張春華，劉金貴，楊靜

（1.國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，廣西北海536000；2.國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081；3.國家海洋局海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081）

北海銀灘泥化與硬化成因初探

張春華1，劉金貴2，3，楊靜2，3

（1.國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，廣西北海536000；2.國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081；3.國家海洋局海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081）

基于現(xiàn)場調(diào)查資料、近岸水動(dòng)力條件和粘性泥沙基本理論，力圖解決廣西北海銀灘泥化與硬化問題。主要結(jié)論如下：（1）銀灘海域潮間沙灘岸邊和高潮帶泥沙特征為淺黃色細(xì)砂，水下岸坡沉積物為砂質(zhì)覆蓋，向海則變?yōu)槟噘|(zhì)沉積，銀灘泥化灘面泥沙中含有較高的“腐泥”成分；（2）銀灘附近幾個(gè)主要排污口的污水能夠進(jìn)入銀灘海域，懸浮物濃度高值出現(xiàn)在江河或排污口入海口附近；（3）從泥沙輸運(yùn)的直接來源和污水排放導(dǎo)致的間接來源分析沙灘的泥質(zhì)來源，人類活動(dòng)的過度頻繁造成了大量污水排入銀灘海域，勢必?cái)y帶大量的污泥進(jìn)入該海域；（4）入海泥沙在排放口附近海域落淤，污水中的“腐泥”成分在一定海洋動(dòng)力條件下，在經(jīng)歷長期的累積固結(jié)過程，使沙灘發(fā)生泥化與硬化現(xiàn)象；（5）提出了適當(dāng)?shù)姆乐螌Σ吆徒ㄗh，開展銀灘整治工作。

北海銀灘；泥化與硬化；泥沙來源；近海沉積物

1 引言

砂質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)海岸是我國大陸海岸的重要組成部分，近年來隨著濱海旅游業(yè)的發(fā)展和人類活動(dòng)的影響，自然海灘和人造沙灘出現(xiàn)了不同程度的硬化、泥化，甚至退化現(xiàn)象。沙灘泥化、硬化問題本身非常復(fù)雜，需要利用多學(xué)科方法分析探討，并由其物理、化學(xué)和生物過程確定，同時(shí)也與人類活動(dòng)息息相關(guān)，例如大陸坡的穩(wěn)定性、港口航道和碼頭工程、沿岸污水排放、旅游業(yè)的發(fā)展和人類活動(dòng)等。國內(nèi)外學(xué)者在動(dòng)力條件下的泥沙輸運(yùn)歸宿、海灘侵蝕等方面取得了一定的研究成果[1-3]，但對于岸灘的“泥化硬化”問題研究較少，缺乏解決泥化硬化問題的方法和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。連云港墟溝人工沙灘泥化現(xiàn)象，2006年連云港政府為了改善岸灘環(huán)境，對墟溝天然沙灘進(jìn)行修復(fù)，建成“在海一方公園”人工沙灘，然而不久即發(fā)生淤泥落淤，形成泥灘。深圳原“海上世界”旁的小海灣，上世紀(jì)曾建離岸堤，并在灣頂天然海灘基礎(chǔ)上填沙建造人工沙灘，建成后大量的細(xì)顆粒泥沙在灣內(nèi)沉積，沙灘細(xì)化衰亡向泥灘轉(zhuǎn)化，發(fā)生了泥化硬化問題，最終導(dǎo)致整個(gè)瀉湖水域的淤積并岸成陸[4]。

北海銀灘素有“天下第一灘”的美譽(yù)，沙灘以“灘長平、沙細(xì)白、水溫凈、浪柔軟”著稱，是我國南方理想的濱海浴場和海上運(yùn)動(dòng)場所。近十年，因供沙條件變化和人類活動(dòng)影響，沙灘出現(xiàn)了泥化、硬化，甚至黑化現(xiàn)象，并可能進(jìn)一步導(dǎo)致海灘的退化、衰亡。基于多學(xué)科分析方法，結(jié)合銀灘海域沉積物采樣調(diào)查、水下地形地貌調(diào)查、泥沙來源分析、沿岸泥沙運(yùn)移趨勢研究，從粘性細(xì)顆粒泥沙的基本理論出發(fā)，分析沙灘泥化硬化形成過程。通過對泥化與硬化問題的分析研究，為沙質(zhì)海岸沙灘中長期演變的預(yù)測提供思路。

