汕头市企望湾砂质海岸冲淤特征及原因分析

张彤辉 ， 孙兆华， 郑 忠， 刘春杉, 余永明

(1.热带海洋环境国家重点实验室 中国科学院南海海洋研究所， 广州 510301； 2.广东省海洋与渔业环境监测预报中心， 广州 510222； 3.中国科学院大学，北京 100049; 4.中国科学院 边缘海地质重点实验室， 中国科学院 南海海洋研究所， 广州 510301； 5.汕头市海域使用动态监管中心， 广东 汕头 515000； 6.北京城建勘测设计研究院有限责任公司， 北京 100101)

汕头市企望湾砂质海岸冲淤特征及原因分析

张彤辉1，2，3， 孙兆华4*， 郑 忠5， 刘春杉2, 余永明6

(1.热带海洋环境国家重点实验室 中国科学院南海海洋研究所， 广州 510301； 2.广东省海洋与渔业环境监测预报中心， 广州 510222； 3.中国科学院大学，北京 100049; 4.中国科学院 边缘海地质重点实验室， 中国科学院 南海海洋研究所， 广州 510301； 5.汕头市海域使用动态监管中心， 广东 汕头 515000； 6.北京城建勘测设计研究院有限责任公司， 北京 100101)

在汕头市企望湾布设8条沙滩地形监测断面，根据2014年3月至2015年8月的3次现场测量数据，分析了研究区域内砂质海岸的冲淤变化特征及其成因.分析发现研究区域内沙滩存在一定的季节性冲淤变化，沉积物分布受台风影响显著，纵向沿岸输沙仍是沙滩物质运动的主要方式.

企望湾； 砂质海岸； 冲淤变化； 台风

砂质海岸通常发育在海域开阔、海洋动力较强的岸段，其组成物质多为松散的粗粒沉积物，抗冲能力差，海滩剖面通过沉积物搬运、沉积等再分配过程进行冲淤调整[1].Wright和Thom[2]在1977年提出“地形动力学”(morphodynamics)概念，总结了海滩地貌6种重要状态及其相互转化的规律.Larson和Kraus[3]对North Carolina的Duck沙滩进行了11年高分辨率剖面观测并分析了海滩剖面时空变化.袁家义等[10]将华南海岸动力地貌分为7类，并阐述了各类体系的外动力过程、侵蚀与堆积地貌及其演变特征.王文介[11]认为锯齿状海岸两个磨蚀形态(岬角或半岛)间的海湾内一般都有砂质湾滩发育.赵焕庭[12]研究了崖门至漠阳江之间港湾式海岸地貌发育问题.

企望湾沙滩长约8.2 km，属粤东地区较长的砂质岸段.企望湾地貌发育及岸滩演变问题已有学者进行研究.刘阿成等[13]研究了广东汕头南部近海晚第四纪埋藏的古河曲的变化情况.梁国雄[14]研究了汕头南部企望湾海岸地貌发育情况，并提出该岸段最终平衡稳定状态的海岸线计算机模拟模式.李伯根等[15]对汕头南部企望湾弧形砂质海岸切线段的海滩剖面冲淤幅度进行了估算.王崇贤等[16]计算了汕头港广澳港区防波堤工程波浪输沙及对濠江河口的影响情况.周英[17]总结了汕头市大陆海岸的主要地质灾害.这些研究大部分做于上世纪八九十年代，近10年来没有相关沙滩冲淤及海岸侵蚀的定量监测及分析报告.

本文在企望湾内选取约1.1 km沙滩作为研究区域，利用2014年3月、2014年10月和2015年8月的3次沙滩地形测量和沉积物采样数据，分析研究区域内砂质海岸冲淤变化特征，并结合海岸动力学知识对其成因进行了初步探讨.

1地理位置及自然概况

1.1地理位置

企望湾位于汕头市南部，达濠岛西南侧(116°39′E～116°45′E， 23°11′N～23°15′N)，东起马耳角，西至海门角.海湾平面呈弧形，面向南海，沿岸水域开阔，湾口朝东南开敞(见图1).

