胡高建，戴志軍，周曉妍，李為華

(華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241)

海岸帶是地球表層水圈、大氣圈、巖石圈和生物圈相互作用的動(dòng)力脆弱敏感區(qū)[1-2]，聚居了世界超過60%的人口，其重要性不言而喻。然而，在全球氣候變化導(dǎo)致海平面持續(xù)上升[3]以及流域建壩等人類活動(dòng)引起入海泥沙快速減少[4-6]的背景下，沿海地區(qū)普遍遭受侵蝕。海床作為海岸帶向海延伸的地貌主體，受控于高強(qiáng)度人類活動(dòng)和自然應(yīng)力等多重脅迫影響，近年來其不穩(wěn)定性日益凸顯[7-8]。同時(shí)，頻繁風(fēng)暴潮作用亦會(huì)進(jìn)一步加速海床沖淤進(jìn)程，引起泥沙劇烈運(yùn)移[9]，造成海床失穩(wěn)。因此，深入了解近岸海床的地貌演化并分析其驅(qū)動(dòng)機(jī)制具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。

聚焦我國東海海域，長江作為我國第一大入海河流，其攜帶的入海泥沙承擔(dān)著鄰近海域海床地貌塑造的主要物質(zhì)來源。目前，針對(duì)長江入海泥沙減少對(duì)浙江近岸海域海床的影響研究主要集中在浙江中北部海域[10-11]。已有研究表明，受制于長江入海泥沙減少，近年來由長江口南槽繞過南匯嘴進(jìn)入杭州灣的泥沙量有所降低，杭州灣北岸已存在由淤積轉(zhuǎn)為沖刷的趨勢(shì)[10]。地處于浙江中部的臺(tái)州灣海域海床也因上游來沙量減少而呈現(xiàn)略有沖刷狀態(tài)[11]。然而較少學(xué)者關(guān)注距離長江口較遠(yuǎn)的浙南沿海地區(qū)海床沖淤狀況，特別是浙南海域海床沖淤是否對(duì)長江入海泥沙變化產(chǎn)生響應(yīng)尚無涉及。此外，研究區(qū)域內(nèi)大型近海工程建設(shè)也會(huì)影響海床穩(wěn)定，而海床穩(wěn)定與否又直接關(guān)系到工程的穩(wěn)定與安全。因此，強(qiáng)化海床沖淤變化過程分析不僅可加深區(qū)域泥沙輸運(yùn)機(jī)制的理解，而且有利于相關(guān)政府和管理部門針對(duì)海床變化特征提出相應(yīng)工程防護(hù)措施?；诖?，本研究以蒼南部分海域作為研究區(qū)域，多尺度分析海床沖淤狀態(tài)，為該區(qū)域海床現(xiàn)狀評(píng)估以及近海工程構(gòu)建安全與否提供部分理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

蒼南縣位于浙江省最南端，瀕臨東海，南與福建省接壤，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，熱帶風(fēng)暴及臺(tái)風(fēng)頻發(fā)。研究區(qū)域位于蒼南縣頂草嶼以南至南關(guān)島東北海域。海區(qū)內(nèi)分布頂草嶼、北關(guān)島等島嶼。沿岸為沿海山丘地形，山巒起伏且向海深入，其中以大尖山和三澳較為突出，共同構(gòu)成岬角港灣控制的曲折基巖岸線，并夾雜?？?、沛壘、柳壟、長沙等零散砂質(zhì)海灘。與砂質(zhì)海灘不同，北關(guān)港內(nèi)則分布寬廣的淤泥質(zhì)潮灘(圖1)。

圖1 蒼南近岸海域位置及研究范圍

蒼南海域半日分潮占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，淺水分潮占比相對(duì)較小，故潮汐屬正規(guī)半日潮型。該海域平均潮差約為4.4 m，最大潮差約為7.3 m，屬強(qiáng)潮海域[12]。波浪主要以風(fēng)涌混合浪為主，常浪向?yàn)镋向，次常浪向?yàn)镋NE和NE向，常規(guī)天氣下平均波高介于1.0～2.0 m之間，在臺(tái)風(fēng)等極端天氣下，最大波高可超過5.0 m[12]。海區(qū)潮流運(yùn)動(dòng)以旋轉(zhuǎn)流為主，但在北關(guān)港、沿浦灣等海域因地形影響而以往復(fù)流為主[12]。此外，研究區(qū)域近岸港灣岬角內(nèi)以砂為主，粒徑較粗。外海底質(zhì)以粉砂為主，其次是粘土。該海域底質(zhì)整體歸納為粘土質(zhì)粉砂，且實(shí)測(cè)中值粒徑介于0.005 4～0.008 6 mm之間[13]。

