英羅灣—安鋪港沉積動(dòng)力地貌特征及成因研究

黃廣靈,邱 靜,陳 暉

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635;2.廣東省水動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510635;3.河口水利技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510635;4.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海)，廣東 廣州 510635)

1 概述

英羅灣—安鋪港位于廣西東南邊，北部灣的東北部，該區(qū)地貌類型上屬臺(tái)地溺谷海岸(見圖1)[1]。英羅灣—安鋪港海域潮差較大，納潮量也大，因此潮流動(dòng)力強(qiáng)勁，在強(qiáng)勁的潮流動(dòng)力長期作用下，該海域水下動(dòng)力地貌發(fā)育較為豐富，不僅有典型的深槽和沙脊，灣口還有攔門沙等地貌。有關(guān)我國近海的水下動(dòng)力地貌，特別是關(guān)于強(qiáng)潮海域潮成沙脊地貌的研究在20世紀(jì)80年代取得了很多成果[2-9]，構(gòu)成了我國強(qiáng)潮海岸水下動(dòng)力地貌的理論體系。由于英羅灣海洋生態(tài)自然保護(hù)區(qū)是廣東省著名的濕地生態(tài)環(huán)境之一，沿岸有豐富的紅樹林資源和大陸連片面積最大的國家級(jí)高橋紅樹林，因此目前針對(duì)英羅灣的研究主要關(guān)注其紅樹林生態(tài)環(huán)境等相關(guān)問題[10-14]，而對(duì)于英羅灣水下動(dòng)力地貌的研究卻很少，然而地貌環(huán)境的穩(wěn)定是保護(hù)海岸帶紅樹林生態(tài)環(huán)境的前提，因此開展英羅灣潮汐水道動(dòng)力地貌演特征及其形成原因研究，對(duì)英羅灣內(nèi)紅樹林生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有重要意義。

圖1 英羅灣—安鋪港海岸體系示意

2 自然條件概況

2.1 氣候條件

研究地區(qū)屬南亞熱帶、北熱帶、亞濕潤季風(fēng)氣候，夏長冬暖，雨熱同季，降水分布不均勻，干濕季明顯，冬季寒潮入侵偶有嚴(yán)寒，夏秋期間，臺(tái)風(fēng)、暴雨頻繁。年平均氣溫為22.9℃，每年降水量的80%～85%集中在4—9月，年平均雨量為1 573.4 mm，夏半年汛期(4—9月)的雨量占全年的83.4%，冬半年雨量僅占全年的16.6%。

2.2 徑流

英羅灣北部有兩省的界河——洗米河以及高橋河、賣皂河(大壩河)、江背河等河流，高橋河是本區(qū)最大的河流，歷史最大實(shí)測流量為1 210 m3/s，近年來該區(qū)域河流總體出海徑流量有所減小，因其下游興建了大沖水陂和公安陂等攔河建筑。安鋪港東側(cè)注入研究海域的河流主要有九洲江下游的分支營仔河、安鋪河以及楊柑河，九洲江發(fā)源于廣西玉林市陸川縣，于廉江市安鋪鎮(zhèn)黎頭沙及營仔圩出海，河流全長為162 km，總流域面積為3 337 km2，實(shí)測最大流量為5 680 m3/s(1906年，缸瓦窯站)，多年平均徑流量為31億m3，多年平均流量為25.2 m3/s。

2.3 海岸動(dòng)力特征

北部灣東北部的英羅灣—安鋪港潮汐主要是太平洋潮波經(jīng)巴士海峽和巴林塘海峽進(jìn)入南海后形成的。根據(jù)研究海域周年潮位觀測的資料：該海區(qū)潮汐性質(zhì)的判據(jù)值為3.26，屬“不規(guī)則日潮”，平均落潮歷時(shí)略短于其平均漲潮歷時(shí)(見表1)。

表1 英羅灣—安鋪港海岸動(dòng)力特征

英羅灣—安鋪港海域漲潮流流向?yàn)镹E～E向，落潮流流向?yàn)镾W～W向，潮流具有顯著的周期性，“往復(fù)流”特征明顯。研究海區(qū)落潮流速略大于漲潮流速，漲、落潮流之間，流速、歷時(shí)均存在一定的不對(duì)稱性。極值流速一般出現(xiàn)在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)期間，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)期間表層的最大流速可達(dá)1.55 m/s。全年余流不大，表層多數(shù)月份為0.2 m/s。

