人類活動(dòng)影響下的欽州灣近期灘槽沖淤演變特征

楊留柱, 楊莉玲, 潘洪州, 劉超群, 喻豐華

海洋地貌學(xué)

人類活動(dòng)影響下的欽州灣近期灘槽沖淤演變特征

楊留柱1,2,3, 楊莉玲1,2, 潘洪州1, 2, 劉超群1,2, 喻豐華1,2

1. 珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院, 廣東 廣州 510611; 2. 水利部珠江河口動(dòng)力學(xué)及伴生過(guò)程調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510611; 3. 中山大學(xué)海洋學(xué)院, 廣東 廣州 510275

根據(jù)1980年代以來(lái)水下地形數(shù)據(jù)和遙感影像資料, 綜合運(yùn)用遙感與地理信息系統(tǒng)(geographic information system, GIS)、數(shù)值模擬等技術(shù)手段, 分析了欽州灣近期高強(qiáng)度人類活動(dòng)影響下的灘槽平面變化和沖淤演變特征, 從動(dòng)力地貌角度對(duì)演變?cè)蜻M(jìn)行了探討。研究表明, 內(nèi)灣茅尾海近期整體淤積, 2m等深線以淺的高灘淤積強(qiáng)度顯著大于其他水域, 局部槽道由于人工采砂和潮流動(dòng)力增強(qiáng)而出現(xiàn)沖刷。外灣整體以淤積為主, 但強(qiáng)度小于內(nèi)灣, 灘和槽的沖淤特征差異顯著, 西航道、中水道和邊灘淤積, 中灘和東航道沖刷。高強(qiáng)度人類活動(dòng)前后欽州灣漲、落潮量分別減少約4.59%和4.04%, 潮流動(dòng)力減弱, 導(dǎo)致茅尾海不斷淤積; 外灣中部岸線向海大幅推進(jìn), 使得中灘漲落潮流流勢(shì)集中, 潮流速普遍增加0.1~0.2m·s–1, 是中灘大范圍沖刷的主要原因; 東航道浚深后, 中槽漲落潮流向東航道產(chǎn)生歸槽, 導(dǎo)致潮流動(dòng)力減弱, 中槽萎縮。水平Kelvin數(shù)變化表明, 人類活動(dòng)對(duì)外灣東航道和中水道的影響最大, 東航道穩(wěn)定性增強(qiáng), 中水道持續(xù)萎縮; 西航道受到影響較小, 穩(wěn)定性基本保持不變。

欽州灣; 人類活動(dòng); 動(dòng)力地貌; 演變特征

海灣是受海、陸共同作用的特殊水體, 具有獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境和極有價(jià)值的各類資源, 在航運(yùn)、旅游、海水養(yǎng)殖等社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面發(fā)揮著巨大作用。海灣地區(qū)一般是人口密集地區(qū), 經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá), 港口航道建設(shè)、灘涂圍墾等人類活動(dòng)對(duì)海灣的潮流、泥沙運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生直接影響, 進(jìn)而影響到海灣灘槽格局變化。人類活動(dòng)對(duì)海灣尤其是河口灣的演變產(chǎn)生了顯著影響, 甚至改變了自然狀態(tài)下的演變趨勢(shì)(Jabaloy- Sánchez et al, 2010; Jeuken et al, 2010; Wang et al, 2015; Wu et al, 2016; Xie et al, 2017)。關(guān)于欽州灣的已有研究主要集中在以下幾個(gè)方面: 1) 欽州灣水沙運(yùn)動(dòng)特征(鄭暖方, 1988; 李樹華等, 1989; 高勁松等, 2014); 2) 欽州灣灘槽穩(wěn)定性(張伯虎等, 2010; 王玉海等, 2010); 3) 欽州灣沉積動(dòng)力環(huán)境等(黎廣釗等, 2001, 2002; 閻新興等, 2006; 張伯虎等, 2011)。關(guān)于人類活動(dòng)對(duì)欽州灣灘槽沖淤演變影響的研究相對(duì)較少, 主要關(guān)注于單項(xiàng)工程如圍填海對(duì)欽州灣地形變化影響與預(yù)測(cè)(王玉海, 2013; 董德信等, 2014, 2015)。研究欽州灣近期灘槽演變特征, 并綜合各項(xiàng)人類活動(dòng)分析其演變?cè)? 對(duì)于欽州灣的開發(fā)治理、港口建設(shè)、航道管理等具有一定的實(shí)際意義。