1.2地质概况

企望湾主要地质构造线沿30°～40°展布[18](见图2)，常与东、西构造带呈截接复合，并产生次一级的NW向构造和X型断裂，块断作用明显[18-19].区内地表沉积物有3种主要类型：泻湖相、浅海相和沙坝相[10].水下表层沉积物分布较为有规律，等深线-5m以浅为分选很好的中细砂，随水深增加逐渐变细为粘土-粉砂质砂，至湾中心为粉砂质粘土，濠江底质主要为中粗砂[14].

图1 企望湾地理位置Fig.1 Geographical location of Qiwang Bay

图2 汕头市区域地质构造图Fig.2 Geological structure of Shantou region

1.3气象与水文条件

企望湾内风速、风向受地形影响较大，多年观测资料统计，主导风向为ENE，出现频率为27.10%，其次为NE，出现频率为15.30%，强风向为ENE[21]. 企望湾内潮汐属不正规半日潮，平均潮差0.86 m，属弱潮港湾，潮流性质为往复流[13].实测资料表明，涨潮流为ESE向，一般历时7 h，落潮流为WNW向，一般历时5 h.涨潮流速大于落潮流速，表层流速大于中、底层流速[21].企望湾属南海东北部大浪区范围，波浪作用强[20].湾口水域开敞，台风形成的偏S向大浪，可直接由湾口传入.区内主导波型为风浪为主的混合浪.常浪向为ESE向，出现频率36.79%，次常浪向为SE向，出现频率27.58%，强浪向为ESE向，次强浪向为SSW向[21].企望湾位于韩江河口三角洲西南方，仍受韩、榕水系影响.上游牛田洋大部分径流和悬浮物向东从妈屿口入海，极少进入西部濠江，因此濠江含沙量小，调查资料显示盐度较高[14].

2监测内容及方法

2.1监测区域及内容

在企望湾内虎仔山以西选取约1.1 km沙滩岸段为研究区域(见图1)，研究区域内设置8条监测断面(见图3)，进行周期性地形测量并采集表层沉积物样品.监测断面自东向西依次编号为A、B、C、D、E、F、G、H，每条断面自陆地后滨风成沙丘坡脚开始向海延伸至低潮水边线附近为止，断面间距约150 m.在B、D和G断面内各埋设3根监测桩(沙丘附近1#，中潮位2#，低潮位3#，见图4).2014年3月、2014年10月和2015年8月对研究区域进行了3次调查.

图3 现场监测断面图Fig.3 Eight sections(A～H) of field investigation

图4 海岸侵蚀监测桩Fig.4 Monitoring piles for coastal erosion

2.2监测桩测量

监测桩用于观测沙滩滩面高程变化.测量内容包括桩顶高程H、监测桩露出滩面高度h和1#监测桩距离后方沙丘坡脚线距离L.考虑到监测桩自身的沉降，根据桩顶高程变化，对沉降进行校正，得到监测桩露出滩面的相对高度Δh.

2.3滩面高程测量

利用中海达V30系列RTK设备(定位精度：平面±(5cm+1ppm)，垂直±(3cm+1ppm))，基于广东省CORS(ContinuouslyOperatingReferenceStations，连续运行(卫星定位服务)参考站)系统建立研究区域控制网及高程起算点.沿断面测量滩面高程，每条断面长约110m，设置约25个测点，3次调查中同一测点位置相同.

2.4表层沉积物采样

每条断面设置6个采样点，取表层1cm左右砂质样，并用RTK定位.每次调查采集48个砂样，3次调查中同一采样点位置相同.砂样请佛山市优博陶瓷分析测试有限公司进行粒度分析.

