岬湾海滩剖面中长期变化特征及其控制因素——以青岛石老人海滩为例

冯 哲, 王永红, 易李达玲



岬湾海滩剖面中长期变化特征及其控制因素——以青岛石老人海滩为例

冯 哲1, 王永红1, 易李达玲2

(1. 中国海洋大学海洋地球科学学院, 山东青岛 266100; 2. 中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室, 山东青岛 266100)

了解海滩剖面变化可以更好地理解海滩动态过程。利用2007年5月~2014年12月近8 a青岛石老人海滩剖面的实测资料, 计算剖面各段单宽体积变化量及后滨宽度, 结合交叉小波和小波相干分析方法, 探讨海滩剖面中长期淤蚀变化特征及其控制因素。结果表明, 近8 a来海滩剖面表现为侵蚀状态, 不同岸段侵蚀程度不同。剖面1岸段侵蚀明显, 剖面2和剖面3岸段轻微侵蚀。剖面的变化过程可划分为平稳期、剧变期和微调期3个时期。各时期剖面的季节性变化较复杂, 平稳期具冬蚀夏淤的交替变化特征, 整体淤蚀量较小; 剧变期剖面呈阶段性蚀退, 变化幅度相对较大, 微调期剖面可能仍处于剧变期的恢复阶段, 季节性变化不明显。剧变期和微调期的小波交叉谱和相干谱分析显示, 波浪和前滨单宽体积相干性较好, 尤其当大于2 m的波高达到10%以上, 海滩地形可以和波高变化产生同周期的变化。因此波高变化基本控制了剖面的季节变化。而海滩长周期变化主要受控于风暴潮作用及其漫长的恢复期, 沿岸输沙和海平面变化则一定程度上导致了剖面长期侵蚀格局的形成。

岬湾海滩; 中长期变化; 控制因素; 交叉谱和相干谱分析; 青岛石老人海滩

海滩剖面变化是海岸动力地貌学的重要研究内容, 主要受近岸波浪、潮汐、沿岸流、风等动力因子的影响[1], 一定程度上反映了复杂的海岸演变过程[2-3]。由于剖面连续测量难以为继, 国内学者对砂质海滩剖面的研究, 多以月日短周期[4-5]或季节性的中期变化[6-7]为主。虽然部分学者分析过剖面多年的长期变化特征, 但主要集中于淤泥质潮滩, 测量数据有限且往往不连续。如王艳等[8]通过分析曹妃甸岸段1983年、1996年和1997年每年一测的剖面数据, 探讨20世纪80年代以来十多年的剖面变化特征, 认为波浪作用和泥沙供应不足是导致海岸侵蚀的主要原因。李胜则[9]通过分析担子岛周围岸滩十余年间隔的3 a海图数据和2011年实测剖面资料, 指出近50 a来该岸滩的持续侵蚀与浪、潮、流综合作用密切相关。而基于砂质海岸多年连续观测剖面的研究很少, 如郑承忠等[10]近4 a对厦门岛东南岸剖面一年四次的季节性观测, 显示季节变化特征主要受波浪、地形和潮汐影响, 特别是暴风浪和常浪交替作用引起显著的季节变化。国外沙滩剖面研究的时间尺度可达几十年连续数据序列[11-12], 多集中于岸线平直的开敞海岸, 各岸段蚀淤过程差异较小[13-15]。而目前对于岬湾海滩不同岸段剖面差异变化的研究较少[16]。因此, 开展基于多年连续观测的岬湾海滩剖面的研究可更好地理解海滩的动力地貌过程[17-18]。本文拟利用青岛石老人岬湾海滩近8 a连续测量的剖面数据, 对多年变化特征及其影响因素进行分析, 进一步了解海滩演变过程, 为海滩的有效管理提供依据。

1 数据及方法

1.1 研究区概况

石老人海滩地处青岛市石老人弧形海湾内, 弧形向东南开敞, 湾内无河流入海, 长期受波浪动力塑造, 属于岬湾弧形海岸(图1)。海滩长约2.15 km, 走向NE-SW, 平均坡度为2.4%, 是良好的天然浴场、游艇泊地[19]。水下有沙坝体系发育, 常浪下, 沿岸碎波带宽约30~40 m[20]。全年风向以SE、N、NNW向频率高, 具明显的季节变化, 春夏盛行SE向风, 秋冬盛行N~NW向风, 年平均风速为5.5 m/s, 11月平均风速最大, 7、8月最小。冬春季寒潮频繁, 集中在11月至次年2月。受季风影响, 研究区波浪有一定的季节性变化, 冬季偏北向浪占优势, 是全年风浪出现最多、涌浪出现最少的季节; 夏季偏南向浪占优势, 是全年涌浪出现最多、风浪出现最少的季节; 春秋处于过渡状态。以波高小于1.5 m的中小型波浪为主, 频率为95.37%, 台风或大浪过境时出现较大波浪, 且各波级出现频率以WN向最高[21]。海区潮汐为正规半日潮, 大潮平均潮差3.42 m, 小潮为1.77 m[22]。

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1.2 剖面数据采集

在石老人海滩沿垂直岸线方向共布设3条固定观测剖面, 从西南到东北依次为剖面1、剖面2和剖面3(图1), 用来反映海滩的地形变化。采用LeikaTC- 208型全站仪从2007年5月~2014年12月大潮低潮时, 沿剖面起点的固定桩基点对3条剖面进行测量, 其中2007年5月~2010年10月, 每年测量2~3次(共测7次); 2011年7月~2014年12月, 每月1次(共测42次), 剖面1起点位置为120°27′42.49″E, 36°5′27.50″N,剖面2为120°28′03.80″E, 36°5′35.65″N,剖面3为120°28′14.65″E, 36°5′39.07″N。为了便于计算分析, 将剖面1、2、3的长度分别设置为300, 210和190 m, 剖面高程为相对高程, 高程和水平距离起算点为全站仪测量零点。2012~2014年测量期间的每日波浪资料来源于国家海洋局北海分局海洋预报中心(图2)。