汕頭市企望灣砂質海岸沖淤特征及原因分析

張彤輝 ， 孫兆華， 鄭 忠， 劉春杉, 余永明

(1.熱帶海洋環境國家重點實驗室 中國科學院南海海洋研究所， 廣州 510301； 2.廣東省海洋與漁業環境監測預報中心， 廣州 510222； 3.中國科學院大學，北京 100049; 4.中國科學院 邊緣海地質重點實驗室， 中國科學院 南海海洋研究所， 廣州 510301； 5.汕頭市海域使用動態監管中心， 廣東 汕頭 515000； 6.北京城建勘測設計研究院有限責任公司， 北京 100101)

汕頭市企望灣砂質海岸沖淤特征及原因分析

張彤輝1，2，3， 孫兆華4*， 鄭 忠5， 劉春杉2, 余永明6

(1.熱帶海洋環境國家重點實驗室 中國科學院南海海洋研究所， 廣州 510301； 2.廣東省海洋與漁業環境監測預報中心， 廣州 510222； 3.中國科學院大學，北京 100049; 4.中國科學院 邊緣海地質重點實驗室， 中國科學院 南海海洋研究所， 廣州 510301； 5.汕頭市海域使用動態監管中心， 廣東 汕頭 515000； 6.北京城建勘測設計研究院有限責任公司， 北京 100101)

在汕頭市企望灣布設8條沙灘地形監測斷面，根據2014年3月至2015年8月的3次現場測量數據，分析了研究區域內砂質海岸的沖淤變化特征及其成因.分析發現研究區域內沙灘存在一定的季節性沖淤變化，沉積物分布受臺風影響顯著，縱向沿岸輸沙仍是沙灘物質運動的主要方式.

企望灣； 砂質海岸； 沖淤變化； 臺風

砂質海岸通常發育在海域開闊、海洋動力較強的岸段，其組成物質多為松散的粗粒沉積物，抗沖能力差，海灘剖面通過沉積物搬運、沉積等再分配過程進行沖淤調整[1].Wright和Thom[2]在1977年提出“地形動力學”(morphodynamics)概念，總結了海灘地貌6種重要狀態及其相互轉化的規律.Larson和Kraus[3]對North Carolina的Duck沙灘進行了11年高分辨率剖面觀測并分析了海灘剖面時空變化.袁家義等[10]將華南海岸動力地貌分為7類，并闡述了各類體系的外動力過程、侵蝕與堆積地貌及其演變特征.王文介[11]認為鋸齒狀海岸兩個磨蝕形態(岬角或半島)間的海灣內一般都有砂質灣灘發育.趙煥庭[12]研究了崖門至漠陽江之間港灣式海岸地貌發育問題.

企望灣沙灘長約8.2 km，屬粵東地區較長的砂質岸段.企望灣地貌發育及岸灘演變問題已有學者進行研究.劉阿成等[13]研究了廣東汕頭南部近海晚第四紀埋藏的古河曲的變化情況.梁國雄[14]研究了汕頭南部企望灣海岸地貌發育情況，并提出該岸段最終平衡穩定狀態的海岸線計算機模擬模式.李伯根等[15]對汕頭南部企望灣弧形砂質海岸切線段的海灘剖面沖淤幅度進行了估算.王崇賢等[16]計算了汕頭港廣澳港區防波堤工程波浪輸沙及對濠江河口的影響情況.周英[17]總結了汕頭市大陸海岸的主要地質災害.這些研究大部分做于上世紀八九十年代，近10年來沒有相關沙灘沖淤及海岸侵蝕的定量監測及分析報告.

本文在企望灣內選取約1.1 km沙灘作為研究區域，利用2014年3月、2014年10月和2015年8月的3次沙灘地形測量和沉積物采樣數據，分析研究區域內砂質海岸沖淤變化特征，并結合海岸動力學知識對其成因進行了初步探討.

1地理位置及自然概況

1.1地理位置

企望灣位于汕頭市南部，達濠島西南側(116°39′E～116°45′E， 23°11′N～23°15′N)，東起馬耳角，西至海門角.海灣平面呈弧形，面向南海，沿岸水域開闊，灣口朝東南開敞(見圖1).

