王愛軍，李海琪，葉翔，梁灝深，張望澤,5，吳水蘭,6，冉暢，陶舒琴，劉子同,7，于謙

1.自然資源部第三海洋研究所海洋與海岸地質(zhì)研究室，廈門 361005

2.福建省海洋物理與地質(zhì)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廈門 361005

3.自然資源部海峽西岸海島海岸帶生態(tài)系統(tǒng)野外科學(xué)觀測研究站，廈門 361005

4.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 200090

5.福州大學(xué)先進(jìn)制造學(xué)院，泉州 362251

6.南京信息工程大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，南京 210044

7.汕頭大學(xué)海洋科學(xué)研究院，汕頭 515063

8.南京大學(xué)海岸與海島開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210023

潮灘是在潮汐作用顯著、細(xì)顆粒沉積物供應(yīng)豐富條件下形成的一種地貌類型，位于陸地、海洋、大氣及人類活動相互作用的敏感地帶。潮灘廣泛分布在除基巖海岸和高緯度（70°～73°以上）海岸外的沿海地區(qū)，并且隨著潮差、波浪、物質(zhì)供應(yīng)、植被類型等不同而表現(xiàn)出顯著的空間差異[1-4]。目前全球 潮 灘 面 積 約 為127 921 km2，主 要 分 布 在 亞 太 地區(qū)，如印尼、中國、印度等國家[5]。我國的潮灘規(guī)模大且分布廣泛，其中長江口-杭州灣及以北沿海地區(qū)主要為平原型潮灘，而長江口-杭州灣以南的浙、閩、粵、桂等沿海地區(qū)主要為港灣型潮灘[6]。從20 世紀(jì)初開始，各國學(xué)者對潮灘沉積和地貌特征、潮灘沉積物輸運(yùn)和堆積的過程、鹽沼植被對潮灘沉積過程的影響、極端事件對潮灘地貌演化影響等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究和總結(jié)[7-16]。進(jìn)入21 世紀(jì)，隨著現(xiàn)場觀測技術(shù)和數(shù)值模擬的不斷改進(jìn)，我國科研人員開始關(guān)注潮灘沉積過程及其控制機(jī)制、植被-泥沙-地貌耦合的生物地貌過程、極端事件影響下的潮灘沉積物輸運(yùn)與地貌演化過程、潮灘沉積層序成因機(jī)制及潮灘演化趨勢模擬等方面，取得了豐碩的成果[17-33]。

潮灘作為重要的海岸帶生態(tài)系統(tǒng)，不僅在藍(lán)色碳匯方面發(fā)揮著重要作用[34-35]，而且在海岸防護(hù)方面起到至關(guān)重要的作用[36]。然而，隨著海平面不斷上升、地面沉降、流域及海岸帶人類活動的不斷加劇，潮灘面積逐漸減少[5]，其中人類活動是主要驅(qū)動因素[37]。潮灘面積的減少不僅導(dǎo)致藍(lán)色碳匯能力減弱[5,35]，而且引起諸多地區(qū)海岸遭受不同程度侵蝕[38]。高強(qiáng)度的人類活動顯著影響了潮灘局部沉積物輸運(yùn)過程及地貌演化過程[20,24]，而流域輸沙量的銳減則引起了潮灘沖淤格局的改變[39]。隨著流域及河口地區(qū)人類活動強(qiáng)度的不斷增大，河口系統(tǒng)狀態(tài)正在發(fā)生轉(zhuǎn)換[40]，直接影響著河口潮灘未來演化趨勢及其功能發(fā)揮。

本文選擇我國東南沿海典型的山溪性中小型河流河口潮灘作為研究區(qū)域，通過沉積物采樣、定點(diǎn)沖淤觀測和沉積動力學(xué)觀測等手段，初步分析了河口潮灘的季節(jié)性沖淤變化過程及其控制機(jī)制，以期為科學(xué)評估潮灘的海岸防護(hù)和潮灘生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)能力提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

閩江發(fā)源于福建與江西省交界的武夷山東麓及仙霞嶺南麓，總體呈NW-SE 向橫貫福建中北部，經(jīng)福州匯入東海南部，全長2 872 km，其中干流全長近577 km，流域面積為60 992 km2，多年平均徑流量為605.5×108m3，多年平均輸沙量為750×104t，并且表現(xiàn)出明顯的洪、枯季變化，即洪季（3—8 月）徑流量約占全年的76%，輸沙量約占全年的92%[41]。近年來隨著流域水庫建設(shè)的不斷增加，平均輸沙量已經(jīng)下降為原來的三分之一[42]。