3结果与讨论

3.1监测桩测量结果

监测桩位置及顶高程H测量结果见表1.2014年5月当地政府对企望湾部分岸段后方沙丘进行整治加固，A、B断面后方区域属于整治范围，监测桩B1被水泥固定(见图5).比较3次测量结果，各监测桩位置变化区间为±5cm，桩顶高程变化区间为±2 cm，均在RTK仪器测量误差范围内，因此各监测桩没有明显位移和沉降.监测桩露出滩面相对高度Δh及各断面1#桩距后方沙丘坡脚线距离L测量结果见表2～表4.

B断面的1#桩在2014年5月被水泥固定，较长时间内不会发生变化.2#桩露出滩面高度Δh先增大后减小，在桩体本身无沉降的情况下，说明附近滩面先侵蚀后堆积.3#桩的Δh值3次测量逐渐增大，说明附近滩面不断受到侵蚀而降低.D断面1#桩距坡脚线距离L先增长后缩短，表明后方沙丘受到侵蚀而坡脚线后退，之后沙丘上方泥沙下泄，坡脚线又前移.D断面1#桩附近滩面高程不断增加，2#桩Δh先增大后减小，说明附近沙滩先侵蚀后堆积，3#桩附近情况与B断面相似，滩面不断下蚀，但程度更加剧烈.G断面后方沙丘同样不稳定，坡脚线先前移0.24m，到2015年8月又稍稍后退.G断面1#桩附近滩面高程变化与D断面1#桩相似，2#桩附近滩面也表现为先侵蚀(0.61m至1.03m)后堆积(1.03m至0.88m)，3#桩附近滩面高程在3次调查中不断降低.监测桩变化有一定规律性，1#桩附近滩面不断堆高，2#桩附近滩面先受侵蚀后发生堆积.3#监测桩附近滩面则不断受到侵蚀.

表1 监测桩位置与顶高程测量记录表

图5 B1监测桩现状图Fig.5 Monitoring pile B1 was covered by cement

m

表3 D断面监测桩测量结果

表3 G断面监测桩测量结果

3.2沙滩剖面测量

2014年3月至2015年8月的3次地形测量结果见图6～图13.

图6 A断面滩面变化图Fig.6 Elevation of section A of three investigations

图7 B断面滩面变化图Fig.7 Elevation of section B of three investigations

图8 C断面滩面变化图Fig.8 Elevation of section C of three investigations

图9 D断面滩面变化图Fig.9 Elevation of section D of three investigations

图10 E断面滩面变化图Fig.10 Elevation of section E of three investigations

图11 F断面滩面变化图Fig.11 Elevation of section F of three investigations

图12 G断面滩面变化图Fig.12 Elevation of section G of three investigations

图13 H断面滩面变化图Fig.13 Elevation of section H of three investigations

依据滩面高程变化，整个研究区域沿横向可划为3个子区域.在距起点0m至约20m范围内，3次调查显示滩面不断发生堆积.除H断面比较特殊，2015年8月较2014年10月滩面稍有侵蚀，但与2014年3月比仍发生堆积.在距起点约20m至约70m区间内，A断面和H断面滩面堆高，变化均为先侵蚀后堆积.其它6条断面发生滩面侵蚀，其中B、C、D、F断面变化为先侵蚀后堆积，2015年8月虽较2014年10月发生堆积，但较2014年3月仍为侵蚀.E、G断面滩面不断下蚀.从距起点约70m至终点水边线区间内，A、H断面发生堆积，2014年10月和2015年8月调查结果相比变化不大，与2014年3月相比均发生堆积.B至G的6条断面发生侵蚀，但滩面变化特点不尽相同.B、C断面先发生堆积后被侵蚀，D断面前两次调查变化不大，至2015年8月发生强烈侵蚀.E断面70m-100m区间不断侵蚀，而100m至水边线范围内则是先堆积后侵蚀，F断面先侵蚀后堆积，G断面滩面不断下蚀.

总体而言，研究区域东、西边缘两条断面(A和H)滩面均发生堆积，中间6条断面(B至G)可分为两个横向区间，距起点0m至约20m范围内发生堆积，20m向海至水边线范围内发生滩面侵蚀.

