻率為89%,常浪向為ENE(19.9%)和E(18.6%);涌浪的各個方向的年總頻率為49.6%,其常浪方向為ESE(26.1%);平均波高為1.1~1.8m,平均波周期為4.3~4.5s;強(qiáng)浪向隨季節(jié)變化,冬半年受北方寒潮入侵等影響,強(qiáng)浪向為ESE和SE向。同時,后江灣海灘的破波帶不寬,為50~100m,
40、灘面主要由中粗砂組成。常浪下深水波傳到近岸處才破碎。他們將后江灣分為東北岸段,中間岸段和西南岸段,通過水深圖對沿岸方向設(shè)定7條對應(yīng)地形剖面并采集水深點與離岸距離,對各條剖面的年沖淤變化計算表明,后江灣東北岸段以侵蝕為主,中間岸段趨于平衡、西南岸段發(fā)生淤積。這與海區(qū)盛行的偏東向浪作用下海底泥沙的運移路徑很有關(guān)系。依照美軍海岸工程研究中心波浪輸沙的經(jīng)驗公式Pl = ( ECg) bcosαbsinαb,Ql = K/ (ρ- p) g (
41、ECg) bcosαbsinαb,再分析計算該海區(qū)向岸主要常浪的沿岸</p><p><b> 2.1.3 徑流 </b></p><p> 徑流量和輸沙量及泥沙粒徑都是沿岸泥沙堆積的重要因素,河流帶來的大量泥沙在河口外擴(kuò)散并沉積,可使河口發(fā)育成各種海岸地貌。通過對沿岸沉積泥沙的粒徑分析可反映該沙壩-泄湖海岸受徑流及其泥沙的影響程度。戴志軍等對粵東后江灣沙壩-潟湖
42、海岸系統(tǒng)的演變進(jìn)行了分析。在粵東后江灣沙壩-潟湖海岸系統(tǒng),距后江灣19km的碣石灣頂,有螺河和烏坎河注入。螺河的年平均流量58.6m3/s,多年最大平均流量3370 m3/s,年流量1.85G m3,年輸沙量260kt,烏坎河更小,年徑流量0.69G m3,年輸沙量100kt。戴志軍等通過對后江灣沉積物粒徑顆粒大小的分析,得出螺河徑流輸沙能力有限,對連島沙壩海區(qū)的淤積基本沒有影響。 </p><p> 2.2
43、泥沙運動特征 </p><p> 通道泥沙轉(zhuǎn)運問題研究包括歷史地貌信息、泥沙粒徑分析、床面形態(tài)測量、泥沙示蹤研究以及適時流速判讀等方面,轉(zhuǎn)運的方式有:潮流轉(zhuǎn)運、外壩轉(zhuǎn)運、逆運以及由潮流轉(zhuǎn)運和外壩轉(zhuǎn)運組成的復(fù)合轉(zhuǎn)運。用年沿岸輸沙量M與大潮時最大潮流量Q的比值r的大小可區(qū)分潮流轉(zhuǎn)運和外壩轉(zhuǎn)運。當(dāng)10<r<20時以潮流轉(zhuǎn)運為主,泥沙侵入通道是通過波浪作用和經(jīng)過沖流平臺及通道邊緣漲潮汊道的漲潮流作用,部分泥
44、沙形成壩后沙灘,沖流壩被一些淺水道(channels)隔開,落潮流控制的水道,泥沙凈向海搬運;漲潮流控制的水道,泥沙凈向陸搬運。當(dāng)200<r<300時,以外壩轉(zhuǎn)運為主,主要是在波浪作用下泥沙繞過落潮三角洲從通道上游轉(zhuǎn)移到下游。當(dāng)完全在波浪的作用下時為逆運,即逆優(yōu)勢輸沙方向輸沙。泥沙逆運有三種機(jī)制:波浪作用使落潮三角洲上沖流壩向岸移動并輸送到下游;風(fēng)暴使上游沙壩決口,口門向上游運動;口門水道彎曲,使上游側(cè)的凹岸侵蝕,下游側(cè)的凸
