1211號(hào)臺(tái)風(fēng)對(duì)浙江象山皇城海灘剖面的影響分析

童宵嶺，時(shí)連強(qiáng)，夏小明，程 林，姜呈浩

(1.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江杭州 310058;2.國(guó)家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州 310012)

臺(tái)風(fēng)會(huì)引起大范圍的災(zāi)害，包括海灘及沙丘侵蝕、沙丘漫溢、洪水、海岸系統(tǒng)的臨時(shí)性破壞，因而國(guó)內(nèi)外對(duì)此都非常關(guān)注［1-6］。在海灘演化中，臺(tái)風(fēng)起著重要作用［7］，其所引起的大浪，在短時(shí)期內(nèi)會(huì)造成海灘形態(tài)顯著變化［8-9］。臺(tái)風(fēng)過(guò)程非常復(fù)雜，并且對(duì)海灘沉積物重新分布和海灘再造過(guò)程起著重要作用。例如，在大西洋海岸，東北風(fēng)暴所引起的下降流會(huì)導(dǎo)致離岸定向沉積物輸移，同時(shí)由西南風(fēng)暴所引起的上升流會(huì)導(dǎo)致向岸定向沉積物輸移［10-12］;

同一海灘對(duì)不同臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)狀況不同。Otvos［13］對(duì)比了同一個(gè)海灘對(duì)兩個(gè)風(fēng)暴的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在大陸海灘的幾個(gè)位置上，弱一點(diǎn)的風(fēng)暴所引起的破壞較小，甚至?xí)斐捎俜e。

同一區(qū)域不同位置的海灘，對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)狀況不同。Basco［14］研究了圣馬丁島上37個(gè)海灘對(duì)風(fēng)暴Luis and Marilyn的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)不同位置的海灘由于風(fēng)暴引起的侵蝕和風(fēng)暴后的恢復(fù)情況均不相同;蔡鋒等［15］、李谷祺等［16］、彭俊等［17］研究了熱帶氣旋前進(jìn)方向兩側(cè)海灘的風(fēng)暴效應(yīng)差異;蔡鋒等［18］研究了9914號(hào)臺(tái)風(fēng)對(duì)廈門(mén)島不同海灘的變形特征和侵蝕狀態(tài)。

不同類(lèi)型的海灘對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)亦不相同。Hongshuai Qi等［19］認(rèn)為不同地貌類(lèi)型的海灘，其臺(tái)風(fēng)效應(yīng)不同;蔡鋒等［20］發(fā)現(xiàn)不同海岸類(lèi)型海灘對(duì)臺(tái)風(fēng)“艾利”的響應(yīng)特征不同;彭俊等［21］發(fā)現(xiàn)0418號(hào)臺(tái)風(fēng)“艾利”過(guò)境后，不同類(lèi)型海灘的表層沉積物粒度特征參數(shù)變化不一，其中岬灣海灘沉積物粒度特征參數(shù)變化最強(qiáng)烈。

但是，臺(tái)風(fēng)前后，同一海灘不同區(qū)域的響應(yīng)狀況研究較少［16］，岬灣海灘不同區(qū)域?qū)ε_(tái)風(fēng)的響應(yīng)研究更少。此外，國(guó)內(nèi)研究區(qū)域主要集中在廣東和福建海灘，很少涉及浙江海灘。浙江海灘資源非常稀缺，據(jù)浙江省908專(zhuān)項(xiàng)海島海岸帶調(diào)查資料，浙江省海灘面積約為64 km2，僅占潮間帶面積的3%。但是，在海平面上升和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響下，特別是在受到臺(tái)風(fēng)沖擊時(shí)，海灘面臨的侵蝕后退形勢(shì)日益嚴(yán)重。因此，對(duì)浙江海灘臺(tái)風(fēng)響應(yīng)特征進(jìn)行研究，既可以填補(bǔ)本地區(qū)此類(lèi)研究的空白，又可以為海灘資源保護(hù)和可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

擬選擇象山皇城海灘為研究區(qū)，利用1211號(hào)臺(tái)風(fēng)“海葵”登陸前后所得現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)資料，通過(guò)研究不同區(qū)域的海灘剖面和沉積物變化特征，探討浙江岬灣海灘沉積地貌組合對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)特征。

