象山港岸灘演變和海床沖淤變化分析

陳尊庚，董文強，倪云林，楊 輝

（1.浙江海洋學院 海運與港航建筑工程學院，浙江 舟山 316022；2.國家海洋局第二海洋研究所 工程海洋學重點實驗室，浙江 杭州 310012）

象山港岸灘演變和海床沖淤變化分析

陳尊庚1，董文強1，倪云林1，楊 輝2

（1.浙江海洋學院 海運與港航建筑工程學院，浙江 舟山 316022；2.國家海洋局第二海洋研究所 工程海洋學重點實驗室，浙江 杭州 310012）

基于象山港海域1935年、1962年和2005年3個年份的海圖資料，應(yīng)用GIS技術(shù)，計算分析了不同時段象山港的岸線變化、海床平面沖淤變化和灘槽平面變化，結(jié)合實測水文泥沙資料，探討了該區(qū)域的沖淤變化趨勢。分析結(jié)果表明，在1935—2005年間，象山港岸線總體上保持穩(wěn)定，僅在部分凹灣岸段和島嶼周圍由于圍海筑堤而向海推進，速率約13.8 m／a，受此影響，潮灘細顆粒泥沙的沉積空間趨于減小，潮灘發(fā)育尚不完全；海床平面則經(jīng)歷了由沖轉(zhuǎn)淤的調(diào)整過程，并呈現(xiàn)出灣頂附近輕微沖刷、口門附近輕微淤積、口門東側(cè)緩慢淤積的沖淤分布特征。總體而言，象山港岸灘表現(xiàn)為輕微淤積，年均淤積速率0.54 cm／a，可以認為這主要是受人類活動影響所致。

象山港；岸灘演變；沖淤變化；灘槽

陳尊庚，董文強，倪云林，等.象山港岸灘演變和海床沖淤變化分析［J］.水利水運工程學報，2015（5）：82－88.（CHEN Zun?geng，DONGWen?qiang，NIYun?lin，et al.Coastal evolution and scouring?silting variation in seabed of Xiangshan bay［J］.Hydro?Science and Engineering，2015（5）：82－88.）

象山港地處寧波市東南部，是一個位于穿山半島與象山半島之間呈NE?SW走向的狹長形半封閉海灣。象山港西、南、北三面環(huán)山，通過青龍門、雙嶼門和牛鼻山水道與外海相連，口外有六橫、佛渡等島嶼掩護，是著名的避風良港。

目前，對象山港的研究主要集中于水流特性、泥沙特性、水質(zhì)狀況、生物特征和漁業(yè)資源［1－8］等方面，而在岸灘演變和泥沙沖淤方面，研究成果則相對較少。2006年，周鴻權(quán)等［9］利用象山港不同年份的水深地形資料，應(yīng)用GIS技術(shù)和水文泥沙等資料綜合分析了該海灣航道區(qū)域的沖淤變化，結(jié)果表明在1962—2002年間，航道區(qū)域總體沖淤平衡，該研究在一定程度上填補了象山港沖淤變化方面研究的空白，但缺乏對整個象山港海域泥沙沖淤和岸灘演變的認識，具有一定的局限性。因此，開展象山港岸灘演變和海床沖淤變化的研究對于全面認識該海灣的沖淤特性具有十分重要的學術(shù)意義和現(xiàn)實意義。

1 研究方法與資料

本文收集了1935年、1962年和2005年象山港海域的海圖資料，詳細信息如表1所示。對這3個年份的海圖進行數(shù)字化處理，通過Bursa?Wolf模型［10］和Mapinfo軟件把海圖資料統(tǒng)一為WGS84坐標系統(tǒng)下的墨卡托投影（29°35′N），并采用Kriging插值方法把離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，建立不同年份的數(shù)字高程模型，進而定量計算象山港的岸線變化、海床平面沖淤變化和灘槽平面變化，同時結(jié)合國家海洋局第二海洋研究所2005年水文泥沙實測資料［11］，分析沖淤動態(tài)趨勢。

