摘要：文章以中街山列島海洋保護區(qū)重點關注的砂質岸段為例，針對青浜島的沙浦沙灘、二村小沙灘，以及廟子湖島的東極后沙灘，建立波浪-潮流-泥沙耦合數(shù)學模型，研究重點岸段的侵蝕風險隱患，認識岸線演變情況。研究過程中，利用研究區(qū)域所在海域實測潮位和潮流觀測資料，對模型進行驗證，保證模型參數(shù)的準確。資料包括2 0 1 9年1 2月3日至1 2月1 1日期間1個測站潮位資料及6個臨時潮流測站完整的包括大、小潮周期的流速、流向觀測資料。通過模擬計算重點岸段海灘在遭遇1 0年一遇極端風浪天氣下水下地形的演變趨勢，分析重點砂質段的海岸侵蝕風險；采用岸線拋物線模型推算沙浦沙灘、二村小沙灘和東極后沙灘的動態(tài)平衡岸線形態(tài)，預測沙灘長期沖淤變化趨勢。結果表明，模擬浪潮條件下三個沙灘均發(fā)生沖刷，沖刷量分別為沙浦沙灘3 0m3、二村小沙灘3 9m3、東極后沙灘8 6m3，建議在該類動力過程（如臺風浪）發(fā)生后進行人工補沙維護。沙浦沙灘岸線與拋物線模型預測結果基本吻合，沙灘處于相對動態(tài)平衡的狀態(tài)，而二村小沙灘和東極后沙灘的拋物線模型預測岸線在當前岸線的向陸一側，沙灘岸線處于動態(tài)調(diào)整并發(fā)生侵蝕趨勢，建議開展針對性常態(tài)化監(jiān)測。

關鍵詞：中街山列島；海洋保護區(qū)；砂質海岸；岸線侵蝕

中圖分類號： P 7 3 1.2 文獻標志碼： A 文章編號： 1 0 0 5-9 8 5 7（ 2 0 2 4） 1 0-0 1 2 1-1 4

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（ 2 0 2 3 Y F C 3 0 0 8 1 0 0） ；浙江省軟課題研究計劃項目（ 2 0 2 2 C 3 5 0 8 5）.

R e s e a r c ho nB e a c hE r o s i o nR i s ka n dS h o r e l i n eS t a b i l i t y：AC a s e S t u d yo f t h eZ h o n g j i e s h a nI s l a n d sM a r i n eR e s e r v e

D I N GX u e l i n1， 2，S ON GZ e k u n3，Z HAN GZ e f e i1， 2，Z HAN GF e n g3， 4，Z HUY o n g1

（ 1. M a r i n eA c a d e m yo fZ h e j i a n gP r o v i n c e，H a n g z h o u3 1 0 0 1 2，C h i n a；2. K e yL a b o r a t o r yo fO c e a nS p a c e R e s o u r c eM a n a g e m e n tT e c h n o l o g y，MN R，H a n g z h o u3 1 0 0 1 2，C h i n a；3. S e c o n dI n s t i t u t eo fO c e a n o g r a p h y， MN R，H a n g z h o u3 1 0 0 1 2，C h i n a；4. O c e a nC o l l e g e，Z h e j i a n gU n i v e r s i t y，H a n g z h o u3 1 0 0 5 8，C h i n a）

