人工島建設(shè)對海口灣沉積特征與泥沙運(yùn)移的影響

肖哲宇，戚洪帥,2*，蔡鋒,2，劉根，趙紹華,2，朱君,2，雷剛,2，尹航

(1.自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005；2.福建省海洋生態(tài)保護(hù)與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361005)

1 引言

沿海城市承載著我國25%以上的人口，創(chuàng)造了55%以上的國民生產(chǎn)總值[1]。隨著城鎮(zhèn)化程度和人口的增加，沿海城市不斷擴(kuò)張，現(xiàn)有土地已難以滿足城市建設(shè)的需要。人工島是為拓展陸地空間而建造的構(gòu)筑物，在建設(shè)港口、機(jī)場、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)能發(fā)揮重要作用，可以填補(bǔ)城市建設(shè)用地缺口，滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對土地的大量需求。近年來國內(nèi)人工島建設(shè)大幅增加，先后建造了大連金州灣海上機(jī)場、龍口人工島群、漳州雙魚島、海南鳳凰島、海花島、南海明珠島等大量人工島。但隨之而來的是一系列環(huán)境問題，如施工過程中產(chǎn)生的懸浮泥沙使水體渾濁度上升，對工程區(qū)生態(tài)環(huán)境以及鄰近海域的珊瑚礁產(chǎn)生不利影響[2–3]，海床采砂也會影響浮游及底棲生物種類的多樣性[4]；建設(shè)迎水面長度過大的人工島會減弱水體交換速率，影響海域污染的消散速度[5]；人工島建設(shè)會改變鄰近動(dòng)力環(huán)境，使海岸及航道出現(xiàn)不均勻的侵淤[6–7]，影響岸線景觀和生態(tài)環(huán)境。

近年來，人工島建設(shè)對近岸環(huán)境的影響已逐漸成為熱點(diǎn)問題。目前研究主要集中在人工島對潮流、波浪及泥沙沖淤的影響預(yù)測[8–10]、人工島鄰近海岸海灘形態(tài)以及岸線的監(jiān)測[11–13]、人工島建設(shè)后表層沉積物中黏土礦物組分變化[14]等方面，其中對人工島建設(shè)導(dǎo)致環(huán)境變化的模擬預(yù)測較多，對人工島建成后建設(shè)區(qū)域沉積特征的實(shí)測分析較少。沉積物作為沉積環(huán)境的最直觀表現(xiàn)，反映了區(qū)域內(nèi)物源、動(dòng)力條件的變化，對人工島建設(shè)前后沉積物特征進(jìn)行比對分析，有助于深入理解人工島對周邊區(qū)域沉積動(dòng)力環(huán)境的影響。

本文以南海明珠人工島為例，通過研究建設(shè)前后的表層沉積物變化，計(jì)算相關(guān)粒度參數(shù)并結(jié)合沉積動(dòng)力分析、粒徑趨勢分析，探討了人工島建設(shè)對附近海域沉積動(dòng)力條件和沉積物運(yùn)移的影響。

2 研究區(qū)概況

海口灣北臨瓊州海峽，東部鄰近南渡江，為向北敞開的螺線型海灣。灣內(nèi)海灘發(fā)育，岸線長約20 km，東西兩端被海甸島及后海基巖岬角所限制。近海地貌主要為水下淺灘，多發(fā)育在海灣東部和中部，后海附近離岸500 m 處有一平行岸線的潮流沖刷槽，深4～8 m，寬約2 km。灣內(nèi)底質(zhì)以砂–粉砂質(zhì)為主，坡度平緩，水深多在5 m 以內(nèi)。人工島擬建設(shè)區(qū)域水深較淺，其上部發(fā)育的淺灘水深僅0.7～1.3 m。南渡江在新埠島分汊，經(jīng)北干流、橫溝河、海甸溪3 條支流入海，其中北干流為主要水沙排泄通道[15]。受20 世紀(jì)70 年代以來上游水壩建設(shè)和河道采砂的影響，南渡江三角洲逐漸停止增長，入海泥沙減少導(dǎo)致岸線發(fā)生侵蝕[16]。

