黃驊岸段人工開發(fā)對(duì)岸灘演變的影響研究

徐　棟，楊　敏，胡　斌，王曉丹

(國(guó)家海洋局 北海海洋技術(shù)保障中心，山東 青島 266033)

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黃驊岸段人工開發(fā)對(duì)岸灘演變的影響研究

徐棟，楊敏，胡斌，王曉丹

(國(guó)家海洋局 北海海洋技術(shù)保障中心，山東 青島 266033)

研究區(qū)域黃驊岸段內(nèi)油氣資源豐富，其人類活動(dòng)也日益頻繁。人工開發(fā)改變了該岸段的水動(dòng)力環(huán)境，進(jìn)而對(duì)岸灘的沖淤演變?cè)斐梢欢ǖ挠绊?。本文先后?duì)該區(qū)域的斷面測(cè)量、粒度測(cè)試以及放射性測(cè)年等結(jié)果進(jìn)行分析，討論了黃驊岸段在進(jìn)海路修建的影響下產(chǎn)生的岸灘沖淤演變的原因和規(guī)律，認(rèn)為其岸灘整體處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)或略沖刷狀態(tài)，沿海圍墾、筑堤造壩等岸邊人工設(shè)施的修建是改變岸線的主要營(yíng)力與原因。本文取得的成果為進(jìn)一步研究該區(qū)域泥沙沖淤與岸灘演變問(wèn)題提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和分析參考,對(duì)研究渤海西海岸乃至整個(gè)中國(guó)海岸的岸灘演變都有一定的啟示和借鑒作用。

黃驊岸段；底質(zhì)分布；沉積物測(cè)年；泥沙沖淤

中國(guó)渤海灣西海岸為典型的淤泥質(zhì)海岸帶。其長(zhǎng)期經(jīng)受河水和海水動(dòng)力的共同影響，承受著波浪、潮流、潮汐等要素以及溫度、氣候等眾多復(fù)雜環(huán)境因素的作用[1]，逐漸演變?yōu)槊舾写嗳醯暮Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境；此外，近些年頻繁過(guò)度的海洋開發(fā)活動(dòng)也對(duì)其海岸帶自然環(huán)境造成連帶的影響。比如大規(guī)模的潮間帶養(yǎng)殖、江河入?？诘慕ㄩl改道，均導(dǎo)致泥沙大量運(yùn)移，改變沿岸水動(dòng)力環(huán)境，進(jìn)而導(dǎo)致黃驊及天津等沿海港口發(fā)生堵塞及淤積[2-3]。

河北黃驊岸段，是在舊黃河口廢棄之后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期侵蝕和破壞形成的。隨著黃驊岸段進(jìn)一步的人工開發(fā)，人工地貌會(huì)對(duì)該區(qū)域的海岸線以及潮間帶造成更大的影響[4]。因此，研究該區(qū)域的人工開發(fā)對(duì)其海岸類型和岸灘演變趨勢(shì)的影響就尤為重要。

本文調(diào)查區(qū)域是河北黃驊岸段，以大港油田沿潮間帶修建的3條進(jìn)海路作為研究重點(diǎn)。岸灘陸域?qū)偌綎|濱海平原，地勢(shì)平坦廣闊，屬我國(guó)典型的淤泥質(zhì)海岸，對(duì)于整個(gè)渤海西海岸具有代表性。本文將重點(diǎn)研究其岸灘的底質(zhì)分布與沉積年代情況，已有多位專家學(xué)者針對(duì)黃驊岸段及渤海灣西岸的地質(zhì)狀況從多個(gè)方面展開了研究，在針對(duì)渤海灣北部及西南部潮間淺灘的基本特征及其演變規(guī)律[5-6]，渤海灣黃驊沿海貝殼堤與海平面的變化[7]，渤海灣泥質(zhì)海岸近現(xiàn)代地質(zhì)環(huán)境的變化[8]以及渤海灣西岸灘海地區(qū)沉積相特征及其物理力學(xué)性質(zhì)[9]等方面取得了重要的研究成果。

