海南陵水土福湾岸滩侵蚀和演变趋势分析

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  摘 要:海南陵水土福湾位于海棠湾北部,属于典型的波浪作用为主的河口砂坝海岸,近年来由于河口东岸英州渔港防护突堤的修建,造成河口西岸出现较严重的岸滩侵蚀现象。本文主要从土福湾附近的水文气象条件、岸滩地貌形成过程、河口地貌及水下地形演变等多方面对土福湾岸滩侵蚀原因和演变趋势进行分析,并提出合理的岸滩防护措施。
  关键词:岸滩侵蚀 岸滩演变 地貌形成过程 导流丁坝
  中图分类号:U664.33 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)01(c)-0201-04
  海南陵水土福湾受侵蚀岸段位于海棠湾北部,东临英州河口(鹅仔河),属于典型的波浪作用为主的河口砂坝海岸,河口西侧海岸发育沿岸沙嘴,东部为英州渔港,目前建设有防护突堤(丁坝)。最近几年来,河口西部海岸出现较为严重的岸滩侵蚀现象,部分海岸侵蚀后退最大距离达130m左右,另外强降水及风暴潮过后近岸水质浑浊,严重威胁和影响拟开发岸线优美的旅游度假环境和自然景观。
  海棠湾属于典型的砂质弧形海岸,土福湾位于海棠湾的湾顶岬角区内,受河口径流、波浪及其伴生波流作用形成了这一地貌特征,研究其岸滩地貌的形成与演变,对于该岸滩的防护具有重要意义。本文将从土福湾附近的水文气象条件、岸滩地貌形成过程、河口地貌及水下地形演变等多方面对土福湾岸滩侵蚀原因和演变趋势进行分析,并提出合理的岸滩防护措施。
  1 土福湾水文气象条件
  1.1 表层沉积物
  根据2009年5月国家海洋局海口海洋环境监测中心做的《海南万通土福湾项目沉积物监测报告》,土福湾表层沉积物取樣分析结果表明,土福湾湾顶岸段表层沉积物主要是中砂和粗砂,含有少量贝壳和珊瑚等碎屑物,这不仅显示了岸滩受到了侵蚀,又显示处于波浪较强的沉积环境。万通庄园地块岸滩表层沉积物主要是以粗砂、中砂、细砂为主,本岸段毗邻英州河,处于河流和波浪共同作用的沉积环境。
  1.2 水文特征
  1.2.1 潮汐
  根据实测潮潮位资料进行调和分析计算,并按判别标准得知,该海区潮汐属不正规全日混合潮。
  1.2.2 潮流
  该区域潮流有如下特征:该区域潮流流向基本都呈现往复流的特征;各流速的分布,在平面上,位于外侧深海区站点的流速明显大于其余站点的流速。在垂线上体现出表层流速大于中层大于底层的特点。就实测最大潮流及流向而言,大潮最大值达到47.6 cm/s,最小值19.6 cm/s。
  1.2.3 波浪
  根据实测波浪数据,土福湾附近海域全年常浪向为SE,频率占47.3%,次常浪向为SSE,频率占20.7%;春季常浪向为SE,频率占41.6%,次常浪向为SSE,频率占20.5%;夏季常浪向为SSE,频率占38.5%,次常浪向为SE,频率占21.1%;秋季常浪向为SE,频率占50.7%,次常浪向为ENE,频率占13.9%;冬季常浪向为SE,频率占76.3%,次常浪向为SSE,频率占11.3%。
  该海区全年最大浪向为ESE,H1/100为5.2 m,由台风引起;次强浪向为SSE,H1/100为5.0 m,同样由台风引起。
  2 土福湾岸滩地貌形成过程
