1211號臺風對浙江象山皇城海灘剖面的影響分析

童宵嶺，時連強，夏小明，程 林，姜呈浩

(1.浙江大學海洋學院，浙江杭州 310058;2.國家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州 310012)

臺風會引起大范圍的災害，包括海灘及沙丘侵蝕、沙丘漫溢、洪水、海岸系統的臨時性破壞，因而國內外對此都非常關注［1-6］。在海灘演化中，臺風起著重要作用［7］，其所引起的大浪，在短時期內會造成海灘形態顯著變化［8-9］。臺風過程非常復雜，并且對海灘沉積物重新分布和海灘再造過程起著重要作用。例如，在大西洋海岸，東北風暴所引起的下降流會導致離岸定向沉積物輸移，同時由西南風暴所引起的上升流會導致向岸定向沉積物輸移［10-12］;

同一海灘對不同臺風的響應狀況不同。Otvos［13］對比了同一個海灘對兩個風暴的響應，發現在大陸海灘的幾個位置上，弱一點的風暴所引起的破壞較小，甚至會造成淤積。

同一區域不同位置的海灘，對臺風的響應狀況不同。Basco［14］研究了圣馬丁島上37個海灘對風暴Luis and Marilyn的響應，發現不同位置的海灘由于風暴引起的侵蝕和風暴后的恢復情況均不相同;蔡鋒等［15］、李谷祺等［16］、彭俊等［17］研究了熱帶氣旋前進方向兩側海灘的風暴效應差異;蔡鋒等［18］研究了9914號臺風對廈門島不同海灘的變形特征和侵蝕狀態。

不同類型的海灘對臺風的響應亦不相同。Hongshuai Qi等［19］認為不同地貌類型的海灘，其臺風效應不同;蔡鋒等［20］發現不同海岸類型海灘對臺風“艾利”的響應特征不同;彭俊等［21］發現0418號臺風“艾利”過境后，不同類型海灘的表層沉積物粒度特征參數變化不一，其中岬灣海灘沉積物粒度特征參數變化最強烈。

但是，臺風前后，同一海灘不同區域的響應狀況研究較少［16］，岬灣海灘不同區域對臺風的響應研究更少。此外，國內研究區域主要集中在廣東和福建海灘，很少涉及浙江海灘。浙江海灘資源非常稀缺，據浙江省908專項海島海岸帶調查資料，浙江省海灘面積約為64 km2，僅占潮間帶面積的3%。但是，在海平面上升和人類活動的雙重影響下，特別是在受到臺風沖擊時，海灘面臨的侵蝕后退形勢日益嚴重。因此，對浙江海灘臺風響應特征進行研究，既可以填補本地區此類研究的空白，又可以為海灘資源保護和可持續開發利用提供科學依據。

擬選擇象山皇城海灘為研究區，利用1211號臺風“海葵”登陸前后所得現場調查數據資料，通過研究不同區域的海灘剖面和沉積物變化特征，探討浙江岬灣海灘沉積地貌組合對臺風的響應特征。

1 研究區與臺風“海葵”概況

1.1 研究區概況

皇城海灘位于浙江省象山縣石浦鎮城區東北部沿岸昌國灣內(圖1)，海灘長1 800多米，寬300多米，沉積物以細砂為主，為砂質海岸，其地處亞熱帶季風氣候區，同時又受海洋性氣候影響。本區常風向為NNE，冬季風向以NE為主，次風向為NW，夏季風向以偏S為主，NE次之。本區的波浪為風浪與涌浪的混合型，出現頻率基本相等，風浪常浪向為NE，涌浪常浪向以東向為主。各月平均波高為0.3～0.5 m，年平均波高為0.4 m。波浪具有明顯的季節變化，冬半年常浪向以北向浪為主、次浪向為東北東;夏半年常浪向以偏南向浪為主，次浪向為東南東。海區潮汐屬正規半日潮，漲潮平均潮差與落潮一樣，均為3.05 m左右。海區潮流應屬半日潮流，該區流速不大，漲、落潮平均流速一般不超過0.6 m/s［22］。

1.2 臺風“海葵”概況

2012年第11號強臺風“海葵”8月3日8時在西北太平洋洋面上生成，中心位于北緯23.2°，東經140.7°，中心最大風力為18 m/s，移動方向為西偏北，強度維持在熱帶風暴到強熱帶風暴的量級。8月5日在進入我國東海東部海域后，“海葵”移速開始減慢，強度則逐漸加強，于6日加強為臺風，7日加強為強臺風。8月8日3時20分前后“海葵”在浙江象山縣鶴浦鎮沿海登陸，與皇城海灘相距僅21.5 km，皇城海灘位于其10級風圈之內。“海葵”為近5年來首個正面襲擊浙江的臺風，登陸時中心附近最大風力有14級(42 m/s)，成為2012年登陸我國的最強臺風。登陸后的“海葵”穿越浙江省北部地區一路往西北方向移動，強度迅速減弱，于8月9日12時，在安徽池州境內再度減弱為熱帶低壓(臺風路徑見圖1)。

