吳多譽(yù)張航飛張東強(qiáng)符廣卷

(1.海南省地質(zhì)綜合勘察院,海南 ?？?70206;2.海南省地質(zhì)調(diào)查院,海南 ?？?70206;3.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 二零七地質(zhì)隊(duì),四川 樂(lè)山614000)

海灘是砂質(zhì)海岸重要的沉積地貌單元,其地形變化特征對(duì)海灘的開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)具有重要意義。由于全球氣候變化、風(fēng)暴災(zāi)害頻發(fā)、海平面上升等原因,世界各地海灘普遍遭受侵蝕,海灘的穩(wěn)定性問(wèn)題備受關(guān)注[1]。我國(guó)海灘侵蝕也很嚴(yán)重[2-3],因此,海灘地形變化特征分析具有非常重要的意義。前人從海岸地貌、水質(zhì)環(huán)境、海平面變化、沖淤演變等方面對(duì)海南島的多個(gè)海灘進(jìn)行了研究[4-6],而瓊東北海灣海灘的地形變化特征研究較少。本文選擇在?？跒场伹盀澈湍咎m灣進(jìn)行海灘動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),結(jié)合地質(zhì)地貌、海洋動(dòng)力等與海灘動(dòng)態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù),對(duì)比分析年度海灘高程變化特征,為海灘的保護(hù)和合理開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)海岸發(fā)育向北伸出的主要岬角,自東向西依次為木蘭頭(花崗巖地貌)、僚岸坡(花崗巖地貌)、南渡江三角洲和后海(玄武巖地貌)(圖1)。在岬角之間的海灣依次為木蘭灣、鋪前灣和?？跒?均屬于螺線形海灣[7]。研究區(qū)10月至翌年4月盛行東北季風(fēng)氣流,6—8月盛行西南季風(fēng)氣流,5月和9月是季風(fēng)轉(zhuǎn)換期,年平均風(fēng)速3.4 m/s;潮汐類型為不正規(guī)全日潮,以瓊州海峽的漲潮東流和落潮西流兩種流動(dòng)型式為主;波浪以風(fēng)浪為主,南向風(fēng)為離岸風(fēng),南向風(fēng)浪較弱,北向風(fēng)為向岸風(fēng),北向風(fēng)浪較強(qiáng)[8]。

根據(jù)?？谛阌⒏鄢蔽徽?016 年夏季5—6 月及冬季11—12 月數(shù)據(jù)可知[9]:5—6 月大潮最高潮高2.2 m、最低潮高0.5 m、平均大潮潮高約1.5 m,5—6月小潮最高潮高1.8 m、最低潮高0.9 m、平均小潮潮高1.3 m;11—12月大潮最大潮高2.5 m、最低潮高0.4 m、平均大潮潮高1.6 m,11—12月小潮最大潮高2.2 m、最低潮高1.0 m、平均小潮潮高1.5 m。大潮流速1.21 m/s,平均流速1.02 m/s;小潮最大流速1.1 m/s,平均流速0.88 m/s,越靠近海岸流速越小。

海口灣主要有南海明珠人工島、葫蘆島和秀英港擴(kuò)建工程等人工填海工程[9]。鋪前灣外緣的?？谌缫鈲u工程位于海口江東新區(qū)的南渡江入?？跂|岸,距東海岸約4.4 km,距?？谑兄行募s12 km,填海規(guī)模約9.4 km2。

海灣表層沉積物類型主要為礫、砂質(zhì)礫、砂、粉砂質(zhì)砂、砂質(zhì)粉砂和黏土質(zhì)粉砂(圖1)。海灘表層沉積物主要為砂、粉砂質(zhì)砂和砂質(zhì)粉砂,砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.72%～100%,粉砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～70.25%,黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～20.04%,中值粒徑-1.61Φ～6.34Φ,分選系數(shù)(φ)0.12～3.89,分選等級(jí)為好至差不同,部分分選等級(jí)為極好。沉積物類型分布是物質(zhì)來(lái)源和沉積動(dòng)力共同作用的結(jié)果。東寨港內(nèi)部水動(dòng)力條件弱,其沉積物類型以細(xì)粒淤泥質(zhì)為主;徑流作用較強(qiáng)的南渡江和珠溪河入海口外側(cè)為較粗的砂質(zhì)沉積;?？跒场伹盀?、木蘭灣中部水動(dòng)力條件較弱,分布大面積的粉砂類沉積物;研究區(qū)北部為瓊州海峽中間帶,該區(qū)域海流強(qiáng)勁并對(duì)槽底反復(fù)沖刷,沉積物為粗粒度的礫石和砂質(zhì)礫。

