譚澤瓊，林楚彬，賀仕昌，婁全勝

（國家海洋局三沙海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，海南 ?？?570100）

海岸帶是地球表層動態(tài)而復雜的陸-海過渡帶，具有獨特的陸、海屬性，承受著強烈的陸海相互作用[1]，形成了極其脆弱和敏感的自然生態(tài)環(huán)境[2]。同時，海岸帶地區(qū)也是經(jīng)濟與社會發(fā)展活動的聚集地，發(fā)展程度也相對較高[3-4]。根據(jù)海岸帶近岸的研究，可劃分為岸線演變[5-7]、地形地貌與水動力[8-9]、人類活動對岸灘的影響[10-11]、防災減災等韌性評價[12-14]、機載激光雷達測深[15-16]、生態(tài)環(huán)境分析與修復[17-18]等研究內(nèi)容。早在20 世紀80 年代已有學者開始關注海灘在自然條件下的動態(tài)變化。AUBREY D G 等[19]基于對南加州5 年的海灘剖面測量數(shù)據(jù)，從不同深度、侵蝕特征岸段等方面，研究海灘季節(jié)性陸上/海上沉積物運動特征。MORTON R 等[20]研究了颶風作用下德克薩斯州加爾維斯頓島海灘和植被線在侵蝕、沉積和恢復3 個方面的變化。隨著物理海洋數(shù)值模型的發(fā)展與海洋工程建設的應用需求，學者們開始探討用數(shù)值模型預測海灘自然變化趨勢及工程施工對近岸地形的影響。WANG Y 等[21]采用長岸輸沙計算、歷史海圖對比和ECOMSED 數(shù)值模擬等方法，分析了洋馬島海域的侵蝕-沉積特征。LI Y 等[22]提出了一種簡單而有效的統(tǒng)計方法，以波浪氣候為輸入，從平衡形狀估計環(huán)形海灣的平均值，已應用于英國的基督城灣。GE L Z 等[23]結合了日照港粵梁灣整治工程，運用拋物線型海岬理論平衡岸線，提出人工海灘與防護的尺度關系。通過大比例尺正常物理模型的試驗驗證，給出了灘涂穩(wěn)定方案和維護周期。

鋪前灣位于?？谑袞|側，屬瓊雷凹陷的組成部分，自20 世紀90 年代已有不少學者研究灣內(nèi)海岸的形成發(fā)育[24]、動力地貌[25-26]、水文特征[27]等。隨著海南國際旅游島的建設，灣內(nèi)依托白沙淺灘的自然地形條件，采用圍填海方式修建如意人工島，也有學者對人工島建設的海洋環(huán)境影響進行預測分析[27-29]，隨著海洋環(huán)境保護政策收緊等因素影響，人工島建設在主體工程基本完成后停工，對于其停工后對岸灘的沖淤影響較少開展相關研究。鋪前灣地處臺風多發(fā)區(qū)，尤其是2014 年的超強臺風“威馬遜”和強臺風“海鷗”，2021 年在瓊海登陸的臺風“圓規(guī)”等，且鋪前灣多支水系匯入海灣。作為?？诮瓥|新區(qū)的前方，岸灘的穩(wěn)定性對于后方沿岸規(guī)劃并建設的商業(yè)CBD、住宅房屋、酒店、公園等至關重要，本文基于人工島施工前期近岸沖淤數(shù)模分析成果沿岸布設斷面開展調查，綜合鋪前灣多年海圖等深線變化、鋪前灣入海河流泥沙變化、臺風等多因素，回溯鋪前灣環(huán)境條件的改變，分析該岸段邊灘沖淤變化過程及特征，有利于及早發(fā)現(xiàn)岸灘蝕退的安全隱患，為該段岸線保護與修復提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

?？阡伹盀澄挥诤Ｄ蠉u東北部，為較典型的螺線形砂質海岸，是在波浪和海岸岬角共同控制下發(fā)育形成的，其海灣縱深8 km，灣口弦長20 km，螺線段和切線段均發(fā)育較好。研究區(qū)位于鋪前灣，為切線段，岸線平直，西起南渡江入?？?，東至東寨港，主要為砂質海岸，岸線呈NW-SE 走向，長度約18 km。