  土福湾海岸的地质构造上属于琼南隆起的南缘,受九所—陵水东西向断裂构造带控制。在这条构造带南部形成一系列与其平行的次一级东西向压性断裂、褶皱构造,以及与其有生成联系的南北向、北东向、北西向的张性断裂和扭性断裂,并形成一条近东西向的岩浆岩分带。在中生代燕山期发生了强烈的构造活动,同时还伴有多期中酸性岩浆沿着该东西向断裂构造带喷发或侵入,形成了琼南沿岸地区一座座花岗岩低山和丘陵。进入全新世海侵时期,沿岸就形成了基岩岬角和海湾相间的蜿蜒曲折的岸线。
  土福湾位于海棠湾湾顶岬角区域内。根据现场的勘察及海图的分析,海棠湾海岸属于典型弧形海岸,它具有弧形海岸的一般特征,又有自己的特色。弧形海岸是上、下岬角控制下的砂质海岸在泥沙供给不足的情况下优势波浪斜向冲击海岸形成的一种与波浪动力及其一定得沿岸输沙率相适应的海岸形态。
  海棠湾海岸由赤岭岬角和后海角岬角控制,其上岬角为赤岭,下岬角为后海角。海棠湾海岸的弧形(或螺线形)湾顶偏于赤岭岬角一侧,其海滩剖面平缓,呈凹形,属于弧形遮蔽带;偏于下波侧方向的岸段(称切线段)十分平直,其海滩剖面较陡,呈凸状,趋于“反射型”海滩性质。从整个海棠湾弧形海岸地貌体系来看,土福湾属于海棠湾海岸的弧形遮蔽带。在沿岸地质构造活动下,形成了赤岭和后海角基岩岬角,由于赤岭和后海角岬角向南伸突入海,分隔了沿岸水域,全新世海侵,使沿岸形成了基岩岬角与海棠湾相间的蜿蜒曲折的岸线。
  土福湾湾口向东南敞开。英州河从湾顶北侧注入,其集水面积较小,输入海湾的泥沙量很少,河口西侧海岸发育有沿岸沙嘴,东部为英州渔港,目前建有海岸防护突堤(图1)。英州河是山区小河流,河流长度和集水面积都较小,但是河流源头短、坡降大,因此洪水期或者降雨时洪峰急、流量大、流速大,对河床的下切侵蚀能力强,引起河口地貌的突变,洪水期过后,洪水携带的泥沙在波浪和沿岸流的作用下再搬运,形成以波浪作用为主的河口地貌。
  英州河口发育了小型的沙坝—— 澙湖河口地貌,但由于下游河长短,河谷面积小,再加上本海区的潮差较小,因此河口段的纳潮量很小,使得沙坝—— 澙湖地貌不完全发育,英州河口西侧的沙坝较短,澙湖也处于萎缩消亡阶段。最近几年来,河口西侧海岸出现较大的侵蚀,部分海岸侵蚀后退最大距离达130 m。当冬季NE向风浪盛行时,在沿岸地形的屏蔽下,土福湾风浪较弱;当夏季SE向和SW向风浪盛行时,沿岸海域为向浪区,风浪较强。当SE向和SW向波浪向岸传播时,因受赤岭岬角的影响,波峰线产生变形,在赤岭岬角岸段波向线密集,波能辐聚,产生侵蚀作用;在海湾岸段波向线扩散,波能辐散,沿岸漂沙由岬角向湾内运移,产生堆积作用。因此,在岬角的分隔下,形成了土福湾沿岸波流和泥沙运移体系。   由于英州河口东侧(英州渔港内)修筑了海岸的防护突堤,使英州河口段干流向西偏移,且分隔了英州河口外海滨南侧的水域。因此,当风暴浪时,常常导致湾内增水,侵蚀挟带的泥沙和沿岸漂沙就集中在这片水域,使得海水浑浊不堪。
  对于海湾岸段,波浪能量分散,沿岸漂沙由岬角向湾内运移,产生堆积作用形成沙滩。海湾的沙滩,在强劲风力吹扬下,则往后海滨迁移并形成波状起伏的风成沙丘。海湾内沙滩在浪蚀和风蚀作用下,又缺少泥沙补给的状况下,土福湾的湾顶沙滩日渐消衰,侵蚀现象比较严重,见图2。
  3 英州河河口地貌以及土福湾水下地形演变
  我们收集了1990年1∶10000的水深测图和2009年实测1∶1500水深图以及1997年的航拍图,绘制出水深的平面等值线图以及1990年和2009年水深等值线的对比图,用来研究英州河口附近水下地形地貌的变化特征。
