于亮 郝剛

摘 要：鶯歌海附近岸段岸灘侵蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重，政府部門擬規(guī)劃通過(guò)建設(shè)海岸防護(hù)工程等措施對(duì)當(dāng)?shù)匕稙┻M(jìn)行整治修復(fù)，改善民生。以該工程為依托，基于鶯歌海海域近期水文泥沙資料，對(duì)工程區(qū)海域的自然條件、動(dòng)力泥沙環(huán)境特征進(jìn)行了分析，計(jì)算了泥沙活動(dòng)性參數(shù)，為海岸防護(hù)工程建設(shè)相關(guān)研究提供依據(jù)與參考。

關(guān)鍵詞：鶯歌海 水文泥沙環(huán)境 泥沙運(yùn)動(dòng) 泥沙活動(dòng)性 砂質(zhì)海岸

1.前言

鶯歌海位于海南樂(lè)東縣西南，是樂(lè)東縣所屬海岸線中最大的岬角（鶯歌咀）。根據(jù)近一些年來(lái)遙感圖像分析，鶯歌海附近岸段存在較為嚴(yán)重的岸灘侵蝕現(xiàn)象。政府部門擬規(guī)劃通過(guò)建設(shè)海岸防護(hù)工程等措施對(duì)當(dāng)?shù)匕稙┻M(jìn)行整治修復(fù)，加強(qiáng)岸灘開(kāi)發(fā)利用，改善民生。

建設(shè)海岸防護(hù)工程，首先要了解工程海域的水文環(huán)境與泥沙運(yùn)動(dòng)特征，分析海岸侵蝕原因，才能有的放矢科學(xué)的實(shí)施工程。經(jīng)查閱資料顯示，有關(guān)鶯歌海海域的水文、泥沙或沉積物等方面的研究，至今不多見(jiàn)，而專門針對(duì)鶯歌海沿岸海域水文泥沙環(huán)境與泥沙運(yùn)動(dòng)特征等研究至今未見(jiàn)報(bào)道。本文以鶯歌海沿岸海域?yàn)檠芯繀^(qū)，通過(guò)近期的水文泥沙資料，分析工程區(qū)海域的自然條件、動(dòng)力泥沙環(huán)境特征，計(jì)算泥沙活動(dòng)性參數(shù)，為海岸防護(hù)工程建設(shè)相關(guān)研究提供依據(jù)與參考。

2.鶯歌海水文泥沙特征

2.1潮汐與潮流特征

鶯歌海海域潮汐屬不規(guī)則全日混合潮型，平均高潮位2.23m，，平均潮差1.12m。

根據(jù)鶯歌海海域2012年12月12日～13日大潮實(shí)測(cè)潮流觀測(cè)資料顯示（圖1）：該海域潮流形態(tài)數(shù)F=（W O1+Wk1）/WM2值均大于4，潮流性質(zhì)均為規(guī)則全日潮流，潮流運(yùn)動(dòng)形式以往復(fù)流為主；靠近岸測(cè)站潮流漲、落潮方向與岸線走向一致，靠外海的測(cè)站潮流漲、落潮方向則與10m等深線基本平行；平均流速在0.44m/ s～0.89m/s，落潮流大于漲潮流；表層流最大，最大流速達(dá)到了1.74m/s。

余流是從實(shí)測(cè)海流資料中剔除了周期性潮流的剩余部分。根據(jù)此次潮流資料對(duì)余流的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，靠近岸的測(cè)站余流方向順岸向北流動(dòng)，2#站余流方向向岸，6#站余流方向主要向SE流動(dòng)。1#、5#站余流流速略大，2#站余流流速最小。本次觀測(cè)余流最大值為17cm/s，出現(xiàn)于1#站0.6H層，最小值為為2cm/s，出現(xiàn)于6#站0.6H層。

