北海銀灘泥化與硬化成因初探

張春華，劉金貴，楊靜

（1.國家海洋局北海海洋環境監測中心站，廣西北海536000；2.國家海洋環境預報中心，北京100081；3.國家海洋局海洋災害預報技術研究重點實驗室，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境監測中心站，廣西北海536000；2.國家海洋環境預報中心，北京100081；3.國家海洋局海洋災害預報技術研究重點實驗室，北京100081）

基于現場調查資料、近岸水動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砂，水下岸坡沉積物為砂質覆蓋，向海則變為泥質沉積，銀灘泥化灘面泥沙中含有較高的“腐泥”成分；（2）銀灘附近幾個主要排污口的污水能夠進入銀灘海域，懸浮物濃度高值出現在江河或排污口入海口附近；（3）從泥沙輸運的直接來源和污水排放導致的間接來源分析沙灘的泥質來源，人類活動的過度頻繁造成了大量污水排入銀灘海域，勢必攜帶大量的污泥進入該海域；（4）入海泥沙在排放口附近海域落淤，污水中的“腐泥”成分在一定海洋動力條件下，在經歷長期的累積固結過程，使沙灘發生泥化與硬化現象；（5）提出了適當的防治對策和建議，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

砂質海岸和淤泥質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的發展和人類活動的影響，自然海灘和人造沙灘出現了不同程度的硬化、泥化，甚至退化現象。沙灘泥化、硬化問題本身非常復雜，需要利用多學科方法分析探討，并由其物理、化學和生物過程確定，同時也與人類活動息息相關，例如大陸坡的穩定性、港口航道和碼頭工程、沿岸污水排放、旅游業的發展和人類活動等。國內外學者在動力條件下的泥沙輸運歸宿、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經驗。連云港墟溝人工沙灘泥化現象，2006年連云港政府為了改善岸灘環境，對墟溝天然沙灘進行修復，建成“在海一方公園”人工沙灘，然而不久即發生淤泥落淤，形成泥灘。深圳原“海上世界”旁的小海灣，上世紀曾建離岸堤，并在灣頂天然海灘基礎上填沙建造人工沙灘，建成后大量的細顆粒泥沙在灣內沉積，沙灘細化衰亡向泥灘轉化，發生了泥化硬化問題，最終導致整個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，沙灘以“灘長平、沙細白、水溫凈、浪柔軟”著稱，是我國南方理想的濱海浴場和海上運動場所。近十年，因供沙條件變化和人類活動影響，沙灘出現了泥化、硬化，甚至黑化現象，并可能進一步導致海灘的退化、衰亡。基于多學科分析方法，結合銀灘海域沉積物采樣調查、水下地形地貌調查、泥沙來源分析、沿岸泥沙運移趨勢研究，從粘性細顆粒泥沙的基本理論出發，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，為沙質海岸沙灘中長期演變的預測提供思路。

2 現狀調查分析

2.1 沉積物調查

北海銀灘具有典型海灣生態系統的面貌和特征，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砂，細砂含量達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覆蓋，向海則變為泥質沉積。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為北海銀灘區域概況。

調查結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”是近岸海水中有機物存在的一種狀態，其主要成分是有機質碎屑，腐泥往往來源于城鎮排污與船舶棄污等。沉積物類型調查表明：新港振漁港和北海港潮流沖刷槽內，分布有大量的粉砂質黏土，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，沉積物中細粉砂和黏土作為懸移質參與運移和沉積。

2.2 污染物排放調查

近年來隨著城市建設的發展，北海市常住人口近30 a間城市人口增加了7.5倍；另外，隨著旅游業的不斷發展，北海市每年涌入大量的流動人口，人口的增加勢必引起頻繁的人類活動，導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

銀灘附近的幾個排污口都是直排口，附近城區的污水可能未經處理直接排入附近海域。銀灘附近幾個主要排污口排放的污水能夠進入銀灘海域，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有限公司排污口。由表2監測數據可看出，銀灘碼頭排污口懸浮物濃度可達290.0 mg/l，化學耗氧量最大，可達480.9 mg/l，表明此處有機污染物含量高。結合灘面采樣分析結果，有機污染物是泥化硬化的主要物質來源，對泥化和硬化具有重要作用。

