海南岛万泉河口博鳌潮汐汊道演变及沿岸输沙率的计算.pdf

第3 0 卷第3 期 2 012 年9 月 海洋学研究 J o U R N A Lo FM A R I N ES C I E N C E S V 0 1 3 0N o 3 S e p t ，2012 文章编号：1 0 0 1 9 0 9 X ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 6 3 1 1 海南岛万泉河口博鳌潮汐汊道 演变及沿岸输沙率的计算 黄宝霞1 ，龚文平“，温晶2 ( 1 中山大学海洋学院，广东广州5 1 0 2 7 5 ；2 广东省气象台，广东广州 5 1 0 0 8 0 ) 摘 要：通过收集不同时期的遥感资料，结合已往的研究，分析了海南岛万泉河口博鳌潮汐汉道演变的年 际与季节性变化规律；根据实测波浪资料计算了年沿岸输沙率及沿岸输沙率的季节变化。结果表明，博 鳌潮汐汉道的演变具有周期性的规律，年际特征为南、北侧沙嘴分别向口门进积、口f - j 总体变窄；从1 0a 以上的尺度来看，封堵口门的趋势不断被洪季时的洪水和风暴潮增水所打断。另外通过沙嘴体积变化反 推了博鳌近岸的沿岸输沙率，其结果与C E R C 公式计算结果一致，表明此公式在博鳌岸段有较好的适用性。 关键词i遥感；沿岸输沙率；潮汐汉道；博鳌 中图分类号：P 7 3 7 1 2 + 1文献标识码：A 0引言 博鳌位于海南岛万泉河的人海口，是“博鳌亚洲 论坛”的永久性会址。博鳌河口湾内三江( 万泉河、九 曲江、龙滚河) 汇流，沙洲散布。博鳌万泉河河口为由 沙坝一汉道一渴湖构成的潮汐汉道体系。潮汐汉道的 发育与演变对航道的维护、口门内外的水交换与物质 输运及河口湾的水质与生态环境均具有重要意义。 关于潮汐汉道水动力、泥沙输运、地貌演变等，国 内外已进行了大量的研究 1 。2 。结果表明，对于波浪 作用为主的潮汐汊道，其口门一般较窄，水深较浅，落 潮三角洲发育较差，而涨潮三角洲发育相对较好n 3 ； 潮汐汊道的稳定性差，地貌多变，有的甚至会出现季 节性的封闭 3 3 ；当径流作用较强时，潮汐汊道的水动 力与泥沙输运、地貌演变特征与无径流作用时显著不 同。S H U T T L E w O R T He ta lL 4 0 研究了澳大利亚径 流作用为主的潮汐汉道M u r r a yR iv e r 中口内泥沙淤 积对径流变化的响应，表明径流减少加剧了溻湖内的 淤积；F I T Z G E R A L De ta l 5 3 的研究表明，对于有较强 径流作用的潮汐汉道，其口门断面面积比无径流作用 的潮汐汉道的大，且口门断面面积与纳潮量有良好的 相关关系，其落潮三角洲发育较好，泥沙输运以净向 海输出为主。 博鳌潮汐汊道的口门受沿岸输沙及上游径流的 共同作用，迁徙多变。迄今为止，对博鳌的泥沙输运、 地形演变、海底活动性、洪水过程、水体交换等都进行 了较多的研究 6 12 | ，这些研究成果大多基于有限的观 测资料，或进行地形图( 海图) 对比分析，或使用简化 的数值模型模拟水动力过程，远未充分反映博鳌潮汐 汊道演变的过程与机制。最近王洁等n 朝利用多个时 相的L a n d s a tT M E T M 卫星影像探讨了博鳌玉带沙 海滩的冲淤演变，但该工作未将博鳌的岸线演变与泥 沙输运、潮汐汊道过程较好地结合起来。许多重要的 科学问题并未得到很好的回答，如潮汐汊道的季节 性、年际变化规律如何? 根据现有的资料与研究结 果，博鳌近岸的输沙率达3 0 1 0 4m 3 7 ，在海南岛沿 岸的沙质海岸中属于相当强大的沿岸泥沙输运，但博 鳌口门自有地形资料以来从未封闭过，显然与季节性 封闭的潮汐汊道不同，其原因何在? 此外，沿岸输沙 率是沙质海岸中泥沙输运的关键参数，它对潮汐汉道 收稿日期：2 0 1 2 - 0 3 3 0修回日期：2 0 1 2 0 6 0 8 基金项目：国家自然科学基金资助项目( 4 0 9 7 6 0 5 2 ) 作者简介：黄宝霞( 1 9 8 6 一) ，女，广东韶关市人，硕士研究生，主要从事河口海岸动力学研究。E m a il：h b x ia m a il2 s y s u e d u cn * 通讯作者：龚文平，教授，g o n g w p m a ils y s u e d u cn 6 4 海洋学研究 3 0 卷3 期 的发育演变起着控制作用，博鳌海岸的沿岸输沙率究 竟多大? 沿岸输沙率的计算有多个公式，国际上已对 这些公式进行过相应的评价【l4 】6 ，这些常用的沿岸输 沙率公式( 这里选取美国海岸防护手册上的C E R C 公 式) 在博鳌岸段的适用性如何? 博鳌潮汐汉道的演变 与沿岸输沙率又有怎样的关系? 本文利用I 。a n d s a tT M E T M 及中巴资源卫星 ( C B E R S ) 影像，探索近2 0a 博鳌潮汐汉道的冲淤演 变及口门的变化规律，采用C E R C 公式计算近岸的沿 岸输沙率，并与口门附近沙嘴的变化相联系，试图从 动力机制上揭示博鳌潮汐汊道系统演变的特征及其 不同时间尺度的变化规律。