雷州半岛东部平直海滩地形动力状态研究

朱士兵,李志强,张智在,赵 通

(广东海洋大学工程学院，广东 湛江 524088)

雷州半岛东部平直海滩地形动力状态研究

朱士兵,李志强,张智在,赵 通

(广东海洋大学工程学院，广东 湛江 524088)

以雷州半岛东部的平直海滩为对象，通过对东海岛、南三岛、吴阳黄金海岸进行实地调查和剖面测量，及表层沉积物取样，结合地形动力参数的计算，探讨了调查区域海滩的地形动力状态特征。结果表明该岸段海滩平缓，属于沙坝消散型海滩，具有一定的抗风暴侵蚀能力，其中南三岛消散性最强。海滩有较高裂流风险，在海滩旅游管理中要引起重视。

雷州半岛；平直海滩；地形动力要素；海滩过程

海滩作为海岸带中的一个重要地貌单元,是近岸波浪活动频繁的地带,也是研究海岸形成、发展和消亡的主要环节。国外学者很早就着手于海岸的地形动力分类、因素的研究，从波控、小潮、开阔海岸海滩状态的研究开始，拓展到波控、不同潮差海岸海滩类型的研究，然后又拓展到岬间海岸海滩类型的研究。受地质条件控制，我国海滩主要是岬间型海滩，特别是杭州湾以南的岸段，海岸曲折，基岩岬角与港湾相间，是世界上最典型的岬间海岸之一。由此，国内对海滩过程的研究主要集中于岬间海滩，平直型海滩研究很少。雷州半岛东部是典型的平直型海滩，也是我国此类海滩最长的岸段。开展对平直型海滩的研究，有助于增进对我国海滩的认识，对此类海滩的旅游开发和工程养护有重要的意义。本文将对湛江东部的典型平直海滩的地形动力特征进行探讨。

1 研究区域概况

雷州半岛位于中国大陆最南端，为全国三大半岛之一。研究海滩位于雷州半岛东部北部岸段，分别位于吴阳、南三岛和东海岛。该岸段面向南海开敞，是典型的平直海滩。

1.1 地质地貌特征

研究区域地质构造上属于琼雷坳陷北部，沉积为第三纪以来的海相与陆相沉积，第四纪出露以冲洪积和玄武岩为主。岸滩沉积物多为砂、砂质黏土和黏土质粉砂等质地疏松的陆源碎屑沉积物，属于典型软质砂质海岸。

研究区北起吴川市吴阳海滩，南至东海岛，岸线长约60 km，岸线轮廓呈直线，海滩为北偏东20°。海滩平缓而宽阔，滩面有小洼地和浅沟。海滩后一般有沙丘，沙丘上有匍匐植物和草本植物带，后侧为木麻黄防护林，见图1。

图1 研究区域概图及观测剖面位置示意图

冰后期以来，海平面大幅上升并伴随着陆架泥沙向岸输移，经过上千年的波浪对地形的不断改造，形成了目前的海岸形态。目前，海滩的海域供沙形式已经停止，泥沙的来源主要为陆域河流输沙。注入研究区域的河流主要是鉴江，该河长231 km，流域面积9464 km2，年入海径流量49.6×108m3，多年平均含沙量0.38 kg/m3，每年入海沙量为1.97×106t。河流入海泥沙大部分沉降于河口口门处，在波浪作用下在沿岸岸滩重新分布。

1.2 水文情况

雷州半岛东部海域潮汐类型为不规则半日潮，多年平均涨潮历时约为6 h 30 min，多年平均落潮历时约为5 h 45 min，平均高潮间隙为10～12 h。湛江——雷州半岛东部沿海的不规则半日混合潮型，平均潮差在3.72～4.75 m 之间，最大潮差达6.10 m，是广东省沿海潮差最大的区域。

根据硇洲岛海洋站资料(表1)，总结得出雷州半岛东部海域波浪以受季风和热带气旋风场制约的风浪为主，多年平均波高为0.9 m，平均周期为3.1 s。

表1 硇洲岛海洋站累年各月波浪统计情况

2 资料收集与处理

2.1 剖面的测量

在吴阳岸段、南三岛和东海岛分别设置2个、2个和3个观测剖面。在2014年下半年分别观测2～3次。由于3个岛都存在度假村，为了避免人为因素的影响，每个剖面均避开了旅游区，在剖面后部埋设1个固定桩位，并以此桩为相对高程零点并选取固定的参照点以便下次测量的精确性，剖面测量时从桩位向水边线引1条垂线，测量采用的仪器为南方测绘生产的NTS-352型全站仪，使用全站仪测定剖面上各点的相对高程和距桩位的距离。调查时段选择在当日低潮时，并向海测量至涉水最深处。

2.2 沉积物取样与处理

对沙滩进行分带，分为潮上带，中潮带和低潮带，在沙滩剖面上各带均匀分布采集表层样品，表层样品取回后在实验室中采用筛分法测定其粒度参数。对于采样泥沙样品分析采用乌顿-温德华氏粒级标准，将温氏粒径转化为Φ值分类法后进行图解表示，统计和地质解释，其中直径D与Φ值的关系为：