受地轉(zhuǎn)偏向力及臺灣海峽地形效應(yīng)作用，閩江河口區(qū)潮汐作用強(qiáng)，實(shí)測最大潮差達(dá)到7.04 m，平均潮差4.46 m（梅花站），屬正規(guī)半日潮，河口內(nèi)潮流基本呈往復(fù)流，其流向與河槽線一致，河口外潮流具有一定的旋轉(zhuǎn)流特征[41]。閩江口外海面開闊，夏季以西南風(fēng)為主，冬季以東北風(fēng)為主，波浪作用強(qiáng)，波浪的主要形式為風(fēng)浪及涌浪同時存在的混合浪，多年平均波高為1.1 m，歷史最大波高為6.5 m[41]。此外，閩江口海域是我國東南沿海地區(qū)遭受臺風(fēng)影響最為嚴(yán)重的區(qū)域之一，平均每年影響的臺風(fēng)次數(shù)為5.7 個，最大臺風(fēng)增水值可達(dá)2.52 m[43]。

閩江河口地區(qū)的潮灘主要分布在川石島南部、瑯岐島東部以及梅花水道南側(cè)海岸（圖1a），其中瑯岐島潮灘寬度為600～1 100 m（圖1b），灘面平緩?，F(xiàn)場調(diào)查結(jié)果顯示（圖1c），瑯岐島潮灘由岸向海主要分布有互花米草、海三棱藨草、光灘等，其中互花米草鹽沼灘面平均坡度約為0.36°，海三棱藨草鹽沼灘面平均坡度約為0.14°，潮間帶中下部的光灘平均坡度約為0.08°，河道邊緣地區(qū)的灘面坡度約為1.84°。

圖1 研究區(qū)位置（a）、沉積物采樣站位（b）、剖面形態(tài)及觀測站位圖（c）Fig.1 Sketch map of study area (a), sediment sampling sites (b), morphological character of profile and observation sites of tidal flat of Langqi Island (c)

2 研究方法

2.1 野外采樣與觀測

在瑯岐島東部潮灘選擇一條剖面利用RTK 對剖面進(jìn)行了灘面高程測量，并在剖面上由岸向海設(shè)置了10 個采樣站位（圖1b），分別于2022 年8 月和2023 年2 月采集了表層1 cm 厚度的沉積物。為了掌握潮間帶不同空間位置的沖淤變化特征，在互花米草鹽沼邊緣（L03 站）、海三棱藨草鹽沼中部（L05 站）及光灘外緣（L09 站）設(shè)置了3 個站位，安裝了沖淤觀測架，在觀測架上設(shè)置12 個點(diǎn)，定期測量每個點(diǎn)距離灘面的高度，然后對各站位每次的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，獲得各站位的沖淤變化信息（圖1c）。

為了解研究區(qū)水動力狀況，在海三棱藨草內(nèi)部靠近互花米草邊緣設(shè)置一個沉積動力學(xué)觀測站位（圖1c，L04 站），利用Nortek 公司生產(chǎn)的聲學(xué)多普勒海流計(jì)（ADV，VECTOR 6MHz）分別于2022 年1 月25 日至2 月1 日、7 月21—31 日開展近底部潮流觀測，儀器探頭距離灘面30 cm，觀測點(diǎn)位于灘面以上15 cm 處；觀測設(shè)置為脈沖模式進(jìn)行采樣，采樣間隔為10 min，其中冬季采樣頻率為4 Hz，每次采集1 024 組數(shù)據(jù)，夏季采樣頻率為16 Hz，每次采集4 096組數(shù)據(jù)；冬季利用北京海洲賽維科技有限公司生產(chǎn)的波潮儀（TWaves）進(jìn)行淹沒水深觀測，以脈沖模式進(jìn)行采樣，以10 min 為采樣間隔，采樣頻率設(shè)置為8 Hz，每次采集時長為5 min，取平均值。

2.2 樣品分析與數(shù)據(jù)處理

2.2.1 沉積物粒度分析

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將采集回來的常溫保存樣品充分混合，取約2 g 重的沉積物加入濃度為5%的H2O2溶液以去除有機(jī)質(zhì)，再加入濃度為1 mol/L 的HCl溶液以去除碳酸鹽，用蒸餾水清洗至溶液為中性，加入濃度為5‰的六偏磷酸鈉溶液（(NaPO3)6）浸泡24 h，并利用超聲波震蕩1 min，使樣品充分混和、分散后，用英國馬爾文公司生產(chǎn)的 Mastersizer 2000 型激光粒度儀進(jìn)行粒度分析，并用儀器自帶軟件導(dǎo)出中值粒徑和各粒級組分?jǐn)?shù)據(jù)，采用謝帕德分類體系對沉積物進(jìn)行分類[44]。

