温州市飞鳌滩涂的演变特征分析

蔡德迪,周华民,王珊珊

(1.平阳县水利局,浙江 平阳 325499;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

海岸是陆海相互作用的敏感地带,在海陆交互的动力作用下,海岸进行着侵蚀和堆积的变化过程[1]。滩涂是海岸带的重要组成部分,在推动经济社会发展和维持生态平衡方面有着重要作用[2]。研究分析滩涂区域岸滩演变规律,为滩涂围垦等活动提供科学依据,对于合理开发滩涂资源意义重大[3-5]。

1 区域概况和水文泥沙特征

飞鳌滩位于浙江省温州市平阳县和瑞安市的东海岸,温州湾南侧,地理位置在东经 120°38′～ 120°40′, 北纬 27°35′～27°38′,区域海域形势图见图1。海岸线较为平直,除岛屿附近地形略微变动之外,海底地形平坦,泥沙来源丰富,受周边岛屿、基岩岬角不同程度的掩护作用,长期处于淤涨状态,潮滩十分发育。

图1 研究区域海域形势图

1.1 径流及上游来沙

滩涂北侧的飞云江是浙江省第四大河,温州市第二大河。飞云江流域的口水文站集雨面积为1 930 km2,占全流域面积3 252 km2的59.3%,该站实测多年 (1959—2000年)平均流量为74.6 m3/s,多年平均径流总量为23.5亿m3。飞云江流域上游来沙较少,水流含沙量较低,输沙总量不大。根据1956—1979年统计,口站多年平均输沙量45.0万 t,最大输沙量 155.5万 t,多年平均含沙量0.17 kg/m3。

滩涂南侧的鳌江为浙江省独流入海的八大水系之一,流域总面积1580.4 km2。据上游埭头水文站资料统计,鳌江干流多年平均流量为16.33m3/s,年平均径流总量为5.15亿m3,实测大洪峰流量为3 140.00 m3/s。鳌江上游流域来沙量不多,据统计,干流埭头站多年平均含沙量为0.12 kg/m3,多年 (1956—2000年)平均输沙量为6.88万t。输沙量的年内分配,主要集中在暴雨期,尤其集中在台风暴雨期,一般年份6—9月的输沙量占全年60%以上。

1.2 潮汐与潮流

鳌江、飞云江河口海域位于浙南沿海,其潮波动力主要受东南部半日潮汐系统的控制,其潮汐比值 (HK1+HO1)/HM2在0.18～0.28,可见 M2分潮在整个潮波中动力作用占极大比重,而HM4/HM2鳌江为0.15,因此鳌江河口区的潮汐类型属于非正规半日潮。

飞云江河口潮波在向口内上溯过程中受到径流、地形的影响,产生了变形,主要表现为波前段变陡,而波后段则变缓,涨潮历时减小,落潮历时相应延长。根据海岸带调查资料和新近的水文实测资料分析,飞云江河口口门附近涨、落潮流速较大,最大涨、落潮垂线平均流速分别为1.33 m/s和1.23 m/s,而飞云江口门外北侧海域,最大垂线平均流速仅为0.60～0.70 m/s。口外海域流速的横向分布主要表现为距岸远的流速比距岸近的流速大,垂线上表层流速大于底层流速,涨潮流速超过平均流速的百分比比落潮流速超过平均流速的百分比大。潮流运动的主要形式是往复流,略带旋转性,潮流的主流向是SE—NW,旋转流是按反时针方向旋转。口外涨、落潮流历时与潮位的涨落历时大体相同,而在飞云江河口内由于受径流和地形的影响落潮历时长于涨潮历时。

鳌江口河口段涨潮流速受上游径流量影响很大。枯水期上游下泄径流量很小,河口区涨潮流速大于落潮流速,涨落潮流速比大于1;汛期上游径流量增大,涨潮流历时缩短,流速减小,落潮流历时延长,流速增大,涨落潮流速比值减小。鳌江口以及周边海区多次水文测验结果分析表明,本海域潮流具有不规则半日浅海潮流性质,其流向与海底地形有密切关系。