3.3沉积物粒度测试结果

沉积物样品的中值粒径D50分析结果见图14～图16.2014年3月结果显示，研究区域可分为东、西两部分.A、B、C、D、E 5条断面为东部区域，除B1点和D4点外，中值粒径变化不大，位于140 μm和160 μm之间.西部区域包括F、G和H 3条断面，除F1和G1点外，中值粒径均大于东部区域.总体而言西部区域中值粒径大于东部区域.2014年10月中值粒径分布更加集中，除个别点(B6、C4、G4、G5、H5)外，中值粒径集中在140 μm与160 μm之间，73%的数据位于138 μm与150 μm的较小区间内.2015年8月则呈现出完全不同的变化趋势，各断面中值粒径分布依然较集中，砂样从高滩至水边线呈现明显的逐渐粗化趋势.水边线附近的6号点位砂样较前两次调查明显粗化.按断面对3次调查砂样中值粒径D50进行比较(见图17)，2015年8月各断面砂样中值粒径与前两次调查相比明显增大.

图14 2014年3月各断面中值粒径D50/μmFig.14 Median diameter(D50) of each section in Marth， 2014

图15 2014年10月各断面中值粒径D50/μmFig.15 Median diameter(D50) of each section in October， 2014

图16 2015年8月各断面中值粒径D50/μmFig.16 Median diameter(D50) of each section in August， 2015

图17 各断面中值粒径D503次调查结果比较/μmFig.17 Comparison of Median diameter(D50) of three investigation in each section

沉积物样品四分位离差Q分析结果见图18～图20.2014年3月砂样分选性分布与中值粒径类似，除个别点外西部3条断面分选性要差于东部5条断面.2014年10月高滩1、2号点样品分选性较好，从3号点开始样品分选性明显变差，尤其是C断面与G断面.2015年8月样品分选性也呈现出与中值粒径相同的分布趋势，从高滩至水边线砂样分选性逐渐变差.分断面进行比较(图件未列出)，2015年8月样品分选性并没有明显变差.

图18 2014年3月各断面四分位离差Q/μmFig.18 Interquartile range(Q) of each section in Marth， 2014

图19 2014年10月各断面四分位离差Q/μmFig.19 Interquartile range(Q) of each section in October， 2014

图20 2015年8月各断面四分位离差Q/μmFig.20 Interquartile range(Q) of each section in August， 2015

3.4讨论

监测结果显示研究区域后方沙丘坡脚线位置不断发生前、后移动，说明除沙滩整治区域外，C至G断面后方沙丘处于不稳定状态，都曾发生侵蚀后退和坡面崩塌.沙丘侵蚀应与灾害性天气相关，本区域易受台风影响，台风引起的大风、降水以及台风增水作用下的大浪可以对沙丘产生破坏性作用.

高程测量结果显示滩面处于侵蚀与堆积的不断转换中.王文介等[22]研究认为，本文研究区域冬季涌浪多，周期长，海滩低潮线以下浅水区的泥沙主要向岸搬运.夏半年盛行风浪，且多受热带风暴或台风大浪增水作用，泥沙大多离岸向低潮位以下的浅水区转移而形成水下沙坝.仅从3次调查数据尚无法提取准确的季节性变化规律，但3次测量一次在冬季进行，两次在夏季进行，滩面高程的高、低交替改变，说明沙滩存在一定的周期性冲淤变化.