2.2.2 懸沙濃度校對

利用在L04 站采集的表層沉積物在室內(nèi)配置不同懸沙濃度（SSC）的水體與ADV 采集的聲學(xué)信號進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者之間具有很好的相關(guān)性（圖2）。因此，根據(jù)該回歸方程可以將ADV 觀測獲得的信噪比（Signal-Noise Ratio，SNR）轉(zhuǎn)化成時間序列的SSC。

圖2 懸沙濃度與ADV 觀測獲得的信噪比的相關(guān)關(guān)系Fig.2 Relationship between SSC and SNR recorded by ADV

2.2.3 沉積動力學(xué)參數(shù)計(jì)算

利用儀器自帶軟件將觀測數(shù)據(jù)導(dǎo)出，然后再利用該軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)文件以便計(jì)算水平方向上的平均流速和波浪參數(shù)。

潮間帶地區(qū)作為極淺水環(huán)境，整個水層都屬于邊界層范圍內(nèi)，平均水平流速在垂向上的分布遵循對數(shù)分布[45]：

其中，U(z)是平均水平流速度，u*是摩阻速度；κ是卡門常數(shù)（κ=0.4)；z是距底床高度，z0是底部粗糙長度，τb是潮流引起的底部切應(yīng)力，ρw是海水的密度。一般在邊界層范圍內(nèi)，可以利用對數(shù)剖面方法計(jì)算潮流引起的底部切應(yīng)力。

有效波高（Hs）采用如下公式計(jì)算[46]：

式中，Sη是水位的功率譜。將ADV 測得的壓力轉(zhuǎn)換到水位時，需要考慮衰減，根據(jù)線性波理論，衰減系數(shù)可以表示為[47]：

其中，k是波數(shù)，h是平均水深，z是壓力傳感器的深度（負(fù)值）。波浪引起的底部切應(yīng)力（τw）可以用如下公式計(jì)算[45]：

其中，fw為波浪摩擦因子，Uw為波浪軌跡速度，可以表達(dá)為波高（Hs）、波周期（T）和水深（h）的函數(shù)[45]：

其中k為波數(shù)，可以表達(dá)為：k= 2π/L，L為波長，可以用圖解法計(jì)算得到[48]。波浪摩擦因子可以表達(dá)為：

式中A為半軌跡距離，可以表達(dá)為：A=UwT/2π。

由流速和懸沙濃度數(shù)據(jù)計(jì)算近底層懸沙瞬時水平輸運(yùn)率f(t)及潮周期內(nèi)懸沙凈水平輸運(yùn)通量F(t)[45]：

其中U(z,t)和C(z,t) 分別表示距離海底高度z(m)處t時刻的瞬時水平流速（ua，m/s）和懸沙濃度(SSC, mg/L)，Δt表示實(shí)測時刻代表時間長度。

研究區(qū)表層沉積物冬季以粗顆粒沉積物為主，夏季以細(xì)顆粒沉積物為主，因此，在計(jì)算沉積物臨界侵蝕切應(yīng)力時分別選擇適合非粘性沉積物和粘性沉積物的計(jì)算公式。非粘性沉積物臨界侵蝕切應(yīng)力時選擇如下計(jì)算公式[45]：

其 中，θ是Shields 參 數(shù)，θcr是 沉 積 物 臨 界 起 動Shields 參 數(shù)，s=ρs/ρw，ρs是 沉 積 物 密 度（取 值 為2 650 kg/m3），ρw是海水密度（取值為1 025 kg/m3），d是 沉 積 物 粒 徑， g 是 重 力 加 速 度（ 取 值 為9.81 m/s2）,D*是一個與沉積物粒徑有關(guān)的無量綱參數(shù)，ν是水體的運(yùn)動黏滯系數(shù)，取值為1.36×10-6m2/s。對于黏性沉積物，其臨界侵蝕切應(yīng)力計(jì)算用如下公式[49]：

其中，β是與顆粒粒徑有關(guān)的系數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)資料[49]，在中值粒徑小且表層沉積物含水量較大時，取β=0.3，W為含水量，定義為樣品中水的質(zhì)量與沉積物質(zhì)量之比，根據(jù)采集的現(xiàn)場表層底質(zhì)樣品的分析獲得。