45、岸堆積。</p><p> 濱面泥沙運動包括橫向運動和縱向運動。橫向運動是由于非對稱軌道流的作用下向陸轉(zhuǎn)運,如長島10m等深線處向陸搬運率是10kg/(cm2·s)(Donald,1995)??v向運動是由于波浪傳播方向與重力向量不一致,必然導(dǎo)致泥沙顆粒運動偏離波浪運動方向,結(jié)果使泥沙顆粒呈鋸齒狀移動。在暴風(fēng)浪作用下,灘面被侵蝕,產(chǎn)生的泥沙通過越?jīng)_作用越過壩頂沉積在壩后,另一方面向海搬運形成沙席。<
46、;/p><p> 3 沙壩-潟湖海岸地貌體系</p><p> 由沙壩、潟湖及潮汐通道三大主要地貌單元及其相關(guān)的微地貌體系組成一個緊密的沙壩-潟湖海岸地貌系統(tǒng),其三大地貌單元有著各自的地貌形態(tài)和演變模式。 </p><p><b> 3.1 沙壩</b></p><p> 岸線的變化改變了波浪的入射角,以岸線轉(zhuǎn)折處
47、為支點向海中順延,形成 沙嘴。根據(jù)濱線連續(xù)性指標(biāo)和岬角相互作用,可將沙壩和沙嘴分為邊灘、側(cè)面沙嘴、飛越沙嘴、連結(jié)沙壩。</p><p> 兩個不同方向的沖積物流沿同一岸線流動,在他們的匯聚處,由于能量降低,會堆積成沙嘴,沙嘴彎向弱地一股沖積物流一側(cè),在一定條件下就可形成潟湖。</p><p> 圖4 沿岸沙壩的發(fā)育階段</p><p> Fig.4 Deve
48、lopmental stages of the Coastal Barrier</p><p> 沙質(zhì)沙壩由沙脊或沙丘組成,在砂礫質(zhì)沙壩,每一個沙脊都清晰可見。當(dāng)灘脊出露水面后,覆蓋一層植物,植物再捕獲風(fēng)成沙而形成沙丘,沙丘的高度受沙的粒徑和風(fēng)速的控制。壩后風(fēng)成沙丘的形成決定于沙量、波能和風(fēng)能。</p><p><b> 3.2 潟湖</b></p>
49、<p> 潟湖是指海岸帶被沙嘴、沙壩或珊瑚分割而與外海相分離的局部海水水域。海岸帶泥沙的橫向運動??尚纬呻x岸壩—潟湖地貌組合。當(dāng)波浪向岸運動,泥沙平行于海岸堆積,形成高出海水面的離岸壩,壩體將海水分割,內(nèi)側(cè)便形成半封閉或封閉式的潟湖。</p><p> 暴風(fēng)或海嘯可暫時抬高海面、沖破濱岸壩或越頂而過,對潟湖產(chǎn)生重大影響,短時間改變其輪廓,引起侵蝕和堆積。珊瑚潟湖較能抵抗暴風(fēng)浪的襲擊。潟湖的發(fā)育隨時
50、間而變化。達(dá)爾文的環(huán)礁下沉成因說經(jīng)鉆探證明是正確的。當(dāng)珊瑚在下沉的基底上能維持適當(dāng)?shù)纳L水準(zhǔn),環(huán)礁就能繼續(xù)形成潟湖,而湖底由于有來自礁上的珊瑚或鈣質(zhì)沉積而維持其深度。海岸潟湖也受冰期后海面上升的影響。海面上升太快時,濱岸壩島將被淹沒,導(dǎo)致潟湖消失。</p><p><b> 3.3 潮汐通道</b></p><p> 潮汐通道又叫“潮汐汊道”、“潮流出入口”。是海
51、岸潟湖與外海大洋間的通道,是潮水出入的通道。潮汐通道的基本地貌單元有:口門深槽水道;落潮三角洲,包括落潮主水道、邊緣線性壩、沖流平臺、沖流壩、末端壩、邊緣漲潮水道等6個地貌單元,可分為三種類型:連岸淺灘、離岸淺灘和尾灘;漲潮三角洲,包括漲潮斜坡、漲潮水道、落潮盾、落潮沙嘴、溢流瓣;內(nèi)灣沙嘴。</p><p> 按潮流與波浪動力的相對強(qiáng)弱可將潮汐通道分為潮汐優(yōu)勢型、過渡型和波浪優(yōu)勢型(見表1)。</p>