1.2 資料收集

本研究收集了1931、1970、2005、2009及2017等年份的海圖(表1)。同時(shí)還整理長江大通站1955—2016年入海水沙數(shù)據(jù)及1945—2019年區(qū)域過境臺(tái)風(fēng)資料。其中長江入海水沙數(shù)據(jù)來源于長江水文網(wǎng)(http://www.cjh.com.cn)，臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)來自于中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://typhoon.nmc.cn/web.html)以及溫州臺(tái)風(fēng)網(wǎng)(http://www.wztf121.com)。

表1 海圖資料說明

1.3 研究方法

1.3.1 基于ArcGIS對(duì)海圖數(shù)據(jù)的處理 首先，基于ArcGIS平臺(tái)將所有海圖的水深點(diǎn)及等深線數(shù)字化。其次，將數(shù)字化海圖矢量文件統(tǒng)一到1954北京坐標(biāo)系和理論深度基準(zhǔn)面，根據(jù)各海圖測(cè)量范圍確定沖淤邊界并構(gòu)建數(shù)字高程模型。同時(shí)，進(jìn)一步提取2、5、10 m等深線，以詳細(xì)表征研究區(qū)域海床不同深度的變化趨勢(shì)。由于海圖比例尺及測(cè)量水深范圍有所差異，摳去近岸深水區(qū)域以準(zhǔn)確反映海床變化。此外，1931、1970年未能提取出有效2 m等深線，故本研究僅考慮2005、2009、2017年 2 m等深線以分析其近十年遷移變化。再次，基于歷年海床數(shù)字高程模型，分別計(jì)算研究區(qū)海域1931—1970、1971—2005、2006—2009、2010—2017年期間的海床沖淤量、沖淤面積、沖淤強(qiáng)度以及沖淤速率等主要沖淤特征參數(shù)。同時(shí)，選擇合適區(qū)域設(shè)置兩個(gè)特征剖面(圖1)并提取剖面水深參數(shù)，由此比較不同年份海床剖面地形變化。

1.3.2 潮流、波浪對(duì)底部泥沙起動(dòng)的計(jì)算 采用竇國仁(1999)中的公式[14]計(jì)算垂線平均流速代表的泥沙起動(dòng)流速，將泥沙起動(dòng)流速uc與實(shí)際垂線平均潮流流速u對(duì)比，以探明該區(qū)域潮流對(duì)底部泥沙的起動(dòng)能力。具體公式為

(1)

式(1)中：uc表示泥沙起動(dòng)流速(m/s)；h表示水深(m)；Δ表示床面糙率高度(mm)；ρs表示泥沙密度(g/cm3)，ρ表示海水密度(g/cm3)；D50表示底部泥沙中值粒徑(mm)；γ1表示床面泥沙干容重，γ2表示泥沙顆粒的穩(wěn)定干容重(t/m3)；ε0表示綜合粘結(jié)力參數(shù)(cm3/s2)；δ表示薄膜水厚度參數(shù)(cm)。一般ε0取1.75 cm3/s2，δ取2.31×10-5cm，ρs取2.65 g/cm3，ρ取1.02 g/cm3。

當(dāng)uc>u時(shí)，泥沙不易起動(dòng)，否之則泥沙進(jìn)入起動(dòng)狀態(tài)。

在此基礎(chǔ)上，竇國仁等(2001)[15]進(jìn)一步探討波浪對(duì)底部泥沙起動(dòng)的影響，并提出底部泥沙少量動(dòng)情況的起動(dòng)波高經(jīng)驗(yàn)公式。將起動(dòng)波高Hc與平均波高H對(duì)比，以此分析波浪對(duì)底部泥沙的起動(dòng)能力。具體公式為

(2)

