海南岛海滩地貌动态:常态过程,极端事件和人工岛建设的影响

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:moxihuanyu
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海岸带是陆地与海洋交互作用的地带,也是人类进行生活和生产活动的主要区域。海滩则是海岸带的重要组成部分,具有灾害防御、旅游休憩和生态服务等巨大功能。海滩在风、波浪、潮汐等动力的持续作用下发生动态变化,而自然条件的变化和人类活动的增加则会影响这一动态变化的趋势。在推进海南国际旅游岛建设发展的背景下,对海滩这一天然旅游资源的监测和研究不仅对海南岛海滩旅游资源的规划、治理、保护及开发建设具有十分重要的现实意义,而且能够为海岸带地区的防灾减灾以及国际旅游岛的可持续发展提供科学依据。本文基于近年来环绕海南岛砂质岸滩剖面观测资料,利用小波变换和EOF分析等数学方法,分析了海南环岛岸滩的整体变化规律及其区域特征,结合多元回归模型讨论了影响海南环岛岸滩变化的主要因素和机制,根据分形理论和功率谱分析研究了暴露在台风影响下的海南岛东部和南部岸线变化的空间尺度特征;针对近期对海南岛岸滩形态产生较大影响的两个主要的外部因素,台风和人工岛建设,利用TELEMAC水动力数值模型分析了台风“威马逊”(RAMMASUN)登陆海南岛的水动力过程及其影响下的岸滩变化的沿岸分异和机制,并结合历史遥感影像解译探讨了部分岸外海滨人工岛建设对相应的陆域岸滩的影响。(1)在海南岛沿岸,海南角和莺歌嘴以东的岸段-5 m水深以下的水动力环境相近,平均潮差较小,波高和波向季节性变化显著;海南角以西、莺歌嘴以北的岸段平均潮差较大,波高总体较小。与动力环境相对应地,海南环岛的砂质海岸中,西部和北部岸段是岸滩形态较为稳定的岸段,其岸线变化较小,岸滩剖面表现出典型的、可恢复的夏季-冬季变化;海南岛东部和南部岸段由于长期暴露在台风的冲击作用下,岸滩剖面形态和岸线较不稳定,其中从万泉河口至鹿回头岸段的平均水下坡度比其它岸段的水下坡度偏大0.5°以上,是海南环岛中岸滩变化最剧烈的岸段。(2)在不同的时间区间和动力环境下,最大潮差、水下坡度、剖面方位角、平均波周期、平均波高等参数都可以与岸滩形态变化量(包括岸线变化量、体积变化量和滩面坡度变化量)构成显著的关系。其中,波高和波周期对滩面坡度和岸线的变化产生直接的影响;海岸轮廓(岸线走向和岬角分布)通过改变波高和波周期的沿岸分布使滩面坡度和岸线变化在沿岸方向上产生差异;波向的变化不仅会影响这一沿岸差异变化的程度和方向,还可能改变沿岸输沙方向从而造成岸线变化的沿岸分异;潮差和水下坡度则主要对上述机制起增强或减弱的调节作用,如潮差或水下坡度的沿岸变化较大,也可成为岸滩变化的控制因素。(3)环岛岸线变化具有时间和空间上的韵律特征,其波动主要是在沿岸长度为30 km左右的相对固定的岬角间海岸单元内发生的,且表现出相邻单元间变化方向相异、相同单元内往复变化的特征;东部和南部岸段的岸线变化还表现出明显的分形性质,其空间尺度与波动功率的幂律关系在正常的水动力环境下能够延伸到30 km的沿岸尺度上,体现了 30 km以下各个尺度的岸线波动模式及其强度的有序变化。台风主要在15~25 km的沿岸空间尺度上对岸线变化的尺度规律产生影响。(4)以台风“威马逊”为例,台风期间海南岛岸外出现风暴浪的岸线长度超过520 km(除陵水角至莺歌嘴以外的大部分岸段),出现风暴潮的海岸范围则在110 km左右(海口湾至铜鼓岭岸段),台风登陆地点附近岸滩受到显著影响的海岸范围与出现风暴潮的岸段一致。风暴潮和风暴浪在海南岛沿岸的分布有显著的变化,主要受到了海南角和景心角等海岸地形和岸线走向的影响。风暴潮和风暴浪在海滩后滨高程较高部位造成的侵蚀在风暴过后很难被自然作用恢复,因此体积变化参量更能持久地保留台风这一偶发事件中沙滩上部受到侵蚀的结果。而岸线变化会对近期动力条件变化产生较为实时的响应,台风过后水下沉积物会被逐渐搬回到滩面形成堆积,台风期间水下坡度和风暴增水的高度又决定了可搬运的水下沉积物的位置、从而对岸线恢复的进程产生影响。(5)2010年-2017年期间海南环岛建设的人工岛项目有12个,其中东郊椰林湾人工岛、潭门渔港人工岛和日月湾人工岛等项目的建设使陆域海岸的岸滩剖面形态和岸线发生了较大改变。由于人工岛的选址、设计和施工中的一些因素,如人工岛与海岸的距离偏近、拦截沿岸流的进岛路堤、岸滩侵蚀的防护措施不到位或者方法不当等都加剧了人工岛建设对其相邻的陆域海岸的影响和破坏。总体上,本文从整体上对海南环岛岸滩地貌的变化规律及其影响因素进行了研究,补充了国内在大尺度沙滩动态变化研究的缺失。创新性地运用分形理论研究了平静天气下和台风影响下岸线变化的空间尺度特征差异,发现的岸线变化分形尺度突破了国际上相关研究的尺度上限,达到了 30 km的沿岸尺度;指出了岸线变化在时空上具有韵律特征,且台风作用还会进一步增强其中沿岸尺度为15 km的韵律模式。论文探究了台风对海南岛岸滩变化产生影响的动力过程及其沿岸分异,讨论了 2010年以来建设的多个离岸人工岛对海南环岛岸滩的影响及主要因素。本研究的开展有助于加深对波浪、潮汐、地质条件等多因素控制下的大尺度沙滩动态变化过程,以及多尺度地貌变化机制的理解,同时也为海岸地貌分形和自组织研究起到补充作用,并为海南岛滨海旅游资源的规划、治理和保护提供一定的参考依据。
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