3 研究結(jié)果

3.1 沉積物粒度的季節(jié)分布特征

粒度分析結(jié)果顯示（圖3、圖4），瑯岐島潮灘表層沉積物粒度組分以粉砂和砂為主，黏土含量相對較少，呈現(xiàn)出顯著的時空差異。從季節(jié)方面看，冬季表層沉積物砂含量顯著增大，黏土含量顯著減小，沉積物中值粒徑Φ 值較?。幌募緞t相反，砂含量顯著減小，黏土含量和粉砂明顯增大，沉積物中值粒徑Φ 值較大（表1）。從空間上看，潮間帶上部的互花米草鹽沼內(nèi)表層沉積物組分以粉砂為主，平均含量為60.6%，砂含量平均為21.0%，黏土含量平均為18.4%，中值粒徑平均為5.60 Φ；在潮間帶中部的海三棱藨草鹽沼，沉積物組分以砂為主，平均含量為57.1%，粉砂含量平均為32.4%，黏土含量平均為10.5%，中值粒徑平均為4.31 Φ；在潮間帶下部的光灘地區(qū)，表層沉積物組分以粉砂為主，平均含量為58.7%，砂含量平均為23.0%，黏土含量平均為18.3%，中值粒徑平均為5.56 Φ（圖3、圖4）。

表1 瑯岐島潮間帶不同季節(jié)表層沉積物粒度組分及中值粒徑Table 1 Seasonal variations of composition and median grain-size of surficial sediment

圖3 瑯岐島潮灘夏季（左）和冬季（右）表層沉積物粒度組成Fig.3 Surficial sediment composition along the profile of tidal flat in summer (left) and winter (right)

圖4 瑯岐島潮灘不同季節(jié)表層沉積物中值粒徑Fig.4 Seasonal variations of median grain-size of surficial sediment along the profile of tidal flat

根據(jù)Shepard 三角分類圖，瑯岐島潮間帶表層沉積物類型以黏土質(zhì)粉砂（YT）為主，并且呈現(xiàn)出顯著的季節(jié)變化，其中夏季表層沉積物黏土質(zhì)粉砂占80%，僅在潮間帶中部出現(xiàn)砂質(zhì)粉砂（ST）和砂-粉砂-黏土（STY）；冬季以砂（S）和砂質(zhì)粉砂為主，其次為粉砂質(zhì)砂（TS）（圖5）。

圖5 瑯岐島潮灘不同季節(jié)表層沉積物類型Fig.5 Seasonal variations of surficial sediment type along the profile of tidal flat based on Shepard classification

3.2 潮灘侵蝕-淤積的時空變化特征

潮間帶不同空間位置的沖淤觀測結(jié)果顯示，瑯岐島潮間帶灘面沖淤表現(xiàn)出顯著的時空變化特征。互花米草鹽沼邊緣灘面表現(xiàn)出總體持續(xù)淤積的變化特征，僅在冬末至初春季節(jié)出現(xiàn)輕微侵蝕（0.55 cm），觀測期間年淤積厚度為1.22 cm（圖6a）。海三棱藨草中部灘面在初夏至初秋季節(jié)表現(xiàn)為持續(xù)淤積，淤積厚度為14.13 cm；初秋至冬末季節(jié)表現(xiàn)為持續(xù)侵蝕，侵蝕深度為20.13 cm；冬末至春末期間呈現(xiàn)出緩慢淤積，淤積厚度為2.54 cm；整個初夏至翌年春末表現(xiàn)為凈侵蝕，侵蝕深度為3.42 cm（圖6b）。光灘外緣灘面在初夏至秋末季節(jié)表現(xiàn)為持續(xù)侵蝕，侵蝕深度為5.90 cm；秋末至翌年春末季節(jié)表現(xiàn)為持續(xù)淤積，侵蝕深度為5.38 cm，整個初夏至翌年春末表現(xiàn)為凈侵蝕，侵蝕深度為0.52 cm（圖6c）。

圖6 潮間帶不同站位沖淤變化過程正值為淤積，負(fù)值為沖刷。Fig.6 Variations of erosion and accretion along the section in different stations Positive value means accretion, negative value means erosion.