需要說明的是，受海圖資料的限制，1935年只有白石山島以東的水深地形資料，所以在計算象山港不同年份的海床平面沖淤變化時，統(tǒng)一以1935年的計算范圍為標準（圖1）。

表1 海圖資料信息匯總Tab.1 Summary of nautical chart information

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)覆蓋整個象山港海域，西南為象山港頂部（121°28′00″E，29°25′20″N），東北為穿山半島崎頭角（122°08′07″E，29°50′44″N），全長約80 km（圖1）。以象山角至雙岙一線為界，象山港可分為內(nèi)灣和外灣兩部分［5］：內(nèi)灣潮汐汊道發(fā)育，地形復雜，淺灘和深槽交替分布，水深一般為10～20 m，局部深潭水深大于20 m；外灣呈喇叭狀，水深較淺，至洋沙山、溫州峙外形成口門淺灘區(qū)，其東北接佛度水道，東南經(jīng)牛鼻山與外海連接（圖2）。

圖1 研究區(qū)計算范圍Fig.1 Sketch of calculation range of study region

圖2 研究區(qū)海底地形（據(jù)2005年海圖）Fig.2 Submarine topography of study region

3 研究區(qū)岸灘演變和海床平面沖淤變化

3.1 海岸演變

根據(jù)1935年、1962年和2005年海圖岸線的對比結(jié)果（圖3），研究區(qū)海岸線在1935—2005年間總體保持穩(wěn)定，只是在象山港局部凹灣岸段和部分島嶼周圍因人工圍涂筑堤有明顯的外移。經(jīng)計算，1935—1962年間，象山港局部凹灣岸段向海推進300～580 m，梅山島南面岸線因建設(shè)梅山鹽場向海推移1.3 km，六橫島西面岸線向海推進470～850 m；1962—2005年間，象山港局部凹灣岸段外移350～2 000 m，梅山島東西兩面岸線分別向海推進約550和2 000 m，六橫島西面岸線由于高涂圍墾養(yǎng)殖而向海推移800～2 300 m。70年來，上述區(qū)域的岸線平均推進速率約13.8 m／a。

3.2 海床平面沖淤變化

研究區(qū)不同時段海床平面的沖淤變化可以通過前后兩個年份數(shù)字高程模型對應(yīng)網(wǎng)格點上水深數(shù)據(jù)的差值計算得到，即差值大于0為淤積，小于0則為沖刷，結(jié)果見圖4。可見，1935—1962年間，研究區(qū)海床平面沖淤幅度一般為0～3 m，最大為4～6 m，其中最大淤積主要分布在六橫島北面，最大沖刷主要散布在缸爿山至西澤一帶及六橫島和梅山島之間的局部水域。牛鼻山水道相對穩(wěn)定，沖淤幅度約0～1 m（圖4（a））。據(jù)統(tǒng)計，該時段沖刷區(qū)面積約為淤積區(qū)面積的2倍，沖刷區(qū)平均沖刷厚度2.85 m，淤積區(qū)平均淤積厚度2.36 m；全區(qū)平均沖刷厚度0.64 m，年均沖刷速率2.37 cm／a（表2），說明1935—1962年間研究區(qū)以緩慢沖刷為主。

圖3 1935—2005年研究區(qū)岸線變化Fig.3 Coastline changes of study region from 1935 to 2004

圖4 研究區(qū)海床平面沖淤分布（單位：m）Fig.4 Distribution of scouring?silting of study region（unit：m）

表2 研究區(qū)海床平面沖淤變化特征值Tab.2 Scouring?silting values of study region

從表2可見，1962—2005年，泥沙沖淤性質(zhì)與1935—1962年不同，沖淤幅度有所減小，一般為1～3m，最大為3～4 m。佛渡島周圍、梅山港及雅礁－東嶼山一帶淤積相對嚴重，而缸爿山、雅礁和擂鼓山等島嶼周圍沖刷相對較強（圖4（b））。淤積區(qū)面積約為沖刷區(qū)面積的3.6倍，其中淤積區(qū)平均淤厚2.05 m，沖刷區(qū)平均沖深2.01 m；全區(qū)處于緩慢淤積狀態(tài)，平均淤厚1.16 m，年均淤積速率2.71 cm／a。