式(2)中：Hc表示起動(dòng)波高(m)；T表示波浪周期(s)；h表示水深(m)；L表示有限水深波長(m)，其他參數(shù)設(shè)置參照式(1)。對(duì)于給定的波周期以及水深，L可通過迭代法求得。

(3)

式(3)中：L為有限水深波長，T為波浪周期，d為水深(m)，單位參照式(2)。

當(dāng)Hc>H時(shí)，泥沙不易起動(dòng)，否之則泥沙進(jìn)入起動(dòng)狀態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2.1 海域等深線變化狀態(tài)

海床不同等深線的變化反映了海床地貌遷移趨勢(shì)。2 m等深線主要分布于北關(guān)港內(nèi)(圖2)。在2006—2009年間，2 m等深線向陸后退，后退幅度在60～80 m之間，最遠(yuǎn)超過100 m。2010—2017年間，2 m等深線繼續(xù)向陸略微后退，后退幅度在20～30 m之間。2006—2017年間，北關(guān)港內(nèi)2 m等深線整體大致以每年7.5 m的速度向陸后退，這表征近年來北關(guān)港內(nèi)出現(xiàn)侵蝕的特征。

5 m等深線主要分布于近岸大尖山和三澳岬角港灣岸段與北關(guān)港南部口門兩個(gè)區(qū)域(圖2)。前者在1971—2017年間，5 m等深線呈現(xiàn)階段向陸后退趨勢(shì)，年平均后退距離約8.5 m，后退距離最遠(yuǎn)超過500 m，這標(biāo)志1970年后該岬灣岸段灘涂持續(xù)沖刷后退。在北關(guān)港口門處，5 m等深線同步向陸后退，年平均后退距離約7.3 m，后退距離最遠(yuǎn)可達(dá)700 m。

圖2 1931—2017年蒼南近岸海域等深線遷移變化

同時(shí)，10 m等深線主要分布在深水區(qū)附近以及北關(guān)島東北部的開闊海域(圖2)。在1931—1970年間，位于北關(guān)島東北部開闊海域10 m等深線普遍向海擴(kuò)張，淤進(jìn)速度大致為32.9 m/a，淤進(jìn)距離最遠(yuǎn)可達(dá)2 000 m?？梢娫摃r(shí)間段內(nèi)北關(guān)島東北部開闊海域發(fā)生明顯淤積。1971—2005年間，該開闊海域10 m等深線擴(kuò)張與后退并存，在北關(guān)島東北部海域10 m等深線向海擴(kuò)張，淤進(jìn)速度大致為9.5 m/a，但在北關(guān)島東部10 m等深線向陸后退，后退速度大致為8.0 m/a。在2006—2009年間，該開闊海域10 m等深線向陸后退，后退速度大致為32.0 m/a，后退幅度介于150～200 m。2010—2017年間，10 m等深線繼續(xù)向陸后退，后退速度較上一時(shí)間段減緩。因此，在1971—2017年間，研究區(qū)域海床10 m等深線整體呈現(xiàn)向岸退縮狀態(tài)。同時(shí)，位于北關(guān)島東部10 m等深線因?yàn)楸标P(guān)島阻擋作用，擺動(dòng)幅度較北關(guān)島東北部開闊海域較小，但擺動(dòng)趨勢(shì)與上述基本一致?？傊?，在1931—2017年間，10 m等深線在北關(guān)島東北部的開闊海域經(jīng)歷了先向陸內(nèi)移再向海外移而又向陸內(nèi)移的變化趨勢(shì)。