A b s t r a c t：I nt h i sp a p e r，t a k i n gt h ek e ys a n d ys h o r e l i n eo fZ h o n g j i e s h a nI s l a n d sM a r i n eR e s e r v e a sa ne x a m p l e，c o n s i d e r i n gS h a p uB e a c ha n dE r c u n x i a ob e a c ho nQ i n g b a n gI s l a n d，a n dD o n g j i -h o uB e a c ho nM i a o z i h u I s l a n d，t h e c o u p l i n gm a t h e m a t i c a lm o d e l o fw a v e， t i d a l c u r r e n t a n ds e d i -m e n t i se s t a b l i s h e dt os t u d y t h ee r o s i o nr i s k i nk e ys h o r e l i n e s e c t i o n s a n du n d e r s t a n d t h ee v o l u -t i o no f t h es h o r e l i n e . D u r i n g t h e r e s e a r c h，t h em o d e l i sv e r i f i e db yu s i n g t h em e a s u r e d t i d e l e v e l a n dt i d a l c u r r e n to b s e r v a t i o nd a t a i nt h es e aa r e aw h e r et h es t u d ya r e a i s l o c a t e dt oe n s u r et h e s u i t a b i l i t yo f t h em o d e l . T h ed a t a i n c l u d e t i d a l l e v e ld a t aa to n e t i d a l s t a t i o na n dc o m p l e t e f l o w v e l o c i t ya n dd i r e c t i o no b s e r v a t i o n so f s i x t e m p o r a r y t i d a l c u r r e n t s t a t i o n sd u r i n g t h ep e r i o d f r o m D e c e m b e r3t oD e c e m b e r 1 1，2 0 1 9，w h i c h i n c l u d e sb o t hs p r i n g t i d e s a n dn e a p t i d e s . T h e c o a s t a l e r o s i o nr i s ko f t h ek e ys a n d ys e c t i o n i s a n a l y z e db yn u m e r i c a l s i m u l a t i o n so f t h ee v o l u t i o nt r e n d o f t h eu n d e r w a t e r t e r r a i nu n d e r t h ee x t r e m ew i n da n dw a v e c o n d i t i o n sw i t ht h e r e t u r np e r i o do f o n c ee v e r y t e ny e a r s . T h ed y n a m i c e q u i l i b r i u ms h o r e l i n em o r p h o l o g yo f S h a p uB e a c h，E r c u n x i a o B e a c ha n dD o n g j i h o uB e a c h i sc a l c u l a t e db yu s i n gt h ep a r a b o l i cm o d e l o f t h es h o r e l i n e，a n dt h e l o n g - t e r me r o s i o na n dd e p o s i t i o nt r e n do f t h es a n d yb e a c h e s i sp r e d i c t e d . T h e r e s u l t ss h o wt h a t u n d e r t h es i m u l a t e dw a v ec o n d i t i o n s，a l lt h r e eb e a c h e sa r ee r o d e d，a n dt h es i z eo fe r o s i o ni s 3 0m3a tS h a p uB e a c h，3 9m3a tE r c u n x i a oB e a c ha n d8 6m3a tD o n g j i h o uB e a c h，r e s p e c t i v e l y . I t i ss u g g e s t e dt h a t s a n dr e c r u i t m e n t s h o u l db ec a r r i e do u tm a n u a l l ya f t e r s u c hd y n a m i cp r o c e s s e s（ s u c ha st y p h o o nw a v e）o c c u r . T h ep r e d i c t i o nr e s u l t so fS h a p uB e a c hs h o r e l i n ea n dp a r a b o l i c m o d e l a r eb a s i c a l l yc o n s i s t e n t，t h u s t h eb e a c h i s i na r e l a t i v e l yd y n a m i c e q u i l i b r i u ms t a t e，w h i l e t h ep a r a b o l i cm o d e l so fE r c u n x i a oB e a c ha n dD o n g j i h o uB e a c hp r e d i c t t h es h o r e l i n e t ob ea t t h e l a n d - s i d eo f t h ec u r r e n ts h o r e l i n e，t h u st h eb e a c hs h o r e l i n ei si nad y n a m i ca d j u s t m e n ta n di s l i k e l yt ob ee r o d e d，s o i t i s r e c o mm e n d e dt oc a r r yo u t t a r g e t e dm o n i t o r i n gr e g u l a r l y .

K e y w o r d s：Z h o n g j i e s h a nI s l a n d s，M a r i n ep r o t e c t e da r e a s，S a n d yc o a s t，S h o r e l i n ee r o s i o n

