溫州市飛鰲灘涂的演變特征分析

蔡德迪,周華民,王珊珊

(1.平陽(yáng)縣水利局,浙江 平陽(yáng) 325499;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

海岸是陸海相互作用的敏感地帶,在海陸交互的動(dòng)力作用下,海岸進(jìn)行著侵蝕和堆積的變化過(guò)程[1]。灘涂是海岸帶的重要組成部分,在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和維持生態(tài)平衡方面有著重要作用[2]。研究分析灘涂區(qū)域岸灘演變規(guī)律,為灘涂圍墾等活動(dòng)提供科學(xué)依據(jù),對(duì)于合理開(kāi)發(fā)灘涂資源意義重大[3-5]。

1 區(qū)域概況和水文泥沙特征

飛鰲灘位于浙江省溫州市平陽(yáng)縣和瑞安市的東海岸,溫州灣南側(cè),地理位置在東經(jīng) 120°38′～ 120°40′, 北緯 27°35′～27°38′,區(qū)域海域形勢(shì)圖見(jiàn)圖1。海岸線較為平直,除島嶼附近地形略微變動(dòng)之外,海底地形平坦,泥沙來(lái)源豐富,受周邊島嶼、基巖岬角不同程度的掩護(hù)作用,長(zhǎng)期處于淤漲狀態(tài),潮灘十分發(fā)育。

圖1 研究區(qū)域海域形勢(shì)圖

1.1 徑流及上游來(lái)沙

灘涂北側(cè)的飛云江是浙江省第四大河,溫州市第二大河。飛云江流域的口水文站集雨面積為1 930 km2,占全流域面積3 252 km2的59.3%,該站實(shí)測(cè)多年 (1959—2000年)平均流量為74.6 m3/s,多年平均徑流總量為23.5億m3。飛云江流域上游來(lái)沙較少,水流含沙量較低,輸沙總量不大。根據(jù)1956—1979年統(tǒng)計(jì),口站多年平均輸沙量45.0萬(wàn) t,最大輸沙量 155.5萬(wàn) t,多年平均含沙量0.17 kg/m3。

灘涂南側(cè)的鰲江為浙江省獨(dú)流入海的八大水系之一,流域總面積1580.4 km2。據(jù)上游埭頭水文站資料統(tǒng)計(jì),鰲江干流多年平均流量為16.33m3/s,年平均徑流總量為5.15億m3,實(shí)測(cè)大洪峰流量為3 140.00 m3/s。鰲江上游流域來(lái)沙量不多,據(jù)統(tǒng)計(jì),干流埭頭站多年平均含沙量為0.12 kg/m3,多年 (1956—2000年)平均輸沙量為6.88萬(wàn)t。輸沙量的年內(nèi)分配,主要集中在暴雨期,尤其集中在臺(tái)風(fēng)暴雨期,一般年份6—9月的輸沙量占全年60%以上。

1.2 潮汐與潮流

鰲江、飛云江河口海域位于浙南沿海,其潮波動(dòng)力主要受東南部半日潮汐系統(tǒng)的控制,其潮汐比值 (HK1+HO1)/HM2在0.18～0.28,可見(jiàn) M2分潮在整個(gè)潮波中動(dòng)力作用占極大比重,而HM4/HM2鰲江為0.15,因此鰲江河口區(qū)的潮汐類(lèi)型屬于非正規(guī)半日潮。