1 研究區(qū)與臺(tái)風(fēng)“?？备艣r

1.1 研究區(qū)概況

皇城海灘位于浙江省象山縣石浦鎮(zhèn)城區(qū)東北部沿岸昌國(guó)灣內(nèi)(圖1)，海灘長(zhǎng)1 800多米，寬300多米，沉積物以細(xì)砂為主，為砂質(zhì)海岸，其地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，同時(shí)又受海洋性氣候影響。本區(qū)常風(fēng)向?yàn)镹NE，冬季風(fēng)向以NE為主，次風(fēng)向?yàn)镹W，夏季風(fēng)向以偏S為主，NE次之。本區(qū)的波浪為風(fēng)浪與涌浪的混合型，出現(xiàn)頻率基本相等，風(fēng)浪常浪向?yàn)镹E，涌浪常浪向以東向?yàn)橹鳌８髟缕骄ǜ邽?.3～0.5 m，年平均波高為0.4 m。波浪具有明顯的季節(jié)變化，冬半年常浪向以北向浪為主、次浪向?yàn)闁|北東;夏半年常浪向以偏南向浪為主，次浪向?yàn)闁|南東。海區(qū)潮汐屬正規(guī)半日潮，漲潮平均潮差與落潮一樣，均為3.05 m左右。海區(qū)潮流應(yīng)屬半日潮流，該區(qū)流速不大，漲、落潮平均流速一般不超過(guò)0.6 m/s［22］。

1.2 臺(tái)風(fēng)“?？备艣r

2012年第11號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“海葵”8月3日8時(shí)在西北太平洋洋面上生成，中心位于北緯23.2°，東經(jīng)140.7°，中心最大風(fēng)力為18 m/s，移動(dòng)方向?yàn)槲髌?，?qiáng)度維持在熱帶風(fēng)暴到強(qiáng)熱帶風(fēng)暴的量級(jí)。8月5日在進(jìn)入我國(guó)東海東部海域后，“海葵”移速開(kāi)始減慢，強(qiáng)度則逐漸加強(qiáng)，于6日加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)，7日加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。8月8日3時(shí)20分前后“?？痹谡憬笊娇h鶴浦鎮(zhèn)沿海登陸，與皇城海灘相距僅21.5 km，皇城海灘位于其10級(jí)風(fēng)圈之內(nèi)。“?？睘榻?年來(lái)首個(gè)正面襲擊浙江的臺(tái)風(fēng)，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力有14級(jí)(42 m/s)，成為2012年登陸我國(guó)的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。登陸后的“?？贝┰秸憬”辈康貐^(qū)一路往西北方向移動(dòng)，強(qiáng)度迅速減弱，于8月9日12時(shí)，在安徽池州境內(nèi)再度減弱為熱帶低壓(臺(tái)風(fēng)路徑見(jiàn)圖1)。

圖1 皇城海灘地理位置及臺(tái)風(fēng)路徑Fig.1 Location of Huangcheng beach and sketch of typhoon HAIKUI’s route

1.3 臺(tái)風(fēng)引發(fā)的風(fēng)暴潮

臺(tái)風(fēng)“?？敝行牡顷懬昂螅谘芯炕食呛┙５娘L(fēng)暴潮狀況時(shí)可由石浦海洋站(29.2°N，121.95°E)的實(shí)測(cè)潮位和天文預(yù)報(bào)潮位的差值來(lái)顯示(圖2)。石浦海洋站潮高基準(zhǔn)面與平均海平面差307 cm，風(fēng)暴增水大致始于6日結(jié)束于9日，最大增水值達(dá)146 cm，發(fā)生于臺(tái)風(fēng)登陸的前夕(即8日凌晨)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

為了獲得臺(tái)風(fēng)登陸前后皇城海灘的地形數(shù)據(jù)，分別于2012年8月1日和8月11日，使用TOPCON RTK GPS進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，共9個(gè)剖面，剖面編號(hào)從南至北，切線(xiàn)段為剖面1、2、3，過(guò)渡段為剖面4、5、6，遮蔽段為剖面7、8、9，見(jiàn)圖3。在ArcGIS中，通過(guò)把兩次測(cè)量剖面圖疊置在一起(這里所指高程均為國(guó)家85黃海高程)，對(duì)比分析海灘剖面的變化特征。在皇城海灘剖面的高、中、低潮帶分別采集表層沉積物樣品，其中，臺(tái)風(fēng)前后均采樣24個(gè)。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，使用ZBSX-92A頂擊式電動(dòng)振篩儀對(duì)所采樣品進(jìn)行分析，并采用Folk＆Ward公式計(jì)算沉積物粒度參數(shù)。

