童宵嶺,時連強(qiáng),夏小明,程 林,姜呈浩
(1.浙江大學(xué)海洋學(xué)院,浙江杭州 310058;2.國家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州 310012)
臺風(fēng)會引起大范圍的災(zāi)害,包括海灘及沙丘侵蝕、沙丘漫溢、洪水、海岸系統(tǒng)的臨時性破壞,因而國內(nèi)外對此都非常關(guān)注[1-6]。在海灘演化中,臺風(fēng)起著重要作用[7],其所引起的大浪,在短時期內(nèi)會造成海灘形態(tài)顯著變化[8-9]。臺風(fēng)過程非常復(fù)雜,并且對海灘沉積物重新分布和海灘再造過程起著重要作用。例如,在大西洋海岸,東北風(fēng)暴所引起的下降流會導(dǎo)致離岸定向沉積物輸移,同時由西南風(fēng)暴所引起的上升流會導(dǎo)致向岸定向沉積物輸移[10-12];
同一海灘對不同臺風(fēng)的響應(yīng)狀況不同。Otvos[13]對比了同一個海灘對兩個風(fēng)暴的響應(yīng),發(fā)現(xiàn)在大陸海灘的幾個位置上,弱一點的風(fēng)暴所引起的破壞較小,甚至?xí)斐捎俜e。
同一區(qū)域不同位置的海灘,對臺風(fēng)的響應(yīng)狀況不同。Basco[14]研究了圣馬丁島上37個海灘對風(fēng)暴Luis and Marilyn的響應(yīng),發(fā)現(xiàn)不同位置的海灘由于風(fēng)暴引起的侵蝕和風(fēng)暴后的恢復(fù)情況均不相同;蔡鋒等[15]、李谷祺等[16]、彭俊等[17]研究了熱帶氣旋前進(jìn)方向兩側(cè)海灘的風(fēng)暴效應(yīng)差異;蔡鋒等[18]研究了9914號臺風(fēng)對廈門島不同海灘的變形特征和侵蝕狀態(tài)。
不同類型的海灘對臺風(fēng)的響應(yīng)亦不相同。Hongshuai Qi等[19]認(rèn)為不同地貌類型的海灘,其臺風(fēng)效應(yīng)不同;蔡鋒等[20]發(fā)現(xiàn)不同海岸類型海灘對臺風(fēng)“艾利”的響應(yīng)特征不同;彭俊等[21]發(fā)現(xiàn)0418號臺風(fēng)“艾利”過境后,不同類型海灘的表層沉積物粒度特征參數(shù)變化不一,其中岬灣海灘沉積物粒度特征參數(shù)變化最強(qiáng)烈。
但是,臺風(fēng)前后,同一海灘不同區(qū)域的響應(yīng)狀況研究較少[16],岬灣海灘不同區(qū)域?qū)ε_風(fēng)的響應(yīng)研究更少。此外,國內(nèi)研究區(qū)域主要集中在廣東和福建海灘,很少涉及浙江海灘。浙江海灘資源非常稀缺,據(jù)浙江省908專項海島海岸帶調(diào)查資料,浙江省海灘面積約為64 km2,僅占潮間帶面積的3%。但是,在海平面上升和人類活動的雙重影響下,特別是在受到臺風(fēng)沖擊時,海灘面臨的侵蝕后退形勢日益嚴(yán)重。因此,對浙江海灘臺風(fēng)響應(yīng)特征進(jìn)行研究,既可以填補本地區(qū)此類研究的空白,又可以為海灘資源保護(hù)和可持續(xù)開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。
擬選擇象山皇城海灘為研究區(qū),利用1211號臺風(fēng)“海葵”登陸前后所得現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)資料,通過研究不同區(qū)域的海灘剖面和沉積物變化特征,探討浙江岬灣海灘沉積地貌組合對臺風(fēng)的響應(yīng)特征。