2.2波浪特征

鶯歌海海洋觀測(cè)站，測(cè)波點(diǎn)水深約12.9m左右，方向?yàn)镾W向，測(cè)波開(kāi)闊180°。根據(jù)鶯歌海海洋站歷史時(shí)期統(tǒng)計(jì)資料，其波浪特征：該海域波浪以風(fēng)浪為主，風(fēng)浪常浪向是SE，其頻率為19%，次常浪向是SSE，其頻率是12%；強(qiáng)浪向是SE，最大波高值9.0m，次強(qiáng)浪向是S和SSW，它們的最大波高都是7.0m。N和NE向的平均波高值最大，為1.0m，NNE和WSW向平均波高值次之，為0.9m。

由于鶯歌海岸線走向分別呈向南和向西敞開(kāi)，所以各向波浪對(duì)南岸和西岸的影響具有明顯差別，NE向波浪對(duì)鶯歌海海岸來(lái)說(shuō)是離岸浪，對(duì)岸灘的影響程度很??；NW向波浪對(duì)西岸來(lái)說(shuō)為向岸浪，而南岸則為離岸浪；SE向波浪對(duì)南岸和西岸的作用則反之。因此，在冬、夏二季盛行風(fēng)浪和涌浪的交替作用下，岸灘動(dòng)態(tài)隨著波浪性質(zhì)和波向變化而產(chǎn)生侵蝕和堆積的相應(yīng)變化。

2.3含沙量特征

根據(jù)2012年12月含沙量觀測(cè)資料：海域平均含沙量介于0.033～0.302 kg/m3之間，最大底層含沙量為0.497 kg/m3；各站含沙量垂向方向上總體由表層至底層增大；除了個(gè)別站外，含沙量最大值一般出現(xiàn)在落潮期。

為了了解整個(gè)海域的含沙量分布情況，選取了多個(gè)年份不同時(shí)間的遙感影像資料。經(jīng)含沙量反演分析，該海域平均含沙量總體在0.02～0.22 kg/ m3之間；近岸含沙量高，向外海逐漸遞減的趨勢(shì)；在不同季節(jié)上，夏秋季含沙量一般與冬春季含沙量略高，這與實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致。

2.4底質(zhì)沉積物特征

鶯歌海海域無(wú)外來(lái)泥沙來(lái)源，其泥沙來(lái)源主要為岸灘侵蝕泥沙與灘面當(dāng)?shù)叵粕?。懸沙顆粒粒徑分布較為均勻，泥沙顆粒較細(xì)，平均粒徑介于0.042mm～0.057mm之間，中值粒徑介于0.016mm～0.021mm之間。鶯歌海沿岸的底質(zhì)沉積物，除局部岸段的潮間帶有巖礁和海灘巖出露外，基本上是由海積—風(fēng)積的中、細(xì)砂及珊瑚碎屑組成的。根據(jù)2016年7-8月對(duì)工程周圍布置了40余個(gè)底質(zhì)取樣點(diǎn)分析結(jié)果：

（1）鶯歌海電廠碼頭棧橋南側(cè)水域，近岸底質(zhì)中值粒徑在0.2 mm～0.4 mm之間，底質(zhì)類型以中細(xì)砂（MFS）為主，砂組分含量在97%以上，粉砂平均含沙量不足0.1%，而粘土含量為0%。

（2）在擬建工程區(qū)外側(cè)區(qū)域有粉細(xì)砂分布，中值粒徑在0.03mm-0.1mm左右，粘土含量15%左右。再向南整治工程所在水域底質(zhì)中值粒徑都在0.1mm-0.4mm之間，為中細(xì)砂，粘土含量為0。

（3）整個(gè)取樣區(qū)底質(zhì)分選系數(shù)在0.5-1.2之間，分選程度好。

3.泥沙活動(dòng)性參數(shù)計(jì)算

3.1泥沙起動(dòng)流速

泥沙起動(dòng)流速是反映當(dāng)?shù)厮畡?dòng)力條件對(duì)泥沙運(yùn)動(dòng)影響的重要指標(biāo)之一。根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)非均勻沙起動(dòng)流速的研究，利用竇國(guó)仁公式和張瑞瑾公式分別對(duì)本工程海域底沙進(jìn)行了理論計(jì)算，其結(jié)果所示，鶯歌海海域在水流作用下的泥沙起動(dòng)流速在0.43-0.48m/s之間。由此可以看出，在大潮流速較大時(shí)期（最大流速在0.6-0.8m/ s之間），流速既可以使當(dāng)?shù)氐哪嗌称饎?dòng)，說(shuō)明潮流對(duì)岸灘的沖淤作用也起到了一定作用。在實(shí)際情況下，再加上波浪作用，泥沙則更加容易起動(dòng)，形成沖刷侵蝕或堆積。這也是該岸段岸灘侵蝕較重的一個(gè)重要原因。