鋪前灣屬熱帶季風氣候區(qū)，冬季盛行NE 風，夏季盛行SE 風。全年主導風向為NE 向，波浪以風浪為主，常浪向和強浪向均為NE 向，年平均波高0.7 m，屬不規(guī)則半日潮[26]。研究區(qū)近岸西側沉積物類型以粉砂質砂和砂質粉砂為主，東側靠近東寨港岸段則以砂質沉積為主[30]。

2 資料收集與研究方法

鋪前灣海域水深數(shù)據(jù)提取自1990 年、2007 年及2017 年中國人民解放軍海軍司令部航海保證部版權所有，中國航海圖書出版社出版發(fā)行的海圖資料（表1），深度基準為最低理論潮面，由于該區(qū)域較大，實際測量年份局部不一致，統(tǒng)一以海圖年份進行年變化量計算，以反映變化趨勢。人工島修建前采用2008 年法定岸線數(shù)據(jù)，修建后2016 年12月、2017 年12 月、2021 年11 月、2022 年12 月的岸線數(shù)據(jù)和2017 年1 月、2018 年1 月、2021 年11月、2022 年12 月的剖面數(shù)據(jù)均為實測獲得，高程基準為1985 國家高程基準。由于鋪前灣岸灘地形具有季節(jié)性變化特征，夏緩冬陡[30]，岸線和剖面測量均采用冬季數(shù)據(jù)，水動力條件相似。以上述資料數(shù)據(jù)為基礎，研究?？阡伹盀嘲稙_淤演變。

表1 海圖資料情況

平均侵蝕（淤積）量計算方法采用如式（1），平均侵蝕（淤積）量s是由某一岸段的侵蝕（淤積）量值主要區(qū)間最大值smax和最小值smin的平均值，乘以侵蝕（淤積）岸段ls占該岸段長度l的比例再進行累加計算，除以年數(shù)即為年平均侵蝕（淤積）量。

根據(jù)人工島的沖淤趨勢影響分區(qū)，自西向東沿岸灘布設7 條地形橫剖面，沖淤類型涵蓋強沖刷區(qū)、弱淤積區(qū)和中淤積區(qū)，長度約40~100 m，用于研究分析岸灘縱向沖淤特征。

海圖資料和實測數(shù)據(jù)的處理與分析均通過ArcGIS 10.2 軟件進行，剖面歷年高程曲線圖采用Matlab 繪制。

3 結果與分析

3.1 等深線遷移特征

等深線變遷可反映岸灘在垂直于岸線方向上的變化。1990—2019 年近岸等深線變化如圖1 所示，0 m、2 m 等深線變化均以福創(chuàng)溪東側約0.9 km 為變化界限，西側淤進東側蝕退，0 m 淤進距離主要在30~100 m，蝕退距離主要在21~60 m；2 m 等深線淤進距離主要在20~110 m，變化界限以東地形變化由穩(wěn)定轉為蝕退，蝕退距離主要在30~75 m。

圖1 等深線變化對比

1990—2007 年，0 m 等深線總體表現(xiàn)為向海淤進，淤進距離主要集中在50~110 m，平均向海淤進4.7 m/a，以南岳溪至福創(chuàng)溪岸段平均淤進距離最大，林海六橫路北側長約2.3 km 的岸段出現(xiàn)平均約40 m 的蝕退，東寨港附近等深線形態(tài)趨于平緩；2 m 等深線總體表現(xiàn)為向海淤進，淤進距離主要集中在50~120 m，平均向海淤進5 m/a，最大淤進距離在福創(chuàng)溪附近，可達400 m，東寨港附近等深線形態(tài)趨于平緩；5 m 等深線總體表現(xiàn)為蝕退與淤進并存，在南渡江入海口東側約4.2 km 岸段平均蝕退190 m，在南岳溪至福創(chuàng)溪表現(xiàn)為淤進，最大距離約390 m，鋪前灣灣頂呈現(xiàn)蝕退而東西兩側淤積。淤進量最大的岸段主要集中在入海口附近海域，以福創(chuàng)溪最為明顯。

