华南沙质海滩动力地貌过程

摘要

华南沿海岸线曲折漫长，港湾连绵，其中沙质海岸长达数千公里。由于地处亚热带、热带海洋性季风气候，无冬季，春秋季达6个多月，气温变化小，温湿宜人，许多滨海沙滩即是旅游胜地，乃人们海浴、沙浴和日光浴等休闲娱乐最佳去处。然而，目前这些旅游资源破坏相当严重，其中有自然因素破坏，如风暴潮造成滩面侵蚀，但更多的是对沙滩沙体运移规律认识不足，人为直接或间接造成沙滩侵蚀，沙滩动态平衡迁移瓦解的现象相当严重。本文从不同的角度用不同的方法较全面地研究了华南沙质海滩动力过程，目的是为华南沙质海滩的保护、可持续开发利用提供理论依据。 论文主要从地质构造对华南沙质海滩形态的影响、正常的波浪潮汐等动力条件下华南沙滩形态和沉积物特性的演变、华南沙滩对台风暴浪的响应机制和台风暴浪后海滩重塑过程、华南沙质海滩侵蚀问题及防护措施以及沙质海滩的工程灾害等方面入手，探讨了华南沙质海滩的动力地貌过程。论文的设计由以下几部分构成：(1)华南沙质海滩动力地貌：分别于2002年冬季和2003夏季对华南沙质海滩作冬夏两次野外调查，其中重复调查海滩7个，研究中引入浪潮指数，力图定量探讨华南沙质海滩的动力地貌过程。(2)海滩对台风响应特征：通过1999年10月在厦门分别对9914号台风前后厦门东部沙质海滩的12不同走向的断面进行重复测量结果，研究不同走向的海滩剖面对同一台风暴浪的响应特征；继而2003年7月于广东水东港和珠海两地观察台风对登陆点两侧海滩影响的差异程度，以进一步论证这种差异的存在。(3)海滩沿岸工程建设引起的灾害问题研究：湄洲岛3000吨对台码头建设在湄洲岛西南的沙嘴上，建后淤积严重，基本报废。通过收集1996年8月至1998年12月福建湄洲岛对台码头引桥桥桩的淤积情况，同时于2001年7-8月分别对其进行波浪、测流等观测、沿岸输沙观测、海滩及海底沉积物调查和2001年7月至2002年7月全年四季码头区沿岸、海域水下地形重复测量，分析湄洲岛对台贸易码头的淤积原因。(4)台风暴浪过后海滩自然重塑过程：收集分析厦门岛东部海滩5个断面4年来，剖面形态的变化，利用线性回归分析方法，定量研究海滩的自然塑造过程，尤其是9914号台风后海滩的自然重塑研究。(5)海滩自然侵蚀防护研究：在2000年5月-6月对闽粤交界的大埕湾海滩进行全湾的实地调查，综合收集历史资料，对其侵蚀状况进行分析，借助Silvester(1984)岬湾海岸的模型，提出防护措施。 上述研究是建立在大量的野外调查和室内资料的收集整理、计算分析基础上的，文章得出如下的研究结论： (1)华南沙滩的地貌形态受控于海岸的地理位置、构造背景、岸线走向，海洋动力条件及沙源供给等多种沉积环境因素的影响。区域地质历史过程中发生的构造运动和海平面变化为大尺度的沙质海岸地貌的发育奠定了基础，而冰后期海面相对稳定后，在现代海岸动力条件下发生的滨海输沙中沙滩沉积物补给、迁移和堆积等作用所进行的冲淤调整则对其滩面状态起着决定性的影响，其中，浪潮指数K值是反映这种变化的重要指标。华南沿海沙质海滩的K值一般大于1，多数沙滩滩面坡度较大，以浪控地貌为主。K值大小与沙滩季节性形变程度呈正相关关系。滩面沉积物粒径大小除与K值大小密切相关外，季节性的风浪变更，以及不同岸线的地理分布都会在较小程度影响沉积物粒径。华南沿海沙质海滩滩面的砂的平均粒径为0.22～0.80mm，泥沙的起动速度介于30-40cm/s，滩面粒径分布范围则是影响内沙坝形成的重要因素。滩面为细砂时，泥沙容易起动，受台风暴浪的侵蚀，被带到近岸，因而发育内沙坝。滩面粒径越粗，内沙坝的形成就越困难。缺少内沙坝的海滩外海入射波穿越近岸带保持较高的能量直到它们到达海滨破碎为止。因此，滩面粒径越大，后滨的高度就越大；滩面粒径越小，后滨的高度就越小。 (2)通过对厦门岛不同方向的沙质海滩对9914号台风响应的研究，表明不同走向的沙质海滩对同一台风台风的响应有着明显不同的特征，与台风中心路径走向垂直海滩如厦门岛的东海岸的横向冲淤变形最为强烈，其后滨正常滩肩外缘最大蚀退达25m；前滨滩面呈上冲下淤，上段和滩肩的单宽冲蚀量可达30m3/m；下段单宽淤积量达17m3/m；剖面类型由滩肩式断面向沙坝式断面转变。显示出台风大浪波动力和潮位暴涨的双重作用。而在厦门岛的南岸海滩，剖面类型基本保持原状或略显沙坝式断面雏形。如厦门大学沙滩剖面，后滨和滩面上段合计单宽冲蚀量为7m3/m，滩面下段单宽淤积量约为2m3/m。在台风袭击的47h内，各岸段的沿岸净输沙量都较为可观，达0.1～0.4万m3范围，其净输沙率是正常波况下的几十至上百倍。