2 現(xiàn)狀調(diào)查分析

2.1 沉積物調(diào)查

北海銀灘具有典型海灣生態(tài)系統(tǒng)的面貌和特征，海底地貌類型主要有：潮流沖刷深槽（航道）、前三角洲、潮間沙灘、水下沙咀、水下岸坡等。潮間沙灘由冠頭嶺向東偏南沿岸到華僑漁港，長達(dá)8.0 km，寬0.3～1.0 km。潮間沙灘的岸邊和高潮帶取樣分析表明，泥沙特征為淺黃色細(xì)砂，細(xì)砂含量達(dá)83.2%～84.1%，中砂含量14.8%～15.15%，粉砂僅占1%～1.6%，平均粒徑為0.16～0.18 mm，分選良好，分選系數(shù)為0.56～0.64。水下岸坡分布于潮間帶外緣，該段水下岸坡全長約10 km，寬度可達(dá)8 km，水深3～8 m，坡度較緩，水深0～4 m處坡度為4 m/800 m，水深4～8 m處坡度為2 m/1 900 m，從水深6～8 m處，坡度為2 m/2 400 m，水下岸坡由近岸向外海減小。水下岸坡沉積物為砂質(zhì)覆蓋，向海則變?yōu)槟噘|(zhì)沉積。圖1為北海銀灘及附近海域水下地貌及沉積物類型分布圖，圖2為北海銀灘區(qū)域概況。

調(diào)查結(jié)果顯示銀灘泥化灘面泥沙中含有較高的“腐泥”成分（見表1）。“腐泥”是近岸海水中有機(jī)物存在的一種狀態(tài)，其主要成分是有機(jī)質(zhì)碎屑，腐泥往往來源于城鎮(zhèn)排污與船舶棄污等。沉積物類型調(diào)查表明：新港振漁港和北海港潮流沖刷槽內(nèi)，分布有大量的粉砂質(zhì)黏土，其粉砂含量為25%左右，黏土含量在24%～30%之間，平均粒徑為0.009～0.024 mm，沉積物中細(xì)粉砂和黏土作為懸移質(zhì)參與運(yùn)移和沉積。

2.2 污染物排放調(diào)查

近年來隨著城市建設(shè)的發(fā)展，北海市常住人口近30 a間城市人口增加了7.5倍；另外，隨著旅游業(yè)的不斷發(fā)展，北海市每年涌入大量的流動(dòng)人口，人口的增加勢必引起頻繁的人類活動(dòng)，導(dǎo)致生活污水急劇增加，這些污水最終將排入銀灘及附近海域，污水中所攜帶的污泥將進(jìn)入銀灘海域。

圖1 銀灘及附近海域水下地貌圖及沉積物類型分布圖

表1 銀灘沙樣采集表

銀灘海域表層懸浮物濃度變化范圍為8.3～20.5 mg/l，平均值為12.6 mg/l，底層懸浮物濃度變化范圍為8.5～18.5 mg/l，平均值為12.4 mg/l。懸浮物濃度較低，空間分布差異不明顯，表層略高于底層。懸浮物表、底高值區(qū)域位于馮家江入海口及朱砂海域，其等值線分布如圖3所示。

