温州飞鳌浅滩海域水沙环境与海床冲淤变化

左书华，李孟国，韩志远

(交通运输部天津水运工程科学研究所 港口水工建筑技术国家工程实验室 工程泥沙交通行业重点实验室，天津 300456)

为落实温州沿海产业带建设的战略部署，积极推动平阳港区向鳌江口外转移，平阳县人民政府拟利用飞鳌浅滩滩涂资源建设深水大港，发挥港口优势引导产业集聚，打造平阳临海产业基地，最终实现港、产、城三位一体的协调发展格局。拟规划的温州港平阳港区北起飞云江南岸，南至鳌江口北岸，自南至北岸线长约11 km(图1)。

海洋是温州经济发展的优势所在，也是温州未来发展的潜力所在[1]。近一些年来温州海域的开发建设，对温州海域的研究成果亦愈加丰富，对本研究区域包括飞云江口和鳌江口在内海域的研究主要集中在瓯飞浅滩和江南围垦工程潮流数学模型及其影响、航道整治数模物模研究、风暴潮数学模型研究、苍南电厂港口航道泥沙问题等研究，如姚炎明等[2]通过数学模型研究了江南海涂围垦施工以后对鳌江口潮流的影响；蒋国俊等[3]基于巴艚港区域实测水文泥沙资料，分析了水文泥沙条件中潮流因素对航道冲淤所起的重要作用；李旭升等[4]基于实测资料对苍南电厂工程区附近海域水文泥沙、波浪、底质和地形变化进行了分析，论述苍南电厂海域海床地形变化趋势；申伟杰等[5]以鳌江口及其以南水域为例，根据2010年实测水文泥沙资料和不同时期地形图对比分析了其研究海域的地形变化趋势。但以飞鳌浅滩及其周边海域为对象，较为全面分析其水沙环境和海床冲淤变化的研究涉及并不多。本文在前人研究基础上，以2013年7月研究海域实测水文泥沙资料和多期(1964年、1986年和2011年)水深资料为基础，对飞鳌浅滩海域水沙环境、地形冲淤变化进行了分析，为拟规划的平阳港区建设和温州海域海洋资源的开发研究等提供基本依据。

图1 研究区域形势及测站分布图Fig.1 Study area situation and measured sites

1 研究区域与数据

研究区域位于飞云江口至平阳嘴、东侧至-20 m等深线附近，南北边界分别包括飞云江口和鳌江口，区域东端至南麂岛(图1)。

(1)水文泥沙观测时间为2013年7月，涵盖完整的大潮和小潮周期，观测内容包括：流速、流向和含沙量资料。潮流数据采用声学多普勒流速流向仪(ADCP)测得，测流间隔为0.5 h，每次测流历时180 s，测流分层浅水区(水深小于10 m)为0.5 m，深水区(水深大于10 m)为1.0 m；含沙量数据采用自容式温盐深浊度测量仪(COMPACT CTD)分层测量垂线水体浊度，测量结束后以现场采取的水样和悬沙对所有的CTD进行室内率定分析，经过率定分析处理建立浊度和含沙量之间的函数关系，计算得到水体含沙量。

(2)悬沙样品采用瓶式采样器采集悬沙水体，海床表层沉积物采用蚌式取样器抓取海底表层沉积样品；悬沙和表层沉积物粒度数据为现场取样经室内超声打散并基于Malvern Master Sizer 2000型激光粒度仪测得。

(3)岸线资料主要是依据1964年、1970年、1996年海图地形岸线和2011年11月遥感卫片岸线。水深资料：以1964年、1986年和2011年1:15万的鳌江口及其附近海图资料为基础，运用GIS软件，对海图进行扫描、配准和数字化；利用数字化得到的离散水深点，通过Kriging插值方法生成规则矩形网格数字高程模型DEM，计算不同年份DEM的水深变化，分析海床冲淤特征并对区域内的横断面计算，分析其横向上水深随时间的变化。

2 结果与分析

2.1 潮汐特征

通过短期验潮站(上干山、平阳嘴和南麂岛)2013年7月～8月潮位数据，采用最小二乘法进行潮汐调和分析，该海域潮汐形态数在0.28～0.31之间，结果表明：该海域潮汐性质为正规半日潮型；验潮期间平均潮差超过4 m，最大潮差可达7.0 m以上，属于强潮海域；涨、落潮平均历时分别为6 h 6 min和6 h24 min。