綜上所述，針對(duì)黃驊岸段展開詳細(xì)的底質(zhì)調(diào)查及沉積物測(cè)年試驗(yàn)，對(duì)研究進(jìn)海路對(duì)黃驊岸段岸灘變化影響的范圍和程度均有重要意義。本文將對(duì)該區(qū)域的底質(zhì)取樣、柱狀測(cè)年和斷面高程測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)合該區(qū)域同期海流觀測(cè)、水深地形測(cè)量、岸灘地貌調(diào)查結(jié)果加以研究，最終得出全面概括黃驊岸段底質(zhì)分布與沉積年代特征的綜合性結(jié)論。

1　調(diào)查區(qū)域以及實(shí)驗(yàn)方法

由于沿馮家堡河—張巨河一線向東推移，經(jīng)度相差10′。因此，調(diào)查區(qū)域范圍緯度38°18′～38°35′N，經(jīng)度為北部117°35′～117°50′E，南部117°45′～117°55′E(圖1)。研究海區(qū)內(nèi)的海岸灘面的中高潮灘上，自北向南從岸線修建了800 m的張東海堤、1 400 m的莊海2×1進(jìn)海路、2 400 m的莊海4×1進(jìn)海路，其中莊海2×1進(jìn)海路與岸線有約20°的交角偏向南延伸入海，其他的2條進(jìn)海路均垂直于海岸延伸。

1)斷面測(cè)量

垂直三條進(jìn)海路布設(shè)8條斷面，沿?cái)嗝孢M(jìn)行高程測(cè)量。每一條斷面長(zhǎng)2 km，斷面間距1 km。通過(guò)斷面測(cè)量，研究進(jìn)海路修建后其兩側(cè)灘面淤積的差異性。

2)表層沉積物取樣

在調(diào)查區(qū)布設(shè)16個(gè)表層沉積物取樣站，采用激光粒度儀進(jìn)行沉積物粒度分析。通過(guò)對(duì)表層沉積物的粒度分析，研究灘涂的沉積特征及沉積過(guò)程。

3)柱狀取樣

在研究區(qū)域內(nèi)分別在斷面測(cè)量的中點(diǎn)進(jìn)行柱狀取樣，共8個(gè)站，取樣深度位70 cm，采用同位素210Pb測(cè)年法，可以測(cè)定100 a內(nèi)淺層沉積物的沉積年代。通過(guò)對(duì)柱狀樣不同深度的樣品進(jìn)行測(cè)年，研究該地區(qū)的沉積速率變化，從而為該地區(qū)岸灘的演變提供客觀的數(shù)據(jù)。

2　調(diào)查與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1斷面測(cè)量結(jié)果

莊海4×1進(jìn)海路與張東海堤走向一致，均垂直于岸線，由于竣工時(shí)間較短，南北兩側(cè)潮灘淤積不明顯。進(jìn)海路堤根兩側(cè)潮灘低于遠(yuǎn)堤，表征順堤流沖刷；莊海2×1進(jìn)海路與海岸垂線夾角約20°，南北兩側(cè)潮灘北低南高現(xiàn)象較為明顯，尤其是岸段兩側(cè)有約1 m高度差。

莊海4×1進(jìn)海路低潮部分干出，原因是進(jìn)海段較長(zhǎng)，張東海堤、莊海2×1兩側(cè)低潮灘涂全部干出，以上工程兩側(cè)潮灘總體地勢(shì)平坦。圖2～圖4為進(jìn)海路兩側(cè)和張東海堤的岸灘高程剖面圖[10]。

圖3　莊海2×1進(jìn)海路南北岸灘高程剖面Fig.3　South and north beach elevation profile of the Zhuanghai 2×1 sea access road

圖4　莊海4×1進(jìn)海路南北岸灘高程剖面Fig.4　South and north beach elevation profile of the Zhuanghai 4×1 sea access road

2.2底質(zhì)分布結(jié)果

根據(jù)調(diào)查區(qū)域20個(gè)取樣分析結(jié)果，本區(qū)域內(nèi)的沉積類型可分為淤泥質(zhì)粉砂與淤泥質(zhì)土，底質(zhì)類型分布及中值粒徑分布見圖5，粒度分析結(jié)果見表1。