英羅灣—安鋪港海域常浪向?yàn)镹NE向，多年出現(xiàn)頻率為16.9%，強(qiáng)浪向?yàn)镾W，每年9月至翌年3 月，以N向浪居多，4—8月則以SW～SE 浪為主。

3 水下動(dòng)力地貌

英羅灣—安鋪港港灣外形如鹿頭狀，其中安鋪港為鹿頭部，英羅灣似鹿角，安鋪港整體形狀為一個(gè)矩形，東西走向，而英羅灣為喇叭狀，灣口朝南敞開，灣頂向北伸入內(nèi)陸14 km。英羅灣—安鋪港總體岸線長73 km，海灣面積約為214 km2。根據(jù)英羅灣—安鋪港及其附近海區(qū)的水下海岸動(dòng)力地貌特征，該海域主要地貌類型包括淺灘、沙脊、深槽、攔門沙、岸坡以及海底平原等6種類型(見圖2)。

圖2 英羅灣—安鋪港海底動(dòng)力地貌示意

3.1 淺灘

英羅灣—安鋪港的水下大部分區(qū)域?yàn)闇\灘，主要分布于海灣沿岸區(qū)域，淺灘的一般寬度在0.5～2.0 km，寬闊平坦，最寬處為安鋪港西岸達(dá)5 ～ 7.0 km，英羅灣—安鋪港的淺灘總面積約為142 km2，點(diǎn)整個(gè)海灣面積的66.3%。根據(jù)本海區(qū)淺灘分布的位置、底質(zhì)構(gòu)成情況以及形態(tài)可進(jìn)一步將其分為為4種動(dòng)力地貌類型：泥沙灘、沙灘、潮溝和紅樹林灘。

3.1.1泥沙灘

英羅灣的泥沙灘主要分布于墩仔村及沙龍圍以北區(qū)域沿岸淺灘，與海岸線平行且呈帶狀分布，安鋪港的泥沙灘主要沿著東、北、南海岸分布，淺灘的寬度較英羅灣內(nèi)的大，寬度最大處達(dá)6.5 km。綜合起來，本海區(qū)泥沙灘各采樣點(diǎn)平均砂含量在為63.25%～74.32%，粘土含量為12.54%～37.4%，粉砂含量為16.84%～57.22%。

3.1.2沙灘

研究區(qū)域的沙灘主要分布在英羅灣灣口東、西兩側(cè)，在灣口外的西側(cè)亦存在大片沙灘(網(wǎng)流沙)，安鋪港內(nèi)的沙灘主要分布在港灣中部區(qū)域。總的來說，本區(qū)的沙灘灘面較為平坦，局部稍有隆起，或者向海有一定坡度地傾斜，一般坡度為1‰～1.5‰，本海區(qū)沙灘寬度最大處達(dá)6.3 km，位于英羅灣灣口的西側(cè)(網(wǎng)流沙)。本海區(qū)泥沙灘各采樣點(diǎn)平均砂含量為54.57%～93.5%，礫石含量為6.74%～7.58%，粉砂含量為9.67%～33.46%。

3.1.3潮溝

潮溝是在沙泥質(zhì)潮灘上由于潮流作用形成的沖溝，是潮坪上最活躍的微地貌單元，因其發(fā)育在潮坪上，因此在高潮位時(shí)潮溝會(huì)被潮水淹沒，而低潮時(shí)則出露，形成原因主要是潮流沖刷作用形成的沖溝，沉積物與沙灘物質(zhì)相近。研究海區(qū)潮溝主要分布在英羅灣灣頂及東側(cè)，英羅灣灣口外的西側(cè)網(wǎng)流沙上亦發(fā)育有潮溝。