  由图3和图4可以看出,1990年的英州河河口水深等深线基本呈平行状态分布,河口口门较宽,河口区径流动力快速分散下降,河口段发育席状水下浅滩,河口拦门沙坝缺失,同时澙湖萎缩,纳潮面积小,潮差也小,使得河口段纳潮量很小,因此英州河河口段径流动力和潮流作用都较弱,未发育滩—槽—砂坝地貌结构,河口水下地貌主要由波浪和沿岸流塑造。因此,英州河河口是一个波浪控制的山区型小河口。赤岭位于英州河河口东侧,是一个基岩岬角,控制着土福湾海滩的基本走向,在赤岭的西北前方、英州河河口的东南前方还存在一块面积较大的水下暗礁,赤岭和水下暗礁一起构成英州河河口的屏障,东南向浪受其阻挡,对英州河河口影响较小,影响英州河河口的主要是西南向浪。
  英州河河口仍然为席状浅滩,河口口门西北侧发育有沿岸沙嘴,东南侧为基岩岸线,未发育有沿岸沙坝。河口口门窄小,向外伸出狭小的泄流口。靠近河口沙嘴西北侧的海滩较窄小,反映了这一岸段的海滩以侵蚀为主。河口西北侧存在一条水下陡坎,成为河流来砂与海域来砂的分界线。水下陡坎与沙滩的交接处为沙滩侵蚀面的分界点,交接处西北侧沙滩较宽,水下地形平缓,沙滩基本维持冲淤平衡状态或缓慢侵蚀;交接处东南侧沙滩也维持动态平衡。河口席状沙维持在水下陡坎的东南侧,由于英州河上游来砂量的减少,河口沿岸砂嘴和水下席状砂基本维持原状。
  英洲河河口目前还未达到平衡状态,河口地貌仍然在调整演变当中。由于英州河口靠近赤岭一侧丁坝的修筑,改变了河口的局部横剖面,河口口门处断面面积缩小。丁坝修筑之后,水流的主流向改道,河口口门处的主流向由靠近赤岭一侧向西迁移改道至丁坝的前端。河流主流向改道引起河口西侧岸滩的侵蚀,河口西北侧向东南侧突出的沙嘴已经退缩,并且将会继续侵蚀后退,特别是在洪水期,强大的径流将剧烈冲刷丁坝对岸的沙嘴,直至达到动态平衡状态,沙嘴已经侵蚀后退约100 m左右。丁坝的西南侧发育了一块面积较大的水下浅滩,低潮时部分浅滩已经出露。
  图5为1997年、2009年英州河河口等深线对比变化分析,图上所示侵蚀分界点东南侧的岸滩侵蚀后退,受侵蚀的岸线大约长700 m,自侵蚀分界点以东,越靠近河口,侵蚀量越大。英州河河口0 m等深线大约后退了130 m。自英州河河口至侵蚀分界点的中段岸滩大约侵蚀后退了70 m。由于1997年的水下地形0~-5 m之间的等深线为插值而成,所以0~-5 m等深线较为平行,未能详尽地反映细微的水下地貌。-5 m等深线基本维持不变,仅局部略微向岸后退。这表明-5 m等深线以深的水下地貌基本维持动态平衡状态,没有出现较大范围的侵蚀后退现象。
  4 土福湾岸滩侵蚀原因和演变趋势分析
  土福灣英州河河口附近岸滩侵蚀的主要原因是河口东南侧丁坝的修筑。东南侧丁坝完成以后,河流主流向改道。丁坝修筑之前英州河主流向偏向赤岭一侧,丁坝修筑之后河流主流向偏向河口西北侧。丁坝下游的河口东南侧形成一个缓流区,泥沙在丁坝东南侧下游淤积形成浅滩,水流冲刷西北侧沙嘴,特别是在径流量较大的洪水期河口西北侧沙嘴侵蚀更加剧烈,自河口东南侧丁坝建成后,西北侧沙嘴已侵蚀后退约100 m。沙嘴侵蚀后退引起附近的海滩同样受侵蚀后退,0 m等深线最大后退距离达到130 m,受侵蚀的岸滩长度约700 m。