52、;<p> 表1 潮汐通道的地貌類型與特點</p><p> Tab.1 Geomorphic types and characters of tidal inlets</p><p> 4 沙壩-潟湖海岸地貌演變模式 </p><p> 潟湖的演變和氣候條件、構(gòu)造運動有密切關(guān)系。在濕潤多雨地區(qū),注入潟湖中的淡水量超過蒸發(fā)量,多余的水流入海洋,
53、潟湖水不斷淡化,海洋生物種群的數(shù)量減少,殼類生物個體變小,鈣質(zhì)外殼變薄。在干燥地區(qū),潟湖的蒸發(fā)量大于陸地淡水補(bǔ)給量,潟湖水將由海水補(bǔ)充,潟湖咸化,當(dāng)鹽度達(dá)到5%~5.5%時,潟湖內(nèi)就沒有生物生長,鹽度增至6%~7%時,石膏、芒硝和巖鹽開始沉積。當(dāng)潟湖與外海完全隔離,海水不能進(jìn)入潟湖,將變?yōu)榈?。淡水湖形成后,河流帶來泥沙不斷淤積,湖水變淺形成沼澤,最后湖泊消失。在上升海岸,海面下降,海水不能進(jìn)入潟湖,而又沒有河流匯入,潟湖就會逐漸干涸
54、而消亡。在下降海岸,由于波浪沖刷岸坡,海岸沙壩向陸移動,形成潟湖,則潟湖沉積層常在陸相沉積或古風(fēng)化殼之上。</p><p> 但是,在海岸帶的開發(fā)利用中,由于沙壩—潟湖海岸本身的特征,使其具有一些開發(fā)利用途徑,如:(1)防洪:潟湖可宣泄區(qū)域排水,因而很少發(fā)生水災(zāi)。(2)保護(hù)海岸:由于外有沙洲的阻擋可防止臺風(fēng)暴潮侵蝕沖刷海岸。(3)天然養(yǎng)殖場:潟湖是魚、蝦、貝和螃蟹的孕育場,也是鄰近漁民的天然養(yǎng)殖場。(4)由于潟
55、湖外側(cè)往往有沙洲作為防波堤,其內(nèi)風(fēng)平浪靜,因此有時可以改建為人工港(例如中國的高雄港)。所以,沙壩—潟湖海岸的地貌演變在很大程度上疊加了人類活動的因素。</p><p> 4.1 粵西博賀沙壩-潟湖海岸演變實例分析</p><p> 4.1.1 博賀灣概況</p><p> 博賀灣地處亞熱帶,位于廣東省西部電白縣博賀、龍山與電城三鎮(zhèn)之間,是一個面積約35.4
56、 km2的泄湖湖灣。博賀海灣的北部與西北部分布著大面積的起伏和緩的侵蝕剝蝕臺地,東南部則有東閣嶺、蓮頭嶺等地勢陡峻的變質(zhì)巖殘丘圍繞著這些基巖殘丘發(fā)育有兩列不同構(gòu)造方向的巨大沙壩,西北部博賀-龍山沙壩沿尖崗嶺等變質(zhì)巖殘丘一線發(fā)育,近乎E-W向,東南部蓮頭嶺-東閣嶺岬角沙壩則沿蓮頭嶺、東閣嶺等基巖殘丘一線發(fā)育,近乎NE-SW向。</p><p> 博賀灣是一個半開敞的潟湖,面向西南,分為內(nèi)潟湖和外潟湖,它的口門寬度
57、約為4.5km。博賀灣內(nèi)潟湖指由博賀-龍山沙壩封閉而圍成的博賀西北部水域,面積約為6.4km2。外潟湖是博賀灣的主體,是由兩列沙壩的共同作用下形成的,面積約為29 km2。</p><p> 圖 5 博賀灣地理位置</p><p> Fig 5 Location of BoHe lagoon</p><p> 4.1.2 博賀灣地形演變特征</p>
