潮波輻聚區域內澇外排出口灘槽演變規律研究

關鍵詞：潮波輻聚;內澇外排;潮溝擺動;灘脊遷移;曲流發育

0 引言

在暴風驟雨極端天氣條件及海岸淤漲等長期沿海動力條件變化作用下，我國多條入海河道的河口位置普遍存在泥沙淤積問題，潮灘廣闊的粉細砂及淤泥質黏土河口海岸，每年平均淤積量可達4～18.6m3[1]，影響沿海地區內澇外排出口的暢通，威脅人民生命財產及經濟社會穩定。在多潮波系統強混合輻聚動力作用下，沿海地區潮流漲落常呈現強加速或強減速過程，存在含沙量和輸沙率變化滯后現象，沿岸潮溝水道和灘面沙脊等沖淤演變劇烈，甚至需要數十年以上才能達到穩定狀態。

關于沿海潮灘排澇出口選擇研究，以往較多的是集中于河道局部區域的泥沙淤積問題，建立數學模型或物理模型，計算各方案條件下的水流流態和泥沙沖淤分布[2-5]，或利用經驗公式計算沖淤強度[6]。在此基礎上提出水力沖淤、機械清淤和氣動沖沙等一系列河道減淤防淤措施。氣動沖沙成套技術通過壓縮空氣注入水體底部，在氣泡上浮的同時，增強水流的紊動強度及垂向流速，提高河道輸沙能力[7]?？紤]到沿海潮波的輻聚作用，改變上下游徑潮動力邊界條件[8]，將長期影響沿海沙脊群分布形態[9]，造成沿岸地區內澇外排所需的沖淤穩定出?？谶x擇困難[10]。在海平面上升背景下，沿海潮波傳播速度加快，淺水區域潮波能量削弱[11-12]，沿岸潮差和相位明顯改變[13-14]，周期較短的半日潮潮差區域比全日潮更容易受到影響[15]。而海相來沙是沿海地區閘下河道的主要泥沙來源[16]，海相泥沙供給邊界條件的改變[17]，將進一步影響不同潮灘岸線和潮汐通道沖淤變化[18-20]。

本文利用系列年遙感影像解譯分析和潮灘橫剖面地形數據，分析江蘇沿海典型潮波輻聚區域沿海潮灘水沙動力與地貌演變過程，歸納總結潮波輻聚區域排澇河口灘槽沖淤發展趨勢，以及潮溝水道動態遷移變化規律，探討影響沿岸潮溝和灘脊沖淤變化的影響因素，成果可為同類型研究應用和內澇外排工程河道出?？谶x擇提供思路。

1 區域概況

1.1 沿岸潮汐要素

江蘇沿海潮汐類型多為不正規半日潮，受東海前進潮波與南黃海旋轉潮波控制，兩者在中部梁垛河口至小洋口一帶輻聚，潮波輻聚區域能量集中，實測平均潮差和高潮位明顯大于其他區域?？拷宵S海旋轉潮波無潮點處，廢黃河三角洲附近平均潮差1.5m左右，向南到方塘河口—小洋口附近達到4m以上，再向南至長江口附近回落到2.5m 左右（圖1）。

海洋潮能匯聚是沿海灘涂形成的主要動力來源，江蘇中部沿海被認為是典型的淤長型海岸，潮灘達到淤積均衡形態后的上下起伏形態，接近于實測平均潮差或平均高潮位的沿岸變化。

1.2 灘槽水道發育

輻聚中心區域北側潮波相對單一，主要受西洋潮盆系統控制。黃河北歸后的西洋水道迅速成長使水道整體非常順直，整體近南北走向，進入輻聚中心后，潮間帶淺灘進一步分叉為死生港、西大港、東大港等大小潮汐通道（圖2）。東側及南側由于受到黃河北歸影響相對較小，長期接受輻聚輻散的潮波系統改造，灘面輻射狀分布明顯，在低潮時出露成為沙洲，物質組成主要是細砂和粉砂，表層沉積物自沙洲灘脊向外圍逐漸變細，反映潮汐動力作用由灘脊至外圍逐漸增強。

1.3 人類圍墾活動

江蘇中部弶港附近沿海地區20km 岸線范圍內共圍墾158 km2 灘涂。主要圍墾工程包括：1997年三倉片墾區、2005年倉東墾區和梁南墾區、2007年方南墾區和弶東墾區、2009 年梁南墾區、2010年老壩港墾區、2012—2013年條子泥和方東方塘墾區。圍墾工程實施的15年間，梁垛河閘至方塘河閘段岸線海堤線平均向海推進8km，導致原有排澇河口凹入岸內，沿岸漲落潮水動力減弱，水流挾沙能力降低，海相來沙在河口附近落淤，灘面淤長后潮溝萎縮后退。

2 研究方法

所選研究區域為江蘇沿海輻射沙洲內緣條子泥沙洲，由于兩大潮波系統在江蘇中部沿海的輻聚作用，古黃河三角洲沉積物在此落淤，以弶港為中心，形成向東北-東南方向輻射狀分布的條子泥沙洲。沙洲由10余條長100km、寬約10km 的沙脊組成，沙脊群南北總長約200km，東西總寬約90km，水深不超過25m。