  在丁坝修筑之前,英州河河口东南侧为赤岭基岩岬角,英州河河口西北侧沙嘴和0 m等深线基本维持在基岩岬角对应的东南侧位置上;而在丁坝修筑之后,丁坝成为英州河河口东南侧岬角,它控制着河口西北侧的演变趋势和岸线位置。受河口东南岸丁坝的影响,河口西北岸沙嘴侵蚀后退,在沿岸流和波浪的作用下,同时引起西北岸附近岸滩的侵蚀后退,其河口地貌发育演变的结果是河口西北岸侵蚀后退至与东南岸丁坝相对应的位置附近。
  土福湾是一个受基岩岬角控制的海湾,这种海湾在华南地区普遍发育存在,其地貌的发育受岬角位置和波浪的控制。在此采用普遍的沙坝—澙湖示意图来描述土福湾的基本地貌。由图6的分析可知,侵蚀分界点以西的海滩,基本保持动态平衡,1997年和2009年的0 m等高线基本维持不变。受侵蚀的岸段主要为侵蚀分界点以东至英州河河口约700 m长的海岸。侵蚀分界点以东的岸滩侵蚀主要原因在于水流的改道冲刷沙嘴,侵蚀分界点以东的沿岸输沙方向为自西向东,在水流改道之前维持着动态平衡状态。水流主流向改道后,沙嘴受侵蚀后退,河口沙嘴以及侵蚀分界点以东海岸的输沙动态平衡被打破,侵蚀分界点以东的沙滩沙自西向东输移,以补充沙嘴受侵蚀流失的沉积物。
  总体来说,英州河河口以及河口右岸约700 m长的海滩受到侵蚀是河口左岸人类工程活动引起的河口微地貌的自然调整,目前河口地貌还没有达到最终的平衡状态。
  在目前的状态下,如果不采取其他的工程措施,英州河河口和附近岸滩达到动态平衡状态的演变趋势为:河口西北侧沙嘴继续被侵蚀后退直至完全消失;河口西北侧0 m等深线继续侵蚀后退直至河口东南岸丁坝往西北方向的延长线。即在目前的自然状态下,英州河河口演变到达动态平衡时河口右侧的沙嘴将后退约50 m,河口右岸的0 m等深线将继续后退20 m~30 m。到达平衡状态以后英州河河口将在丁坝前端形成较狭窄的泄流口门,口门外左右两侧将会发育席状砂。将形成一个与丁坝修筑前地貌形态相似的河口地貌,其发育演变的主导作用力仍然为波浪。
  5 土福湾岸滩侵蚀防护手段及整治效果
  为了保护侵蚀分界点以东的海岸不受侵蚀,需要保持英州河河口的沙嘴不侵蚀后退或者侵蚀分界点以东的沙滩沙停止向英州河河口输移,因此,在英州河河口右岸修筑一条导流丁坝,使水流改道不直接冲刷沙嘴即可。导流丁坝与现已存在的英州河河口左岸防护突堤(丁坝)距离应当保持在150 m(约等于英州河下游河道的宽度)以上,以保证洪水期河流泄洪的需要以及导流丁坝的安全,图7为拟建土福湾导流丁坝平面布置图。
  6 结论
  土福湾是受基岩岬角控制的海湾,这种海湾在华南地区普遍发育存在,其地貌的发育受岬角位置和波浪的控制。受侵蚀的岸段主要为侵蚀分界点以东至英州河河口约700 m长的海滩。侵蚀分界点以东的岸滩侵蚀主要原因在于英州河河口东南岸防护突堤(丁坝)的修筑引起水流的改道冲刷河口西北岸的沙嘴,侵蚀分界点以东的沿岸输沙方向为自西向东,在水流改道之前维持着动态平衡状态;水流主流向改道后,沙嘴受侵蚀后退,河口沙嘴以及侵蚀分界点以东海岸的输沙动态平衡被打破,侵蚀分界点以东的沙滩沙自西向东输移,以补充沙嘴受侵蚀流失的沉积物。为保护侵蚀分界点以东的海滩不受侵蚀,需要保持英州河河口的沙嘴不侵蚀后退或者侵蚀分界点以东的沙滩沙停止向英州河河口输移,因此,在英州河河口西北岸修筑一条导流丁坝,根据项目区掩护区域、破波带宽度、常强浪向SE向在赤岭岬角处绕射、折射后的波向线方向和英州河径流悬浮物扩散范围等因素综合确定导流丁坝长为400 m。
  参考文献
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