研究区域东、西边缘两条断面变化趋势为堆积，中间6条(B至G)断面高滩部分(距起点0 m至约20 m)发生堆积，其它部分总体趋势为侵蚀.高滩堆积的泥沙主要来源应为后方沙丘，沙丘泥沙下泄使滩面增高.除高滩外区域边缘堆积中间侵蚀的变化，除因夏季泥沙离岸向低潮位以下的浅水区转移[22]外，应与纵向沿岸输沙有关.梁国雄等[14]研究认为，虎仔山以西至龙头山为稳定岸段，波浪破碎时波脊与海岸线平行，海滩泥沙以作横向运动为主，平面形态基本不变.本文研究认为，研究区域靠近虎仔山，受此岬角影响，纵向沿岸输运仍是本区域沙滩物质运动的主要方式.2015年8月调查发现C、D、E断面部分区间严重下蚀，这一现象应与台风有直接关系.2015年7月和8月连续两次强台风影响本区域，2015年1到8月间有2个台风影响本区域，7月第10号台风莲花在汕尾登陆，8月第13号台风苏迪罗在8月在福建沿海登陆.台风大浪对海岸的侵蚀作用具有突发性和局部性.其对海岸的侵蚀作用是依靠台风大浪的巨大能量把沿岸泥沙带到离岸更远的地方，海滩变窄得不到恢复而导致海岸的侵蚀.

2014年3月中值粒径(图14)和四分位离差(图18)分析结果显示，研究区域西部(F至H断面)中值粒径要大于东部(A至E断面)，西部分选性也比东部差.王文介等[20]研究发现自西屿至虎仔山岸段由东向西海滩坡度和沉积物粒径逐渐变大， 虎仔山以西至龙头山岸段自东向西也呈递增趋势.本文得到与其相似的规律.这一特点可能与研究区域内的特殊地形有关，在F与G断面之间低潮水边线附近分布有一些体积较大的礁石(图21)，这些礁石在小范围内产生类似岬角的效果，在东西两侧造成不同的粒度分布.第2次和第3次调查数据显示中值粒径和四分位离差的分布规律发生显著变化，到2015年8月砂样从高滩至水边线呈现明显的逐渐粗化趋势.2014年6月第7号台风海贝思在汕头市濠江区登陆，而研究区域就位于濠江区，2015年7、8月又连续受两次强台风影响，水文和气象条件的剧烈改变造成沙滩粒度分布发生显著变化.

图21 沙滩附近礁石位置Fig.21 Location of those large rock in the sandbeach

4结论

通过对企望湾研究区域的地形监测和沉积物分析，得出如下结论．

1) 研究区域后方沙丘(除整治修复区外)，处于不稳定状态，易受台风和风暴潮影响而发生侵蚀后退.

2) 仅从3次调查数据尚无法提取准确的季节性变化规律，但滩面发生侵蚀与堆积的交替变化，说明研究区域存在一定的周期性冲淤变化.

3) 研究区域靠近虎仔山，受此岬角影响，纵向沿岸输沙仍是沙滩物质运动的主要方式.

4) 研究区域内地形变化和沉积物分布特征受台风影响显著.

5) 建议当地政府及时对沙滩后方沙丘进行加固，以保证沙丘附近沿海公路的稳定性.

本文研究区域只占企望湾砂质海岸的很小部分，因此只是非常局部的变化特征.对企望湾砂质海岸变化更进一步的了解，有待于通过扩大监测范围和更长期的监测来获得.

致谢：感谢汕头市海域使用动态监管中心王男、黄浩然和谢健辉，广东省海洋与渔业环境监测预报中心谢宇和岳文参加艰苦的外业测量工作以及在测量和数据整理过程中提供的帮助.

[1] 李伯根， 谢钦春， 夏小明， 等. 企望湾砂质海滩剖面冲淤幅度的估算[J]. 东海海洋， 2002， 20(1):20-27．

[2] WRIGHT L D， THOM B G. Coastal depositional landforms:a morpho dynamic approach[J].Physical Geography， 1977， 1: 413-459．

[3] LARSON M， KRAUS N C. Temporal and spatial scales of beach section change， Duck， North Carolina[J]. Marine Geology， 1994， 117(s1-4):75-94．

[4] JOHNSON D， WILSON. Shore Processes And Shoreline Development[M]. New York:John Wiley&sons， Inc.， 1919．

[5] BRYANT E. Regional sea level， Southren Oscillation and beach change， New South Wales， Australia[J]. Nature， 1983， 305(5931):213-216.

[6] BRUNN P. Worldwide Impact of Sea Level Rise on Shoreline [M]. Houston，TX (USA):Gulf Publishing Co.，1990.

