青岛仰口湾海滩沉积物粒度特征及动力环境响应*

韩宗珠，徐翠玲，周艳芝，李安龙，丁咚，张晶

（中国海洋大学1.海底科学与探测技术教育部重点实验室；2.海洋地球科学学院，山东 青岛266100）

海岸带处于不断向陆或向海的变化中，是海陆作用最活跃的地区。海湾是海岸带子系统之一，受陆圈、水圈（海洋）、大气圈和生物圈等各种的动力过程影响，对环境变化敏感，生态环境脆弱；海湾蕴藏着多种自然资源，如良好的沙滩、广阔的滩涂、优良的港口和能源资源。因此，海湾成为人类活动较为频繁的区域，同时使得该地区成为环境变化的敏感区域和生态系统较为脆弱的地带。

国内外研究表明，现代海岸侵蚀伴随着全球变化不断发展，海岸侵蚀现象普遍存在［1－2］。当前世界砂质海岸线约有70%以上处于侵蚀后退状态，由此引起滨海环境恶化，海岸侵蚀已成为全球性的环境问题，被列为严重的海洋灾害之一［3－4］。我国海岸侵蚀的范围自1950年代末期以来呈不断扩大趋势，侵蚀岸线长度已占全国大陆岸线总长度的1／3以上，约70%的砂质海岸在遭受侵蚀，侵蚀速率多在1～3m／a之间［5］。海岸侵蚀造成海滨浴场退化、海滩生态环境恶化、海岸防护压力增大等，已成为一种严重的环境地质灾害。目前，海岸侵蚀研究多集中于沙质海岸［6－7］，对基岩海岸的研究较为欠缺。

沉积物粒度数据可用于识别沉积环境的类型，判定物质运动方式和沉积物输运方向。利用粒径趋势分析对研究区域的冲淤变化进行预测，可为海滩的演变趋势分析和海岸防护提供科学依据。

本文选取青岛市仰口湾这一基岩岬湾海岸作为研究对象，根据沉积物粒度数据判断泥沙输运方式和沉积环境，建立海滩侵蚀与堆积的一般模式，并预测与动力条件的变化相适应的海滩演变趋势，从而为海岸侵蚀的防护和海滩环境的改善及可持续发展提供科学依据。

1 研究区域概况

青岛市仰口湾位于崂山脚下，王哥庄村南4.5km，鹰定崮东麓（120°40′E，36°16′W）。仰口湾属于基岩岬湾海岸，南起泉岭角，北至峰山角，南北长约2.2km，面积约2.5km2，水深2～6m。岬角之间海滩走向近东北，长约1.5km、宽250m左右。该区无河流入海，沙源贫乏。潮汐类型为正规半日潮，潮流为半日潮流，属往复流，涨潮时流向为顺时针方向，落潮时流向为逆时针方向。波浪以风浪为主，随季节变化。春季多出现E或ESE向风浪；夏季风浪多为E或S向；秋季NW向风浪最多；冬季风浪多为WNW或NNW向。涌浪以SE向的涌浪最多［8］。

2 样品及分析方法

2.1 样品采集

分别于2009年6月（夏季）、9月（秋季）和12月（冬季）在仰口湾滩面上进行南北两条横剖面调查，并采集落大潮时表层沉积物样品64个（见图1），采样间隔为10m左右，采样深度小于1cm，并同时对采集样品进行GPS定位，样品基本上均匀覆盖了潮间带。

2.2 粒度分析

去除有机质和钙质胶结物，并且洗盐和烘干后，采用筛析法对样品进行粒度分析，实验程序参照《海洋调查规范：海洋地质地球物理调查》［9］，获得φ值为0.25间隔的粒度数据，得出平均粒径Mz、分选系数δi、偏态Ski和峰态Kμ等4个粒度参数值（计算方法如表1）。采用福克等人的沉积物粒度三角图解法对沉积物进行分类定名［10］。

3 研究结果

3.1 沉积物类型及其分布特征

研究区表层沉积物类型分为3种类型：含砾砂（g）S为主，占87%，其次是砾质砂gS，占4%，砂质砾sG类型零星分布。含砾砂（g）S类型的沉积物以具有较高的砂组份为特征，多数样品达95%～99%以上，几乎没有黏土组份，或含量极低（＜0.25%），分选较好。