2.2 潮流特征

2.2.1 潮流类型

根据同期水文资料显示，各垂线(WK1+WO1)/WM2之比均小于0.50，属规则半日潮流，但其比值WM4/WM2均在0.07～0.20之间，又都大于0.04，表明测区中浅海分潮流具有极大的比重，故潮流性质应属非正规半日浅海潮流。

2.2.2 潮流的运动形式

该海域M2分潮流椭圆率K值(绝对值) 多在0.02～0.24之间，潮流运动形式以往复流为主，平阳嘴附近及南侧测站M2分潮流椭圆率K值(绝对值) 多大于0.25，表现为逆时针转旋流性质。

2.2.3 流速与流向

图2为2013年7月研究海域定点测站潮流矢量图。从图上可以看出，研究区域附近海域总体潮流属于往复流，向外海旋转性逐渐增强，其中位于河口处的V1和V2测站，流向与河流走向一致；近岸浅水区涨、落潮流平均流向基本垂直于岸线方向，呈明显往复流性质，外海深水区基本呈旋转流，区域性变化显著。

(1)河口区V1、V2平均流速较大，大、小潮平均流速均超过0.6 m/s，其中V1大潮垂线最大流速在1.3 m/s左右，平均流速0.81～0.95 m/s，其他区域平均基本在0.2～0.5 m/s之间。大潮平均涨、落流速分别为0.48 m/s和0.49 m/s，小潮分别为0.28 m/s和0.29 m/s，涨、落潮段平均流速相差不大。大潮平均流速明显大于小潮，分别为0.49 m/s和0.29 m/s。

2-a 大潮 2-b 小潮图2 大、小潮垂线平均潮流矢量图(2013-07)Fig.2 Average tidal current vector of spring tide and neap tide

(2)涨、落潮平均流向，V1、V2测站与河道走向一致，分别为NW-SE、NNW-ESE，其余测站基本呈NW-SE，其中外海测站旋转流性较强。另外，潮流矢量图显示河口区以外的测站流向有一定的偏向性，特别是小潮时更加显著，流向总体偏北的趋势明显，而且表层潮流流向偏向性比底层更加显著。

(3)全测站涨、落潮流平均历时分别为5 h 59 min和6 h 29 min，落潮历时总体较涨潮流历时长。其中不同测站之间的涨、落潮流历时有一定差异。河口区较近的测站总体表现为落潮历时大于涨潮历时，其他区域涨落潮历时总体相差不大，相差在30 min左右。

2.3 余流

3-a 大潮 3-b 小潮图3 大、小潮垂线平均余流矢量图(2013-07)Fig.3 Average residual flow vector of spring tide and neap tide

余流一般指实测海流扣除周期性潮流后所剩留部分，在一时期能够反映泥沙的净运移方向，经潮流调和分析，得到研究海域不同测站的余流数据[6-7]。图3为2013年7月的余流矢量图，从图上看出，除河口附近余流方向与河口走向一致呈东南方向外(受上游河水径流影响，大潮表现更加明显)，其余垂线余流流向基本为东北或北向；V11测站最大，平均约为23.5 cm/s，其次是V9测站平均为19.8 cm/s，最小余流发生在V6测站，平均为7.1 cm/s。

2.4 波浪特征

根据研究区域2011年2月至4月短期波浪资料统计，该区域主要浪向分别为ENE、E和NE，频率分别为14.9%、13.9%和12.1%，平均H1/10为0.73 m，最大为1.8 m，发生在3月份；介于0.5～1.0 m之间的H1/10占64.1%；平均周期在4.8 s左右，最大平均周期在8 s左右。

2.5 泥沙环境

2.5.1 含沙量

含沙量变化是水动力作用下泥沙输移、沉积和再悬浮等运动过程的直接体现。掌握含沙量的变化特征，可以估算工程区域港区回淤量，对河口海岸区域的港口与航道工程建设具有重要的意义[6]。

