粵東神泉灣頂表層沉積分布特征及運移趨勢研究

黃廣靈，邱 靜，羅志發，陳思淳

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣州 510635；2.河口水利技術國家地方聯合工程實驗室，廣州 510635；3.廣東省流域水環境治理與水生態修復重點實驗室，廣州 510635；4.華南理工大學 土木與交通學院，廣州 510640)

海底表層沉積物是泥沙在一定的水動力條件下，經搬運、堆積形成的，受物質來源、動力條件、地貌特征、沉積過程等多種因素的控制。因此，海底表層沉積物能在一定程度上反映沉積物的來源、沿岸的地質條件、海域內泥沙的運動規律及水動力條件等特征[1]。沉積物的粒度特征可以在一定程度上反映沉積物的沉積環境和搬運方式[2-3]，這使通過粒度參數空間分布特征分析表層沉積物的運移趨勢成為可能，Gao和Collins在總結前人一維分析模型的基礎上，提出了平面二維的沉積物輸移趨勢計算方法[4]，此后許多學者運用該方法對我國近岸海域的沉積物特征及輸移趨勢開展了研究[5-10]，均取得較好效果。目前針對粵東近岸海域的沉積物特征及沉積環境的研究還比較缺乏，本文以神泉灣海域為研究對象，以沉積動力學理論為基礎，分析表層沉積物特征、運移趨勢及其動力機制。

1 研究區域概況

神泉港地處廣東省揭陽市惠來縣南面，是外海進入惠來內陸的必經之路(見圖1)。神泉灣是冰后期于澳角-神泉花崗巖臺地西南側發育起來的砂質海岸，有龍江和雷嶺水系在此匯流入海。龍江和雷嶺水系均發育于中生代花崗巖和石英砂巖分布區，地面風化比較強烈。自6 000年前海平面相對穩定后，河流和原陸坡帶來的大量泥沙在河流和海洋(潮流、海流、波浪)兩類動力因素的共同作用下將古神泉灣逐步填塞，并發育成現今的海岸輪廓。神泉灣海域內沒有大的島嶼對海域整體流況產生明顯干擾，因此，該海域與南側外海海水的交換順暢。海域內水深較大，一般在10～30 m范圍；潮差不大，正常狀況下最大潮差在160 cm左右，根據觀測數據，本海域常年海況較差，無風條件下仍有明顯涌浪。

2 研究資料和方法

2013年期間在神泉灣海域對50個站位(采樣點位置見圖1)的底質進行取樣并分析了粒度。粒度分析采用篩析法和馬爾文MS2000激光粒度分析儀法，沉積物命名采用謝帕德沉積物命名法。結合《海洋調查規范》中的類型劃分，沉積物中值粒徑(d50) 、分選系數(σi) 、偏態(SKi)、偏態(Kg) 等粒度參數計算采用?？撕臀值鹿健?/p>

3 沉積物分布特征

3.1 沉積物分類及分布

研究海區表層沉積物類型見表1所示，從表1可知：海區海底表層沉積物以粘土質粉砂(YT)和砂質粉砂(ST)為主，分別有28個和17個測站，各占總采樣點數的56%和34%。此外1號站、6號站和16號站為砂(S)，20號站為礫砂(GS)，50號站為粉砂質砂(TS)，各類型分布如圖2所示。

表1 本海區表層沉積物類型統計

圖2 表層沉積物類型分布示意

1) 砂質粉砂(ST)

砂質粉砂(ST)在調查海域內離岸廣泛分布，從東西向將粘土質粉砂(YT)割裂開來。砂質粉砂砂含量在15.96%～37.76%之間，粉砂含量在48.68%～67.97%之間，粘土含量在11.78%～19.41%之間，峰態值Kg在0.80～1.13之間，平均值為0.92，頻率累積曲線為接近正態的平緩分布。

2) 粘土質粉砂(YT)

粘土質粉砂(YT)在調查海域內主要在近岸區域分布和砂質粉砂(ST)的南邊。其砂含量在2.87%～18.30%之間，粉砂含量在58.96%～ 0.72%之間，粘土含量在15.64%～33.73%之間，峰態值Kg在0.89～1.24之間，平均值為1.01，頻率累積曲線以接近正態的平緩型為主。

3) 砂(S)

調查海域內零星出現，共有3 個采樣點底質為砂，分別分布在研究海域的東部、中部和西部。砂含量在80.58%～94.76%之間。峰態值Kg平均值為2.03，頻率累積曲線以窄的單峰型為主。

4) 礫砂(GS)

