海口鋪前灣岸灘沖淤演變分析

譚澤瓊，林楚彬，賀仕昌，婁全勝

（國家海洋局三沙海洋環境監測中心站，海南 海口 570100）

海岸帶是地球表層動態而復雜的陸-海過渡帶，具有獨特的陸、海屬性，承受著強烈的陸海相互作用[1]，形成了極其脆弱和敏感的自然生態環境[2]。同時，海岸帶地區也是經濟與社會發展活動的聚集地，發展程度也相對較高[3-4]。根據海岸帶近岸的研究，可劃分為岸線演變[5-7]、地形地貌與水動力[8-9]、人類活動對岸灘的影響[10-11]、防災減災等韌性評價[12-14]、機載激光雷達測深[15-16]、生態環境分析與修復[17-18]等研究內容。早在20 世紀80 年代已有學者開始關注海灘在自然條件下的動態變化。AUBREY D G 等[19]基于對南加州5 年的海灘剖面測量數據，從不同深度、侵蝕特征岸段等方面，研究海灘季節性陸上/海上沉積物運動特征。MORTON R 等[20]研究了颶風作用下德克薩斯州加爾維斯頓島海灘和植被線在侵蝕、沉積和恢復3 個方面的變化。隨著物理海洋數值模型的發展與海洋工程建設的應用需求，學者們開始探討用數值模型預測海灘自然變化趨勢及工程施工對近岸地形的影響。WANG Y 等[21]采用長岸輸沙計算、歷史海圖對比和ECOMSED 數值模擬等方法，分析了洋馬島海域的侵蝕-沉積特征。LI Y 等[22]提出了一種簡單而有效的統計方法，以波浪氣候為輸入，從平衡形狀估計環形海灣的平均值，已應用于英國的基督城灣。GE L Z 等[23]結合了日照港粵梁灣整治工程，運用拋物線型海岬理論平衡岸線，提出人工海灘與防護的尺度關系。通過大比例尺正常物理模型的試驗驗證，給出了灘涂穩定方案和維護周期。

鋪前灣位于海口市東側，屬瓊雷凹陷的組成部分，自20 世紀90 年代已有不少學者研究灣內海岸的形成發育[24]、動力地貌[25-26]、水文特征[27]等。隨著海南國際旅游島的建設，灣內依托白沙淺灘的自然地形條件，采用圍填海方式修建如意人工島，也有學者對人工島建設的海洋環境影響進行預測分析[27-29]，隨著海洋環境保護政策收緊等因素影響，人工島建設在主體工程基本完成后停工，對于其停工后對岸灘的沖淤影響較少開展相關研究。鋪前灣地處臺風多發區，尤其是2014 年的超強臺風“威馬遜”和強臺風“海鷗”，2021 年在瓊海登陸的臺風“圓規”等，且鋪前灣多支水系匯入海灣。作為海口江東新區的前方，岸灘的穩定性對于后方沿岸規劃并建設的商業CBD、住宅房屋、酒店、公園等至關重要，本文基于人工島施工前期近岸沖淤數模分析成果沿岸布設斷面開展調查，綜合鋪前灣多年海圖等深線變化、鋪前灣入海河流泥沙變化、臺風等多因素，回溯鋪前灣環境條件的改變，分析該岸段邊灘沖淤變化過程及特征，有利于及早發現岸灘蝕退的安全隱患，為該段岸線保護與修復提供科學依據。

1 研究區域概況

海口鋪前灣位于海南島東北部，為較典型的螺線形砂質海岸，是在波浪和海岸岬角共同控制下發育形成的，其海灣縱深8 km，灣口弦長20 km，螺線段和切線段均發育較好。研究區位于鋪前灣，為切線段，岸線平直，西起南渡江入海口，東至東寨港，主要為砂質海岸，岸線呈NW-SE 走向，長度約18 km。

鋪前灣屬熱帶季風氣候區，冬季盛行NE 風，夏季盛行SE 風。全年主導風向為NE 向，波浪以風浪為主，常浪向和強浪向均為NE 向，年平均波高0.7 m，屬不規則半日潮[26]。研究區近岸西側沉積物類型以粉砂質砂和砂質粉砂為主，東側靠近東寨港岸段則以砂質沉積為主[30]。