飛云江河口潮波在向口內(nèi)上溯過(guò)程中受到徑流、地形的影響,產(chǎn)生了變形,主要表現(xiàn)為波前段變陡,而波后段則變緩,漲潮歷時(shí)減小,落潮歷時(shí)相應(yīng)延長(zhǎng)。根據(jù)海岸帶調(diào)查資料和新近的水文實(shí)測(cè)資料分析,飛云江河口口門(mén)附近漲、落潮流速較大,最大漲、落潮垂線平均流速分別為1.33 m/s和1.23 m/s,而飛云江口門(mén)外北側(cè)海域,最大垂線平均流速僅為0.60～0.70 m/s?？谕夂Ｓ蛄魉俚臋M向分布主要表現(xiàn)為距岸遠(yuǎn)的流速比距岸近的流速大,垂線上表層流速大于底層流速,漲潮流速超過(guò)平均流速的百分比比落潮流速超過(guò)平均流速的百分比大。潮流運(yùn)動(dòng)的主要形式是往復(fù)流,略帶旋轉(zhuǎn)性,潮流的主流向是SE—NW,旋轉(zhuǎn)流是按反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)?？谕鉂q、落潮流歷時(shí)與潮位的漲落歷時(shí)大體相同,而在飛云江河口內(nèi)由于受徑流和地形的影響落潮歷時(shí)長(zhǎng)于漲潮歷時(shí)。

鰲江口河口段漲潮流速受上游徑流量影響很大?？菟谏嫌蜗滦箯搅髁亢苄?河口區(qū)漲潮流速大于落潮流速,漲落潮流速比大于1;汛期上游徑流量增大,漲潮流歷時(shí)縮短,流速減小,落潮流歷時(shí)延長(zhǎng),流速增大,漲落潮流速比值減小。鰲江口以及周邊海區(qū)多次水文測(cè)驗(yàn)結(jié)果分析表明,本海域潮流具有不規(guī)則半日淺海潮流性質(zhì),其流向與海底地形有密切關(guān)系。

1.3 懸 沙

飛云江河口海域來(lái)沙豐富,寶香以下河口段漲、落潮含沙量平均2.00～4.00 kg/m3,并在下埠一帶形成相對(duì)的高含沙量區(qū),最大可達(dá)5.00～6.00 kg/m3,但含沙量到上游的馬嶼、潘山不減反增,特別是潘山的含沙量曾測(cè)得很高值,可能與河床底部存在高含沙量浮泥層有關(guān)。飛云江口門(mén)每潮的輸沙量可達(dá)30萬(wàn)～60萬(wàn) t,而上游的年輸沙量?jī)H25萬(wàn)t,即一潮的海域來(lái)沙量相當(dāng)于上游1 a的流域來(lái)沙量,可見(jiàn)飛云江河口段大量泥沙主要來(lái)自海域。

鰲江河口海域來(lái)沙豐富,枯水期鰲江站漲落潮平均含沙量可達(dá)6.00～8.00 kg/m3。鰲江河口外存在大片淺灘,在潮汐和風(fēng)浪作用下,為河口地區(qū)提供了豐富的泥沙。

受泥沙來(lái)源的影響,鰲江—飛云江河口區(qū)泥沙以淤泥質(zhì)粉砂為主,懸沙濃度存在顯著的橫向變化,自深水區(qū)向海岸潮灘,懸沙含沙量迅速增大。懸沙中以淤泥質(zhì)粉砂為主要組成物質(zhì),其中值粒徑為0.007～0.015 mm。

2 地質(zhì)歷史演變

飛鰲灘區(qū)域基巖海岸和淤泥質(zhì)海岸并存,飛云江、鰲江兩岸河口平原海岸較發(fā)育,歷史資料表明,岸線一直處于淤漲狀態(tài),飛云江兩岸河灘發(fā)育,尤以河口南岸最為明顯,寬度在4.0～6.0 km,最寬可達(dá)10.0 km。淤泥質(zhì)潮灘和海積平原之間筑有人工海塘,成為人工海岸。寬度1.5～3.5 km的潮灘主要為潮間帶的淤泥質(zhì)灘涂,涂面高程為-1.0～-4.0 m,灘面的自然坡度一般為3～10°,向東南(海域)方向傾斜,坡度漸變陡。