58、<p> 根據(jù)沉積地層和沉積環(huán)境演變過程分析,博賀沙壩-潟湖海岸體系的形成演變經(jīng)歷了5個主要階段:①晚更新世中期,海平面急劇上升,博賀灣由古盆地變成泄湖灣,沙壩-潟湖海岸體系初步形成;②晚更新世末期,海平面下降,沙壩與潟湖沉積出露水面遭受濕熱氣候下的風(fēng)化作用,海岸體系受到破壞:③冰后期海平面上升,陸架沙在波浪作用下,超覆于沙壩和潟湖沉積之上形成海進(jìn)地層,奠定了現(xiàn)代海岸的基本輪廓;④全新世中期和晚期,海平面微降,海域豐富來
59、沙使沙壩向海淤展,現(xiàn)代沙壩-潟湖海岸水下地貌體系發(fā)育;⑤現(xiàn)階段,海平面輕微上升,受人類活動影響沙壩全面侵蝕后退,潟湖面積迅速減小,海岸體系化進(jìn)程加快。</p><p> 4.1.3 人類活動下博賀灣沙壩-潟湖海岸的演變</p><p> 目前隨著沿海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,由人類活動而產(chǎn)生的各種環(huán)境效應(yīng)也日趨凸顯,特別在近幾十年來人類活動的加劇,各種人類活動產(chǎn)生的工程設(shè)施使博賀泄湖灣一直在不斷
60、淤淺萎縮。開辟鹽田、圍墾灘涂、挖建魚塘,堆填垃圾等都使泄湖水域面積加快減少。</p><p> 圖6為博賀灣的地理位置(谷歌地球截圖),從圖中可以看出,泄湖海岸已被各種人類工程、農(nóng)業(yè)設(shè)施所覆蓋,包括:農(nóng)田、港口碼頭、水產(chǎn)養(yǎng)殖場、鹽田等。</p><p> 圖 6 博賀灣地理位置的谷歌截圖</p><p> Fig 6 Google screenshots of
61、 the BoHe area</p><p> 根據(jù)海圖等深線量測,1932~2000年,博賀灣泄湖面積減少了近29.3km2,約占了原泄湖面積的45.3%(表2)。</p><p> 表 2 博賀灣泄湖面積的歷史變化</p><p> Tab 2 Area changes of the BoHe lagoon in different years<
62、/p><p> 據(jù)研究,灘涂圍墾等人類活動引起的潟湖淤積速率可以接近或達(dá)到厘米的量級。博賀灣在近半個世紀(jì)來減少了接近一半的水域面積可說明,人類活動加速了潟湖的演化與消亡。</p><p> 除了水域面積的急劇減少之外,博賀灣地區(qū)的沙壩也漸漸地侵蝕后退。全球大部分沙壩都處于相對動態(tài)平衡下被緩慢地侵蝕后退,但不同的海岸也有其特殊的變化特征。博賀灣潟湖的蓮頭嶺-東閣嶺沙壩因為自身岬角的掩護(hù)作用,
63、受波浪侵蝕的影響較小,因此被侵蝕后退的速率相對較小,侵蝕作用主要發(fā)生在臺風(fēng)風(fēng)暴潮時的強(qiáng)波浪作用時間,其淤積及侵蝕的幅度可達(dá)2~4m/a。博賀-龍山沙壩處于被緩慢侵蝕的狀態(tài),據(jù)測量,其被蝕后退的速率年均1~3,m/a,許多岸段的樹木倒坍,樹根裸露于海灘上,且海灘剖面大部分呈現(xiàn)下凹形,為侵蝕的一個有力證據(jù)。</p><p> 人類活動諸如水產(chǎn)養(yǎng)殖圈圍和采挖泥沙等,也是海岸侵蝕、沙壩后退的重要原因。博賀灣地區(qū)的沙壩附