本项研究对于波浪与径 流共同控制、且径流具有明显季节性变化的潮汐汉道 具有普遍意义。 l研究区概况 博鳌镇位于海南省东部琼海市的万泉河人海口 ( 图1 ) ，地处热带北缘，面临南海。区域内日照多，热量 足，雨量充沛，夏季长，冬季短，属热带季风型气候。全 年旱季和雨季分明，多年平均降水量为16 5 3 4m m ，降 水量主要集中在5 1 0 月，约占全年的7 6 8 1 ，其 中8 1 0 月降水量最多，约占全年的4 8 4 9 ，且降 水主要集中在几次由热带风暴引起的暴雨期间。 博鳌港主要风向以夏季的南向风( S S E 、S ) 和冬 季的北向风( N W 、N N W ) 为主，两者频率之和占全年 风频率的3 6 。根据邻近的琼海龙湾港( 其位置见 图1 ) 1 9 9 3 年1a 的实测资料，附近海区的波型以风 浪为主的混合浪为主，出现频率为6 9 6 ；其次为涌 浪为主的混合浪，出现频率为2 5 5 3 ；纯风浪和纯 涌浪的出现频率都很少，仅占0 1 7 ；常浪向为E 向，次常浪向为E S E 向，E 、E S E 、S E 、S S E 向浪占到总 频率的9 5 7 8 ；全年平均H ，为1 0 8m ，平均周期 为4 5S 。博鳌沿岸的潮汐为不正规全日潮，其口门 附近的年平均潮差为0 7 5m 。根据博鳌万泉河上游 琼海加积水文站的流量数据一 ，博鳌的年均径流量为 1 6 3 9m 3 s ，最大洪峰流量可达1 20 0 0m 3 s 。平均 而言，一个大潮周期内，潮棱体为1 1 6 1 0 6m 3 ，径流 量与潮棱体的比值为1 2 左右，表明博鳌万泉河河口 属于以径流作用占主导的类型。河口湾内水体高度 分层，盐水入侵的长度在5k m 以内，发育类似于盐水 楔的结构。博鳌河口湾通过一个宽约数百米的潮汐 汊道与外海相通。从潮汐与波浪动力的对比来看，博 鳌潮汐汊道属于以波浪作用为主的类型 8 。综合径 流、潮汐与波浪动力条件，可将博鳌万泉河河口定义 为受径流与波浪动力共同控制的潮汐汉道体系，潮汐 动力在维持口门水深中发挥着重要作用。 图1研究区位置及地形图 海南省海洋丌发规划没计研究院海南博鳌旅游度假区海洋旅游勘察规划可行性研究报告2 0 0 0 黄宝霞等：海南岛万泉河口博鳌潮汐汉道演变及沿岸输沙率的计算 6 5 研究区地势低平，平均海拔2 5 4 5m ( 相对于 平均海平面) 。区域内海岸地貌形态多样，滨海沙坝、 河口沙洲、河口湾、演湖景观等均有分布。研究区的 表层沉积物特征为河口湾以砂质粉砂为主，E l门北侧 沙滩主要为砾质砂，玉带滩为含砾砂一砂，且玉带滩北 部的沉积物比南部的粗u 。 2 研究材料与方法 本研究收集了1 9 9 5 年至2 0 lo 年】3 个时相的遥 感图像，进行岸线提取，对比分析不同时期的岸线与 沙嘴体积的变化。遥感数据包括L a n d a tT M E T M 图像1 1 景、C B E R S - 0 2 星的C C D 数据z 景( 表1 ) ，其 中L a n d s a tT M E T M 数据来源于国际科学数据服务 平台，C C D 数据来源于中国资源卫星中心。 表1 使用遥感数据列表 T a b 1 R e m o t es e n s in gd a t a T M E T M 数据与C C D 数据波段均采用R 、G 、B 分别为5 、4 、3 的组合，遥感图像处理过程如下： ( 1 ) 影像校准。为了保证精确提取水边线位置， 以2 0 0 1 年1 2 月2 9 日的影像为基准影像，其他影像 多通过基准影像配准n7 | ，在图上选取2 0 个分布均匀 的地面控制点进行配准，占8 5 以上的地面控制点 的校正误差均在0 ，5 个像元以内u “。 ( 2 ) 水陆边缘提取。为区分水陆界限，确定地面 上有无水体覆盖，选择近红外波段的影像口9 。20 I 。而 L a n d s a tT M E T M 及C C D 中第4 波段可认为是近 红外波段，因此在E N V I 软件中利用第4 波段将陆地 屏蔽，将陆地与水体区分开。 ( 3 ) 降噪滤波。图像上含有许多尖锐的“噪声”， 因此需要采用中值滤波来平滑图像，滤去亮度低于砂 质和高于砂质的“噪声- D 9 3 。 ( 4 ) 提取水边线。采用R o b e r t s ，P r e w it t ，S o b e l， N D W I 和C a n n y 等算子分别对图像进行边缘检测试 验，发现C a n n y 算子对图像的提取效果最好，这与马 小峰等比如研究海岸线提取方法的结论一致，因此采 用C a n n y 算子提取水边线。具体做法是：用I D L 语 言编写C a n n y 算子程序，输出图像。然后在A r cG I S 中提取水边线。 ( 5 ) 水边线的潮位校正。从遥感影像中提取的影 像一般为瞬时水边线，并非海岸线，且博鳌沿海的地 形起伏小，坡度较缓，因此要考虑潮差的影响，对水边 线做潮位校正。潮位校正一般根据卫星过顶时刻即 影像成像时刻的潮位高度、平均大潮高潮位的潮水高 度( 即海岸线位置) 以及岸滩坡度等信息，计算出水边 线至海岸线的距离( 校正距离) ，从而确定成像时刻真 正意义上的海岸线n 3 矗1 。