海南鶯歌海海域水文泥沙環境與泥沙運動特征分析

于亮 郝剛

摘 要：鶯歌海附近岸段岸灘侵蝕現象較為嚴重，政府部門擬規劃通過建設海岸防護工程等措施對當地岸灘進行整治修復，改善民生。以該工程為依托，基于鶯歌海海域近期水文泥沙資料，對工程區海域的自然條件、動力泥沙環境特征進行了分析，計算了泥沙活動性參數，為海岸防護工程建設相關研究提供依據與參考。

關鍵詞：鶯歌海 水文泥沙環境 泥沙運動 泥沙活動性 砂質海岸

1.前言

鶯歌海位于海南樂東縣西南，是樂東縣所屬海岸線中最大的岬角（鶯歌咀）。根據近一些年來遙感圖像分析，鶯歌海附近岸段存在較為嚴重的岸灘侵蝕現象。政府部門擬規劃通過建設海岸防護工程等措施對當地岸灘進行整治修復，加強岸灘開發利用，改善民生。

建設海岸防護工程，首先要了解工程海域的水文環境與泥沙運動特征，分析海岸侵蝕原因，才能有的放矢科學的實施工程。經查閱資料顯示，有關鶯歌海海域的水文、泥沙或沉積物等方面的研究，至今不多見，而專門針對鶯歌海沿岸海域水文泥沙環境與泥沙運動特征等研究至今未見報道。本文以鶯歌海沿岸海域為研究區，通過近期的水文泥沙資料，分析工程區海域的自然條件、動力泥沙環境特征，計算泥沙活動性參數，為海岸防護工程建設相關研究提供依據與參考。

2.鶯歌海水文泥沙特征

2.1潮汐與潮流特征

鶯歌海海域潮汐屬不規則全日混合潮型，平均高潮位2.23m，，平均潮差1.12m。

根據鶯歌海海域2012年12月12日～13日大潮實測潮流觀測資料顯示（圖1）：該海域潮流形態數F=（W O1+Wk1）/WM2值均大于4，潮流性質均為規則全日潮流，潮流運動形式以往復流為主；靠近岸測站潮流漲、落潮方向與岸線走向一致，靠外海的測站潮流漲、落潮方向則與10m等深線基本平行；平均流速在0.44m/ s～0.89m/s，落潮流大于漲潮流；表層流最大，最大流速達到了1.74m/s。

余流是從實測海流資料中剔除了周期性潮流的剩余部分。根據此次潮流資料對余流的統計結果，靠近岸的測站余流方向順岸向北流動，2#站余流方向向岸，6#站余流方向主要向SE流動。1#、5#站余流流速略大，2#站余流流速最小。本次觀測余流最大值為17cm/s，出現于1#站0.6H層，最小值為為2cm/s，出現于6#站0.6H層。

2.2波浪特征

鶯歌海海洋觀測站，測波點水深約12.9m左右，方向為SW向，測波開闊180°。根據鶯歌海海洋站歷史時期統計資料，其波浪特征：該海域波浪以風浪為主，風浪常浪向是SE，其頻率為19%，次常浪向是SSE，其頻率是12%；強浪向是SE，最大波高值9.0m，次強浪向是S和SSW，它們的最大波高都是7.0m。N和NE向的平均波高值最大，為1.0m，NNE和WSW向平均波高值次之，為0.9m。

由于鶯歌海岸線走向分別呈向南和向西敞開，所以各向波浪對南岸和西岸的影響具有明顯差別，NE向波浪對鶯歌海海岸來說是離岸浪，對岸灘的影響程度很小；NW向波浪對西岸來說為向岸浪，而南岸則為離岸浪；SE向波浪對南岸和西岸的作用則反之。因此，在冬、夏二季盛行風浪和涌浪的交替作用下，岸灘動態隨著波浪性質和波向變化而產生侵蝕和堆積的相應變化。

2.3含沙量特征

根據2012年12月含沙量觀測資料：海域平均含沙量介于0.033～0.302 kg/m3之間，最大底層含沙量為0.497 kg/m3；各站含沙量垂向方向上總體由表層至底層增大；除了個別站外，含沙量最大值一般出現在落潮期。

為了了解整個海域的含沙量分布情況，選取了多個年份不同時間的遙感影像資料。經含沙量反演分析，該海域平均含沙量總體在0.02～0.22 kg/ m3之間；近岸含沙量高，向外海逐漸遞減的趨勢；在不同季節上，夏秋季含沙量一般與冬春季含沙量略高，這與實測結果基本一致。

