海口铺前湾岸滩冲淤演变分析

谭泽琼，林楚彬，贺仕昌，娄全胜

（国家海洋局三沙海洋环境监测中心站，海南 海口 570100）

海岸带是地球表层动态而复杂的陆-海过渡带，具有独特的陆、海属性，承受着强烈的陆海相互作用[1]，形成了极其脆弱和敏感的自然生态环境[2]。同时，海岸带地区也是经济与社会发展活动的聚集地，发展程度也相对较高[3-4]。根据海岸带近岸的研究，可划分为岸线演变[5-7]、地形地貌与水动力[8-9]、人类活动对岸滩的影响[10-11]、防灾减灾等韧性评价[12-14]、机载激光雷达测深[15-16]、生态环境分析与修复[17-18]等研究内容。早在20 世纪80 年代已有学者开始关注海滩在自然条件下的动态变化。AUBREY D G 等[19]基于对南加州5 年的海滩剖面测量数据，从不同深度、侵蚀特征岸段等方面，研究海滩季节性陆上/海上沉积物运动特征。MORTON R 等[20]研究了飓风作用下德克萨斯州加尔维斯顿岛海滩和植被线在侵蚀、沉积和恢复3 个方面的变化。随着物理海洋数值模型的发展与海洋工程建设的应用需求，学者们开始探讨用数值模型预测海滩自然变化趋势及工程施工对近岸地形的影响。WANG Y 等[21]采用长岸输沙计算、历史海图对比和ECOMSED 数值模拟等方法，分析了洋马岛海域的侵蚀-沉积特征。LI Y 等[22]提出了一种简单而有效的统计方法，以波浪气候为输入，从平衡形状估计环形海湾的平均值，已应用于英国的基督城湾。GE L Z 等[23]结合了日照港粤梁湾整治工程，运用抛物线型海岬理论平衡岸线，提出人工海滩与防护的尺度关系。通过大比例尺正常物理模型的试验验证，给出了滩涂稳定方案和维护周期。

铺前湾位于海口市东侧，属琼雷凹陷的组成部分，自20 世纪90 年代已有不少学者研究湾内海岸的形成发育[24]、动力地貌[25-26]、水文特征[27]等。随着海南国际旅游岛的建设，湾内依托白沙浅滩的自然地形条件，采用围填海方式修建如意人工岛，也有学者对人工岛建设的海洋环境影响进行预测分析[27-29]，随着海洋环境保护政策收紧等因素影响，人工岛建设在主体工程基本完成后停工，对于其停工后对岸滩的冲淤影响较少开展相关研究。铺前湾地处台风多发区，尤其是2014 年的超强台风“威马逊”和强台风“海鸥”，2021 年在琼海登陆的台风“圆规”等，且铺前湾多支水系汇入海湾。作为海口江东新区的前方，岸滩的稳定性对于后方沿岸规划并建设的商业CBD、住宅房屋、酒店、公园等至关重要，本文基于人工岛施工前期近岸冲淤数模分析成果沿岸布设断面开展调查，综合铺前湾多年海图等深线变化、铺前湾入海河流泥沙变化、台风等多因素，回溯铺前湾环境条件的改变，分析该岸段边滩冲淤变化过程及特征，有利于及早发现岸滩蚀退的安全隐患，为该段岸线保护与修复提供科学依据。

1 研究区域概况

海口铺前湾位于海南岛东北部，为较典型的螺线形砂质海岸，是在波浪和海岸岬角共同控制下发育形成的，其海湾纵深8 km，湾口弦长20 km，螺线段和切线段均发育较好。研究区位于铺前湾，为切线段，岸线平直，西起南渡江入海口，东至东寨港，主要为砂质海岸，岸线呈NW-SE 走向，长度约18 km。

铺前湾属热带季风气候区，冬季盛行NE 风，夏季盛行SE 风。全年主导风向为NE 向，波浪以风浪为主，常浪向和强浪向均为NE 向，年平均波高0.7 m，属不规则半日潮[26]。研究区近岸西侧沉积物类型以粉砂质砂和砂质粉砂为主，东侧靠近东寨港岸段则以砂质沉积为主[30]。