本區(qū)明顯的充填成陸始于全新世中期,山前海灣湖沼平原的泥炭層和大羅山東側(cè)礫石堤形成于距今4 000 a前。根據(jù)有關(guān)記載,東晉時(shí)期(公元317—420年)始建城時(shí),溫州城內(nèi)河網(wǎng)密布,沼澤連片。公元5世紀(jì)初,溫瑞塘河所經(jīng)之地,仍有寬廣水面,充分說(shuō)明了當(dāng)時(shí)這些地區(qū)毗海,而且湖蕩沼地之多,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的封淤疏干而成現(xiàn)在的平原陸地。

3 研究資料與方法

收集研究區(qū)域不同年份的海圖資料和測(cè)圖資料 (見(jiàn)表1,除特殊說(shuō)明均統(tǒng)一至1985國(guó)家高程基準(zhǔn))。采用數(shù)字高程 (DEM)定量計(jì)算不同年份灘涂平面沖淤變化,并在區(qū)域內(nèi)布設(shè)7條代表性剖面,分析各斷面特征。但由于部分年代的水下地形圖存在比例尺小、精度差的問(wèn)題,可能對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

表1 飛鰲灘附近地形圖測(cè)量時(shí)間表

4 岸線變遷特征分析

圖2為鰲江、飛云江河口附近海岸線近80 a的演變圖。1933—1987年,飛云江南口岸線外推600 m,年均外推11 m。至2011年,受一系列大規(guī)模筑堤圍墾工程的影響,岸線大幅度外推,其中飛云江南口岸線外推2 km,鰲江北口外推1 km,鰲江南口江南圍涂區(qū)域則外推4 km,年均外推40～160 m,反映了這期間上述地區(qū)海岸線的自然變遷及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)岸灘演變的深刻影響。

圖2 1933—2011年飛云江、鰲江河口附近海岸線演變圖

5 灘涂演變特征

飛云江口上望至鰲江北口獅子口的岸線約有36.00 km,為東北—西南走向,直線距離約有13.80 km。其中靠近飛云江口一側(cè)為淤泥岸線,岸線平順,受雁蕩山余脈的影響,靠近鰲江口為基巖岸線,存在若干小灣澳而岸線相對(duì)曲折。本區(qū)灘涂發(fā)育,理論深度基準(zhǔn)面(-3.35 m)以上的灘涂寬約6.00 km,灘涂面積約為81.90 km2。該處地形較為平緩,灘面坡度約為1/1 500,海域-1.00～-5.00 m等高線基本平行岸線。

根據(jù)龍灣、洞頭、瑞安上關(guān)山潮位站多年資料統(tǒng)計(jì)[6],該海域多年最低潮位為-3.81～-2.49 m,平均低潮位為-1.83～-2.01 m,平均高潮位為2.24～2.58 m。根據(jù)該處地形,將2.00 m等高線以上的區(qū)域?yàn)楦叱睘?-2.00～2.00m等高線區(qū)域?yàn)橹谐睘?-4.00～-2.00 m的海域?yàn)榈统睘?-4.00m等高線以下的海域?yàn)樗聹\灘。

5.1 等高線年代延伸趨勢(shì)分析

各等高線從飛云江南口一直延伸到鰲江口內(nèi)(見(jiàn)圖3),1965—1979年,在人類(lèi)活動(dòng)相對(duì)較少的年代,靠近飛云江一側(cè)的中、高灘等高線外推400.0～600.0 m,基巖海岸至鰲江口一側(cè)的等高線則有所波動(dòng),但基本保持不變;1979年12月至2011年1月,中潮灘上的-1.0 m和-2.0 m等高線存在明顯的外推,其中-1.0 m等高線在北側(cè)閣巷墾區(qū)外推約為600.0m以內(nèi),至楊嶼山附近則外推可達(dá)1.7 km,年均外推13.0～37.0 m,外推距離自北而南逐漸增大。-2.0 m等高線除在飛云江口沒(méi)有明顯的外推外,自宋埠—西灣圍墾—楊西灣南墾區(qū)一線均存在明顯的外推,外推距離為300.0～900.0 m,年均外推6.5～19.6 m。