1 研究區(qū)概況

欽州灣位于北部灣頂部, 廣西海岸中段, 是廣西沿岸最大的重要海灣。該灣由內(nèi)灣(茅尾海)、灣頸(鷹嶺水道)和外灣(狹義上的欽州灣)三部分組成, 中間狹窄, 島嶼眾多, 兩端開闊, 呈啞鈴狀, 東、西、北三面為陸地環(huán)繞, 南面與北部灣相通, 北面有欽江、茅嶺江注入, 是一個(gè)半封閉的天然河口灣。該灣口門寬29km, 縱深39km, 岸線長(zhǎng)336km, 總面積380km2。茅尾海為陸相河流沉積地貌, 水深普遍小于2m, 由于欽江和茅嶺江運(yùn)入的泥沙在河口附近沉積而不斷向海推進(jìn), 形成廣闊的沙質(zhì)和泥沙質(zhì)潮間淺灘、潮溝、河口沙壩、潮流沖刷深槽等, 大致成近南北向展布。外灣與北部灣海域相連, 為陸架淺海, 發(fā)育水下淺灘地貌, 具有典型的潮流三角洲地貌特征: 灣中部有南南東和南南西向水深在4m 以內(nèi)的沙洲分布(中灘), 將外灣潮汐通道分割成東航道和西航道, 航道水深普遍在10m以上, 中灘中部由于落潮流的不斷沖刷發(fā)育一條南北向深槽, 即中水道。鷹嶺水道是連接內(nèi)灣與外灣的潮汐通道, 由于地形狹窄, 漲落潮流速較大, 通道在潮流沖刷作用下發(fā)育深槽, 水深在10m以上, 如圖1所示。自20世紀(jì)90年代以來(lái), 欽州灣經(jīng)過(guò)大規(guī)模圍填造地、港口航道建設(shè)、無(wú)序采砂等各種高強(qiáng)度開發(fā)活動(dòng), 其灘槽沖淤演變特征發(fā)生顯著變化。

圖1 欽州灣水下地形

圖中茅尾海為2016年測(cè)圖; 外灣及鷹嶺水道為2014年海圖; 高程基準(zhǔn)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn); 紅色點(diǎn)為2016年6月水文觀測(cè)站點(diǎn)

Fig. 1 Underwater topography of Qinzhou Bay

2 研究資料和方法

本研究所用地形資料主要有茅尾海2009、2016年的水下高程圖, 外灣及鷹嶺水道2004、2014年的海圖; 遙感影像主要包括20世紀(jì)80年代以來(lái)欽州灣Landsat系列和國(guó)產(chǎn)高分衛(wèi)星影像, 分辨率分別為30m和16m。地形資料處理方法如下: 1) 將海圖、地形測(cè)圖數(shù)字化, 得到水下地形高程數(shù)據(jù), 統(tǒng)一高程基面和坐標(biāo)系, 基準(zhǔn)面采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn); 2) 以Arcgis軟件為平臺(tái), 采用Kriging內(nèi)插方法將得到的水下地形高程數(shù)據(jù)插值生成數(shù)字高程模型(DEM); 3) 通過(guò)不同年代DEM數(shù)據(jù)提取等高線并疊加對(duì)比, 分析欽州灣灘槽格局變化; 將DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行高程疊合分析, 按地貌特征分區(qū)計(jì)算各單元容積及沖淤變化量, 并生成不同時(shí)段的沖淤變化圖。

遙感影像處理方法如下: 1) 對(duì)遙感衛(wèi)星影像進(jìn)行幾何校正、影像配準(zhǔn)、圖像增強(qiáng)等預(yù)處理, 突出顯示水體流態(tài)、流路等信息; 2) 選取歷史多期遙感影像, 根據(jù)影像提取歷年岸線, 將不同年代岸線疊加分析岸線變化特征3) 根據(jù)潮汐、上游徑流等情況, 選取相似水文組合條件下的遙感影像, 結(jié)合已有數(shù)值模擬成果, 分析欽州灣開發(fā)前后潮流動(dòng)力變化。