2007—2019 年，0 m 等深線總體表現(xiàn)為向陸蝕退，蝕退主要集中在山湖港西側1.9 km 處東至鋪前灣頂，平均蝕退距離約40 m，平均向陸蝕退3.3 m/a；2 m 等深線總體表現(xiàn)為向陸蝕退，主要集中在東營港東側1.6 km 以東至林海六橫路，平均蝕退距離約70 m，平均向陸蝕退5.8 m/a，鋪前灣灣頂總體呈現(xiàn)淤積態(tài)勢。5 m 等深線呈現(xiàn)蝕退與淤進不規(guī)律的波動狀態(tài)。

3.2 岸線演變過程

以2008—2016 年、2016—2017 年、2017—2021 年、2017—2022 年分別作為施工前、施工期、臺風后、停工5 年后4 個不同階段的時間周期。如意人工島于2015 年施工，但在2016 年底測量時實際填海區(qū)不足總填海量10%，且均集中在填海區(qū)西部，對整個鋪前灣岸灘未形成明顯的遮蔽作用，因此2016 年岸線測量數(shù)據(jù)仍作為施工前時間段。2017 年底人工島已完成大部分填島主體并已停工，其岸線數(shù)據(jù)體現(xiàn)了人工島對岸灘的作用結果。2021年數(shù)據(jù)為臺風“圓規(guī)”登陸后半個月實測，可反映鋪前灣近岸受強臺風的影響程度。

岸線變化反映了平均大潮面的平面移動趨勢。由圖2 所示，施工前鋪前灣岸段總體呈現(xiàn)出向陸蝕退，以人工島棧橋、皇冠溫泉海岸、抱歷溪、福創(chuàng)溪入海口最為明顯，南岳溪入海口及林海三橫路則表現(xiàn)為淤積狀態(tài)，岸段總體平均蝕退距離約11.5 m，平均蝕退約1.4 m/a。施工期岸線總體呈現(xiàn)向海淤進，以人工島棧橋至皇冠溫泉海岸岸段、南岳溪、抱歷溪入海口附近淤進距離較大，總體平均淤進距離約3.4 m。臺風后岸灘呈現(xiàn)出明顯的向陸蝕退現(xiàn)象，以入海口變化最為劇烈，岸線呈鋸齒狀，各岸段受到不同程度的風暴潮沖擊，岸灘出現(xiàn)侵蝕陡坎（圖3），平均蝕退距離21 m，平均蝕退約4.2 m/a。停工5 年后，即臺風1 年后，岸線較人工島停工時總體表現(xiàn)為向陸蝕退，平均蝕退距離18 m，平均蝕退約3.6 m/a，但較前一年臺風后，53%的岸段表現(xiàn)相對穩(wěn)定或緩慢變化，47%的岸段表現(xiàn)為明顯向海淤進，淤進距離在10 m 至20 m 之間，臺風造成岸灘沖刷岸線后退的情況有所恢復，主要集中在人工島棧橋至皇冠溫泉海岸、南岳溪入?？跂|側1.9 km及林海三橫路東側1.7 km，恢復較快的岸線主要為棧橋附近形成的泥沙堆積導致岸線向海淤進，以及草本植被較快的生長和擴張速度形成新的植被岸線。

圖2 研究區(qū)岸線變化對比

圖3 剖面高程曲線對比分析

3.3 剖面沖淤變化

剖面的地形變化在一定程度上反映了岸灘在垂向上的演變特征（圖4）。岸段基本有灘肩發(fā)育，陸域后方防風林外緣形成風成沙丘。2018 年較2017年剖面由西至東從淤積過渡為沖刷，岸坡向陸推移、坡度增加。2021 年臺風后，除剖面2 后方為人工構筑物，加劇了風暴潮對海灘的直接沖刷，其他剖面由西至東從淤積過渡為沖刷，均塑造風暴形態(tài)剖面。2022 年岸灘逐漸恢復，除剖面P3 和P7 其余總體為堆積態(tài)勢。

