青岛海洋地质研究所构建海砂开采环境评价理论技术体系

近年来，中国地质调查局青岛海洋地质研究所浅海砂矿资源调查评价团队聚焦我国东部浅海海砂开采生态管控核心技术痛点，围绕采砂环境效应定量识别、精准评估、长效动态管控开展系统性联合攻关，成功搭建起融合沉积动力基础理论、三维数值模拟、原位连续监测、三维地质可视化的一体化全链条评价技术体系。系列科研成果有效填补我国近海海洋矿产绿色开发定量评价技术空白，同时为锆、铪等关键滨海砂矿资源低碳有序、生态友好开发提供了完整理论体系与落地工程技术方案。

我国黄渤海沿岸分布大量半封闭海湾，该类海域水体交换能力弱、水动力条件封闭稳定，大规模海砂开采极易引发悬浮泥沙大范围扩散、海底原始地形剧烈改造、底层沉积物结构破坏、底栖生物栖息环境退化等连锁生态问题。长期以来，国内近海采砂环境影响评估多依靠经验定性分析，难以精准量化采砂扰动空间范围、生态影响持续时长、海底地貌完整修复周期，直接阻碍近海砂矿整体规划、采矿许可审批、海洋生态常态化监管等实务工作推进，行业亟需一套定量化、标准化的评价技术工具。

为破解这一行业共性难题，研究团队选取黄海丁字湾作为典型示范研究区域，整合大面积野外沉积物采样、长期定点原位水文观测、FVCOM 潮流-波浪-泥沙三维耦合数值模拟多类技术手段，开展多工况、长周期模拟试验。形成标志性定量评估成果。团队构建高分辨率三维水沙耦合模型，清晰还原采砂扰动前后区域潮流分异演化规律，首次完整探明采坑由U型向W型转变的长期地貌演化特征，测算得出采砂扰动后海底地貌自然完整恢复周期约60年。通过多情景对比模拟，团队建立归一化悬沙扩散回归预测模型，首次量化三大扰动因子影响权重，其中开采方式影响占73%，开采强度、海底沉积物粒径各占13%；研究划定50mg/L水体浊度为生态影响边界阈值，精准圈定泥沙扩散管控范围，形成可复制、标准化的半封闭海湾海砂开采定量评价方法，彻底摆脱传统评估模糊化、经验化的局限。

在应用技术取得突破的基础上，团队深耕沉积动力基础理论创新，从密度流、浊流、内波扰动三大维度完善海底底层扰动输运理论，填补多项国内外研究空白。构建底床侵蚀淤积耦合密度流模型，推导临界弗劳德数与底床坡度、沉积物粒径的无量纲关系式，定量阐释传统理论无法描述的底床冲淤互馈机制，为深浅海浊流演化预测搭建全新理论框架。此外，构建了耦合温盐分层的浊流湍动混合模式，阐明携热浊流侵入深水稳定层的动力过程，提出浊流热输运是极易被忽略的近海隐性污染源；解析内孤立波下层化底床超孔隙水压力分布规律，揭示内波诱发沉积物再悬浮微观机理，明确地层结构、渗透系数、饱和度对扰动强度的调控作用。相关成果发表于《Environmental Research》《Deep-Sea Research Part I》等SCI期刊。

团队坚持产学研转化导向，将理论算法落地为可直接应用的专利技术，两项核心专利先后获国家知识产权局授权，形成成套技术工具。《多源海洋地质信息融合与三维可视化建模方法》（ZL202411411980.4）创新图论加权融合算法，整合卫星遥感、海底地形、声呐探测、地质取样多源异构数据，自动生成高精度三维地质网格，直观耦合展示地层、砂矿、水沙空间场，实现资源与环境一体化可视化研判，大幅提升采砂选址、海域规划效率。《基于电导率数据的原位悬浮沉积物浓度及通量预测系统》（ZL202511272681.1），攻克传统泥沙监测间断取样、数据碎片化短板，依托电导率-泥沙耦合模型实现全水深长时序连续自动监测，输出标准化定量数据，支撑采砂动态环境跟踪与沉积动力长期观测。两项专利串联形成“数据采集—多源融合—三维预测”完整技术链路，有力支撑矿产开发与海洋环境一体化综合研判。

该套理论技术体系实现扰动量化、动态监测、三维预测协同联动，可输出采砂安全间距、悬沙管控范围、生态修复周期等实操性监管指标，从源头防范海岸侵蚀、底栖生物衰退、海湾富营养化等生态风险。目前该技术已应用于国内多项近海海砂地质调查项目，为自然资源、海洋生态部门编制采砂规划、开展开采环评、实施施工期生态监管提供坚实科学支撑，全面提升近海矿产精细化管控能力。

下一步，团队将持续优化模拟算法，推进监测专利落地应用，完善多海域数据库，持续完善海洋砂矿勘探、开采、评估与生态修复周期技术方案，以地质科技创新统筹浅海砂矿资源保障与海洋生态保护双重目标，为我国近海矿产绿色可持续开发、海洋生态文明高质量建设提供坚实科技支撑。

海砂开采诱导的沉积物再悬浮扩散范围

关键弗劳德数的确定及其在侵蚀驱动密度流转变中的作用

考虑温盐深效应的沉积物密度流输运模式

内波作用在不同渗透系数的沉积物底床下超空隙水压力变化

系列成果中已授权两项国家发明专利