浙江甌飛淺灘潮位 懸沙及水沙通量空間分布特征研究

吳創(chuàng)收，許自力

（中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200120）

淤泥質(zhì)海岸在世界范圍內(nèi)廣泛分布，尤其是緊鄰大的河口區(qū)，河流將大量細(xì)顆粒沉積物帶入陸架區(qū)，例如黃河口附近[1]、長(zhǎng)江[2]、亞馬遜[3]、湄公河[4]等。前人已對(duì)淤泥質(zhì)海岸的形成特征以及演變機(jī)制進(jìn)行過大量的研究[5-10]。甌飛淺灘淤泥質(zhì)海岸位于浙江省的東南沿海，海岸線綿長(zhǎng)，海域內(nèi)有河流輸沙（甌江、飛云江和鰲江）以及沿岸輸沙（主要來自于長(zhǎng)江）是它的主要物質(zhì)來源[11-14]。近年來為溫州經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，緩解目前生產(chǎn)力發(fā)展過程中的矛盾，保證海洋經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，進(jìn)行了大量的圍海造地工程。沈林杰、陳道信、李孟國(guó)等對(duì)工程前后的水交換以及水動(dòng)力特征進(jìn)行模擬研究[15-18]。本文主要基于2010 年10 月的實(shí)測(cè)潮流懸沙資料對(duì)甌飛淺灘的潮流和懸沙濃度特征進(jìn)行研究。

1研究區(qū)域概況

浙江甌飛淺灘地處浙東南沿海，屬于甌江河口和飛云江河口自然延伸的區(qū)域，南、北邊界分別是飛云江及甌江河口邊界的外延線，岸線平直，河口處略有內(nèi)凹，除島嶼間受峽道效應(yīng)影響外，大部分水域開闊，是泥沙積聚的環(huán)境，淤漲明顯。海底平坦，潮灘十分發(fā)育。在徑流和潮流作用下，河口及其兩側(cè)泥沙沉積，形成了中沙淺灘、三角沙淺灘、靈昆島東南側(cè)的溫州淺灘，尤其冬季受浙江沿岸流和大風(fēng)影響，溫州海域處于高含沙的泥沙淤積環(huán)境，淺灘緩慢淤積抬高。

1.1潮波

潮波主要受到臺(tái)灣海峽潮波的控制，潮波進(jìn)入淺海后，水深、地形變化加上徑流的作用，淺海分潮具有自東向西逐漸增大的特點(diǎn)。根據(jù)龍灣站和瑞安站多年的潮位統(tǒng)計(jì)，平均潮差分別是4.50 m 和4.37 m，因此，研究區(qū)域?yàn)閺?qiáng)潮海域，屬于非正規(guī)淺海半日潮。

1.2 波浪

研究區(qū)域受季風(fēng)影響，冬季盛行偏北風(fēng)，夏季盛行偏南風(fēng)，春秋季則偏南、偏北風(fēng)交替出現(xiàn)。根據(jù)洞頭島NE端甲米礁1990年12月至1992年9月處波浪觀測(cè)統(tǒng)計(jì)：風(fēng)浪常浪向主要為N～NE 向，頻率占55%，次常浪向?yàn)镾～SW 向，頻率占16.5%，涌浪方向集中于ENE向，頻率占26.3%。

1.3 泥沙來源

甌飛淺灘的泥沙主要來自海域。外海泥沙的來源有二：一是冬季江浙沿岸流由北往南帶來部分泥沙，這部分泥沙主要來自長(zhǎng)江口向南輸移的泥沙；二是在潮流和波流作用下，泥沙橫向運(yùn)動(dòng)，把近海海底沉積物推向岸邊，或者是河口淺灘和潮間帶在風(fēng)浪掀動(dòng)作用下，泥沙隨潮流在本地區(qū)往復(fù)搬運(yùn)。

2資料和野外方法

于2010年10月16日至17日（小潮）、10月29日至30日（中潮）和10月24日至25日（大潮），對(duì)甌飛淺灘的9條垂線進(jìn)行潮流、懸沙濃度的測(cè)量（見圖1）。依據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范·海洋水文觀測(cè)》，潮流（流速、流向）和含沙量的測(cè)驗(yàn)層次依水深而定，當(dāng)水深大于4m 時(shí)，采用六點(diǎn)法，即表層、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、底層；當(dāng)2m ≤水深＜4m 時(shí)，采用三點(diǎn)法，即0.2H、0.6H、0.8H 層；當(dāng)水深＜2m 時(shí)，采用一點(diǎn)法，即0.6H 層觀測(cè)。垂線平均流速和懸沙濃度變化采用的是分層加權(quán)平均法。