2 资料收集与研究方法

铺前湾海域水深数据提取自1990 年、2007 年及2017 年中国人民解放军海军司令部航海保证部版权所有，中国航海图书出版社出版发行的海图资料（表1），深度基准为最低理论潮面，由于该区域较大，实际测量年份局部不一致，统一以海图年份进行年变化量计算，以反映变化趋势。人工岛修建前采用2008 年法定岸线数据，修建后2016 年12月、2017 年12 月、2021 年11 月、2022 年12 月的岸线数据和2017 年1 月、2018 年1 月、2021 年11月、2022 年12 月的剖面数据均为实测获得，高程基准为1985 国家高程基准。由于铺前湾岸滩地形具有季节性变化特征，夏缓冬陡[30]，岸线和剖面测量均采用冬季数据，水动力条件相似。以上述资料数据为基础，研究海口铺前湾岸滩冲淤演变。

表1 海图资料情况

平均侵蚀（淤积）量计算方法采用如式（1），平均侵蚀（淤积）量s是由某一岸段的侵蚀（淤积）量值主要区间最大值smax和最小值smin的平均值，乘以侵蚀（淤积）岸段ls占该岸段长度l的比例再进行累加计算，除以年数即为年平均侵蚀（淤积）量。

根据人工岛的冲淤趋势影响分区，自西向东沿岸滩布设7 条地形横剖面，冲淤类型涵盖强冲刷区、弱淤积区和中淤积区，长度约40~100 m，用于研究分析岸滩纵向冲淤特征。

海图资料和实测数据的处理与分析均通过ArcGIS 10.2 软件进行，剖面历年高程曲线图采用Matlab 绘制。

3 结果与分析

3.1 等深线迁移特征

等深线变迁可反映岸滩在垂直于岸线方向上的变化。1990—2019 年近岸等深线变化如图1 所示，0 m、2 m 等深线变化均以福创溪东侧约0.9 km 为变化界限，西侧淤进东侧蚀退，0 m 淤进距离主要在30~100 m，蚀退距离主要在21~60 m；2 m 等深线淤进距离主要在20~110 m，变化界限以东地形变化由稳定转为蚀退，蚀退距离主要在30~75 m。

图1 等深线变化对比

1990—2007 年，0 m 等深线总体表现为向海淤进，淤进距离主要集中在50~110 m，平均向海淤进4.7 m/a，以南岳溪至福创溪岸段平均淤进距离最大，林海六横路北侧长约2.3 km 的岸段出现平均约40 m 的蚀退，东寨港附近等深线形态趋于平缓；2 m 等深线总体表现为向海淤进，淤进距离主要集中在50~120 m，平均向海淤进5 m/a，最大淤进距离在福创溪附近，可达400 m，东寨港附近等深线形态趋于平缓；5 m 等深线总体表现为蚀退与淤进并存，在南渡江入海口东侧约4.2 km 岸段平均蚀退190 m，在南岳溪至福创溪表现为淤进，最大距离约390 m，铺前湾湾顶呈现蚀退而东西两侧淤积。淤进量最大的岸段主要集中在入海口附近海域，以福创溪最为明显。

2007—2019 年，0 m 等深线总体表现为向陆蚀退，蚀退主要集中在山湖港西侧1.9 km 处东至铺前湾顶，平均蚀退距离约40 m，平均向陆蚀退3.3 m/a；2 m 等深线总体表现为向陆蚀退，主要集中在东营港东侧1.6 km 以东至林海六横路，平均蚀退距离约70 m，平均向陆蚀退5.8 m/a，铺前湾湾顶总体呈现淤积态势。5 m 等深线呈现蚀退与淤进不规律的波动状态。

3.2 岸线演变过程

以2008—2016 年、2016—2017 年、2017—2021 年、2017—2022 年分别作为施工前、施工期、台风后、停工5 年后4 个不同阶段的时间周期。如意人工岛于2015 年施工，但在2016 年底测量时实际填海区不足总填海量10%，且均集中在填海区西部，对整个铺前湾岸滩未形成明显的遮蔽作用，因此2016 年岸线测量数据仍作为施工前时间段。2017 年底人工岛已完成大部分填岛主体并已停工，其岸线数据体现了人工岛对岸滩的作用结果。2021年数据为台风“圆规”登陆后半个月实测，可反映铺前湾近岸受强台风的影响程度。

