潮汐汊道及其沙灘的安全風險和動力機制

邊淑華 劉建強 張志恒 劉蘭 胡澤建

摘要：為提高海水浴場的安全性，避免發生溺水事故，文章以潮汐汊道及其沙灘的動力地貌結構和發育演變為基礎，研究青島市靈山灣城市陽臺海水浴場沙灘的安全風險和動力機制，并提出風險防范建議。研究結果表明：河口潮汐汊道落潮流三角洲的潮汐水道延伸至沙灘灘面，高潮時淹沒，落急時水流集中，形成流向外海的高速水流，極易引發海水浴場安全事故;區域落潮流與汊道落潮流相疊加、落潮流三角洲阻擋沿岸輸沙造成下游局部岸段侵蝕以及沿岸輸沙變化導致水道遷移擺動等因素進一步加大潮汐汊道附近沙灘的安全風險;安全風險最大的地點位于沿岸輸沙下游與區域落潮流流向一致的潮汐水道末端附近沙灘，且該位置不穩定，隨波浪場發生年際和季節變化;在潮汐汊道沙灘岸段設置海水浴場前應研究其動力地貌和發育演變，劃分危險區和安全區，浴場設置后定期監測并確定危險區的位置，并在沙灘安全維護和質量評價等方面將潮汐汊道作為重要判定指標。

關鍵詞：海水浴場;潮汐汊道;動力地貌;落潮流三角洲;凈輸沙

中圖分類號：TV148+3;P73123文獻標志碼：A文章編號：1005-9857（2019）02-0080-06

Risk and the Dynamic Mechanism of the Beach Close to the Tidal Inlets

BIAN Shuhua1，LIU Jianqiang1，ZHANG Zhiheng1，LIU Lan2，HU Zejian1

（1First Institute of Oceanography，MNR，Qingdao 266061，China;

2Ocean University of China，Qingdao 266100，China）

Abstract：In order to improve the safety of bathing beach and avoid drowning accidents，risk and the dynamic mechanism of Chengshiyangtai bathing beach in Lingshan bay of Qingdao was studied based on the dynamic geomorphologic structure and the evolution of the two tidal inlets close to the beach as well as the beach itself.The results showed that the ebb tidal channels in the ebb tidal delta of the tidal inlets extend to the beach，and they are submerged during the high tides while the water concentrates in them and rapid flows to the sea are formed during the ebb，which is extremely easy to cause safety accidents on the beach.Besides，the overlap of the regional ebb tidal currents with that from the tidal inlets，and the downdrift erosion caused by the sand sink in the ebb tidal deltas as well as the seasonal and interannual channel shifts caused by the variation of wave field and the longshore sediment transport increased the risk on the beach adjacent to the tidal inlets.It was suggested that the dynamic geomorphology and evolution of the beach and the adjacent tidal inlets should be studied before a bathing beach setting up，and the dangerous area and safe area should be divided.The water depth and the landform should be surveyed regularly to ensure the safety area.And tidal inlets should be considered as an important indicator when management methods and quality evaluation was made of bathing beaches.

Key words：Bathing beach，Tidal inlet，Dynamic geomorphology，Ebb tidal delta，The net sediment transportation

0引言

海水浴場沙灘是最受歡迎的旅游目的地之一，豐富游客的休閑娛樂生活，同時創造巨大的經濟價值。作為松散的沉積物堆積體，沙灘在地質地貌背景、波浪和潮流等因素的作用下，呈現復雜的動力狀態組合，給濱海旅游業帶來諸多安全隱患[1]。很多沙灘存在海底暗流，易造成溺水事故，其形成有多種機制，其中裂流受到廣泛關注[1-4]。根據近年來的研究，潮汐汊道也是引發沙灘溺水事故的重要原因。

1潮汐汊道落潮流三角洲

潮汐汊道是連接向陸側納潮水域和向海側開闊水域的特殊地貌體。廣義的潮汐汊道包括沿岸沙壩和壩外淺灘、河口灣或潟湖（納潮水域）、口門段深槽以及漲落潮三角洲[5]，一般分為河口型、沙壩-潟湖型、海灣型、溺谷型和人工型5種類型[6]，其中沙灘岸段主要為沙壩-潟湖型和河口型。潮汐汊道受潮汐、波浪、海流和徑流等多重動力作用，是復雜的地貌體系，并與沙灘進行物質交換，影響沙灘的發育和演變，并可能給海水浴場帶來事故風險。