總的看來，在1935—2005年的70年間，研究區(qū)海床平面沖淤幅度一般為0～3 m，局部可達5～6 m。如圖4（c）所示，最大淤積主要分布在佛渡島周圍及六橫島東北，最大沖刷主要發(fā)生在缸爿山南面和象山角－西澤沿岸水域，牛鼻山水道的沖淤幅度較小，僅為0～1 m。據(jù)統(tǒng)計，近70年研究區(qū)趨于輕微淤積，平均淤積厚度0.38 m，年均淤積速率0.54 cm／a（表2）。

3.3 灘槽平面變化

根據(jù)研究區(qū)的灘槽地貌平面形態(tài)特征，選取0，10和20 m等深線來研究潮灘和深槽的平面變化。

3.3.1 潮灘平面變化 潮灘是岸線和0 m線之間平緩寬坦的淤泥粉砂質(zhì)堆積體。1935—2005年間，象山港兩岸的0 m線向海平均推移78.4 m，說明潮灘趨于淤漲，年均速率為1.1 m／a，但不同時段有所差別（圖5（a））。其中，1935—1962年間，0m線有進有退，總體上以向岸退移為主，平均后退21.3m，年均0.8m／a，潮灘面積相應(yīng)減少了5.5%；1962—2005年間，0 m線以向海推進為主，平均外移60.4m，年均1.4m／a，但潮灘面積由1962年的175.9 km2減少至2005年的125.7 km2，減少了約28.5%。

圖5 研究區(qū)1935—2005年特征等深線形態(tài)變化Fig.5 Shape changes in depth contours of study region from 1935 to 2005

梅山島、佛渡島、六橫島、缸爿山和懸山等灣內(nèi)較大島嶼的0 m線在1935—2005年間，潮灘亦趨于淤積，0 m線向海平均推移48.6 m，年均淤漲速率為0.7 m／a。如圖5（a）所示，1935—1962年間，這些島嶼的0 m線以向岸后退為主，平均后退12.7 m，年均后退速率為0.5 m／a，潮灘面積相應(yīng)減少了6.3%；1962—2005年間，上述島嶼周圍的0 m線有進有退，總體上以向海推進為主，平均外移41.4 m，年均外移速率為0.9 m／a，潮灘面積也和象山港兩岸一樣有所減小，由1962年的41.9 km2減小至 2005年的 35.2 km2，減小了約16.0%。

綜上所述，研究區(qū)的潮灘平面在1935—2005年間的70年中總體上以淤漲為主，但是受到圍墾筑堤的影響，潮灘尚未完全發(fā)育。

3.3.2 深槽平面變化 象山港為狹長型海灣，灣內(nèi)有65座大小島嶼。由于沿岸基巖岬角的挑流和島嶼密集地段的束流作用，研究區(qū)水深大于10和20 m的深槽發(fā)育。

（1）10m深槽平面變化。從圖5（b）可以看出，研究區(qū)10m的深槽（潭）范圍較大，不同大小的深潭和深槽數(shù)量較多，且分布廣泛。為了方便敘述和分析，主要研究獅子口、懸山島—白石山島、鐵沙島—白石山島、雙德山島—西澤—東嶼山島和崎頭角—梅山島—外青山等5處深槽。其中，雙德山—西澤—東嶼山島和崎頭角—梅山島—外青山島這兩處深槽的面積約占10 m深槽總面積的93%，通過對這兩個深槽在1935—2005年間平面變化的研究，可以推斷出研究區(qū)水深大于10 m的深槽經(jīng)歷了由輕微沖刷到輕微淤積的調(diào)整過程；而結(jié)合獅子口、懸沙島—白石山島和鐵沙山—白石山島這三處10 m深槽在1962—2005年間輕微沖刷的變化規(guī)律，也可以推斷在1935—2005年的70年間，研究區(qū)水深大于10 m的深槽在牛鼻山水道以東以淤積為主，年均淤積速率約0.16 km2／a；在牛鼻山水道以西以沖刷為主，年均沖刷速率約0.09 km2／a（表3）。這與研究區(qū)海床平面沖淤變化結(jié)果一致（圖4（c））。