圖2 臺(tái)風(fēng)期間石浦海洋站高潮位線(xiàn)Fig.2 High-water line of Shipu ocean station during typhoon

圖3 選取剖面位置示意Fig.3 Location of the selected profiles

3 臺(tái)風(fēng)前后海灘剖面及沉積物變化

3.1 皇城海灘剖面對(duì)臺(tái)風(fēng)“?？钡捻憫?yīng)

受臺(tái)風(fēng)“海葵”的影響，皇城海灘三個(gè)岸段的海灘剖面發(fā)生的變化不盡相同，其臺(tái)風(fēng)前后剖面地形對(duì)比見(jiàn)圖4～6。

3.1.1 切線(xiàn)段剖面

從圖4可見(jiàn)，切線(xiàn)段剖面淤積明顯大于侵蝕，高、低潮帶均為淤積，由南至北高潮帶剖面淤積減少，中潮帶基本保持原狀，僅北部剖面3在高潮帶下部、中潮帶略顯侵蝕，單寬淤積量由南至北分別為78.1 m3/m、66.6 m3/m、25.2 m3/m，呈逐漸減少的趨勢(shì)。

圖4 切線(xiàn)段各剖面地形對(duì)比Fig.4 Comparison of beach profiles at tangent zone before and after 1211 typhoon

圖5 過(guò)渡段各剖面地形對(duì)比Fig.5 Comparison of beach profiles at transition zone before and after 1211 typhoon

3.1.2 過(guò)渡段剖面

從圖5可見(jiàn)，過(guò)渡段剖面較切線(xiàn)段沖刷顯著，由北至南高潮帶侵蝕明顯加劇，低潮帶淤積量加大，單寬淤積量由南至北分別為-49.6 m3/m、-40.2 m3/m、-44.7 m3/m，過(guò)渡段剖面較切線(xiàn)段剖面而言由淤積轉(zhuǎn)變?yōu)榍治g。

3.1.3 遮蔽段剖面

從圖6可見(jiàn)，遮蔽段因皇城海塘的建設(shè)過(guò)于靠海而沒(méi)有高潮帶，其剖面中潮帶呈沖刷狀態(tài)，低潮帶由南至北則由淤積轉(zhuǎn)變?yōu)橛俜e與侵蝕相間的起伏地形，單寬淤積量由南至北分別為37.2 m3/m、-16.3 m3/m、-12.9 m3/m，遮蔽段剖面有淤積，有侵蝕，從剖面7的單寬淤積量可以看出，并非過(guò)渡段以上均為侵蝕，在遮蔽段與過(guò)渡段之間存在淤積區(qū)。

圖6 遮蔽段各剖面地形對(duì)比Fig.6 Comparison of beach profiles at shadow zone before and after 1211 typhoon

3.2 皇城海灘沉積物對(duì)臺(tái)風(fēng)“海葵”的響應(yīng)

由表1可見(jiàn)(表中內(nèi)容為相關(guān)岸段內(nèi)三條剖面的平均值)，臺(tái)風(fēng)前后，皇城海灘各岸段沉積物發(fā)生了明顯變化。在切線(xiàn)段，高潮帶沉積物平均粒徑變細(xì)，分選變化不大，中潮帶平均粒徑變細(xì)，分選變好，低潮帶平均粒徑變粗，分選變化不大;在過(guò)渡段，高、中潮帶沉積物平均粒徑變粗，分選變差，低潮帶則平均粒徑變細(xì)，分選變好;在遮蔽段，中潮帶沉積物粒徑變細(xì)，分選變好，低潮帶則平均粒徑變粗，分選變差。

表1 皇城海灘臺(tái)風(fēng)前后表層沉積物變化Tab.1 The change of sediment before and after 1211 typhoon