調(diào)查結(jié)果表明，淤泥質(zhì)粉砂分布在調(diào)查海區(qū)5 m等深線附近及近岸河口，其中值粒徑Md(φ)為6.35～8.52，分選系數(shù)QD(φ)為0.57～0.72，絕大部分分選良好。偏態(tài)Sk(φ)為0.07～0.08，屬于近對(duì)稱；其余區(qū)域?yàn)橛倌噘|(zhì)土，其中值粒徑介于0.025～0.039 mm，中值粒徑Md(φ)為8.0～8.52，分選系數(shù)QD(φ)為0.45～0.71，分選較好。偏態(tài)Sk(φ)為0.05～0.10，屬于正偏態(tài)[10]。

由表1可知，1)沉積物中值粒徑Md(φ)與區(qū)域水深呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；在南部水動(dòng)力環(huán)境較弱處Md(φ)的值較低，其值均在8以下，6.33為極小值。2)本調(diào)查區(qū)域分選良好，四分位離差QD(φ)值為0.82，15號(hào)站位位于0 m等深線附近，分選情況中等。3)本區(qū)域內(nèi)沉積物的Sk(φ)多數(shù)呈現(xiàn)近似對(duì)稱或正偏。粉砂質(zhì)黏土近似于正偏態(tài)，粉砂質(zhì)粉土有近似對(duì)稱性，15號(hào)站位出現(xiàn)四分位偏態(tài)Sk(φ)極高值，為0.10。

圖5　底質(zhì)類型分布、中值粒徑(mm)分布圖Fig.5　Distribution map of sediment type and median diameter(mm)

站 位粒度參數(shù)D50/10-3mmMd(?)QD(?)Sk(?)B13.308.240.590.07B24.427.800.570.07B33.408.200.670.08B44.407.950.700.08B53.478.170.640.07B63.238.270.700.08B73.658.100.610.07B83.288.250.670.08B93.928.000.610.07B104.437.820.720.08B113.368.220.710.08B123.438.190.610.07B133.788.050.620.07B142.928.420.600.07B155.997.380.790.10B162.728.460.450.05B173.358.220.600.07B182.838.460.500.06B197.606.350.570.06B203.408.200.620.07

注：Md(φ),QD(φ),Sk(φ)按烏頓-溫德氏所提出的粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)顆粒直徑經(jīng)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換所得φ值計(jì)算得出

2.3沉積物年齡測(cè)量結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中226Ra和210Pb的測(cè)量均采用放射化學(xué)法。226Ra放射化學(xué)分析方法中，閃爍瓶法測(cè)量誤差不能達(dá)到測(cè)量精度的要求，原因是沉積物中226Ra含量低且樣品量少，所以在實(shí)驗(yàn)中采用硫酸鋇鐳共法沉淀-α計(jì)數(shù)法測(cè)量[10]。

同位素210Pb測(cè)年法，是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種測(cè)年方法，可以測(cè)定100 a內(nèi)淺層沉積物的沉積年代。目前，這一方法已被廣泛用于湖泊、港灣和大陸架等不同沉積環(huán)境的泥沙沉積速率的研究，大量實(shí)際應(yīng)用表明，210Pb法與紋泥法、孢粉法和其他放射性同位素年代學(xué)方法一樣，是一種可靠的測(cè)年方法。

226Ra的結(jié)果由實(shí)際測(cè)量得到，計(jì)算其平均值并代入恒定通量模型，接著以曲線擬合的方法給出平均沉積速率，由此計(jì)算各層沉積年齡，最終計(jì)算結(jié)果以各層活度相同為前提，并忽略沉積物自身的壓實(shí)效應(yīng)[10]。

由于本次實(shí)驗(yàn)具有較大的數(shù)據(jù)量，本文僅選擇柱狀樣Z1,Z3和Z7的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。

1)Z1柱樣

經(jīng)測(cè)量，該柱226Ra平均值為0.040 1 Bq/g。

取210Pb 位于10，20，25，35，40，45，50 cm采樣點(diǎn)進(jìn)行擬合，見圖6。

圖6　Z1曲線擬合圖Fig.6　Curve fitting graph of Z1

通過(guò)樣品取樣深度與測(cè)試樣品210Pb定年的擬和，得出平均沉積速率，由此可計(jì)算出各層沉積年齡。由圖6可以看出，Z1柱的沉積速率為0.270 cm/a，按此值計(jì)算的沉積年齡見表2。