在平面分布上，含沙量自岸向海呈逐渐递减的趋势(图4)，如大潮时V4-V7-V10平均含沙量分别为0.23 kg/m3、0.13 kg/m3、0.05 kg/m3。飞云江口、鳌江口测站含沙量较大，V1、V2垂线平均含沙量都在1.5 kg/m3以上，V1大潮期垂线平均最大含沙量可达10.93 kg/m3。河口区以外的水域，垂线平均含沙量介于0.05～0.50 kg/m3之间，5 m等深线处的平均含沙量都在0.2 kg/m3左右，5 m以外的平均含沙量都在0.1 kg/m3以下。

除飞云江口V1测站落潮流含沙量大于涨潮流含沙量外，总体上是涨潮流含沙量大于落潮流含沙量，大潮涨潮垂线平均含沙量介于0.08～0.53 kg/m3之间，落潮时介于0.07～0.32 kg/m3之间；小潮涨潮垂线平均含沙量介于0.03～0.12 kg/m3之间，落潮时介于0.03～0.11 kg/m3之间。

一般而言，大潮期间潮流作用相对强劲，底部泥沙在底部剪切力的作用下又再悬浮，含沙量增高；小潮期间则流速较小，部分泥沙落淤，水体含沙量降低，因此表现为大潮含沙量高，小潮含沙量低。在研究海域也符合这一特征，大潮平均含沙量是小潮的1.6～3.6倍。从垂线分布上看，含沙量由表层向底层逐渐增加，底层的含沙量最大；大潮底层含沙量是表层含沙量的5～6倍，小潮底层含沙量是表层含沙量的7～8倍。

图4 各测站涨、落潮段垂线平均含沙量柱状图Fig.4 Bar chart of the average sediment concentration of each station

2.5.2 悬沙粒径

研究区域悬沙粒径较细，各垂线平均悬沙粒径在0.003 9～0.004 5 mm之间，平均为0.004 2 mm。

2.5.3 海床表层沉积物

在研究海域布设表层沉积物采样点210个，测点距离约2 km左右。由图5所示，本区水下沉积物有4种物质类型，即砂-粉砂-粘土(STY)，粉砂(T)、粉砂质粘土(TY)和粘土质粉砂(YT)；在全部样品中粉砂占2.4%，砂-粉砂-粘土占3.3%，粉砂质粘土占18.6%，粘土质粉砂占75.7%，由此可见该海域主要以粉砂质粘土和粘土质粉砂为主。

表层沉积物中值粒径在0.003 7～0.028 mm之间变化，平均中值粒径为0.007 3 mm，从粒径上反映出该海域沉积物中值粒径总体较细。0.004～0.008 mm粒径范围分布区域最大，几乎呈普遍分布；0.008～0.016 mm粒径分布区域主要在飞云江河口以北区域；大于0.016 mm粒径分布区域主要分布在飞云江口外的岛礁附近；小于0.004 mm的沉积物仅为零星分布。工程近海区粒径分布的主要特征反映出北部略粗、南部次之、中部最细。

2.6 岸线及海床冲淤变化

2.6.1 岸线变化

根据工程海区1964年、1970年、1996年海图地形岸线及2011年11月遥感影像岸线进行对比分析可知(图6)，本海域岸线变化有以下特点：

(1)本海区西湾及平阳咀两侧岸线基本为基岩岸线，该处围垦活动少，多年来保持稳定。

(2)飞云江及鳌江河口两侧均为平直平原岸线。1964～2003年，飞云江口两侧及鳌江口两侧有小幅外移，外移幅度不超过1 km，这与该段时间内潮滩围垦规模较小有关。2003～2011年，由于飞云江口及鳌江口两侧大规模围垦的增加，特别是鳌江口北侧西湾围垦及南侧江南围垦，导致岸线大幅度向海推进，其中飞云江口两侧岸线向海推进1.5～2 km，鳌江口北侧岸线向海推移1 km，南侧岸线向海推进约4 km，从而导致河口口门外移超过3 km。本海区的海岸线形态与变化主要受人类开发活动的控制，随着潮滩围垦及港口建设，海岸线将长期保持向海推进的趋势。