2.2 海床沖淤特征

在1931—1970年間，海床呈現(xiàn)整體淤積狀態(tài)[圖3(a)]。其中，凈淤積量達(dá)到169.47×106m3，海床整體平均淤積厚度為2.07 m，淤積速率為5.18 cm/a(表2)。1971—2005年間，海床呈現(xiàn)沖淤并存狀態(tài)，但整體以淤積為主，侵蝕主要發(fā)生在岬角港灣段近海區(qū)域以及北關(guān)島南部海域，北關(guān)港以及外海區(qū)域都呈現(xiàn)淤積狀態(tài)[圖3(b)]，凈淤積量達(dá)到12.24×106m3，海床平均淤積厚度為0.15 m，淤積速率為0.41 cm/a(表2)。2006—2009年間，海床淤積面積小于沖刷面積，淤積主要位于北關(guān)島周圍以及北關(guān)港內(nèi)，外海區(qū)域呈現(xiàn)弱侵蝕狀態(tài)[圖3(c)]，凈沖刷量為14.7×106m3，平均沖刷厚度為0.18 m，沖刷速率為3.60 cm/a(表2)。2010—2017年間，海床持續(xù)沖刷，但整體沖刷量不大，凈沖刷量約10.17×106m3，平均沖刷厚度為0.12 m，沖刷速率為1.33 cm/a(表2)，然而，從海區(qū)沖刷面積來看，海床趨于一個(gè)全面弱沖刷狀態(tài)[圖3(d)]?？v觀1931—2017年間，海床整體呈現(xiàn)淤積—淤積減弱—轉(zhuǎn)為沖刷—持續(xù)沖刷趨勢(shì)。

圖3 蒼南近岸海域海床沖淤變化

表2 蒼南近岸海域海床沖淤特征參數(shù)

2.3 特征剖面變化

為更直觀地表達(dá)研究區(qū)域海床演變特征，選擇?？采碁└浇到亲鳛槠瘘c(diǎn)向海延伸至研究區(qū)域邊界，以及長沙沙灘作為起點(diǎn)向北關(guān)港港口延伸至研究區(qū)域邊界的兩個(gè)剖面進(jìn)行剖面地形分析(圖1)。

剖面1[圖4(a)]顯示，1931—1970年，該剖面水下地形呈現(xiàn)整體淤積的趨勢(shì)，平均淤積幅度超過2 m，淤積幅度明顯。1971—2005年，在離岸2.5 km的距離內(nèi)該剖面發(fā)生侵蝕，離岸2.5 km以外，該剖面發(fā)生淤積，淤積幅度大多低于1 m。2006—2009年，在離岸1.0 km的距離內(nèi)，海床沖刷明顯，在離岸1.0～3.0 km的距離內(nèi)，海床剖面呈現(xiàn)小幅淤積狀態(tài)，之后在離岸3.0 km以外，該剖面呈現(xiàn)略微沖刷狀態(tài)。2010—2017年，該剖面整體發(fā)生沖刷，但沖刷幅度不大。

剖面2[圖4(b)]顯示，1931—1970年，該剖面在北關(guān)港近岸區(qū)域淤積嚴(yán)重，平均淤積幅度在2 m以上，在北關(guān)港港口處淤積減緩，淤積幅度在1 m左右。1971—2005年，該剖面繼續(xù)淤積，平均淤積幅度在1～2 m之間，在離岸4.0 km之外，則發(fā)生沖刷，平均沖刷幅度在0.5 m內(nèi)。2006—2009年，近岸1.0 km之內(nèi)仍呈現(xiàn)淤積狀態(tài)，離岸1.0～2.5 km內(nèi)，海床發(fā)生沖刷，在離岸2.5 km以外，兩條剖面線交替起伏，海床沖淤并存。2010—2017年，兩條剖面趨勢(shì)相近，整體呈現(xiàn)略微沖刷狀態(tài)。

圖4 蒼南近岸海域剖面水深變化

整體來看，除1931—1970年的大幅淤積外，剖面1的5、10 m等深線皆有向陸后退的趨勢(shì)，海床淤積幅度減弱，并呈現(xiàn)微沖趨勢(shì)。位于北關(guān)港內(nèi)的剖面2變化較為劇烈，上世紀(jì)北關(guān)港內(nèi)淤積量較大，至2005年后淤積減弱，之后該剖面略有起伏，但趨勢(shì)較為一致。