跎 。岸滩坡度由现场R T K 实 测资料获得口3 | 。 ( 6 ) 面积与体积量算。在A r cG I S 中，计算出各 个年份的沙嘴面积，再根据博鳌附近2 0 0 9 年的实测 高程数据 1 胡以及2 0 0 8 年的实测水深资料( 内部资 料) ，计算沙嘴体积。 3 结果分析和讨论 3 1 博鳌万泉河口门和口门南、北两侧沙嘴的年际变化 图2 图4 为1 9 9 5 年以来不同时期遥感图所揭 示的岸线变化，不同时期口门南侧沙嘴( 即玉带滩) 的 体积列于表2 。 由图2 可以看出，1 9 9 5 年4 月到1 9 9 9 年1 2 月之 问，博鳌口门南侧沙嘴的头部向南退缩约2 5 0m ，沙 嘴的轴线向岸外偏移，这些变化应为受径流冲刷作用 所致；与此同时，口门北侧的沙嘴也向北退缩。该时 一一一一一一一一一一一一一 薰丐慧黧篡 一一一一一一一一一 篇蚕篡辫嬲 6 6 海洋学研究 3 0 卷3 期 期内口门的宽度增加了近5 0 0m 。与口门变宽相对 应，口内的沙洲受到侵蚀向陆退缩，应为波浪作用所 致。这一时期玉带滩沙嘴的体积增加了6 9 5 1 0 4I T l3 。 1 9 9 9 年1 2 月至2 0 0 0 年1 1 月，口门南侧的沙嘴进一 步向南迁徙，而北侧的沙嘴基本未变化，口门的宽度 进一步增大，达5 7 8m 。造成这一变化的动力因素为 2 0 0 0 年1 0 月1 1 1 6E l，海南岛普降暴雨，琼海的降 雨量高达5 2 4r a m z 3 而形成的强大径流作用。从 2 0 0 0 年1 1 月的岸线图可以看出，口门南侧的沙嘴被 冲缺后，部分泥沙在岸外堆积为落潮三角洲，潮汐汊 道变成双口门的形式。这一时期玉带滩沙嘴体积减 少了4 8 2 1 0 4m 3 。? 0 0 0 年1 1 月至2 0 0 1 年1 2 月， 原来的落潮三角洲已并岸，而口门南侧的沙嘴则向北 延伸，口f - j 北侧的沙嘴向南迁移，口门宽度变小，潮汐 汉道又变为单口门的形式。与此同时，口内的沙洲被 侵蚀后向陆退缩，而玉带滩的北部向海一侧岸线侵蚀 后退明显。这一时期玉带滩沙嘴体积减少了1 1 8 6 1 0 4m 3 。 图21 9 9 5 - - 2 0 0 1 年万泉河口门附近的岸线变化图 F ig 2 C o a s t lin ech a n g en e a rt h eW a n q u a nR iv e rm o u t hf r o m1 9 9 5t o2 0 0 1 由图3 可以看出，2 0 0 1 年1 2 月至2 0 0 2 年1 0 月， 口门南侧沙嘴向北延伸了近2 0 0I T I ，而北侧沙嘴也向 南扩展，口门宽度减小。这一时期内玉带滩沙嘴的体 积增加了7 7 9x1 0 4m 3 。2 0 0 2 年1 0 月至2 0 0 3 年4 月，口门南侧沙嘴继续向北迁移，北侧沙嘴也继续向 南迸积，并发育内弯沙嘴，口门进步缩窄。这一时 段内沙嘴体积减少了1 3 6 4 1 0 4m 3 ，主要由南侧沙 嘴向海侧的侵蚀后退所致。2 0 0 3 年4 月至2 0 0 4 年3 月，口门南侧沙嘴向北延伸，北侧沙嘴刷向北退缩，口 门宽度缩窄到只有1 0 0m 左右；口内沙洲则向海扩 展。这期间玉带滩沙嘴体积增加了2 2 4 7 1 0 4m 3 。 图32 0 0 1 - - 2 0 0 4 年万泉河口门附近的岸线变化图 F ig 3 C o a s t lin ech a n g en e a rt h eW a n q u a nR iv e rm o u t hf r o m2 0 0 1t o2 0 0 4 黄宝霞等：海南岛万泉河1 2 1 博鳌潮汐汊道演变及沿岸输沙率的计算 6 7 由图4 可以看出，2 0 0 4 年3 月至2 0 0 7 年1 0 月，口 门南侧沙嘴向南退缩约3 0 0m ，而口门北侧沙嘴则向北 退缩约1 0 0m ，口门宽度显著增大，达4 3 2m 。伴随着 口门展宽，口内沙洲遭受侵蚀。这一时期玉带滩沙嘴 体积减少4 4 2 1 0 4m 3 。2 0 0 7 年1 0 月至2 0 0 8 年1 1 月，口门南侧沙嘴向N E 延伸近1 5 0m ，而口门北侧沙 嘴也向南进积，口门宽度有所减少，这一时期玉带滩 沙嘴的体积减少1 3 3 9 1 0 4m 3 。2 0 0 8 年1 1 月至 2 0 1 0 年9 月，口门南侧沙嘴向北有所延长，北侧沙嘴 则向南略有延伸，口门宽度变化不大。这一时期玉带 滩沙嘴体积增加了1 7 6 4 1 0 41 T 1 3 。与2 0 0 8 年相比， 2 0 1 0 年玉带滩向海一侧有明显的淤积趋势。 图42 0 0 4 - - 2 0 1 0 年万泉河口门附近的岸线变化图 F ig 4 C o a s t lin ech a n g en e a rt h eW a n q u a nR iv e rm o u t hf r o m2 0 0 4t o2 0 1 0 总体来看，自1 9 9 5 年以来，万泉河口门宽度反复 变化，口门南侧沙嘴以向北延伸为主，达到一定程度 后受到径流与落潮流的共同作用而被冲决，部分被冲 决的沙嘴停留在岸外，潮汐汊道由单口门变为双口 门，尔后岸外沙体又缓慢并岸，潮汐汊道重新变为单 口门的形式。