為分析欽州灣大開發(fā)前后潮流動(dòng)力變化情況, 基于不規(guī)則網(wǎng)格有限體積近岸海洋模型FVCOM模式(finite volume coastal ocean model)建立了欽州灣二維潮流數(shù)值模型(Chen et al, 2003)。計(jì)算網(wǎng)格采用三角形無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格, 分布如圖2所示, 整個(gè)欽州灣水域劃分為83702個(gè)網(wǎng)格, 最小網(wǎng)格步長(zhǎng)為7m, 最大網(wǎng)格步長(zhǎng)為5000m, 對(duì)重點(diǎn)研究區(qū)域進(jìn)行局部加密處理。數(shù)值模擬時(shí)間為2016年6月10日10:00至2016年7月11日0:00, 時(shí)間步長(zhǎng)為30s。上邊界茅嶺江與欽江均采用流量過(guò)程控制, 下邊界由潮汐調(diào)和常數(shù)計(jì)算所得。分別于2016年6月19—20日、23—24日和28—29日期間在欽州灣水域開展了大、中、小潮連續(xù)27h的水文觀測(cè), 觀測(cè)內(nèi)容主要有分層流速、鹽度、懸沙、水深等, 共計(jì)布設(shè)6個(gè)測(cè)站, 測(cè)站布設(shè)如圖1所示。利用觀測(cè)水文資料對(duì)模型計(jì)算潮流進(jìn)行了驗(yàn)證, 限于篇幅本文僅列出部分站點(diǎn)驗(yàn)證情況, 如圖3、4所示。從實(shí)測(cè)流速與模擬結(jié)果對(duì)比成果來(lái)看, 數(shù)學(xué)模型計(jì)算的流速基本與實(shí)測(cè)的流速趨勢(shì)保持一致, 可能由于未能考慮風(fēng)、浪等影響, 部分測(cè)點(diǎn)最大流速有所偏差。數(shù)值模擬結(jié)果總體是可信的, 可適用于后續(xù)分析。

圖2 模型計(jì)算網(wǎng)格示意圖

圖3 大潮測(cè)次流速及流向驗(yàn)證

圖4 小潮測(cè)次流速及流向驗(yàn)證

3 欽州灣近期沖淤演變特征

3.1 灘槽格局平面變化特征

3.1.1 茅尾海

茅尾海2009—2016年間0、2m等深線的對(duì)比如圖5所示。灘槽平面變化主要有如下特征:

1) 0m等深線向深水推移顯著, 淺灘淤積強(qiáng)度較大。0m等深線向?yàn)硟?nèi)深水區(qū)推移, 向海最大推移距離1100m, 平均推移距離280m, 表明0m水深以淺淺灘淤積強(qiáng)度較大。

2) 茅嶺江及大欖江出口段深槽保持穩(wěn)定, 并向下游延伸; 灣內(nèi)中部漲潮槽呈萎縮態(tài)勢(shì), 東側(cè)漲潮槽向上游拓寬延伸。

圖5 2009—2016年間茅尾海(內(nèi)灣)等高線對(duì)比

從2m深槽變化來(lái)看, 茅嶺江出口2m深槽上段保持基本穩(wěn)定, 下段向南有所延伸, 延伸約1000m; 大欖江東出口2m深槽寬度有一定縮窄, 同時(shí)向下游延伸約420m; 灣內(nèi)中部漲潮槽由于兩側(cè)淺灘淤積, 2m深槽寬度縮窄約200m; 東側(cè)漲潮槽呈不斷發(fā)育態(tài)勢(shì), 2009年以來(lái)向上游延伸約1700m, 與已有漲潮槽貫通。

3.1.2 欽州灣(外灣)

欽州灣(外灣)2004—2014年間4、7、10m等深線對(duì)比如圖6所示。灣灘槽平面變化主要有如下特征:

1) 中灘西部(中水道以西)4m等深線以淺淺灘基本消失, 7m以淺淺灘向東西兩側(cè)淤積推進(jìn)。

圖6a顯示, 2004年中灘西部(中水道以西) –4m等高線以淺淺灘仍連片集中分布, 至2014年淺灘大面積消失, 只在東側(cè)有零星分布; 從–7m等高線來(lái)看, 中灘向東西兩側(cè)淤積, 平均推進(jìn)約110m。

2) 中水道處于萎縮狀態(tài), 北部的淤積切斷了中水道和西航道的聯(lián)系, 中水道成為中灘上的孤立槽道。

中水道7m深槽北段淤積顯著, 長(zhǎng)約1700m的深槽消失, 目前中水道北段與西航道的聯(lián)系已被切斷; 南段7m深槽消失約420m, 中水道整體處于淤積萎縮狀態(tài), 已成為中灘上的孤立槽道。