3.3 潮間帶水動力特征

瑯岐島潮間帶中上部L04 站位淹沒水深觀測結(jié)果顯示（圖7a、8a），冬季和夏季觀測期間大潮最大淹沒水深分別為2.20 和1.86 m，小潮最大淹沒水深分別為1.37 和0.90 m。潮流觀測結(jié)果顯示（圖7b、8b），冬季小潮觀測期間近底部潮流流速為0.008 ～0.127 m/s，大潮期間為0.004 ～0.187 m/s；夏季小潮觀測期間近底部潮流流速為0.001 ～0.046 m/s，大潮期間為0.001 ～0.060 m/s；無論冬季還是夏季，潮周期內(nèi)潮流流速最大值均出現(xiàn)在落潮后期。波浪計(jì)算結(jié)果顯示（圖7c、8c），冬季和夏季觀測期間有效波高最大值分別為0.63 和0.20 m，平均值分別為0.26 和0.07 m，冬季波浪明顯較夏季強(qiáng)。底部切應(yīng)力計(jì)算結(jié)果顯示（圖7d、8d），冬季和夏季觀測期間潮流引起的底部切應(yīng)力最大值分別為0.551 和0.057 N/m2，平均值分別為0.067 和0.003 N/m2；波浪引起的底部切應(yīng)力最大值分別為1.885 和0.293 N/m2，平均值分別為0.652 和0.097 N/m2，冬季潮流和波浪引起的底部切應(yīng)力明顯大于夏季。

圖7 潮灘中上部光灘冬季近底部水動力時間序列變化過程a：淹沒水深，b：近底部流速，c：有效波高，d：底部切應(yīng)力，e：近底部懸沙濃度。Fig.7 Time-series of near-bottom hydrodynamic processes in winter on the mid-upper tidal flat a: Inundation height, b: near-bottom mean current speed, c: significant wave height, d: bottom shear stress induced by tidal current and wave, e: near-bottom suspended sediment concentration.

3.4 潮間帶近底部懸沙濃度變化

懸沙濃度計(jì)算結(jié)果顯示，瑯岐島潮間帶中上部L04 站位近底部懸沙濃度呈現(xiàn)出顯著的時間變化特征（圖7e、8e）。在季節(jié)尺度上，冬季觀測期間近底部懸沙濃度為17.4 ～844.5 mg/L，平均值為306.8 mg/L，而夏季觀測期間近底部懸沙濃度為3.4 ～607.8 mg/L，平均值為138.5 mg/L，冬季懸沙濃度顯著高于夏季。在大-小潮周期尺度上，小潮期間近底部懸沙濃度相對較低，大潮期間相對較高，但潮周期平均值相差不大，如冬季大潮和小潮觀測期間近底部懸沙濃度平均值分別為296.5 和268.6 mg/L，而夏季大潮和小潮觀測期間近底部懸沙濃度平均值分別為158.1 和123.7 mg/L。在潮周期尺度上，漲潮初期和落潮后期相對較高，高平潮期間懸沙濃度相對較低。

3.5 潮間帶近底部懸沙輸運(yùn)

近底部懸沙東向水平輸運(yùn)率計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)出顯著的時間變化特征（圖9），冬季觀測期間近底部懸沙在東向上水平輸運(yùn)率為-0.118 ～0.051 kg·m-2·s-1，平均值為0.011 kg·m-2·s-1；夏季觀測期間近底部懸沙水平輸運(yùn)率為-0.006 ～0.009 kg·m-2·s-1，平均值為0.001 kg·m-2·s-1。

每個潮周期內(nèi)的東-西方向上的凈懸沙輸運(yùn)量計(jì)算結(jié)果顯示（圖9），瑯岐島潮間帶中部潮周期內(nèi)近底部懸沙水平凈輸運(yùn)通量呈現(xiàn)出明顯的時間變化特征。在大-小潮時間尺度上，小潮期間潮周期內(nèi)懸沙凈水平輸運(yùn)通量顯著小于大潮，而凈輸運(yùn)方向則呈現(xiàn)出季節(jié)性差異：小潮期間冬季呈現(xiàn)出向岸凈輸運(yùn)和向海凈輸運(yùn)交替出現(xiàn)，而夏季則整體呈現(xiàn)向海凈輸運(yùn)的變化特征；中潮期間冬季總體表現(xiàn)為向海凈輸運(yùn)，而夏季則整體呈現(xiàn)向陸凈輸運(yùn)的變化特征；大潮期間冬季總體呈現(xiàn)向岸凈輸運(yùn)，而夏季則呈現(xiàn)向岸凈輸運(yùn)和向海凈輸運(yùn)交替出現(xiàn)的變化特征。在季節(jié)尺度上，冬季潮周期內(nèi)懸沙凈水平輸運(yùn)通量為-124.30～243.24 kg/m，觀測期間凈輸運(yùn)通量為289.49 kg/m；夏季周期內(nèi)懸沙凈水平輸運(yùn)通量僅為-38.07 ～4.13 kg/m，觀測期間凈輸運(yùn)通量僅為-58.73 kg/m，即冬季潮周期內(nèi)凈水平輸運(yùn)通量顯著大于夏季，并且冬季懸沙凈向海輸運(yùn)，而夏季凈向陸輸運(yùn)。