圖1 皇城海灘地理位置及臺風路徑Fig.1 Location of Huangcheng beach and sketch of typhoon HAIKUI’s route

1.3 臺風引發的風暴潮

臺風“海葵”中心登陸前后，在研究皇城海灘近海的風暴潮狀況時可由石浦海洋站(29.2°N，121.95°E)的實測潮位和天文預報潮位的差值來顯示(圖2)。石浦海洋站潮高基準面與平均海平面差307 cm，風暴增水大致始于6日結束于9日，最大增水值達146 cm，發生于臺風登陸的前夕(即8日凌晨)。

2 數據來源與研究方法

為了獲得臺風登陸前后皇城海灘的地形數據，分別于2012年8月1日和8月11日，使用TOPCON RTK GPS進行了現場測量，共9個剖面，剖面編號從南至北，切線段為剖面1、2、3，過渡段為剖面4、5、6，遮蔽段為剖面7、8、9，見圖3。在ArcGIS中，通過把兩次測量剖面圖疊置在一起(這里所指高程均為國家85黃海高程)，對比分析海灘剖面的變化特征。在皇城海灘剖面的高、中、低潮帶分別采集表層沉積物樣品，其中，臺風前后均采樣24個。在實驗室內，使用ZBSX-92A頂擊式電動振篩儀對所采樣品進行分析，并采用Folk＆Ward公式計算沉積物粒度參數。

圖2 臺風期間石浦海洋站高潮位線Fig.2 High-water line of Shipu ocean station during typhoon

圖3 選取剖面位置示意Fig.3 Location of the selected profiles

3 臺風前后海灘剖面及沉積物變化

3.1 皇城海灘剖面對臺風“海葵”的響應

受臺風“海葵”的影響，皇城海灘三個岸段的海灘剖面發生的變化不盡相同，其臺風前后剖面地形對比見圖4～6。

3.1.1 切線段剖面

從圖4可見，切線段剖面淤積明顯大于侵蝕，高、低潮帶均為淤積，由南至北高潮帶剖面淤積減少，中潮帶基本保持原狀，僅北部剖面3在高潮帶下部、中潮帶略顯侵蝕，單寬淤積量由南至北分別為78.1 m3/m、66.6 m3/m、25.2 m3/m，呈逐漸減少的趨勢。

圖4 切線段各剖面地形對比Fig.4 Comparison of beach profiles at tangent zone before and after 1211 typhoon

圖5 過渡段各剖面地形對比Fig.5 Comparison of beach profiles at transition zone before and after 1211 typhoon

3.1.2 過渡段剖面

從圖5可見，過渡段剖面較切線段沖刷顯著，由北至南高潮帶侵蝕明顯加劇，低潮帶淤積量加大，單寬淤積量由南至北分別為-49.6 m3/m、-40.2 m3/m、-44.7 m3/m，過渡段剖面較切線段剖面而言由淤積轉變為侵蝕。

3.1.3 遮蔽段剖面

從圖6可見，遮蔽段因皇城海塘的建設過于靠海而沒有高潮帶，其剖面中潮帶呈沖刷狀態，低潮帶由南至北則由淤積轉變為淤積與侵蝕相間的起伏地形，單寬淤積量由南至北分別為37.2 m3/m、-16.3 m3/m、-12.9 m3/m，遮蔽段剖面有淤積，有侵蝕，從剖面7的單寬淤積量可以看出，并非過渡段以上均為侵蝕，在遮蔽段與過渡段之間存在淤積區。

圖6 遮蔽段各剖面地形對比Fig.6 Comparison of beach profiles at shadow zone before and after 1211 typhoon

3.2 皇城海灘沉積物對臺風“海葵”的響應

由表1可見(表中內容為相關岸段內三條剖面的平均值)，臺風前后，皇城海灘各岸段沉積物發生了明顯變化。在切線段，高潮帶沉積物平均粒徑變細，分選變化不大，中潮帶平均粒徑變細，分選變好，低潮帶平均粒徑變粗，分選變化不大;在過渡段，高、中潮帶沉積物平均粒徑變粗，分選變差，低潮帶則平均粒徑變細，分選變好;在遮蔽段，中潮帶沉積物粒徑變細，分選變好，低潮帶則平均粒徑變粗，分選變差。