口门北侧的沙嘴变化幅度相对较小，并 以向南扩展为主。口门南侧的玉带滩以侵蚀后退 为主。 3 2 博鳌万泉河口门及沙嘴的洪、枯季变化 将2 0 0 1 年不同季节的遥感图进行对比可知( 图5 和表3 ) ，2 0 0 0 年1 1 月至2 0 0 1 年的4 月( 枯季) ，口门 南侧沙嘴向北延伸，北侧沙嘴则向南扩展，口门宽度 减小；与此同时，2 0 0 0 年1 1 月见于岸外的沙体已消 失。2 0 0 1 年4 月到8 月( 枯季至洪季的转换期) ，博鳌 口门变化不明显，口门宽度变化不大，但玉带滩向海 一侧趋于淤积。2 0 0 1 年8 月到9 月( 洪季) ，万泉河口 图5 洪、枯季万泉河口门附近的岸线变化图 F ig 5 C o a s t lin ech a n g en e a rt h eW a n q u a nR iv e rm o u t hd u r in gd r ya n dw e ts e a s o n s 6 8 海洋学研究 3 0 卷3 期 门变化剧烈，口f - i南侧沙嘴受到强烈侵蚀，后退近 2 5 0m ；北侧沙嘴横向上受到侵蚀，但纵向上变化不 大，口门宽度显著增大；玉带滩向海一侧有微弱的侵 蚀现象。这一时期的口门变化主要与由2 0 0 1 年1 4 号台风“菲特”带来的强降雨过程有关。2 0 0 1 年9 月 到1 2 月( 枯季) ，口门南侧沙嘴由N E 向N N E 方向淤 积伸展，口门北侧沙嘴也向南进积，口门宽度明显变 窄，而玉带滩向海一侧有比较明显的蚀退趋势。 表3 万泉河口门宽度洪、枯季变化及玉带滩沙嘴体积变化 T a b 3 C h a n g e so fW a n g q u a nR iv e rm o u t h Sw id t ha n d v o lu m eo ft h eY u d a it a ns a n ds p itd u r in gd r ya n dw e tseasons 根据博鳌万泉河口门的年际与季节性变化特点， 其泥沙运动规律表现为： ( 1 ) 博鳌万泉河口门南侧沙嘴的冲缺及口门的展 宽与台风暴雨过程有关。如2 0 0 0 年5 月1 0 日在博 鳌近海出现6 7 级大风，万泉河流域发生强降水过 程凹 ，南沙嘴即玉带滩顶部被冲开一个缺口，造成玉 带滩北部沿N E 方向伸展，大大偏离1 9 9 5 年口门位 置。大风与暴雨过后，在波浪和潮流的共同作用下， 口门南侧沙嘴又不断向北延伸并逐渐与被冲断的沙 嘴相连 9 1 ( 图2 ) 。与此同时，博鳌万泉河口门宽度呈 周期性变化：洪季口门宽度增大，枯季口门宽度减小。 ( 2 ) 与K R A U S _ 2 4 。提出的落潮三角洲中泥沙的转 运模式类似，博鳌潮汐汊道的口门外泥沙也经历着从 上游( 口门南侧) 到落潮浅滩，到转运坝，再到下游岸 线的输运过程。这一过程可以从图5 中2 0 0 0 1 1 一0 8 至2 0 0 1 0 4 1 7 的岸线变化中清晰地看到。 3 3 采用波浪条件计算博鳌近海的沿岸输沙率 对河口海岸地区，沿岸输沙的大小和方向决定了 该地区的地貌演变。博鳌近海是典型的波控型海 岸，了解博鳌近海的沿岸输沙率对分析博鳌的沙嘴 与潮汐汊道口门的演变至关重要。 在博鳌海区没有进行专门的波浪观测，这里采用 琼海龙湾港( 位置如图1 ) 的资料( 表4 ) ，根据美国 海岸工程手册的C E R C 公式 2 5 1 计算沿岸输沙率： f。厅、。 Q l K 1 1 _ 上旦鱼_ 一l H 虿s in ( 2 虮) ( 1 ) 1 6 ，f i( 1 D s - p ) ( 1 一行) J 式中：Q ，为以体积计量时的沿岸输沙率；K 为无量纲 的经验系数，计算沿岸输沙率一般取0 7 7 ；p 为海水 密度，这里取1 0 2 5k g m 3 ；胁为泥沙密度，这里取 2 6 5k g m 3 ；H b 为波浪破碎时的波高；J c为破波指 数，一般取0 8 ；( 2 b 为波浪破碎时波峰线与岸线之间 的夹角，即波浪破碎角；以为泥沙的孔隙率，取为0 4 。 根据该手册中介绍的简化方程( 假定近岸等深线与岸 线平行) ，由外海波浪参数求出破波参数，再由方程 ( 1 ) 计算出博鳌近海不同方向的波浪造成的沿岸输沙 率( 其断面位置如图1 所示) 。结果如表5 所示，其中 诤沿岸输沙率( Q 。) 为各向浪产生的输沙率之和，而 总沿岸输沙率( Q 。) 则为各向浪产生的输沙率的绝对 值之和。 表4 龙湾港地区的主要波浪参数 T a b 4 M a inw a v ep a r a m e t e r sinL o n g w a n 方向 平均g q ?平均N 篓H ：。最N 篇蕊? 