圖4 人工島位置調整對比

剖面P1 在2017—2018 年表現(xiàn)為淤積，在離岸40 m 以后淤積厚度逐漸增加，在離岸60 m 可達1.2 m；2018—2021 年表現(xiàn)為淤積，剖面地形發(fā)生明顯變化，離岸30 m 處淤積厚度達0.7 m。剖面P1位于人工島棧橋東側，受棧橋構筑物的遮擋，部分泥沙在此沉積，形成了海灘逐年抬高的現(xiàn)象。2021—2022 年泥沙向陸堆移，風暴型剖面形成的凹槽被泥沙堆積抬高。

康體療養(yǎng)主要是通過利用相關藥用資源、人力按摩推拿手法等，達到放松身體、增強體質的目的，同時具有一定的保健效果。在水利風景區(qū)，要著重突出水的功能。對于擁有優(yōu)良水質、適宜氣候條件、優(yōu)良生態(tài)環(huán)境或附近擁有特殊有益物質 (如溫泉、冷泉、藥泉等)的水利風景區(qū)，多設計以水保健、生態(tài)健身等為代表的室外生態(tài)療養(yǎng)型度假旅游產(chǎn)品，如水中靜漂、靜養(yǎng)房、森林浴等。同時，結合大眾化的健身房、游泳館、桑拿、SPA按摩使不同消費層次人群共同達到康體保健的效果。

剖面P2 在2017—2018 年表現(xiàn)為淤積，前濱淤積量則隨離岸距離增加而增加，灘面有0.2 m 內(nèi)的沖刷量。2018—2021 年海灘明顯表現(xiàn)為沖刷，沖刷量為0.8~1.1 m。2021—2022 年泥沙堆積灘面抬高0.6~1.1 m，岸灘有所恢復。

剖面P3 在2017—2018 年剖面地貌變化較穩(wěn)定，距起點50 m 以遠呈現(xiàn)淤積態(tài)勢，變化量在0.3m 以內(nèi)。2018—2021 年地形變化較明顯，總體表現(xiàn)為淤積，淤積量在0.8 m 以內(nèi)。2022 年剖面形態(tài)恢復為常浪型，較2018 年表現(xiàn)為后濱淤積，前濱灘面沖刷，淤積量為0.1~0.3 m，沖刷量為0.9~1.2 m。

剖面P4 在2017—2018 年自陸向海表現(xiàn)為后濱灘肩淤積，前濱灘面沖刷，沖淤量均在0.3 m 以內(nèi)。2018—2021 年剖面形態(tài)明顯變化，內(nèi)濱總體有所抬高，最大淤積量約為0.8 m。2021—2022 年，與剖面P1 類似，泥沙向陸堆移，最大距離約5 m。

剖面P5 在2017—2018 年表現(xiàn)為前濱灘面向陸推移，推移量在7 m 以內(nèi)，坡度變陡，灘肩淤積，淤積量在0.3 m 以內(nèi)。2018—2021 年總體表現(xiàn)為沖刷，沖刷量在0.7 m 以內(nèi)。2021—2022 年泥沙向后濱沉積，前濱相對穩(wěn)定。

剖面P6 在2017—2018 年海灘整體向陸推移，前濱推移距離在9 m 左右，后濱推移距離在9 m 左右，灘肩收窄。2018—2021 年仍表現(xiàn)為向陸推移，灘肩向陸繼續(xù)推移7 m，縱向沖刷量在0.8 m 以內(nèi)。2021—2022 年海灘整體有所抬高，抬高量主要在0.8~1.2 m。

剖面P7 在2017—2018 年表現(xiàn)為后灘沖刷，前灘淤積，最大沖刷量約為0.3 m，淤積量基本在0.4 m以內(nèi)。2018—2021 年表現(xiàn)為沖刷，沖刷量在0.5 m以內(nèi)。2021—2022 年表現(xiàn)為強沖刷，沖刷量在0.6~1.4 m。