图1 研究区域开发现状及采样剖面位置示意图Fig.1 Present development of research area and the sampling location

表1 粒度参数计算方法Table 1 Calculation method of grain size parameters

研究区2个海滩剖面的表层沉积物平均粒径基本呈现沿岸带状分布，总体上剖面粒度由陆向海变细。PfA夏剖面从陆向海滩面上依次分布为砾质砂－含砾砂－砂质砾－含砾砂，PfA秋剖面从陆向海滩面上依次分布为砾质砂－含砾砂－砾质砂，PfA冬剖面从陆向海滩面上依次分布为砾质砂－含砾砂－砾质砂－含砾砂。PfB夏剖面从陆向海滩面上分布几乎全是含砾砂，PfB秋和PfB冬剖面基本类似，从陆向海滩面上依次分布为含砾砂－砂质砾－含砾砂。

3.2 沉积物粒度参数特征

3.2.1 平均粒径特征 研究区海滩沉积物平均粒径的分布范围为0.15φ～1.5φ，平均约0.28φ。图2为研究区海滩表层沉积物的平均粒径季节变化图，从图中可以看出，本区平均粒径的变化具有良好的规律性，即整体分布由陆向海由粗渐细。PfA和PfB剖面在不同季节均表现出不同的分布规律。其中PfA剖面夏季出现1个采样点的平均粒径突然增大，确定为潮间带附近出现的1条砾石带，与现场调查相符，而秋冬两季粒径相差不大。PfB剖面与PfA剖面相反，在秋冬两季出现了1条明显的砾石带。

图2 海滩表层沉积物的平均粒径季节变化图Fig.2 The seasonal variation of the average particle size of the beach surface sediment

3.2.2 分选系数分布特征 研究区表层沉积物分选系数范围为0.45～2.1，平均值0.9。图3为海滩表层沉积物的分选系数季节变化图，如图所示，研究区绝大部分沉积物分选系数在0.5～1.6范围内。PfA夏＼冬剖面表层沉积物的分选较差，大部分表层沉积物分选系数大于1，而PfA秋大多小于1，分选较好，但在近陆和近海σi值接近于1，分选性较中部差。PfB夏整个剖面表层沉积物的分选变化不大，均在1左右，PfB秋在秋季的分选较好，分选系数除了在砾石滩部位＞2，其余均低于1，PfB冬冬季沉积物的分选系数大多大于1，分选较差，且不同区域的分选系数变化较大。

图3 海滩表层沉积物的分选系数季节变化图Fig.3 The seasonal variation of the sorting coefficient of the beach surface sediment

3.2.3 偏度分布特征 研究区沉积物偏度范围为－0.65～0.7，平均值为－0.31，整体上由陆向海表层沉积物偏度逐渐降低，在靠陆一侧，大部分站位3个季节的偏度均大于0，而向海一侧降低到0以下。PfA夏表层沉积的偏度明显高于秋冬两季，并且呈现较大的起伏；PfA秋在剖面中间偏度较低，而在两端大于0；而PfA冬则变化较为平缓。PfB夏分为正偏和负偏两部分，负偏出现在近海处，正偏出现在远海处；PfB秋在3个季节中的偏度最大，大部分偏度大于0；PfB冬也出现正偏和负偏两部分，负偏出现在中部，正偏出现在近海、远海两端（见图4）。

3.2.4 峰态分布特征 研究区表层沉积物峰态绝大部分介于0.5～1.5的范围内（见图5）。夏季PfA夏峰度由尖锐到扁平又尖锐变化，秋季PfA秋除在近海处扁平外都表现为尖锐，PfA冬在前60m与PfA夏的峰态基本类似，在后60m先变得扁平，在低潮线附近转为尖锐。PfB夏和PfB冬整体较为尖锐，PfB秋则在中部扁平，两端较尖锐。

图4 海滩表层沉积物的偏态季节变化图Fig.4 The seasonal variation of the skewness of the beach surface sediment

图5 海滩表层沉积物的峰态季节变化图Fig.5 The seasonal variation of the peakedness of the beach surface sediment