圖1甌飛淺灘觀測(cè)點(diǎn)位置圖Fig.1 Location of data measurements in Oufei shoal

3結(jié)果

3.1潮流水動(dòng)力特征

在開敞的淤泥質(zhì)海岸，潮流具有明顯的往復(fù)流性質(zhì)，大部分的漲潮流方向是WN 向，落潮流是ES向，但是測(cè)站9 的落潮流基本上是向東流（圖2），這主要是受到島嶼特殊地形的“狹管效應(yīng)”影響。流速的空間差異比較大，其中測(cè)站1 號(hào)點(diǎn)和測(cè)站6 號(hào)點(diǎn)的漲落潮平均流速比較大，因?yàn)闈q潮過程中，外海的潮波進(jìn)入河口區(qū)，受到地形束窄的影響，潮汐能量增大，導(dǎo)致流速增加；而落潮的過程中，河流徑流的方向和落潮方向一致。而3號(hào)至8號(hào)位于相對(duì)開敞的海域，流速比河口區(qū)的相對(duì)來說要小。流速的大中小潮差異明顯，1號(hào)點(diǎn)的大潮漲落潮平均流速分別是0.93 m/s 和0.89 m/s,而小潮的漲落潮平均流速分別是0.52 m/s 和0.55 m/s（表1）。兩者分別相差了0.41m/s和0.34 m/s；而開敞海域的大中小潮的流速也有明顯的不同，如測(cè)站3 漲落潮平均流速分別是0.40 m/s和0.34 m/s；小潮的漲落潮平均流速分別是0.20 m/s 和0.16 m/s,兩者分別相差了0.20 m/s和0.17m/s。研究區(qū)域的流速在垂直方向具有明顯的變化，流速逐漸變小，表層的流速最大，底層的流速最?。▓D2）。

3.2 懸沙濃度分布與擴(kuò)散

圖2甌飛淺灘的大潮（左）中潮（中）以及小潮（右）潮流隨時(shí)間的變化Fig.2 The variations of the tidal velocity during spring tide (left),moderate tide (middle),neap tide (right)in Oufei shoal

表1一個(gè)潮周期內(nèi)甌飛淺灘潮流的分布特征Table 1 Characteristics of tidal current in the Oufei shoalduring a tidal period

懸沙濃度作為泥沙運(yùn)動(dòng)的重要形式，對(duì)海岸的底床沖淤、營(yíng)養(yǎng)鹽和污染物的輸送、生物的生態(tài)環(huán)境具有重要的影響[19-20]，懸沙濃度的分布與變化是海岸工程、沉積地貌演變以及環(huán)境演變需要考慮的問題[21]。

（1）平面分布

表2 是甌飛淺灘懸沙濃度在調(diào)查期間的分布情況。結(jié)果表明：本海域的懸沙濃度在平面上存在顯著的差異，飛云江河口（測(cè)站1 和2）和甌江河口（測(cè)站6 和測(cè)站7）懸沙濃度較高，開敞海域（測(cè)站4和測(cè)站5）的懸沙濃度比較低。大潮飛云江河口（測(cè)站1）的漲落潮平均懸沙濃度分別是4.18 kg/m3和4.61 kg/m3，甌江河口而4號(hào)點(diǎn)的漲潮平均和落潮平均懸沙濃度是0.12 kg/m3和0.12 kg/m3，這主要是由于受到兩河口的徑流來沙擴(kuò)散和潮流輸沙三方角力的影響，使得懸沙濃度較低[22]。測(cè)站1 的大潮期間的漲落平均懸沙濃度分別是測(cè)站5的34倍和38倍。平面懸沙濃度在一個(gè)潮周期內(nèi)也具有明顯的變化，小潮期間，1 號(hào)的漲落平均懸沙濃度為0.48 kg/m3和0.47 kg/m3，而開敞海域的漲落潮平均懸沙濃度僅為0.04 kg/m3和0.05 kg/m3，研究區(qū)域的大潮懸沙濃度遠(yuǎn)大于小潮的懸沙濃度，這主要是由于大潮期間相對(duì)較強(qiáng)的潮動(dòng)力使得底部的泥沙易懸浮。

表2 一個(gè)潮周期內(nèi)甌飛淺灘漲落潮平均懸沙濃度的變化（單位：kg/m3）Table 2 Variations of SSC during the flood/ebb tide in tidal period in Oufei shoal