2 資料收集與研究方法

鋪前灣海域水深數據提取自1990 年、2007 年及2017 年中國人民解放軍海軍司令部航海保證部版權所有，中國航海圖書出版社出版發行的海圖資料（表1），深度基準為最低理論潮面，由于該區域較大，實際測量年份局部不一致，統一以海圖年份進行年變化量計算，以反映變化趨勢。人工島修建前采用2008 年法定岸線數據，修建后2016 年12月、2017 年12 月、2021 年11 月、2022 年12 月的岸線數據和2017 年1 月、2018 年1 月、2021 年11月、2022 年12 月的剖面數據均為實測獲得，高程基準為1985 國家高程基準。由于鋪前灣岸灘地形具有季節性變化特征，夏緩冬陡[30]，岸線和剖面測量均采用冬季數據，水動力條件相似。以上述資料數據為基礎，研究海口鋪前灣岸灘沖淤演變。

表1 海圖資料情況

平均侵蝕（淤積）量計算方法采用如式（1），平均侵蝕（淤積）量s是由某一岸段的侵蝕（淤積）量值主要區間最大值smax和最小值smin的平均值，乘以侵蝕（淤積）岸段ls占該岸段長度l的比例再進行累加計算，除以年數即為年平均侵蝕（淤積）量。

根據人工島的沖淤趨勢影響分區，自西向東沿岸灘布設7 條地形橫剖面，沖淤類型涵蓋強沖刷區、弱淤積區和中淤積區，長度約40~100 m，用于研究分析岸灘縱向沖淤特征。

海圖資料和實測數據的處理與分析均通過ArcGIS 10.2 軟件進行，剖面歷年高程曲線圖采用Matlab 繪制。

3 結果與分析

3.1 等深線遷移特征

等深線變遷可反映岸灘在垂直于岸線方向上的變化。1990—2019 年近岸等深線變化如圖1 所示，0 m、2 m 等深線變化均以福創溪東側約0.9 km 為變化界限，西側淤進東側蝕退，0 m 淤進距離主要在30~100 m，蝕退距離主要在21~60 m；2 m 等深線淤進距離主要在20~110 m，變化界限以東地形變化由穩定轉為蝕退，蝕退距離主要在30~75 m。

圖1 等深線變化對比

1990—2007 年，0 m 等深線總體表現為向海淤進，淤進距離主要集中在50~110 m，平均向海淤進4.7 m/a，以南岳溪至福創溪岸段平均淤進距離最大，林海六橫路北側長約2.3 km 的岸段出現平均約40 m 的蝕退，東寨港附近等深線形態趨于平緩；2 m 等深線總體表現為向海淤進，淤進距離主要集中在50~120 m，平均向海淤進5 m/a，最大淤進距離在福創溪附近，可達400 m，東寨港附近等深線形態趨于平緩；5 m 等深線總體表現為蝕退與淤進并存，在南渡江入海口東側約4.2 km 岸段平均蝕退190 m，在南岳溪至福創溪表現為淤進，最大距離約390 m，鋪前灣灣頂呈現蝕退而東西兩側淤積。淤進量最大的岸段主要集中在入海口附近海域，以福創溪最為明顯。

2007—2019 年，0 m 等深線總體表現為向陸蝕退，蝕退主要集中在山湖港西側1.9 km 處東至鋪前灣頂，平均蝕退距離約40 m，平均向陸蝕退3.3 m/a；2 m 等深線總體表現為向陸蝕退，主要集中在東營港東側1.6 km 以東至林海六橫路，平均蝕退距離約70 m，平均向陸蝕退5.8 m/a，鋪前灣灣頂總體呈現淤積態勢。5 m 等深線呈現蝕退與淤進不規律的波動狀態。

3.2 岸線演變過程

以2008—2016 年、2016—2017 年、2017—2021 年、2017—2022 年分別作為施工前、施工期、臺風后、停工5 年后4 個不同階段的時間周期。如意人工島于2015 年施工，但在2016 年底測量時實際填海區不足總填海量10%，且均集中在填海區西部，對整個鋪前灣岸灘未形成明顯的遮蔽作用，因此2016 年岸線測量數據仍作為施工前時間段。2017 年底人工島已完成大部分填島主體并已停工，其岸線數據體現了人工島對岸灘的作用結果。2021年數據為臺風“圓規”登陸后半個月實測，可反映鋪前灣近岸受強臺風的影響程度。