1.3 悬 沙

飞云江河口海域来沙丰富,宝香以下河口段涨、落潮含沙量平均2.00～4.00 kg/m3,并在下埠一带形成相对的高含沙量区,最大可达5.00～6.00 kg/m3,但含沙量到上游的马屿、潘山不减反增,特别是潘山的含沙量曾测得很高值,可能与河床底部存在高含沙量浮泥层有关。飞云江口门每潮的输沙量可达30万～60万 t,而上游的年输沙量仅25万t,即一潮的海域来沙量相当于上游1 a的流域来沙量,可见飞云江河口段大量泥沙主要来自海域。

鳌江河口海域来沙丰富,枯水期鳌江站涨落潮平均含沙量可达6.00～8.00 kg/m3。鳌江河口外存在大片浅滩,在潮汐和风浪作用下,为河口地区提供了丰富的泥沙。

受泥沙来源的影响,鳌江—飞云江河口区泥沙以淤泥质粉砂为主,悬沙浓度存在显著的横向变化,自深水区向海岸潮滩,悬沙含沙量迅速增大。悬沙中以淤泥质粉砂为主要组成物质,其中值粒径为0.007～0.015 mm。

2 地质历史演变

飞鳌滩区域基岩海岸和淤泥质海岸并存,飞云江、鳌江两岸河口平原海岸较发育,历史资料表明,岸线一直处于淤涨状态,飞云江两岸河滩发育,尤以河口南岸最为明显,宽度在4.0～6.0 km,最宽可达10.0 km。淤泥质潮滩和海积平原之间筑有人工海塘,成为人工海岸。宽度1.5～3.5 km的潮滩主要为潮间带的淤泥质滩涂,涂面高程为-1.0～-4.0 m,滩面的自然坡度一般为3～10°,向东南(海域)方向倾斜,坡度渐变陡。

本区明显的充填成陆始于全新世中期,山前海湾湖沼平原的泥炭层和大罗山东侧砾石堤形成于距今4 000 a前。根据有关记载,东晋时期(公元317—420年)始建城时,温州城内河网密布,沼泽连片。公元5世纪初,温瑞塘河所经之地,仍有宽广水面,充分说明了当时这些地区毗海,而且湖荡沼地之多,经过长时间的封淤疏干而成现在的平原陆地。

3 研究资料与方法

收集研究区域不同年份的海图资料和测图资料 (见表1,除特殊说明均统一至1985国家高程基准)。采用数字高程 (DEM)定量计算不同年份滩涂平面冲淤变化,并在区域内布设7条代表性剖面,分析各断面特征。但由于部分年代的水下地形图存在比例尺小、精度差的问题,可能对分析结果产生一定影响。

表1 飞鳌滩附近地形图测量时间表

4 岸线变迁特征分析

图2为鳌江、飞云江河口附近海岸线近80 a的演变图。1933—1987年,飞云江南口岸线外推600 m,年均外推11 m。至2011年,受一系列大规模筑堤围垦工程的影响,岸线大幅度外推,其中飞云江南口岸线外推2 km,鳌江北口外推1 km,鳌江南口江南围涂区域则外推4 km,年均外推40～160 m,反映了这期间上述地区海岸线的自然变迁及人类活动对岸滩演变的深刻影响。

图2 1933—2011年飞云江、鳌江河口附近海岸线演变图

5 滩涂演变特征

飞云江口上望至鳌江北口狮子口的岸线约有36.00 km,为东北—西南走向,直线距离约有13.80 km。其中靠近飞云江口一侧为淤泥岸线,岸线平顺,受雁荡山余脉的影响,靠近鳌江口为基岩岸线,存在若干小湾澳而岸线相对曲折。本区滩涂发育,理论深度基准面(-3.35 m)以上的滩涂宽约6.00 km,滩涂面积约为81.90 km2。该处地形较为平缓,滩面坡度约为1/1 500,海域-1.00～-5.00 m等高线基本平行岸线。