3) 東、西航道由于中灘向東西兩側(cè)推進(jìn), 道寬度有一定縮窄。

東航道和西航道中上部7m深槽由于兩側(cè)淺灘的淤積, 航道寬度有一定縮窄, 平均縮窄約110m。

4) 東航道12m深槽與外海貫通。

2004年?yáng)|航道12m深槽僅分布在鷹嶺水道出口附近, 2004—2008年間進(jìn)行了10萬(wàn)噸級(jí)深水航道疏浚, 疏?？偭考s4530.7×104m3, 水道普遍挖深約4m(王玉海等, 2010), 至2014年12m深槽已與外海貫通。

圖6 2004—2014年間外灣等高線對(duì)比

a. –4m; b. –7m; c. –12m

Fig. 6 Comparison of –4 m (a), –7 m (b), and –12 m (c) contours in the Outer Bay during 2004-2014

3.2 灘槽沖淤變化特征

3.2.1 茅尾海

茅尾海2009—2016年間沖淤速率分布見圖7, 沖淤統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。茅尾海整體以淤積為主, 淤積總量2803×104m3, 平均淤積速率0.04m·a–1。淤積主要集中在0m以淺的高灘面(85高程), 占淤積總量的92%, 速率在0.04~0.06m·a–1; –4 ~ –2m等高線間的灘面淤積強(qiáng)度較小, 速率在0.02m·a–1左右。沖刷區(qū)主要集中在茅嶺江出口段深槽以及內(nèi)灣東側(cè), 下切速率在0.1m·a–1以上。近年來(lái)茅尾海非法采砂活動(dòng)突出, 主要集中在青草坪即茅嶺江出口(王丹, 2016), 與茅嶺江沖刷區(qū)基本重合, 因此茅嶺江出口沖刷主要由采砂活動(dòng)引起; 內(nèi)灣東側(cè)沖刷與外灣東航道的浚深有關(guān), 航道浚深引起內(nèi)灣東側(cè)漲潮流動(dòng)力增加而發(fā)生沖刷。

圖7 2009—2016年間茅尾海沖淤速率分布

3.2.2 欽州灣(外灣)

外灣整體以淤積為主, 但強(qiáng)度小于內(nèi)灣, 2004—2014年間淤積2073×104m3, 淤積速率0.01m·a–1, 灘和槽的沖淤特征差異顯著, 西航道、中水道和邊灘淤積, 中灘和東航道沖刷。西航道淤積速率在0.05m·a–1左右, 從斷面變化來(lái)看(斷面位置見圖8), 深槽水深變化不大, 但寬度縮窄明顯, 斷面寬度縮窄約500m, 如圖9; 中水道上段淤積明顯, 淤積速率在0.1m·a–1左右; 0~4m水深邊灘灘整體淤積, 淤積量2742×104m3, 平均淤積速率0.03m·a–1, 淤積區(qū)域主要集中在三墩公路沿線附近區(qū)域尤其是東側(cè)水域, 三墩公路建成后阻斷了東灘的潮流運(yùn)動(dòng), 潮流動(dòng)力減弱, 泥沙淤積顯著; 中灘中上部顯著下切, 平均下切2m, 速率在0.2m·a–1, 中灘南部淤積, 淤積速率在0.03m·a–1; 東槽整體下切, 平均下切3m, 速率在0.3m·a–1左右, 遠(yuǎn)超自然狀態(tài)下的沖刷速率。

圖8 2004—2014年間欽州灣沖淤速率分布

dm1、dm2為選取的橫斷面

Fig. 8 The speed of scour and silting of the Outer Bay during 2004-2014

表1 欽州灣沖淤特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖9 2004—2014年間斷面dm1(a)和dm2(b)形態(tài)變化圖

4 欽州灣演變?cè)虺跆?/h2>

1) 灘涂圍墾與港口建設(shè)顯著減小欽州灣納潮量, 潮流動(dòng)力減弱, 是茅尾海不斷淤積的主要原因之一。

1987年以來(lái)欽江河口灣岸線變化見圖10所示, 欽州灣圍墾面積共4633.12hm2?？傮w來(lái)看, 欽江河口灣岸線變化主要集中在2005—2015年間, 此期間占總變化面積的75%, 空間上主要集中在鷹嶺水道南口、外灣金鼓江出口兩側(cè), 此區(qū)域的岸線邊界發(fā)生了顯著變化, 開發(fā)利用方式以港口、道路建設(shè)為主。

