雷州半島東部平直海灘地形動力狀態(tài)研究

朱士兵,李志強,張智在,趙 通

(廣東海洋大學工程學院，廣東 湛江 524088)

雷州半島東部平直海灘地形動力狀態(tài)研究

朱士兵,李志強,張智在,趙 通

(廣東海洋大學工程學院，廣東 湛江 524088)

以雷州半島東部的平直海灘為對象，通過對東海島、南三島、吳陽黃金海岸進行實地調(diào)查和剖面測量，及表層沉積物取樣，結(jié)合地形動力參數(shù)的計算，探討了調(diào)查區(qū)域海灘的地形動力狀態(tài)特征。結(jié)果表明該岸段海灘平緩，屬于沙壩消散型海灘，具有一定的抗風暴侵蝕能力，其中南三島消散性最強。海灘有較高裂流風險，在海灘旅游管理中要引起重視。

雷州半島；平直海灘；地形動力要素；海灘過程

海灘作為海岸帶中的一個重要地貌單元,是近岸波浪活動頻繁的地帶,也是研究海岸形成、發(fā)展和消亡的主要環(huán)節(jié)。國外學者很早就著手于海岸的地形動力分類、因素的研究，從波控、小潮、開闊海岸海灘狀態(tài)的研究開始，拓展到波控、不同潮差海岸海灘類型的研究，然后又拓展到岬間海岸海灘類型的研究。受地質(zhì)條件控制，我國海灘主要是岬間型海灘，特別是杭州灣以南的岸段，海岸曲折，基巖岬角與港灣相間，是世界上最典型的岬間海岸之一。由此，國內(nèi)對海灘過程的研究主要集中于岬間海灘，平直型海灘研究很少。雷州半島東部是典型的平直型海灘，也是我國此類海灘最長的岸段。開展對平直型海灘的研究，有助于增進對我國海灘的認識，對此類海灘的旅游開發(fā)和工程養(yǎng)護有重要的意義。本文將對湛江東部的典型平直海灘的地形動力特征進行探討。

1 研究區(qū)域概況

雷州半島位于中國大陸最南端，為全國三大半島之一。研究海灘位于雷州半島東部北部岸段，分別位于吳陽、南三島和東海島。該岸段面向南海開敞，是典型的平直海灘。

1.1 地質(zhì)地貌特征

研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上屬于瓊雷坳陷北部，沉積為第三紀以來的海相與陸相沉積，第四紀出露以沖洪積和玄武巖為主。岸灘沉積物多為砂、砂質(zhì)黏土和黏土質(zhì)粉砂等質(zhì)地疏松的陸源碎屑沉積物，屬于典型軟質(zhì)砂質(zhì)海岸。

研究區(qū)北起吳川市吳陽海灘，南至東海島，岸線長約60 km，岸線輪廓呈直線，海灘為北偏東20°。海灘平緩而寬闊，灘面有小洼地和淺溝。海灘后一般有沙丘，沙丘上有匍匐植物和草本植物帶，后側(cè)為木麻黃防護林，見圖1。

圖1 研究區(qū)域概圖及觀測剖面位置示意圖

冰后期以來，海平面大幅上升并伴隨著陸架泥沙向岸輸移，經(jīng)過上千年的波浪對地形的不斷改造，形成了目前的海岸形態(tài)。目前，海灘的海域供沙形式已經(jīng)停止，泥沙的來源主要為陸域河流輸沙。注入研究區(qū)域的河流主要是鑒江，該河長231 km，流域面積9464 km2，年入海徑流量49.6×108m3，多年平均含沙量0.38 kg/m3，每年入海沙量為1.97×106t。河流入海泥沙大部分沉降于河口口門處，在波浪作用下在沿岸岸灘重新分布。

1.2 水文情況

雷州半島東部海域潮汐類型為不規(guī)則半日潮，多年平均漲潮歷時約為6 h 30 min，多年平均落潮歷時約為5 h 45 min，平均高潮間隙為10～12 h。湛江——雷州半島東部沿海的不規(guī)則半日混合潮型，平均潮差在3.72～4.75 m 之間，最大潮差達6.10 m，是廣東省沿海潮差最大的區(qū)域。

