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, 王永紅, 易李達玲

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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, 易李達玲2

(1. 中國海洋大學海洋地球科學學院, 山東青島 266100; 2. 中國海洋大學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。結果表明, 近8 a來海灘剖面表現為侵蝕狀態, 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期、劇變期和微調期3個時期。各時期剖面的季節性變化較復雜, 平穩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, 微調期剖面可能仍處于劇變期的恢復階段, 季節性變化不明顯。劇變期和微調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, 尤其當大于2 m的波高達到10%以上, 海灘地形可以和波高變化產生同周期的變化。因此波高變化基本控制了剖面的季節變化。而海灘長周期變化主要受控于風暴潮作用及其漫長的恢復期, 沿岸輸沙和海平面變化則一定程度上導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的重要研究內容, 主要受近岸波浪、潮汐、沿岸流、風等動力因子的影響[1], 一定程度上反映了復雜的海岸演變過程[2-3]。由于剖面連續測量難以為繼, 國內學者對砂質海灘剖面的研究, 多以月日短周期[4-5]或季節性的中期變化[6-7]為主。雖然部分學者分析過剖面多年的長期變化特征, 但主要集中于淤泥質潮灘, 測量數據有限且往往不連續。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據, 探討20世紀80年代以來十多年的剖面變化特征, 認為波浪作用和泥沙供應不足是導致海岸侵蝕的主要原因。李勝則[9]通過分析擔子島周圍岸灘十余年間隔的3 a海圖數據和2011年實測剖面資料, 指出近50 a來該岸灘的持續侵蝕與浪、潮、流綜合作用密切相關。而基于砂質海岸多年連續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性觀測, 顯示季節變化特征主要受波浪、地形和潮汐影響, 特別是暴風浪和常浪交替作用引起顯著的季節變化。國外沙灘剖面研究的時間尺度可達幾十年連續數據序列[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連續測量的剖面數據, 對多年變化特征及其影響因素進行分析, 進一步了解海灘演變過程, 為海灘的有效管理提供依據。

1 數據及方法

1.1 研究區概況

石老人海灘地處青島市石老人弧形海灣內, 弧形向東南開敞, 灣內無河流入海, 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]。水下有沙壩體系發育, 常浪下, 沿岸碎波帶寬約30~40 m[20]。全年風向以SE、N、NNW向頻率高, 具明顯的季節變化, 春夏盛行SE向風, 秋冬盛行N~NW向風, 年平均風速為5.5 m/s, 11月平均風速最大, 7、8月最小。冬春季寒潮頻繁, 集中在11月至次年2月。受季風影響, 研究區波浪有一定的季節性變化, 冬季偏北向浪占優勢, 是全年風浪出現最多、涌浪出現最少的季節; 夏季偏南向浪占優勢, 是全年涌浪出現最多、風浪出現最少的季節; 春秋處于過渡狀態。以波高小于1.5 m的中小型波浪為主, 頻率為95.37%, 臺風或大浪過境時出現較大波浪, 且各波級出現頻率以WN向最高[21]。海區潮汐為正規半日潮, 大潮平均潮差3.42 m, 小潮為1.77 m[22]。

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1.2 剖面數據采集

在石老人海灘沿垂直岸線方向共布設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報中心(圖2)。