0 引言

砂質海岸是海陸作用頻繁的地帶，由砂、沙礫等松散沉積物堆積形成，受潮流、涌浪、風浪等復雜海洋動力作用影響，沙灘形態(tài)不斷變化[ 1-2]。濱海沙灘旅游資源豐富，對沙灘的保護利用影響到當?shù)貫I海旅游業(yè)的發(fā)展和居民日常親水的需求[ 3]。與此同時，我國沿海地區(qū)普遍發(fā)生砂質海岸侵蝕災害[ 4]，臺風等過程中發(fā)生的極端海浪是引起岸線短時間沖刷的重要因素，可能加速岸灘侵蝕，甚至可能導致岸線變化趨勢改變[ 5]。其中，風和浪的方向是影響海灘在風暴作用下侵蝕強度的主要因素之一[ 6]。針對砂質海岸，模擬海岸沖淤變化的常用數(shù)值模式有D E L F T 3 D、M I K E 2 1和F V C OM等，其中， M I K E 2 1模型用戶界面友好，前、后處理功能完備，支持熱啟動，支持干、濕節(jié)點設置，可模擬潮流、波浪、泥沙運動等過程，在海岸沖淤等過程的模擬和工程應用中得到廣泛應用[ 7-8]。如，楊麗中[ 6]使用M I K E 2 1的水動力模塊和泥沙模塊，模擬楮島南沙灘的侵蝕過程，進行沙灘沖淤分析。沙灘平面形態(tài)及穩(wěn)定性研究可采用多種模型[ 9]，其中拋物線模型[ 1 0]考慮了波向條件和海岸穩(wěn)定性，通過多個沙灘模型擬合得到，因此在沙灘穩(wěn)定性的判斷中得到廣泛應用[ 6]。

浙江普陀中街山列島海洋特別保護區(qū)在設立后，又相繼設立國家級海洋牧場示范區(qū)、碳匯漁業(yè)實驗區(qū)[ 1 1]，旨在保護區(qū)域內(nèi)的海洋生物資源和生態(tài)環(huán)境資源。中街山列島海域具有豐富的自然資源，海岸線狹長，島嶼眾多，建設有東極港、沈家門港等代表性港口，具有獨特的海島自然景觀和人文景觀，旅游資源豐富。該海域設有海洋牧場，水產(chǎn)種類豐富。廟子湖島、青浜島海洋旅游蓬勃發(fā)展，舟山跨海大橋的建成以及海洋牧場的實施，也使得普陀中街山列島面臨著較好的發(fā)展機遇。旅游產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，使得普陀海洋生態(tài)環(huán)境壓力也進一步加大，如何平衡海洋開發(fā)與保護工作，成了當前急需解決的問題。研究人員針對中街山列島海洋保護區(qū)開展了一系列研究[ 1 1-1 6]。如，李振華等[ 1 1]對中街山列島海域的海洋環(huán)境質量進行了全面分析，包括季節(jié)變化和污染水平。研究還評估了富營養(yǎng)化指數(shù)，并為海洋資源管理和生態(tài)系統(tǒng)保護提供了科學依據(jù)。印瑞等[ 1 4]研究了中街山列島海洋牧場中大黃魚資源的時空分布特征以及影響其分布的環(huán)境因子，為了解大黃魚的生態(tài)習性，為科學地建設海洋牧場和恢復大黃魚資源提供基礎資料。吳天等[ 1 5]則基于中街山列島海域的漁業(yè)資源調(diào)查數(shù)據(jù)研究曼氏無針烏賊資源衰退機制，為曼氏無針烏賊棲息地保護和修復提供生態(tài)學基礎理論依據(jù)。張洪亮等[ 1 6]研究了中街山列島海域三疣梭子蟹資源的年間變化，為該海域三疣梭子蟹資源的保護與管理提供依據(jù)。上述研究主要從漁業(yè)資源保護的角度出發(fā)，針對海洋經(jīng)濟生物和海洋環(huán)境質量展開研究，未涉及基于保護區(qū)海洋動力過程的近岸岸灘沖淤變化分析?？紤]到砂質岸線穩(wěn)定性對中街山列島海島旅游發(fā)展和沿海居民親水活動需求的影響較大，有必要選取保護區(qū)重點岸段，開展包括短期岸灘沖淤變化及長期沙灘穩(wěn)定性分析的研究。

本文以中街山列島海洋保護區(qū)的典型砂質岸線為例，開展沙灘侵蝕風險和岸線穩(wěn)定性研究。研究選取保護區(qū)內(nèi)沙浦沙灘、二村小沙灘和東極后沙灘開展研究，以上沙灘均為保護區(qū)旅游開發(fā)的主要區(qū)域。本研究目的是針對以上典型砂質岸線，通過采用M I K E 2 1數(shù)值模式建立波浪-潮流-泥沙耦合數(shù)學模型，模擬研究沙灘在臺風浪疊加天文大潮等短期極端浪潮組合作用下的水沙過程，得出極端天氣作用下的沙灘沖淤變化，研究保護區(qū)重點砂質岸段的海洋災害風險隱患。針對沙灘的長期沖淤趨勢，通過拋物線模型，針對不同沙灘形態(tài)推算其平衡形態(tài)，通過現(xiàn)有岸線與平衡岸線的形態(tài)對比，預測岸灘穩(wěn)定性，客觀認識砂質岸線的演變情況，為保護區(qū)有效開展沙灘管理工作提供科學決策依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

