潮汐汊道及其沙滩的安全风险和动力机制

边淑华 刘建强 张志恒 刘兰 胡泽建

摘要：为提高海水浴场的安全性，避免发生溺水事故，文章以潮汐汊道及其沙滩的动力地貌结构和发育演变为基础，研究青岛市灵山湾城市阳台海水浴场沙滩的安全风险和动力机制，并提出风险防范建议。研究结果表明：河口潮汐汊道落潮流三角洲的潮汐水道延伸至沙滩滩面，高潮时淹没，落急时水流集中，形成流向外海的高速水流，极易引发海水浴场安全事故;区域落潮流与汊道落潮流相叠加、落潮流三角洲阻挡沿岸输沙造成下游局部岸段侵蚀以及沿岸输沙变化导致水道迁移摆动等因素进一步加大潮汐汊道附近沙滩的安全风险;安全风险最大的地点位于沿岸输沙下游与区域落潮流流向一致的潮汐水道末端附近沙滩，且该位置不稳定，随波浪场发生年际和季节变化;在潮汐汊道沙滩岸段设置海水浴场前应研究其动力地貌和发育演变，划分危险区和安全区，浴场设置后定期监测并确定危险区的位置，并在沙滩安全维护和质量评价等方面将潮汐汊道作为重要判定指标。

关键词：海水浴场;潮汐汊道;动力地貌;落潮流三角洲;净输沙

中图分类号：TV148+3;P73123文献标志码：A文章编号：1005-9857（2019）02-0080-06

Risk and the Dynamic Mechanism of the Beach Close to the Tidal Inlets

BIAN Shuhua1，LIU Jianqiang1，ZHANG Zhiheng1，LIU Lan2，HU Zejian1

（1First Institute of Oceanography，MNR，Qingdao 266061，China;

2Ocean University of China，Qingdao 266100，China）

Abstract：In order to improve the safety of bathing beach and avoid drowning accidents，risk and the dynamic mechanism of Chengshiyangtai bathing beach in Lingshan bay of Qingdao was studied based on the dynamic geomorphologic structure and the evolution of the two tidal inlets close to the beach as well as the beach itself.The results showed that the ebb tidal channels in the ebb tidal delta of the tidal inlets extend to the beach，and they are submerged during the high tides while the water concentrates in them and rapid flows to the sea are formed during the ebb，which is extremely easy to cause safety accidents on the beach.Besides，the overlap of the regional ebb tidal currents with that from the tidal inlets，and the downdrift erosion caused by the sand sink in the ebb tidal deltas as well as the seasonal and interannual channel shifts caused by the variation of wave field and the longshore sediment transport increased the risk on the beach adjacent to the tidal inlets.It was suggested that the dynamic geomorphology and evolution of the beach and the adjacent tidal inlets should be studied before a bathing beach setting up，and the dangerous area and safe area should be divided.The water depth and the landform should be surveyed regularly to ensure the safety area.And tidal inlets should be considered as an important indicator when management methods and quality evaluation was made of bathing beaches.

Key words：Bathing beach，Tidal inlet，Dynamic geomorphology，Ebb tidal delta，The net sediment transportation

0引言

海水浴場沙滩是最受欢迎的旅游目的地之一，丰富游客的休闲娱乐生活，同时创造巨大的经济价值。作为松散的沉积物堆积体，沙滩在地质地貌背景、波浪和潮流等因素的作用下，呈现复杂的动力状态组合，给滨海旅游业带来诸多安全隐患[1]。很多沙滩存在海底暗流，易造成溺水事故，其形成有多种机制，其中裂流受到广泛关注[1-4]。根据近年来的研究，潮汐汊道也是引发沙滩溺水事故的重要原因。

1潮汐汊道落潮流三角洲

潮汐汊道是连接向陆侧纳潮水域和向海侧开阔水域的特殊地貌体。广义的潮汐汊道包括沿岸沙坝和坝外浅滩、河口湾或潟湖（纳潮水域）、口门段深槽以及涨落潮三角洲[5]，一般分为河口型、沙坝-潟湖型、海湾型、溺谷型和人工型5种类型[6]，其中沙滩岸段主要为沙坝-潟湖型和河口型。潮汐汊道受潮汐、波浪、海流和径流等多重动力作用，是复杂的地貌体系，并与沙滩进行物质交换，影响沙滩的发育和演变，并可能给海水浴场带来事故风险。