在潮汐汊道體系中，向海側的落潮流三角洲與兩側沙灘的沉積動力關系尤為密切（圖1）。

11典型地貌模式落潮流三角洲在汊道口呈扇狀向開闊水域延伸，典型的潮汐汊道落潮流三角洲主要由漲、落潮水道，水道間淺灘和攔門沙等次級地貌單元組成[7]。其中，漲、落潮水道是水流集中進出納潮水域的通道，中央水道落潮流占優勢，兩側水道漲潮流較強;攔門沙是汊道流出水流與波浪共同作用形成的舌狀隆起，發育在中央落潮槽外側。

作為潮水集中進出的通道，水道水流集中，漲急和落急等時刻的流速顯著增大，尤其是落急時形成向海側的高速水流，易引發安全事故。

12泥沙轉運方式

潮汐汊道主要通過沿岸輸沙壩外轉運的方式實現汊道口兩側的物質交換，并參與鄰近沙灘的物質輸運過程。如果補給的沙量超過汊道可吸納和儲存的沙量，沙灘泥沙則進入或繞過潮汐汊道系統[8-9]。由于汊道口射流的阻擋，沿岸輸運的泥沙在繞過潮汐汊道時，可能會在攔門沙外側較深水域沉積;部分泥沙最終回到近岸并補給到汊道下游岸段，部分泥沙不能回到近岸并導致汊道下游岸段侵蝕[10-11]。同時，在這種沿岸輸運的作用下，落潮流三角洲的潮汐水道隨季節和年際變化發生擺動和遷移，導致水流集中流速高的水道位置不穩定，加大安全風險。

2潮汐汊道及其沙灘的動力地貌結構和發育演變

青島市是著名的濱海旅游城市，有多處海水浴場，其中靈山灣城市陽臺海水浴場沙質細膩、灘面開闊、坡度適宜，近年來吸引眾多游客。然而由于缺乏科學論證、嚴格管理和安全設施等，該海水浴場早前常發生游客溺水事故，安全風險較大。經研究發現，溺水事故與小型河口潮汐汊道形成的暗流和岸灘沖淤變化密切相關。

靈山灣位于山東半島南岸，為小型弧形海灣，沿岸發育帶狀沙灘，沙灘上有多個小型季節性河流入海。城市陽臺海水浴場位于風河和大蘆河2個小型河口之間，沙灘長約2 km。經踏勘調訪發現，靠近河口的沙灘是事故多發地，且事故多發生在落潮時刻。因此，對風河和大蘆河河口潮汐汊道及其沙灘的動力地貌結構和發育演變進行研究，探討相關事故風險和發生機制。

21動力地貌結構

研究岸段為典型的沙灘和小型河口潮汐汊道組合的地貌形態。沙灘位于2個河口之間，主要組成物質為黃色中細砂，沙質細膩;岸段為平直沙岸，沙灘平緩開闊，等深線與岸線基本平行，0 m等深線距岸200～300 m，2 m等深線距岸約500 m，平均坡度約6‰。2個河口外側均發育落潮流三角洲，且發育不對稱，總體偏NE向，主要由潮汐水道、水道間淺灘和攔門沙（末端壩）等次級地貌單元組成，與落潮流三角洲的典型地貌模式相似。

風河和大蘆河落潮流三角洲均只發育2條較明顯的潮汐水道。風河河口的1條潮汐水道順河道尾閭拐向NE向，1條潮汐水道向SW向延伸，中間水道不明顯，口外側攔門沙極為發育;大蘆河河口的1條潮汐水道順河道尾閭向外延伸發育中間水道，1條潮汐水道發育在SW側。潮汐水道長500～1 000 m，由河口向外發散，水道間發育規模不等的淺灘。風河河口NE側和大蘆河河口SW側的潮汐水道都延伸至浴場沙灘上，其中風河河口NE側水道長約1 km，自河口向外延伸至1 m等深線附近。沙灘上的潮汐水道高潮時被海水淹沒，低潮時部分出露，隱蔽性強。漲、落潮時納潮水域的水流在水道集中，形成高速水流，尤其在落急時刻形成流向外海的高速“暗流”，極易造成安全事故，風險較大。2個河口的潮汐水道都延伸至沙灘上，但風河河口水道規模較大，且與外海落潮流方向一致，使其外側沙灘的安全風險更為顯著。