過(guò)渡段是對(duì)臺(tái)風(fēng)響應(yīng)最激烈的區(qū)域，其所受到的水動(dòng)力作用加強(qiáng)后，將高、中潮帶的細(xì)粒物質(zhì)帶到了低潮帶以下;而切線(xiàn)段受到過(guò)渡段來(lái)沙的影響，其中，高、中潮帶部分細(xì)顆粒來(lái)自過(guò)渡段高潮帶，低潮帶部分較粗顆粒來(lái)自過(guò)渡段中潮帶;遮蔽段情況則相對(duì)比較特殊，可能是中潮帶表層為松散粗顆粒沉積物，下層為致密細(xì)顆粒沉積物，因此，中潮帶的粗顆粒沉積物被搬運(yùn)至低潮帶，中潮帶變細(xì)，低潮帶變粗。

4 討論

4.1 各岸段海灘剖面變化原因分析

皇城海灘在臺(tái)風(fēng)“?？弊饔孟?，總體上看，剖面上表現(xiàn)為上沖下淤，平面上表現(xiàn)為南淤北沖，其后濱沙丘蝕積變化劇烈。在切線(xiàn)段，剖面淤積明顯，過(guò)渡段被沖刷的泥沙一部分在浪生沿岸流作用下向南搬運(yùn)，其在向南運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被昌國(guó)灣南部岬角所阻攔(見(jiàn)圖7)，這部分泥沙便在海灘南部沉積下來(lái)，因此，越靠近南部岬角淤積越明顯。在過(guò)渡段，剖面近岸部分沖刷嚴(yán)重，部分泥沙被搬運(yùn)至中、低潮帶，浪生沿岸流將部分泥沙往南帶至切線(xiàn)段，一小部分泥沙向北帶至遮蔽段，由于遮蔽段被沖刷的泥沙無(wú)法到達(dá)過(guò)渡段，過(guò)渡段缺少泥沙補(bǔ)給;在遮蔽段，相較其它岸段，剖面變化量最小，由于波浪作用較弱，風(fēng)生沿岸流占主導(dǎo)地位，其與在過(guò)渡段產(chǎn)生的浪生沿岸流分支在海灘北部的轉(zhuǎn)折處相抵并達(dá)到平衡(見(jiàn)圖7)，遮蔽段東部被沖刷的部分泥沙由東向西運(yùn)動(dòng)，在海灘北部轉(zhuǎn)折處沉積下來(lái)，故7號(hào)剖面發(fā)生大量淤積。

4.2 臺(tái)風(fēng)路徑走向?qū)_淤的影響

皇城海灘灣口朝向偏東，南北有岬角或海島遮蔽，東向及東北向浪對(duì)其地貌變化影響最大。臺(tái)風(fēng)“?？笔且粋€(gè)向NW向移動(dòng)的巨大反時(shí)針氣旋，所以自臺(tái)風(fēng)氣旋抵達(dá)我國(guó)東南沿海，至臺(tái)風(fēng)中心在象山縣鶴浦鎮(zhèn)登陸時(shí)為止，研究海區(qū)風(fēng)向從東北向轉(zhuǎn)變至偏東向;皇城海灘剖面的方向與臺(tái)風(fēng)“?？鼻斑M(jìn)方向幾乎相反，臺(tái)風(fēng)浪近乎正面的襲擊使得其剖面有較強(qiáng)的地貌響應(yīng);熱帶氣旋的低層風(fēng)場(chǎng)是不對(duì)稱(chēng)的，在前進(jìn)方向的右側(cè)，由于風(fēng)向和前進(jìn)方向一致，移速和風(fēng)速相互疊加，這就造成熱帶氣旋前進(jìn)方向右側(cè)的風(fēng)力比較大?；食呛┪挥谂_(tái)風(fēng)“海葵”前進(jìn)方向的右側(cè)，并且對(duì)于其沿海而言基本為向岸浪，這加劇了波浪作用，增加了波浪能量，致使皇城海灘蝕積變化顯著。