本文通過1973—2021年低潮位陸地衛星影像資料解譯，結合2009—2018年梁垛河閘至方塘河閘范圍內沿海12條潮灘橫剖面地形數據，進行沙洲潮灘沖淤趨勢及其附近潮溝水道動態變化分析，通過建立潮溝擺動速率與海岸平均潮差、潮灘沙脊遷移與圍墾工程實施、排澇河口距外海深槽與排澇通道彎曲程度之間的關系，歸納總結潮波輻聚區域排澇河口灘槽遷移發展規律。

3 研究結果

3.1 潮溝橫向擺動

條子泥沙洲地處潮波輻聚區域，南北兩側潮溝尾部在此相互串通，受兩大潮波系統作用強弱交替變化影響，潮溝遷移擺動頻繁，影響入海河流排澇出口暢通。潮灘的物質組成以易沖易淤的粉沙為主，對潮動力變化過程敏感，沿岸潮波輻聚區域在大潮期間，順岸大型潮溝尾部經常橫向擺動，形成4m以上的側壁陡坡，年際擺動幅度可達2km 以上。黃河北歸后，南黃海旋轉潮波對輻射沙洲作用增強，漲潮流強大動力條件使得西洋水道主槽趨直、尾部東偏，沿岸淺灘區域潮溝向岸擺動。

2014年，外海深槽向岸擺動，在靠近三倉片墾區海堤位置停止發育，植物生長逐漸從潮溝兩側灘面向深槽發展，至2016年，原潮溝基本淤平成為平緩的高潮灘（圖3）。潮溝橫向擺動引起的岸灘演變過程，經常表現出沖淤交替特征，即當潮溝向岸擺動時，潮溝擺動方向的近岸側潮灘沖刷，近海側的淤積體則快速發展，填補潮溝擺動后留下的沖刷區域，而潮溝整體寬深比和橫斷面形態基本不變。由于潮溝橫向擺動的間歇性，在一個漲落潮周期內，潮盆系統達到新的均衡后灘面沖刷現象中止，并開始轉入淤積階段。2009—2018年此區域內的潮溝平均橫向擺動速率受潮波輻聚作用控制，基本隨著沿岸潮差的增大而加快（圖4）。

3.2 潮灘沙脊遷移

輻射沙洲南北兩翼的分水灘脊位置，代表了近岸南北潮流強弱對比的變化趨勢。1973年以來的遙感影像顯示，北部西洋水道分汊之一的西大港與南部條漁港尾部之間的二分水灘脊持續南移。在1973—2003年的30年間移動約2.7km。

隨著沿海區域各項圍墾工程的相繼實施，壓縮了灘面寬度，沿岸水道深槽進一步順直，北部潮波系統的漲潮動力增強。2003—2018年15年間，二分水進一步向南移動了6.9km。其中，2003年之前圍墾工程已經開始實施，二分水南移增速并不明顯，而2015—2018年圍墾工程實施結束后的3年間，二分水依然保持較快遷移速度，表現出對于圍墾工程的明顯滯后響應（表1）。2018年后，二分水位置接近實測最高潮位附近，南移速度減緩，近5年基本保持穩定（南北方向變化在1.5km 以內）。

3.3 排澇河口淤長

在潮汐漲落作用下，排澇河口兩側灘面發育有多級溝槽分叉，在漲潮過程中分散部分漲潮流，落潮時匯聚灘面歸槽水。二分水南移后，大量潮溝被截斷，這些歸槽水的減少也降低了落潮自然沖刷能力，加速河口淤積過程。原本向海突出、相對靠近深槽的排澇河口凹入岸內，一定范圍內水動力減弱，排澇河道由短引河、潮流型轉變為長引河、徑流型，水面比降減小，排澇效率降低。

以方塘河閘外海條魚港河道為例（圖5），隨著入?？谔幍挠俜e加重，潮溝退縮遠離，河道與潮溝的整體走向由近直交逐漸變為斜交，徑流控制的河道上段指向東北，潮落控制的河道下段指向東南方向，由此河道逐漸開始發育曲流至嚴重彎曲，導致閘下港道蜿蜒曲折入海路徑延長，徑流沖淤效果顯著降低。

根據1992—2022年遙感影像數據統計得到，隨著二分水灘脊南移逼近條魚港，方塘河排澇河口逐漸遠離外海深槽，排澇通道逐漸發育曲流;2018年之后，二分水灘脊南移至條魚港附近1～2km后，南移遷移速率放緩，排澇河口距外海深槽的距離為9～11km，排澇通道的彎曲程度（河道總長/首尾間直線距離）為1.3～1.4，都基本保持穩定（圖6）。

4 結論與展望

本文根據江蘇中部沿海潮灘演變發展過程分析得到，潮波輻聚區域潮溝橫向擺動呈現間歇性和沖淤交替特征，擺動速率與平均潮差呈正相關關系;潮灘二分水沙脊的遷移速度，表現出對于圍墾工程3～5年的滯后響應時間;而排澇河口距外海深槽的距離和排澇通道的彎曲程度，受到二分水灘脊遷移控制。2018年至今，方塘河排澇河口距離外海深槽條魚港的距離基本穩定在9～11km，排澇通道的彎曲程度在1.3～1.4。本文研究得到的潮波輻聚區域灘槽發展變化規律，可為沿海地區內澇外排河道出口的選擇提供思路。