鉴于台风主要以偏东方向入侵厦门岛，沿岸净输沙能力以岛北岸的岸段为最高，东岸的岸段较低，南岸岸段居中。 (3)通过对0307号台风“伊布都”袭击广东沿海滨岸海滩进行调查研究，结果表明，海滩总体上都遭受侵蚀破坏。但台风中心在登陆前几个时段，气旋前进方向左右两侧近海的台风过程(风速与风向变动)所造成的台风浪波况分布状态及风暴增水的不同，海滩的风暴效应也有较大差异：处在气旋前进方向右侧的高栏岛飞沙湾海滩的地形变化明显大于处在左侧的水东港下大海海滩，变化形式也有所差别。前者海滩地形变化呈现为：后滨滩肩(沙埂)向海侧及前滨滩面均遭受强烈冲刷(单宽冲蚀量共计55m3/m)；MSL位置向陆后退约13m，刷深0.8m；岸线位置蚀退5m，刷深0.6m；但后滨沙埂陆侧由于越顶浪(overtopping)向岸输沙表现为堆积，其单宽淤积量＞0.4m3/m。表现出了海滩对台风做出的急速响应。而后者在台风前进方向的左侧台风浪波能相对较低，且浪向多为离岸方向，风暴增水也相对较小。因而对岸滩的侵蚀影响较为弱小，后滨沙丘略有冲刷(单宽冲蚀量仅1.5m3/m)，可能是由于风暴增水和暴雨冲刷，以及暴风向海吹沙的结果；前滨滩面虽总体上也呈冲刷现象，但单宽冲蚀量仅为3.0m3/m，而且近岸线处滩面还因后滨沙丘被冲刷和吹蚀的泥沙向海迁移，表现为微弱堆积(单宽淤积量为0.2m3/m)。剖面基本保持原状，表现为对台风做出弛缓响应。台风后，两侧海滩沉积物都有粗化现象，在高、中潮区，沉积物分选变好；在低潮区，则分选变差。但两侧这种区别不明显。 (4)通过9914号台风风后厦门岛海滩断面4年季节重复调查得出，暴风浪对沙滩剖面影响程度远远超过季节性的变化。风暴潮过后，在常风浪的作用下，沙滩剖面的恢复速度各岸段略有不同，在过后的1-2个月的时间内是一个快速恢复期，之后，通常是1-2年时间内进入一个缓慢的恢复期，然后形成一个比较平稳的剖面形态。季节性风浪以及潮汐变化是影响沙滩的季节性变化的主要因素，沙滩剖面的季节性变化显得比较复杂。但不同的海岸走向，海滩的季节性变化仍然各有特点。沙滩的年变化则与年常浪况关系密切，也与不同岸段的走向相关，在年平均波浪作用下的沿岸泥沙运动是影响不同走向岸段沙滩稳定性的主要因素。 (5)通过对大埕湾海滩的研究，从1993年与1960年的海图对比，大埕湾海岸线东段明显向海推进，中段稍有蚀退，西段基本保持不变；但水深零米线除渡西沙嘴附近略向海推进，其他岸段均向海岸线靠拢。水深零米线靠近海岸线意味着沙滩前滨宽度变小。大埕湾海岸线在偏E向盛行波作用下，尽管在平面上略具螺线的雏形，但目前下游直线段的滨线与两端岬角连线的交角(β角)尚为35°左右，海湾的凹入深度a与两端岬角距离b之间的比值也仅约为0.30，岸线将继续向内凹深，直至a/b值约为0.48，此时β角的大小接近于盛行波浪波峰线与两端岬角连线的夹角。 要解决沙质海岸的稳定问题首先必须顺应该海岸环境特点，促使沿岸泥沙处于动态平衡迁移状态，即沿程各岸段的净输沙率保持基本一致，以使各岸滩达到冲淤动态平衡，方能确保岸线稳定不变。利用自然保护机制，禁止轻易改变海岸的自然动力和泥沙来源条件；模仿稳定的自然海岸形态，构筑必要的沿岸防护工程；加强海洋意识，合理开发海岸和利用岸线是目前较为科学的沙质海滩保护措施。 (6)通过对福建湄洲岛对台贸易码头等典型案例分析，表层沉积物的调查结果表明，码头西面和北面沉积物分选差到很差，表明沉积物是处于低能水动力条件下沉积形成的，而码头区及其南面沉积物分选中等～较好，表明沉积物是在高能水动力条件下形成的。研究区表层沉积物有自南向北运移的趋势。1996年8月～1998年12月对码头引桥23根桥墩墩基和码头前沿14根桥墩墩基的高程进行逐月测量，测量结果表明：1997年7月22日～1998年7月15日的一年中码头前沿淤积严重，除了1～4号桥墩处略有0.1～0.2m的侵蚀外，自5号向14号桥墩淤积程度依次加剧，至第14号桥墩处淤积厚度竟达6m。大多数桥墩则处于淤积状态。利用GSTA模型编写计算机程序，计算出每个采样点处的搬运矢量，分析整个研究区沉积物整体搬运特点，码头区周边沉积物有自南、自北向码头“集中”的趋势。夏季的现场沙粒捕捉器捕沙试验也证实了沉积物在码头区附近淤积的现象。 文章认为在沙质海滩修建码头等海岸工程设施，需经过慎重的海滩动态平衡的论证。海岸工程的建设，往往会破坏沙质海滩的动态平衡，引起沙滩的侵蚀或淤积。湄洲岛对台码头建成后，随即快速淤积，致使码头被废弃，是一个典型的海滩工程灾害问题。