Φ=-log2D

(1)

粒度参数计算按照国家海洋局908专项办公室编写的《海洋地质调查技术规范》规定，采用矩法计算。

3 结果与分析

3.1 海滩剖面

各海滩剖面测量结果见图2。由图2可以看到，观测期间东海岛和吴阳黄金海岸的变化显著。其中吴阳黄金海岸岸段表现出沙坝在滩面上的迁移过程。东海岛表现出海滩的整体侵蚀后退特征；南三岛的海滩变化较小，以小的振动变化为主，具体体现为平缓的沙坝在海滩上迁移。整体来看，三个海滩的坡度均不大，一般小于0.04。

图2 实测海滩剖面图

3.2 泥沙粒度分析

泥沙的粒度参数是反应海岸动力环境的主要参数。表2是各剖面不同位置泥沙样品的粒度参数。平均粒径是沉积物粗细组合的直观反映，并能在一定程度上指示出沉积物搬运的平均动力大小。从计算的结果看，调查区泥沙的平均粒径基本处于0.125～0.25mm之间，属于细砂，也存在个别平均粒径属于0.25～0.5mm中砂的范围内。分选系数主要反应颗粒大小的均匀性，如果主要粒径很突出，分选系数的值就小，分选性就好。一般认为[1]分选系数小于0.35为分选性很好，0.35～0.5为分选性好，0.5～1.0为分选性中等，1.0～2.0为分选性差，2.0～4.0为分选性很差，大于4.0为分选性极差。三个海滩表层泥沙以细砂、中砂为主，沉积物分选系数均小于0.35，说明分选性很好。潮上带的分选性好于低潮带。此外，沉积物中砂的百分含量和中值粒径自陆向海逐渐减小，而极细砂的百分含量则逐渐增加。

表2 泥沙粒度参数计算结果

3.3 海滩地形动力状态分析

Wright和Short于1984年提出通过无量纲沉降速率(Ω)来划分小潮海滩的类型[2]：

Ω=Hb/TWs

(2)

式中：Hb是破波波高，m；Ws是泥沙沉降速率，m/s；T是波浪周期，s。

无量纲沉降速率(Ω)将海滩状态分成为3种基本类型：Ω>6时，为消散型。Ω介于1～6之间时为过渡性型其中又可以分成低潮台地、横向沙坝和裂流、韵律沙坝和海滩、沿岸沙坝槽谷4个状态，但需要研究者通过现场观测进行主观判断。Ω<1时，海滩为反射型。由于没有考虑到潮差的影响，导致Wright和Short模型受到了很大的限制。

1993年Masselink和Short在上述模型的基础上提出相对潮差模型[3]。

RTR=TR/Hb，

(3)

式中：RTR为相对潮差，m；TR为大潮平均潮差,m；Hb为破波波高,m;使用参数RTR和Ω组合，将海滩划分为4组8类。

(1)反射组(Ω<2)。当RTR<3时为完全反射型海滩(R类)。当3≤RTR≤7时为有裂流的低潮台地海滩(LTTR类)，该类海滩有陡的、高潮反射性海滩，而在低潮位附近形成相对平坦的台地，并伴有裂流。当RTR>7时为没有裂流的低潮台地海滩(LTT类)，该类海滩显著的特征具有均匀的、无变化的低潮台地，没有裂流。

(2)中间状态组(2≤Ω≤5)。当RTR<3时为沙坝海滩(B类)，该类海滩沙坝地形可由横向沙坝和裂流交替组成，可能出现韵律形态沙坝或线状沙坝，有裂流。当3≤RTR≤7时为低潮沙坝/裂流海滩(LTBR类)，可能会有冲流沙坝及低潮位附近的沙坝和裂流地形。

(3)消散组(Ω>5)。当RTR<3时，为沙坝消散型海滩(BD类)，剖面特征是具有水下沿岸沙坝-槽谷地形。当RTR>3 时为没有沙坝的消散海滩(NBD类)。该类海滩更加消散，更平缓，没有沙坝。

(4)超消散海滩。当Ω>2且RTR>7时为超消散海滩(UD类)，海滩通常平缓、无变化，且潮间带较宽。中间状态Ω值(2～5)的超消散海滩，高潮碎波带环境可能是中间状态到反射型，而在Ω>5 的超消散海滩上，整个潮汐周期内，碎波带环境都是消散的。

为计算上述参数，破波高采用Komar和Gaughan提出的公式计算[4]：

Hb=0.39g1/5(TH∞2)2/5

(4)

泥沙沉降速率按Ferguson和Church提出的公式计算[5]：

ω=(RgD2)/[C1v+(0.75C2RgD3)0.5]

(5)

