海南陵水新村潟湖口外灘槽演變分析

劉林，周鴻權(quán)，張永強(qiáng)

（1.中交疏浚（集團(tuán)）股份有限公司，北京 100031；2.自然資源部第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；3.自然資源部第一海洋研究所，山東 青島 266061）

0 引言

沙質(zhì)海岸潟湖口門(mén)灘槽穩(wěn)定性較差，易受波流共同作用下的海岸輸沙影響，分析灘槽的海岸動(dòng)力地貌演變規(guī)律是整治口門(mén)灘槽的關(guān)鍵[1]。海南陵水新村潟湖是一個(gè)潮汐和波浪雙重控制的近封閉狀天然潟湖，近些年口外淺灘及深槽發(fā)生多次變化，造成漁船進(jìn)出潟湖障礙，周邊海岸沙灘也存在不同程度的沖淤變化，給漁業(yè)生產(chǎn)和濱海旅游造成諸多不利影響。歷屆政府曾積極推動(dòng)潟湖的整治開(kāi)發(fā)工作，諸多研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者也開(kāi)展過(guò)相關(guān)技術(shù)研究[2-4]，但都因潟湖潮汐汊道及兩側(cè)沙嘴動(dòng)態(tài)演變的復(fù)雜性[5]，未采取實(shí)質(zhì)性的工程整治措施[6]，因此研究新村潟湖口門(mén)灘槽的發(fā)育規(guī)律，對(duì)潟湖后續(xù)的整治開(kāi)發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過(guò)分析該區(qū)域的地形地貌和海岸動(dòng)力輸沙特點(diǎn)，研究了1987—2016 年近30 a 的歷史遙感影像資料，探討了潟湖口外海岸線和深槽邊灘的沖淤演變特點(diǎn)，為潟湖的后續(xù)整治開(kāi)發(fā)提供參考。

1 地形地貌特征

新村潟湖位于海南省陵水縣東南部，東面與黎安潟湖腹背相依，為一近封閉狀天然潟湖，僅潟湖西部有一寬約200 m 的口門(mén)與外海相通。新村潟湖南部為南灣半島，地勢(shì)較高，潟湖內(nèi)無(wú)大河注入，內(nèi)部水深穩(wěn)定，無(wú)明顯泥沙堆積。潟湖內(nèi)水域面積約22 km2，5～10 m 水深的水域占一半左右，大于10 m 水深水域占4%左右。

新村潟湖口門(mén)外為潮汐汊道地貌體系，1981年的地形地貌特征見(jiàn)圖1，2017 年實(shí)測(cè)的水深地形見(jiàn)圖2。

圖1 新村潟湖口外地貌特征（1981 年）Fig.1 Geomorphology outside the Xincun lagoon estuary（1981）

圖2 新村潟湖口外水深地形（2017 年實(shí)測(cè)）Fig.2 Water depth and topography outside the Xincun lagoon estuary(surveyed in 2017)

口門(mén)處平均水深5.5 m，最大水深11.8 m，口外2 m 等深線與外海相連，口外潮汐汊道深槽向西彎曲。潮流三角洲由中粗砂組成，發(fā)育外緣可抵5 m 等深線，由中粗砂組成?？谕鈻|側(cè)沙嘴位于潮汐汊道南側(cè)，東西向延伸長(zhǎng)度達(dá)1 km 以上，一般寬約200～350 m，近南灣半島根部寬約700 m，由中砂或粗砂組成。西側(cè)沙嘴呈條狀順岸分布，向海凸出沙體寬約350 m 左右。

2 海岸動(dòng)力環(huán)境

2.1 潮流

根據(jù)2017 年3 月在新村潟湖開(kāi)展的潮流泥沙觀測(cè)資料，調(diào)查站位見(jiàn)圖3。新村潟湖海域潮汐類型屬不正規(guī)全日潮，平均高潮位0.95 m，平均低潮位0.38 m，平均潮差為0.63 m。平均漲潮歷時(shí)約為8 h 10 min，平均落潮歷時(shí)約為6 h 20 min，漲潮歷時(shí)比落潮歷時(shí)長(zhǎng)約2 h。潮流運(yùn)動(dòng)形式為往復(fù)流，落潮流速大于漲潮流速，位于口門(mén)附近的4 號(hào)站位流速最大，實(shí)測(cè)最大漲潮流速為0.70 m/s，相應(yīng)的流向?yàn)?9°，實(shí)測(cè)最大落潮流速為0.97 m/s，相應(yīng)的流向?yàn)?96°。