潮汐水道的流量和流速與汊道口內側的納潮量正相關[12]。風河和大蘆河的基本情況如表1所示，其中年均徑流量根據流域面積和年均降雨量[13]計算得到。

由表1可以看出，風河的匯水面積、年均徑流量和年均輸沙量等均大于大蘆河，其河口內側的納潮面積也較大，因而其落潮流三角洲的規模較大，潮汐水道較寬、較深且較長，水道內的流量和流速較大，加大了安全風險。

根據現場勘踏，風河河口NE側沙灘落潮時灘面出露的水道潮溝寬20～30 m，深約1 m，潮溝與周邊淺灘的高差在2～3 m;而大蘆河河口外水道長約500 m，寬十幾米，深數十厘米。此外，研究區的漲潮流主要由NE向流向SW向[15]，落潮流流向NE向，落潮時區域落潮流與風河河口NE側潮汐水道集中流出的汊道落潮流相疊加，進一步加大水道區海水浴場沙灘的安全風險，揭示風河河口東側沙灘為溺水事故多發地的原因。

22輸沙、沖淤變化和潮汐水道遷移擺動

221沿岸凈輸沙

潮汐汊道和鄰近沙灘之間的物質交換主要通過沿岸輸沙的壩外轉運實現[8-10]。根據距研究區NE向約40 km的小麥島海洋站的多年統計結果，研究區海浪主要為S向和偏S向，常浪向和強浪向均為SE向。采用《海港水文規范》的推薦公式，計算研究區沿岸全年凈輸沙325×104 m3，凈輸沙方向為NNE向（表2）。

根據風河落潮流三角洲總體偏NE向的地貌形態，也可初步判定研究區沿岸的凈輸沙趨勢。此外，研究區波浪場存在季節性差異，即冬季偏N向浪占優勢，而夏季偏S向浪占優勢[16]，因此沿岸凈輸沙趨勢也不同，即夏季NE向輸沙增強，而冬季SW向輸沙增強。因此，研究區沿岸全年和夏季凈輸沙為NE向，而冬季轉為SW向，與根據研究區海底表層沉積物分布趨勢判斷沿岸凈輸沙趨勢的研究結果相同[17]。

222岸灘沖淤

研究區受人類活動影響顯著，沙灘由河口沙咀改造和固化演變而來，河口段河道經人工硬化且略有遷移。大蘆河于1973年無落潮流三角洲，經人工固化河道變窄后形成小型河口三角洲。1973—2012年風河河口末端壩NE側0～2 m海區侵蝕，侵蝕泥沙向SW側和NE側移動，并使兩側海區淤積，且NE側的淤積程度略大于SW側;期間風河河口末端壩SW側0 m、2 m和3 m等深線均向外推移數十米至上百米，NE側各等深線向外推移200～250 m，且有自SW向向NE向外推距離逐漸加大的趨勢，表明其侵蝕泥沙運移能力NE向大于SW向，與沿岸凈輸沙趨勢一致，這也是風河落潮流三角洲總體偏NE向的主要原因。

沿岸輸沙導致落潮流三角洲末端壩外側的泥沙補給到兩側沙灘，而末端壩局部發生侵蝕。風河河口末端壩東側灘面局部有暗礁（當地人稱“石欄”），高潮時淹沒，低潮時出露，近年來出露程度有所提高，即該處灘面侵蝕所致。由于該處灘面靠近風河河口NE側潮汐水道末端，暗礁和灘面侵蝕等極大地加大了安全風險。

223潮汐水道遷移擺動

波浪場的變化導致沿岸凈輸沙方向變化，受沿岸輸沙變化的影響，潮汐水道尤其是水道末端會發生遷移擺動，即夏季隨著泥沙運動加強向NE側遷移，冬季則相反。此外，波浪和沿岸輸沙的年際變化也會引起潮汐水道的遷移擺動。風河和大蘆河河口潮汐水道流路的變化可在不同時期的衛星遙感圖上明顯體現，該特征使潮汐水道末端落急時水流集中流出的位置不穩定，從而加大安全風險。