表2　Z1，Z3，Z7柱沉積年齡(a)

注：“-”表示無(wú)數(shù)據(jù)

理論上100 a內(nèi)的沉積物年齡才能由210Pb測(cè)年法確定，以各層沉積速率大致相等為前提，才能推出表2中25 cm以下各層年齡。這一方面是由于恒定比活度模式要求比較苛刻，實(shí)際采集地沉積物的沉積環(huán)境很難滿足，采用恒比活度計(jì)算結(jié)果僅供參考；另一方面通過(guò)綜合分析測(cè)年數(shù)據(jù)可以看出，由于受泥沙沖淤作用緩慢、周邊海流較為恒定等因素影響，各柱采樣點(diǎn)的外部環(huán)境比較穩(wěn)定，整體研究區(qū)域沉積均勻，可以假設(shè)各層沉積速率大致相當(dāng)。

2)Z3柱樣

經(jīng)測(cè)量，該柱226Ra平均值0.038 2 Bq/g。

取210Pb 位于5，10，15，20，25，35，40，45 cm的采樣點(diǎn)進(jìn)行擬合，得圖7。

圖7　Z3曲線擬合圖Fig.7　Curve fitting graph of Z3

Z3柱的沉積速率為0.316 cm/a，按此值計(jì)算的沉積年齡見表2。

同理，以各層沉積速率大致相等為前提，外推得出30 cm以下各層年齡。

3)Z7柱樣

經(jīng)測(cè)量，該柱226Ra平均值0.038 2 Bq/g。

取210Pb 位于10，15，20，25，30，35 cm的采樣點(diǎn)進(jìn)行擬合，得圖8。

圖8　Z7曲線擬合圖Fig.8　Curve fitting graph of Z7

由圖8可以看出，Z7柱的沉積速率為0.652 cm/a，按此值計(jì)算的沉積年齡見表2。

本次柱狀樣品以5 cm分隔，不同于以往對(duì)2 cm分隔樣品的分析，各柱過(guò)剩210Pb從表層開始均有較為明顯的變化，體現(xiàn)出5 cm的深度為生物體或海水沖刷擾動(dòng)的最大影響范圍。據(jù)此可推測(cè)得出各柱采樣點(diǎn)良好的沉積環(huán)境[10]。

3　數(shù)據(jù)分析

基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、資料分析，本文利用海底泥沙底質(zhì)分析、地形實(shí)測(cè)比對(duì)、沉積物測(cè)年等方法，對(duì)黃驊岸段的底質(zhì)分布與沉積年代進(jìn)行了綜合分析：

1)自張東海堤到馮家堡岸線外直至-5 m水深的海底表層取樣測(cè)試可知，表層泥沙的80%中值粒徑為0.002 8～0.004 4 mm，有2個(gè)站位泥沙粒徑稍粗，中值粒徑達(dá)0.006～0.007 6 mm，分析認(rèn)為是黃驊港拋泥所致。所以本區(qū)底質(zhì)主要以黏土為主，屬淤泥質(zhì)海岸。

2)從調(diào)查區(qū)域的底質(zhì)樣品粒度測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，海區(qū)在-5 m等深線以淺泥沙分布粒徑均勻，不存在差異侵蝕或者淤積問(wèn)題。在中高潮灘上的表層泥沙粒度也是從北向南基本一致，這反映出3條進(jìn)海路總體上并未對(duì)泥沙在沿岸線的分布上產(chǎn)生影響，亦即在中高潮灘上的進(jìn)海路修建實(shí)際未對(duì)總體岸線的沖淤發(fā)生影響。

3)受南排河輸沙情況影響，莊海4×1進(jìn)海路南側(cè)較北側(cè)利于沉積，河口附近沉積速率較高。各柱采樣點(diǎn)沉積環(huán)境受擾動(dòng)情況很小，整體研究區(qū)較為穩(wěn)定。

4)在過(guò)去15～20 a海岸沉積演變的過(guò)程中，研究區(qū)域內(nèi)的海床厚度僅有5 cm的增加，說(shuō)明該區(qū)域水動(dòng)力環(huán)境較弱，沉積速率較低(本次未考慮歷史時(shí)期因素)。另外堤壩的修建促成了上游沖刷、下游淤積的淤泥質(zhì)海岸形態(tài)[10]。