2.4 討論

2.4.1 沉積物來源及變化 蒼南縣海岸類型以基巖港灣海岸為主。因波浪或臺(tái)風(fēng)等強(qiáng)勁動(dòng)力沖蝕以及各種風(fēng)化作用影響，基巖剝離下的粗顆粒沉積物就近堆積于海岸附近，發(fā)育成以砂為主的海灘，這是近岸海床粗顆粒沉積物的主要來源[16]。同時(shí)，研究區(qū)海域以北依次分布有椒江、甌江、飛云江、鰲江等入海河流，其中椒江年均輸沙量約為122萬噸[17]、甌江約為205萬噸[18]、飛云江約為40萬噸[19]、鰲江約為8萬噸[20]。這些河流的輸沙強(qiáng)度均較小，且受制于河口強(qiáng)潮性質(zhì)，導(dǎo)致向下游輸運(yùn)的泥沙因漲潮優(yōu)勢(shì)流作用難以進(jìn)一步輸移到近海或離岸較遠(yuǎn)區(qū)域。加之，研究區(qū)以北沿岸岬角向海突出而隔斷沿岸泥沙輸送，這就進(jìn)一步阻礙入海河流相對(duì)較粗的泥沙進(jìn)入研究區(qū)。然而，這些河流輸沙入海過程中也會(huì)帶有一定數(shù)量的細(xì)顆粒物質(zhì)隨著潮流和沿岸流搬運(yùn)南下，但由于量級(jí)很小而難以產(chǎn)生對(duì)研究區(qū)域海床沖刷或淤積的影響[12，21]。

由長江入海的泥沙除“喂養(yǎng)”河口水下三角洲外，其他泥沙主要通過江浙沿岸流向南輸送。因沿岸動(dòng)力及局部地形變化，懸浮泥沙向南輸送過程中不斷發(fā)生沉降和沉積。沉積的細(xì)顆粒泥沙在隨后波浪擾動(dòng)影響下可發(fā)生再懸浮，并由江浙沿岸流挾帶再次向南輸移，已有研究表明懸浮泥沙最遠(yuǎn)可延伸至福建北部，從而在浙閩近岸海域形成寬廣的泥質(zhì)沉積帶[22-23]。此外，前人通過對(duì)長江入海泥沙、浙江河流入海泥沙以及溫州近岸沉積物進(jìn)行粒度分析、礦物鑒定以及化學(xué)測(cè)定，結(jié)果充分表明浙江入海河流的礦物及化學(xué)成分與溫州近岸海域的礦物及化學(xué)成分不一致，與長江入海泥沙契合度較高[16]。因此，可認(rèn)為江浙沿岸流攜帶的長江入海細(xì)顆粒泥沙是該海域海床淤積的主要物質(zhì)來源。

近年來，由于流域建壩、采沙等人類活動(dòng)影響，長江入海泥沙量呈現(xiàn)急劇減少趨勢(shì)[24]。在長江入海徑流量沒有明顯變化趨勢(shì)下，長江入海泥沙減少將直接導(dǎo)致長江口口門及相鄰水域水體含沙量降低。若水動(dòng)力環(huán)境無明顯變化，未來長江口口外水下三角洲及沿岸將可能呈現(xiàn)總體緩慢淤積或沖刷的趨勢(shì)[6]。顯然，江浙沿岸流輸沙量受此牽連亦將減少，繼而影響到浙江泥質(zhì)沉積帶的泥沙供應(yīng)。20世紀(jì)80年代始,長江流域水庫攔截的泥沙總量就已超過其入海泥沙總量[24]。1955—1970年大通站年輸沙量基本維持在4.0～6.0億噸，年平均輸沙量為4.98億噸，數(shù)量巨大，研究區(qū)海床該期間也是呈現(xiàn)大幅淤積的現(xiàn)象。1971—2005年期間經(jīng)歷了兩次重大人類活動(dòng)干預(yù)，分別為1985年的葛洲壩工程和2003年三峽大壩工程攔水運(yùn)行，大量攔截上游來沙，導(dǎo)致入海泥沙驟降，期間年入海泥沙量基本維持在2.0～4.0億噸，年均輸沙量為3.84億噸。2003年三峽大壩蓄水運(yùn)用后，長江來沙量進(jìn)一步減小，大通站年輸沙量全面低于2.0億噸，年均輸沙量僅為1.31億噸(圖5)。進(jìn)一步將四個(gè)階段的泥沙凈淤積量與長江入海泥沙量對(duì)比分析，結(jié)果顯示長江入海泥沙量持續(xù)減少與研究區(qū)海域海床淤積減弱并逐漸轉(zhuǎn)為沖刷具有明顯同步性，二者聯(lián)系較為緊密(圖6)。因此，可認(rèn)為長江入海泥沙減少將導(dǎo)致參與研究區(qū)域海床地貌塑造的泥沙量下降，繼而影響該海域海床地貌變化，減弱淤積甚至沖刷。