（2）垂向分布

在漲落潮的不斷變換過程中，泥沙顆粒經(jīng)歷懸浮、沉降以及再懸浮的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，圖3 反映了甌飛淺灘的懸沙濃度的垂向變化，總體而言，表層到底層的懸沙濃度是逐漸增加的，由于懸沙濃度由于受到波浪、潮流、徑流以及沿岸流等多種復(fù)雜因子的影響，懸沙濃度在同一區(qū)域的不同時(shí)刻以及不同區(qū)域的同一時(shí)刻都處于變化之中，如甌飛淺灘在大潮、中潮和小潮底層和表層的懸沙濃度比值分別為：2.2-14.4,1.83-8.47,2.8-17.05；圖3也反映了甌飛淺灘在特定的動(dòng)力條件下，懸沙垂直結(jié)構(gòu)隨時(shí)空的變化呈現(xiàn)出不同的特征形態(tài)。飛云江口（測(cè)站1和測(cè)站2）、甌江口（測(cè)站6）的垂線分布呈現(xiàn)無規(guī)則的混合型規(guī)則（圖3），懸沙的垂向梯度變化比較大，主要是由于鹽淡水的交匯處，受到絮凝以及鹽淡水異重流的作用，測(cè)站1 大潮時(shí)0.8H 層懸沙濃度達(dá)到6.08 g/L；開敞海域（測(cè)站3、4、7）和島嶼附近的（測(cè)站9）垂向變化呈現(xiàn)出拋物線型，垂向梯度較大；測(cè)站8和測(cè)站9的一個(gè)超周期內(nèi)懸沙垂向變化比較復(fù)雜，應(yīng)該是和測(cè)站的地形位置有關(guān)。

圖3一個(gè)潮周期內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)剖面懸沙濃度（SSC）垂線分布曲線Fig.3 The vertival distribution of suspended sediment during a tidal period

3.3 單寬物質(zhì)通量的變化

為了估算各個(gè)測(cè)站的漲落潮流的輸水輸沙通量，我們通過單寬物質(zhì)通量公式進(jìn)行計(jì)算漲落潮期間通過各個(gè)測(cè)站單位面積上的輸水輸沙量，計(jì)算表明:甌江淺灘區(qū)域存在著復(fù)雜的輸水輸沙過程（表3和表4）。大潮期間，飛云江（測(cè)站1）和甌江附近（測(cè)站6、7、8）的落潮輸水量大于漲潮輸水量，凈輸水量向外海輸運(yùn)，其他各站的漲潮輸水量均大于落潮輸水量，其中測(cè)站4向陸的凈輸水量達(dá)到6.05×104m3；而飛云江口附近（測(cè)站1、2、3）的落潮輸沙量大于漲潮輸沙量，其中測(cè)站2 向外海的凈輸沙量是150.97 t，甌江口附近的測(cè)站6漲潮和落潮輸沙量基本上達(dá)到平衡，外海的區(qū)域（測(cè)站4、5、7和9）的落潮輸沙量大于漲潮輸沙量；中潮期間，除過測(cè)站6、測(cè)站7和測(cè)站9之外，甌飛淺灘其他水文測(cè)站的漲潮輸水量均大于落潮水量，其中測(cè)站8向陸凈輸水量7.78×104m3，凈輸沙量基本上和凈輸水量基本上一致，測(cè)站1 的向陸凈輸沙量是117.49 t，測(cè)站6的向陸凈輸沙量是62.83 t，這也反映了甌江的南支正在呈現(xiàn)淤積趨勢(shì)這一結(jié)論；小潮期間，除過測(cè)站6 和測(cè)站9以外，甌飛淺灘的漲潮輸水量大于落潮輸沙量，凈輸水量是向陸，測(cè)站3 和測(cè)站8 的凈輸水量分別達(dá)到4.58×104m3和4.65×104m3，輸沙量除過測(cè)站3和測(cè)站4之外，基本上都是向陸輸運(yùn)，但是比值較小。

一個(gè)潮周期內(nèi)的輸水輸沙量不同，漲落潮的輸水輸沙量基本上都是大潮大于小潮，漲潮落潮的輸水量比值一般在1.4～2.4左右，而輸沙量的比值一般都在5～20倍左右，但是測(cè)站2 尤為突出，其中大潮落潮輸沙量是小潮的53 倍。

表3一個(gè)潮周期內(nèi)甌飛淺灘水文測(cè)站單寬輸水量（“-”代表向陸輸運(yùn)，單位：×104m3）Table 3 Water discharge of the observation stations in Oufei shoal during a tidal period

表4一個(gè)潮周期內(nèi)甌飛淺灘的單寬輸沙量（“-”代表向陸海輸運(yùn)，單位：t）Table 4 Sediment discharge of the observation stations in Oufei shoal during a tidal period

4結(jié)論

（1）甌飛淺灘的潮流是以往復(fù)流為主，平面分布上流速的差異比較明顯，河口附近的漲落潮流速比開敞海域的大；主要是由于潮波傳播過程中，地形束窄，潮汐能量增大，在垂向分布上也具有明顯變化，表層流速大于底層流速；

（2）懸沙濃度，河口區(qū)的懸沙濃度遠(yuǎn)大于外海的懸沙濃度，懸沙濃度在垂向上具有混合型、拋物線型以及斜線型三種類型；

（3）甌飛淺灘的水沙進(jìn)出具有復(fù)雜的時(shí)空變化，大潮的漲落潮輸水輸沙比小潮的大，開敞海域的輸沙是以向陸的方向?yàn)橹?，所以目前的甌飛淺灘是以淤漲為主。

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