在潮汐汊道体系中，向海侧的落潮流三角洲与两侧沙滩的沉积动力关系尤为密切（图1）。

11典型地貌模式落潮流三角洲在汊道口呈扇状向开阔水域延伸，典型的潮汐汊道落潮流三角洲主要由涨、落潮水道，水道间浅滩和拦门沙等次级地貌单元组成[7]。其中，涨、落潮水道是水流集中进出纳潮水域的通道，中央水道落潮流占优势，两侧水道涨潮流较强;拦门沙是汊道流出水流与波浪共同作用形成的舌状隆起，发育在中央落潮槽外侧。

作为潮水集中进出的通道，水道水流集中，涨急和落急等时刻的流速显著增大，尤其是落急时形成向海侧的高速水流，易引发安全事故。

12泥沙转运方式

潮汐汊道主要通过沿岸输沙坝外转运的方式实现汊道口两侧的物质交换，并参与邻近沙灘的物质输运过程。如果补给的沙量超过汊道可吸纳和储存的沙量，沙滩泥沙则进入或绕过潮汐汊道系统[8-9]。由于汊道口射流的阻挡，沿岸输运的泥沙在绕过潮汐汊道时，可能会在拦门沙外侧较深水域沉积;部分泥沙最终回到近岸并补给到汊道下游岸段，部分泥沙不能回到近岸并导致汊道下游岸段侵蚀[10-11]。同时，在这种沿岸输运的作用下，落潮流三角洲的潮汐水道随季节和年际变化发生摆动和迁移，导致水流集中流速高的水道位置不稳定，加大安全风险。

2潮汐汊道及其沙滩的动力地貌结构和发育演变

青岛市是著名的滨海旅游城市，有多处海水浴场，其中灵山湾城市阳台海水浴场沙质细腻、滩面开阔、坡度适宜，近年来吸引众多游客。然而由于缺乏科学论证、严格管理和安全设施等，该海水浴场早前常发生游客溺水事故，安全风险较大。经研究发现，溺水事故与小型河口潮汐汊道形成的暗流和岸滩冲淤变化密切相关。

灵山湾位于山东半岛南岸，为小型弧形海湾，沿岸发育带状沙滩，沙滩上有多个小型季节性河流入海。城市阳台海水浴场位于风河和大芦河2个小型河口之间，沙滩长约2 km。经踏勘调访发现，靠近河口的沙滩是事故多发地，且事故多发生在落潮时刻。因此，对风河和大芦河河口潮汐汊道及其沙滩的动力地貌结构和发育演变进行研究，探讨相关事故风险和发生机制。

21动力地貌结构

研究岸段为典型的沙滩和小型河口潮汐汊道组合的地貌形态。沙滩位于2个河口之间，主要组成物质为黄色中细砂，沙质细腻;岸段为平直沙岸，沙滩平缓开阔，等深线与岸线基本平行，0 m等深线距岸200～300 m，2 m等深线距岸约500 m，平均坡度约6‰。2个河口外侧均发育落潮流三角洲，且发育不对称，总体偏NE向，主要由潮汐水道、水道间浅滩和拦门沙（末端坝）等次级地貌单元组成，与落潮流三角洲的典型地貌模式相似。

风河和大芦河落潮流三角洲均只发育2条较明显的潮汐水道。风河河口的1条潮汐水道顺河道尾闾拐向NE向，1条潮汐水道向SW向延伸，中间水道不明显，口外侧拦门沙极为发育;大芦河河口的1条潮汐水道顺河道尾闾向外延伸发育中间水道，1条潮汐水道发育在SW侧。潮汐水道长500～1 000 m，由河口向外发散，水道间发育规模不等的浅滩。风河河口NE侧和大芦河河口SW侧的潮汐水道都延伸至浴场沙滩上，其中风河河口NE侧水道长约1 km，自河口向外延伸至1 m等深线附近。沙滩上的潮汐水道高潮时被海水淹没，低潮时部分出露，隐蔽性强。涨、落潮时纳潮水域的水流在水道集中，形成高速水流，尤其在落急时刻形成流向外海的高速“暗流”，极易造成安全事故，风险较大。2个河口的潮汐水道都延伸至沙滩上，但风河河口水道规模较大，且与外海落潮流方向一致，使其外侧沙滩的安全风险更为显著。