不同于中潮灘,低潮灘區(qū)域-3.0 m和-4.0 m等高線自飛云江口內(nèi)向南延伸到江南圍墾區(qū),其中1965—1979年,-3.0 m等高線在西灣以南略有外推,基本不變,西灣以北基本處于外推狀態(tài),且自南向北外推的幅度明顯增大,至飛云江口外外推可達(dá)700.0 m;1979年12月至2011年1月,-3.0 m等高線外推300.0～600.0 m,年均外推6.5～13.0 m,外推幅度小于中潮灘區(qū)域,而靠近飛云江口的區(qū)域等高線存在明顯的后退,局部后退達(dá)800.0 m。-4.0 m等高線1979年11月至2011年1月局部區(qū)域略有擺動(dòng),基本穩(wěn)定。-8.0 m等高線1979年11月與2011年1月相比,總體基本保持穩(wěn)定。

圖3 飛鰲灘1965年至2011年1月特征等高線對(duì)比圖

5.2 沖淤變化趨勢(shì)分析

利用收集到的測(cè)圖,通過(guò)數(shù)字化和統(tǒng)一基面,繪制了1979年12月至2010年9月,1979年12月至 2011年1月以及1986年至2011年1月的沖淤圖 (見(jiàn)圖4)。岸線采用2011年1月的岸線。

圖4 研究區(qū)域平面沖淤圖(+為淤積,-為沖刷)

圖4a為1979年12月至2010年9月的沖淤圖,反映了飛鰲灘上-2.5m以上低潮灘上部和中、高潮灘的沖淤幅度和沖淤分布狀況。在此31 a內(nèi),除在閣巷墾區(qū)堤線外側(cè)局部略有沖刷外,飛鰲灘的高潮灘區(qū)域總體處于明顯淤積狀態(tài),其中-1.0 m高程以上的區(qū)域淤積幅度在0.5～1.0 m,靠近鰲江口的局部區(qū)域有1.0 m以上的淤厚,年均淤積1.6～3.2 cm;同期,-2.0～-1.0 m高程范圍的灘涂淤積幅度減小為0.5 m左右,淤積速率在1.6 cm/a左右;-2.0 m以下大部分區(qū)域淤積0.5 m以內(nèi),而靠近飛云江口和鰲江口外的局部區(qū)域略有沖刷,沖刷幅度在0.5 m以內(nèi),年均沖淤在1.6 cm以內(nèi)。

圖4b為1979年12月至2011年1月的沖淤圖,反映了飛鰲灘-6 m以上潮灘及水下淺灘區(qū)域的沖淤狀況。飛鰲灘總體處于淤積狀態(tài),且以宋埠—西灣—鰲江口一線的潮灘區(qū)域淤積較為明顯,淤幅在0.5～1.0 m,其中靠近鰲江口北側(cè)的西灣墾區(qū)局部區(qū)域淤幅可達(dá)1.5 m以上。隨著高程減小和水深的增大,灘涂的淤積范圍減小,至-5.0 m左右的水下淺灘,沖淤態(tài)勢(shì)則逐漸由淤積變?yōu)槲_,沖刷幅度在0.5m以內(nèi)。

圖4c為1986年至2011年1月飛鰲灘水下淺灘區(qū)域的沖淤態(tài)勢(shì)。水下淺灘區(qū)域除局部區(qū)域有淤積外,絕大部分海域以微沖為主,沖刷幅度在0.5 m以內(nèi),年均沖刷不到2 cm。

5.3 剖面分析

在研究區(qū)域自飛云江口至鰲江口垂直岸線方向設(shè)置7條剖面,其中2#～6#剖面位于飛鰲灘海域,1#和7#剖面位于兩河口外海域(見(jiàn)圖2),各剖面的變化見(jiàn)圖5。就灘面總體特征而言,1979年灘面坡度相對(duì)較為平緩,至2010年坡度明顯增大(見(jiàn)表2)。