圖2 北海銀灘海域概況

銀灘附近的幾個(gè)排污口都是直排口，附近城區(qū)的污水可能未經(jīng)處理直接排入附近海域。銀灘附近幾個(gè)主要排污口排放的污水能夠進(jìn)入銀灘海域，其中尤以四川南路排污口的影響最大，石油類的監(jiān)測只有銀灘正門排污、北海市紅坎水處理廠排污口和金銀鷹紙業(yè)有限公司排污口。由表2監(jiān)測數(shù)據(jù)可看出，銀灘碼頭排污口懸浮物濃度可達(dá)290.0 mg/l，化學(xué)耗氧量最大，可達(dá)480.9 mg/l，表明此處有機(jī)污染物含量高。結(jié)合灘面采樣分析結(jié)果，有機(jī)污染物是泥化硬化的主要物質(zhì)來源，對泥化和硬化具有重要作用。

2.3 水動(dòng)力分析

多年氣象資料統(tǒng)計(jì)表明，北部灣頂部區(qū)域風(fēng)向具有明顯的季節(jié)性，冬春盛行北-東北風(fēng)，夏秋盛行南-西南風(fēng)，風(fēng)向與半島兩側(cè)岸線走向基本成垂直[5-7]。根據(jù)北海地角測波站（109°05′E，21°29′N）7a統(tǒng)計(jì)資料分析：該海域常浪向?yàn)镹NE向，頻率18.9%；次浪向WSW向，頻率11.9%；強(qiáng)浪向N及偏N，實(shí)測最大波高分別為2.0 m（N）、1.5 m（NNW）、1.4 m（NNW）；次強(qiáng)浪向SW向?yàn)?.3 m[8]。

圖3 銀灘海域水質(zhì)懸浮物等值分布（單位：mg/l）

表2 銀灘海域陸源入海排污口海水質(zhì)量分析（單位：mg/l）

北海海域的潮汐類型為不正規(guī)的全日潮海域，主要受北部灣傳入的潮波所控制[10]，北海站各月多年平均潮差在2.17～2.66 m之間，各季節(jié)潮差夏季大，春季小。一般漲潮歷時(shí)比落潮歷時(shí)長，平均漲潮歷時(shí)為10 h 30 min，落潮歷時(shí)為9 h 47 min，相差43 min。北海銀灘海域漲潮歷時(shí)大于落潮歷時(shí)，而漲潮流速小于落潮流速，平均流速為0.2 m/s，最大流速不超過0.4 m/s。常規(guī)海況下，水文環(huán)境穩(wěn)定，水體含沙量非常小，其平均值不超過0.02 kg/m3，底部泥沙難以發(fā)生再懸浮，自然凈化率弱[11]。

北向和南向風(fēng)作用下的風(fēng)浪是海岸泥沙搬運(yùn)和海岸地貌塑造的主要?jiǎng)恿9]。在波浪作用下，沿岸物質(zhì)作橫向運(yùn)動(dòng)，泥沙向岸運(yùn)動(dòng)形成外沙沙壩；同時(shí)也有縱向運(yùn)動(dòng)，形成瀉湖沉積。一方面表明該海域的物質(zhì)來自本岸段的基巖侵蝕作用，另一方面表明物質(zhì)在西南向波浪作用下向北移動(dòng)，但由于基巖提供的物質(zhì)有限，沙嘴的增長速度十分緩慢，目前甚至逐漸縮小。

3 泥化硬化形成過程及防治對策

3.1 泥沙來源

河口海岸泥沙運(yùn)動(dòng)來源情況如圖4所示，主要包括陸向輸沙和海向來沙，選取一段海岸控制體分析，具體來源有以下幾個(gè)方面：沿岸輸沙（L），向、離岸輸沙（O），風(fēng)引起的陸地來沙（W），徑流輸沙（R），海岸侵蝕（E）。北海銀灘位于北部灣頂?shù)拈_闊海域，由于北部灣北部海域水體含沙量較小，水質(zhì)偏好，海向來沙影響較小；河流入海泥沙主要通過南流江和馮家江輸入，是陸向來沙的主要途徑；受近岸動(dòng)力條件影響，沿岸輸沙和海岸侵蝕的作用不可忽視。