4 討論

河口潮灘是由地質(zhì)過程以及水動力過程、沉積物供應(yīng)和生態(tài)過程的相互作用形成的，其地貌形態(tài)及沉積物組成受動力、物源及生物活動控制，具有高度的時空變化特征[4,50]。大量的河流入海泥沙進(jìn)入河口后，在水動力的作用下發(fā)育了廣泛的潮灘[6,51]，但由于我國河流泥沙入海主要集中在夏季，冬季入海泥沙通量很小[41]，因此，潮灘表層沉積物也表現(xiàn)出顯著的季節(jié)差異[52-54]。閩江河流泥沙入海通量也主要集中在夏季[55]，本文斷面表層沉積物分析結(jié)果（圖3、圖4）和沖淤觀測結(jié)果（圖6）也顯示，夏季期間河口潮灘捕獲了大量的河流入海沉積物，潮灘為淤積狀態(tài)，潮灘表層沉積物以粉砂和黏土為主，平均粒徑較?。欢酒陂g河流入海泥沙很少，河口潮灘很少能捕獲到來自河流的泥沙，潮灘表層沉積物在水動力的作用下不斷發(fā)生改造，最終細(xì)顆粒沉積物被搬運(yùn)帶走，潮灘發(fā)生侵蝕，表層沉積物以砂和粉砂為主。關(guān)于沉積物供應(yīng)變化對閩江口潮灘沉積物組成的影響綜合分析詳見李海琪等[56]，本文不再贅述，但需要指出的是，隨著閩江入海泥沙通量的顯著減少[55]，河流輸沙季節(jié)變化對瑯岐島潮灘季節(jié)性沖淤變化的影響將會減小。本文將主要從水動力方面闡述閩江河口潮灘沖淤的季節(jié)性變化機(jī)制。