表3 研究區(qū)10 m深槽特征值Tab.3 Characteristic values of 10?meter deep trough in study region

（2）20 m深槽平面變化。如圖5（c）所示，研究區(qū)20 m深槽（潭）數(shù)量較多，但大多數(shù)規(guī)模較小，僅雙德山—象山角和大前門島—郭巨山兩處深槽的規(guī)模較大，約占研究區(qū)20 m深槽總面積的90%。

從表4可知，20 m深槽在1935—2005年間經(jīng)歷了從輕微沖刷到輕微淤積的調(diào)整過程，并總體表現(xiàn)為輕微淤積的發(fā)展態(tài)勢，70年來深槽面積年均減少速率約0.04 km2／a，總面積減少了約3.4%。而從研究區(qū)不同部位來看，20 m深槽在牛鼻山水道以東以淤積為主，年均淤積速率約0.12 km2／a；在牛鼻山水道以西以沖刷為主，年平均沖刷速率約0.08 km2／a。這與10 m深槽沖淤變化的結(jié)果相似。

表4 研究區(qū)20 m深槽面積統(tǒng)計Tab.4 Statistics of 20 m deep trough area in study region

4 研究區(qū)沖淤動態(tài)趨勢分析

雙德山以西區(qū)段在1935—2005年間總體上以持續(xù)的輕微沖刷為主。該區(qū)段位于象山港灣頂附近，受海域來沙直接影響相對較小，水體中泥沙主要來源于沉降物質(zhì)的再懸浮，或是隨漲潮從西嶼山—雙德山深槽段處進入該區(qū)段，所以總體含沙量較小。落潮時潮灘水體回歸深槽，水流流速增大，使得該區(qū)段特別是深水區(qū)落潮最大流速大于漲潮最大流速，底部沉積物再懸浮作用也較漲潮時明顯，因此落潮平均含沙量明顯大于漲潮平均含沙量。實測水文泥沙資料［15］顯示，白石山（S3）和歷試山（S4）兩測站大中小潮期的單寬凈輸沙方向基本為70°～100°，且單寬凈輸沙量從內(nèi)向外（S4到S3）增加（圖6），說明懸沙以隨落潮流向外輸移為主，使該區(qū)段趨于沖刷。

東嶼山—西澤—雙德山區(qū)段在1935—1962年間趨于輕微沖刷，究其原因，可能與該時段人類活動較少、岸線開發(fā)利用程度低有關(guān)，這在一定程度上說明該區(qū)段在自然條件下趨于輕微沖刷；而在1962—2005年間，該區(qū)段以輕微淤積為主，結(jié)合實測水文泥沙資料可知，該區(qū)段懸沙運移受潮流交換過程的影響，通過這種交換，灣外較混濁的水體取代了灣內(nèi)較清澈的水體，導致灣外泥沙以向內(nèi)輸運為主；且灣頂附近海域在一個潮周期內(nèi)也有向外凈輸沙的趨勢，使得該區(qū)段有利于細顆粒泥沙沉降、淤積［4］。

牛鼻山淺段在1935—2005年間總體上以輕微淤積為主。該區(qū)段在地貌形態(tài)上屬于多潮流通道口復合淺灘，具有海域開闊、地形平坦和水深較淺的地形特征。受海域來沙和外海波浪的直接影響，含沙量相對較大。潮流流態(tài)明顯受制于東北佛渡水道和牛鼻山水道東南口的兩股潮波向象山港內(nèi)傳播過程中共同影響，漲潮期局部潮流交匯造成滯流，落潮期分流流速平緩，有利于細顆粒泥沙沉降，處于輕微淤積狀態(tài)。