潮汐水道的流量和流速与汊道口内侧的纳潮量正相关[12]。风河和大芦河的基本情况如表1所示，其中年均径流量根据流域面积和年均降雨量[13]计算得到。

由表1可以看出，风河的汇水面积、年均径流量和年均输沙量等均大于大芦河，其河口内侧的纳潮面积也较大，因而其落潮流三角洲的规模较大，潮汐水道较宽、较深且较长，水道内的流量和流速较大，加大了安全风险。

根据现场勘踏，风河河口NE侧沙滩落潮时滩面出露的水道潮沟宽20～30 m，深约1 m，潮沟与周边浅滩的高差在2～3 m;而大芦河河口外水道长约500 m，宽十几米，深数十厘米。此外，研究区的涨潮流主要由NE向流向SW向[15]，落潮流流向NE向，落潮时区域落潮流与风河河口NE侧潮汐水道集中流出的汊道落潮流相叠加，进一步加大水道区海水浴场沙滩的安全风险，揭示风河河口东侧沙滩为溺水事故多发地的原因。

22输沙、冲淤变化和潮汐水道迁移摆动

221沿岸净输沙

潮汐汊道和邻近沙滩之间的物质交换主要通过沿岸输沙的坝外转运实现[8-10]。根据距研究区NE向约40 km的小麦岛海洋站的多年统计结果，研究区海浪主要为S向和偏S向，常浪向和强浪向均为SE向。采用《海港水文规范》的推荐公式，计算研究区沿岸全年净输沙325×104 m3，净输沙方向为NNE向（表2）。

根据风河落潮流三角洲总体偏NE向的地貌形态，也可初步判定研究区沿岸的净输沙趋势。此外，研究区波浪场存在季节性差异，即冬季偏N向浪占优势，而夏季偏S向浪占优势[16]，因此沿岸净输沙趋势也不同，即夏季NE向输沙增强，而冬季SW向输沙增强。因此，研究区沿岸全年和夏季净输沙为NE向，而冬季转为SW向，与根据研究区海底表层沉积物分布趋势判断沿岸净输沙趋势的研究结果相同[17]。

222岸滩冲淤

研究区受人类活动影响显著，沙滩由河口沙咀改造和固化演变而来，河口段河道经人工硬化且略有迁移。大芦河于1973年无落潮流三角洲，经人工固化河道变窄后形成小型河口三角洲。1973—2012年风河河口末端坝NE侧0～2 m海区侵蚀，侵蚀泥沙向SW侧和NE侧移动，并使两侧海区淤积，且NE侧的淤积程度略大于SW侧;期间风河河口末端坝SW侧0 m、2 m和3 m等深线均向外推移数十米至上百米，NE侧各等深线向外推移200～250 m，且有自SW向向NE向外推距离逐渐加大的趋势，表明其侵蚀泥沙运移能力NE向大于SW向，与沿岸净输沙趋势一致，这也是风河落潮流三角洲总体偏NE向的主要原因。

沿岸输沙导致落潮流三角洲末端坝外侧的泥沙补给到两侧沙滩，而末端坝局部发生侵蚀。风河河口末端坝东侧滩面局部有暗礁（当地人称“石栏”），高潮时淹没，低潮时出露，近年来出露程度有所提高，即该处滩面侵蚀所致。由于该处滩面靠近风河河口NE侧潮汐水道末端，暗礁和滩面侵蚀等极大地加大了安全风险。

223潮汐水道迁移摆动

波浪场的变化导致沿岸净输沙方向变化，受沿岸输沙变化的影响，潮汐水道尤其是水道末端会发生迁移摆动，即夏季随着泥沙运动加强向NE侧迁移，冬季则相反。此外，波浪和沿岸输沙的年際变化也会引起潮汐水道的迁移摆动。风河和大芦河河口潮汐水道流路的变化可在不同时期的卫星遥感图上明显体现，该特征使潮汐水道末端落急时水流集中流出的位置不稳定，从而加大安全风险。

对于河口型潮汐汊道落潮流三角洲，水道的位置和流速等还会受到径流量的影响。汛期河流水量增大，汊道落潮流作用增强，有利于潮汐水道发育;而河流水量减少时，末端坝淤积作用增强，潮汐汊道变得不通畅。风河和大芦河落潮流三角洲中央落潮水道的贯通性逐渐变差，至2018年已不能贯穿末端坝，在潮汐汊道稳定性分级[10]中处于逐渐衰亡的阶段。此时季节性径流作用对维持潮汐汊道发挥重要作用，因而更应关注汛期潮汐汊道邻近沙滩的安全风险。