皇城海灘位于浙江省象山縣石浦鎮(zhèn)城區(qū)東北部沿岸昌國灣內(nèi)(圖1),海灘長1 800多米,寬300多米,沉積物以細(xì)砂為主,為砂質(zhì)海岸,其地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),同時又受海洋性氣候影響。本區(qū)常風(fēng)向為NNE,冬季風(fēng)向以NE為主,次風(fēng)向為NW,夏季風(fēng)向以偏S為主,NE次之。本區(qū)的波浪為風(fēng)浪與涌浪的混合型,出現(xiàn)頻率基本相等,風(fēng)浪常浪向為NE,涌浪常浪向以東向為主。各月平均波高為0.3~0.5 m,年平均波高為0.4 m。波浪具有明顯的季節(jié)變化,冬半年常浪向以北向浪為主、次浪向為東北東;夏半年常浪向以偏南向浪為主,次浪向為東南東。海區(qū)潮汐屬正規(guī)半日潮,漲潮平均潮差與落潮一樣,均為3.05 m左右。海區(qū)潮流應(yīng)屬半日潮流,該區(qū)流速不大,漲、落潮平均流速一般不超過0.6 m/s[22]。
2012年第11號強(qiáng)臺風(fēng)“???月3日8時在西北太平洋洋面上生成,中心位于北緯23.2°,東經(jīng)140.7°,中心最大風(fēng)力為18 m/s,移動方向為西偏北,強(qiáng)度維持在熱帶風(fēng)暴到強(qiáng)熱帶風(fēng)暴的量級。8月5日在進(jìn)入我國東海東部海域后,“??币扑匍_始減慢,強(qiáng)度則逐漸加強(qiáng),于6日加強(qiáng)為臺風(fēng),7日加強(qiáng)為強(qiáng)臺風(fēng)。8月8日3時20分前后“??痹谡憬笊娇h鶴浦鎮(zhèn)沿海登陸,與皇城海灘相距僅21.5 km,皇城海灘位于其10級風(fēng)圈之內(nèi)?!昂?睘榻?年來首個正面襲擊浙江的臺風(fēng),登陸時中心附近最大風(fēng)力有14級(42 m/s),成為2012年登陸我國的最強(qiáng)臺風(fēng)。登陸后的“??贝┰秸憬”辈康貐^(qū)一路往西北方向移動,強(qiáng)度迅速減弱,于8月9日12時,在安徽池州境內(nèi)再度減弱為熱帶低壓(臺風(fēng)路徑見圖1)。
圖1 皇城海灘地理位置及臺風(fēng)路徑Fig.1 Location of Huangcheng beach and sketch of typhoon HAIKUI’s route
臺風(fēng)“??敝行牡顷懬昂?,在研究皇城海灘近海的風(fēng)暴潮狀況時可由石浦海洋站(29.2°N,121.95°E)的實測潮位和天文預(yù)報潮位的差值來顯示(圖2)。石浦海洋站潮高基準(zhǔn)面與平均海平面差307 cm,風(fēng)暴增水大致始于6日結(jié)束于9日,最大增水值達(dá)146 cm,發(fā)生于臺風(fēng)登陸的前夕(即8日凌晨)。
為了獲得臺風(fēng)登陸前后皇城海灘的地形數(shù)據(jù),分別于2012年8月1日和8月11日,使用TOPCON RTK GPS進(jìn)行了現(xiàn)場測量,共9個剖面,剖面編號從南至北,切線段為剖面1、2、3,過渡段為剖面4、5、6,遮蔽段為剖面7、8、9,見圖3。在ArcGIS中,通過把兩次測量剖面圖疊置在一起(這里所指高程均為國家85黃海高程),對比分析海灘剖面的變化特征。在皇城海灘剖面的高、中、低潮帶分別采集表層沉積物樣品,其中,臺風(fēng)前后均采樣24個。在實驗室內(nèi),使用ZBSX-92A頂擊式電動振篩儀對所采樣品進(jìn)行分析,并采用Folk&Ward公式計算沉積物粒度參數(shù)。
圖2 臺風(fēng)期間石浦海洋站高潮位線Fig.2 High-water line of Shipu ocean station during typhoon
圖3 選取剖面位置示意Fig.3 Location of the selected profiles
受臺風(fēng)“??钡挠绊懀食呛┤齻€岸段的海灘剖面發(fā)生的變化不盡相同,其臺風(fēng)前后剖面地形對比見圖4~6。
3.1.1 切線段剖面
從圖4可見,切線段剖面淤積明顯大于侵蝕,高、低潮帶均為淤積,由南至北高潮帶剖面淤積減少,中潮帶基本保持原狀,僅北部剖面3在高潮帶下部、中潮帶略顯侵蝕,單寬淤積量由南至北分別為78.1 m3/m、66.6 m3/m、25.2 m3/m,呈逐漸減少的趨勢。
圖4 切線段各剖面地形對比Fig.4 Comparison of beach profiles at tangent zone before and after 1211 typhoon