2.4底質沉積物特征

鶯歌海海域無外來泥沙來源，其泥沙來源主要為岸灘侵蝕泥沙與灘面當地掀沙。懸沙顆粒粒徑分布較為均勻，泥沙顆粒較細，平均粒徑介于0.042mm～0.057mm之間，中值粒徑介于0.016mm～0.021mm之間。鶯歌海沿岸的底質沉積物，除局部岸段的潮間帶有巖礁和海灘巖出露外，基本上是由海積—風積的中、細砂及珊瑚碎屑組成的。根據2016年7-8月對工程周圍布置了40余個底質取樣點分析結果：

（1）鶯歌海電廠碼頭棧橋南側水域，近岸底質中值粒徑在0.2 mm～0.4 mm之間，底質類型以中細砂（MFS）為主，砂組分含量在97%以上，粉砂平均含沙量不足0.1%，而粘土含量為0%。

（2）在擬建工程區外側區域有粉細砂分布，中值粒徑在0.03mm-0.1mm左右，粘土含量15%左右。再向南整治工程所在水域底質中值粒徑都在0.1mm-0.4mm之間，為中細砂，粘土含量為0。

（3）整個取樣區底質分選系數在0.5-1.2之間，分選程度好。

3.泥沙活動性參數計算

3.1泥沙起動流速

泥沙起動流速是反映當地水動力條件對泥沙運動影響的重要指標之一。根據國內外學者對非均勻沙起動流速的研究，利用竇國仁公式和張瑞瑾公式分別對本工程海域底沙進行了理論計算，其結果所示，鶯歌海海域在水流作用下的泥沙起動流速在0.43-0.48m/s之間。由此可以看出，在大潮流速較大時期（最大流速在0.6-0.8m/ s之間），流速既可以使當地的泥沙起動，說明潮流對岸灘的沖淤作用也起到了一定作用。在實際情況下，再加上波浪作用，泥沙則更加容易起動，形成沖刷侵蝕或堆積。這也是該岸段岸灘侵蝕較重的一個重要原因。

3.2波浪作用下泥沙起動的臨界水深

在波浪作用下，泥沙顯著活動的臨界水深反映在波浪作用下泥沙顆粒臨界活動水深的大小，其水深愈淺，表明泥沙活動愈劇烈。采用佐藤昭二等的經驗公式，計算了鶯歌海海域泥沙的表層活動和顯著活動的臨界水深情況。根據計算結果顯示：0.9m平均波高可以使水深1.5m以淺水域海床泥沙完全起動，可以使水深3m以淺水域海床泥沙表層起動；3m左右波高的波浪，可以使水深6m以淺水域海床泥沙完全起動，可以使水深10m以淺水域海床泥沙表層起動；在5m以上臺風浪作用下，海床泥沙完全起動水深可達到12m。由此可以看出，大浪對海域泥沙運動較為強烈，同時大浪所形成的沿岸流、沿岸增水及近底回流等更加劇了泥沙運動的復雜性。

3.3沿岸輸沙及其計算

鶯歌海屬于岬角向灣頂變化的岸段，主波浪向同岸線存在一定的夾角，使得波浪引起的沿岸泥沙運動起關鍵作用，也是造成該岸段存在嚴重岸灘侵蝕現象的主要原因。

根據我國《港口與航道水文規范》公式，依據工程區附近鶯歌海波浪資料，選取對工程區岸段影響較為明顯的主要波向SE～NW，計算波浪作用下的沿岸輸沙量，計算結果表明：

（1）該區域沿岸輸沙量不大，據“規范”公式計算結果沿岸凈輸沙在1.99萬m3/a～3.53萬m3/a 。

（2）在工程海域存在向北向南的雙向輸沙，由于鶯歌海電廠影響導致其兩側不同季節優勢波浪不同，而使電廠兩側斷面凈輸沙方向有所差異，電廠碼頭北側斷面凈輸沙方向向南，南側斷面凈輸沙方向向北。

4.結語

根據鶯歌海海域近期水文泥沙資料，對工程區海域的自然條件、動力泥沙環境特征進行了分析與計算，結果顯示：潮汐屬不規則全日混合潮型，平均潮差1.12m；潮流性質均為規則全日潮流，潮流運動形式以往復流為主，平均流速在0.44m/s～0.89m/s，落潮流大于漲潮流；波浪以風浪為主，風浪常浪向是SE，最大波高值9.0m；海域平均含沙量在0.033～0.302 kg/m3之間；近岸底質中值粒徑在0.2mm～0.4mm之間，底質類型以中細砂（MFS）為主；水流作用下的泥沙起動流速在0.43-0.48m/s之間，在平均波高0.9m條件下，可以使水深1.5m以淺水域海床泥沙完全起動，可以使水深3m以淺水域海床泥沙表層起動；沿岸凈輸沙在1.99～3.53萬m3/a 。

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