高強(qiáng)度的灘涂圍填使得河口漲落潮量均有所減小, 在同時(shí)考慮岸線和水下地形變化的條件下, 利用前述模型對(duì)大規(guī)模開發(fā)前后茅尾海漲落潮量變化進(jìn)行了統(tǒng)計(jì), 斷面位置如圖10, 統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。MWH1—MWH3斷面漲潮量分別減少9.03%、2.80%、1.94%, 減少幅度上游至下游逐漸減小; 落潮量分別減少3.58%、5.81%、2.72%, 中部斷面減小幅度最大。納潮量的減少會(huì)引起潮流動(dòng)力的弱, 同時(shí)潮流挾沙能力減弱, 導(dǎo)致更多的上游來(lái)沙在內(nèi)灣淤積。

圖10 1987—2015年欽州灣岸線變化圖

表2 2004—2014年間高強(qiáng)度人類活動(dòng)下茅尾海漲落潮量變化統(tǒng)計(jì)

2) 外灣中部大幅縮窄, 使得中灘漲落潮流流勢(shì)集中、流速增大, 導(dǎo)致中灘出現(xiàn)沖刷。

由圖10可知, 欽州灣岸線變化最為顯著地區(qū)域位于外灣中部的東西兩側(cè), 東側(cè)主要是三墩公路及三墩作業(yè)區(qū)碼頭的建設(shè), 工程完工于2009年底, 岸線以近南向向海延伸約13.8km; 西側(cè)是防城港核電站防波堤的建設(shè), 岸線以東南向向海延伸約4km。由于東西兩側(cè)的圍填, 外灣中部寬度減小約6.5km, 減幅達(dá)32%, 中部過(guò)流斷面大幅縮窄。圖11為主要圍填工程建設(shè)前后欽州灣洪季漲、落急流變化圖。由圖11b可知, 在兩側(cè)圍填作用下, 外灣中部水流集中, 漲、落潮流速有所增大, 漲急流速增幅介于0.1~0.2m·s–1之間, 落潮流速局部最大增幅達(dá)0.2m·s–1。中灘漲落潮流速的增加, 使得–4m以淺的淺灘出現(xiàn)沖刷。

圖11 主要圍填工程建設(shè)前后洪季漲急(a)和落急(b)流速變化

3) 三墩公公路對(duì)外灣東側(cè)近岸區(qū)的落潮流產(chǎn)生顯著地阻流和挑流作用, 公路沿線兩側(cè)近岸區(qū)域發(fā)生明顯淤積。

圖12為三墩公路和作業(yè)區(qū)建設(shè)前后欽州灣落潮流遙感流勢(shì)對(duì)比, 在三墩公路建設(shè)前東航道落潮流主要以SE向輸出灣外, 隨著東航道的浚深和三墩公路的建設(shè), 落潮流在三墩作業(yè)區(qū)北側(cè)由SE向急轉(zhuǎn)SW向, 同時(shí)三墩作業(yè)區(qū)人工島對(duì)落潮落產(chǎn)生明顯的挑流作用, 在公路沿線兩側(cè)形成緩流區(qū)。圖11顯示, 在工程建設(shè)前后, 公路西側(cè)凹位水域的漲、落潮流速減幅均在0.1m·s–1以上, 流速的減弱為泥沙在區(qū)域的落淤提供了條件。

圖12 三墩公路建設(shè)前(a)、后(b)落潮流遙感流勢(shì)對(duì)比

4) 三墩公路的建設(shè)和東航道浚深是導(dǎo)致中水道萎縮及東航道穩(wěn)定的主要原因。

由圖11可知, 中水道和東航道漲落潮流速較三墩公路建設(shè)前減小約0.2m·s–1, 潮流動(dòng)力減弱導(dǎo)致槽道的萎縮, 目前航道疏浚主要位于東航道, 因此東航道保持穩(wěn)定而中水道萎縮。同時(shí)東航道的浚深使得更多潮流由中水道匯向東航道, 中水道動(dòng)力進(jìn)一步減弱, 是導(dǎo)致中槽萎縮的間接原因。

為進(jìn)一步對(duì)比分析大規(guī)模工程前后各深槽側(cè)向遷移能力及穩(wěn)定性, 參考Zhong等(2018)運(yùn)用水平Kelvin數(shù)(horizontal Kelvin number,eh)研究黃海南部潮汐通道穩(wěn)定性的方法, 通過(guò)計(jì)算dm1、dm2所在深槽的eh分析工程建設(shè)對(duì)槽道穩(wěn)定性影響(斷面見圖10)。eh由Cheng等(2017)提出, 用來(lái)表示平流梯度和科氏力在產(chǎn)生側(cè)向環(huán)流中的相對(duì)重要性。eh越大, 側(cè)向環(huán)流不對(duì)稱性越強(qiáng), 深槽側(cè)向遷移的可能性越大, 深槽越不穩(wěn)定, 反之亦然。其計(jì)算公式如下:

eh=c(1)