2.3 水動力分析

多年氣象資料統計表明，北部灣頂部區域風向具有明顯的季節性，冬春盛行北-東北風，夏秋盛行南-西南風，風向與半島兩側岸線走向基本成垂直[5-7]。根據北海地角測波站（109°05′E，21°29′N）7a統計資料分析：該海域常浪向為NNE向，頻率18.9%；次浪向WSW向，頻率11.9%；強浪向N及偏N，實測最大波高分別為2.0 m（N）、1.5 m（NNW）、1.4 m（NNW）；次強浪向SW向為1.3 m[8]。

圖3 銀灘海域水質懸浮物等值分布（單位：mg/l）

表2 銀灘海域陸源入海排污口海水質量分析（單位：mg/l）

北海海域的潮汐類型為不正規的全日潮海域，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，各季節潮差夏季大，春季小。一般漲潮歷時比落潮歷時長，平均漲潮歷時為10 h 30 min，落潮歷時為9 h 47 min，相差43 min。北海銀灘海域漲潮歷時大于落潮歷時，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。常規海況下，水文環境穩定，水體含沙量非常小，其平均值不超過0.02 kg/m3，底部泥沙難以發生再懸浮，自然凈化率弱[11]。

北向和南向風作用下的風浪是海岸泥沙搬運和海岸地貌塑造的主要動力[9]。在波浪作用下，沿岸物質作橫向運動，泥沙向岸運動形成外沙沙壩；同時也有縱向運動，形成瀉湖沉積。一方面表明該海域的物質來自本岸段的基巖侵蝕作用，另一方面表明物質在西南向波浪作用下向北移動，但由于基巖提供的物質有限，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

河口海岸泥沙運動來源情況如圖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方面：沿岸輸沙（L），向、離岸輸沙（O），風引起的陸地來沙（W），徑流輸沙（R），海岸侵蝕（E）。北海銀灘位于北部灣頂的開闊海域，由于北部灣北部海域水體含沙量較小，水質偏好，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）銀灘海域岸灘穩定性：銀灘海域灘面的大部分區域為不沖不淤或微沖微淤，南流江河流輸沙對銀灘區域的泥沙運動影響甚微，銀灘海域沖淤總體處于平衡狀態，岸灘基本穩定；

（2）工程設施對銀灘的影響：銀灘海域沒有重大的工程設施，目前存在的一些小型工程設施對銀灘的泥沙運動不會構成顯著影響；

（3）污水排海：銀灘周邊的海洋產業近年來有了較大規模的發展，沿岸分布有漁港、養豬場和養蝦場等。如銀灘附近的漁港，現在大約有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。據現場觀察，漁港水域的海水呈灰黑色，說明水質已嚴重惡化，港內水體在與周圍水體交換過程中，將會使大量的污泥進入附近的銀灘海域。

3.2 泥化與硬化形成過程

3.2.1 泥化與硬化

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

粘性細顆粒泥沙進入海水水體后，當水流減緩時受自身重力作用發生沉降，容易以絮團形式發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，而下層泥沙受上層擠壓作用及自重影響不斷固結，導致底床泥沙的體積密度隨著時間趨向于增大。浮泥層進一步經歷沉降、密實和固結的過程后，變成相對較硬的軟泥層，即“硬化”形成過程。若細顆粒泥沙中含有較高比例的腐殖質成分，則軟泥層將呈現黑色，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漫長而復雜的過程，主要受海岸動力、河口條件、人類活動、底質類型和港口碼頭建設等影響。北部灣是一個半封閉海灣，潮差小，水循環能力不強，海水凈化速度較慢，海洋生態環境相對脆弱。近年來，隨著海岸帶和海島不斷被深入開發，水產養殖缺乏科學系統的管理，大量生產生活污水排放入灣，北海銀灘周圍海域的自然環境受到嚴峻挑戰。砂質海灘出現泥化與硬化的原因，是在某一段時期內進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泥沙在海灘上落淤。因此，調查銀灘細顆粒粘性泥沙來源成為研究海灘泥化、硬化原因的一個關鍵環節。