南海明珠人工島位于海口灣西側(cè)（圖1），于2010 年開工建設(shè)，2016 年竣工，圍海面積約為4.6 km2。人工島外緣輪廓呈圓形，直徑約為2.4 km，離岸距離約為2 km，人工島南部圍填于水下淺灘之上，造陸面積約為2.2 km2，北部為環(huán)抱式防波堤及游艇港池，港池內(nèi)最大水深約為16 m。

圖1 南海明珠人工島及研究區(qū)位置Fig.1 Location of study area and Nanhaimingzhu artificial island

研究區(qū)受北部灣潮波以及瓊州海峽東口傳入的南海潮波控制，潮汐類型為不正規(guī)全日潮，潮流主要為往復(fù)流形式，優(yōu)勢流向?yàn)闁|西向。波浪以風(fēng)浪為主，常浪向?yàn)镋NE，頻率為30%，次常浪向?yàn)镹E 向，頻率為23%。研究海域波高不大，浪高小于0.6 m 的年均頻率約為60%，小于1.5 m 的頻率達(dá)96%；年平均波周期為3 s，夏半年波周期略小于冬半年。研究區(qū)受風(fēng)暴事件影響頻繁，年均2～3 個(gè)熱帶氣旋登陸或影響研究海域。

3 材料與方法

3.1 底質(zhì)沉積物采樣

分別于人工島建設(shè)前后在研究海域進(jìn)行表層沉積物采樣。2009 年12 月在擬建人工島區(qū)域共采集70 個(gè)樣品，采樣網(wǎng)格為1.0 km×1.0 km；2019 年9 月共采集151 個(gè)樣品，采樣網(wǎng)格為0.5 km×1.0 km（圖2）。分別將2009 年、2019 年采樣結(jié)果作為人工島建設(shè)前后典型的底質(zhì)分布狀態(tài)以便于討論。

圖2 2009 年（a）和2019 年（b）海口灣采樣站位Fig.2 Sample stations in the Haikou Bay in 2009 (a) and 2019 (b)

3.2 水深地形測量與分析

人工島建設(shè)前水深地形數(shù)據(jù)由2010 年海道測量局出版的《海口灣》海圖數(shù)字化獲得（圖2a）；人工島建設(shè)后水深地形數(shù)據(jù)綜合了2018 年與2019 年海圖以及2019 年8 月的單波束測深結(jié)果（圖2b）。本文通過兩期次水深地形的對比分析，利用ArcGIS 生成海口灣沖淤變化圖。

3.3 沉積物分析

沉積物樣品中的礫石采用篩析法分析，使用孔徑間隔為0.5Φ 的篩網(wǎng)過篩；細(xì)粒沉積物經(jīng)離心、清洗及超聲波震蕩、加入六偏磷酸鈉充分分散后使用Mastersizer 2000 型激光粒度儀進(jìn)行粒度測試，粒度儀分析范圍為0.02～2 000 μm，同時(shí)使用雙氧水及稀鹽酸以去除沉積物中的生物碳酸鈣與其他有機(jī)質(zhì)。沉積物分類采用Shepard 三角圖[17]，分級標(biāo)準(zhǔn)采用Udden-Wentworth 粒度分級[18]。粒度參數(shù)計(jì)算采用Folk-Ward方法[19]。由于兩次采樣范圍不同（圖2），因此選擇重合區(qū)域內(nèi)的站位（2009 年59 個(gè)，2019 年98 個(gè)）經(jīng)克里金插值作圖后對比沉積物組分及粒度參數(shù)變化。

本文采用Flemming 三角圖分析人工島建設(shè)前后海口灣水動(dòng)力條件以及沉積環(huán)境的變化。Flemming三角圖中劃分了25 個(gè)小區(qū)域，對應(yīng)不同的沉積動(dòng)力條件[20]。以沉積物中砂含量95%、75%、50%、25%、5%的值作為區(qū)域分界線，將三角圖劃分為S、A、B、C、D、E 共6 個(gè)區(qū)域，從S 區(qū)到E 區(qū)，砂含量逐漸減少，沉積物粒徑變細(xì)；以粉砂及黏土含量10%、25%、50%、75%、90%為界限，劃分為I～VI 共6 個(gè)水動(dòng)力區(qū)，從I 區(qū)到VI 區(qū)，動(dòng)力條件逐漸減弱。此方法已在海灣[21]、三角洲[22]、河口[23]等不同沉積環(huán)境中有較好的應(yīng)用。