4　結(jié)　論

本文對(duì)在進(jìn)海路(針對(duì)張東海堤、莊海2×1進(jìn)海路、莊海4×1進(jìn)海路)的影響下，黃驊岸段岸灘沖淤演變進(jìn)行了綜合分析，得出結(jié)論如下：

1)在研究區(qū)表層以下65 cm以上，泥沙沉積歷史在206 a歷史以內(nèi)，全區(qū)處于海岸比較穩(wěn)定的環(huán)境，沉積速率較低，基本為0.264～0.316 cm/a，而南排河口附近為較高沉積速率區(qū)，沉積速率為0.652 cm/a。

2)在淤泥質(zhì)海岸，波浪掀沙，潮流輸沙為泥沙沖淤演變的基本特征。但是在本區(qū)波浪作用主要垂直于海岸線，在中高潮灘位置不會(huì)產(chǎn)生大的沿岸流，導(dǎo)致沿岸流運(yùn)移泥沙量很少，加上潮流的主要流向垂直于岸線，并且余流極小，所以波浪潮流對(duì)本區(qū)泥沙搬運(yùn)凈輸移貢獻(xiàn)較弱，使研究區(qū)岸段泥沙基本沒(méi)有重新的沉積分配，不會(huì)造成長(zhǎng)時(shí)間尺度的岸線變化。沿海圍墾、筑堤造壩等岸邊人工設(shè)施的修建是改變岸線的主要營(yíng)力與原因。

3)研究岸灘整體上處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)或略沖刷狀態(tài)，由于順岸筑堤造壩與沿海圍墾等設(shè)施的影響，造成人工岸線逐漸向海側(cè)推移，導(dǎo)致灘面高程略有缺失。結(jié)合泥沙運(yùn)移規(guī)律和實(shí)測(cè)水深地形資料，該岸段的進(jìn)海路修建對(duì)其南部岸線起到一定的保護(hù)作用。

由于本文采用分析方法均為常規(guī)方法，數(shù)據(jù)量相對(duì)局限，因此僅對(duì)黃驊岸段的3條近海路周邊區(qū)域沉積分布進(jìn)行分析討論。但本文的調(diào)查數(shù)據(jù)可為進(jìn)一步研究該區(qū)域泥沙沖淤與岸灘演變問(wèn)題提供基礎(chǔ)依據(jù)和研究參考。

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Influence of Artificial Development on Beach Evolution in the Huanghua Coastal Zone

XU Dong，YANG Min，HU Bin，WANG Xiao-dan

(NorthChinaSeaMarineTechnicalSupportCenter，SOA，Qingdao 266033，China)

The oil and gas resources are abundant in the Huanghua coastal zone and the human activities are also increasingly frequent. Artificial development has changed the hydrodynamic environment of the study area, and then impacted the scouring and silting evolution of the coastal beach. In this paper, the results from section measurement, particle size measurement and radiometric dating carried out in the study area are analyzed and the reasons and rules of the scouring and silting evolution of the beach under the influence of seaward road construction are discussed. It could be considered that the beach in the study area is, as a whole, in a dynamic equilibrium state or a slightly scouring state, and that the constructions of artificial facilities on the shore, such as coastal reclamation, building dams and so on, are the main forces and reasons for the coastline changes. The results of the study not only provide basic data and

for the further researches on the sediment scouring and silting and the beach evolution in the study area, but also have certain enlightenment and reference for the studies of beach evolution in the western coastal zone of the Bohai Sea and even in the whole coastal areas of China.

Huanghua coastal zone； bottom sediment distribution； dating of sediment； sediment scouring and silting

1002-3682(2016)03-0043-09

2015-10-26資助項(xiàng)目：國(guó)家海洋局北海分局海洋科技項(xiàng)目——海岸類型及其岸灘演變研究——以渤海灣西海岸黃驊岸段為例(2009B12)作者簡(jiǎn)介：徐棟 (1987-)，男，助理工程師，碩士，主要從事物理海洋與海洋地質(zhì)方面研究.E-mail：jl6461@aliyun.com(王燕編輯)

P737

Adoi:10.3969/j.issn.1002-3682.2016.03.005