1.2地質概況

企望灣主要地質構造線沿30°～40°展布[18](見圖2)，常與東、西構造帶呈截接復合，并產生次一級的NW向構造和X型斷裂，塊斷作用明顯[18-19].區內地表沉積物有3種主要類型：瀉湖相、淺海相和沙壩相[10].水下表層沉積物分布較為有規律，等深線-5m以淺為分選很好的中細砂，隨水深增加逐漸變細為粘土-粉砂質砂，至灣中心為粉砂質粘土，濠江底質主要為中粗砂[14].

圖1 企望灣地理位置Fig.1 Geographical location of Qiwang Bay

圖2 汕頭市區域地質構造圖Fig.2 Geological structure of Shantou region

1.3氣象與水文條件

企望灣內風速、風向受地形影響較大，多年觀測資料統計，主導風向為ENE，出現頻率為27.10%，其次為NE，出現頻率為15.30%，強風向為ENE[21]. 企望灣內潮汐屬不正規半日潮，平均潮差0.86 m，屬弱潮港灣，潮流性質為往復流[13].實測資料表明，漲潮流為ESE向，一般歷時7 h，落潮流為WNW向，一般歷時5 h.漲潮流速大于落潮流速，表層流速大于中、底層流速[21].企望灣屬南海東北部大浪區范圍，波浪作用強[20].灣口水域開敞，臺風形成的偏S向大浪，可直接由灣口傳入.區內主導波型為風浪為主的混合浪.常浪向為ESE向，出現頻率36.79%，次常浪向為SE向，出現頻率27.58%，強浪向為ESE向，次強浪向為SSW向[21].企望灣位于韓江河口三角洲西南方，仍受韓、榕水系影響.上游牛田洋大部分徑流和懸浮物向東從媽嶼口入海，極少進入西部濠江，因此濠江含沙量小，調查資料顯示鹽度較高[14].

2監測內容及方法

2.1監測區域及內容

在企望灣內虎仔山以西選取約1.1 km沙灘岸段為研究區域(見圖1)，研究區域內設置8條監測斷面(見圖3)，進行周期性地形測量并采集表層沉積物樣品.監測斷面自東向西依次編號為A、B、C、D、E、F、G、H，每條斷面自陸地后濱風成沙丘坡腳開始向海延伸至低潮水邊線附近為止，斷面間距約150 m.在B、D和G斷面內各埋設3根監測樁(沙丘附近1#，中潮位2#，低潮位3#，見圖4).2014年3月、2014年10月和2015年8月對研究區域進行了3次調查.

圖3 現場監測斷面圖Fig.3 Eight sections(A～H) of field investigation

圖4 海岸侵蝕監測樁Fig.4 Monitoring piles for coastal erosion

2.2監測樁測量

監測樁用于觀測沙灘灘面高程變化.測量內容包括樁頂高程H、監測樁露出灘面高度h和1#監測樁距離后方沙丘坡腳線距離L.考慮到監測樁自身的沉降，根據樁頂高程變化，對沉降進行校正，得到監測樁露出灘面的相對高度Δh.

2.3灘面高程測量

利用中海達V30系列RTK設備(定位精度：平面±(5cm+1ppm)，垂直±(3cm+1ppm))，基于廣東省CORS(ContinuouslyOperatingReferenceStations，連續運行(衛星定位服務)參考站)系統建立研究區域控制網及高程起算點.沿斷面測量灘面高程，每條斷面長約110m，設置約25個測點，3次調查中同一測點位置相同.

2.4表層沉積物采樣

每條斷面設置6個采樣點，取表層1cm左右砂質樣，并用RTK定位.每次調查采集48個砂樣，3次調查中同一采樣點位置相同.砂樣請佛山市優博陶瓷分析測試有限公司進行粒度分析.

3結果與討論

3.1監測樁測量結果

監測樁位置及頂高程H測量結果見表1.2014年5月當地政府對企望灣部分岸段后方沙丘進行整治加固，A、B斷面后方區域屬于整治范圍，監測樁B1被水泥固定(見圖5).比較3次測量結果，各監測樁位置變化區間為±5cm，樁頂高程變化區間為±2 cm，均在RTK儀器測量誤差范圍內，因此各監測樁沒有明顯位移和沉降.監測樁露出灘面相對高度Δh及各斷面1#樁距后方沙丘坡腳線距離L測量結果見表2～表4.