圖4 泥沙來源

（1）銀灘海域岸灘穩(wěn)定性：銀灘海域?yàn)┟娴拇蟛糠謪^(qū)域?yàn)椴粵_不淤或微沖微淤，南流江河流輸沙對銀灘區(qū)域的泥沙運(yùn)動(dòng)影響甚微，銀灘海域沖淤總體處于平衡狀態(tài)，岸灘基本穩(wěn)定；

（2）工程設(shè)施對銀灘的影響：銀灘海域沒有重大的工程設(shè)施，目前存在的一些小型工程設(shè)施對銀灘的泥沙運(yùn)動(dòng)不會(huì)構(gòu)成顯著影響；

（3）污水排海：銀灘周邊的海洋產(chǎn)業(yè)近年來有了較大規(guī)模的發(fā)展，沿岸分布有漁港、養(yǎng)豬場和養(yǎng)蝦場等。如銀灘附近的漁港，現(xiàn)在大約有2 000余條漁船停泊，漁船上的生活污水、含油污水和生活垃圾等污染物缺乏有效管理，隨意向大海中排放，加重了附近海域的水體污染。據(jù)現(xiàn)場觀察，漁港水域的海水呈灰黑色，說明水質(zhì)已嚴(yán)重惡化，港內(nèi)水體在與周圍水體交換過程中，將會(huì)使大量的污泥進(jìn)入附近的銀灘海域。

3.2 泥化與硬化形成過程

3.2.1 泥化與硬化

細(xì)顆粒粘性泥沙在海洋環(huán)境中往往以絮團(tuán)形式存在。在海浪、海流等動(dòng)力作用下，絮團(tuán)不斷地發(fā)生分散或絮凝[12-13]，絮凝狀態(tài)下的細(xì)顆粒泥沙會(huì)以較快的速度沉降至海底，水體中含沙量較高時(shí)，會(huì)有大量的細(xì)顆粒泥沙在底床落淤，形成淤泥層。泥沙動(dòng)力學(xué)研究表明，沉降在海底的細(xì)顆粒泥沙能夠承受較大的起動(dòng)流速，不容易再懸浮到水體中，而是傾向于滯留海底底床。底床附近的細(xì)顆粒泥沙經(jīng)歷長期累積，形成浮泥層，即“泥化”過程。

粘性細(xì)顆粒泥沙進(jìn)入海水水體后，當(dāng)水流減緩時(shí)受自身重力作用發(fā)生沉降，容易以絮團(tuán)形式發(fā)生淤積并形成浮泥層，上層新沉積浮泥層受自重作用不斷密實(shí)，而下層泥沙受上層擠壓作用及自重影響不斷固結(jié)，導(dǎo)致底床泥沙的體積密度隨著時(shí)間趨向于增大。浮泥層進(jìn)一步經(jīng)歷沉降、密實(shí)和固結(jié)的過程后，變成相對較硬的軟泥層，即“硬化”形成過程。若細(xì)顆粒泥沙中含有較高比例的腐殖質(zhì)成分，則軟泥層將呈現(xiàn)黑色，即通常所說的“腐泥”。