圖5 過渡段各剖面地形對比Fig.5 Comparison of beach profiles at transition zone before and after 1211 typhoon
3.1.2 過渡段剖面
從圖5可見,過渡段剖面較切線段沖刷顯著,由北至南高潮帶侵蝕明顯加劇,低潮帶淤積量加大,單寬淤積量由南至北分別為-49.6 m3/m、-40.2 m3/m、-44.7 m3/m,過渡段剖面較切線段剖面而言由淤積轉(zhuǎn)變?yōu)榍治g。
3.1.3 遮蔽段剖面
從圖6可見,遮蔽段因皇城海塘的建設(shè)過于靠海而沒有高潮帶,其剖面中潮帶呈沖刷狀態(tài),低潮帶由南至北則由淤積轉(zhuǎn)變?yōu)橛俜e與侵蝕相間的起伏地形,單寬淤積量由南至北分別為37.2 m3/m、-16.3 m3/m、-12.9 m3/m,遮蔽段剖面有淤積,有侵蝕,從剖面7的單寬淤積量可以看出,并非過渡段以上均為侵蝕,在遮蔽段與過渡段之間存在淤積區(qū)。
圖6 遮蔽段各剖面地形對比Fig.6 Comparison of beach profiles at shadow zone before and after 1211 typhoon
由表1可見(表中內(nèi)容為相關(guān)岸段內(nèi)三條剖面的平均值),臺風(fēng)前后,皇城海灘各岸段沉積物發(fā)生了明顯變化。在切線段,高潮帶沉積物平均粒徑變細(xì),分選變化不大,中潮帶平均粒徑變細(xì),分選變好,低潮帶平均粒徑變粗,分選變化不大;在過渡段,高、中潮帶沉積物平均粒徑變粗,分選變差,低潮帶則平均粒徑變細(xì),分選變好;在遮蔽段,中潮帶沉積物粒徑變細(xì),分選變好,低潮帶則平均粒徑變粗,分選變差。
表1 皇城海灘臺風(fēng)前后表層沉積物變化Tab.1 The change of sediment before and after 1211 typhoon
過渡段是對臺風(fēng)響應(yīng)最激烈的區(qū)域,其所受到的水動力作用加強(qiáng)后,將高、中潮帶的細(xì)粒物質(zhì)帶到了低潮帶以下;而切線段受到過渡段來沙的影響,其中,高、中潮帶部分細(xì)顆粒來自過渡段高潮帶,低潮帶部分較粗顆粒來自過渡段中潮帶;遮蔽段情況則相對比較特殊,可能是中潮帶表層為松散粗顆粒沉積物,下層為致密細(xì)顆粒沉積物,因此,中潮帶的粗顆粒沉積物被搬運至低潮帶,中潮帶變細(xì),低潮帶變粗。
皇城海灘在臺風(fēng)“??弊饔孟拢傮w上看,剖面上表現(xiàn)為上沖下淤,平面上表現(xiàn)為南淤北沖,其后濱沙丘蝕積變化劇烈。在切線段,剖面淤積明顯,過渡段被沖刷的泥沙一部分在浪生沿岸流作用下向南搬運,其在向南運動過程中被昌國灣南部岬角所阻攔(見圖7),這部分泥沙便在海灘南部沉積下來,因此,越靠近南部岬角淤積越明顯。在過渡段,剖面近岸部分沖刷嚴(yán)重,部分泥沙被搬運至中、低潮帶,浪生沿岸流將部分泥沙往南帶至切線段,一小部分泥沙向北帶至遮蔽段,由于遮蔽段被沖刷的泥沙無法到達(dá)過渡段,過渡段缺少泥沙補給;在遮蔽段,相較其它岸段,剖面變化量最小,由于波浪作用較弱,風(fēng)生沿岸流占主導(dǎo)地位,其與在過渡段產(chǎn)生的浪生沿岸流分支在海灘北部的轉(zhuǎn)折處相抵并達(dá)到平衡(見圖7),遮蔽段東部被沖刷的部分泥沙由東向西運動,在海灘北部轉(zhuǎn)折處沉積下來,故7號剖面發(fā)生大量淤積。
皇城海灘灣口朝向偏東,南北有岬角或海島遮蔽,東向及東北向浪對其地貌變化影響最大。臺風(fēng)“??笔且粋€向NW向移動的巨大反時針氣旋,所以自臺風(fēng)氣旋抵達(dá)我國東南沿海,至臺風(fēng)中心在象山縣鶴浦鎮(zhèn)登陸時為止,研究海區(qū)風(fēng)向從東北向轉(zhuǎn)變至偏東向;皇城海灘剖面的方向與臺風(fēng)“海葵”前進(jìn)方向幾乎相反,臺風(fēng)浪近乎正面的襲擊使得其剖面有較強(qiáng)的地貌響應(yīng);熱帶氣旋的低層風(fēng)場是不對稱的,在前進(jìn)方向的右側(cè),由于風(fēng)向和前進(jìn)方向一致,移速和風(fēng)速相互疊加,這就造成熱帶氣旋前進(jìn)方向右側(cè)的風(fēng)力比較大?;食呛┪挥谂_風(fēng)“??鼻斑M(jìn)方向的右側(cè),并且對于其沿海而言基本為向岸浪,這加劇了波浪作用,增加了波浪能量,致使皇城海灘蝕積變化顯著。