（1）北海銀灘附近海域入海污染源主要包括工業污染、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、高德鎮入海水閘入海口、海城水產公司排污口，其中有3個排污口分布在銀灘周邊，5個位于西側的廉州灣。根據調查結果，銀灘附近的幾個排污口都是直排口，城區污水未經處理直接排入海域；

（2）銀灘附近海域分布有南萬碼頭、僑港和咸田港，3類港口停靠大量漁船和油輪，港內水體在與周圍水體交換過程中，將會使大量的重度污染海水進入附近的銀灘海域；

（3）近年來銀灘海域周邊海洋養殖業有了一定規模的發展，沿岸分布有漁港、養豬場和養蝦場等，這些海洋產業增加了污水的排海量，據現場調研，養殖水域的海水呈灰黑色，說明水質已發生一定程度的惡化。

因此，人類活動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個方面，城市生活污水、工業污水、船舶污水、養殖廢水等都含有大量的泥沙成分，各種污水排海勢必攜帶一定數量的污泥成分進入海域，入海泥沙在排放口附近海域落淤，一般都會形成黑色的腐泥層，腐泥在浪、流的作用下可能會向附近海域輸送。“腐泥”成分在海水中呈懸浮態，在隨水流漂移擴散的工程中，持續在海灘落淤，形成“淤泥”，經歷一定時間的累積固結，使沙灘發生泥化和硬化。

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，提出相應的防治對策及建議，以期為沙灘綜合整治提供技術支撐。

（1）建立統一的污水排海系統：興建污水處理廠，將目前各排污口排放的污水統一集中處理后排放；城市生活污水和工業污水實行集中處理、深海排放，污水排放口的選址應遠離銀灘海域，確保排海污水不流入銀灘海域；

（2）實施沙灘保灘工程：通過對北海銀灘鄰近海域現狀調查、水動力環境，海水水質環境、沉積物環境、生物環境調查和監測，掌握沙灘的形態要素、物質組成，研究銀灘沙灘沖淤演變規律，對銀灘進行人工修復與養護，以維護銀灘沙灘相對穩定；

（3）北海銀灘附近區域實行綜合整治：優化近岸廢棄圍堤及堤內灘涂養殖業；重點岸段岸線修復，海底清淤；近岸海域海洋工程廢棄物清理等；

（4）海岸帶生態修復及保護：建設集科研保護、旅游、教育等功能于一體的大冠沙海洋生態公園，公園內建設紅樹林保護區、修建水上觀測觀賞平臺、科研基地和科普教育中心；

（5）加強銀灘常規監測工作：由具備海洋環境監測資質的業務部門制定切實可行的監測計劃，合理布置監測斷面及站點，對北海銀灘開展包括海岸變化、沙灘消長、水質、潮汐、海浪、生態、水文氣象、地質、水動力等項目在內的動態監測工作。

4 結論

基于泥沙輸運基本理論，并結合北海銀灘沉積物采樣分析、排污口調查、污染物排放調查和多學科分析方法，對北海銀灘泥化硬化問題進行了初步的探討，以便為沙質海岸沙灘長期演變規律的預測分析提供思路。

北海銀灘發生泥化硬化的主要原因可以歸結為人類活動超過了岸灘承載能力，主要包括：（1）城鎮排污等；（2）港口船舶棄污；（3）養殖廢水；（4）銀灘區的旅游活動等。污水中的“腐泥”成分在一定海洋動力條件下，在經歷長期的累積固結過程，使沙灘發生泥化與硬化現象。

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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。

國家自然科學基金優秀青年科學基金項目（41222038）；國家重點研發計劃課題（2016YFC1401605）。

張春華（1969-），男，高級工程師，大專，從事海洋生態監測與保護、海域使用論證與價值評估等研究。E-mail：zch1213@sina.com