岸線變化反映了平均大潮面的平面移動趨勢。由圖2 所示，施工前鋪前灣岸段總體呈現出向陸蝕退，以人工島棧橋、皇冠溫泉海岸、抱歷溪、福創溪入海口最為明顯，南岳溪入海口及林海三橫路則表現為淤積狀態，岸段總體平均蝕退距離約11.5 m，平均蝕退約1.4 m/a。施工期岸線總體呈現向海淤進，以人工島棧橋至皇冠溫泉海岸岸段、南岳溪、抱歷溪入海口附近淤進距離較大，總體平均淤進距離約3.4 m。臺風后岸灘呈現出明顯的向陸蝕退現象，以入海口變化最為劇烈，岸線呈鋸齒狀，各岸段受到不同程度的風暴潮沖擊，岸灘出現侵蝕陡坎（圖3），平均蝕退距離21 m，平均蝕退約4.2 m/a。停工5 年后，即臺風1 年后，岸線較人工島停工時總體表現為向陸蝕退，平均蝕退距離18 m，平均蝕退約3.6 m/a，但較前一年臺風后，53%的岸段表現相對穩定或緩慢變化，47%的岸段表現為明顯向海淤進，淤進距離在10 m 至20 m 之間，臺風造成岸灘沖刷岸線后退的情況有所恢復，主要集中在人工島棧橋至皇冠溫泉海岸、南岳溪入海口東側1.9 km及林海三橫路東側1.7 km，恢復較快的岸線主要為棧橋附近形成的泥沙堆積導致岸線向海淤進，以及草本植被較快的生長和擴張速度形成新的植被岸線。

圖2 研究區岸線變化對比

圖3 剖面高程曲線對比分析

3.3 剖面沖淤變化

剖面的地形變化在一定程度上反映了岸灘在垂向上的演變特征（圖4）。岸段基本有灘肩發育，陸域后方防風林外緣形成風成沙丘。2018 年較2017年剖面由西至東從淤積過渡為沖刷，岸坡向陸推移、坡度增加。2021 年臺風后，除剖面2 后方為人工構筑物，加劇了風暴潮對海灘的直接沖刷，其他剖面由西至東從淤積過渡為沖刷，均塑造風暴形態剖面。2022 年岸灘逐漸恢復，除剖面P3 和P7 其余總體為堆積態勢。

圖4 人工島位置調整對比

剖面P1 在2017—2018 年表現為淤積，在離岸40 m 以后淤積厚度逐漸增加，在離岸60 m 可達1.2 m；2018—2021 年表現為淤積，剖面地形發生明顯變化，離岸30 m 處淤積厚度達0.7 m。剖面P1位于人工島棧橋東側，受棧橋構筑物的遮擋，部分泥沙在此沉積，形成了海灘逐年抬高的現象。2021—2022 年泥沙向陸堆移，風暴型剖面形成的凹槽被泥沙堆積抬高。

康體療養主要是通過利用相關藥用資源、人力按摩推拿手法等，達到放松身體、增強體質的目的，同時具有一定的保健效果。在水利風景區，要著重突出水的功能。對于擁有優良水質、適宜氣候條件、優良生態環境或附近擁有特殊有益物質 (如溫泉、冷泉、藥泉等)的水利風景區，多設計以水保健、生態健身等為代表的室外生態療養型度假旅游產品，如水中靜漂、靜養房、森林浴等。同時，結合大眾化的健身房、游泳館、桑拿、SPA按摩使不同消費層次人群共同達到康體保健的效果。

剖面P2 在2017—2018 年表現為淤積，前濱淤積量則隨離岸距離增加而增加，灘面有0.2 m 內的沖刷量。2018—2021 年海灘明顯表現為沖刷，沖刷量為0.8~1.1 m。2021—2022 年泥沙堆積灘面抬高0.6~1.1 m，岸灘有所恢復。

剖面P3 在2017—2018 年剖面地貌變化較穩定，距起點50 m 以遠呈現淤積態勢，變化量在0.3m 以內。2018—2021 年地形變化較明顯，總體表現為淤積，淤積量在0.8 m 以內。2022 年剖面形態恢復為常浪型，較2018 年表現為后濱淤積，前濱灘面沖刷，淤積量為0.1~0.3 m，沖刷量為0.9~1.2 m。