3潮汐汊道沙滩安全风险的综合机制和防范措施

31潮汐汊道及其沙滩安全风险的综合机制

根据潮汐汊道及其沙滩的典型动力地貌结构和发育演变规律，结合城市阳台海水浴场个例，本研究认为潮汐汊道邻近浴场沙滩的安全风险主要存在于潮汐汊道落潮流三角洲范围内，主要机制包括：①潮汐汊道落潮流三角洲的潮汐水道低潮时滩面部分出露，高潮时淹没，隐蔽性强，涨、落潮时水流集中流速大，延伸至沙滩上的水道落急时形成向海的“暗流”;②走向与区域落潮流流向相同的水道，落急时汊道落潮流与海区落潮流相叠加，加大安全风险;③沿岸输沙效应导致汊道口下游岸段一定范围内的沙滩侵蚀;④波浪场和沿岸输沙的季节和年际变化使潮汐水道迁移摆动，落潮时“暗流”位置不固定;⑤径流是河口型潮汐汊道维持的重要因素，汛期水道内流速大，加大水道末端沙滩的安全风险。

32风险防范措施

在设置海水浴场前，应对沙滩及其邻近岸段进行水深测量，研究其动力地貌结构、与潮汐汊道落潮流三角洲的物质交换以及侵淤变化规律等。海水浴场应设置在潮汐汊道落潮流三角洲范围之外，并采取措施有效区分和标志潮汐水道末端和侵蚀沙滩等危险区域，尤其关注走向与区域落潮流流向一致的潮汐水道末端附近沙滩。定期监测海水浴场沙滩及其邻近岸段的地形地貌，研究岸滩稳定性和潮汐水道迁移摆动范围，并及时调整危险区的位置。尤其加强汛期对潮汐汊道落潮流三角洲附近沙滩的管理，防范落潮流和径流的风险叠加。

从实际情况来看，泥沙来源较丰富、沙质细腻、适宜设置海水浴场的沙滩岸段多有潮汐汊道发育。这种潮汐汊道和沙滩组合岸段地貌的发育演变基本遵循经典模式和共有规律，但落潮流三角洲的规模、潮汐水道的规模和流速、末端坝的规模以及对邻近沙滩的补给影响等，与其所在海域的潮汐、波浪、海流、纳潮水域面积和径流来水（沙）量等密切相关，在上述岸段设置海水浴场可参照典型的潮汐汊道地貌模式和泥沙运动规律，有针对性地调查和分析其特有特征，从而防范安全风险。

目前我国的沙滩管理正逐步实现现代化[18]，沙滩安全维护系统和质量评价标准等正在研究、论证和完善[19-20]。在引起安全事故的沙滩动力地貌中，“裂流”和沿岸流等已逐步得到关注[21-22]，但作为危险地貌的小型潮汐汊道在浴场沙滩的评价和管理中尚未被关注。因此，在浴场沙滩设置、安全维护和质量评价等管理和研究中，应将小型潮汐汊道地貌作为重要指标之一，以提高海水浴场的安全性。

4结语

潮汐汊道落潮流三角洲是沿岸泥沙运动的重要单元，对沙滩泥沙具有阻挡和汇集作用[23]。许多学者从岸滩冲淤变化、汊道稳定性及其对通航影响等角度研究潮汐汊道的发育演变，并取得丰硕成果[24-27]，但其对沙滩浴场的安全影响尚未得到关注。由于潮汐汊道邻近沙滩屡次发生安全事故，本研究在已有研究的基础上，对潮汐汊道及其沙滩的安全风险进行初步探讨。根据潮汐汊道稳定性理论[10]，风河和大芦河河口汊道三角洲处于衰退阶段，有利于提高浴场沙滩的安全性。后续应对浴场沙滩及其邻近潮汐汊道系统进行水动力泥沙现场调查，并建立相应模型，对潮汐汊道稳定性、潮汐水道性质、落潮流三角洲规模和纳潮量等进行详细深入的研究，为浴场沙滩安全、潮汐汊道稳定以及二者和谐共存提供更科学有效的保障措施。

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