其中為科氏力參數(shù)(, ω=7.27×10–5,為當(dāng)?shù)鼐暥? 取21.6);深槽寬度;深槽最大流速;為重力加速度;為深槽最大水深,為鹽收縮系數(shù), 取7.7×10–4psu–1;c水平最大鹽度差值, 經(jīng)分析實(shí)測(cè)水文數(shù)據(jù)后取6。

各槽道參數(shù)選取及Kelvin數(shù)計(jì)算結(jié)果如表3所示。工程建設(shè)后, 中水道水深顯著減小, 寬度增加明顯(–4m以深, 下同), 流速有所減小, 因此其eh增幅最大, dm1和dm2平均增加約169%, 說(shuō)明工程后中槽穩(wěn)定性差, 與上述中水道不斷萎縮結(jié)論一致; 東航道水深增加顯著, 寬度有所縮窄, 流速有一定減小, 其eh較工程前顯著減小, 平均減小約59%, 表明工程后東航道穩(wěn)定性有所增強(qiáng); 西航道寬度和水深均變化不大, 因此其深槽保持基本穩(wěn)定。上述分析可知, 灘涂圍填、航道疏浚等人為活動(dòng)對(duì)外灣東航道和中水道的影響最大, 東航道穩(wěn)定性增強(qiáng), 中水道持續(xù)萎縮; 西航道受到影響較小, 穩(wěn)定性保持基本不變。

表3 開發(fā)前后主要深槽水平Keh變化情況

5 結(jié)論

茅尾海近期整體淤積, 2m水深以淺的高灘淤積強(qiáng)度顯著大于其他水域, 局部槽道由于人工采砂和潮流動(dòng)力增強(qiáng)而出現(xiàn)沖刷。外灣整體以淤積為主, 但強(qiáng)度小于內(nèi)灣, 灘和槽的沖淤特征差異顯著, 西航道、中水道和邊灘淤積, 中灘和東航道沖刷。

灘涂圍墾與港口建設(shè)顯著減小欽州灣納潮量, 漲、落潮量平均減幅分別為4.59%、4.04%(MWH1—MWH3斷面平均)。潮流動(dòng)力減弱, 導(dǎo)致茅尾海不斷淤積。外灣中部岸線向海大幅推進(jìn), 使得中灘漲落潮流流勢(shì)集中, 潮流速普遍增加0.1~0.2m·s–1, 是中灘出現(xiàn)沖刷的主要原因。

三墩公路建設(shè)后中槽漲、落潮流速均顯著減小, 直接導(dǎo)致了中水道萎縮; 東航道的浚深使得潮流由中槽匯向西槽, 中水道潮流動(dòng)力進(jìn)一步減弱, 是導(dǎo)致中槽萎縮的間接原因。eb值變化顯示, 大規(guī)模人類活動(dòng)對(duì)外灣東航道和中水道的影響最大, 東航道穩(wěn)定性增強(qiáng), 中水道持續(xù)萎縮; 西航道受到影響較小, 穩(wěn)定性基本保持不變。

董德信, 李誼純, 陳憲云, 等, 2014. 大規(guī)模填海工程對(duì)欽州灣水動(dòng)力環(huán)境的影響[J]. 廣西科學(xué), 21(4): 357–364, 369. DONG DEXIN, LI YICHUN, CHEN XIANYUN, et al, 2014. Impacts of hydrodynamic environment caused by large-scale reclamation in Qinzhou Bay[J]. Guangxi Sciences, 21(4): 357–364, 369 (in Chinese with English abstract).

董德信, 李誼純, 陳憲云, 等, 2015. 海洋工程對(duì)欽州灣岸線地形及泥沙沖淤的影響[J]. 廣西科學(xué), 22(3): 266–273. DONG DEXIN, LI YICHUN, CHEN XIANYUN, et al, 2015. Impacts of ocean engineering on shoreline, topography and deposition-erosion environment in Qinzhou Gulf[J]. Guangxi Sciences, 22(3): 266–273 (in Chinese with English abstract).

高勁松, 陳波, 陸海生, 等, 2014. 欽州灣潮流場(chǎng)及污染物輸運(yùn)特征的數(shù)值研究[J]. 廣西科學(xué), 21(4): 345–350. GAO JINGSONG, CHEN BO, LU HAISHENG, et al, 2014. Numerical study on the characteristics of tidal current field and pollutant transport in Qinzhou Bay[J]. Guangxi Sciences, 21(4): 345–350 (in Chinese with English abstract).