3.2.2 北海銀灘泥化與硬化成因

海灘泥化硬化的形成過程是一個(gè)漫長而復(fù)雜的過程，主要受海岸動(dòng)力、河口條件、人類活動(dòng)、底質(zhì)類型和港口碼頭建設(shè)等影響。北部灣是一個(gè)半封閉海灣，潮差小，水循環(huán)能力不強(qiáng)，海水凈化速度較慢，海洋生態(tài)環(huán)境相對脆弱。近年來，隨著海岸帶和海島不斷被深入開發(fā)，水產(chǎn)養(yǎng)殖缺乏科學(xué)系統(tǒng)的管理，大量生產(chǎn)生活污水排放入灣，北海銀灘周圍海域的自然環(huán)境受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。砂質(zhì)海灘出現(xiàn)泥化與硬化的原因，是在某一段時(shí)期內(nèi)進(jìn)入海域的外界泥沙來源增加，使得該海域水體含沙量增大，細(xì)顆粒泥沙淤積加劇所致。通過沙灘泥化與硬化形成過程分析，海灘泥化、硬化的基本條件是大量的粘土質(zhì)泥沙在海灘上落淤。因此，調(diào)查銀灘細(xì)顆粒粘性泥沙來源成為研究海灘泥化、硬化原因的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（1）北海銀灘附近海域入海污染源主要包括工業(yè)污染、市政生活污染等，通過排污口排入鄰近海域，主要分布有8個(gè)陸源排污口：分別是銀灘正門排污口、北海市紅坎污水處理廠排污口、金銀鷹紙業(yè)有限公司排污口、四川南路排污口、銀灘碼頭排污口、地角綜合排污口、高德鎮(zhèn)入海水閘入?？凇⒑３撬a(chǎn)公司排污口，其中有3個(gè)排污口分布在銀灘周邊，5個(gè)位于西側(cè)的廉州灣。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，銀灘附近的幾個(gè)排污口都是直排口，城區(qū)污水未經(jīng)處理直接排入海域；

（2）銀灘附近海域分布有南萬碼頭、僑港和咸田港，3類港口?？看罅繚O船和油輪，港內(nèi)水體在與周圍水體交換過程中，將會(huì)使大量的重度污染海水進(jìn)入附近的銀灘海域；

（3）近年來銀灘海域周邊海洋養(yǎng)殖業(yè)有了一定規(guī)模的發(fā)展，沿岸分布有漁港、養(yǎng)豬場和養(yǎng)蝦場等，這些海洋產(chǎn)業(yè)增加了污水的排海量，據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，養(yǎng)殖水域的海水呈灰黑色，說明水質(zhì)已發(fā)生一定程度的惡化。

因此，人類活動(dòng)的過度頻繁造成了大量污水排入銀灘海域，主要原因有以上3個(gè)方面，城市生活污水、工業(yè)污水、船舶污水、養(yǎng)殖廢水等都含有大量的泥沙成分，各種污水排海勢必?cái)y帶一定數(shù)量的污泥成分進(jìn)入海域，入海泥沙在排放口附近海域落淤，一般都會(huì)形成黑色的腐泥層，腐泥在浪、流的作用下可能會(huì)向附近海域輸送?！案唷背煞衷诤Ｋ谐蕬腋B(tài)，在隨水流漂移擴(kuò)散的工程中，持續(xù)在海灘落淤，形成“淤泥”，經(jīng)歷一定時(shí)間的累積固結(jié)，使沙灘發(fā)生泥化和硬化。

3.3 防治與對策

針對北海銀灘泥化與硬化問題，從多角度多層面出發(fā)，提出相應(yīng)的防治對策及建議，以期為沙灘綜合整治提供技術(shù)支撐。

（1）建立統(tǒng)一的污水排海系統(tǒng)：興建污水處理廠，將目前各排污口排放的污水統(tǒng)一集中處理后排放；城市生活污水和工業(yè)污水實(shí)行集中處理、深海排放，污水排放口的選址應(yīng)遠(yuǎn)離銀灘海域，確保排海污水不流入銀灘海域；

（2）實(shí)施沙灘保灘工程：通過對北海銀灘鄰近海域現(xiàn)狀調(diào)查、水動(dòng)力環(huán)境，海水水質(zhì)環(huán)境、沉積物環(huán)境、生物環(huán)境調(diào)查和監(jiān)測，掌握沙灘的形態(tài)要素、物質(zhì)組成，研究銀灘沙灘沖淤演變規(guī)律，對銀灘進(jìn)行人工修復(fù)與養(yǎng)護(hù)，以維護(hù)銀灘沙灘相對穩(wěn)定；

（3）北海銀灘附近區(qū)域?qū)嵭芯C合整治：優(yōu)化近岸廢棄圍堤及堤內(nèi)灘涂養(yǎng)殖業(yè)；重點(diǎn)岸段岸線修復(fù)，海底清淤；近岸海域海洋工程廢棄物清理等；