圖5 飛鰲灘特征斷面對(duì)比圖

表2 飛鰲灘灘涂坡度多年變化統(tǒng)計(jì)表

就飛鰲灘多個(gè)斷面的橫向?qū)Ρ瓤芍?南側(cè)灘涂的淤積幅度明顯高于北側(cè)灘涂的淤積幅度;同一斷面的縱向?qū)Ρ瓤芍?中灘及以上近岸的灘涂淤積明顯,隨著離岸距離的增大,灘涂淤幅減小,并逐漸呈現(xiàn)沖淤平衡的態(tài)勢(shì)。1979—2002年的23 a內(nèi),-2.0m高程以上的中、高潮灘淤高較為明顯,根據(jù)2#、3#斷面對(duì)比可知,可淤高0.3～0.6 m,年均淤高1.3～2.6 cm。根據(jù)4#～6#斷面對(duì)比可知,1979—2010年的31 a內(nèi),研究區(qū)表現(xiàn)為中、高潮灘上淤積明顯,且近岸區(qū)域的淤積幅度明顯高于遠(yuǎn)岸區(qū)域,低潮灘略有淤積,沖淤基本平衡的特征,中、高灘有0.9 m左右的淤高,年均淤高2.9 cm左右。

1#斷面顯示飛云江口自獅子口向外存在1.10 km的龐大的攔門(mén)沙,該海域海床比周邊海域抬高1.0 m以內(nèi),是出入飛云江的主要礙航段。根據(jù)對(duì)比可知,該斷面在1979年測(cè)圖中地形波動(dòng)較大,攔門(mén)沙段高程最大比上游段高1.5 m,至2011年,攔門(mén)沙段位置基本不變,但該斷面線波動(dòng)更為平緩,且斷面所在攔門(mén)沙段地形有較為明顯的沖刷,沖刷幅度在1.0 m左右。

7#斷面位于鰲江口外,斷面曲線同樣顯示鰲江口外存在巨大的攔門(mén)沙體,該沙體從鰲江口向外綿延10.0 km左右。斷面的多年對(duì)比顯示,攔門(mén)沙在1979—2011年似有明顯沖蝕,沖刷幅度在1.0 m左右,而水下淺灘則略有沖刷,沖刷幅度在0.5 m以內(nèi)。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)近80 a來(lái),飛鰲灘海域岸線外推與人類(lèi)活動(dòng)影響較為密切。

(2)飛鰲灘海域中潮灘及以上的灘涂總體處于緩慢的淤積狀態(tài)。自然條件下,淤積速率在1.3～2.6 cm/a。

(3)近10 a,南側(cè)灘涂的淤積速率明顯高于北側(cè)灘涂。飛云江南口的淤積速率較高,靠近基巖海岸區(qū)域的灘涂淤積速率較小。

(4)同一斷面縱向?qū)Ρ瓤芍?中灘及以上近岸的灘涂淤積明顯,隨著離岸距離的增大,灘涂淤幅減小,并逐漸呈現(xiàn)沖淤平衡的態(tài)勢(shì)。

對(duì)浙江海岸而言,由于自然因素 (波浪、潮流、風(fēng)暴潮等)和人為因素 (人工挖沙、涉水工程等)引起海岸侵蝕普遍存在且趨于嚴(yán)重,因此盡管目前浙江海岸絕大部分岸線是淤漲和穩(wěn)定的,但隨著自然因素如海平面的上升,人工因素如長(zhǎng)江流域建庫(kù)引水入海泥沙減少的嚴(yán)峻形勢(shì),海岸侵蝕問(wèn)題將日漸嚴(yán)重。當(dāng)前迫切需要盡快開(kāi)展這方面的研究并提出相應(yīng)措施,加強(qiáng)海岸管理來(lái)防止海岸侵蝕,或使海岸侵蝕帶來(lái)的損失減至最小[1]。為防止和減輕海岸侵蝕,沿岸建造各類(lèi)海岸工程 (海塘、丁壩、導(dǎo)堤等),提高防潮抗浪能力,在潮灘種植大米草、互花米草等作物,會(huì)有更好的消浪促淤效果[7]。

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