B斷面的1#樁在2014年5月被水泥固定，較長時間內不會發生變化.2#樁露出灘面高度Δh先增大后減小，在樁體本身無沉降的情況下，說明附近灘面先侵蝕后堆積.3#樁的Δh值3次測量逐漸增大，說明附近灘面不斷受到侵蝕而降低.D斷面1#樁距坡腳線距離L先增長后縮短，表明后方沙丘受到侵蝕而坡腳線后退，之后沙丘上方泥沙下泄，坡腳線又前移.D斷面1#樁附近灘面高程不斷增加，2#樁Δh先增大后減小，說明附近沙灘先侵蝕后堆積，3#樁附近情況與B斷面相似，灘面不斷下蝕，但程度更加劇烈.G斷面后方沙丘同樣不穩定，坡腳線先前移0.24m，到2015年8月又稍稍后退.G斷面1#樁附近灘面高程變化與D斷面1#樁相似，2#樁附近灘面也表現為先侵蝕(0.61m至1.03m)后堆積(1.03m至0.88m)，3#樁附近灘面高程在3次調查中不斷降低.監測樁變化有一定規律性，1#樁附近灘面不斷堆高，2#樁附近灘面先受侵蝕后發生堆積.3#監測樁附近灘面則不斷受到侵蝕.

表1 監測樁位置與頂高程測量記錄表

圖5 B1監測樁現狀圖Fig.5 Monitoring pile B1 was covered by cement

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表3 D斷面監測樁測量結果

表3 G斷面監測樁測量結果

3.2沙灘剖面測量

2014年3月至2015年8月的3次地形測量結果見圖6～圖13.

圖6 A斷面灘面變化圖Fig.6 Elevation of section A of three investigations

圖7 B斷面灘面變化圖Fig.7 Elevation of section B of three investigations

圖8 C斷面灘面變化圖Fig.8 Elevation of section C of three investigations

圖9 D斷面灘面變化圖Fig.9 Elevation of section D of three investigations

圖10 E斷面灘面變化圖Fig.10 Elevation of section E of three investigations

圖11 F斷面灘面變化圖Fig.11 Elevation of section F of three investigations

圖12 G斷面灘面變化圖Fig.12 Elevation of section G of three investigations

圖13 H斷面灘面變化圖Fig.13 Elevation of section H of three investigations

依據灘面高程變化，整個研究區域沿橫向可劃為3個子區域.在距起點0m至約20m范圍內，3次調查顯示灘面不斷發生堆積.除H斷面比較特殊，2015年8月較2014年10月灘面稍有侵蝕，但與2014年3月比仍發生堆積.在距起點約20m至約70m區間內，A斷面和H斷面灘面堆高，變化均為先侵蝕后堆積.其它6條斷面發生灘面侵蝕，其中B、C、D、F斷面變化為先侵蝕后堆積，2015年8月雖較2014年10月發生堆積，但較2014年3月仍為侵蝕.E、G斷面灘面不斷下蝕.從距起點約70m至終點水邊線區間內，A、H斷面發生堆積，2014年10月和2015年8月調查結果相比變化不大，與2014年3月相比均發生堆積.B至G的6條斷面發生侵蝕，但灘面變化特點不盡相同.B、C斷面先發生堆積后被侵蝕，D斷面前兩次調查變化不大，至2015年8月發生強烈侵蝕.E斷面70m-100m區間不斷侵蝕，而100m至水邊線范圍內則是先堆積后侵蝕，F斷面先侵蝕后堆積，G斷面灘面不斷下蝕.

總體而言，研究區域東、西邊緣兩條斷面(A和H)灘面均發生堆積，中間6條斷面(B至G)可分為兩個橫向區間，距起點0m至約20m范圍內發生堆積，20m向海至水邊線范圍內發生灘面侵蝕.