剖面P4 在2017—2018 年自陸向海表現為后濱灘肩淤積，前濱灘面沖刷，沖淤量均在0.3 m 以內。2018—2021 年剖面形態明顯變化，內濱總體有所抬高，最大淤積量約為0.8 m。2021—2022 年，與剖面P1 類似，泥沙向陸堆移，最大距離約5 m。

剖面P5 在2017—2018 年表現為前濱灘面向陸推移，推移量在7 m 以內，坡度變陡，灘肩淤積，淤積量在0.3 m 以內。2018—2021 年總體表現為沖刷，沖刷量在0.7 m 以內。2021—2022 年泥沙向后濱沉積，前濱相對穩定。

剖面P6 在2017—2018 年海灘整體向陸推移，前濱推移距離在9 m 左右，后濱推移距離在9 m 左右，灘肩收窄。2018—2021 年仍表現為向陸推移，灘肩向陸繼續推移7 m，縱向沖刷量在0.8 m 以內。2021—2022 年海灘整體有所抬高，抬高量主要在0.8~1.2 m。

剖面P7 在2017—2018 年表現為后灘沖刷，前灘淤積，最大沖刷量約為0.3 m，淤積量基本在0.4 m以內。2018—2021 年表現為沖刷，沖刷量在0.5 m以內。2021—2022 年表現為強沖刷，沖刷量在0.6~1.4 m。

3.4 原因分析

3.4.1 入海泥沙的影響

入海泥沙量的變化和岸灘的高強度開發利用等因素均對岸灘的長期演變有影響[21-33]。研究岸段有多處河口，為該岸段主要泥沙輸入來源之一，但由于南渡江上游水庫及堤壩修建，其入海泥沙通量逐年減少[8]，1990—2019 年間，南渡江入海口東側岸段0 m 等深線逐漸東移，泥沙向東側搬運，張麗等的輸沙分析與此一致[28]。同時，由于沿岸河口被圍堵[8]，以及大量的河道采沙[34]，導致海灣泥沙輸入量減少；全球性的海平面上升也會一定程度上增加水下岸灘坡度，造成海底向岸供沙減少[8]，海岸得不到泥沙補充而發生侵蝕后退。在1990—2007年間，入海河口形成的噴射流將懸移質泥沙向海搬運，推移質泥沙在口門堆積，在河口近岸形成向海淤進態勢，而2007—2019 年間2 m 以淺等深線向陸蝕退，以河口附近最為明顯，也可能是由于測量時為河流干季，徑流作用弱，岸段以波浪控制為主。

根據對人工島建設后的模型分析，其南側岸段整體輸沙方向仍為自東向西輸沙，由于受人工島兩側波浪繞射和島體掩護作用，鋪前灣西側岸線發生調整，研究區西側岸段距離南渡江河口約3 km 岸段為沖刷，以東岸段則表現為淤積，靠近灣頂岸段由于距離較遠受人工島影響較小，將繼續延續略有淤積的態勢[28-29]。人工島在建設前進行了位置調整（圖4），形態有所改變，但由于其離岸較遠，長寬的局部變化對岸灘影響的變化相對較小。

人工島施工前岸線整體表現為向陸蝕退。施工后，由于人工島的離岸堤作用，岸線整體表現為淤積狀態，受臺風影響后岸線出現蝕退，但逐漸恢復表現出向海淤進態勢。同時，人工島棧橋的修建減緩了潮流和波浪流速導致泥沙在附近沉積，岸線向海淤進。

張麗等[28]在鋪前灣沿岸布設四條剖面，分析出人工島建設后，沿岸輸沙量有所減少。人工島建成后岸灘總體應呈現淤積狀態，但由于輸沙量的減少，不可避免地形成了沖刷的水文泥沙環境，從而對本研究區岸灘沖淤變化態勢產生影響，加之泥沙自東向西輸沙，鋪前灣呈現出海灘東側下蝕西側淤漲。鋪前灣的泥沙運動表現出一定復雜性[35]。

3.4.3 臺風的影響

鋪前灣所處瓊州海峽南側，是受熱帶風暴作用較頻繁的地區，年平均風暴影響次數約為4~5 次，最大風暴增水接近2.5 m，同時還受到冬季冷空氣大浪的影響[24]。且受近年臺風級以上熱帶風暴影響，如2013 年11 月超強臺風“海燕”，2014 年7 月超強臺風“威馬遜”，9 月強臺風“海鷗”，2016 年10月超強臺風“莎莉嘉”，2018 年9 月超強臺風“山竹”，2021 年10 月臺風“圓規”。臺風浪波能巨大，在向岸傳播過程中，因水深變淺、底摩擦增大而發生變形，在臨界水深處發生破碎，波勢能轉化為動能。能量巨大的紊流沖刷灘面，掀起大量表層泥沙，泥沙隨著潮流被輸送至別處，從而加劇灘面沖淤變化。臺風帶來的風暴潮使得邊灘沖刷或淤積呈現出復雜性與多樣性的特點[36]。