調查海域中僅在20號站出現礫砂(GS)沉積物，位于研究海域最東側，其中礫石含量為42.29%，砂的含量為51.5%，峰態值頻率累積曲線為窄的雙峰型。

5) 粉砂質砂(TS)

調查海域中僅在50號站出現粉砂質砂(TS)，位于研究海域中部，粘土質粉砂(YT)和砂質粉砂(ST)交界處。

3.2 表層沉積物粒度參數分布特征

1) 中值粒徑分布特征

中值粒徑是衡量沉積物顆粒大小的一種指標，是沉積物樣品的累計粒度分布百分數達到50%時所對應的粒徑。研究區的沉積物MdΦ等值線分布見圖3a。據圖3a可知：各測站表層沉積物中值粒徑MdΦ低值區(MdΦ<1.0Φ)位于16號站、20號站和50號站。16號站和20號站位于采樣區的東北，靠近靖海灣西南口門處，由靖海灣帶來的陸源沉積物中粒徑較大的泥沙顆粒因水動力環境的改變先發生沉積，因此，表層沉積物的中值粒徑較粗，另外在50號站也出現MdФ低值；表層沉積物的中值粒徑中值區(2.0Φ5.0Φ)則普遍存在于整個調查海域內，主要為細粒的粘土質粉砂(YT)和砂質粉砂(ST)分布，說明整個海區的水動力作用較弱。綜上，靠近靖海灣口處的表層沉積物中值粒徑最粗(MdΦ<1.0Φ)；神泉灣入海處沉積物表層中值粒徑相對較粗(2.0Φ5.0Φ)，最小值出現在神泉灣頂附近的45號站。

2) 分選系數分布特征

標準偏差(σi)：又稱分選系數，反映沉積物分布的分散程度，σi愈小，分選性愈好；σi愈大，分選性愈差。研究區的沉積物分選系數(σi)等值線分布見圖3b。從圖3b上可以看出:σi多集中在1.2～3.2之間，說明整體分選性很差，其中σi的最大值為3.25，位于50號站，說明該站的分選最差。

圖3 研究海域表層沉積物粒度參數分布示意

3) 偏態分布特征

偏態(SKi)：反映沉積物顆粒頻率分布的對稱程度。SKi=0，粒度曲線圖形對稱；SKi>0，正偏態，平均值向中位數較細的方向移動，粒度集中于粗端；SKi<0，負偏態，平均值將向中位數較粗的方向移動，粒度集中在顆粒的細端部分。研究區的沉積物偏態系數(SKi)等值線分布見圖3c。調查區內各站沉積物偏態系數SKi的分布較為散亂，區內偏態數值范圍為-0.26～0.70。明顯正偏的站位有6號站、16號站、20號站和50號站，其余采樣站的偏度界于-0.25～0.25之間，但變化范圍較小，說明此海域內水動力條件較弱。從各站位沉積物偏態系數來看，約有52.0%的數據集中在負偏的范圍內，說明沉積物粒度偏向細粒沉積；約有24.0%的數據集中在近對稱的范圍內，說明沉積物粒度組成較為單一；約有24.0%的數據集中在正偏的范圍內，說明沉積物粒度偏向粗粒沉積。

4) 峰態分布特征

峰態(Kg)：反映粒度分布曲線的峰凸程度和分布的分散程度。Kg=0，正常峰態；Kg>0，寬峰，說明沉積物粒度分布較分散；Kg<0，窄峰，沉積物粒度分布集中。研究區的沉積物峰態系數(Kg)等值線分布見圖3d。從圖3d可見：調查海區內峰態值均為正值，平均為1.1，反映區內粒度分布較為分散。6號站、16號站和20號站的峰態Kg值在2.0～2.8，其余站位的峰態Kg值均在1左右，說明這3個站位受到的水動力作用較其他站位更復雜?？傮w而言，調查海區表層沉積物粒度峰型分布接近于正態峰的低平峰。

3.3 沉積物分布特征

研究海區海底表層沉積物類型主要有礫砂(GS)、粉砂質粘土(TY)、粘土質粉砂(YT)、砂質粉砂(ST)和粉砂質砂(TS)，其中以粘土質粉砂(YT)和砂質粉砂(ST)為主，50個采樣點中有45個測站的表層沉積物類型屬此2種類型，也同時說明整個海區的水動力作用較弱。靠近河流入?？谖恢?，表層沉積物中值粒徑相對較粗(MdΦ<4.0Φ)；研究區中部多數采樣站位的沉積物中值粒徑相對較小(MdΦ>5.0Φ)。平均粒徑與中值粒徑相差不大，且分布規律相同。因此，研究海區受到來自靖海灣和神泉港的陸源物質和河流徑流等的影響，還受來自外海潮汐潮流作用的影響，沉積物分選較差，沉積物顆粒頻率分布較散亂，多數站位的沉積物粒度峰型分布接近正態峰的低平峰。