岸线变化反映了平均大潮面的平面移动趋势。由图2 所示，施工前铺前湾岸段总体呈现出向陆蚀退，以人工岛栈桥、皇冠温泉海岸、抱历溪、福创溪入海口最为明显，南岳溪入海口及林海三横路则表现为淤积状态，岸段总体平均蚀退距离约11.5 m，平均蚀退约1.4 m/a。施工期岸线总体呈现向海淤进，以人工岛栈桥至皇冠温泉海岸岸段、南岳溪、抱历溪入海口附近淤进距离较大，总体平均淤进距离约3.4 m。台风后岸滩呈现出明显的向陆蚀退现象，以入海口变化最为剧烈，岸线呈锯齿状，各岸段受到不同程度的风暴潮冲击，岸滩出现侵蚀陡坎（图3），平均蚀退距离21 m，平均蚀退约4.2 m/a。停工5 年后，即台风1 年后，岸线较人工岛停工时总体表现为向陆蚀退，平均蚀退距离18 m，平均蚀退约3.6 m/a，但较前一年台风后，53%的岸段表现相对稳定或缓慢变化，47%的岸段表现为明显向海淤进，淤进距离在10 m 至20 m 之间，台风造成岸滩冲刷岸线后退的情况有所恢复，主要集中在人工岛栈桥至皇冠温泉海岸、南岳溪入海口东侧1.9 km及林海三横路东侧1.7 km，恢复较快的岸线主要为栈桥附近形成的泥沙堆积导致岸线向海淤进，以及草本植被较快的生长和扩张速度形成新的植被岸线。

图2 研究区岸线变化对比

图3 剖面高程曲线对比分析

3.3 剖面冲淤变化

剖面的地形变化在一定程度上反映了岸滩在垂向上的演变特征（图4）。岸段基本有滩肩发育，陆域后方防风林外缘形成风成沙丘。2018 年较2017年剖面由西至东从淤积过渡为冲刷，岸坡向陆推移、坡度增加。2021 年台风后，除剖面2 后方为人工构筑物，加剧了风暴潮对海滩的直接冲刷，其他剖面由西至东从淤积过渡为冲刷，均塑造风暴形态剖面。2022 年岸滩逐渐恢复，除剖面P3 和P7 其余总体为堆积态势。

图4 人工岛位置调整对比

剖面P1 在2017—2018 年表现为淤积，在离岸40 m 以后淤积厚度逐渐增加，在离岸60 m 可达1.2 m；2018—2021 年表现为淤积，剖面地形发生明显变化，离岸30 m 处淤积厚度达0.7 m。剖面P1位于人工岛栈桥东侧，受栈桥构筑物的遮挡，部分泥沙在此沉积，形成了海滩逐年抬高的现象。2021—2022 年泥沙向陆堆移，风暴型剖面形成的凹槽被泥沙堆积抬高。

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剖面P2 在2017—2018 年表现为淤积，前滨淤积量则随离岸距离增加而增加，滩面有0.2 m 内的冲刷量。2018—2021 年海滩明显表现为冲刷，冲刷量为0.8~1.1 m。2021—2022 年泥沙堆积滩面抬高0.6~1.1 m，岸滩有所恢复。

剖面P3 在2017—2018 年剖面地貌变化较稳定，距起点50 m 以远呈现淤积态势，变化量在0.3m 以内。2018—2021 年地形变化较明显，总体表现为淤积，淤积量在0.8 m 以内。2022 年剖面形态恢复为常浪型，较2018 年表现为后滨淤积，前滨滩面冲刷，淤积量为0.1~0.3 m，冲刷量为0.9~1.2 m。

剖面P4 在2017—2018 年自陆向海表现为后滨滩肩淤积，前滨滩面冲刷，冲淤量均在0.3 m 以内。2018—2021 年剖面形态明显变化，内滨总体有所抬高，最大淤积量约为0.8 m。2021—2022 年，与剖面P1 类似，泥沙向陆堆移，最大距离约5 m。