表1 皇城海灘臺風前后表層沉積物變化Tab.1 The change of sediment before and after 1211 typhoon

過渡段是對臺風響應最激烈的區域，其所受到的水動力作用加強后，將高、中潮帶的細粒物質帶到了低潮帶以下;而切線段受到過渡段來沙的影響，其中，高、中潮帶部分細顆粒來自過渡段高潮帶，低潮帶部分較粗顆粒來自過渡段中潮帶;遮蔽段情況則相對比較特殊，可能是中潮帶表層為松散粗顆粒沉積物，下層為致密細顆粒沉積物，因此，中潮帶的粗顆粒沉積物被搬運至低潮帶，中潮帶變細，低潮帶變粗。

4 討論

4.1 各岸段海灘剖面變化原因分析

皇城海灘在臺風“海葵”作用下，總體上看，剖面上表現為上沖下淤，平面上表現為南淤北沖，其后濱沙丘蝕積變化劇烈。在切線段，剖面淤積明顯，過渡段被沖刷的泥沙一部分在浪生沿岸流作用下向南搬運，其在向南運動過程中被昌國灣南部岬角所阻攔(見圖7)，這部分泥沙便在海灘南部沉積下來，因此，越靠近南部岬角淤積越明顯。在過渡段，剖面近岸部分沖刷嚴重，部分泥沙被搬運至中、低潮帶，浪生沿岸流將部分泥沙往南帶至切線段，一小部分泥沙向北帶至遮蔽段，由于遮蔽段被沖刷的泥沙無法到達過渡段，過渡段缺少泥沙補給;在遮蔽段，相較其它岸段，剖面變化量最小，由于波浪作用較弱，風生沿岸流占主導地位，其與在過渡段產生的浪生沿岸流分支在海灘北部的轉折處相抵并達到平衡(見圖7)，遮蔽段東部被沖刷的部分泥沙由東向西運動，在海灘北部轉折處沉積下來，故7號剖面發生大量淤積。

4.2 臺風路徑走向對海灘沖淤的影響

皇城海灘灣口朝向偏東，南北有岬角或海島遮蔽，東向及東北向浪對其地貌變化影響最大。臺風“海葵”是一個向NW向移動的巨大反時針氣旋，所以自臺風氣旋抵達我國東南沿海，至臺風中心在象山縣鶴浦鎮登陸時為止，研究海區風向從東北向轉變至偏東向;皇城海灘剖面的方向與臺風“海葵”前進方向幾乎相反，臺風浪近乎正面的襲擊使得其剖面有較強的地貌響應;熱帶氣旋的低層風場是不對稱的，在前進方向的右側，由于風向和前進方向一致，移速和風速相互疊加，這就造成熱帶氣旋前進方向右側的風力比較大。皇城海灘位于臺風“海葵”前進方向的右側，并且對于其沿海而言基本為向岸浪，這加劇了波浪作用，增加了波浪能量，致使皇城海灘蝕積變化顯著。

蔡鋒等［15］、彭俊等［17］都曾研究過熱帶氣旋前進方向兩側海灘的風暴效應差異，其中蔡鋒等［15］認為臺風移動路徑右側海灘的沖淤變化相對顯著，與本研究結果一致;而彭俊等［17］卻發現臺風移動路徑右側的海灘相對比較穩定，其實這是由于其臺風路徑是往西南方向的，在這種情況下，在臺風右側吹偏北風至偏西風，為離岸風，這會減弱波浪的作用。所以在考慮熱帶氣旋前進方向兩側海灘的風暴效應差異時，并不能只考慮海灘相對臺風路徑的位置，還需要考慮臺風路徑的走向。在我國沿海，當臺風路徑走向為西北時，臺風移動路徑右側海灘的沖淤變化相對顯著;當臺風路徑走向為西南時，臺風移動路徑左側海灘的沖淤變化相對顯著。