圖5 大通站 1955—2016年入海水沙變化

圖6 蒼南近岸海域海床沖淤與長江來沙趨勢(shì)對(duì)比

2.4.2 動(dòng)力環(huán)境影響 海區(qū)動(dòng)力環(huán)境對(duì)于海床地貌塑造至關(guān)重要[25]。討論海床穩(wěn)定性首先應(yīng)考慮區(qū)域水動(dòng)力如潮流、波浪等對(duì)底部泥沙起動(dòng)的影響。據(jù)浙江省水利河口研究院于2015年在研究區(qū)海域?qū)崪y(cè)潮流、波浪等資料[13]顯示，研究區(qū)域外海實(shí)測(cè)最大垂線平均流速為0.62 m/s，流向?yàn)?5°，近岸實(shí)測(cè)最大垂線平均流速出現(xiàn)在北關(guān)港海域，流速為1.06 m/s，流向?yàn)?49°[13]。同時(shí)，該年平均波高為1.5 m，平均波周期為4.9 s[13]。且該年“凡比亞”臺(tái)風(fēng)影響期間，該區(qū)域最大實(shí)測(cè)波高達(dá)5.6 m[13]。

由于該海域底部泥沙D50小于0.5 mm，粒徑較細(xì)，泥沙顆粒間的粘結(jié)性對(duì)底部泥沙起動(dòng)的阻礙作用較強(qiáng)?？紤]顆粒間粘結(jié)力，Δ取1.0 mm，d1取0.5 mm，d2取10 mm，D取0.15 mm，床面穩(wěn)定時(shí)間較長可認(rèn)為床面泥沙干容重等于穩(wěn)定干容重，即γ1=γ2。將各項(xiàng)參數(shù)帶入式中，式(1)計(jì)算結(jié)果顯示，常規(guī)天氣下潮流對(duì)研究區(qū)域底部泥沙的起動(dòng)能力較弱，僅在近岸2 m水深以淺區(qū)域可對(duì)底部泥沙產(chǎn)生起動(dòng)影響(表3)。同時(shí)，通過式(3)求得該區(qū)域2、5、10 m水深的波浪波長分別為20.49、29.52、35.39 m。進(jìn)一步通過式(2)求得不同中值粒徑下的起動(dòng)波高。結(jié)果顯示，波浪對(duì)該區(qū)域底部泥沙的起動(dòng)作用較潮流強(qiáng)烈，可對(duì)5 m水深以淺的底部泥沙產(chǎn)生起動(dòng)影響(表3)。進(jìn)一步考慮極端天氣對(duì)區(qū)域底部泥沙起動(dòng)的影響，“凡比亞”臺(tái)風(fēng)期間，該區(qū)域?qū)崪y(cè)最大波高為5.6 m，均大于所計(jì)算的起動(dòng)波高(表3)，可使10 m以深區(qū)域的底部泥沙發(fā)生起動(dòng)。

表3 波浪、潮流對(duì)底部泥沙的起動(dòng)能力計(jì)算

故在常規(guī)天氣下，該區(qū)域5 m以淺區(qū)域泥沙可受潮流、波浪共同作用進(jìn)入起動(dòng)狀態(tài)，5 m以深區(qū)域底部泥沙主要以過境或落淤為主。而在極端天氣下，臺(tái)風(fēng)輸入的巨大能量足以消除細(xì)顆粒泥沙之間的粘結(jié)力影響，使包括整個(gè)研究區(qū)域在內(nèi)的海域底床發(fā)生泥沙起動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生泥沙運(yùn)移。