64、近開挖的高位蝦塘愈來愈多,許多蝦塘已伸至海灘的灘肩后坡。蝦塘的開挖直接作用于沙壩,破壞了海灘的形態(tài)和結(jié)構(gòu),并可能進(jìn)一步誘發(fā)新的侵蝕作用;同時,大量的抽水和排水也改變了局部岸段的水動力結(jié)構(gòu),影響沿岸的泥沙輸移,造成岸灘的侵蝕或淤積。另外,采沙可以減少沙壩體積,無序采掘破壞了海灘結(jié)構(gòu)與形態(tài),會誘發(fā)和加劇海岸侵蝕。作為廣東省最大的漁港,在豐厚的經(jīng)濟(jì)效益下,港口、碼頭及配套設(shè)施的盲目建設(shè),直接改變了海岸的形態(tài)和地貌結(jié)構(gòu),加速了沙壩的侵蝕后退及潟
65、湖的演化與消亡。</p><p> 4.2 海南島小海沙壩-潟湖海岸演變實例分析</p><p> 小海潟湖位于海南省萬寧縣東部沿海,面積49km2,它由東面的南北沙壩、口內(nèi)漲潮三角洲、入湖河流三角洲、潮汐通道口門共同組成,是一個典型的沙壩-潟湖海岸。小海海灣呈葫蘆狀,腹大口小,在東北向有一潮汐通道與東面的小海相通。小海灣內(nèi)水淺底平,大部分水域水深在1.0 ~ 1.5m之間,最深的海域
66、位于灣北的鹽墩村西北溝槽處,水深 4m,整個海底微向南傾斜,至海灣中央的低洼水域,深達(dá)1.5m。海灣北端,介于港北與和樂之間有一呈彎月形水道,其長4km,寬為150m,為口門向東南的潮汐通道,1973年口門北側(cè)修建防沙堤起到了攔截北向來沙的作用,而南側(cè)沒有修建防沙堤攔截南向漂沙,致使南沙嘴發(fā)展很快,它使口門不斷的束窄,目前口門的寬度只有30 m左右。小海四周地勢平緩,水系發(fā)育,多山區(qū)性河流,目前流入小海的河流主要有和樂河 (龍頭河 )、
67、龍尾河、東山河、港北河、白石溪等。原來小海潟湖最大的河流太陽河在1973年人工改道,改由直接入海。 </p><p> 小海潟湖潮汐汊道區(qū)平均鹽度為 8.6 ~ 31,漲潮期間鹽度大,落潮期間鹽度小,由潮汐通道向上至潟湖上游鹽度逐漸變小,小海潟湖區(qū)的平均鹽度為4 ~ 5。小海潟湖外海的鹽度一般在 33 左右,屬于南海水體的一部分。</p><p> 圖 7 小海泄湖地理位置</
68、p><p> Fig 7 Location of XiaoHai lagoon</p><p> 4.2.1 小海沙壩-潟湖體系的變化</p><p> 小海口門的寬度近30年來急劇縮短,從上世紀(jì)70年代的140m到本世紀(jì)初的僅僅30m,這很大程度上是由于人為的改造作用而促進(jìn)了小海的惡化。20世紀(jì)70年代的太陽河改道工程、北堤修筑工程以及80年代開始的鹽墩三島潮灘
69、圍墾與堵塞口內(nèi)南槽,與外商進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)養(yǎng)殖業(yè)的工程,這使得小海的口門加快縮小,泄湖內(nèi)淤積非常嚴(yán)重,納潮面積減小,水體交換能力變差。</p><p> 4.2.2 小海口門變化的主要原因分析</p><p> 小??陂T變化的原因主要是人為因素造成,主要有三個方面:河流改道的影響;北堤修筑對口門的變化影響;圍墾及網(wǎng)箱養(yǎng)殖對口門惡化的影響。</p><p> ?。?)