本研究同時(shí)也對甘藍(lán)型油菜如何響應(yīng)BR進(jìn)行了研究，結(jié)果表明合適濃度的外源BR處理可以促進(jìn)油菜幼苗根的生長，過高濃度的BR反而產(chǎn)生抑制作用，研究結(jié)果與擬南芥一致，但甘藍(lán)型油菜的根對BR的敏感性比擬南芥更高。黑暗條件下BRZ處理可使甘藍(lán)型油菜幼苗的下胚軸伸長受到抑制，提示BR信號也參與了幼苗的光/暗形態(tài)建成，但是幼苗的子葉并未完全張開，根的生長差異也不明顯，說明BR信號介導(dǎo)的甘藍(lán)型油菜幼苗的光形態(tài)建成與擬南芥相似，但存在略微差異[33]。

在沉積物搬運(yùn)過程中，沉積物的粒度參數(shù)會沿搬運(yùn)方向發(fā)生變化，因此可以利用粒度特征的空間差異來確定沉積物的運(yùn)移方向。本文采用基于Gao-Collins方法的Fortran 程序[24]對海口灣人工島建設(shè)前后沉積物運(yùn)移進(jìn)行分析。Gao 和Collins[25–26]在Mclaren 等研究的一維泥沙運(yùn)移模型的基礎(chǔ)上建立了二維沉積物運(yùn)移趨勢分析方法（GSTA），其采用粒度參數(shù)計(jì)算采樣點(diǎn)與相鄰各點(diǎn)間的多個(gè)粒徑趨勢矢量，最終合成單一的趨勢向量。目前Gao-Collins 方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于海灘[27]、陸架[28]等環(huán)境中。

4 結(jié)果

4.1 沉積物類型變化

海口灣人工島建設(shè)前后表層沉積物類型主要有黏土質(zhì)粉砂、砂–粉砂–黏土、砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂、砂以及礫質(zhì)砂（圖3a）。人工島建設(shè)前海口灣以砂和粉砂質(zhì)砂為主，主要分布于海灣西北部以及中部人工島擬建設(shè)區(qū)域；其次為砂質(zhì)粉砂和黏土質(zhì)粉砂，主要分布于海甸島與人工島建設(shè)區(qū)域之間以及近岸區(qū)域；礫質(zhì)砂主要分布于海口灣西側(cè)深水區(qū)，灣內(nèi)含量少。人工島建設(shè)后灣內(nèi)沉積物類型以黏土質(zhì)粉砂為主，主要分布于海口灣東南側(cè)、人工島西側(cè)以及近岸區(qū)域。在人工島建設(shè)后，海口灣西北部砂及粉砂質(zhì)砂明顯減少，礫質(zhì)砂消失，東南部黏土質(zhì)粉砂的分布區(qū)域由海甸島附近擴(kuò)大到整個(gè)海口灣內(nèi)（圖3b）。

圖3 人工島建設(shè)前(a)和建設(shè)后(b)表層沉積物類型Fig.3 Surface sediment types before the construction (a) and after the construction (b) of artificial island

4.2 沉積物組分含量變化

人工島修建后灣內(nèi)砂組分以減少為主（圖4a），海灣東部最大變化量為–50%，在人工島西側(cè)出現(xiàn)–90%的極大值；在海口灣北側(cè)深水區(qū)以及人工島與海口港之間，砂含量增加了10%～40%。與砂含量的變化相反，人工島西側(cè)的粉砂含量增加了20%～60%，黏土含量增加了10%～30%；海口灣東側(cè)粉砂和黏土的增加量分別在10%～30%、10%～20%之間（圖4b 和圖4c）。人工島建設(shè)后海口灣表層沉積物組分發(fā)生明顯變化，大部分區(qū)域砂含量降低，粉砂和黏土含量增加。人工島建設(shè)前海口灣內(nèi)礫石含量低，僅個(gè)別站位高于10%，建設(shè)后未見礫石組分。