黎廣釗, 梁文, 劉敬合, 2001. 欽州灣水下動(dòng)力地貌特征[J]. 地理學(xué)與國(guó)土研究, 17(4): 70–75. LI GUANGZHAO, LIANG WEN, LIU JINGHE, 2001. Features of underwater dynamic geomorphology of the Qinzhou Bay[J]. Geography and Territorial Research, 17(4): 70–75 (in Chinese with English abstract).

黎廣釗, 梁文, 劉敬合, 2002. 從沉積物中重礦物動(dòng)力分區(qū)論欽州灣泥沙來(lái)源及運(yùn)移趨勢(shì)[J]. 海洋通報(bào), 21(5): 61?68. LI GUANGZHAO, LIANG WEN, LIU JINGHE, 2002. Discussion on the source and transport tendency of silt in the Qinzhou Bay in terms of the dynamic partition zones of heavy minerals in the sediments[J]. Marine Science Bulletin, 21(5): 61?68 (in Chinese with English abstract).

李樹華, 方龍駒, 1989. 欽州灣潮汐和潮流的變化特征[J]. 海岸工程, 8(3): 39?45. LI SHUHUA, FANG LONGJU, 1989. Distribution characterstics of tide and tidal current in Qinzhou Bay[J]. Coastal Engineering, 8(3): 39?45 (in Chinese with English abstract).

王丹, 2016. 廣西茅尾海水域砂船安全評(píng)價(jià)研究[D]. 大連: 大連海事大學(xué): 11–14. WANG DAN, 2016. Study on safety assessment of sand-carriers in Maoweihai Sea waters in Guangxi[D]. Dalian: Dalian Maritime University: 11–14 (in Chinese).

王玉海, 王崇浩, 劉大濱, 等, 2010. 欽州灣水道穩(wěn)定性的初步研究[J]. 水運(yùn)工程, (8): 76–80. WANG YUHAI, WANG CHONGHAO, LIU DABIN, et al, 2010. Preliminary study on channel stability in Qinzhou Bay[J]. Port & Waterway Engineering, (8): 76–80 (in Chinese with English abstract).

王玉海, 2013. 欽州灣灘槽地貌體系演化數(shù)值模擬研究[J]. 水運(yùn)工程, (1): 45–50, 75. WANG YUHAI, 2013. Numerical modeling morphodynamics of channel-shoal system in Qinzhou bay[J]. Port & Waterway Engineering, (1): 45–50, 75 (in Chinese with English abstract).

閻新興, 劉國(guó)亭, 2006. 欽州灣近海區(qū)沉積特征及航道淤積研究[J]. 水道港口, 27(2): 79?83. YAN XINXING, LIU GUOTING, 2006. Study on deposition characteristics and channel siltation in offshore zone of Qinzhou Bay[J]. Journal of Waterway and Harbour, 27(2): 79?83 (in Chinese with English abstract).

張伯虎, 陳沈良, 谷國(guó)傳, 等, 2010. 欽州灣潮流深槽的成因與穩(wěn)定性探討[J]. 海岸工程, 29(3): 43–50. ZHANG BOHU, CHEN SHENLIANG, GU GUOCHUAN, et al, 2010. Formation and stability of tidal channels in Qinzhou Bay[J]. Coastal Engineering, 29(3): 43–50 (in Chinese with English abstract).

張伯虎, 陳沈良, 劉焱雄, 等, 2011. 廣西欽州灣海域表層沉積物分異特征與規(guī)律[J]. 熱帶海洋學(xué)報(bào), 30(4): 66–70. ZHANG BOHU, CHEN SHENLIANG, LIU YANXIONG, et al, 2011. Sediment characteristics and differentiation in the Qinzhou Bay, Guangxi, China[J]. Journal of Tropical Oceanography, 30(4): 66–70 (in Chinese with English abstract).

鄭暖方, 1988. 欽州灣水動(dòng)力條件及懸沙分布變化特征[J]. 海岸工程, 7(1): 48?54. ZHENG NUANFANG, 1988. Hydrodynamic conditions and distribution characteristics of suspended sand in Qinzhou Bay[J]. Coastal Engineering, 7(1): 48?54 (in Chinese with English abstract).

CHEN CHANGSHENG, LIU HEDONG, BEARDSLEY R C, 2003. An unstructured grid, finite-volume, three-dimensional, primitive equations ocean model: application to coastal ocean and estuaries[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 20(1): 159–186.