圖1 研究區(qū)海域表層沉積物類型與海灘斷面分布Fig.1 Distributions of surface sediment types and beach sections in the study area

2 資料的獲取和處理

在?？跒?、鋪前灣和木蘭灣分別布設(shè)3條、2條和1條斷面(圖1),長(zhǎng)度50～200 m 不等。根據(jù)野外實(shí)地調(diào)查資料,斷面選取在海岸侵蝕或淤積較嚴(yán)重的岸段,斷面監(jiān)測(cè)線大致垂直海岸線布設(shè)。低潮線以上岸灘部分采用雙頻接收機(jī)南方靈銳S86T GPS-RTK 進(jìn)行測(cè)量,低潮線以下部分采用單音頻測(cè)深儀SDE-28S聯(lián)合GPS-RTK 進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量。2016—2017年對(duì)研究區(qū)海灘斷面測(cè)量了5次,利用所得的高程數(shù)據(jù)繪制成海灘斷面地形圖進(jìn)行對(duì)比分析,測(cè)量時(shí)間詳見(jiàn)表1。

本次斷面高程數(shù)據(jù)最后統(tǒng)一歸算到國(guó)家85高程。由于南方靈銳S86T RTK-GPS接收機(jī)接收海南省衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)“HiCORS”差分信號(hào)得到的是“WGS-84大地高程”數(shù)據(jù),所以需要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換:由原始高程(WGS-84大地高程)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為國(guó)家85高程數(shù)據(jù)。利用海南省測(cè)繪局提供的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)對(duì)調(diào)查取得的測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行整體轉(zhuǎn)換。

低潮線以下部分采用單音頻測(cè)深儀聯(lián)合GPS-RTK 進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量,還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)換算。如上所述,經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后得到點(diǎn)A 的國(guó)家85高程數(shù)據(jù)(圖2),實(shí)際站位點(diǎn)B與點(diǎn)A 的高程換算關(guān)系為:HB=HA-LH,其中L為儀器桿長(zhǎng)、H代表測(cè)量水深值。

表1 研究區(qū)海灘斷面測(cè)量時(shí)間Table 1 The time of beach section surveys in the study area

圖2 海域?qū)嶋H站位點(diǎn)高程計(jì)算示意圖Fig.2 Schematic diagram of the calculation of elevation at actual stations in the study area

3 結(jié)果與討論

3.1 ?？跒澈┑匦巫兓卣?/h3>

D01斷面位于?？跒车奈鞑?斷面長(zhǎng)約50 m。從D01斷面地形變化曲線可以看出(圖3),斷面整體后濱狹而平,前濱窄而陡。后濱從濱岸人工步道至平均高潮位寬約30 m,距步道約20 m 處有沖浪形成的灘坎。前濱位于平均高潮位和平均低潮位之間,寬約20 m,為稍緩于后濱陡坡的斜坡。

圖3 海口灣西部海灘斷面D01地形變化Fig.3 The topography change of beach section D01 in the westean part of the Haikou Bay

8月臺(tái)風(fēng)“銀河”過(guò)后,斷面前濱有較明顯的堆積,最大堆積厚度約40 cm?？赡苁怯捎谂_(tái)風(fēng)引起的強(qiáng)風(fēng)浪使波浪作用海底的深度更大,使平均低潮位以下近濱處的泥沙再懸浮和搬運(yùn),在前濱處形成堆積。

D01斷面地形還具有季節(jié)性變化特征,整體上夏緩冬陡,主要表現(xiàn)為冬季(10月,1月)海灘后濱較夏季(4月,6月,8月)高,相應(yīng)的,前濱較夏季的稍低,灘坎向岸遷移約5 m,最大堆積厚度約0.6 m,最大侵蝕深度約1.0 m。其主要原因是?？跒扯竞Ｃ姹认募靖遊10],破波帶向岸位移,在破波帶內(nèi)產(chǎn)生向岸流動(dòng),具有較強(qiáng)的上沖力,另外冬季風(fēng)浪更大,上沖力增強(qiáng),把岸外泥沙向岸搬運(yùn),造成后濱堆積灘面升高,前濱沖刷灘面降低。另一方面,人工填海后,除南海明珠岸線附近海域流速增加外,?？跒炒蟛糠謪^(qū)域波浪和潮流的作用減弱,D01斷面處于南海明珠人工島后波浪陰影區(qū)的岸段,波浪沿岸輸沙能力減弱,也可能導(dǎo)致后濱出現(xiàn)堆積[9]。另外,斷面的地形變化可能還受人為因素的影響,因?yàn)閿嗝嫣幍暮┤祟惖幕顒?dòng)很頻繁和靠岸處有人工設(shè)施在建設(shè)。