出现频率力川 smmm 期s 出现删半 0 2 1 0 12 1 2 8 2 7 0 6 2 6 2 5 2 0 7 9 2 1 6 8 2 0 0 0 12 0 0 8 0 0 4 0 12 注：空白处表示无数据。 由表4 可知，E 、E S E 、S E 、S S E 向浪的频率之和 超过9 0 ，因此表5 中E 、E S E 、S E 、S S E 向浪造成的 沿岸输沙率所占比重远大于其他方向。断面1 和2 分布在博鳌I ：1 门北侧，净沿岸输沙率分别为4 7 4 1 1 0 4 和3 4 6 4 1 0 4m 3 a ，泥沙均向北运动，表明断面 1 和2 之间的岸段将发生侵蚀，每年的侵蚀量为 1 2 7 7 1 0 4m 3 。断面3 、4 和5 分布于博鳌口门南 侧，净沿岸输沙率分别为1 6 4 1 0 4 ，4 8 0 4 1 0 4 和 2 5 4 4 1 0 4m 3 a ，各断面的泥沙均向北运动，表明断 面3 与断面4 之间岸段趋于淤积，每年的淤积量为 4 6 4 0 1 0 4 m 3 ，断面4 与断面5 之间以侵蚀为主，每 年的侵蚀量为2 2 6 0 1 0 4 m 3 。 E眦距溉s孽；孛；一wM一 黄宝霞等：海南岛万泉河口博鳌潮汐汊道演变及沿岸输沙率的计算 6 9 注：向南为正，向北为负；Q w 为净输抄率，Q 。为总输沙率。 值得说明的是，我们计算的结果与文献 7 的量 值并不一致，由于采用的计算公式不同，断面所处的 位置也有差异，产生这样的不一致是可能的。 根据龙湾港的1a 实测波浪资料，进一步计算各 断面每月的南向、北向及净沿岸输沙率可知( 表6 ) ： 各断面全年的净沿岸输沙大部分都指向北，且以9 1 2 月的量值为大。而断面3 的净沿岸输沙呈现显著 的季节性变化，在冬半年( 1 1 月至次年3 月) 的净沿 岸输沙指向南，而其它月份的净沿岸输沙向北，且向 北的净沿岸输沙以9 1 0 月为大。 表6 各断面各月的沿岸输沙量 1 0 4r n 3 T a b 6 L o n g s h o r es e d im e n tt r a n s p o r to fd if f e r e n ts e ct io n sine a chm o n t h 项目1 月2 月 3 月 4 月5 月 6 月7 月8 月9 月1 0 月1 1 月1 2 月 断面1南向 1 7 51 3 12 1 30 3 7o 0 3o 0 30 1 00 9 7o 0 2 o 0 72 0 14 3 7 北向 3 72 3 3 2- 4 1 42 3 02 5 0 3 2 0 4 0 1 3 ，0 2 6 3 9 7 3 2 8 5 9 13 1 9 净一t 9 6 2 o l2 o l一1 ，9 3 2 4 6 3 1 7 3 9 l一2 0 56 3 67 2 5 6 5 9一8 8 2 断面2南向 2 6 41 9 13 5 4o 5 1o 0 6o 0 4o 1 81 ，6 2o 0 4o 123 2 3 7 2 5 北向 3 2 2 2 9 33 5 32 1 8 2 5 23 3 0 3 9 93 12 6 1 7 6 8 5 7 5 4 一n 4 7 净o 5 81 0 2o 0 11 6 72 4 6 3 2 6 3 8 11 ，5 06 ，l2 6 7 3 4 3 1 4 2 2 断面3南向4 6 2 3 2 4 6 7 2o 8 4 o 0 9o 0 8o 2 63 0 7o 0 8o 2 35 9 9 13 7 2 北向一1 8 3 1 8 1 1 8 61 7 72 4 7 3 3 7 3 8 13 1 55 2 4 5 2 8 4 5 4 ；6 1 净2 7 9 1 4 34 8 6o 9 32 3 8 3 2 9 3 5 5o 0 8 5 165 0 5L 4 57 1 l 断面4南向 1 7 01 2 82 0 6o ，3 6o ，0 3o 0 20 。0 9o 9 40 0 2 o ，0 71 9 44 2 3 北向 3 7 3 3 3 44 1 62 3 0 2 4 9 3 1 9 4 o l一3 0 26 4 07 3 4 8 6 3 1 3 2 7 净2 0 3 2 0 62 1 01 9 4 2 4 63 16 3 9 2 2 0 86 3 77 2 7 6 6 9 9 0 4 断面5南向3 2 3 2 3 i4 5 0o 6 lo 0 5o 0 5o 182 0 5o o S0 1 54 0 6 9 1 9 北向 2 8 5 2 6 33 0 8 2 0 8 2 5 43 3 5 43 0 3 ， 65 9 66 4 6 6 7 5一lO 1 8 净o 3 8 0 3 21 4 2 1 4 7 2 4 8 3 3 0 3 8 2 1 ，1 15 9 l一6 3 1 2 6 9一o 9 9 各断面均表现出具有双向输沙的特征，即各月份 中既有南向，也有北向的输沙。对于博鳌万泉河口门 的北侧断面( 断面2 ) 而言，1 1 1 2 月除有很强的北向 输沙外，南向输沙也较为强劲。对博鳌万泉河口门的 南侧断面( 断面3 ) ，1 l 1 2 月除南向输沙很强外，北 向输沙也有相当的量值。 