目录

文摘

英文文摘

0前言

0.1海岸及海岸带概念

0.1.1名词定义解释

0.1.2海岸分类

0.2国内外研究现状

0.2.1海滩剖面的两种基本形态

0.2.2海滩剖面形态的转化

0.2.3海滩平衡剖面的模式

0.2.4海滩侵蚀与堆积的判别

0.2.5海滩剖面横向-纵向输沙

0.2.6海滩剖面的养护

0.2.7海滩对风暴潮的响应

0.2.8沙质岸滩滨线对海平面上升或风暴潮响应的静态模拟计算

0.2.9海滩剖面对风暴作用动态响应的模拟计算

0.2.10我国目前对沙质海滩动力地貌研究概述

0.2.11岸滩形变测量的新技术

0.3资料来源和研究内容

1地质构造对华南沙质海滩形态的影响

2正常的波浪、潮汐等动力条件下华南沙滩形态、沉积物特性的演变

2.1华南海岸动力环境的地域变化

2.1.1波浪状况的变化

2.1.2潮汐类型及潮差分布的变化

2.2浪潮作用指数K值的沿岸变化

2.3华南沙质海滩动力地貌外业调查和室内分析

2.3.1外业调查

2.3.2室内样品分析及资料整理

2.4沙质海岸地貌类型分析

2.4.1岬湾海岸

2.4.2沙坝-泻湖岸

2.4.3夷直岸

2.5讨论

2.5.1海岸动力环境

2.5.2剖面季节冲淤变化

2.5.3前滨滩面的形态与沉积物粒度变化

2.5.4后滨高度与滩面沉积物粒径的关系

3华南沙滩对台风暴浪的响应机制研究

3.1不同方向沙滩对台风暴浪响应机制的研究(以9914台风对厦门岛影响为例)

3.1.1研究区海洋环境概况

3.1.2 9914号台风及风暴潮增水过程

3.2台风前后海滩剖面变化

3.2.1海滩剖面测量

3.2.2台风期间海滩剖面变化分析

3.3台风期间沿岸输沙估算

3.4厦门岛海滩对9914号台风的响应特征

3.4.1台风期间海滩的横向冲淤变形

3.4.2台风期间的沿岸输沙状态

3.4.3不同走向岸线的响应特征

3.4.4结语

3.5热带气旋前进方向两侧海滩风暴效应差异研究

3.5.1台风路径及研究海滩概况

3.5.2研究区近海台风浪波况与风暴潮

3.5.3台风前后海滩剖面地形及沉积物变化

3.5.4海滩风暴效应差异的分析

3.5.5结语

4台风暴浪后海滩重塑过程

4.1外业调查

4.1.1海滩剖面观测

4.1.2观测资料处理

4.2海滩的季节性变化特征及总体变化趋势

4.3沙滩剖面稳定性分析

4.4结语

5华南沙质海滩侵蚀问题及防护措施的研究

5.1环境条件

5.1.1海岸形态与地质地貌概况

5.1.2海洋动力环境

5.2岸段划分与岸滩状态

5.3沿岸输沙与岸滩冲淤变化

5.3.1沿岸输沙数值计算法和计算结果

5.3.2沿岸泥沙迁移特征

5.3.3岸滩冲淤变化分析

5.4海岸动态与演变趋势

5.4.1关于海面上升的影响

5.4.2沿岸泥沙补给减少

5.4.3关于岸线调整的自然趋势

5.5岸滩防护对策

5.5.1增加泥沙来源

5.5.2建造人造岬头

5.5.3以海岸防护工程建设为契机，促进海岸带资源开发

5.5.4加强海洋意识，制定海岸管理法规

6沙质海滩的工程灾害问题

6.1研究区域自然概况

6.2调查及研究方案设计

6.2.1海滩沉积物调查

6.2.2岸滩固定剖面观测

6.2.3沉积物搬运方向分析

6.2.4沿岸输沙率现场测定

6.2.5讨论

7结论与进一步的工作

7.1小结

7.2进一步的研究设想

参考文献

致谢