4 沉積物運移趨勢

研究海區潮流運動形式為往復流，漲落潮流方向近似平行于岸線，漲潮流由東向西或由東北向西南方向流動，落潮流基本由西向東或由西南向東北流動。各分潮的橢圓長軸方向與主要海流方向一致，均為東西向。海流只有在轉流的幾個小時內有可能出現偏北向，其余多數為東西向。觀測資料顯示，海流流速都較小，一般在60 cm/s以下，極少出現大于70 cm/s。海區波浪主要受西南季風、熱帶氣旋、東北季風3種天氣系統所影響，常浪向和次常浪分別為E及ESE向，強浪向為SSE向。周年的平均H1/3為1.17 m，周年平均T1/3為6.2 s，周年平均TZ為5.0 s。

在分析了表層沉積物分布特征及海岸動力基礎上，采用二維粒徑趨勢分析模型(Gao-Collins模型)[11]對神泉灣頂的表層沉積物輸移趨勢進行分析，采用研究海域表層沉積物粒度參數進行計算的結果生成表層沉積物輸運趨勢示意(見圖4)，圖4可以從整體上看出表層沉積物平均輸運趨勢，箭頭的起點是泥沙運動的起點，箭頭指向即為輸運方向，長短表示其泥沙輸運強弱程度。

圖4 研究海域泥沙輸運趨勢示意

研究海區表層沉積物輸移趨勢為自外海向岸輸運，表明本海域表層沉積物以海域來沙為主。神泉灣頂位置由于岸線外凸，形成本海域泥沙輸運趨勢的一個節點，灣頂以西海域泥沙輸移趨勢是由海向岸再轉向西，而灣頂以東海域泥沙輸移趨勢則是由海向岸再轉向東，海域來沙向岸輸移過程中剛好以灣頂為節點分別向東、西兩側沿岸輸運，但輸運強度較弱。從表層沉積物輸移的總體趨勢來看，其驅動動力可考慮系波浪動力，但研究海域水深較大，10 m等深線距岸僅1 km左右，根據本海區的波浪觀測，其有效波高主要分布在0.5～2 m之間，對應破波水深較淺，對照研究海域的水深，波浪難以對研究海域的表層沉積物產生作用，因此，本海區的表層沉積物向岸搬運動力應該是由深層陸架水入侵(即近岸上升流[12-15])所提供。

夏季沿岸上升流中心的主要特征是低溫高鹽，因此,低溫高鹽等值線的封閉區或低溫高鹽等值線與岸線組成的封閉區往往可用于確定上升流的位置。圖5所示為2013年夏季研究海域的表層溫鹽觀測結果，從表層水溫平面分布來看，近岸區表層平均水溫為27.7°反而低于離岸較遠區的28.1°，從近岸到離岸表層水溫呈現上升趨勢，此乃深層陸架水低溫海水在近岸上升混合后所致；從表層鹽度平面分布來看，近岸區的最高鹽度達到29.85psu，而離岸最過處的鹽度為29.7 psu，鹽度由近岸向離岸逐漸降低，這也是因為高鹽海水在近岸上升所致。從神泉灣頂表層溫鹽分布可初步判斷該海域的確存在近岸上升流，因此，近岸上升流是神泉灣頂海域表層沉積物輸移的作用動力。

圖5 2013年夏季研究海域的表層溫鹽平面分布示意

5 結語

1) 研究海區海底表層沉積物類型主要有礫砂(GS)、粉砂質粘土(TY)、粘土質粉砂(YT)、砂質粉砂(ST)和粉砂質砂(TS)，其中以粘土質粉砂(YT)和砂質粉砂(ST)為主，整個海區的水動力作用較弱。

2) 研究海區受到來自靖海灣和神泉港的陸源物質和河流徑流等的影響，還受來自外海潮汐潮流作用的影響，沉積物分選較差，沉積物顆粒頻率分布較散亂，多數站位的沉積物粒度峰型分布接近正態峰的低平峰。

3) Gao-Collins模型計算結果顯示，神泉灣頂海域表層沉積物自外海向岸輸運，表層沉積物以海域來沙為主。神泉灣頂為本海域泥沙輸運趨勢的一個節點，灣頂以西海域泥沙輸移趨勢是由海向岸再轉向西，而灣頂以東海域泥沙輸移趨勢則是由海向岸再轉向東。本海區的表層沉積物向岸搬運動力是由深層陸架水入侵(近岸上升流)所提供。