D02斷面位于?？跒持胁?起于秀英港碼頭,臨近秀英港航道,斷面長(zhǎng)約200 m(圖4)。由于海岸的人工開(kāi)發(fā)和利用,D02斷面缺少前濱和后濱,而進(jìn)入近濱,地形上整體表現(xiàn)為淺槽。

圖4 海口灣中部海灘斷面D02地形變化Fig.4 The topography change of beach section D02 in the central part of the Haikou Bay

8月臺(tái)風(fēng)“銀河”前(4月,6月)的2次測(cè)量結(jié)果顯示,D02斷面地形整體變化很小。由于南海明珠人工島和白沙角的影響,斷面區(qū)域受外海盛行波浪和海峽潮流的作用均較弱,加之水深逐漸較大,斷面地形變化較小。除離岸約170～190 m 的淺槽邊坡有明顯的侵蝕,最大侵蝕深度可達(dá)45 cm 左右,其余區(qū)域則有輕微的堆積,最大堆積厚度約20 cm。斷面的侵蝕深度大而范圍小,堆積的厚度較小而范圍較大,整體呈蝕積相對(duì)平衡之勢(shì)。臺(tái)風(fēng)“銀河”過(guò)后,斷面離岸0～20 m 處有較明顯的堆積,最大堆積厚度約80 cm。這可能是與由臺(tái)風(fēng)引起的強(qiáng)風(fēng)浪使槽外泥沙向秀英港航道區(qū)域搬運(yùn)有關(guān)。

2016年10月臺(tái)風(fēng)“莎莉嘉”過(guò)后和2017年1月的2次測(cè)量結(jié)果顯示,受臺(tái)風(fēng)引起的強(qiáng)風(fēng)浪以及海口灣冬季較夏季強(qiáng)的風(fēng)浪共同的作用,斷面地形受外海盛行波浪的作用較大。離岸30～80 m 淺槽邊坡發(fā)生較明顯的侵蝕,最大侵蝕深度約1.5 m。淺槽邊坡被侵蝕的泥沙向兩側(cè)搬運(yùn),槽內(nèi)表現(xiàn)為輕微的堆積,地形變化可能還受自東向西的沿岸輸沙的影響[11]。

D03斷面位于?？跒硸|部,起于海甸島北部岸灘白沙角附近,長(zhǎng)約100 m。D03斷面地形變化曲線顯示(圖5),后濱寬而平,前濱窄而陡。后濱寬約85 m,離岸約75 m 處有沖浪形成的灘坎。前3次斷面測(cè)量結(jié)果顯示,斷面地形變化很小。灘坎至前濱斜坡有輕微的侵蝕,最大侵蝕深度約5 cm,后濱整體范圍有輕微的堆積,最大堆積厚度約3 cm。斷面地形同?？跒澄鞑勘O(jiān)測(cè)剖面D01斷面一樣,還具有季節(jié)性變化的特征,整體上夏緩冬陡,主要表現(xiàn)為冬季灘坎向岸的位移。前濱最大侵蝕深度約80 cm,后濱最大堆積厚度約50 cm。D03斷面位于南渡江三角洲北岸,盛行波浪的侵蝕作用、泥沙的向岸搬運(yùn)作用以及南渡江主干河流泥沙的向西搬運(yùn)作用等是造成后濱堆積灘面升高、前濱沖刷灘面降低的主要原因。

?？跒?條斷面地形測(cè)量結(jié)果顯示,海灘岸段受盛行波浪作用比較明顯,地形有季節(jié)性變化的特點(diǎn)。冬季相比于夏季,斷面前濱遭受較強(qiáng)的侵蝕,后濱則有不同程度的堆積發(fā)生。臺(tái)風(fēng)引起的強(qiáng)風(fēng)浪作用導(dǎo)致泥沙向岸搬運(yùn)而形成堆積。

圖5 海口灣東部海灘斷面D03地形變化Fig.5 The topography change of beach section D03 in the eastern part of the Haikou Bay

3.2 鋪前灣海灘地形變化特征

D04斷面位于鋪前灣的西部,斷面長(zhǎng)約80 m。從D04斷面地形變化曲線可以看出(圖6),后濱窄而平,寬約50 m,離岸約40 m 處有沖浪形成的灘坎。前3次斷面測(cè)量結(jié)果顯示,斷面地形變化很小,整體上表現(xiàn)為輕微的侵蝕,最大侵蝕深度約20 cm。10月臺(tái)風(fēng)“莎莉嘉”過(guò)后,斷面地形變化明顯,斷面離岸25～60 m的區(qū)域有明顯的侵蝕作用,其靠岸一側(cè)有不同程度的堆積作用,最大侵蝕深度約30 cm,最大堆積厚度約20 cm。