影響潮灘沉積和地貌演化的動力過程主要包括潮汐、波浪、跨岸/沿岸流、風(fēng)致環(huán)流、潮不對稱等[50,57]，尤其是在極淺水環(huán)境下，潮流、波浪是影響潮灘沉積物分布的主要動力因素[27-28]。沉積物是否發(fā)生侵蝕和淤積，主要是看水動力引起的底部切應(yīng)力是否會超過臨界切應(yīng)力，當(dāng)水動力引起的底部切應(yīng)力大于沉積物的臨界侵蝕切應(yīng)力，則沉積物發(fā)生再懸浮，灘面呈現(xiàn)侵蝕狀態(tài)；當(dāng)水動力引起的底部切應(yīng)力小于泥沙臨界沉降切應(yīng)力，則泥沙發(fā)生沉降，灘面呈現(xiàn)淤積狀態(tài)。根據(jù)本文觀測期間采集的表層沉積物粒度分析結(jié)果，冬季表層沉積物砂含量達(dá)到了93.9%，中值粒徑為2.85 Φ，屬于典型的非粘性沉積物，而夏季表層沉積物砂、粉砂和黏土含量分別為24.4%、54.2%和21.4%，中值粒徑為6.17 Φ，屬于典型的粘性沉積物。因此，根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式可知，觀測站位冬季和夏季表層沉積物臨界侵蝕切應(yīng)力分別為0.158 和0.107 N/m2。對比結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖7d、8d），瑯岐島潮灘中上部地區(qū)近底層流速相對較小，由此產(chǎn)生的底部切應(yīng)力也相對較小，對沉積物的活動性影響不明顯，但冬季觀測期間波浪引起的底部切應(yīng)力顯著大于表層沉積物的臨界侵蝕切應(yīng)力，表明冬季觀測期間觀測站位附近灘面發(fā)生強(qiáng)烈的侵蝕；夏季觀測期間波浪引起的底部切應(yīng)力的變化大部分時刻均小于表層沉積物臨界侵蝕切應(yīng)力，表明夏季觀測期間觀測站位附近灘面表層沉積物不易發(fā)生侵蝕。在長江口及江蘇沿海潮間帶觀測結(jié)果也顯示，在這種極淺水環(huán)境下波浪作用顯著影響潮灘沖淤過程[28,58]。研究表明[59]，懸沙臨界沉 降 切 應(yīng) 力（τcrd）一 般 為0.06～0.1 N/m2，根 據(jù)Whitehouse 等的推薦，本文取τcrd=0.08 N/m2（其值適用于細(xì)顆粒泥沙），則對比結(jié)果顯示（圖8d），夏季觀測期間大部分時刻由潮流和波浪引起的底部切應(yīng)力小于臨界沉降切應(yīng)力，表明觀測期間觀測站位附近水體懸沙易發(fā)生沉降，導(dǎo)致灘面出現(xiàn)淤積。近底部懸沙凈輸運(yùn)通量計(jì)算結(jié)果顯示，冬季觀測期間泥沙凈向海輸運(yùn)，而夏季則凈向岸輸運(yùn)。該結(jié)果表明，波浪是引起潮間帶表層沉積物發(fā)生侵蝕的主要動力，而潮流則是搬運(yùn)泥沙的主要動力。漲落潮不對稱現(xiàn)象是河口海岸地區(qū)重要的水動力特征，是影響區(qū)域泥沙不對稱輸運(yùn)的重要因素[60]，在河口海岸地區(qū)泥沙輸運(yùn)和地貌演變過程中扮演著十分重要的角色[57,61]。由圖8 和圖9 可知，冬季漲潮期間懸沙濃度總體大于落潮，但由于波浪引起的底部切應(yīng)力顯著大于懸沙臨界沉降切應(yīng)力，導(dǎo)致懸沙很少發(fā)生沉降，漲潮流帶來的懸沙除部分被潮間帶上部的互花米草鹽沼植被捕獲外，其他懸沙又在落潮流的作用下向海輸運(yùn)，而研究區(qū)無論冬季還是夏季，潮流均以落潮流占優(yōu)，因此，落潮期間的底層懸沙輸運(yùn)通量總體大于漲潮，潮周期內(nèi)表現(xiàn)為凈向海輸運(yùn)；夏季，雖然是落潮流占優(yōu)，但漲潮期間的底層懸沙濃度總體大于落潮，僅在大潮期間波浪作用較強(qiáng)時期出現(xiàn)落潮懸沙濃度大于漲潮的情況，因此漲潮期間的懸沙輸運(yùn)通量總體大于落潮，并且在多數(shù)時刻底部切應(yīng)力小于臨界沉降切應(yīng)力，懸沙沿途發(fā)生沉降。該結(jié)論得到了本文現(xiàn)場沖淤觀測結(jié)果的支持（圖6），同時也與其他河口地區(qū)潮灘沖淤過程一致[52,62]。

圖8 潮灘中上部光灘夏季近底部水動力時間序列變化過程a：淹沒水深，b：近底部流速，c：有效波高，d：底部切應(yīng)力，e：近底部懸沙濃度。Fig.8 Time-series of near-bottom hydrodynamic processes in summer on the mid-upper tidal flat a: Iinundation height, b: near-bottom mean current speed, c: significant wave height, d: bottom shear stress induced by tidal current and wave, e: near-bottom suspended sediment concentration.

圖9 近底部瞬時懸沙水平輸運(yùn)率及潮周期內(nèi)懸沙水平輸運(yùn)凈通量a：冬季，b：夏季。正值為向海輸運(yùn)，負(fù)值為向岸輸運(yùn)；T1—T19 為觀測期間的潮周期數(shù)。Fig.9 Seaward transport rate and net flux of near-bottom instantaneous suspended sediment in a tidal cycle in winter (a) and summer (b)Positive values indicate seaward transport, negative ones are landward transport; T1—T19: the number of tidal cycle during the observation.