剖面P5 在2017—2018 年表现为前滨滩面向陆推移，推移量在7 m 以内，坡度变陡，滩肩淤积，淤积量在0.3 m 以内。2018—2021 年总体表现为冲刷，冲刷量在0.7 m 以内。2021—2022 年泥沙向后滨沉积，前滨相对稳定。

剖面P6 在2017—2018 年海滩整体向陆推移，前滨推移距离在9 m 左右，后滨推移距离在9 m 左右，滩肩收窄。2018—2021 年仍表现为向陆推移，滩肩向陆继续推移7 m，纵向冲刷量在0.8 m 以内。2021—2022 年海滩整体有所抬高，抬高量主要在0.8~1.2 m。

剖面P7 在2017—2018 年表现为后滩冲刷，前滩淤积，最大冲刷量约为0.3 m，淤积量基本在0.4 m以内。2018—2021 年表现为冲刷，冲刷量在0.5 m以内。2021—2022 年表现为强冲刷，冲刷量在0.6~1.4 m。

3.4 原因分析

3.4.1 入海泥沙的影响

入海泥沙量的变化和岸滩的高强度开发利用等因素均对岸滩的长期演变有影响[21-33]。研究岸段有多处河口，为该岸段主要泥沙输入来源之一，但由于南渡江上游水库及堤坝修建，其入海泥沙通量逐年减少[8]，1990—2019 年间，南渡江入海口东侧岸段0 m 等深线逐渐东移，泥沙向东侧搬运，张丽等的输沙分析与此一致[28]。同时，由于沿岸河口被围堵[8]，以及大量的河道采沙[34]，导致海湾泥沙输入量减少；全球性的海平面上升也会一定程度上增加水下岸滩坡度，造成海底向岸供沙减少[8]，海岸得不到泥沙补充而发生侵蚀后退。在1990—2007年间，入海河口形成的喷射流将悬移质泥沙向海搬运，推移质泥沙在口门堆积，在河口近岸形成向海淤进态势，而2007—2019 年间2 m 以浅等深线向陆蚀退，以河口附近最为明显，也可能是由于测量时为河流干季，径流作用弱，岸段以波浪控制为主。

根据对人工岛建设后的模型分析，其南侧岸段整体输沙方向仍为自东向西输沙，由于受人工岛两侧波浪绕射和岛体掩护作用，铺前湾西侧岸线发生调整，研究区西侧岸段距离南渡江河口约3 km 岸段为冲刷，以东岸段则表现为淤积，靠近湾顶岸段由于距离较远受人工岛影响较小，将继续延续略有淤积的态势[28-29]。人工岛在建设前进行了位置调整（图4），形态有所改变，但由于其离岸较远，长宽的局部变化对岸滩影响的变化相对较小。

人工岛施工前岸线整体表现为向陆蚀退。施工后，由于人工岛的离岸堤作用，岸线整体表现为淤积状态，受台风影响后岸线出现蚀退，但逐渐恢复表现出向海淤进态势。同时，人工岛栈桥的修建减缓了潮流和波浪流速导致泥沙在附近沉积，岸线向海淤进。

张丽等[28]在铺前湾沿岸布设四条剖面，分析出人工岛建设后，沿岸输沙量有所减少。人工岛建成后岸滩总体应呈现淤积状态，但由于输沙量的减少，不可避免地形成了冲刷的水文泥沙环境，从而对本研究区岸滩冲淤变化态势产生影响，加之泥沙自东向西输沙，铺前湾呈现出海滩东侧下蚀西侧淤涨。铺前湾的泥沙运动表现出一定复杂性[35]。

3.4.3 台风的影响

铺前湾所处琼州海峡南侧，是受热带风暴作用较频繁的地区，年平均风暴影响次数约为4~5 次，最大风暴增水接近2.5 m，同时还受到冬季冷空气大浪的影响[24]。且受近年台风级以上热带风暴影响，如2013 年11 月超强台风“海燕”，2014 年7 月超强台风“威马逊”，9 月强台风“海鸥”，2016 年10月超强台风“莎莉嘉”，2018 年9 月超强台风“山竹”，2021 年10 月台风“圆规”。台风浪波能巨大，在向岸传播过程中，因水深变浅、底摩擦增大而发生变形，在临界水深处发生破碎，波势能转化为动能。能量巨大的紊流冲刷滩面，掀起大量表层泥沙，泥沙随着潮流被输送至别处，从而加剧滩面冲淤变化。台风带来的风暴潮使得边滩冲刷或淤积呈现出复杂性与多样性的特点[36]。