[7] DAVIS R A，Hayes M O. What is a wave-dominated coast[J]. Marine Geology， 1984，60:313-329．

[8] FERGUSON R I， CHURCH M. A simple universal equation for grain settling velocity[J]. Journal of Sedimentary Geology， 2004， 74:933-937．

[9] FINKELSTEIN K. Morphological variations and sediment transport in crenulate-bay beaches，Kodiak Island， Alaska[J]. Marine Geology， 1982， 47:261-281．

[10] 袁家义， 赵焕庭， 陆铁松， 等. 华南海岸动力地貌体系[J]. 海洋学报(中文版)， 1992(1):72-81．

[11] 王文介. 粤东锯齿状海岸弧形砂质湾滩的发育[J]. 热带海洋， 1985， 4(2):15-21．

[12] 赵焕庭. 崖门至漠阳江间港湾式海岸地貌[J]. 海洋与湖沼， 1980， 11(2):121-133．

[13] 刘阿成， 吕文英， 蔡 峰. 广东汕头南部近海晚第四纪埋藏古河曲的研究[J]. 海洋与湖沼， 2005(2):104-110．

[14] 梁国雄. 汕头南部企望湾海岸地貌发育[J]. 热带海洋， 1986， 5(3):33-41．

[15] 李伯根， 谢钦春， 夏小明， 等. 企望湾砂质海滩剖面冲淤幅度的估算[J]. 海洋学研究， 2002， 20(1):20-27．

[16] 王崇贤， 张庆河， 胡 昕. 汕头港广澳港区防波堤工程波浪输沙及对濠江河口影响研究[J]. 水运工程， 2012(1):6-11．

[17] 周 英. 汕头市大陆海岸的主要地质灾害[J]. 热带地理， 2008， 28(4):331-337．

[18] 陈挺光. 汕头市地质构造特征及区域稳定性评价[J]. 广东地质， 1990(1):51-61．

[19] 中国科学院南海海洋研究所地质室. 华南沿海第四纪地质[M].北京： 科学出版社， 1978．

[20] 王文介， 黄金森， 毛树珍， 等. 华南沿海和近海现代沉积[M].北京：科学出版社， 1991．

[21] 中交第四航务工程勘察设计院有限公司. 汕头港广澳港区2万吨级石油化工品码头工程工程可行性研究报告[R]. 2007:56-69．

[22] 王文介， 杨雪舞. 华南沿海海滩状态和演变[J]. 热带海洋学报， 1996(4):9-16．

The characteristics and explanations of erosion anddeposition of sandy coast in Qiwang Bay of Shantou City

ZHANG Tonghui1,2,3, SUN Zhaohua4, ZHENG Zhong5, LIU Chunshan2, YU Yongming6

(1.State Key Laboratory of Tropics Oceanography， South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301; 2.Guangdong Ocean and Fishery Environment Monitoring andForecasting Center, Guangzhou 510222; 3.University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049;4.Key Laboratory of Marginal Sea Geology(South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510301; 5.Sea Dynamic Surveillance Center of Shantou, Shantou, Guangdong 515000;6.Beijing Urban Construction Exploration & Surveying Design Research Institute Co., Bejing 100101)

Eight sections were set up to investigate topography and sediment of sand beach in Qiwang Bay, Shantou City. Based on field data collected in three surveys from Marth, 2014 to August, 2015, the characteristics along with causes of erosion and deposition are analyzed within the study region. Seasonal variation of topography was found in this area, and particle size distribution was influenced seriously by typhoon, with along-shore transport as major mode of sand movement.

Qiwang Bay; sandy coast; erosion and deposition; typhoon

2016-11-12.

国家自然科学基金项目(41406205)；中国科学院科研装备项目(YZ201534)；国家公益性科研专项项目(201305019)．

1000-1190(2017)01-0115-08

P737.13

A

*通讯联系人. E-mail: joeysun@scsio.ac.cn.