70、河流改道的影響</p><p> 河流的改道導(dǎo)致了徑流失去了對口門的沖刷作用,在小海沿岸的河流中,太陽河為大,平均流量約為20.6m3/s。在20世紀(jì)70年代太陽河改道后,匯入小海的徑流量減少了近一半,減至8.23億m3。這導(dǎo)致了河流徑流難于對口門泥沙進(jìn)行沖刷,從而造成了如今口門的泥沙不斷淤積。</p><p> 表 3 海南島萬寧市太陽河改道前后各參數(shù)的比較</p>
71、<p> Tab.2 Comparison of multi-parameters before and after reforming of Taiyang River of Wanning City,Hainan Island</p><p> 當(dāng)然,在小海地區(qū),除了河流動力外,還受潮汐及波浪動力的影響。在河流改道之后,河流動力減弱,相對而言,波浪與潮汐動力加強(qiáng)。因為潮汐通道體系是一個相對穩(wěn)定的
72、系統(tǒng),通過自身的自動調(diào)整,適應(yīng)了外界條件的變化,但其基本性質(zhì)不變。其自動調(diào)整表現(xiàn)為:冬季,小海外海域盛行風(fēng)向為偏北風(fēng),在北風(fēng)浪的作用下,北沙壩沙嘴向南延伸,北汊道淤淺而南汊道沖刷;在春、夏季,該區(qū)域盛行偏南風(fēng),南向浪的作用使南沙壩沙嘴向北延伸,南汊道淤淺而北汊道沖深。在有臺風(fēng)或暴雨時,大量徑流通過口門入海,南、北沙壩的尖端同時受到?jīng)_刷而侵蝕;汛后,沖刷掉的泥沙在波浪作用下,向陸搬運回沙嘴尖端部位形成堆積。通過口門處的寬深變化調(diào)整,使口門
73、的斷面面積基本上維持不變,因而納潮量變化不很顯著。</p><p> 正是由于口門的這種自動調(diào)節(jié)作用,使得在入湖徑流量減小近一半的情況下,口門的寬度仍能保持基本不變,所以,河流的改道對小海潟湖的口門變化影響還是有限的。</p><p> ?。?)北堤修筑的影響 </p><p> 北堤工程的修筑,堵塞了小海北口,使得口門面積減小。雖然減弱了潮汐動力,但也阻止了
74、北向來沙。潮汐動力減弱,但口門的寬度反而加大了,這是口門自動調(diào)整的結(jié)果。</p><p> 20世紀(jì)上半世紀(jì),小海的口門寬度比較大,在潮汐和波浪的共同作用下,口內(nèi)沒有三角洲的發(fā)育;20世紀(jì)80年代開始,口門內(nèi)發(fā)育小淺灘,形成了漲潮三角洲的雛形。這是潮汐動力加強(qiáng)的表現(xiàn),外海潮波傳到小??陂T附近后變形,波能輻聚,對口門產(chǎn)生沖刷。北堤修筑而形成的小口門,正好起到了“束水攻沙”的作用,促進(jìn)了漲潮三角洲的發(fā)育。</
75、p><p> 小海外海區(qū)是中國沿海海域兩大上升流之一,且小海外海區(qū)恰好位于該上升流的中心,內(nèi)峙島附近底層流向指向口門就是上升流存在的表現(xiàn)。上升流的存在對口門維持有兩方面的作用:一是使口門附近逆向深槽得以保持??陂T處底層水體始終處于運動狀態(tài),南沙壩在南向浪作用下侵蝕的泥沙不在此處落淤,保持了口門的水深,阻止了南沙壩的向北延伸。二是上升流流向始終指向口門,加大了漲潮流量,增大了潟湖落潮流速,利于小海瀉湖內(nèi)水體與外海水體
76、的交換。</p><p> ?。?)圍墾及網(wǎng)箱養(yǎng)殖的影響</p><p> 河流的改道、北堤的修筑削弱了徑流和波浪動力,這就使得潮汐動力成為口門維持的唯一動力。然而近幾十年來,圍墾及網(wǎng)箱養(yǎng)殖,將僅有的潮汐動力也大大削弱,于是口門趨于封閉。</p><p> 圖 8 海南島小海泄湖地形及漲落潮流路地變化</p><p> Fig 8 Ch
77、anges of topography and routes of flood-ebb tide in Xiaohai lagoon,Hainan Island</p><p> 鹽墩三島的圍墾(圖8)大大減少了小海潟湖的納潮面積,同時降低了漲潮和落潮流速,這就不能對口門形成沖刷。另外,隨著漲落潮流量的減少,小海潟湖內(nèi)水體交換減弱。</p><p> 圍墾前,落潮初漲時,漲潮流由南槽進(jìn)