3.2波浪作用下泥沙起動(dòng)的臨界水深

在波浪作用下，泥沙顯著活動(dòng)的臨界水深反映在波浪作用下泥沙顆粒臨界活動(dòng)水深的大小，其水深愈淺，表明泥沙活動(dòng)愈劇烈。采用佐藤昭二等的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算了鶯歌海海域泥沙的表層活動(dòng)和顯著活動(dòng)的臨界水深情況。根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示：0.9m平均波高可以使水深1.5m以淺水域海床泥沙完全起動(dòng)，可以使水深3m以淺水域海床泥沙表層起動(dòng)；3m左右波高的波浪，可以使水深6m以淺水域海床泥沙完全起動(dòng)，可以使水深10m以淺水域海床泥沙表層起動(dòng)；在5m以上臺(tái)風(fēng)浪作用下，海床泥沙完全起動(dòng)水深可達(dá)到12m。由此可以看出，大浪對(duì)海域泥沙運(yùn)動(dòng)較為強(qiáng)烈，同時(shí)大浪所形成的沿岸流、沿岸增水及近底回流等更加劇了泥沙運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性。

3.3沿岸輸沙及其計(jì)算

鶯歌海屬于岬角向?yàn)稠斪兓陌抖?，主波浪向同岸線存在一定的夾角，使得波浪引起的沿岸泥沙運(yùn)動(dòng)起關(guān)鍵作用，也是造成該岸段存在嚴(yán)重岸灘侵蝕現(xiàn)象的主要原因。

根據(jù)我國(guó)《港口與航道水文規(guī)范》公式，依據(jù)工程區(qū)附近鶯歌海波浪資料，選取對(duì)工程區(qū)岸段影響較為明顯的主要波向SE～NW，計(jì)算波浪作用下的沿岸輸沙量，計(jì)算結(jié)果表明：

（1）該區(qū)域沿岸輸沙量不大，據(jù)“規(guī)范”公式計(jì)算結(jié)果沿岸凈輸沙在1.99萬(wàn)m3/a～3.53萬(wàn)m3/a 。

（2）在工程海域存在向北向南的雙向輸沙，由于鶯歌海電廠影響導(dǎo)致其兩側(cè)不同季節(jié)優(yōu)勢(shì)波浪不同，而使電廠兩側(cè)斷面凈輸沙方向有所差異，電廠碼頭北側(cè)斷面凈輸沙方向向南，南側(cè)斷面凈輸沙方向向北。

4.結(jié)語(yǔ)

根據(jù)鶯歌海海域近期水文泥沙資料，對(duì)工程區(qū)海域的自然條件、動(dòng)力泥沙環(huán)境特征進(jìn)行了分析與計(jì)算，結(jié)果顯示：潮汐屬不規(guī)則全日混合潮型，平均潮差1.12m；潮流性質(zhì)均為規(guī)則全日潮流，潮流運(yùn)動(dòng)形式以往復(fù)流為主，平均流速在0.44m/s～0.89m/s，落潮流大于漲潮流；波浪以風(fēng)浪為主，風(fēng)浪常浪向是SE，最大波高值9.0m；海域平均含沙量在0.033～0.302 kg/m3之間；近岸底質(zhì)中值粒徑在0.2mm～0.4mm之間，底質(zhì)類型以中細(xì)砂（MFS）為主；水流作用下的泥沙起動(dòng)流速在0.43-0.48m/s之間，在平均波高0.9m條件下，可以使水深1.5m以淺水域海床泥沙完全起動(dòng)，可以使水深3m以淺水域海床泥沙表層起動(dòng)；沿岸凈輸沙在1.99～3.53萬(wàn)m3/a 。

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