圖4 表層沉積物各組分含量變化Fig.4 Contents changes of surface sediment components

4.3 沉積物粒度參數(shù)變化

人工島建設(shè)前海口灣表層沉積物平均粒徑（Mz）均值為2.69Φ，極值范圍在–0.52Φ 至6.41Φ 之間（圖5a）。海口灣西北部潮流流速較大[29]，表層沉積物以中–粗砂為主，平均粒徑普遍小于3.00Φ；海口灣中部淺灘水深小于5 m，以1.07Φ～2.94Φ 的細(xì)砂和中砂為主；在海口灣的東側(cè)存在平行于岸線并向西延伸的舌狀細(xì)粒沉積區(qū)，主要為4.05Φ～6.40Φ 的粉砂。總體上人工島建設(shè)前海口灣以粒徑小于4.00Φ 的砂質(zhì)沉積物為主，僅在海口灣東北側(cè)及近岸部分區(qū)域有粉砂、黏土質(zhì)沉積物分布。

人工島建設(shè)后海口灣表層沉積物平均粒徑范圍在–0.10Φ～7.48Φ 之間，均值為4.71Φ，灣內(nèi)沉積物粒徑大面積變細(xì)（圖5b）。海口灣東部粉砂質(zhì)沉積物平均粒徑由4.05Φ～6.40Φ 上升至4.01Φ～7.47Φ，原有的舌狀細(xì)粒沉積區(qū)擴(kuò)大到整個(gè)海口灣東部。同時(shí)人工島西側(cè)及海口港附近的沉積物粒徑也不同程度變細(xì)。

人工島修建前海口灣絕大部分區(qū)域沉積物的分選系數(shù)（σi）小于0.40，均值為0.36，分選良好，僅在北部潮流通道及灣內(nèi)個(gè)別含礫站位分選較差（圖5c）。海口灣砂質(zhì)沉積物主要為潮流侵蝕產(chǎn)物，經(jīng)波浪與潮流持續(xù)搬運(yùn)分選后在灣內(nèi)形成較穩(wěn)定的淺灘堆積體[12]，其沉積物分選普遍較好。人工島修建后海口灣表層沉積物分選系數(shù)范圍在0.40～3.37 之間，均值為2.30，分選明顯變差（圖5d）。海口灣東北部與人工島南部近岸區(qū)域分選系數(shù)增加，絕大部分區(qū)域大于2.00，這與灣內(nèi)工程建設(shè)等人類活動(dòng)直接相關(guān)。

圖5 表層沉積物粒度參數(shù)變化Fig.5 Grain size parameters changes of surface sediment

5 討論

5.1 人工島對表層沉積物粒度的影響

人工島建設(shè)前沉積物粒度曲線為雙峰，粒徑為1Φ～3Φ 的砂質(zhì)沉積物頻率較高（圖6b）；建設(shè)后粒徑曲線中粗粒組分峰值降低，細(xì)粒組分峰態(tài)變寬，總體明顯變細(xì)。工程建設(shè)后表層沉積物中砂質(zhì)組分明顯減少，但灣內(nèi)不同位置沉積物變細(xì)的程度存在差異（圖6a），這說明人工島可能一定程度上影響了細(xì)粒沉積物在灣內(nèi)的分布。工程建設(shè)前表層沉積物較低的分選系數(shù)表明當(dāng)時(shí)灣內(nèi)動(dòng)力條件穩(wěn)定，沉積物能持續(xù)接受分選，水動(dòng)力和物源處于動(dòng)態(tài)平衡之中，而人工島建設(shè)影響灣內(nèi)潮流流速及波浪強(qiáng)度，使海灣東側(cè)和人工島波影區(qū)內(nèi)動(dòng)力減弱，懸移質(zhì)更易在灣內(nèi)沉積，導(dǎo)致分選系數(shù)普遍增大。