综上分析，海滩高潮带到低潮带附近具有平均粒径减小而泥沙分选变好的趋势，反映了泥沙运动过程中受到波浪分选和自身的重力分异作用。高潮带及以上滩面泥沙粒径参数（平均粒径和分选系数）从高潮线到滩肩方向趋于先变小后稍变大交错出现，这可能因为平均岸线以上的海滩经常出露于海面，受不同浪向及风向等的动力作用，致使泥沙粒径参数呈现多样化。此外，泥沙粒度参数偏度以负偏为主，则说明海滩泥沙主要受波浪的改造作用［12］。

4 沉积物粒度特征的动力环境分析

沉积物的粒度特征主要取决于物源和沉积环境两大因素。沉积物来源对沉积物粒度组成的影响表现为原有组分的丢失或新组分的加入。自然环境特征对海滩沉积物的组成、类型和分布均有重要影响，如物质来源、地形地貌（如岸线轮廓）、风暴、水动力条件以及后滨高度等［13］。

4.1 物质来源

研究区无大河入海，其海滩沉积物主要来源于海岸侵蚀供沙和陆架来砂，物源较单一。研究区海岸类型为基岩砂质海岸，基岩遭受海洋动力的侵蚀并向海湾供沙，在岸滩上发现崂山绿石证实了这一点。近岸海域的残留沙体受海流和风暴大浪的作用，在一定条件下可向岸输送。

4.2 地形地貌和波浪的影响

地形地貌影响着沉积物的性质和分布。波向线与岸线交角的差异，影响沉积物粒径的差异：若波向线与岸线的交角较小，波浪能量主要引起沿岸流的运动，表层沉积物会较细，若交角较大，波浪能量主要释放于塑造和改造海滩剖面，表层沉积物平均粒径较粗。在大浪和风暴浪的天气下，沿岸流造成表层沉积物颗粒粗化，形成沉积物的垂向粒度分异［14］。

仰口海滩呈弯月型，北部海滩为NE向，中部为NNE向，南部为NNW向。夏季受到SE向季风影响，北部海滩与风浪夹角较小，沉积物粒度明显比中南部的粗，并且在冲洗带形成一砾石滩；而在PfB剖面附近海滩呈NNE向，与风浪夹角较小，并且海浪受到南部的砂咀和NNW向海滩的阻挡，导致PfB剖面沉积物粒度与秋冬两季的相差不大。秋季强浪出现在N、NNE向，对海滩的中南部影响比较大，导致PfB剖面秋冬两季的沉积物较粗，并且在冲洗带出现砾石滩，而北部海滩风向由陆向海，沉积物粒度变化不大。

4.3 海滩的季节性变化

海滩季节性变化与波浪作用下泥沙的横向搬运有关。在不同季节不同强度和方向的波浪作用下，海滩砂的搬运力和主要搬运方向的也发生变化，使得各剖面在不同位置呈现冲刷或堆积变化。尽管沙滩剖面的季节性变化影响因素较多而显得复杂，但仍可从不同岸段变化的差异看出季节性风浪影响的痕迹。图6是沙滩的地貌形态和沉积物粒度水平分异季节变化关联图，从该图中显示，A剖面从夏季到秋季海滩发生堆积，这和风浪力随季节减弱有关，并且与A剖面中平均粒径夏季较大表现出一致性；而B剖面由夏季到秋冬季受到侵蚀，与秋冬季B剖面的风浪作用较强相关。而且A剖面坡度较B剖面陡，总体说明了泥沙运动的趋势是由北向南运移。

图6 沙滩的地貌形态和沉积物粒度水平分异季节变化关联图Fig.6 The seasonal variation of the beach morphology and average particle size of the surface sediment

5 结论

总结以上仰口湾海滩沉积粒度特征和动力环境分析，得出以下结论：

（1）研究区存在3种沉积类型。以含砾砂（g）S为主，砾质砂gS，砂质砾sG类型零星分布，几乎没有黏土组份，或含量极低。砂粒级组成的变化趋势与平均粒径基本一致，砾石含量的变化趋势则与砂粒级含量相反，且不同季节沉积物样品的组成基本一致。

（2）研究区海滩表层沉积物平均粒径呈带状由陆向海变细，分选变好；偏态多数为正偏，到低潮带附近逐渐变为负偏；整体峰态较尖锐，峰态多样。

（3）波浪和风是本区沉积物输运的主要动力，海滩北部夏季受到波浪的影响最大，表现为整体剖面高程降低，沉积物较粗，分选较差，偏态值高，峰态尖锐。其次为中南部的秋、冬两季。

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