式中：ω为泥沙沉降速率,m/s；R为沉积物水下比重，按石英取为1.65；g=9.8 m/s2为重力加速度；D为泥沙中值粒径,mm；C1、C2为常数，Ferguson和Church建议C1=18、C2=1；v为运动粘滞系数，v=1.0×10-6kg/(m·s)(水温20 ℃)。

通过计算，得出东海岛、吴阳黄金海岸、南三岛的海滩类型分类结果如表3。

表3 调查区海滩类型分析结果

从计算结果来看，调查区的海滩类型均为沙坝消散型。沉降参数Ω以吴阳海滩最小，其次是东海岛，最大的是南三岛。这表明南三岛的消散性要大于东海岛和吴阳海滩。其中吴阳海滩放射性最强。从观测得到的海滩剖面形态上比较好的反应了这一点。吴阳黄金海岸海滩存在较大的水下沙坝，并在观测期间在滩面上发生显著的迁移运动。南三岛海滩更偏向消散性海滩状态，所以海滩剖面变化较小，沙坝虽然有发育，但规模和运动性不如吴阳黄金海滩和东海岛海滩。根据戚洪帅等对华南砂质海滩的研究表明，消散型海滩对风暴作用反应迟钝，有很强的抗风暴作用和很强的自我防护能力[6]。其主要机理是外海入射波能在平缓宽阔的岸滩上被底摩擦和破碎等作用逐渐耗损，有助于海滩维持在一个较稳定的状态。现场观测结果也表明雷州半岛东侧岸滩宽阔平缓，碎波带宽阔，能量在宽阔的碎波带发生大量的耗损。李志强等[7]对南三岛两年多的监测则表明该岸段略有侵蚀，基本处于动态平衡中。这都表明消散型海滩状态具有一定的抗风暴侵蚀能力。

沙坝消散型海滩具有宽阔的冲流带和宽阔的破碎带，包括2个(涌浪海岸)到5个(风浪海岸)平缓的与海岸平行的沙坝和槽谷。驱动它们的水动力是崩破波，崩破波越过较宽的碎波带消散能量，并向长重力波频带转移，表现为岸线处的波浪增水和减水。根据李志强的研究[8]，此类海滩具有较高的可能性形成裂流，对于海岸游泳者是一个潜在的危险。东海岛和南三岛作为湛江主要的旅游海滩，在海滩旅游开发中应做好海滩浴场的规划布置和管理工作，警惕溺水事故的发生。

4 结 论

通过对调查区实地调查和表层泥沙分析，计算研究区无量纲沉降速率、相对潮差，探讨了雷州半岛东侧平直海滩的地形动力特征。结果表明，本岸段海滩属于消散型平直海滩，海滩的主要特征是坡度平缓，海滩宽度较大，具有一定的抵抗风暴侵蚀能力，但同时具有较高的发生裂流风险可能性，在海滩开发管理中应该引起重视。

[1] 任明达,王乃梁.现代沉积环境概论[M].北京：科学出版社,1981.

[2] WRIGHT LD，SHORT AD．Morphodynamic variability of surf zones and beaches：a synthesis[J]．Marine Geology，1984，56(S，1/4)：93-118．

[3] Masselink G，Short A D.The effect of tide range on beach morphodynamics and morphology，a conceptual beach model[J]．Journal of Coastal Research,1993,9(3):785-800．

[4] Komar P,Gaughan M K.Airy wave theory and breaker height prediction[J].American Society of Civil Engineers,1972,1(13):405-418.

[5] Ferguson R I,Church M.A simple universal equation for grain settling velocity[J].Journal of Sedimentary Geology，2004,74(6):933-937.

[6] 戚洪帅，蔡锋，雷刚，等．华南海滩风暴响应特征研究[J]．自然科学进展，2009(9):975-985.

[7] 李志强,刘长华,杜健航,等.基于CEOF的湛江南三岛海滩剖面季节变化特征研究[J].海洋工程,2012(2)：79-86.

[8] 李志强.基于地形动力学的华南海滩裂流风险研究[J].热带海洋学报,2015(1)：8-14.

Morphodynamic states of the straight beach along eastern Leizhou peninsula

ZHU Shibing，LI Zhiqiang，ZHANG Zhizai，ZHAO Tong

(OceanEngineeringDepartmentofGuangdongOceanUniversity,Zhanjiang524088,China)

Based on field survey, profile measuring, surface sediment sampling, calculating the morphodynamic parameters, the straight beach states of the eastern Leizhou peninsula was studied in this paper. The results showed that these beaches had gentle and wide beach face, and belonged to beaches.Sand beach dam belonged to barred dissipate beaches. These have certain anti-erosion ability to the storm. All of the beaches have a high risk of rip current occurrence which should be focused on in the beach tourism management.

Leizhou peninsula; straight beach; morphodynamic; beach process

广东海洋大学大学生创新课题资助项目

朱士兵(1992-)，男，本科生，港口航道与海岸工程专业。E-mail:26585759@qq.com

李志强(1974-)，男，副教授，主要从事海岸动力方向研究。E-mail:qiangzl1974@163.com

P737.1

A

2096-0506(2015)06-0024-05