本文觀測結(jié)果顯示，瑯岐島潮間帶中部地區(qū)，冬季觀測期間的潮流和波浪作用（圖7b、c）均明顯較夏季強(qiáng)（圖8b、c），這主要一方面是由于研究區(qū)冬季主要受東北季風(fēng)控制，而夏季主要受西南季風(fēng)控制，冬季期間風(fēng)速大于夏季，由此引起研究區(qū)冬季期間潮流和波浪作用較夏季強(qiáng)[43,63]；另一方面，則與潮間帶地貌的季節(jié)性變化有關(guān)?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，瑯岐島潮間帶中部夏季被海三棱藨草覆蓋，而冬季則變?yōu)楣鉃，F(xiàn)場觀測和數(shù)值模擬結(jié)果均表明，鹽沼植被具有顯著的弱流、消波作用[64-66]?，樶獚u潮灘夏季由于生長了大面積的海三棱藨草，起到了一定的緩流作用，因此，夏季觀測期間最大潮流流速和平均潮流流速均小于沒有鹽沼植被覆蓋的冬季，波浪作用也是夏季顯著小于冬季，表明瑯岐島潮間帶海三棱藨草的生長具有一定弱流和顯著的消波作用。根據(jù)不同站位沖淤變化對比分析（圖6），在觀測期間互花米草鹽沼邊緣灘面沖淤變化幅度很小，并且與其他兩個站位的沖淤變化趨勢沒有明顯的一致性，說明該地區(qū)灘面沖淤主要受水動力和互花米草的影響。位于海三棱藨草覆蓋區(qū)域和光灘區(qū)域?yàn)┟鏇_淤變化總體表現(xiàn)為相反的變化趨勢，這可能與海三棱藨草生長和消亡會引起潮間帶中部地區(qū)沖淤變化有關(guān)，即在有海三棱藨草覆蓋時，在動力-植被-泥沙的耦合作用下，漲潮帶來的泥沙被植被捕獲并沉積下來[30]，退潮水體懸沙濃度降低，導(dǎo)致在光灘地區(qū)退潮水流攜沙能力有所增強(qiáng)，在一定程度上可能會引起潮間帶下部光灘的侵蝕；當(dāng)沒有植被覆蓋時，潮間帶中部遭受顯著侵蝕，侵蝕下來的泥沙在被落潮流攜帶至河口的過程中沿途發(fā)生沉降，引起潮間帶下部灘面淤積。上述分析表明，鹽沼植被在潮灘沖淤變化過程和潮灘發(fā)育演變中發(fā)揮著重要作用。

綜上所述，瑯岐島潮間帶中上部潮灘沖淤變化的動力學(xué)機(jī)制為：冬季，由于潮間帶中部的海三棱藨草消失，潮間帶被水淹沒期間的波浪作用強(qiáng)，由此引起的底部切應(yīng)力顯著大于表層沉積物的臨界侵蝕切應(yīng)力，表層沉積物發(fā)生再懸浮，再懸浮起來的泥沙在潮流的作用下向海輸運(yùn)，導(dǎo)致灘面發(fā)生侵蝕；夏季潮間帶中部被海三棱藨草覆蓋，潮流和波浪均減弱，由此引起的底部切應(yīng)力在大部分時刻小于表層沉積物的臨界侵蝕切應(yīng)力和臨界沉降切應(yīng)力，水體中的懸沙易發(fā)生沉降，導(dǎo)致灘面發(fā)生淤積。

5 結(jié)論

（1）瑯岐島潮灘表層沉積物粒度組分以粉砂和砂為主，黏土含量相對較少，呈現(xiàn)出顯著的時空差異，夏季主要以粉砂和黏土組成的細(xì)顆粒沉積物為主，冬季則主要以砂和粉砂組成的粗顆粒沉積物為主。

（2）瑯岐島潮間帶上部的互花米草鹽沼總體以持續(xù)淤積為主，潮間帶中部和下部表現(xiàn)出周期性的沖淤特征，總體以夏季淤積、冬季侵蝕為總特征，并且潮間帶中部的沖淤變化幅度較潮間帶下部大。

（3）沉積動力觀測與計(jì)算結(jié)果表明，瑯岐島潮間帶中上部近底部潮流流速相對較小，但波浪作用強(qiáng)，近底部懸沙濃度相對較高，其中冬季潮流流速、波浪作用及懸沙濃度均大于夏季，冬季潮周期內(nèi)近底部懸沙以凈向海輸運(yùn)為主，而夏季則以凈向岸輸運(yùn)為主。

（4）瑯岐島潮灘沖淤變化主要受動力過程控制，冬季因潮間帶海三棱藨草消失，波浪作用強(qiáng)，導(dǎo)致表層沉積物易發(fā)生再懸浮，再懸浮的泥沙在較強(qiáng)的潮流作用下凈向海輸運(yùn)；夏季因潮間帶有海三棱藨草生長，波浪作用較弱，水體中的懸沙易發(fā)生沉降，較弱的潮流將泥沙凈向岸輸運(yùn)，導(dǎo)致潮間帶發(fā)生淤積。

致謝：黃書仁、黃思添、余永澤、陳海煌、劉三善參與了野外采樣工作，黃書仁參與了實(shí)驗(yàn)室樣品分析，謹(jǐn)致謝忱！