本文研究區(qū)域位于中街山列島海洋保護區(qū)，研究對象包括三處砂質岸線，分別為青浜島沙浦沙灘、二村小沙灘，以及廟子湖島的東極后沙灘，位置如圖1所示。

1.1 地質地貌

中街山列島的地質以花崗巖為主，經(jīng)地殼運動和海水侵蝕形成山石景觀和海礁景觀。島嶼地形起伏。海岸以基巖為主，沙質、砂石不多，巖石堅硬但抗風化能力較弱。塊狀侵入巖由燕山時期侵入巖組成，以鉀長花崗巖、花崗巖為主，巖石堅硬，整體性好，但易風化?；鶐r整體性好，巖體的力學強度高，工程地質條件良好。

1.2 氣象氣候

中街山列島屬典型亞熱帶海洋性氣候，光照充足，終年多雨，溫和濕潤。由于四面環(huán)海，受海水溫差的調(diào)節(jié)，平均氣溫約1 6℃，年降水量12 0 0毫米至20 0 0毫米不等。中街山列島大氣環(huán)境質量優(yōu)好，總懸浮顆粒物（ T S P）、二氧化硫和氮氧化合物均符合G B 3 0 9 5-1 9 9 6《空氣環(huán)境質量標準》國家二級標準，甚至達到一級標準，屬清潔水平，有較大的環(huán)境容量。

1.3 主要災害

中街山列島地處中緯度，受西風帶極鋒和東風帶氣旋的影響，天氣較復雜，一年四季都可能發(fā)生災害性天氣。影響該區(qū)域的災害性天氣主要有熱帶氣旋（臺風、風暴潮）、大風、暴雨、強冷空氣、冰雹等。

1.4 潮汐潮流

根據(jù)本文收集到東極海域布設的1個臨時潮位測站（ T 1）及6個臨時潮流測站（ C 1～C 6）于2 0 1 9年1 2月3日至1 2月1 1日期間的實測資料表明，工程區(qū)水域潮汐類型為規(guī)則半日潮，潮位一日（太陰日）內(nèi)出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，并具有明顯的潮汐不等現(xiàn)象。如表1所示，測驗期間（ 2 0 1 9年1 2月3日至1 2月1 1日）廟子湖臨時潮位站平均海面均為0 .1 8m，最大潮差為3. 3 8m，平均潮差為1. 8 0m，最高潮位為1.7 2m，最低潮位為-1.6 6m。平均落潮歷時略長于平均漲潮歷時，歷時差分別9 m i n。

研究海域潮流屬正規(guī)半日潮流類型，淺海效應顯著，潮波運動以前進波形式為主，較大流速多出現(xiàn)在高平（低平）附近，而憩流或轉流反而發(fā)生在中潮位附近，此時流速較小。流速隨潮汛更迭具有良好的變化規(guī)律，大、小潮流速比約為1.0∶0.7。流速在垂向分布上，變化特征亦較為明顯，即最大流速多出現(xiàn)在中層以上，隨深度遞增，流速逐漸減弱，表、中、底層流速垂向比約為1. 0∶0. 8∶0. 6。海域潮流流向較為規(guī)律，各站漲潮流流向基本為西北向，落潮流流向基本為東南向。工程區(qū)水域余流值較大，余流流向以落潮流方向居多。

1.5 海浪

采用嵊山站（ 1 9 7 0—2 0 0 2年）作為研究海域海浪代表臺站，利用站點歷年最大1/1 0大波波高和平均周期料推求深水波要素（表2） ，推算結果顯示，研究海域偏東向深水浪波高大，如E N E向和E向有效波高達到6. 5 m，東南向外海來浪的平均周期最長。