根据龙湾、洞头、瑞安上关山潮位站多年资料统计[6],该海域多年最低潮位为-3.81～-2.49 m,平均低潮位为-1.83～-2.01 m,平均高潮位为2.24～2.58 m。根据该处地形,将2.00 m等高线以上的区域为高潮滩,-2.00～2.00m等高线区域为中潮滩,-4.00～-2.00 m的海域为低潮滩,-4.00m等高线以下的海域为水下浅滩。

5.1 等高线年代延伸趋势分析

各等高线从飞云江南口一直延伸到鳌江口内(见图3),1965—1979年,在人类活动相对较少的年代,靠近飞云江一侧的中、高滩等高线外推400.0～600.0 m,基岩海岸至鳌江口一侧的等高线则有所波动,但基本保持不变;1979年12月至2011年1月,中潮滩上的-1.0 m和-2.0 m等高线存在明显的外推,其中-1.0 m等高线在北侧阁巷垦区外推约为600.0m以内,至杨屿山附近则外推可达1.7 km,年均外推13.0～37.0 m,外推距离自北而南逐渐增大。-2.0 m等高线除在飞云江口没有明显的外推外,自宋埠—西湾围垦—杨西湾南垦区一线均存在明显的外推,外推距离为300.0～900.0 m,年均外推6.5～19.6 m。

不同于中潮滩,低潮滩区域-3.0 m和-4.0 m等高线自飞云江口内向南延伸到江南围垦区,其中1965—1979年,-3.0 m等高线在西湾以南略有外推,基本不变,西湾以北基本处于外推状态,且自南向北外推的幅度明显增大,至飞云江口外外推可达700.0 m;1979年12月至2011年1月,-3.0 m等高线外推300.0～600.0 m,年均外推6.5～13.0 m,外推幅度小于中潮滩区域,而靠近飞云江口的区域等高线存在明显的后退,局部后退达800.0 m。-4.0 m等高线1979年11月至2011年1月局部区域略有摆动,基本稳定。-8.0 m等高线1979年11月与2011年1月相比,总体基本保持稳定。

图3 飞鳌滩1965年至2011年1月特征等高线对比图

5.2 冲淤变化趋势分析

利用收集到的测图,通过数字化和统一基面,绘制了1979年12月至2010年9月,1979年12月至 2011年1月以及1986年至2011年1月的冲淤图 (见图4)。岸线采用2011年1月的岸线。

图4 研究区域平面冲淤图(+为淤积,-为冲刷)

图4a为1979年12月至2010年9月的冲淤图,反映了飞鳌滩上-2.5m以上低潮滩上部和中、高潮滩的冲淤幅度和冲淤分布状况。在此31 a内,除在阁巷垦区堤线外侧局部略有冲刷外,飞鳌滩的高潮滩区域总体处于明显淤积状态,其中-1.0 m高程以上的区域淤积幅度在0.5～1.0 m,靠近鳌江口的局部区域有1.0 m以上的淤厚,年均淤积1.6～3.2 cm;同期,-2.0～-1.0 m高程范围的滩涂淤积幅度减小为0.5 m左右,淤积速率在1.6 cm/a左右;-2.0 m以下大部分区域淤积0.5 m以内,而靠近飞云江口和鳌江口外的局部区域略有冲刷,冲刷幅度在0.5 m以内,年均冲淤在1.6 cm以内。

图4b为1979年12月至2011年1月的冲淤图,反映了飞鳌滩-6 m以上潮滩及水下浅滩区域的冲淤状况。飞鳌滩总体处于淤积状态,且以宋埠—西湾—鳌江口一线的潮滩区域淤积较为明显,淤幅在0.5～1.0 m,其中靠近鳌江口北侧的西湾垦区局部区域淤幅可达1.5 m以上。随着高程减小和水深的增大,滩涂的淤积范围减小,至-5.0 m左右的水下浅滩,冲淤态势则逐渐由淤积变为微冲,冲刷幅度在0.5m以内。