蔡鋒等［15］、彭俊等［17］都曾研究過(guò)熱帶氣旋前進(jìn)方向兩側(cè)海灘的風(fēng)暴效應(yīng)差異，其中蔡鋒等［15］認(rèn)為臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑右側(cè)海灘的沖淤變化相對(duì)顯著，與本研究結(jié)果一致;而彭俊等［17］卻發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑右側(cè)的海灘相對(duì)比較穩(wěn)定，其實(shí)這是由于其臺(tái)風(fēng)路徑是往西南方向的，在這種情況下，在臺(tái)風(fēng)右側(cè)吹偏北風(fēng)至偏西風(fēng)，為離岸風(fēng)，這會(huì)減弱波浪的作用。所以在考慮熱帶氣旋前進(jìn)方向兩側(cè)海灘的風(fēng)暴效應(yīng)差異時(shí)，并不能只考慮海灘相對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑的位置，還需要考慮臺(tái)風(fēng)路徑的走向。在我國(guó)沿海，當(dāng)臺(tái)風(fēng)路徑走向?yàn)槲鞅睍r(shí)，臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑右側(cè)海灘的沖淤變化相對(duì)顯著;當(dāng)臺(tái)風(fēng)路徑走向?yàn)槲髂蠒r(shí)，臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑左側(cè)海灘的沖淤變化相對(duì)顯著。

圖7 皇城海灘環(huán)流示意Fig.7 Circulation sketch of Huangcheng beach

4.3 皇城海灘與其它岬灣海灘對(duì)臺(tái)風(fēng)響應(yīng)特征的對(duì)比分析

同一類(lèi)型的海灘對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)并不相同［17］，以往研究考慮較多的是海灘相對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑的位置［15-17］，對(duì)海灘本身岬角突出程度考慮的較少。在研究了以往岬灣海灘對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，南日島巖下海灘［17］與廈門(mén)島東南岸太陽(yáng)灣海灘［18］，在經(jīng)過(guò)9914號(hào)臺(tái)風(fēng)“艾利”的襲擊后，其前濱灘面主要表現(xiàn)為上沖下淤;泉州半月灣海灘［23］、象山皇城海灘，分別經(jīng)歷了0604號(hào)臺(tái)風(fēng)“碧利斯”和1211號(hào)臺(tái)風(fēng)“?？钡囊u擊，前濱灘面亦主要為上沖下淤。但是，半月灣海灘、皇城海灘灘面下段有大量淤積，就整個(gè)海灘而言沉積物流失不大;而巖下海灘、太陽(yáng)灣海灘灘面下段淤積量較少，整體上沉積物流失嚴(yán)重。經(jīng)對(duì)比研究后發(fā)現(xiàn)造成這種差別的原因是:半月灣海灘東西走向，皇城海灘南北走向，分別在偏西風(fēng)和北風(fēng)、東北風(fēng)的作用下，被沖刷的泥沙分別向東和向南搬運(yùn)，最后分別被東部和南部突出的岬角將泥沙截住;而巖下海灘東西走向，太陽(yáng)灣海灘東北-西南走向，它們的岬角都不突出，大量泥沙分別在偏南風(fēng)和偏北風(fēng)的作用下被直接搬運(yùn)至近海。由此可見(jiàn)，岬灣海灘的岬角突出程度，是影響岬灣海灘對(duì)臺(tái)風(fēng)響應(yīng)強(qiáng)度的重要因素之一。

5 結(jié)語(yǔ)

皇城海灘在1211號(hào)臺(tái)風(fēng)的影響下，剖面變化劇烈，但是不同岸段的響應(yīng)情況不盡相同:切線(xiàn)段以淤積為主，過(guò)渡段、遮蔽段以侵蝕為主，遮蔽段在三個(gè)岸段中變化量最小，臺(tái)風(fēng)響應(yīng)強(qiáng)度最弱?；食呛┢拭娴姆较蚺c臺(tái)風(fēng)“?？鼻斑M(jìn)方向幾乎相反，臺(tái)風(fēng)浪近乎正面的襲擊使得其剖面有較強(qiáng)的地貌響應(yīng);海灘南部突出的岬角阻擋了泥沙的進(jìn)一步搬運(yùn)，海灘沉積物整體流失不大。

如前所述，臺(tái)風(fēng)路徑走向、岬灣海灘相對(duì)臺(tái)風(fēng)的走向和其岬角突出程度是影響海灘對(duì)臺(tái)風(fēng)響應(yīng)強(qiáng)度的重要因素。為了更好地反映岬灣海灘的臺(tái)風(fēng)地貌過(guò)程，在觀(guān)測(cè)臺(tái)風(fēng)前后地貌變化時(shí)應(yīng)在同一海灘的各個(gè)岸段均設(shè)置剖面。

致謝:賈建軍、陳一寧、劉毅飛、楊志宏、趙旭峰、楊陽(yáng)等同志參加了本項(xiàng)目的野外調(diào)查工作，特此表示感謝。

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