根據(jù)硇洲島海洋站資料(表1)，總結(jié)得出雷州半島東部海域波浪以受季風和熱帶氣旋風場制約的風浪為主，多年平均波高為0.9 m，平均周期為3.1 s。

表1 硇洲島海洋站累年各月波浪統(tǒng)計情況

2 資料收集與處理

2.1 剖面的測量

在吳陽岸段、南三島和東海島分別設(shè)置2個、2個和3個觀測剖面。在2014年下半年分別觀測2～3次。由于3個島都存在度假村，為了避免人為因素的影響，每個剖面均避開了旅游區(qū)，在剖面后部埋設(shè)1個固定樁位，并以此樁為相對高程零點并選取固定的參照點以便下次測量的精確性，剖面測量時從樁位向水邊線引1條垂線，測量采用的儀器為南方測繪生產(chǎn)的NTS-352型全站儀，使用全站儀測定剖面上各點的相對高程和距樁位的距離。調(diào)查時段選擇在當日低潮時，并向海測量至涉水最深處。

2.2 沉積物取樣與處理

對沙灘進行分帶，分為潮上帶，中潮帶和低潮帶，在沙灘剖面上各帶均勻分布采集表層樣品，表層樣品取回后在實驗室中采用篩分法測定其粒度參數(shù)。對于采樣泥沙樣品分析采用烏頓-溫德華氏粒級標準，將溫氏粒徑轉(zhuǎn)化為Φ值分類法后進行圖解表示，統(tǒng)計和地質(zhì)解釋，其中直徑D與Φ值的關(guān)系為：

Φ=-log2D

(1)

粒度參數(shù)計算按照國家海洋局908專項辦公室編寫的《海洋地質(zhì)調(diào)查技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，采用矩法計算。

3 結(jié)果與分析

3.1 海灘剖面

各海灘剖面測量結(jié)果見圖2。由圖2可以看到，觀測期間東海島和吳陽黃金海岸的變化顯著。其中吳陽黃金海岸岸段表現(xiàn)出沙壩在灘面上的遷移過程。東海島表現(xiàn)出海灘的整體侵蝕后退特征；南三島的海灘變化較小，以小的振動變化為主，具體體現(xiàn)為平緩的沙壩在海灘上遷移。整體來看，三個海灘的坡度均不大，一般小于0.04。

圖2 實測海灘剖面圖

3.2 泥沙粒度分析

泥沙的粒度參數(shù)是反應(yīng)海岸動力環(huán)境的主要參數(shù)。表2是各剖面不同位置泥沙樣品的粒度參數(shù)。平均粒徑是沉積物粗細組合的直觀反映，并能在一定程度上指示出沉積物搬運的平均動力大小。從計算的結(jié)果看，調(diào)查區(qū)泥沙的平均粒徑基本處于0.125～0.25mm之間，屬于細砂，也存在個別平均粒徑屬于0.25～0.5mm中砂的范圍內(nèi)。分選系數(shù)主要反應(yīng)顆粒大小的均勻性，如果主要粒徑很突出，分選系數(shù)的值就小，分選性就好。一般認為[1]分選系數(shù)小于0.35為分選性很好，0.35～0.5為分選性好，0.5～1.0為分選性中等，1.0～2.0為分選性差，2.0～4.0為分選性很差，大于4.0為分選性極差。三個海灘表層泥沙以細砂、中砂為主，沉積物分選系數(shù)均小于0.35，說明分選性很好。潮上帶的分選性好于低潮帶。此外，沉積物中砂的百分含量和中值粒徑自陸向海逐漸減小，而極細砂的百分含量則逐漸增加。

表2 泥沙粒度參數(shù)計算結(jié)果

3.3 海灘地形動力狀態(tài)分析

Wright和Short于1984年提出通過無量綱沉降速率(Ω)來劃分小潮海灘的類型[2]：

Ω=Hb/TWs

(2)