4 讨论 4 1 博鳌潮汐汉道的演变模式与稳定性分析 由博鳌万泉河口门的季节性变化( 图5 ) 可知，每 年的1 11 2 月，E 向和E S E 向浪占绝对优势，且该方 向的波高大，波浪作用强，口门附近波浪引起的横向 输沙作用强，并在口门南侧可能的局部北向环流作用 下口 ，泥沙向岸与向北搬运，从而使南侧沙嘴由N E 走向折向N N E 向。与此同时，口门北侧岸段波浪也 发生局部的折绕射，泥沙向口门内输运。每年的1 4 月，波浪以E 向和E S E 向为主，但波高相对于1 1 1 2 月显著减小，沿岸输沙率较小，这一时期口门南侧 沙嘴略向北延伸。5 8 月，波向以S E 向和S S E 向占 主导，但波高较小，沿岸输沙较弱，博鳌近海的所有断 面均为北向沿岸输沙，口门南侧沙嘴向北延伸，幅度 较小。91 0 月，波向仍以S E 向和S S E 向为主，但波 高增大显著，产生的北向沿岸输沙加强，口门南侧沙 嘴向北延伸剧烈。 7 ( ) 海洋学研究3 0 卷3 期 随着南侧沙嘴的不断北延，口门宽度呈不断减小 之势。每年的5 1 0 月，博鳌海岸均会遭遇热带风暴 及其带来的大量降水，强大的洪水将日渐缩窄的口门 冲缺，使口门宽度增大，同时部分冲决的沙体堆积于 岸外，呈现出“双口门”的型式。风暴过后，南侧沙嘴 又在常浪作用下，继续向北延伸，同时岸外的沙体也 在波浪作用下向岸迁移、转运、并岸。如此，又开始新 一轮的循环。 如果从年际或年代际的时间尺度来看，根据已有 研究，1 9 7 6 年时，潮汐汊道为双口门入海形式，南口 门宽4 8 0r n ，北口门宽1 9 0in ，两口门之间有一小沙 坝。1 9 8 5 年时南、北两侧的沙嘴都向口门处延伸，北 口门被封闭，北沙嘴向南延伸5 2 31 1 3 ，南沙嘴向北延 伸2 5 0m ，潮汐汉道成为单口门入海的形式，口门宽 约3 1 3m 。1 9 8 7 年时，南、北沙嘴继续延伸，口门宽仅 2 2 0m 。到1 9 8 9 年时，北侧的沙嘴在其根部被冲开， 南侧的口门为主汉，南侧沙嘴向N E 方向延伸6 5 0m ， 而原北侧沙嘴也被冲决而向N 退缩，距离达2 5 9I T I ， 南口门宽为3 2 6m ，北口门宽仅为5 8m ，潮汐汊道又 变成双口门形式。1 9 9 3 年时，又成为单口门形势，口 门宽度变为约1 2 3m ，南沙嘴由偏向N E 方向改为偏 向N N E 方向；而北沙嘴则向北退缩约2 3 6m 。1 9 9 6 年时，南沙嘴向北延伸8 3m ，沙嘴头部成为鸟嘴状， 分析该地貌特征的成因：一方面沙嘴向N E 方向发 育，同时又受到波浪的横向改造，成为近于N N E 向， 而其南边则是由于向北的沿岸输沙受阻后落淤形成； 此时北沙嘴完全并岸，口门宽达3 1 4 5r n 。1 9 9 8 年时 南沙嘴的头部又被冲开，潮汐汊道又呈双口门人海的 形式。2 0 0 0 年5 月7 日笔者现场调查时，南、北沙嘴 又分别向口门延伸，口门宽仅1 0 01 i3 左右，且口门断 面的浅滩明显，主槽偏于南侧。而在2 0 0 0 年5 月1 0 日时，由于海上6 7 级大风持续几天，又恰逢万泉河 流域普降大雨，北沙嘴与南沙嘴又被冲开，河口又呈 双口门方式。 结合本文收集到的1 9 9 5 年以来的遥感资料，也 可以发现博鳌潮汐汊道的南侧沙嘴( 玉带滩) 不断向 北延伸，北侧沙坝也向南进积，口门呈不断缩小之势， 而这一趋势又常被洪季的强大径流作用所打断。 关于博鳌潮汐汊道的稳定性，已有多篇文献进行 过探讨 9 j 。通常认为维持博鳌潮汐汊道开敞的主要 动力因子为径流与潮流共同形成的落潮流。而造成 潮汐汉道口门淤闭的主要动力过程为：( 1 ) 口门南、北 两侧沙嘴分别向北和向南延伸 2 7 3 ；( 2 ) E l门外落潮三 角洲的泥沙在波浪横向作用下向岸搬运 3 。 现有研究结果还表明 9 ，根据A - P 关系，博鳌潮汐 汊道口门断面面积已小于均衡断面面积，潮汐汉道处 于不稳定状态。值得说明的是，上述A - P 关系中并未 反映径流的作用，可能不一定完全适合于博鳌潮汐汊 道。不稳定表现在汊道断面易于迁徙，汊道的水深不 易维持。从博鳌口门的演变来看，在口门较窄时，断面 水深大，而在口门变宽时，口门断面上明显有浅滩分布。 事实上，在强大的沿岸输沙作用下，博鳌潮汐汊 道在有地形资料的近4 0a 来，并未发生口门封堵的 情况。我们认为，形成这一状况的主要原因有3 点： ( 1 ) 博鳌潮汐汊道为落潮优势型的流速不对称 根据现有的流速观测资料以及溻湖内2a 的水 位观测资料，博鳌潮汐汊道的涨潮历时长，落潮历时 短，与之相对应，落潮流速强于涨潮流速。落潮优势 型的流速不对称有助于泥沙的向外海输出，从而对减 轻口门内的泥沙淤积发挥作用。 ( 2 ) 沿岸输沙量与径流季节变化的时相关系 由上述分析可知，博鳌近岸的沿岸输沙以自南向 北的输运为主，且这一北向输沙在9 1 0 月较强。而 海南岛台风的多发季节是每年的8 1 0 月。较强的 沿岸输沙正好与最可能出现的台风暴雨相对应，台风 造成的暴雨正好抵消了由强大北向沿岸输沙造成的 口门封堵之危。 ( 3 ) 口门外的特殊地质基础 博鳌万泉河口门的近岸礁石密布，礁石之间存在 狭窄水道，水道内流速较大，泥沙难于在此落淤，导致 潮汐汊道的落潮三角洲发育不好。另一方面，由于礁 石存在，波浪在破波带提前破碎，能量也因之得到提 前耗散。在近岸破碎时，波浪产生的紊动动能小，加 上近岸的海底松散沉积物少，所能扰动的泥沙量少， 从而波生向岸流搬运的泥沙量也少，不可能出现由于 泥沙的横向搬运而导致口门封闭的现象。 上述分析更多地为推测，我们将在以后的工作 中，通过现场观测与数值模拟的方法加以定量研究。 4 2 从玉带滩沙嘴体积变化反推沿岸输沙率 玉带滩沙嘴体积的变化，是由玉带滩的面积及沙 体的厚度变化而决定的。玉带滩体积的变化，由两大 因素决定：一是沿岸输沙作为一个泥沙源，使玉带滩 向北延伸，其体积增大；二是进入口门的沿岸输沙，在 口门内被水流带走，或进入后湾而流失，或进入外海 成为口外浅滩。这两大因素的收支决定了玉带滩沙 嘴体积的变化，表现为泥沙体积平衡方程： 黄宝霞等：海南岛万泉河口博鳌潮汐汊道演变及沿岸输沙率的计算 7 1 d V = Q i。一Q I 。 ( 2 ) 式中：d V 为沙嘴体积的变化，Q i。为沿岸输沙中使沙 嘴体积增大的部分，其与沿岸输沙的比值可由口门水 深与破波点水深的比值来确定2 8 ，即Q ；。= 亓L J cQ k ，其 中Q 。为沿岸输沙量，D 。为口门的最大水深，D 。为破 波点水深，可由D 。一1 6 H 。确定 29 | 。而Q t 。为由口 门内水流携带的泥沙输移量，表示为o Q l。一叫旦 二竺二U 。叫。 ( 3 ) D g 式中：为经验系数，其量级为l；r 。为底切应力；U 。 为口f 1 内平均流速；Z O 。为口门宽度；r c。一0 。，( iD 。一p ) X g d 。，d 。为泥沙中值粒径，P 。为泥沙的密度，口。，为临界 S h ie ld s 参数： 一r + o o s s l- 1 一e x p ( 一o 0 2 D 。) ( 4 ) 式中：D 。一d 。 ( s - - 1 ) g v 2 V 3 ，s = p 。p ，u 为动力粘滞 系数。 r 。一| 0 cf U ： ( 5 ) 式中：C 。为底摩擦系数，这里取为0 0 0 2 5 。U 。可根据 潮棱体P 求出： U 。一鲁I _ ( 6 ) o 式中：丁为潮周期，由于博鳌海岸的潮汐特征基本上 为在一个周日内出现一次高潮与低潮，这里以平均的 潮周期与潮棱体来求解；A 。为口门断面面积。 以2 0 0 1 年为例，假定潮汐汊道口门的变化过程 中，潮棱体并未发生显著改变，即口门断面面积的变 化对潮波的传播未产生明显的影响。 2 0 0 1 年4 8 月，玉带滩沙嘴体积增加2 8 8 1 0 4m 3 ，而口门内水流带走的泥沙量约为1 5 4 7 1 0 4m 3 。又由于4 月至8 月期间的1 1 0 波高约为 0 7m ，其破波点水深比口门水深小。由此近似认为 沿岸输沙量为沙嘴体积的增加与口门内水流带走的 泥沙量之和，这样得出的沿岸输沙量为1 8 3 5 1 0 4m 3 。而根据C E R C 公式计算的断面3 在4 8 月 的净沿岸输沙量为1 2 7 1 0 4m 3 。 2 0 0 1 年8 9 月，口门南侧的沙嘴向南退缩，显 然是由于台风暴雨造成的洪水冲决口门沙嘴所致，由 于我们没有当时的径流资料，所以这一期间的沿岸输 沙量不好估算。 2 0 0 1 年9 1 2 月，南侧沙嘴的体积减少1 7 1 1 0 4m 3 ，而口门内水流带走的泥沙量约为6 2 7 1 0 4m 3 ，由此估算的沿岸输沙量为4 5 6 1 0 4m 3 ，而 该时期根据C E R C 公式计算的断面3 的净沿岸输沙 率为1 6 5 1 0 4m 3 。 可见，根据C E R C 公式计算的沿岸输沙量与由泥 沙平衡反推的沿岸输沙量之间有一定差异，造成这一 差异的原因可能为：( 1 ) 口门水流带走的泥沙并不全 由沿岸输沙补给，外海的横向输沙以及上游的河流来 沙对口门水流携带的泥沙有一定贡献。( 2 ) 口门断面 面积、纳潮量、口门水深在计算期间内都发生着变化， 用平均的潮棱体、口门水深与宽度进行计算，可能带 来一定的误差。( 3 ) 沿岸输沙的计算中，未考虑波浪 在传播到口门附近时发生复杂的折绕射变化，从而导 致破波参数也发生显著变化所带来的影响。( 4 ) 龙湾 港的波浪条件与博鳌海岸的有一定差异，采用龙湾港 的资料进行沿岸输沙率计算应产生一定的误差。 尽管存在上述误差，但这2 种不同方法计算得到 的沿岸输沙量还是比较接近的，这在一定程度上增强 了我们对由沙嘴体积反推的沿岸输沙量可信性的 信心。 5 结论 ( 1 ) 博鳌潮汐汊道的口门与沙嘴演变呈现出年际 变化以及显著的季节性变化特征。从年际变化来看， 口门南侧沙嘴以向北延伸为主，北侧沙嘴也向南进 积，潮汐汊道的口门总体上以变窄为主。从季节性变 化来看，每年1 1 月至次年3 月，北侧沙嘴南迁，南侧 沙嘴北延，口门不断缩窄；4 8 月，沿岸输沙量较小， 沙嘴与口门的变化相对较小；9 1 0 月沿岸输沙量较 大，而该时期为台风多发期，台风暴雨易冲决口门，这 一时期内口门变化较大。