圖6 鋪前灣西部海灘斷面D04地形變化Fig.6 The topography change of beach section D04 in the western part of the Puqian Bay

2017年1月的測(cè)量結(jié)果顯示,冬季相比于夏季,斷面的后濱和前濱有明顯的堆積,最大堆積厚度約2.0 m。斷面地形季節(jié)性變化的特征與?？跒诚嗨?。受近年來(lái)岸外人工島—如意島建設(shè)的影響[12],斷面所在區(qū)域的潮流和波浪作用有所減小,而同時(shí)近幾十年來(lái),南渡江河口來(lái)沙急劇減少[13],沿岸的供沙量減少,在兩者的共同影響下,夏季斷面地形變化較小。而冬季的風(fēng)浪較夏季風(fēng)浪的大,岸外水下沙波和沙脊等地貌的泥沙長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)在盛行波浪和海峽潮流共同作用下發(fā)生再懸浮和向岸搬運(yùn)而形成堆積。

D05斷面位于鋪前灣的中部,長(zhǎng)約70 m,地形變化見(jiàn)圖7,后濱不發(fā)育沖浪形成的灘坎。前3次斷面測(cè)量結(jié)果顯示,斷面地形變化很小。而10月臺(tái)風(fēng)“莎莉嘉”過(guò)后,斷面地形變化明顯,最大侵蝕深度約1.0 m。相比于夏季,冬季前濱有明顯的侵蝕,后濱有輕微的堆積,與?？跒车匦巫兓卣飨嗨?。受如意島和東部海岸僚岸坡等遮擋的影響,波浪和潮流的作用減小,再者由于遠(yuǎn)離南渡江入?？?沿岸輸沙量也較小,因而斷面夏季整體上地形變化會(huì)較小。而冬季長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)風(fēng)浪作用造成斷面后濱堆積灘面升高,前濱沖刷灘面降低,前濱地形變化尤為明顯。

圖7 鋪前灣中部海灘斷面D05地形變化Fig.7 The topography change of beach section D05 in the central part of the Puqian Bay

3.3 木蘭灣海灘地形變化特征

D06斷面位于木蘭灣的中部,長(zhǎng)約100 m。斷面地形變化曲線顯示(圖8),離岸約45 m 的后濱發(fā)育沖浪形成的灘坎,前濱較平坦。前3次斷面測(cè)量結(jié)果顯示,斷面地形變化很小,整體上表現(xiàn)為輕微的堆積,最大堆積厚度約20 cm。10月臺(tái)風(fēng)“莎莉嘉”過(guò)后,斷面地形變化明顯,最大侵蝕深度約0.8 m。相比于夏季,冬季斷面前濱有明顯的侵蝕,而后濱表現(xiàn)為輕微的堆積,在灘坎處有明顯的堆積作用而導(dǎo)致冬季海灘灘坎的消失。斷面所在區(qū)域地形比較狹窄,潮流作用和波浪作用較大,導(dǎo)致沿岸輸沙量大于來(lái)沙量,地形整體上表現(xiàn)為侵蝕,堆積主要在后濱發(fā)育。

圖8 木蘭灣海灘斷面D06地形變化Fig.8 The topography change of beach section D06 in the Mulan Bay

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)比分析研究區(qū)2016—2017年度不同月份海灘斷面高程測(cè)量數(shù)據(jù),結(jié)果表明海口灣、鋪前灣和木蘭灣海灘地形均具有季節(jié)性變化的特點(diǎn),主要表現(xiàn)為夏季地形變化幅度較小,而冬季地形變化幅度較明顯,斷面前濱主要遭受侵蝕作用,后濱則發(fā)生堆積作用。

研究區(qū)夏季以偏南風(fēng)為主,且為離岸風(fēng),而冬季以偏北風(fēng)為主,且為向岸風(fēng),加上冬季的風(fēng)浪作用較夏季更強(qiáng),是導(dǎo)致研究區(qū)冬季的地形變化幅度較夏季更為明顯的原因之一。近年來(lái)岸外人工島的建設(shè)和河流輸沙量的急劇減少等,也是斷面地形變化的主要影響因素。另外,局部區(qū)域頻繁的人類活動(dòng)和大量的人工設(shè)施的建設(shè)也會(huì)造成海灘地形劇烈變化。