2 研究方法

2.1 潮流場數(shù)值模型

2.2波浪場數(shù)值模型

波浪場數(shù)值模擬采用M I K E 2 1軟件中的SW模塊。該模塊是基于非結構網(wǎng)格的新一代譜波浪模型，能夠模擬近岸風浪和涌浪過程，能夠考慮波浪與水流之間的相互作用、水深變化、干濕分區(qū)影響，可以求解準定常和非定常波浪作用平衡方程的全譜公式和方向解耦參數(shù)公式，并可與水流模型完全耦合。模型的控制方程為波作用守恒方程，在笛卡爾坐標系下，波作用守恒方程可表示為：

2.5 極端波浪要素設計

立足于風生浪和外海入波的極值波況分析研究，選取重現(xiàn)期為1 0年一遇的極端波浪，模擬極端波浪條件下研究區(qū)域的波浪場分布。根據(jù)臺站多年測風極值序列推算給定設計概率的定向風速值和定向外海大波值，以此作為驅動模式計算的定解條件，計算得到的設計條件下的波浪場結果作為泥沙沖淤模型的輸入條件。由于沙浦沙灘、二村小沙灘和東極后沙灘所在海灣灣口朝向不一，而且不同方向的波浪對各個海灣所在的沙灘的影響程度也各不相同，因此本文針對4個沙灘所在海灣的朝向分別選擇不同方向的極端波浪作為輸入條件。普陀站為浙北臨外海的代表性測站，本文采用普陀站歷年定時各向最大風資料推算設計風速。用嵊山站歷年各向最大波浪資料推算深水波要素；基于這些設計風速和深水波要素作為模型計算的定解條件。

3 模型驗證

為了模擬研究區(qū)域沙灘在大風浪情況下的沖淤情況，采用波浪-潮流-泥沙耦合模型，模擬研究沙灘周邊海域的潮流、波浪及泥沙運動，建立包含東極海域在內(nèi)，包含舟山群島、杭州灣、長江河口以及部分東海海域的大范圍模型（圖2） ，采用非結構三角形網(wǎng)格剖分計算域。為了較好地刻畫水下地形和岸線，保證計算精度，網(wǎng)格在靠近岸線的區(qū)域進行加密，從遠離目標沙灘的海域、相對稀疏、網(wǎng)格間距約30 0 0m的網(wǎng)格，平滑過渡到目標沙灘所在區(qū)域、局部加密、網(wǎng)格間距最小達5m的網(wǎng)格（圖3）。

本文收集到東極海域布設的1個臨時潮位測站（ T 1）及6個臨時潮流測站（ C 1～C 6）于2 0 1 9年1 2月3日至1 2月1 1日期間的實測資料，包含完整的包括大、小潮周期的潮位、流速和流向資料，與模型計算結果進行驗證。潮位驗證結果見圖4。潮流流速和流向驗證結果見圖5和圖6。

從潮位變化來看，包含大潮和小潮過程的潮位模擬結果與實測結果擬合較好，從T 1測站的潮位模擬結果來看，大潮和中潮期間模擬計算潮位與實測潮位擬合較好，最高、最低潮位誤差一般在6c m以內(nèi)，個別誤差在1 0c m左右；相對而言，小潮的模擬潮位與實測潮位之間誤差較大，部分誤差在2 0c m左右，但總體較為理想。

漲落急時段的流向變化具有較為明顯的往復流特征，各點流向的變化趨勢上擬合較好，但部分轉流和流速較小時刻流向跳動幅度較大，此時流向驗證誤差較大。從漲落急時段的流向變化來看，往復流特征較為明顯，各點流向的變化趨勢上擬合較好，但部分轉流和流速較小時刻流向跳動幅度較大，此時流向驗證誤差較大。在C 1 ～C 6測點的大潮期流速模擬結果的平均絕對誤差為0 .0 8～0 .1 3m/s，大潮期流向模擬結果的平均絕對誤差為1 6°～2 7°。

對比各個站點的模擬潮流過程與實測潮流過程可見，針對潮位變化過程、潮流流速變化過程和潮流流向變化過程的模擬結果與實測值基本一致，結果合理，反映了目標區(qū)域及周邊真實潮流運動特征，可應用于岸線沖淤預測分析。