圖6 人工島建設(shè)前后表層沉積物粒徑頻率分布曲線Fig.6 Frequency distribution curves of surface sediment grain size before and after the construction of artificial island

圖7 表層沉積物Flemming 三角圖Fig.7 Flemming’s ternary diagram of surface sediment sample stations

海口灣表層沉積物分布受到長期物源變化與填海工程建設(shè)的影響。海口灣內(nèi)主要有兩種物源，砂質(zhì)表層沉積物主要來自海底侵蝕的湛江組地層，海灣東部的粉砂及黏土質(zhì)沉積物主要來源于南渡江入海泥沙。潮流侵蝕產(chǎn)生的碎屑物質(zhì)經(jīng)波浪分選形成平行于岸線的沙壩堆積體及淺灘[12]，而南渡江輸入的粉砂及黏土沉積物由NE 向波浪及西向沿岸流搬運(yùn)至灣內(nèi)[30–31]。20 世紀(jì)末以來，南渡江因水壩建設(shè)入海沉積通量逐年降低，三角洲前緣侵蝕后退。根據(jù)南渡江下游龍?zhí)琳緦?shí)測數(shù)據(jù)，南渡江年均懸移質(zhì)輸沙量和含沙量均呈減小趨勢[32]，導(dǎo)致海口灣東部的細(xì)粒沉積物來源減少。通過分析1963–2003 年多期次等深線可知，近年來海口灣海底地形總體穩(wěn)定，但灣內(nèi)局部呈略微侵蝕狀態(tài)[12]。因此在人工島建設(shè)前，海口灣物源相對不足并維持著緩慢的侵蝕過程。近年來，填海項(xiàng)目建設(shè)一定程度上影響了海口灣的平衡過程。海甸島、新埠島、海口港工程固化三角洲和灣頂?shù)陌毒€，減少了南渡江三角洲侵蝕產(chǎn)物的輸入；位于海口灣中部的人工島影響波浪及往復(fù)潮流流速，與其他工程共同作用使海口灣遮蔽程度增強(qiáng)。

海口灣表層沉積物受到潮流、波浪、徑流、沿岸流等多動(dòng)力因素的綜合控制，上述結(jié)果表明，在瓊州海峽水動(dòng)力總體穩(wěn)定及南渡江物源供給減少的背景條件下，人工島與其他填海工程的建設(shè)導(dǎo)致海口灣內(nèi)沉積動(dòng)力下降，表層沉積物變細(xì)。

5.2 人工島對沉積物運(yùn)移的影響

本文使用2009 年70 個(gè)站位及2019 年77 個(gè)站位進(jìn)行粒徑趨勢分析。在計(jì)算過程中，采樣間距過小將產(chǎn)生噪聲[33]，且規(guī)則的采樣網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果較為可靠[34]，因此去除2019 年南北方向上部分過密的站位，使采樣網(wǎng)格間距為1.0 km（與2009 年一致），同時(shí)采用賈建軍等[34]的方式計(jì)算特征距離。結(jié)果表明，人工島修建前海口灣表層沉積物總體運(yùn)移趨勢是從灣外向?yàn)硟?nèi)輸運(yùn)，在海灣西部以東南向輸運(yùn)為主，海灣東部以西南向輸運(yùn)為主（圖8a）。在人工島擬建設(shè)區(qū)域，海口灣西部向?yàn)硟?nèi)搬運(yùn)的沉積物有匯聚的趨勢，形成該處較淺的砂質(zhì)淺灘。海口灣東部是南渡江細(xì)粒物質(zhì)進(jìn)入灣內(nèi)沉積的主要區(qū)域，由于具有多種物源，其粒徑趨勢更為復(fù)雜，但整體仍表現(xiàn)為由深水區(qū)向?yàn)稠敿敖兜母劭凇⑨到钦诒味蔚热鮿?dòng)力區(qū)域運(yùn)移。人工島修建后，海口灣表層沉積物總體保持了由灣外到灣內(nèi)的運(yùn)移趨勢，但局部運(yùn)移方向明顯改變，海灣西部主要的運(yùn)移趨勢由東南向轉(zhuǎn)變?yōu)槟舷颍？跒硸|側(cè)人工島與海甸島之間出現(xiàn)局部匯集（圖8b）。在人工島西側(cè)附近的站位，建設(shè)前輸運(yùn)箭頭的匯集趨勢消失，沉積物繞過人工島向岸運(yùn)移；在人工島波浪遮蔽區(qū)，輸運(yùn)箭頭有向岸匯聚的趨勢。