3.3沉積物粒度測試結果

沉積物樣品的中值粒徑D50分析結果見圖14～圖16.2014年3月結果顯示，研究區域可分為東、西兩部分.A、B、C、D、E 5條斷面為東部區域，除B1點和D4點外，中值粒徑變化不大，位于140 μm和160 μm之間.西部區域包括F、G和H 3條斷面，除F1和G1點外，中值粒徑均大于東部區域.總體而言西部區域中值粒徑大于東部區域.2014年10月中值粒徑分布更加集中，除個別點(B6、C4、G4、G5、H5)外，中值粒徑集中在140 μm與160 μm之間，73%的數據位于138 μm與150 μm的較小區間內.2015年8月則呈現出完全不同的變化趨勢，各斷面中值粒徑分布依然較集中，砂樣從高灘至水邊線呈現明顯的逐漸粗化趨勢.水邊線附近的6號點位砂樣較前兩次調查明顯粗化.按斷面對3次調查砂樣中值粒徑D50進行比較(見圖17)，2015年8月各斷面砂樣中值粒徑與前兩次調查相比明顯增大.

圖14 2014年3月各斷面中值粒徑D50/μmFig.14 Median diameter(D50) of each section in Marth， 2014

圖15 2014年10月各斷面中值粒徑D50/μmFig.15 Median diameter(D50) of each section in October， 2014

圖16 2015年8月各斷面中值粒徑D50/μmFig.16 Median diameter(D50) of each section in August， 2015

圖17 各斷面中值粒徑D503次調查結果比較/μmFig.17 Comparison of Median diameter(D50) of three investigation in each section

沉積物樣品四分位離差Q分析結果見圖18～圖20.2014年3月砂樣分選性分布與中值粒徑類似，除個別點外西部3條斷面分選性要差于東部5條斷面.2014年10月高灘1、2號點樣品分選性較好，從3號點開始樣品分選性明顯變差，尤其是C斷面與G斷面.2015年8月樣品分選性也呈現出與中值粒徑相同的分布趨勢，從高灘至水邊線砂樣分選性逐漸變差.分斷面進行比較(圖件未列出)，2015年8月樣品分選性并沒有明顯變差.

圖18 2014年3月各斷面四分位離差Q/μmFig.18 Interquartile range(Q) of each section in Marth， 2014

圖19 2014年10月各斷面四分位離差Q/μmFig.19 Interquartile range(Q) of each section in October， 2014

圖20 2015年8月各斷面四分位離差Q/μmFig.20 Interquartile range(Q) of each section in August， 2015

3.4討論

監測結果顯示研究區域后方沙丘坡腳線位置不斷發生前、后移動，說明除沙灘整治區域外，C至G斷面后方沙丘處于不穩定狀態，都曾發生侵蝕后退和坡面崩塌.沙丘侵蝕應與災害性天氣相關，本區域易受臺風影響，臺風引起的大風、降水以及臺風增水作用下的大浪可以對沙丘產生破壞性作用.

高程測量結果顯示灘面處于侵蝕與堆積的不斷轉換中.王文介等[22]研究認為，本文研究區域冬季涌浪多，周期長，海灘低潮線以下淺水區的泥沙主要向岸搬運.夏半年盛行風浪，且多受熱帶風暴或臺風大浪增水作用，泥沙大多離岸向低潮位以下的淺水區轉移而形成水下沙壩.僅從3次調查數據尚無法提取準確的季節性變化規律，但3次測量一次在冬季進行，兩次在夏季進行，灘面高程的高、低交替改變，說明沙灘存在一定的周期性沖淤變化.

研究區域東、西邊緣兩條斷面變化趨勢為堆積，中間6條(B至G)斷面高灘部分(距起點0 m至約20 m)發生堆積，其它部分總體趨勢為侵蝕.高灘堆積的泥沙主要來源應為后方沙丘，沙丘泥沙下泄使灘面增高.除高灘外區域邊緣堆積中間侵蝕的變化，除因夏季泥沙離岸向低潮位以下的淺水區轉移[22]外，應與縱向沿岸輸沙有關.梁國雄等[14]研究認為，虎仔山以西至龍頭山為穩定岸段，波浪破碎時波脊與海岸線平行，海灘泥沙以作橫向運動為主，平面形態基本不變.本文研究認為，研究區域靠近虎仔山，受此岬角影響，縱向沿岸輸運仍是本區域沙灘物質運動的主要方式.2015年8月調查發現C、D、E斷面部分區間嚴重下蝕，這一現象應與臺風有直接關系.2015年7月和8月連續兩次強臺風影響本區域，2015年1到8月間有2個臺風影響本區域，7月第10號臺風蓮花在汕尾登陸，8月第13號臺風蘇迪羅在8月在福建沿海登陸.臺風大浪對海岸的侵蝕作用具有突發性和局部性.其對海岸的侵蝕作用是依靠臺風大浪的巨大能量把沿岸泥沙帶到離岸更遠的地方，海灘變窄得不到恢復而導致海岸的侵蝕.