式中：Hb是破波波高，m；Ws是泥沙沉降速率，m/s；T是波浪周期，s。

無量綱沉降速率(Ω)將海灘狀態(tài)分成為3種基本類型：Ω>6時，為消散型。Ω介于1～6之間時為過渡性型其中又可以分成低潮臺地、橫向沙壩和裂流、韻律沙壩和海灘、沿岸沙壩槽谷4個狀態(tài)，但需要研究者通過現(xiàn)場觀測進行主觀判斷。Ω<1時，海灘為反射型。由于沒有考慮到潮差的影響，導(dǎo)致Wright和Short模型受到了很大的限制。

1993年Masselink和Short在上述模型的基礎(chǔ)上提出相對潮差模型[3]。

RTR=TR/Hb，

(3)

式中：RTR為相對潮差，m；TR為大潮平均潮差,m；Hb為破波波高,m;使用參數(shù)RTR和Ω組合，將海灘劃分為4組8類。

(1)反射組(Ω<2)。當RTR<3時為完全反射型海灘(R類)。當3≤RTR≤7時為有裂流的低潮臺地海灘(LTTR類)，該類海灘有陡的、高潮反射性海灘，而在低潮位附近形成相對平坦的臺地，并伴有裂流。當RTR>7時為沒有裂流的低潮臺地海灘(LTT類)，該類海灘顯著的特征具有均勻的、無變化的低潮臺地，沒有裂流。

(2)中間狀態(tài)組(2≤Ω≤5)。當RTR<3時為沙壩海灘(B類)，該類海灘沙壩地形可由橫向沙壩和裂流交替組成，可能出現(xiàn)韻律形態(tài)沙壩或線狀沙壩，有裂流。當3≤RTR≤7時為低潮沙壩/裂流海灘(LTBR類)，可能會有沖流沙壩及低潮位附近的沙壩和裂流地形。

(3)消散組(Ω>5)。當RTR<3時，為沙壩消散型海灘(BD類)，剖面特征是具有水下沿岸沙壩-槽谷地形。當RTR>3 時為沒有沙壩的消散海灘(NBD類)。該類海灘更加消散，更平緩，沒有沙壩。

(4)超消散海灘。當Ω>2且RTR>7時為超消散海灘(UD類)，海灘通常平緩、無變化，且潮間帶較寬。中間狀態(tài)Ω值(2～5)的超消散海灘，高潮碎波帶環(huán)境可能是中間狀態(tài)到反射型，而在Ω>5 的超消散海灘上，整個潮汐周期內(nèi)，碎波帶環(huán)境都是消散的。

為計算上述參數(shù)，破波高采用Komar和Gaughan提出的公式計算[4]：

Hb=0.39g1/5(TH∞2)2/5

(4)

泥沙沉降速率按Ferguson和Church提出的公式計算[5]：

ω=(RgD2)/[C1v+(0.75C2RgD3)0.5]

(5)

式中：ω為泥沙沉降速率,m/s；R為沉積物水下比重，按石英取為1.65；g=9.8 m/s2為重力加速度；D為泥沙中值粒徑,mm；C1、C2為常數(shù)，F(xiàn)erguson和Church建議C1=18、C2=1；v為運動粘滯系數(shù)，v=1.0×10-6kg/(m·s)(水溫20 ℃)。

通過計算，得出東海島、吳陽黃金海岸、南三島的海灘類型分類結(jié)果如表3。

表3 調(diào)查區(qū)海灘類型分析結(jié)果

從計算結(jié)果來看，調(diào)查區(qū)的海灘類型均為沙壩消散型。沉降參數(shù)Ω以吳陽海灘最小，其次是東海島，最大的是南三島。這表明南三島的消散性要大于東海島和吳陽海灘。其中吳陽海灘放射性最強。從觀測得到的海灘剖面形態(tài)上比較好的反應(yīng)了這一點。吳陽黃金海岸海灘存在較大的水下沙壩，并在觀測期間在灘面上發(fā)生顯著的遷移運動。南三島海灘更偏向消散性海灘狀態(tài)，所以海灘剖面變化較小，沙壩雖然有發(fā)育，但規(guī)模和運動性不如吳陽黃金海灘和東海島海灘。根據(jù)戚洪帥等對華南砂質(zhì)海灘的研究表明，消散型海灘對風暴作用反應(yīng)遲鈍，有很強的抗風暴作用和很強的自我防護能力[6]。其主要機理是外海入射波能在平緩寬闊的岸灘上被底摩擦和破碎等作用逐漸耗損，有助于海灘維持在一個較穩(wěn)定的狀態(tài)?，F(xiàn)場觀測結(jié)果也表明雷州半島東側(cè)岸灘寬闊平緩，碎波帶寬闊，能量在寬闊的碎波帶發(fā)生大量的耗損。李志強等[7]對南三島兩年多的監(jiān)測則表明該岸段略有侵蝕，基本處于動態(tài)平衡中。這都表明消散型海灘狀態(tài)具有一定的抗風暴侵蝕能力。