圖8 海口灣表層沉積物運(yùn)移趨勢Fig.8 Trend of surface sediment transport in the Haikou Bay

由于瓊州海峽受到兩端傳入的不同類型潮波影響，海峽南岸余流、懸沙及底質(zhì)輸運(yùn)均以東向?yàn)橹鱗35–36]。海口灣潮流主要為往復(fù)流，人工島修建前東向漲潮流作為該區(qū)域的優(yōu)勢流向?qū)⒑蠛８浇傊莺{產(chǎn)生的泥沙向東帶入灣內(nèi)[12]，控制著海灣西部的沉積物運(yùn)移趨勢；NE 向的波浪將灣口附近的沉積物向近岸搬運(yùn)，使灣內(nèi)淺水區(qū)沉積物向西南運(yùn)移。人工島修建后海口灣動(dòng)力條件減弱，灣內(nèi)沉積物輸運(yùn)方向受到影響。

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，由于人工島減少了過水?dāng)嗝妫瑬|西向潮流通過海口灣時(shí)發(fā)生環(huán)島繞流[37–38]。工程建設(shè)后，潮流經(jīng)過人工島時(shí)在背流面形成低流速區(qū)，島南北側(cè)流速稍有增加（圖9），同時(shí)人工島遮擋了NE 向波浪，在島與海岸之間形成波影區(qū)[39]。人工島建設(shè)較大地減弱了東向流，南渡江物源更易在海口灣內(nèi)沉積，使人工島東西兩側(cè)表層沉積物變細(xì)；人工島南部為水深小于5 m 的近岸淺水區(qū)域，受波浪作用明顯，島對波浪的遮蔽作用使人工島南側(cè)沉積物變細(xì)，觀測結(jié)果顯示該區(qū)域內(nèi)海岸線向海淤進(jìn)（圖10b），未來會形成向海突出的堆積體[12]。結(jié)果表明，海口灣水動(dòng)力與沉積物粒度特征變化有較好的相關(guān)性。

圖9 人工島建設(shè)后漲潮流（a）和落潮流（b）流速變化模擬（據(jù)文獻(xiàn)[38] 修改）Fig.9 Numerical simulation result of flood current (a) and ebb current (b) speed after the construction of artificial island (modified from reference [38])

此外，人工島完工后海口灣10 m、20 m 等深線仍然保持穩(wěn)定，只有5 m 等深線變化較明顯（圖2）。5 m等深線總體在海口灣東側(cè)淤進(jìn)，西側(cè)侵蝕，海甸島西側(cè)以及人工島南部潮流通道明顯淤淺，人工島西北部雙灘地形處侵蝕變深。兩期水深變化量顯示（圖10a），工程建設(shè)后海口灣東側(cè)及近岸淺水區(qū)域以淤積為主，與表層沉積物變細(xì)區(qū)域基本一致。等深線及水深變化表明，研究區(qū)由建設(shè)前的輕微侵蝕向淤積狀態(tài)轉(zhuǎn)變，海口灣東側(cè)大片區(qū)域淤積，但淤積量不高。

圖10 人工島建設(shè)前后水深變化及波影區(qū)岸線變化Fig.10 Changes of water depth and shoreline in shadow zone before and after the construction of artificial island