3.4 原因分析

3.4.1 入海泥沙的影響

入海泥沙量的變化和岸灘的高強度開發(fā)利用等因素均對岸灘的長期演變有影響[21-33]。研究岸段有多處河口，為該岸段主要泥沙輸入來源之一，但由于南渡江上游水庫及堤壩修建，其入海泥沙通量逐年減少[8]，1990—2019 年間，南渡江入海口東側岸段0 m 等深線逐漸東移，泥沙向東側搬運，張麗等的輸沙分析與此一致[28]。同時，由于沿岸河口被圍堵[8]，以及大量的河道采沙[34]，導致海灣泥沙輸入量減少；全球性的海平面上升也會一定程度上增加水下岸灘坡度，造成海底向岸供沙減少[8]，海岸得不到泥沙補充而發(fā)生侵蝕后退。在1990—2007年間，入海河口形成的噴射流將懸移質泥沙向海搬運，推移質泥沙在口門堆積，在河口近岸形成向海淤進態(tài)勢，而2007—2019 年間2 m 以淺等深線向陸蝕退，以河口附近最為明顯，也可能是由于測量時為河流干季，徑流作用弱，岸段以波浪控制為主。

根據(jù)對人工島建設后的模型分析，其南側岸段整體輸沙方向仍為自東向西輸沙，由于受人工島兩側波浪繞射和島體掩護作用，鋪前灣西側岸線發(fā)生調整，研究區(qū)西側岸段距離南渡江河口約3 km 岸段為沖刷，以東岸段則表現(xiàn)為淤積，靠近灣頂岸段由于距離較遠受人工島影響較小，將繼續(xù)延續(xù)略有淤積的態(tài)勢[28-29]。人工島在建設前進行了位置調整（圖4），形態(tài)有所改變，但由于其離岸較遠，長寬的局部變化對岸灘影響的變化相對較小。

人工島施工前岸線整體表現(xiàn)為向陸蝕退。施工后，由于人工島的離岸堤作用，岸線整體表現(xiàn)為淤積狀態(tài)，受臺風影響后岸線出現(xiàn)蝕退，但逐漸恢復表現(xiàn)出向海淤進態(tài)勢。同時，人工島棧橋的修建減緩了潮流和波浪流速導致泥沙在附近沉積，岸線向海淤進。

張麗等[28]在鋪前灣沿岸布設四條剖面，分析出人工島建設后，沿岸輸沙量有所減少。人工島建成后岸灘總體應呈現(xiàn)淤積狀態(tài)，但由于輸沙量的減少，不可避免地形成了沖刷的水文泥沙環(huán)境，從而對本研究區(qū)岸灘沖淤變化態(tài)勢產(chǎn)生影響，加之泥沙自東向西輸沙，鋪前灣呈現(xiàn)出海灘東側下蝕西側淤漲。鋪前灣的泥沙運動表現(xiàn)出一定復雜性[35]。

3.4.3 臺風的影響

鋪前灣所處瓊州海峽南側，是受熱帶風暴作用較頻繁的地區(qū)，年平均風暴影響次數(shù)約為4~5 次，最大風暴增水接近2.5 m，同時還受到冬季冷空氣大浪的影響[24]。且受近年臺風級以上熱帶風暴影響，如2013 年11 月超強臺風“海燕”，2014 年7 月超強臺風“威馬遜”，9 月強臺風“海鷗”，2016 年10月超強臺風“莎莉嘉”，2018 年9 月超強臺風“山竹”，2021 年10 月臺風“圓規(guī)”。臺風浪波能巨大，在向岸傳播過程中，因水深變淺、底摩擦增大而發(fā)生變形，在臨界水深處發(fā)生破碎，波勢能轉化為動能。能量巨大的紊流沖刷灘面，掀起大量表層泥沙，泥沙隨著潮流被輸送至別處，從而加劇灘面沖淤變化。臺風帶來的風暴潮使得邊灘沖刷或淤積呈現(xiàn)出復雜性與多樣性的特點[36]。

