多出口珠江口背景下人类活动对湾头水下三角洲演变的影响

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Bayhead subaqueous delta evolution under human impact within the multi-outlet Pearl River Estuary

　　K-means聚类识别出三种沉积相，与河口沉积动力学相匹配- 汇流出口水流在约5米等深线处构建了一个狭长且不对称的三角洲- 三阶段模型揭示了沿海围垦对三角洲演化的驱动作用## 引言河口沉积对河流泥沙供给和海平面上升的变化最为敏感。这些沉积过程构成了从源区到汇区沙泥质泥沙运输的关键枢纽，支撑着农业、渔业和航运等重要社会经济功能，同时维持着生物多样的海岸生态系统（Edmonds, 2012; Fagherazzi等, 2015）。特别是，与开阔海域三角洲相比，河口三角洲由于其三角洲沉积规模相对较小且演化范围受限，对边界条件变化（如人类活动和极端河流洪水）更为敏感（Wright, 1977; Aschoff等, 2018; Simms等, 2018; Hong等, 2024）。虽然已有众多研究重建了河口三角洲全新世以来的地貌演化（Sloss等, 2006; Hopley & Jones, 2022; Hong等, 2024），但这些时间尺度上的三角洲演化受外源力量（如泥沙供给和相对海平面上升）（Hong等, 2024）与内源推进过程之间的相互作用控制，后者中先行地形调节了相对海平面上升产生可容空间的速度（Guerit等, 2020）。在层序上，河口三角洲的沉积相结构是判断从海侵向海退转变的重要指标。近几十年来，沿海围垦在全球范围内也日益普遍（Nienhuis等, 2020; Schrijvershof等, 2024; Deng等, 2025）。因此，在数十至百年时间尺度上，多出口河口内河流主导的河口三角洲沉积的演化动力学仍缺乏深入了解。该时间尺度下沿海围垦现象明显，河道网络也在持续发展。在半封闭水域中，河口三角洲沉积物通常发育为河流主导的河口坝，随后受潮汐或波浪过程改造（Aschoff等, 2018; Simms等, 2018）。相反，在潮流主导的水系（如法国吉伦特河口）中，多个砂质潮坪通常在各河口口门外轴向向外发育（Wright, 1977; Boyd等, 1992; Billy等, 2012; Chaumillon等, 2013）。这些潮坪的形成主要受基床质汇流驱动（Dalrymple & Choi, 2007）。然而，在悬浮泥沙主导且海洋泥沙输入有限的河口，混合粒径河流泥沙的沉积模式主要由河流与海洋力量平衡所产生的残余泥沙输运梯度决定（Wright, 1977; Wright & Nittrouer, 1995; Winterwerp & Wang, 2013; Deng等, 2017）。现有的三角洲沉积模型大多源自单出口系统（如Edmonds & Slingerland (2007)的经典河口坝与分流模型；或Geleynse等 (2011)的潮汐影响模型），这些模型假设河口口门作为独立的河流出口。然而，在珠江口这样的多出口系统中（Wright, 1977; Wu等, 2018），相邻出口羽流之间的相互作用可产生复杂的水动力汇流区。这种相互作用可能从根本上改变主要沉积物的位置，使沉积中心偏离河口口门而转向残余水流汇流区（Hoitink等, 2017; Deng等, 2024b）。因此，单出口概念模型在解释沉积模式和地貌演化方面的适用性仍是一个关键的认知空白。珠江口（PRE）是一个适合研究这些动态过程的复杂复合系统。其河口头部表现出空间水动力异质性：北部河口头部的虎门口为潮流主导型，而西部河口头部区域（包括家龙门口、洪奇沥口和横门口）则发育了一个河流主导的河口三角洲，近几个世纪以来经历了快速推进（Wu等, 2018; Deng等, 2024a）。