图5 海床表层沉积物粒度参数图Fig.5 Grain size parameters of the seabed surface sediment

2.6.2 等深线变化

图7给出了1964年、1986年和2011年三个时期等深线变化，从图中可以看出：

(1)1964～1986年，飞云江河口至平阳咀之间，0 m等深线向海淤进了约800～1 200 m，鳌江口内的0 m等深线呈闭合状，与外侧0 m等深线并不相连；2 m等深线向海淤进了约300～1 600 m，5 m、10 m、15 m及20 m等深线的形状和位置保持不变。由此可见，该段时间内，淤积主要发生在2 m以浅的近岸浅滩上，地形坡度以0.05‰计，其年平均淤积速度为1～4 cm/a。

(2)1986～2011年期间，0 m等深线，飞云江河口至鳌江之间海域呈冲淤相间基本保持吻合，鳌江口内侧与外侧相连通，这可能与该处挖沙及开挖航道有关；2 m等深线局部冲淤相间，整体形状和位置保持稳定；5 m及10 m等深线的形状和位置基本保持不变。总体来看，0 m以下水域总体呈微冲刷趋势，冲刷幅度在0.5 m以内，年冲刷速率不足2 cm。由此可见，1986～2011年期间，该海域岸滩总体是保持动态的相对稳定状态。

图6 近期岸线变化Fig.6 Coastline changes in recent years图7 1964～2011年等深线变化Fig.7 Contour of water depth from 1964 to 2011

2.6.3 纵断面变化

从断面水深变化来看(图8)，不同时期的断面形态基本一致，略有冲淤变化，总体保持稳定；除了位于鳌江口的断面D5冲刷稍大(可能与河口挖沙有关)其余均在0.1 m以下，整体来看 ，该海域地形处于基本稳定状态。

图8 纵断面水深变化Fig.8 The water depth variations of cross-section profiles

3 讨论

3.1 风对潮流流向影响分析

在2.2.3节分析显示2013年7月总体有偏北的趋势，而且表层矢量和底层流矢量相差较大。根据该海域前人研究成果表明此现象与风或风致风海流有关[4，7]。2013年7月水文期间实测风况资料显示，此期间以偏S风为主，风力在4～5级，阵风6～7级。因此分析认为风或风致风海流对表层潮流矢量影响强，致使表层流的偏向性更强，而底层较小。

3.2 余流的影响因素

根据《中国海湾志》研究成果[7]，温州海域余流受到台湾暖流和江浙沿岸流两支主要余流系统的影响，夏季受到北上的台湾暖流影响除河口水域基本上表现为东北或北向余流，冬季受到江浙沿岸流影响，温州沿海区域除河口附近外基本为南向余流。此次观测时间为2013年7月夏季，海域受台湾暖流影响，除河口外，其余垂线余流流向基本为东北或北向，与以往研究成果一致。

3.3 海域泥沙来源及输移趋势

泥沙来源是潮滩发育的物质基础，泥沙运输趋势则对港口与航道工程建设和后期维护有着重要意义。

3.3.1 泥沙来源

研究海域泥沙来源包括三部分，即陆域来沙、江浙沿岸流向南输移的泥沙和当地泥沙在波流共同作用下的反复搬运。

(1)本区的飞云江和鳌江为山溪性河流，径流量较小，携带的物质一般较粗。从研究海域海床底质粒径看，以粉砂质粘土和粘土质粉砂分布为主，与附近河口上游输送的较粗颗粒的泥沙大不相同。因此河口上游来沙对研究海域的影响性有限或影响不大。

(2)从历史研究成果来看[7]，温州湾海域的细颗粒泥沙主要来源于主要源于海域，也就说历史时期以来江浙沿岸流和长江口泥沙南向扩散对该海域的影响较大，这也与研究海域广泛分布着细颗粒物质性质相同。不同在目前既定的环境下，随着长江口入海泥沙的大量减少以及浙江沿岸不断形成的大范围的围填海工程，使得向南扩散的大大减少，进入温州沿海的输沙量减少。

(3)温州湾海域在历史长期演变过程中，形成了大面积和宽度较广的淤泥质浅滩。研究海域为敞开式海域，风浪、潮流作用比较强，E向常浪向同时又是强浪向出现频率为81%，实测平均流速在0.4 m/s以上，最大流速达1.0 m/s以上。因此，当出现风浪或涌浪时，整个工程海域浅滩上的细颗粒泥沙将在波浪作用下被掀起，又在潮流作用下反复搬运，即所谓的“波浪掀沙、潮流输沙”，使泥沙输移在短时期内产生很大的变化，对未来拟规划港区和航道的泥沙淤积问题影响最为主要。