臺風對海灘的影響與臺風強度、路徑、方位、距離，以及當地地形遮蔽程度密切相關。在研究區內近年均有臺風登陸，但以2021 年岸灘變化最為顯著。臺風導致海水上漲、植被帶后退，岸線蝕退加速，尤其是向海推進的構筑物加劇了風暴潮對岸灘泥沙的作用，同時泥沙的流失也影響構筑物基底的穩定性。一年后近一半岸線有所恢復，但較停工時仍表現為向陸蝕退，尤其是斷面P7 持續下蝕。臺風帶來的風暴潮水動力作用強勁，能量巨大的波浪能將原來灘肩的泥沙搬移，塑造了沙壩型剖面。但鋪前灣剖面地勢整體表現為東低西高，與泥沙輸運方向一致。

3.5 岸灘養護建議

鋪前灣位于海南島東北側，易受臺風頻繁登陸影響，2021 年臺風對沿岸植被帶損毀較嚴重，建議加強植被帶補種，宜采用多層立體結構，增加植被根系對不同層泥沙的錨固作用，增強固沙效果，同時也提高臺風后的恢復速度。鋪前灣灣底（斷面P7 附近岸段） 在臺風一年后甚至出現下蝕加劇，出現0.6~1.4 m 的沖刷量，可進一步研究分析其附近侵蝕過程與范圍，考慮采用循環模式養護海灘，將西側棧橋附近淤積泥沙人工搬運至灣底侵蝕岸段，必要時可采取異地補沙，并結合水下潛堤等人工構筑物減小水動力對岸灘的沖刷。由于灣內泥沙流失較為嚴重，應嚴格控制上游河道采砂、附近海域海砂開采等活動，維持海砂保有量不減少。沿海構筑物建設應充分考慮歷史風暴潮潮位線進行科學選址，避免向海推進占用沙灘資源。

4 結 論

基于實測和海圖資料分析了多年來海口鋪前灣岸灘沖淤動態變化特征，主要結論如下。

（1）鋪前灣岸灘沖淤的影響是綜合而復雜的，人工島修建的波影作用，沿岸輸沙量減少導致的沖刷趨勢，徑流入海通量減小，臺風浪過程加劇了侵蝕作用等都對岸灘的變化有關聯。

（2）1990—2007 年近岸泥沙輸運狀態表現為沉積，受強臺風登陸、入海通量減小等因素影響，近岸地形表現為沖刷狀態，以入海口變化最為明顯，鋪前灣灣頂總體呈現淤積態勢（2007—2019 年），岸線平均蝕退速度約1.4 m/a（2008—2016 年）。人工島修建后，岸線向海淤進，剖面總體變現為后濱淤積、前濱灘面沖刷，岸灘自東向西，由沖刷態勢轉為淤積態勢。臺風影響后，岸線平均蝕退距離21 m，平均蝕退約4.2 m/a，一年后（2021—2022 年） 岸線逐漸恢復，近一半岸線表現為向陸淤進10~20 m。

（3）岸灘剖面冬季形態以常浪型為主，遇臺風轉為風暴型，后恢復為常浪型。后續采集該岸段的夏季剖面數據可細化岸灘季節性的變化，反映出臺風后岸灘在不同季節的恢復情況。

（4）鋪前灣東側海灘泥沙流失而逐漸下蝕，西側則不斷沉積，可采用循環模式與人工構筑相結合的方式養護海灘，將西側沉積泥沙搬運至東側補沙，人工協助海灘的動態平衡，減小水動力對海灘的沖刷作用，穩定后方陸域建設。

（5）沿海構筑物建設應充分考慮歷史風暴潮潮位線進行科學選址，避免向海推進占用沙灘。海岸帶綠化宜采用多層次立體植被結構，增加植被根系對不同層泥沙的錨固作用，增強固沙效果，提高臺風后的恢復速度。