臺風對海灘的影響與臺風強度、路徑、方位、距離，以及當?shù)氐匦握诒纬潭让芮邢嚓P。在研究區(qū)內(nèi)近年均有臺風登陸，但以2021 年岸灘變化最為顯著。臺風導致海水上漲、植被帶后退，岸線蝕退加速，尤其是向海推進的構筑物加劇了風暴潮對岸灘泥沙的作用，同時泥沙的流失也影響構筑物基底的穩(wěn)定性。一年后近一半岸線有所恢復，但較停工時仍表現(xiàn)為向陸蝕退，尤其是斷面P7 持續(xù)下蝕。臺風帶來的風暴潮水動力作用強勁，能量巨大的波浪能將原來灘肩的泥沙搬移，塑造了沙壩型剖面。但鋪前灣剖面地勢整體表現(xiàn)為東低西高，與泥沙輸運方向一致。

3.5 岸灘養(yǎng)護建議

鋪前灣位于海南島東北側，易受臺風頻繁登陸影響，2021 年臺風對沿岸植被帶損毀較嚴重，建議加強植被帶補種，宜采用多層立體結構，增加植被根系對不同層泥沙的錨固作用，增強固沙效果，同時也提高臺風后的恢復速度。鋪前灣灣底（斷面P7 附近岸段） 在臺風一年后甚至出現(xiàn)下蝕加劇，出現(xiàn)0.6~1.4 m 的沖刷量，可進一步研究分析其附近侵蝕過程與范圍，考慮采用循環(huán)模式養(yǎng)護海灘，將西側棧橋附近淤積泥沙人工搬運至灣底侵蝕岸段，必要時可采取異地補沙，并結合水下潛堤等人工構筑物減小水動力對岸灘的沖刷。由于灣內(nèi)泥沙流失較為嚴重，應嚴格控制上游河道采砂、附近海域海砂開采等活動，維持海砂保有量不減少。沿海構筑物建設應充分考慮歷史風暴潮潮位線進行科學選址，避免向海推進占用沙灘資源。

4 結 論

基于實測和海圖資料分析了多年來?？阡伹盀嘲稙_淤動態(tài)變化特征，主要結論如下。

（1）鋪前灣岸灘沖淤的影響是綜合而復雜的，人工島修建的波影作用，沿岸輸沙量減少導致的沖刷趨勢，徑流入海通量減小，臺風浪過程加劇了侵蝕作用等都對岸灘的變化有關聯(lián)。

（2）1990—2007 年近岸泥沙輸運狀態(tài)表現(xiàn)為沉積，受強臺風登陸、入海通量減小等因素影響，近岸地形表現(xiàn)為沖刷狀態(tài)，以入?？谧兓顬槊黠@，鋪前灣灣頂總體呈現(xiàn)淤積態(tài)勢（2007—2019 年），岸線平均蝕退速度約1.4 m/a（2008—2016 年）。人工島修建后，岸線向海淤進，剖面總體變現(xiàn)為后濱淤積、前濱灘面沖刷，岸灘自東向西，由沖刷態(tài)勢轉為淤積態(tài)勢。臺風影響后，岸線平均蝕退距離21 m，平均蝕退約4.2 m/a，一年后（2021—2022 年） 岸線逐漸恢復，近一半岸線表現(xiàn)為向陸淤進10~20 m。

（3）岸灘剖面冬季形態(tài)以常浪型為主，遇臺風轉為風暴型，后恢復為常浪型。后續(xù)采集該岸段的夏季剖面數(shù)據(jù)可細化岸灘季節(jié)性的變化，反映出臺風后岸灘在不同季節(jié)的恢復情況。

（4）鋪前灣東側海灘泥沙流失而逐漸下蝕，西側則不斷沉積，可采用循環(huán)模式與人工構筑相結合的方式養(yǎng)護海灘，將西側沉積泥沙搬運至東側補沙，人工協(xié)助海灘的動態(tài)平衡，減小水動力對海灘的沖刷作用，穩(wěn)定后方陸域建設。

（5）沿海構筑物建設應充分考慮歷史風暴潮潮位線進行科學選址，避免向海推進占用沙灘。海岸帶綠化宜采用多層次立體植被結構，增加植被根系對不同層泥沙的錨固作用，增強固沙效果，提高臺風后的恢復速度。