该区域的广泛土地围垦放大了河流径流相对于潮汐流量在西部分流河道中的贡献，导致洪奇沥口出现河流诱导的河口分流（Deng等, 2024b）。此外，该西部河口三角洲的潜水地貌扩展和偏转受到相邻东部水道演化的制约（Deng等, 2024）。尽管存在这些深刻的地形动力变化，但在珠江口复合环境下，河流主导的河口沉积物的沉积学和地震地层学研究仍然匮乏。弥补这一知识空白对于界定西部河流三角洲前缘沉积与三角洲前缘沉积环境之间模糊的边界至关重要。为解决上述空白，本研究采用了综合研究方法。该方法结合了沉积岩芯分析、浅层地震剖面、历史海图分析和经验证的残余水动力与泥沙输运动力数值建模，以研究数十年的地貌动力演化。通过综合这些多源数据集，本研究重建了三角洲的沉积演化，定义了其不同的发育阶段，并确定了驱动其地貌动力变化的主要因素。具体而言，本研究有两个核心目标：（1）通过粒径沉积相分析、地震地层学和历史水深变化的多代次综合，定量重建河口三角洲百年尺度的沉积与地貌演化；（2）利用经验证的地貌动力模型对残余水动力和泥沙输运进行模拟，定量归因于自然和人为驱动因素，特别是沿海围垦。## 研究区域作为粤港澳大湾区的核心区域，珠江口接受西部、北部和东部支流的泥沙输入，在超过2000年的显著人类影响下演变为复合交织河道网络（Wu等, 2010; Xiong等, 2020）。其泥沙通量从20世纪70年代的39 Mt/y下降至2000年代的20.9 Mt/y（Chu等, 2009）。作为过去半个世纪以来全球发展最快的区域之一，珠江口非常适合评估## 数据与研究方法本研究采用综合方法，结合沉积岩芯分析、浅层地震剖面和数值建模，研究洪奇沥水下三角洲的沉积演化。### 基于K-means聚类的沉积相聚类1主要由粉砂质砂和砂质粉砂组成（图2）。在三个聚类中，其含砂率最高。聚类1的平均粒径最粗（5.31 Φ），分选差（分选系数：2.35），粒径分布呈正偏（偏度：0.28）（图3和图4）。该聚类对应最高的砂泥比，平均SMR值为0.56。聚类1的分布与显示高SMR值区段高度吻合### 沉积相识别含砂率从聚类1到聚类3逐渐降低（图2）。MA15、MA16和MA17的含砂率也随着距洪奇沥口距离的增加而降低（图2、图3、图4、图5）。聚类1由粗颗粒沉积物（5.307 Φ）组成，分选差（2.351），正偏（0.277），且呈向上变粗趋势（图2、图3）。这些上部岩芯粉砂质砂和砂质粉砂沉积物（砂泥比：0.559）反映了强烈的河流输入，符合典型的河口坝特征（Wang,## 结论本研究在人为驱动下，重建了多出口珠江口中河流主导的洪奇沥河口水下三角洲数十至百年的沉积和地貌演化。利用K-Means++算法对粒径数据进行分类，得到三种沉积相，形成了一个从三角洲前缘到三角洲前缘的连续序列。聚类1代表河流河口坝沉积的高残余能量。聚类2是不稳定过渡相，在耦合## 作者贡献声明**邓俊杰：** 监督、项目管理、调查研究、经费获取、形式分析、概念构思。 **王盛翱：** 可视化。 **胡景钰：** 可视化、方法论、调查研究、数据管理。 **吴家雪：** 监督、项目管理、概念构思## 生成式人工智能及AI辅助技术在论文撰写过程中的声明在本工作的准备过程中，作者使用了Trae Code（https://www.trae.ai/ide/）进行文献整理、文本润色和代码辅助分析。作者对输出内容进行了审查和编辑，并对发表文章的内容承担全部责任。## 利益冲突声明? 作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。## 致谢本研究得到了中国国家自然科学基金（资助号42161160305;42476152）、南方海洋科学与工程广东实验室（珠海）创新团队项目（311021004, SML2020SP011）的支持。邓俊杰|胡景钰|王盛翱|吴家雪