圖7 皇城海灘環流示意Fig.7 Circulation sketch of Huangcheng beach

4.3 皇城海灘與其它岬灣海灘對臺風響應特征的對比分析

同一類型的海灘對臺風的響應并不相同［17］，以往研究考慮較多的是海灘相對臺風路徑的位置［15-17］，對海灘本身岬角突出程度考慮的較少。在研究了以往岬灣海灘對臺風的響應文獻后發現，南日島巖下海灘［17］與廈門島東南岸太陽灣海灘［18］，在經過9914號臺風“艾利”的襲擊后，其前濱灘面主要表現為上沖下淤;泉州半月灣海灘［23］、象山皇城海灘，分別經歷了0604號臺風“碧利斯”和1211號臺風“海葵”的襲擊，前濱灘面亦主要為上沖下淤。但是，半月灣海灘、皇城海灘灘面下段有大量淤積，就整個海灘而言沉積物流失不大;而巖下海灘、太陽灣海灘灘面下段淤積量較少，整體上沉積物流失嚴重。經對比研究后發現造成這種差別的原因是:半月灣海灘東西走向，皇城海灘南北走向，分別在偏西風和北風、東北風的作用下，被沖刷的泥沙分別向東和向南搬運，最后分別被東部和南部突出的岬角將泥沙截住;而巖下海灘東西走向，太陽灣海灘東北-西南走向，它們的岬角都不突出，大量泥沙分別在偏南風和偏北風的作用下被直接搬運至近海。由此可見，岬灣海灘的岬角突出程度，是影響岬灣海灘對臺風響應強度的重要因素之一。

5 結語

皇城海灘在1211號臺風的影響下，剖面變化劇烈，但是不同岸段的響應情況不盡相同:切線段以淤積為主，過渡段、遮蔽段以侵蝕為主，遮蔽段在三個岸段中變化量最小，臺風響應強度最弱。皇城海灘剖面的方向與臺風“海葵”前進方向幾乎相反，臺風浪近乎正面的襲擊使得其剖面有較強的地貌響應;海灘南部突出的岬角阻擋了泥沙的進一步搬運，海灘沉積物整體流失不大。

如前所述，臺風路徑走向、岬灣海灘相對臺風的走向和其岬角突出程度是影響海灘對臺風響應強度的重要因素。為了更好地反映岬灣海灘的臺風地貌過程，在觀測臺風前后地貌變化時應在同一海灘的各個岸段均設置剖面。

致謝:賈建軍、陳一寧、劉毅飛、楊志宏、趙旭峰、楊陽等同志參加了本項目的野外調查工作，特此表示感謝。

［1］ Forbes D L，Parkes G S，Manson G K，et al.Storms and shoreline retreat in the southern Gulf of St.Lawrence［J］.Marine Geology ，2004，210:169-204.

［2］ Gervais M，Balouin Y，Belon R.Morphological response and coastal dynamics associated with major storm events along the Gulf of Lions Coastline，France［J］.Geomorphology，2012，143-144:69-80.

［3］ Suanez S，Cariolet J M，Cancoue¨t R，et al.Dune recovery after storm erosion on a high-energy beach:Vougot Beach，Brittany(France)［J］.Geomorphology，2012，139-140:16-33.

［4］ Van Rijn L C.Prediction of dune erosion due to storms［J］.Coastal Engineering，2009，56:441-457.

［5］ 王文海，吳桑云，陳雪英.山東省92l6號強熱帶氣旋風暴期間的海岸侵蝕災害［J］.海洋地質與第四紀地質，1994，14(4):71-78.(WANG Wen-hai，WU Sang-yun，CHEN Xue-ying.Erosional disasters caused by storm surge during No.9216 strong tropical cyclone along ShanDong coast［J］.Marine Geology ＆ Quaternary Geology，1994，14(4):71-78.(in Chinese))

［6］ 王愛軍，葉 翔，陳 堅.臺風作用下的港灣型潮灘沉積過程:以2008年＂鳳凰＂臺風對福建省羅源灣的影響為例［J］.海洋學報，2009，31(6):77-85.(WANG Ai-jun，YE Xiang，CHEN Jian.Effects of typhoon on sedimentary processes of embayment tidal flat:A case study from the ＂Fenghuang＂typhoon in 2008［J］.Acta Oceanologica Sinica，2009，31(6):77-85.(in Chinese))

［7］ Lee G H，Nicholls R J，Birkemeier W A.Storm-driven variability of the beach-nearshore profile at Duck，North Carolina，USA，1981-1991［J］.Marine Geology，1998，148:163-177.

［8］ Adam D S，Brian G J.Setup，deposition，and sedimentary characteristics of two storm overwash deposits，Abrahams Bosom Beach，Southeastern Australia［J］.Journal of Coastal Research，2008，24(1A):189-200.

［9］ William Robertson V，Zhang Keqi，Whitman Dean.Hurricane-induced beach change derived from airborne laser measurements near Panama City，Florida［J］.Marine Geology，2007，237:191-205.

［10］Gadd P E，Lavelle J W，Swift D J P.Estimates of sand transport on the New York shelf using near-bottom current meter observations［J］.Journal of Sedimentary Petrology ，1978，48(1):239-252.