圖3 水文調(diào)查站位布設(shè)圖Fig.3 Hydrology survey station layout

2.2 風(fēng)浪

海南陵水地區(qū)冬季盛行東北風(fēng)，夏季則盛行西南風(fēng)，每年5—12 月常受熱帶氣旋或臺(tái)風(fēng)侵襲，冬季平均風(fēng)速為21 m/s，常風(fēng)向?yàn)镹NE 向，平均頻率為23.3%，次常風(fēng)向?yàn)镹 向，平均頻率為12.4%。研究區(qū)缺乏歷史或?qū)崪y(cè)波浪資料，參考位于研究區(qū)北側(cè)60 km 處的萬(wàn)寧烏場(chǎng)資料如圖4 所示，海域常浪向?yàn)镾E，次常浪向SSE；強(qiáng)浪向?yàn)镾E—SSW，最大波高約為5 m；各向平均波高為0.7～1.2 m，年平均波高為0.9 m，年平均周期為5.0 s。

圖4 波浪分布玫瑰圖Fig.4 Wave distribution rose plot

3 海域泥沙環(huán)境

3.1 水體含沙量

據(jù)2017 年3 月的實(shí)測(cè)資料表明，全潮平均含沙量為0.032 kg/m3，大潮略大于中潮、小潮期，含沙量隨深度的增加而增大。從輸沙強(qiáng)度平面分布看，口門(mén)附近4 號(hào)站位的漲落潮輸沙量明顯大于潟湖內(nèi)部及外海海域，單寬漲潮輸沙最大值為8.3 t/（m·d），落潮輸沙最大值為8.8 t/（m·d）。

3.2 底質(zhì)粒徑

據(jù)2017 年4 月在潟湖口外采集的海床沉積物取樣結(jié)果（見(jiàn)圖5），沉積物中值粒徑為184.6～1 168.3 μm，類型為粗砂、中砂、細(xì)砂，潮汐汊道及兩側(cè)沙嘴沉積物中的中砂平均含量約52%，細(xì)砂平均含量約25.7%。潮汐汊道東西兩側(cè)沙嘴近岸根部的沉積物粗砂平均含量為62.7%，中砂平均含量27.5%。

圖5 沉積物類型分布圖Fig.5 Sediment types distribution diagram

3.3 沿岸輸沙

新村潟湖的動(dòng)力條件為波潮混合型，泥沙輸運(yùn)以波流作用下的沿岸輸沙為主，口外泥沙輸運(yùn)受SE—S 向常浪影響，沿岸輸沙優(yōu)勢(shì)方向?yàn)樽詵|向西，東側(cè)沙嘴邊緣不斷淤漲，并向西側(cè)延伸，一部分落在潮汐汊道中，少部分泥沙也會(huì)繞過(guò)落潮三角洲沉積在口門(mén)北側(cè)淺灘區(qū)。

4 潟湖口外岸線沖淤變化

4.1 潟湖內(nèi)岸線變化

提取1987 年、1997 年、2007 年和2016 年四期的遙感影像資料中的海岸線（見(jiàn)圖6），對(duì)比可知新村潟湖的整體格局沒(méi)有明顯變化，局部岸段岸線向海推移，推移距離在110～850 m，主要是灣底的鹽池或養(yǎng)殖池向海推進(jìn)，潟湖面積也相應(yīng)由1987 年的22.26 km2減小至20.21 km2?？傮w來(lái)看，近30 a 來(lái)新村潟湖的整體格局沒(méi)有明顯變化，潟湖總體的納潮量變化較小。

圖6 新村潟湖周邊海岸線變化Fig.6 Shoreline changes around Xincun lagoon

4.2 潟湖口門(mén)外周邊岸線變化

利用1987—2017 年間近30 期Landsat 遙感影像資料，選取低潮位的特征水邊線為海岸線對(duì)比，其中4 期典型年的岸線位置對(duì)比見(jiàn)圖7；歷年的海岸線沖淤變化對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 新村潟湖口外海岸線變化Table 1 Shoreline changes outside the Xincun lagoon estuary

圖7 潟湖口門(mén)附近岸線的沖淤變化Fig.7 Changes in erosion and sedimentation of the shoreline near the lagoon estuary

由圖7 和表1 可知潟湖口外北側(cè)和東南側(cè)岸線沖淤變化存在明顯差異，口門(mén)北側(cè)岸線呈現(xiàn)出沙嘴淤積連陸和侵蝕后退交替出現(xiàn)的規(guī)律，并存在沙嘴東西擺動(dòng)的現(xiàn)象，侵蝕與淤積的變動(dòng)間隔期約在10 a 左右?？陂T(mén)東南側(cè)岸線2000—2005年呈現(xiàn)出淤積的趨勢(shì)，在2005—2014 年岸線則較為穩(wěn)定，其他年份則主要以侵蝕為主。

5 潟湖口外灘槽演變

5.1 灘槽地貌發(fā)育特點(diǎn)

為分析年際變化規(guī)律，利用1987—2017 年間逐年的30 期遙感影像資料，以落潮顯示的沙洲水邊線作為特征地貌線。按2 a 的間隔，選取了16期的灘槽地貌特征對(duì)比變化（見(jiàn)圖8），用來(lái)說(shuō)明口門(mén)外海域的潮汐汊道深槽和沙嘴的沖淤演變特征。