牛鼻山水道以東的佛渡水道及其附近海域總體上趨于緩慢淤積，該處含沙量較大，凈輸沙方向以向佛渡水道內(nèi)部為主（S1），凈輸沙量值也較大，為泥沙的落淤提供了可能；同時，受梅山島圍墾工程的影響，對泥沙的落淤也有一定影響。

圖6 研究區(qū)周日單寬輸沙特征值Fig.6 Characteristic values of sand transport rate per unit of a day in study area

5 結(jié) 語

（1）1935—2005年間，象山港的岸線總體上保持穩(wěn)定，只是在局部凹灣岸段和島嶼周圍因圍涂筑堤或高灘圍墾養(yǎng)殖而有比較明顯的外移，年均推進速率約13.8 m／a。潮灘以淤漲為主，但是受到人類活動的影響，細顆粒泥沙的沉積空間趨于減小，潮灘尚未完全發(fā)育。

（2）1935—2005年，象山港海床平面經(jīng)歷了由緩慢沖刷到緩慢淤積的調(diào)整過程，沖淤幅度不大，一般為0～3 m，總體上以淤積為主，年均淤積速率0.54 cm／a。從沖淤平面分布來看，白石山—雙德山段以持續(xù)的輕微沖刷為主，雙德山—西澤—東嶼山段處于沖淤調(diào)整狀態(tài)，牛鼻山淺段則以輕微淤積為主，而佛渡水道趨于緩慢淤積。這種沖淤變化和沖淤分布主要是受人類活動的影響所致。

（3）10 m和20m深槽的平面形態(tài)變化相似，在牛鼻山水道東、西兩面分別趨于萎縮和增大，但整體上處于輕微淤積的狀態(tài)，10 m和20 m深槽的年均面積減少速率分別為0.07和0.04 km2／a。

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Coastal evolution and scouring?silting variation in seabed of Xiangshan bay

CHEN Zun?geng1，DONGWen?qiang1，NIYun?lin1，YANG Hui2
（1．Maritime and Civil Engineering School，Zhejiang Ocean University，Zhoushan 316022，China；2．Key Lab of Engineering Oceanography，The Second Institute ofOceanography，Hangzhou 310012，China）

Based on three topographicalmaps of 1935，1962 and 2005，GIS technology is applied to calculate and analyze coastal evolution，scouring?silting variation and changes of the tidal flat and deep trough of the Xiangshan bay.With hydrological and sediment data of field observation，analysis of the trend of scouring?silting in the study region is carried out in this study.It is of important academic value and realistic value to fully understand scouring and silting characteristics.The analysis results indicate that from 1935 to 2005，the coastline kept stable generally except in some bays and around islands due to reclamation，with its advancing speed 13.8 m／a.As a result，the tidal flat is not completely silting，and the space for deposition of fine sediment tends to decrease.The seabed experiences an adjustment from erosion to deposition，presenting a distribution characteristic of slight scouring near the top of the bay，slight silting near the mouth of the bay and slow silting in the east of the mouth of the bay. Overall，the evolution of the Xiangshan bay is characterized by a slight deposition，and therewas an annual average deposition rate of 0.54 cm／a，which can be considered that this ismainly affected by the human activities.

Xiangshan bay；coastal evolution；scouring?silting variation；tidal flat and deep trough

TV148

A

1009－640X（2015）05－0082－07

10.16198／j.cnki.1009－640X.2015.05.011

2015－01－05

舟山市科技計劃項目（2013C31045）；國家海洋局第二海洋研究所基本科研業(yè)務(wù)費專項（JT1203）

陳尊庚（1994—），男，浙江溫州人，主要從事港口航道與海洋工程環(huán)境研究。E?mail：32913460＠qq.com通信作者：倪云林（E?mail：oceannyl＠zjou.edu.cn）