馮 哲, 王永紅, 易李達(dá)玲

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岬灣海灘剖面中長期變化特征及其控制因素——以青島石老人海灘為例

馮 哲1, 王永紅1, 易李達(dá)玲2

(1. 中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院, 山東青島 266100; 2. 中國海洋大學(xué)物理海洋教育部重點實驗室, 山東青島 266100)

了解海灘剖面變化可以更好地理解海灘動態(tài)過程。利用2007年5月~2014年12月近8 a青島石老人海灘剖面的實測資料, 計算剖面各段單寬體積變化量及后濱寬度, 結(jié)合交叉小波和小波相干分析方法, 探討海灘剖面中長期淤蝕變化特征及其控制因素。結(jié)果表明, 近8 a來海灘剖面表現(xiàn)為侵蝕狀態(tài), 不同岸段侵蝕程度不同。剖面1岸段侵蝕明顯, 剖面2和剖面3岸段輕微侵蝕。剖面的變化過程可劃分為平穩(wěn)期、劇變期和微調(diào)期3個時期。各時期剖面的季節(jié)性變化較復(fù)雜, 平穩(wěn)期具冬蝕夏淤的交替變化特征, 整體淤蝕量較小; 劇變期剖面呈階段性蝕退, 變化幅度相對較大, 微調(diào)期剖面可能仍處于劇變期的恢復(fù)階段, 季節(jié)性變化不明顯。劇變期和微調(diào)期的小波交叉譜和相干譜分析顯示, 波浪和前濱單寬體積相干性較好, 尤其當(dāng)大于2 m的波高達(dá)到10%以上, 海灘地形可以和波高變化產(chǎn)生同周期的變化。因此波高變化基本控制了剖面的季節(jié)變化。而海灘長周期變化主要受控于風(fēng)暴潮作用及其漫長的恢復(fù)期, 沿岸輸沙和海平面變化則一定程度上導(dǎo)致了剖面長期侵蝕格局的形成。

岬灣海灘; 中長期變化; 控制因素; 交叉譜和相干譜分析; 青島石老人海灘

海灘剖面變化是海岸動力地貌學(xué)的重要研究內(nèi)容, 主要受近岸波浪、潮汐、沿岸流、風(fēng)等動力因子的影響[1], 一定程度上反映了復(fù)雜的海岸演變過程[2-3]。由于剖面連續(xù)測量難以為繼, 國內(nèi)學(xué)者對砂質(zhì)海灘剖面的研究, 多以月日短周期[4-5]或季節(jié)性的中期變化[6-7]為主。雖然部分學(xué)者分析過剖面多年的長期變化特征, 但主要集中于淤泥質(zhì)潮灘, 測量數(shù)據(jù)有限且往往不連續(xù)。如王艷等[8]通過分析曹妃甸岸段1983年、1996年和1997年每年一測的剖面數(shù)據(jù), 探討20世紀(jì)80年代以來十多年的剖面變化特征, 認(rèn)為波浪作用和泥沙供應(yīng)不足是導(dǎo)致海岸侵蝕的主要原因。李勝則[9]通過分析擔(dān)子島周圍岸灘十余年間隔的3 a海圖數(shù)據(jù)和2011年實測剖面資料, 指出近50 a來該岸灘的持續(xù)侵蝕與浪、潮、流綜合作用密切相關(guān)。而基于砂質(zhì)海岸多年連續(xù)觀測剖面的研究很少, 如鄭承忠等[10]近4 a對廈門島東南岸剖面一年四次的季節(jié)性觀測, 顯示季節(jié)變化特征主要受波浪、地形和潮汐影響, 特別是暴風(fēng)浪和常浪交替作用引起顯著的季節(jié)變化。國外沙灘剖面研究的時間尺度可達(dá)幾十年連續(xù)數(shù)據(jù)序列[11-12], 多集中于岸線平直的開敞海岸, 各岸段蝕淤過程差異較小[13-15]。而目前對于岬灣海灘不同岸段剖面差異變化的研究較少[16]。因此, 開展基于多年連續(xù)觀測的岬灣海灘剖面的研究可更好地理解海灘的動力地貌過程[17-18]。本文擬利用青島石老人岬灣海灘近8 a連續(xù)測量的剖面數(shù)據(jù), 對多年變化特征及其影響因素進(jìn)行分析, 進(jìn)一步了解海灘演變過程, 為海灘的有效管理提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)及方法

1.1 研究區(qū)概況

石老人海灘地處青島市石老人弧形海灣內(nèi), 弧形向東南開敞, 灣內(nèi)無河流入海, 長期受波浪動力塑造, 屬于岬灣弧形海岸(圖1)。海灘長約2.15 km, 走向NE-SW, 平均坡度為2.4%, 是良好的天然浴場、游艇泊地[19]。水下有沙壩體系發(fā)育, 常浪下, 沿岸碎波帶寬約30~40 m[20]。全年風(fēng)向以SE、N、NNW向頻率高, 具明顯的季節(jié)變化, 春夏盛行SE向風(fēng), 秋冬盛行N~NW向風(fēng), 年平均風(fēng)速為5.5 m/s, 11月平均風(fēng)速最大, 7、8月最小。冬春季寒潮頻繁, 集中在11月至次年2月。受季風(fēng)影響, 研究區(qū)波浪有一定的季節(jié)性變化, 冬季偏北向浪占優(yōu)勢, 是全年風(fēng)浪出現(xiàn)最多、涌浪出現(xiàn)最少的季節(jié); 夏季偏南向浪占優(yōu)勢, 是全年涌浪出現(xiàn)最多、風(fēng)浪出現(xiàn)最少的季節(jié); 春秋處于過渡狀態(tài)。以波高小于1.5 m的中小型波浪為主, 頻率為95.37%, 臺風(fēng)或大浪過境時出現(xiàn)較大波浪, 且各波級出現(xiàn)頻率以WN向最高[21]。海區(qū)潮汐為正規(guī)半日潮, 大潮平均潮差3.42 m, 小潮為1.77 m[22]。

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1.2 剖面數(shù)據(jù)采集

在石老人海灘沿垂直岸線方向共布設(shè)3條固定觀測剖面, 從西南到東北依次為剖面1、剖面2和剖面3(圖1), 用來反映海灘的地形變化。采用LeikaTC- 208型全站儀從2007年5月~2014年12月大潮低潮時, 沿剖面起點的固定樁基點對3條剖面進(jìn)行測量, 其中2007年5月~2010年10月, 每年測量2~3次(共測7次); 2011年7月~2014年12月, 每月1次(共測42次), 剖面1起點位置為120°27′42.49″E, 36°5′27.50″N,剖面2為120°28′03.80″E, 36°5′35.65″N,剖面3為120°28′14.65″E, 36°5′39.07″N。為了便于計算分析, 將剖面1、2、3的長度分別設(shè)置為300, 210和190 m, 剖面高程為相對高程, 高程和水平距離起算點為全站儀測量零點。2012~2014年測量期間的每日波浪資料來源于國家海洋局北海分局海洋預(yù)報中心(圖2)。