蔡鋒等[15]、彭俊等[17]都曾研究過熱帶氣旋前進(jìn)方向兩側(cè)海灘的風(fēng)暴效應(yīng)差異,其中蔡鋒等[15]認(rèn)為臺風(fēng)移動路徑右側(cè)海灘的沖淤變化相對顯著,與本研究結(jié)果一致;而彭俊等[17]卻發(fā)現(xiàn)臺風(fēng)移動路徑右側(cè)的海灘相對比較穩(wěn)定,其實這是由于其臺風(fēng)路徑是往西南方向的,在這種情況下,在臺風(fēng)右側(cè)吹偏北風(fēng)至偏西風(fēng),為離岸風(fēng),這會減弱波浪的作用。所以在考慮熱帶氣旋前進(jìn)方向兩側(cè)海灘的風(fēng)暴效應(yīng)差異時,并不能只考慮海灘相對臺風(fēng)路徑的位置,還需要考慮臺風(fēng)路徑的走向。在我國沿海,當(dāng)臺風(fēng)路徑走向為西北時,臺風(fēng)移動路徑右側(cè)海灘的沖淤變化相對顯著;當(dāng)臺風(fēng)路徑走向為西南時,臺風(fēng)移動路徑左側(cè)海灘的沖淤變化相對顯著。
圖7 皇城海灘環(huán)流示意Fig.7 Circulation sketch of Huangcheng beach
同一類型的海灘對臺風(fēng)的響應(yīng)并不相同[17],以往研究考慮較多的是海灘相對臺風(fēng)路徑的位置[15-17],對海灘本身岬角突出程度考慮的較少。在研究了以往岬灣海灘對臺風(fēng)的響應(yīng)文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn),南日島巖下海灘[17]與廈門島東南岸太陽灣海灘[18],在經(jīng)過9914號臺風(fēng)“艾利”的襲擊后,其前濱灘面主要表現(xiàn)為上沖下淤;泉州半月灣海灘[23]、象山皇城海灘,分別經(jīng)歷了0604號臺風(fēng)“碧利斯”和1211號臺風(fēng)“??钡囊u擊,前濱灘面亦主要為上沖下淤。但是,半月灣海灘、皇城海灘灘面下段有大量淤積,就整個海灘而言沉積物流失不大;而巖下海灘、太陽灣海灘灘面下段淤積量較少,整體上沉積物流失嚴(yán)重。經(jīng)對比研究后發(fā)現(xiàn)造成這種差別的原因是:半月灣海灘東西走向,皇城海灘南北走向,分別在偏西風(fēng)和北風(fēng)、東北風(fēng)的作用下,被沖刷的泥沙分別向東和向南搬運,最后分別被東部和南部突出的岬角將泥沙截住;而巖下海灘東西走向,太陽灣海灘東北-西南走向,它們的岬角都不突出,大量泥沙分別在偏南風(fēng)和偏北風(fēng)的作用下被直接搬運至近海。由此可見,岬灣海灘的岬角突出程度,是影響岬灣海灘對臺風(fēng)響應(yīng)強(qiáng)度的重要因素之一。
皇城海灘在1211號臺風(fēng)的影響下,剖面變化劇烈,但是不同岸段的響應(yīng)情況不盡相同:切線段以淤積為主,過渡段、遮蔽段以侵蝕為主,遮蔽段在三個岸段中變化量最小,臺風(fēng)響應(yīng)強(qiáng)度最弱?;食呛┢拭娴姆较蚺c臺風(fēng)“海葵”前進(jìn)方向幾乎相反,臺風(fēng)浪近乎正面的襲擊使得其剖面有較強(qiáng)的地貌響應(yīng);海灘南部突出的岬角阻擋了泥沙的進(jìn)一步搬運,海灘沉積物整體流失不大。
如前所述,臺風(fēng)路徑走向、岬灣海灘相對臺風(fēng)的走向和其岬角突出程度是影響海灘對臺風(fēng)響應(yīng)強(qiáng)度的重要因素。為了更好地反映岬灣海灘的臺風(fēng)地貌過程,在觀測臺風(fēng)前后地貌變化時應(yīng)在同一海灘的各個岸段均設(shè)置剖面。
致謝:賈建軍、陳一寧、劉毅飛、楊志宏、趙旭峰、楊陽等同志參加了本項目的野外調(diào)查工作,特此表示感謝。
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