图4c为1986年至2011年1月飞鳌滩水下浅滩区域的冲淤态势。水下浅滩区域除局部区域有淤积外,绝大部分海域以微冲为主,冲刷幅度在0.5 m以内,年均冲刷不到2 cm。

5.3 剖面分析

在研究区域自飞云江口至鳌江口垂直岸线方向设置7条剖面,其中2#～6#剖面位于飞鳌滩海域,1#和7#剖面位于两河口外海域(见图2),各剖面的变化见图5。就滩面总体特征而言,1979年滩面坡度相对较为平缓,至2010年坡度明显增大(见表2)。

图5 飞鳌滩特征断面对比图

表2 飞鳌滩滩涂坡度多年变化统计表

就飞鳌滩多个断面的横向对比可知,南侧滩涂的淤积幅度明显高于北侧滩涂的淤积幅度;同一断面的纵向对比可知,中滩及以上近岸的滩涂淤积明显,随着离岸距离的增大,滩涂淤幅减小,并逐渐呈现冲淤平衡的态势。1979—2002年的23 a内,-2.0m高程以上的中、高潮滩淤高较为明显,根据2#、3#断面对比可知,可淤高0.3～0.6 m,年均淤高1.3～2.6 cm。根据4#～6#断面对比可知,1979—2010年的31 a内,研究区表现为中、高潮滩上淤积明显,且近岸区域的淤积幅度明显高于远岸区域,低潮滩略有淤积,冲淤基本平衡的特征,中、高滩有0.9 m左右的淤高,年均淤高2.9 cm左右。

1#断面显示飞云江口自狮子口向外存在1.10 km的庞大的拦门沙,该海域海床比周边海域抬高1.0 m以内,是出入飞云江的主要碍航段。根据对比可知,该断面在1979年测图中地形波动较大,拦门沙段高程最大比上游段高1.5 m,至2011年,拦门沙段位置基本不变,但该断面线波动更为平缓,且断面所在拦门沙段地形有较为明显的冲刷,冲刷幅度在1.0 m左右。

7#断面位于鳌江口外,断面曲线同样显示鳌江口外存在巨大的拦门沙体,该沙体从鳌江口向外绵延10.0 km左右。断面的多年对比显示,拦门沙在1979—2011年似有明显冲蚀,冲刷幅度在1.0 m左右,而水下浅滩则略有冲刷,冲刷幅度在0.5 m以内。

6 结 语

(1)近80 a来,飞鳌滩海域岸线外推与人类活动影响较为密切。

(2)飞鳌滩海域中潮滩及以上的滩涂总体处于缓慢的淤积状态。自然条件下,淤积速率在1.3～2.6 cm/a。

(3)近10 a,南侧滩涂的淤积速率明显高于北侧滩涂。飞云江南口的淤积速率较高,靠近基岩海岸区域的滩涂淤积速率较小。

(4)同一断面纵向对比可知,中滩及以上近岸的滩涂淤积明显,随着离岸距离的增大,滩涂淤幅减小,并逐渐呈现冲淤平衡的态势。

对浙江海岸而言,由于自然因素 (波浪、潮流、风暴潮等)和人为因素 (人工挖沙、涉水工程等)引起海岸侵蚀普遍存在且趋于严重,因此尽管目前浙江海岸绝大部分岸线是淤涨和稳定的,但随着自然因素如海平面的上升,人工因素如长江流域建库引水入海泥沙减少的严峻形势,海岸侵蚀问题将日渐严重。当前迫切需要尽快开展这方面的研究并提出相应措施,加强海岸管理来防止海岸侵蚀,或使海岸侵蚀带来的损失减至最小[1]。为防止和减轻海岸侵蚀,沿岸建造各类海岸工程 (海塘、丁坝、导堤等),提高防潮抗浪能力,在潮滩种植大米草、互花米草等作物,会有更好的消浪促淤效果[7]。

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