4 結果與分析

4.1 極端天氣沖淤

根據(jù)普陀站和嵊山站多年波浪和風速觀測資料，推算得重現(xiàn)期為1 0年一遇的極端波浪設計波高、波周期、測站風速等要素如表3所示。

根據(jù)波浪數(shù)學模型模擬成果，研究區(qū)域在重現(xiàn)期為1 0年一遇的極端波浪條件下達到穩(wěn)定狀態(tài)的波高分布見圖7。由于地形作用，波浪場從深海到各個研究區(qū)域沙灘均呈現(xiàn)波高降低的趨勢。在沙浦沙灘東南側和二村小沙灘的模擬結果中，入射波在從深水區(qū)傳播到沙灘的過程中，有效波高從超過2.8m降低至僅0.4m。對比不同沙灘可見，有效波高在沙浦沙灘附近海域衰減距離最長，在二村小沙灘附近海域次之，在東極后沙灘附近海域最短。在東極后沙灘模擬邊界5 0m距離內(nèi)，有效波高的衰減最大達1.0m，波高可達1.5m，波浪動力最強。

選取模型驗證過程中2天（ 2 0 1 9年1 2月9日6時至1 1日6時） ，在潮流動力的基礎上疊加極端波浪條件，將波流組合的水動力條件來作為泥沙輸運模型的輸入條件，模擬研究區(qū)域在典型大潮和極端波浪條件下的沖淤情況，結果如圖8所示。對比不同沙灘的模擬結果可知：

（ 1）極端波浪作用下，本文研究的三個沙灘沖淤趨勢基本一致，均為近岸高灘部分發(fā)生主要沖刷，高灘部分被沖刷的泥沙在坡腳位置發(fā)生堆積；

（ 2）相比沙浦沙灘和二村小沙灘，東極后沙灘的沖刷厚度最大。與圖5綜合分析可知，東極后沙灘由于面向北側開闊的外海，沒有島嶼和岬角對波浪的遮蔽，波浪能量在距離沙灘較近的區(qū)域才發(fā)生衰減，波浪動力強，沖刷最劇烈。東極后沙灘的最大沖刷強度達到0.3 1m，沙灘侵蝕量為8 6m3。

（ 3）二村小沙灘和沙浦沙灘的沖刷厚度均較小。由于位于青浜島東側，在來波方向均有海岸岬角的遮蔽，周邊波高僅為0. 4m（圖7） ，波浪動力較弱，導致泥沙運動較少。二村小沙灘和沙浦沙灘的最大沖刷強度分別為0.1 8m和0.1 4m，沙灘侵蝕量分別為3 9m3和3 0m3。

根據(jù)極端天氣下沙灘侵蝕模型計算結果可看出，外海向波浪由灣口傳播到近岸后，波浪在沙灘前沿破碎，對二村小沙灘、東極后沙灘和沙浦沙灘3個沙灘存在一定的沖擊及淘蝕作用，進而引起沿岸侵蝕、搬遷和堆積的變化。結果表明，大潮疊加極端波浪條件模擬的臺風過程中，沖刷和淤積位置的分布主要受臺風浪影響。在近岸高灘區(qū)域，由于海浪從深水區(qū)傳播至淺水區(qū)并沖擊沙灘，在波浪動力作用下泥沙起動，高灘部分發(fā)生沖刷。攜沙水體向海運輸在坡腳位置之后，由于水深增加，海浪能量減小，沙粒開始沉積。導致堆積現(xiàn)象?？紤]到中街山列島的地質以花崗巖為主，海岸以基巖為主，研究海域缺乏外部沙源補給，故臺風浪等極端天氣過后受侵蝕的沙灘更難以重新恢復，建議通過人工形式進行補沙維護。結合數(shù)值模擬和現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)侵蝕較嚴重區(qū)域主要分布在高潮線以上區(qū)域，大浪條件下沙灘沖刷主要發(fā)生在1～2m等深線附近，因此建議拋沙位置可集中在1～2m等深線附近，有效保護海岸。根據(jù)侵蝕量預測結果，二村小沙灘、東極后沙灘和沙浦沙灘3個沙灘補沙量建議為9 0m3、3 9m3和3 0m3。

4.2 長期沖淤趨勢

應用拋物線模型來預測海灘岸線的長期變化趨勢。根據(jù)拋物線海灣形狀方程（式1 2） ，針對沙浦沙灘、二村小沙灘和東極后沙灘實際岸線，等間距地選取不同的θ，得到不同的Rn，解算獲得各研究區(qū)域海灘的拋物線參數(shù)C1， C2， C3的值（表4 ～表6） ，據(jù)此推算各海灘岸線的拋物線海灣形狀方程，預測海灘的形態(tài)變化趨勢（圖9）。