圖8 新村潟湖口外灘槽演變Fig.8 Evolution of shoal-channel outside the Xincun lagoon estuary

在1987—1990 年期間，潟湖口外灘槽雙通道并存，且發(fā)育西、中、東三個(gè)明顯的洲灘。1991—1995 年間，潟湖口外灘槽地貌逐漸演變?yōu)閱瓮ǖ?，期間東側(cè)沙嘴逐漸向西淤積延伸，其長(zhǎng)度由1 010 m 增長(zhǎng)為1 300 m 左右。1996—2000 年期間，東側(cè)沙嘴的根部逐漸出現(xiàn)缺口，并分割為2個(gè)明顯的洲灘，重新演變?yōu)? 個(gè)潮汐汊道和3 個(gè)洲灘并存的地貌格局。自2001—2011 年的近10 a間，中部的沙洲逐漸西移，并與西側(cè)沙洲連成一片，西側(cè)的潮汐汊道逐漸淤塞封閉，東側(cè)潮汐汊道成為主要的漲落潮水流通道，潮汐汊道的深槽主軸線也隨之西移。2012—2017 年，西側(cè)的沙嘴逐漸侵蝕萎縮，而東側(cè)沙嘴逐漸向西淤漲，6 a 間長(zhǎng)度由1 080 m 左右增加至約1 300 m，2017 年?yáng)|側(cè)沙嘴的根部又出現(xiàn)沖決缺口，新的潮汐通道又在新一輪的孕育之中。

5.2 灘槽演變分析

新村潟湖為中等規(guī)模的沙壩－潮汐汊道－瀉湖海岸體系，潮汐通道口門(mén)斷面和形狀受控于潟湖納潮量與潮汐通道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e的關(guān)系。根據(jù)張忍順[7]對(duì)我國(guó)類似潮汐汊道穩(wěn)定性的研究成果，以及楊陽(yáng)等[8]對(duì)新村潟湖潮汐汊道穩(wěn)定性的分析，新村潟湖在目前納潮量條件下，基本處于均衡狀態(tài)，潮汐汊道能夠維持的寬度約為200 m，較強(qiáng)的落潮流保證了口門(mén)不淤積，并維持了潮汐汊道的通暢。

分析近30 a 來(lái)的地貌演變過(guò)程，由圖8 可知，在1987—1997 年的10 a 時(shí)間，灘槽地貌經(jīng)歷了雙通道—單通道—雙通道的演變過(guò)程；但在1997—2017 年的20 a 時(shí)間僅僅經(jīng)歷了從雙通道到單通道的發(fā)育過(guò)程；此外，值得注意的是，在2017 年?yáng)|側(cè)沙嘴的根部已經(jīng)出現(xiàn)了一個(gè)小的缺口，有進(jìn)一步發(fā)育為雙通道的可能性，筆者查看了2018—2023 年的Google Earth 圖像，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，潟湖灘槽地貌又再次從單通道發(fā)育成了雙通道格局。以上分析表明，口外灘槽地貌體系完成一個(gè)相對(duì)較完整演變，大概需要經(jīng)歷近10～20 a 左右的時(shí)間，其時(shí)間跨度可能與臺(tái)風(fēng)等極端事件發(fā)生的強(qiáng)度及時(shí)間間隔有關(guān)。

沉積在潮汐汊道中的泥沙，在較強(qiáng)的落潮流的作用下，泥沙易于啟動(dòng)懸揚(yáng)，加之波浪輻射應(yīng)力引起的沿岸流影響，潮汐汊道及兩側(cè)沙嘴會(huì)發(fā)生明顯的沖淤變化，進(jìn)而引起周邊海域泥沙的局地調(diào)整，導(dǎo)致北側(cè)和東南側(cè)岸灘發(fā)生強(qiáng)烈的沖淤響應(yīng)。

潟湖深槽邊灘地貌演變機(jī)理分析具有復(fù)雜性[9]，下一步需要結(jié)合風(fēng)暴潮期間的水動(dòng)力、地形沖淤等資料，采用數(shù)學(xué)模型或物理模型綜合論證。

6 結(jié)語(yǔ)

1）新村潟湖灘槽演變是波流聯(lián)合作用下的結(jié)果，潮汐汊道深槽的主軸線不穩(wěn)定，周圍岸灘亦存在較為強(qiáng)烈的岸灘沖淤變化響應(yīng)。

2）新村潟湖口外灘槽地貌格局一直處于單通道和雙通道相互演變之中，受自東向西的沿岸輸沙以及臺(tái)風(fēng)浪等極端事件影響，容易造成潮汐汊道的再次形成或淤閉，一個(gè)相對(duì)完整的灘槽地貌演變期需要經(jīng)歷10～20 a 左右的時(shí)間。

3）潟湖綜合開(kāi)發(fā)中，要避免圍填海等工程措施，以免降低潟湖納潮量，引起口外潮汐汊道淤塞，也可考慮丁壩群、離岸堤等方式對(duì)周圍岸灘進(jìn)行整治，以降低沿岸輸沙對(duì)潮汐汊道深槽擺動(dòng)的影響。