伴隨人類世的到來，受人類活動(dòng)影響所造成的海平面加速上升對(duì)沿岸侵蝕作用愈發(fā)明顯[3]。同時(shí)，海平面上升會(huì)促進(jìn)風(fēng)暴潮的發(fā)生頻率和強(qiáng)度，進(jìn)一步加重風(fēng)暴潮帶來的危害[26]。浙江省溫州市位于亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，屬臺(tái)風(fēng)登陸高發(fā)區(qū)域。同時(shí)，所處的東海海域海平面較其他海域偏高程度最為明顯[27]。在此背景下，對(duì)臺(tái)風(fēng)資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)1970年前登陸溫州的臺(tái)風(fēng)數(shù)量為8個(gè)，1971—2005年為10個(gè)，2006—2009年為4個(gè)，2010—2017年為6個(gè)，臺(tái)風(fēng)影響頻率逐年遞增(圖7)。其中等級(jí)最高的0608號(hào)臺(tái)風(fēng)“桑美”曾從蒼南縣正面登陸。風(fēng)暴潮期間，緊靠研究區(qū)海域的沙埕港口風(fēng)暴增水可達(dá)1.7 m[28]，與強(qiáng)勁的波浪作用疊加可使包括整個(gè)研究區(qū)海域底部泥沙起動(dòng)懸浮，并隨潮流作用離岸輸送，呈現(xiàn)典型的波浪掀沙、潮流輸沙模式[29]，造成近岸海床沖刷失穩(wěn)。對(duì)于岬灣砂質(zhì)海岸而言，臺(tái)風(fēng)也會(huì)造成海灘灘面大幅沖刷、近岸海床的大尺度變形以及泥沙的大量運(yùn)移[30-31]。往往一次風(fēng)暴潮所引起的泥沙運(yùn)移量就已超過整個(gè)季節(jié)乃至整個(gè)年份的泥沙變化，一些大型風(fēng)暴潮所帶來的地貌變化若干年后依然存在，引起的地貌變化往往需要很長時(shí)間來恢復(fù)。

圖7 1945—2019年登陸溫州的臺(tái)風(fēng)資料

因此，風(fēng)暴潮期間，巨大的能量輸入對(duì)研究區(qū)域由淤轉(zhuǎn)沖起著很大的促進(jìn)作用。但由于本研究缺少研究區(qū)域風(fēng)暴潮前后的海床實(shí)測(cè)資料，故側(cè)重定性討論風(fēng)暴潮對(duì)海床的影響，對(duì)于海床沖淤的定量影響需進(jìn)一步觀測(cè)佐證。

3 結(jié)論

本研究基于蒼南不同時(shí)期海圖資料、1955—2016年長江入海水沙數(shù)據(jù)以及1945—2019年臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)，探討蒼南海域海床地貌演變趨勢(shì)及其影響因素，主要結(jié)論包括：

(1)蒼南海域等深線變化主要表現(xiàn)為：1931—1970年10 m等深線以32.9 m/a的速度向海擴(kuò)張，海床大幅淤積；1971—2005年10 m等深線漲退并存，向陸后退趨勢(shì)初現(xiàn)；2006—2017年10 m等深線持續(xù)向陸后退，外海趨于沖刷。1971—2017年5 m等深線以7～8 m/a的速度持續(xù)向陸后退，近海持續(xù)沖刷。2006—2017年2 m等深線也呈現(xiàn)向陸后退趨勢(shì)，該期間北關(guān)港內(nèi)發(fā)生沖刷。

(2)蒼南海域海床沖淤主要表現(xiàn)為：1931—1970年海床凈淤積量達(dá)到169.47×106m3，淤積強(qiáng)度為5.18 cm/a。1971—2005年海床凈淤積量為12.24×106m3，淤積強(qiáng)度為0.41 cm/a。2006—2009年轉(zhuǎn)為沖刷，海床凈沖刷量為14.7×106m3，沖刷強(qiáng)度為3.60 cm/a。2010—2017年海床凈沖刷量為10.17×106m3，沖刷強(qiáng)度為1.33 cm/a。沖淤結(jié)果顯示，蒼南海域海床未來可能呈現(xiàn)弱沖刷的趨勢(shì)。

(3)常規(guī)天氣下，研究區(qū)海域5 m水深以淺區(qū)域底質(zhì)易在波浪、潮流共同作用下發(fā)生起動(dòng)。極端天氣如臺(tái)風(fēng)作用可使研究區(qū)海床整體發(fā)生泥沙起動(dòng)并隨潮流輸送至研究區(qū)外。又因該海域臺(tái)風(fēng)頻發(fā)造成海床頻繁失穩(wěn)，加之長江入海泥沙逐漸減少，導(dǎo)致區(qū)域泥沙供及不足，二者共同作用可能是研究區(qū)海床由淤積逐漸轉(zhuǎn)為沖刷的主要因素。