對比研究區(qū)域海灘實際岸線與動態(tài)平衡岸線穩(wěn)定形態(tài)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)岬灣海灘的上下岬角位置，以及海灘直線段所確定的主波浪來向所構建的海灘穩(wěn)定岸線形態(tài)，其中沙浦沙灘的預測平衡岸線與實際岸線形態(tài)較吻合，表明沙浦沙灘岸線當前處于相對動態(tài)平衡狀態(tài)。二村小沙灘和東極后沙灘的預測平衡岸線在上岬角處與實際岸線存在向岸一側的少量偏移，表明二村小沙灘和東極后沙灘在現(xiàn)階段未處于動態(tài)平衡，岸線處于調(diào)整狀態(tài)。考慮到岬角環(huán)抱的海灘區(qū)與岬角外沿岸泥質區(qū)是相對獨立的沉積體系，海灘區(qū)沉積物的主要來源是沿岸基巖就地侵蝕而來的泥沙，且研究區(qū)域無沿岸河流來沙，輸入二村小沙灘和東極后沙灘的泥沙無增加趨勢，據(jù)此預測，二村小沙灘和東極后沙灘岸線未來將發(fā)生侵蝕。海平面上升伴隨海洋災害發(fā)生頻率增加[ 1 7]，進一步放大侵蝕風險。建議針對岸線侵蝕情況開展常態(tài)化監(jiān)測，并在未來根據(jù)觀測結果制定防御性措施。

5 結論

本文針對中街山列島海洋保護區(qū)重點關注的三個砂質岸段，即沙浦沙灘、二村小沙灘和東極后沙灘，建立了波浪-潮流-泥沙耦合數(shù)學模型，在驗證模型準確性后，模擬研究區(qū)域沙灘在1 0年一遇極端波浪疊加大潮動力作用下的沖淤情況，并根據(jù)拋物線模型分析岸線動態(tài)平衡狀態(tài)，預測研究區(qū)域沙灘的侵蝕風險，分析結果可為科學認識岸線演變情況、針對重點岸段侵蝕風險采取有效防護措施提供依據(jù)。

根據(jù)極端天氣下沙灘侵蝕模型計算結果可看出，外海向波浪由灣口傳播到近岸后，波浪在沙灘前沿破碎，對二村小沙灘、東極后沙灘和沙浦沙灘3個沙灘存在一定的沖擊及淘蝕作用，進而引起沿岸侵蝕、搬遷和堆積的變化。沙灘近岸高灘部分發(fā)生沖刷，在坡腳位置發(fā)生堆積。東極后沙灘最大沖刷強度為0.3 1m，沙灘侵蝕量為8 6m3。二村小沙灘和沙浦沙灘最大沖刷強度分別為0.1 8m和0.1 4m，沙灘侵蝕量分別為3 9m3和3 0m3。根據(jù)工程海域的泥沙環(huán)境特點，考慮周邊基巖提供的外部沙源較少，在經(jīng)過臺風浪等極端海浪過程后，受侵蝕沙灘恢復困難，建議進行人工補沙。從沙灘數(shù)模計算結果來看，大浪條件下沙灘沖刷主要發(fā)生在1～2m等深線附近。結合現(xiàn)場調(diào)查情況，侵蝕較嚴重區(qū)域也主要分布在高潮線以上區(qū)域。因此拋沙位置可集中在1～2m等深線附近，可緩解工程岸線不斷侵蝕的狀態(tài)，降低臺風浪對岸灘的沖擊，有效保護海岸。根據(jù)預測結果，二村小沙灘、東極后沙灘和沙浦沙灘的補沙量建議為9 0m3、3 9m3和3 0m3。根據(jù)穩(wěn)定性預測，沙浦沙灘岸線處于相對動態(tài)平衡的狀態(tài)，二村小沙灘和東極后沙灘在未來幾十年里，沙灘岸線將發(fā)生侵蝕，建議針對岸線侵蝕情況開展常態(tài)化監(jiān)測，并根據(jù)觀測結果制定修復措施，在符合海洋保護區(qū)功能要求的前提下，更好地促進研究區(qū)域沙灘對當?shù)鼐用裆詈蜕鷳B(tài)、旅游等產(chǎn)業(yè)發(fā)揮作用。

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