2014年3月中值粒徑(圖14)和四分位離差(圖18)分析結果顯示，研究區域西部(F至H斷面)中值粒徑要大于東部(A至E斷面)，西部分選性也比東部差.王文介等[20]研究發現自西嶼至虎仔山岸段由東向西海灘坡度和沉積物粒徑逐漸變大， 虎仔山以西至龍頭山岸段自東向西也呈遞增趨勢.本文得到與其相似的規律.這一特點可能與研究區域內的特殊地形有關，在F與G斷面之間低潮水邊線附近分布有一些體積較大的礁石(圖21)，這些礁石在小范圍內產生類似岬角的效果，在東西兩側造成不同的粒度分布.第2次和第3次調查數據顯示中值粒徑和四分位離差的分布規律發生顯著變化，到2015年8月砂樣從高灘至水邊線呈現明顯的逐漸粗化趨勢.2014年6月第7號臺風海貝思在汕頭市濠江區登陸，而研究區域就位于濠江區，2015年7、8月又連續受兩次強臺風影響，水文和氣象條件的劇烈改變造成沙灘粒度分布發生顯著變化.

圖21 沙灘附近礁石位置Fig.21 Location of those large rock in the sandbeach

4結論

通過對企望灣研究區域的地形監測和沉積物分析，得出如下結論．

1) 研究區域后方沙丘(除整治修復區外)，處于不穩定狀態，易受臺風和風暴潮影響而發生侵蝕后退.

2) 僅從3次調查數據尚無法提取準確的季節性變化規律，但灘面發生侵蝕與堆積的交替變化，說明研究區域存在一定的周期性沖淤變化.

3) 研究區域靠近虎仔山，受此岬角影響，縱向沿岸輸沙仍是沙灘物質運動的主要方式.

4) 研究區域內地形變化和沉積物分布特征受臺風影響顯著.

5) 建議當地政府及時對沙灘后方沙丘進行加固，以保證沙丘附近沿海公路的穩定性.

本文研究區域只占企望灣砂質海岸的很小部分，因此只是非常局部的變化特征.對企望灣砂質海岸變化更進一步的了解，有待于通過擴大監測范圍和更長期的監測來獲得.

致謝：感謝汕頭市海域使用動態監管中心王男、黃浩然和謝健輝，廣東省海洋與漁業環境監測預報中心謝宇和岳文參加艱苦的外業測量工作以及在測量和數據整理過程中提供的幫助.

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The characteristics and explanations of erosion anddeposition of sandy coast in Qiwang Bay of Shantou City

ZHANG Tonghui1,2,3, SUN Zhaohua4, ZHENG Zhong5, LIU Chunshan2, YU Yongming6

(1.State Key Laboratory of Tropics Oceanography， South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301; 2.Guangdong Ocean and Fishery Environment Monitoring andForecasting Center, Guangzhou 510222; 3.University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049;4.Key Laboratory of Marginal Sea Geology(South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510301; 5.Sea Dynamic Surveillance Center of Shantou, Shantou, Guangdong 515000;6.Beijing Urban Construction Exploration & Surveying Design Research Institute Co., Bejing 100101)

Eight sections were set up to investigate topography and sediment of sand beach in Qiwang Bay, Shantou City. Based on field data collected in three surveys from Marth, 2014 to August, 2015, the characteristics along with causes of erosion and deposition are analyzed within the study region. Seasonal variation of topography was found in this area, and particle size distribution was influenced seriously by typhoon, with along-shore transport as major mode of sand movement.

Qiwang Bay; sandy coast; erosion and deposition; typhoon

2016-11-12.

國家自然科學基金項目(41406205)；中國科學院科研裝備項目(YZ201534)；國家公益性科研專項項目(201305019)．

1000-1190(2017)01-0115-08

P737.13

A

*通訊聯系人. E-mail: joeysun@scsio.ac.cn.