對于河口型潮汐汊道落潮流三角洲，水道的位置和流速等還會受到徑流量的影響。汛期河流水量增大，汊道落潮流作用增強，有利于潮汐水道發育;而河流水量減少時，末端壩淤積作用增強，潮汐汊道變得不通暢。風河和大蘆河落潮流三角洲中央落潮水道的貫通性逐漸變差，至2018年已不能貫穿末端壩，在潮汐汊道穩定性分級[10]中處于逐漸衰亡的階段。此時季節性徑流作用對維持潮汐汊道發揮重要作用，因而更應關注汛期潮汐汊道鄰近沙灘的安全風險。

3潮汐汊道沙灘安全風險的綜合機制和防范措施

31潮汐汊道及其沙灘安全風險的綜合機制

根據潮汐汊道及其沙灘的典型動力地貌結構和發育演變規律，結合城市陽臺海水浴場個例，本研究認為潮汐汊道鄰近浴場沙灘的安全風險主要存在于潮汐汊道落潮流三角洲范圍內，主要機制包括：①潮汐汊道落潮流三角洲的潮汐水道低潮時灘面部分出露，高潮時淹沒，隱蔽性強，漲、落潮時水流集中流速大，延伸至沙灘上的水道落急時形成向海的“暗流”;②走向與區域落潮流流向相同的水道，落急時汊道落潮流與海區落潮流相疊加，加大安全風險;③沿岸輸沙效應導致汊道口下游岸段一定范圍內的沙灘侵蝕;④波浪場和沿岸輸沙的季節和年際變化使潮汐水道遷移擺動，落潮時“暗流”位置不固定;⑤徑流是河口型潮汐汊道維持的重要因素，汛期水道內流速大，加大水道末端沙灘的安全風險。

32風險防范措施

在設置海水浴場前，應對沙灘及其鄰近岸段進行水深測量，研究其動力地貌結構、與潮汐汊道落潮流三角洲的物質交換以及侵淤變化規律等。海水浴場應設置在潮汐汊道落潮流三角洲范圍之外，并采取措施有效區分和標志潮汐水道末端和侵蝕沙灘等危險區域，尤其關注走向與區域落潮流流向一致的潮汐水道末端附近沙灘。定期監測海水浴場沙灘及其鄰近岸段的地形地貌，研究岸灘穩定性和潮汐水道遷移擺動范圍，并及時調整危險區的位置。尤其加強汛期對潮汐汊道落潮流三角洲附近沙灘的管理，防范落潮流和徑流的風險疊加。

從實際情況來看，泥沙來源較豐富、沙質細膩、適宜設置海水浴場的沙灘岸段多有潮汐汊道發育。這種潮汐汊道和沙灘組合岸段地貌的發育演變基本遵循經典模式和共有規律，但落潮流三角洲的規模、潮汐水道的規模和流速、末端壩的規模以及對鄰近沙灘的補給影響等，與其所在海域的潮汐、波浪、海流、納潮水域面積和徑流來水（沙）量等密切相關，在上述岸段設置海水浴場可參照典型的潮汐汊道地貌模式和泥沙運動規律，有針對性地調查和分析其特有特征，從而防范安全風險。

目前我國的沙灘管理正逐步實現現代化[18]，沙灘安全維護系統和質量評價標準等正在研究、論證和完善[19-20]。在引起安全事故的沙灘動力地貌中，“裂流”和沿岸流等已逐步得到關注[21-22]，但作為危險地貌的小型潮汐汊道在浴場沙灘的評價和管理中尚未被關注。因此，在浴場沙灘設置、安全維護和質量評價等管理和研究中，應將小型潮汐汊道地貌作為重要指標之一，以提高海水浴場的安全性。

4結語

潮汐汊道落潮流三角洲是沿岸泥沙運動的重要單元，對沙灘泥沙具有阻擋和匯集作用[23]。許多學者從岸灘沖淤變化、汊道穩定性及其對通航影響等角度研究潮汐汊道的發育演變，并取得豐碩成果[24-27]，但其對沙灘浴場的安全影響尚未得到關注。由于潮汐汊道鄰近沙灘屢次發生安全事故，本研究在已有研究的基礎上，對潮汐汊道及其沙灘的安全風險進行初步探討。根據潮汐汊道穩定性理論[10]，風河和大蘆河河口汊道三角洲處于衰退階段，有利于提高浴場沙灘的安全性。后續應對浴場沙灘及其鄰近潮汐汊道系統進行水動力泥沙現場調查，并建立相應模型，對潮汐汊道穩定性、潮汐水道性質、落潮流三角洲規模和納潮量等進行詳細深入的研究，為浴場沙灘安全、潮汐汊道穩定以及二者和諧共存提供更科學有效的保障措施。

參考文獻

[1]李志強.基于地形動力學的華南海灘裂流風險研究[J].熱帶海洋學報，2015，34（1）：8-14.