3.3.2 泥沙运移趋势

温州湾海域的水沙运动受到两股沿岸流(江浙沿岸流与台湾暖流)影响，江浙沿岸带来的较高含沙量水体使得温州湾海域泥沙运移路径总体是由北至南运移[7-9]。

飞鳌浅滩滩面总坡度小于1‰，波浪动力在传播过程中的衰减，造成了不同海滩部位泥沙运动的差异。据波浪数学模型推算[10]，研究海域极端高水位50 a一遇波浪作用下6 m水深处H1/10波高可达8 m以上，其破波带位置在8～9 m等深线附近；另外，从大量遥感卫片上也可以看出[11]，较高含沙量分布带最远可达5 m等深线附近，这也是受到近岸潮滩滩面泥沙在“波浪掀沙、潮流输沙”影响的缘故。

3.4 周围环境对海床变化的影响

由上述分析结果可以看出，近年来飞云江—鳌江口海域水下地形淤积趋势渐缓，由原来的1～4 cm/a，到目前不足2 cm/a，这既与整个海区的泥沙供给大幅减少有关，也与大规模围垦潮滩使得近岸浅滩活动泥沙大幅减少有一定关系。

(1)温州湾沿岸的河流输沙是供给近岸带沉积物物质的主要来源，1980～2000期间瓯江、飞云江和鳌江输沙量与1956～1979年相比减少了30%左右。

(2)另外江浙沿岸流长期以来所带入本区的泥沙也是长期塑造温州湾海域潮滩的重要沙源，随着浙江沿岸入海泥沙量的减少，特别是长江来沙量的大幅度减少，造成进入浙江沿海的输沙量减少，潮滩发育泥沙补给的减少也使得潮滩发育速度有所减缓。

(3)20世纪90年代后，浙江沿海滩涂围垦发展迅速，同时采取了大量的滩涂促淤工程，1989～2003年和2003～2010年2个时段的海岸滩涂泥沙补给量比1959～1989年的2.02亿t/a分别增加了0.61亿、 0.16亿t/a[12]，一方面是外界泥沙补给的减少，另一方面是内部泥沙补给的增加，也使得整个区域内滩涂塑造速度的降低。

(4)对于拟建港区而言，瓯飞浅滩、飞鳌浅滩及苍南巴曹浅滩等围圈工程，可以削弱了波浪对近岸浅海区浅滩的冲刷作用，降低工程周围局部区域的泥沙活跃性，对减少航道的泥沙淤积起到积极的作用；对岸滩的塑造除了局部因素外，起决定作用的是整个温州湾海域水动力状况和泥沙环境的变化，在目前水动力和泥沙环境不变的情况下，研究海域海床变化总体仍会处于基本稳定状态。

4 结语

温州飞鳌浅滩海域潮汐为正规半日潮，属强潮海域，平均潮差有4.42 m，最大潮差可达7.0 m以上，研究区域潮流以往复流为主，涨落潮方向是SE—NW向，除了河口区流速较大外，其余均在0.3～0.5 m/s之间，余流受到台湾暖流和江浙沿岸流影响，具有明显的季节性变化，2013年7月夏季余流流向以东北或北向为主。海域悬沙含量较高，且具有明显的区域性和季节性，河口区平均含沙量达1 kg/m3以上，近岸浅海区含沙量一般都在0.5 kg/m3以下，大潮和小潮平均含沙量在0.2 kg/m3和0.08 kg/m3左右。海域海床表层沉积物类型以粉砂质粘土和粘土质粉砂为主，属于典型的淤泥质海岸。

本海区的海岸线形态与变化主要受人类开发活动的控制，随着潮滩围垦及港口建设，海岸线将长期保持向海推进的趋势。自20世纪60年代以来，该海域岸滩总体是保持动态的相对稳定状态，年冲淤速率在2 cm/a左右。近年来，由于整个海区的陆源供沙量大幅减少和大规模围垦潮滩使得近岸浅滩活动泥沙大幅减少等关系，该海域水下地形淤积趋势渐缓，工程海域岸滩总体处于基本稳定状态。