CHENG PENG, WANG AIJUN, JIA JIANJUN, 2017. Analytical study of lateral-circulation-induced exchange flow in tidally dominated well-mixed estuaries[J]. Continental Shelf Research, 140: 1–10.

JABALOY-SáNCHEZ A, LOBO F J, AZOR A, et al, 2010. Human-driven coastline changes in the Adra River deltaic system, southeast Spain[J]. Geomorphology, 119(1–2): 9–22.

JEUKEN M C J L, WANG Z B, 2010. Impact of dredging and dumping on the stability of ebb–flood channel systems[J]. Coastal Engineering, 57(6): 553–566.

WANG Z B, VAN MAREN D S, DING P X, et al, 2015. Human impacts on morphodynamic thresholds in estuarine systems[J]. Continental Shelf Research, 111: 174–183.

WU Shuaihu, CHENG Heqin, XU Y J, et al, 2016. Decadal changes in bathymetry of the Yangtze River Estuary: human impacts and potential saltwater intrusion[J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 182: 158–169.

XIE DONGFENG, PAN CUNHONG, WU XIUGUANG, et al, 2017. Local human activities overwhelm decreased sediment supply from the Changjiang River: Continued rapid accumulation in the Hangzhou Bay-Qiantang Estuary system[J]. Marine Geology, 392: 62–77.

ZHONG YAOZHAO, LI YAN, WU XIONGBIN, et al, 2018. Morphodynamics of a tidal ridge system in the southwestern Yellow Sea: HF radar study[J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 206: 27–37.

Characteristics of recent evolution in Qinzhou Bay influenced by human activities

YANG Liuzhu1,2,3, YANG Liling1,2, PAN Hongzhou1, 2, LIU Chaoqun1,2, YU Fenghua1,2

1. The Pearl River Hydraulic Research Institute, Guangzhou 510611, China; 2. Key Laboratory of dynamics and associated process of the Pearl River Estuary, Ministry of water resources; 3. Sun Yat-sen University, Guangzhou, 510611, China

Based on the underwatertopographical data and remote sensing data from the 1980s, we analyze the characteristics of shoal-trough pattern change and erosion-siltation evolution in Qinzhou Bay under the influence of recent high intensity human activities. We also discuss the reasons from the aspect of dynamic geomorphology combining the methods of remote sensing, GIS, and numerical simulation. The results indicate that the Maowei Sea showed overall deposition, the siltation intensity of the shallow water area above the 2m isobath was significantly greater than that in the other areas, and the channel was characterized by erosion due to artificial sand mining and enhancement of tidal current. The outer bay was dominated by deposition, but its deposition rate was less than that of the inner bay. The scouring and silting characteristics of the shoal and trough were significantly different. The west channel, middle channel, and the side foreland were dominated by deposition, while Middle Shoal, East Channel were characterized by scour. Due to high intensity human activities, the flood and ebb tidal capacity of the Maowei Sea reduced 4.6% and 4%, respectively, which caused continuous deposit. The coastline in the middle of the outer bay has been pushed toward the sea significantly, which made the tidal current concentrated and increased velocity by 0.1~0.2 m·s–1, leading to the erosion of the Middle Shoal. The deepening of the East Channel made flow in the Middle Channel move to the East Channel, which made the Middle Channel shrink. The changes of the horizontal Kelvin number indicate that human activities have greater impact on the East and Middle channels of the outer bay. The stability of the East Channel is enhanced and the Middle Channel continues to shrink, while the stability of the West Channel remains basically unchanged.

Qinzhou Bay; human activities; dynamic geomorphology;evolution characteristics.

10.11978/2019013

http://www.jto.ac.cn

P737.12

A

1009-5470(2019)06-0041-10

2019-01-23;

2019-02-23。

林強(qiáng)編輯

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFC0407804); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51779280); 廣西水利廳科技項(xiàng)目(201602)

楊留柱(1983—), 男, 河南省開封市人, 高級(jí)工程師, 博士研究生, 主要從事河口海岸演變方面研究。E-mail: yanglzhlz@qq.com

*致謝: 感謝審稿專家對(duì)本文提出的寶貴意見，感謝編輯部對(duì)本文的修改和完善！

2019-01-23;

-02-23.

National Key Research and Development Project(2018YFC0407804) ; National Natural Science Foundation of China(51779280); Scientific and Technological Projects of Guangxi Water Resources Department(201602)

YANG Liuzhu. E-mail: yanglzhlz@qq.com

Editor: LIN Qiang