当然这一划分并不是绝对 的，很大程度上受台风暴雨出现时间的影响。 ( 2 ) 博鳌潮汐汊道未出现季节性封闭的原因可能 在于：1 ) 落潮优势的流速不对称型；2 ) 沿岸输沙发生 较强的季节正好与台风暴雨的多发期吻合；3 ) 口门内 外的水下礁石群的存在。 ( 3 ) 对沿岸输沙率的计算有不同的公式，本文通 过C E R C 公式计算结果与通过沙嘴体积变化反推的 沿岸输沙率进行对比，表明两者有一定差别，但在量 值上较为接近。 致谢感谢华东师范大学河口海岸国家重点实验室的陈沈良 教授与陈燕萍博士提供在博整玉带滩的R T K 实测高程与海 滩坡度资料，感谢国家海洋局第二海洋研究所的贾建军研究 员提出了中肯的修改意见。 7 2 海洋学研究3 0 卷3 期 参考文献( R e f e r e n ce s ) ： 1 Z U OH a o ，G A OS h u S im u la t io no ff lo o d in gp r o ce s s e sinB o a o H a r b o u r ，H a in a nI s la n d J M a r in eS cie n ceB u lle t in ，2 0 0 5 ，2 4 ( 1 ) ：8 1 7 2 3 左浩，高抒海南岛博鳌港洪水过程模拟E J 海洋通报，2 0 0 5 ，2 4 ( 1 ) ：8 - 1 7 H A Y E SMO B a r r ie ris la n dm o r p h o lo g ya saf u n ct io no ft id a la n d w a v er e g im e c L E A T H E R M A NSP B a r r ie ris la n d N e w Y o r k ：A ca d e m icP r e s s ，19 7 9 ：卜2 8 F I T Z G E R A I 。DDM G e o m o r p h o lo g icv a r ia b ilit ya n dm o r p h o d y n a m ica n ds e d im e n t o lo g icco n t r o lso nt id a lin le t s J J o u r n a lo f C o a s t a lR e s e a r ch ，1 9 9 6 2 3 ：4 7 7 1 r 4 1R A N A S I N G H ER ，P A T T I A R A T C H IC T h es e a s o n a lclo s u r eo f t id a lin le t ：W ils o nin le t ，aca s es t u d y J C o a s t a lE n g in e e r in g ， 2 0 0 3 ，3 7 ；6 0 i- 9 2 7 5 S H U T T I ，E W O R T HB ，W O I D TA ，P A P A R E I ，I ，AT ，e ta 1 T h e d y n a m icb e h a v io u ro far iv e rd o m in a t e dt id a lin le t ，R iv e rM u r r a y ， A u s t r a lia J E s t u a r in e ，C o a s t a la n dS h e lfS cie n ce ，2 0 0 5 ，6 4 ：6 4 5 6 5 7 6 F I T Z G E R A L DDM ，B U Y N E V I C HI ，V ，D A V I SJ RRA ，e ta 1 N e w E n g la n dt id a lin le t sw it hs p e cia l r e f e r e n cet or iv e r in e - a s s o ci a t e din le ts y s t e m s J G e o m o r p h o lo g y ，2 0 0 2 ，4 8 ：1 7 9 2 0 8 7 9G A OJ ia n h u a ，G A O S h u ，C H E NP e n g ，e ta 1 L o n g s h o r es e d i m e n tt r a n s p o r ta lo n gt h eco a s to fB o a oH a r b o u r ，H a in a nI s la n d j M a r in eG e o lo g y & Q u a t e r n a r yG e o lo g y ，2 0 0 2 ，2 2 ( 2 ) ：4 1 - 4 8 ， 高建华，高抒，陈鹏，等海南岛博鳌港沉积物的沿岸输送E J 海 洋地质与第四纪地质，2 0 0 2 ，2 2 ( 2 ) ：4 1 4 8 8 Z H A N GZ h e n k e L a n d s ca p