[2]SHORT A D，HOGAN C L.Rip currents and beach hazards：their impact on public safety and implications for coast manage[J].J Coast Res，1994，12（SI）：197-209.

[3]LASCODY R L.East Central Florida rip current program[J].National Weather Digest，1998，22（2）：25-30.

[4]SCOTT T M，RUSSELL P E，MASSELINK G，et al.Rip current hazards on largetidal beaches in the United Kingdom[C].New York：CRC Press，2011.

[5]張忍順.中國潮汐汊道的研究進展[J].地球科學進展，1994，9（4）：45-49.

[6]任美鍔，張忍順.潮汐汊道的若干問題[J].海洋學報，1983，6（3）：352-360.

[7]HAYES M O.Morphology of sand accumulation in Estuaries in Cronin[J].Estuarine Research，1975（2）：3-22.

[8]WEGGEL J R，PERLIN M.Statistical description of longshore transport environment[J].Port and Coast，1988，114（2）：125-145.

[9]張喬民，鄭德延，李紹寧，等.湛江港潮汐汊道落潮流三角洲沉積動力過程[J].地理學報，1995，50（5）：421-429.

[10]BRUUN P，JOHNSON I G.Stability of tidal inletstheory and engineering[M].New York：Elsevier Scientific Publishing Company，1978.

[11]BRUUN P.Morphological and navigational aspects of tidal inlets on littoral drift shore[J].Coast Research，1986，2（2）：123-145.

[12]王御華，惲才興.河口海岸工程導論[M].北京：海洋出版社，2004.

[13]劉亞東，黃翠艷，姜雯，等.青島市降水量和參考作物蒸散量的變化特征分析[J].青島農業大學學報（自然科學版），2014，31（1）：13-17.

[14]莊振業，印萍，吳建政，等.魯南沙質海岸的侵蝕量及其影響因素[J].海洋地質與第四紀地質，2000，20（3）：15-21.

[15]國家海洋局第一海洋研究所.靈山灣海水浴場項目海域使用論證報告表[Z].2013.

[16]李乃勝，于洪軍，趙松齡，等.膠州灣自然環境與地質演化[M].北京：海洋出版社，2006.

[17]趙永芳，徐方建，劉清容，等.青島市靈山灣海水浴場表層沉積物粒度冬季變化特征及其原因[J].海洋科學，2016，40（3）：108-117.

[18]鹿徽，顧磊.金沙灣海灘安全維護系統之研究：中國海灘管理進入現代化之基礎[J].社會體育學，2015，5（20）：172-173.

[19]馮若燕，余靜，李鵬.我國海灘管理問題成因分析及對策建議[J].海洋開發與管理，2016，33（9）：33-36.

[20]孫靜.青島市海灘沉積地貌及質量評價[D].青島：中國海洋大學，2012.

[21]李占海，柯賢坤，周旅復，等.海灘旅游資源質量評比體系[J].自然資源學報，2000，15（3）：229-235.

[22]WILLIAMS A T，LEATHERMAN S P，SIMMONS S L.Beach aesthetic values：the SW peninsula[R].Coastal Congress，1992.

[23]HICKST D M，HUME T M.Morphology and size of ebb tidal deltas at natural inlets on opensea and pocketbay coasts，North Island，New Zealand[J].Journal of Coastal Research，1996，12（1）：47-63.

[24]戴志軍，施偉勇，陳浩.沙壩-潟湖海岸研究進展與展望[J].上海國土資源，2011，32（3）：12-17.

[25]SENTHILKUMAR R，MURALI K，SUNDAR V.Stability of microtidal inlets along coastlines dominated by littoral drift[J].Coast Conserve，2017，21：789-801.

[26]REYESMERLO M A，MIGUEL O S，MANUEL D M，et al.Efficient dredging strategy in a tidal inlet based on an energetic approach[J].Ocean & Coastal Management，2017，146：157-169.

[27]ANH T K，SIERD V，MARCEL J F S.Beach evolution adjacent to a seasonally varying tidal inlet in central vietnam[J].Journal of Coastal Research，2018，34（1）：6-25.