台风对海滩的影响与台风强度、路径、方位、距离，以及当地地形遮蔽程度密切相关。在研究区内近年均有台风登陆，但以2021 年岸滩变化最为显著。台风导致海水上涨、植被带后退，岸线蚀退加速，尤其是向海推进的构筑物加剧了风暴潮对岸滩泥沙的作用，同时泥沙的流失也影响构筑物基底的稳定性。一年后近一半岸线有所恢复，但较停工时仍表现为向陆蚀退，尤其是断面P7 持续下蚀。台风带来的风暴潮水动力作用强劲，能量巨大的波浪能将原来滩肩的泥沙搬移，塑造了沙坝型剖面。但铺前湾剖面地势整体表现为东低西高，与泥沙输运方向一致。

3.5 岸滩养护建议

铺前湾位于海南岛东北侧，易受台风频繁登陆影响，2021 年台风对沿岸植被带损毁较严重，建议加强植被带补种，宜采用多层立体结构，增加植被根系对不同层泥沙的锚固作用，增强固沙效果，同时也提高台风后的恢复速度。铺前湾湾底（断面P7 附近岸段） 在台风一年后甚至出现下蚀加剧，出现0.6~1.4 m 的冲刷量，可进一步研究分析其附近侵蚀过程与范围，考虑采用循环模式养护海滩，将西侧栈桥附近淤积泥沙人工搬运至湾底侵蚀岸段，必要时可采取异地补沙，并结合水下潜堤等人工构筑物减小水动力对岸滩的冲刷。由于湾内泥沙流失较为严重，应严格控制上游河道采砂、附近海域海砂开采等活动，维持海砂保有量不减少。沿海构筑物建设应充分考虑历史风暴潮潮位线进行科学选址，避免向海推进占用沙滩资源。

4 结 论

基于实测和海图资料分析了多年来海口铺前湾岸滩冲淤动态变化特征，主要结论如下。

（1）铺前湾岸滩冲淤的影响是综合而复杂的，人工岛修建的波影作用，沿岸输沙量减少导致的冲刷趋势，径流入海通量减小，台风浪过程加剧了侵蚀作用等都对岸滩的变化有关联。

（2）1990—2007 年近岸泥沙输运状态表现为沉积，受强台风登陆、入海通量减小等因素影响，近岸地形表现为冲刷状态，以入海口变化最为明显，铺前湾湾顶总体呈现淤积态势（2007—2019 年），岸线平均蚀退速度约1.4 m/a（2008—2016 年）。人工岛修建后，岸线向海淤进，剖面总体变现为后滨淤积、前滨滩面冲刷，岸滩自东向西，由冲刷态势转为淤积态势。台风影响后，岸线平均蚀退距离21 m，平均蚀退约4.2 m/a，一年后（2021—2022 年） 岸线逐渐恢复，近一半岸线表现为向陆淤进10~20 m。

（3）岸滩剖面冬季形态以常浪型为主，遇台风转为风暴型，后恢复为常浪型。后续采集该岸段的夏季剖面数据可细化岸滩季节性的变化，反映出台风后岸滩在不同季节的恢复情况。

（4）铺前湾东侧海滩泥沙流失而逐渐下蚀，西侧则不断沉积，可采用循环模式与人工构筑相结合的方式养护海滩，将西侧沉积泥沙搬运至东侧补沙，人工协助海滩的动态平衡，减小水动力对海滩的冲刷作用，稳定后方陆域建设。

（5）沿海构筑物建设应充分考虑历史风暴潮潮位线进行科学选址，避免向海推进占用沙滩。海岸带绿化宜采用多层次立体植被结构，增加植被根系对不同层泥沙的锚固作用，增强固沙效果，提高台风后的恢复速度。