沙壩消散型海灘具有寬闊的沖流帶和寬闊的破碎帶，包括2個(涌浪海岸)到5個(風浪海岸)平緩的與海岸平行的沙壩和槽谷。驅(qū)動它們的水動力是崩破波，崩破波越過較寬的碎波帶消散能量，并向長重力波頻帶轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)為岸線處的波浪增水和減水。根據(jù)李志強的研究[8]，此類海灘具有較高的可能性形成裂流，對于海岸游泳者是一個潛在的危險。東海島和南三島作為湛江主要的旅游海灘，在海灘旅游開發(fā)中應(yīng)做好海灘浴場的規(guī)劃布置和管理工作，警惕溺水事故的發(fā)生。

4 結(jié) 論

通過對調(diào)查區(qū)實地調(diào)查和表層泥沙分析，計算研究區(qū)無量綱沉降速率、相對潮差，探討了雷州半島東側(cè)平直海灘的地形動力特征。結(jié)果表明，本岸段海灘屬于消散型平直海灘，海灘的主要特征是坡度平緩，海灘寬度較大，具有一定的抵抗風暴侵蝕能力，但同時具有較高的發(fā)生裂流風險可能性，在海灘開發(fā)管理中應(yīng)該引起重視。

[1] 任明達,王乃梁.現(xiàn)代沉積環(huán)境概論[M].北京：科學出版社,1981.

[2] WRIGHT LD，SHORT AD．Morphodynamic variability of surf zones and beaches：a synthesis[J]．Marine Geology，1984，56(S，1/4)：93-118．

[3] Masselink G，Short A D.The effect of tide range on beach morphodynamics and morphology，a conceptual beach model[J]．Journal of Coastal Research,1993,9(3):785-800．

[4] Komar P,Gaughan M K.Airy wave theory and breaker height prediction[J].American Society of Civil Engineers,1972,1(13):405-418.

[5] Ferguson R I,Church M.A simple universal equation for grain settling velocity[J].Journal of Sedimentary Geology，2004,74(6):933-937.

[6] 戚洪帥，蔡鋒，雷剛，等．華南海灘風暴響應(yīng)特征研究[J]．自然科學進展，2009(9):975-985.

[7] 李志強,劉長華,杜健航,等.基于CEOF的湛江南三島海灘剖面季節(jié)變化特征研究[J].海洋工程,2012(2)：79-86.

[8] 李志強.基于地形動力學的華南海灘裂流風險研究[J].熱帶海洋學報,2015(1)：8-14.

Morphodynamic states of the straight beach along eastern Leizhou peninsula

ZHU Shibing，LI Zhiqiang，ZHANG Zhizai，ZHAO Tong

(OceanEngineeringDepartmentofGuangdongOceanUniversity,Zhanjiang524088,China)

Based on field survey, profile measuring, surface sediment sampling, calculating the morphodynamic parameters, the straight beach states of the eastern Leizhou peninsula was studied in this paper. The results showed that these beaches had gentle and wide beach face, and belonged to beaches.Sand beach dam belonged to barred dissipate beaches. These have certain anti-erosion ability to the storm. All of the beaches have a high risk of rip current occurrence which should be focused on in the beach tourism management.

Leizhou peninsula; straight beach; morphodynamic; beach process

廣東海洋大學大學生創(chuàng)新課題資助項目

朱士兵(1992-)，男，本科生，港口航道與海岸工程專業(yè)。E-mail:26585759@qq.com

李志強(1974-)，男，副教授，主要從事海岸動力方向研究。E-mail:qiangzl1974@163.com

P737.1

A

2096-0506(2015)06-0024-05