由于河道采砂和上游水壩建設(shè)的影響，20 世紀(jì)80 年代后南渡江入海沉積通量逐漸下降，海口灣沉積物供應(yīng)減少，在此背景下海口灣地形較為穩(wěn)定，南渡江三角洲岸線侵蝕后退。2000 年后，海口市開展的一系列填海項(xiàng)目一定程度上影響了南渡江三角洲及海口灣的水動(dòng)力和沉積物運(yùn)移。2007–2011 年間，新埠島、海甸島等工程已建設(shè)完畢，在此之后南海明珠島是海口灣內(nèi)最主要的填海工程。新埠島是南渡江三角洲西北側(cè)重要的泥沙來源[16]，其填海形成的人工岸線向海前進(jìn)約1 km，減少了南渡江泥沙的西向沿岸輸運(yùn)；海甸島工程向海口灣內(nèi)延伸，形成硬岬角并增加了海灣的遮蔽程度；海口港攔截沿岸輸運(yùn)的沉積物，使灣頂更加封閉；南海明珠島擠壓灣內(nèi)過水?dāng)嗝妗p弱潮流及波浪，進(jìn)一步降低了海口灣動(dòng)力條件。人工島位于海灣中部、占地面積較大，對區(qū)域流場的影響相比于海甸島等基于海岸的圍堰填海更加明顯。水動(dòng)力、沉積物、水下地形均顯示海口灣東側(cè)變化較大，這與人工島遮擋東向優(yōu)勢流，在海灣東部形成弱動(dòng)力區(qū)有直接的關(guān)系。總體上，人工島建設(shè)是研究區(qū)沉積物發(fā)生變化的主要原因。

劉曉強(qiáng)和楊燕華[40]的研究中，2016 年5 月和12 月的底質(zhì)采樣顯示海口灣東部均以粉砂、黏土為主，沉積物粒度參數(shù)分布與本文2019 年采樣結(jié)果類似，說明海口灣表層沉積物變細(xì)是一個(gè)長期的持續(xù)過程。由于填海工程的影響未來將持續(xù)存在，海口灣沉積過程將逐漸向新的平衡轉(zhuǎn)化，細(xì)粒陸源沉積物在海灣內(nèi)將繼續(xù)增多。

6 結(jié)論

對南海明珠人工島建設(shè)前后的表層沉積物、運(yùn)移趨勢、動(dòng)力環(huán)境變化的分析結(jié)果表明，南海明珠人工島的建設(shè)減弱了海口灣內(nèi)波浪以及東西向潮流，導(dǎo)致南渡江泥沙更易在灣內(nèi)堆積，海口灣表層沉積物明顯變細(xì)，輸運(yùn)方向改變。具體如下：

（1）南海明珠人工島建設(shè)前，海口灣表層沉積物主要有砂、粉砂、黏土3 種組分，人工島完工后，海口灣表層沉積物組分中砂質(zhì)組分減少，粉砂及黏土組分增加，灣內(nèi)沉積物的粒徑變小，分選變差。

（2）南海明珠人工島建設(shè)前后，海口灣表層沉積物粒度自東向西均由細(xì)變粗，但南海明珠人工島建設(shè)后細(xì)粒沉積物分布范圍更廣。在陸源沉積物供給減少的背景下，南海明珠人工島建設(shè)后海口灣的沉積動(dòng)力明顯減弱，沉積物更偏向粉砂及黏土端元。

（3）南海明珠人工島建設(shè)減弱了海口灣局部潮流及波浪強(qiáng)度，是灣內(nèi)沉積物特征變化的主要原因。南海明珠人工島建設(shè)后，由灣外向?yàn)硟?nèi)的沉積物運(yùn)移趨勢不變，但海灣西部沉積物向東南的運(yùn)移趨勢減弱，而海灣東部西南向的沉積物運(yùn)移趨勢增強(qiáng)。在海口灣東部以及人工島波影區(qū)，存在匯集的運(yùn)移趨勢；在人工島西側(cè)，沉積物繞過人工島向岸輸運(yùn)。

人工島建設(shè)通常直接引起沉積環(huán)境變化，使周邊區(qū)域沉積物特征發(fā)生改變，而被影響的沉積物輸運(yùn)平衡可能誘發(fā)海岸侵蝕、港灣淤積等諸多問題。在人工島建設(shè)工程中應(yīng)合理規(guī)劃布局，減少工程項(xiàng)目對海域動(dòng)力的影響以保護(hù)附近港口航道、海岸及海灣系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

致謝：感謝海南省海洋開發(fā)設(shè)計(jì)研究院、海口市海洋環(huán)境監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)支持。