［11］ Niedoroda A W，Swift D J P，Hopkins T S，et al.Shoreface morphodynamics on wave-dominated coasts［J］.Marine Geology，1984，60:331-354.

［12］ Wright L D，Xu J P，Madsen O S.Across-shelf benthic transports on the inner shelf of the Middle Atlantic Bight during the''Halloween storm''of 1991［J］.Marine Geology，1994，118:61-77.

［13］Otvos E G.Beach aggradation following hurricane landfall:impact comparisons from two contrasting hurricanes，Northern Gulf of Mexico［J］.Journal of Coastal Research，2004，20(1):326-339.

［14］ Basco D R.Erosion of beaches on St.Martin Island during Hurricanes LUIS and MARILYN［J］.Shore Beach，1996，64(4):15-20.

［15］蔡 鋒，蘇賢澤，夏東興.熱帶氣旋前進方向兩側海灘風暴效應差異研究:以海灘對0307號臺風“伊布都”的響應為例［J］.海洋科學進展，2004，22(4):437-445.(CAI Feng，SU Xian-ze，XIA Dong-xing.Study on the difference between storm effects of beaches on two sides of the tropical cyclone track:taking the responses of beaches to No.0307 typhoon Imbudo as an example［J］.Advances in Marine Science，2004，22(4):437-445.(in Chinese))

［16］李谷祺，彭 俊，蔡 鋒，等.沙壩-瀉湖岸型砂質海灘地貌對臺風的響應特征［J］.海洋地質動態，2007，23(8):14-18.(LI Gu-qi，PENG Jun，CAI Feng，et al.Response characteristic to the typhoon of barrier-lagoon sandy beach on geomorphology［J］.Marine Geology Letters，2007，23(8):14-18.(in Chinese))

［17］彭 俊，蔡 鋒，李谷祺，等.福建岬灣岸型沙質海灘對臺風的響應特征［J］.臺灣海峽，2008，27(1):87-91.(PENG Jun，CAI Feng，LI Gu-qi，et al.Response characteristic to the typhoon of sandy beach on the inshore between capes in Fujian［J］.Journal of Oceanography in Taiwan Strait，2008，27(1):87-91.(in Chinese))

［18］蔡 鋒，蘇賢澤，楊順良，等.廈門島海灘剖面對9914號臺風大浪波動力的快速響應［J］.海洋工程，2002，20(2):85-90.(CAI Feng，SU Xian-ze，YANG Shun-liang，et al.A rapid response to 9914 typhoon-induced stormwave force made by the beach profiles of Xiamen Island［J］.The Ocean Engineering，2002，20(2):85-90.(in Chinese))

［19］ Qi H Sh，Cai F，Lei G，et al.The response of three main beach types to tropical storms in South China［J］.Marine Geology，2010，275:244-254.

［20］蔡 鋒，雷 剛，蘇賢澤，等.臺風“艾利”對福建沙質海灘影響過程研究［J］.海洋工程，2006，24(1):98-109.(CAI Feng，LEI Gang，SU Xian-ze，et al.Study on process response of Fujian beach geomorphology to typhoon Aere［J］.The Ocean Engineering，2006，24(1):98-109.(in Chinese))

［21］彭 俊，蔡 鋒，雷 剛.0418號臺風過境后近岸沉積物粒度特征參數的變化分析［J］.海洋湖沼通報，2008(2):38-45.(PENG Jun，CAI Feng，LEI Gang.Analysis on the varying parameters of inshore-sediment granularity characteristic after the attacking of 0418 typhoon［J］.Transactions of Oceanology and Limnology，2008(2):38-45.(in Chinese))

［22］中國海灣志編纂委員會.中國海灣志第五分冊［M］.北京:海洋出版社，1992:309-335.(Compiling Committee of Records of ChinaBays.Records of ChinaBays 5th Fascicule［M］.Beijing:Ocean Press，1992:309-335.(in Chinese))

［23］戚洪帥，蔡 鋒，蘇賢澤，等.熱帶風暴作用下海灘地貌過程模式初探-以0604號熱帶風暴“碧利斯”對半月灣海灘的作用為例［J］.海洋學報，2009，31(1):168-176.(QI Hong-shuai，CAI Feng，SU Xian-ze，et al.Study on geomorphologic process of beaches under tropical storm action:taking the effect of No.0604 tropical storm Bylis on Banyue Bay beach in Fujian Province，China as an example［J］.Acta Oceanologica Sinica，2009，31(1):168-176.(in Chinese))