（4）海岸帶生態(tài)修復(fù)及保護(hù)：建設(shè)集科研保護(hù)、旅游、教育等功能于一體的大冠沙海洋生態(tài)公園，公園內(nèi)建設(shè)紅樹林保護(hù)區(qū)、修建水上觀測觀賞平臺(tái)、科研基地和科普教育中心；

（5）加強(qiáng)銀灘常規(guī)監(jiān)測工作：由具備海洋環(huán)境監(jiān)測資質(zhì)的業(yè)務(wù)部門制定切實(shí)可行的監(jiān)測計(jì)劃，合理布置監(jiān)測斷面及站點(diǎn)，對北海銀灘開展包括海岸變化、沙灘消長、水質(zhì)、潮汐、海浪、生態(tài)、水文氣象、地質(zhì)、水動(dòng)力等項(xiàng)目在內(nèi)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作。

4 結(jié)論

基于泥沙輸運(yùn)基本理論，并結(jié)合北海銀灘沉積物采樣分析、排污口調(diào)查、污染物排放調(diào)查和多學(xué)科分析方法，對北海銀灘泥化硬化問題進(jìn)行了初步的探討，以便為沙質(zhì)海岸沙灘長期演變規(guī)律的預(yù)測分析提供思路。

北海銀灘發(fā)生泥化硬化的主要原因可以歸結(jié)為人類活動(dòng)超過了岸灘承載能力，主要包括：（1）城鎮(zhèn)排污等；（2）港口船舶棄污；（3）養(yǎng)殖廢水；（4）銀灘區(qū)的旅游活動(dòng)等。污水中的“腐泥”成分在一定海洋動(dòng)力條件下，在經(jīng)歷長期的累積固結(jié)過程，使沙灘發(fā)生泥化與硬化現(xiàn)象。

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Studies on muddy and consolidating process at Silver Beach in Beihai

ZHANG Chun-hua1，LIU Jin-gui2,3，YANG Jing2
（1.Beihai Marine Environmental Monitor Center of State Oceanic Administration,Beihai 536000 China;2.National Marine Environmental Forecasting Centre,Beijing 100081 China;3.Key Laboratory of Research on Marine Hazards Forecasting,National Marine Environmental Forecasting Centre,State Oceanic Administration,Beijing 100081 China）

Based on the field investigation data,near-shore hydrodynamic condition and basic principles of cohesive sediment,the muddy and consolidating problems were tried to be resolved in this paper.Several conclusions were presented.（1）The character of sediment at near-shore and near high-tide-level coast is light yellow fine sand.Submarine slope of coast is covered by sand while the sea-ward becomes muddy deposition.There is a great number of decayed mud in sand front around Silver Beach.（2）The sewage from several main waste exits can enter into the areas.The high value of suspended particles appears near estuary and sewage exits.（3）Direct source of sediment transport and indirect source from sewage were analyzed to propose the source of clay.Anthropogenic processes cause plenty of sewage discharge into the coastal areas,which carries amount of decayed mud into the areas.（4）The cohesive sediment deposits near the sewage exit,then decayed mud gradually experiences a long process of accumulation and consolidation under certain oceanic dynamic conditions,which causes sand beach become muddy and consolidating.（5）Several proper suggestions are proposed in order to develop the regulation and improvement.

muddy and consolidating；Silver Beach in Beihai；sediment sources；coastal sedimentation；sediment transport

TV148

A

1003-0239（2017）06-0083-06

10.11737/j.issn.1003-0239.2017.06.010

2016-12-05；

2017-03-16。

國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目（41222038）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2016YFC1401605）。

張春華（1969-），男，高級(jí)工程師，大專，從事海洋生態(tài)監(jiān)測與保護(hù)、海域使用論證與價(jià)值評(píng)估等研究。E-mail：zch1213@sina.com