78、入小海,落潮流主體由北槽流出小海,形成良好的漲、落潮循環(huán)流路,增加了口門的漲潮歷時,加大了進(jìn)潮量,水體交換通暢;圍墾后,南槽消失,漲、落潮流都局限于北槽。在落潮初漲時,落潮水體受漲潮水體的頂托,落潮水體無法順暢地排出,漲潮水體也受阻于口門附近。漲、落潮水體在口門附近交匯,口門內(nèi)淺灘發(fā)育,更縮小了通道;加上網(wǎng)箱養(yǎng)殖大多集中在北槽附近,擠壓深槽,外海水體無法進(jìn)入小海內(nèi)部,落潮流路也更加彎曲。原先落潮水體通過北槽可迅速出海,落潮流速大,可對口
79、門產(chǎn)生一定的沖刷。圍墾后,口門附近淺灘發(fā)育,落潮水體在繞過淺灘經(jīng)過一個大彎道后,流速降低,無法沖刷口門,卻侵蝕凹岸(南沙嘴),堆積凸岸(口門淺灘),使得流路更彎曲。另外,潮汐動力減弱后,波浪動力相對加強(qiáng),在偏南向浪的作用下,南沙嘴向北延伸,縮窄口門。潮汐通道體系無法通過自身的調(diào)整保持穩(wěn)定。從而進(jìn)入惡性循環(huán),口門趨于封閉。</p><p> 4.2.3 小海沙壩-潟湖體系的治理規(guī)劃</p><
80、p> 小海沙壩-潟湖體系是一個相對穩(wěn)定的系統(tǒng),在河流、波浪和潮汐動力作用下,可以通過自身的調(diào)節(jié)保持相對平衡狀態(tài)。但系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)是局限的,當(dāng)人類活動超過閾值時,系統(tǒng)會發(fā)生質(zhì)變,不在保持良性循環(huán),慢慢惡化。</p><p> 可以確定的是,鹽墩三島的圍墾及網(wǎng)箱養(yǎng)殖是小??陂T惡化的主要原因,所以說,要解決小海的惡化問題,主要還是解決小海潮汐通道的穩(wěn)定性??梢赃m當(dāng)?shù)臄U(kuò)大潮汐通道,使潮流容易進(jìn)出小海,促進(jìn)小海潟
81、湖內(nèi)的水體交換。</p><p><b> 結(jié)論</b></p><p> 不同的沙壩-潟湖海岸,因其不同的地理位置、自然條件,影響其演化的因素也不盡相同,有的受徑流影響大,有的受波浪潮汐影響較大,但自然條件對于沙壩-潟湖海岸體系的演化影響是相對穩(wěn)定的,人類活是影響沙壩-潟湖海岸演變的最主要因素。</p><p> 沙壩-潟湖海岸主要有三
82、種作用。具有防洪功能:潟湖可以幫助區(qū)域排水,因而可以減少水災(zāi)發(fā)生;具有保護(hù)海岸的功能:由于外有沙壩阻擋,可以防止臺風(fēng)暴潮侵蝕沖刷海岸;天然養(yǎng)殖場:潟湖具有豐富的養(yǎng)料,是水生物棲息的極佳環(huán)境。作為一種極具開發(fā)利用價值的海岸,因其巨大的經(jīng)濟(jì)效益,人類因利益趨勢而盲目的進(jìn)行了開發(fā),最終可能會加速潟湖海岸的消亡與消逝,所以我們不能走先開發(fā)后治理的老路,合理的開發(fā)利用是非常有必要的,一旦破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,恢復(fù)將需要更長的時間及更多的人力、物力、
83、財力。</p><p> 今后,沙壩-潟湖海岸的研究方向?qū)⒁匀绾伪Wo(hù)和治理沙壩-潟湖海岸體系為主,隨著我國海洋意識不斷加強(qiáng),相信這類研究將變得越來越頻繁。</p><p><b> 參考文獻(xiàn):</b></p><p> [1] 戴志軍,陳錦輝,任杰.粵西博賀沙壩-潟湖海岸及其近岸海床穩(wěn)定狀態(tài)分析.臺灣海峽,2007,26(1):5-11.
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