3.1.4紅樹林灘

主要分布在英羅灣東岸沙龍圍以北到灣頂沿岸、西岸李村以北至灣頂沿岸泥質(zhì)海灘上，主要呈片帶狀沿灣頂海岸分布，紅樹林灘的沉積物與泥沙灘一致。

3.2 深槽

英羅灣潮流深槽自灣口安鋪港內(nèi)海底平原向北延伸至沙頭西側(cè)，全長約為11.4 km，寬度在0.1～1.2 km，在英羅灣口門處僅80 m。水深在5～10 m，深槽最深處位于灣口攔門沙以西，最大水深達(dá)10.8 m，而灣頂處深槽尾部水深僅為4 ～ 5 m。安鋪港內(nèi)的潮流槽分為南、北兩支，且其尾部即通過水下岸坡與海底平原相連，該海域的海底平原從某此方面來說仍是一個(gè)寬度較大的深槽，在安鋪港內(nèi)形成兩支較小的深槽分汊。

3.3 潮成沙脊

英羅灣灣口的潮流沙脊較為發(fā)育，內(nèi)灣呈喇叭狀收縮，水域?qū)挾炔淮蟪背缮臣共辉趺窗l(fā)育，英羅灣灣口從東到西共發(fā)育有3條較為明顯的潮流沙脊，其中東側(cè)沙脊長度為3 km，寬度為0.3 km；中間沙脊長度為3.3 km，寬度為0.4 km；西側(cè)潮流沙脊長度為2.7 km，寬度為0.3 km。潮流沙脊中沉積物以粉砂質(zhì)砂為主，其中砂的含量為68.02%～70.15%；粉砂的含量為16.58%～19.32%。

3.4 攔門沙

英羅灣口門一帶發(fā)育有攔門沙淺灘，其長為7.5 km，寬約3 km，攔門沙沙頂水深為2～3 m，攔門沙內(nèi)坡直接與其淺灘、沙脊相連，因潮成深槽的存在，灣口攔門沙淺灘被分割為東、中、西3部分。東部面積較大，約為6.57 km2；中心攔門沙面積最小，為1.76 km2；西部攔門沙面積約為3.69 km2。水下攔門沙淺灘的表層沉積物與主要為砂及粉砂質(zhì)砂。

3.5 岸坡

水下岸坡分布于灣口深槽尾端，安鋪港中西部，呈環(huán)帶狀，中心位置為海底平原。水下岸坡的特點(diǎn)是水深變化幅度較大，水深在6～16 m之間變化。分布上，東邊較寬，達(dá)3.6 km左右；南北較窄，約0.3～0.6 km。其表層沉積物為砂—粉砂—粘土。

3.6 海底平原

海底平原分布在安鋪港西側(cè)，寬約2.8 km，與岸坡相連，海底平原范圍比較寬廣，向南一直延伸至潿洲島附近海區(qū)。海底平原水深一般大于10 m，坡度大約為0.1‰～ 1‰，海底沉積物以砂為主。

表2 英羅灣—安鋪港水下沉積動(dòng)力地貌類型特征

4 泥沙來源及運(yùn)移趨勢

4.1 泥沙來源

英羅灣—安鋪港的泥沙來源主要有陸域來沙和徑流來沙2個(gè)方面，而海域來沙因研究海區(qū)外海水深在10 m以上(如圖3所示)，而該海域多年平均波高才0.35 m，波浪作用不到海底，因此很難將外海細(xì)顆粒泥沙搬運(yùn)進(jìn)灣內(nèi)，故本海區(qū)外海來沙很少。

圖3 研究海域水下地形分布示意

4.1.1陸域來沙

英羅灣—安鋪港灣內(nèi)的波浪作用動(dòng)力較弱，波浪對(duì)海岸的侵蝕作用不明顯，而潮流動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)，最大潮差達(dá)5.42 m，最大漲潮流速達(dá)1.46 m/s，因此潮流動(dòng)力形成海岸侵蝕的主要?jiǎng)恿ΑｉL期以來，強(qiáng)潮流作用對(duì)英羅灣—安鋪港區(qū)域岸邊的松散沉積物進(jìn)行侵蝕和搬運(yùn)，在英羅灣灣口附近形成一系列的海蝕陡坎和陡崖等海蝕地貌，陡崖臺(tái)地相對(duì)高程可達(dá)8～13 m。可見，本海區(qū)水下泥沙堆積體物質(zhì)主要來源之一是強(qiáng)潮流侵蝕的陸域松散沉積物。

4.1.2徑流來沙

英羅灣—安鋪港沒有特大的河流注入，只有數(shù)條小河流，其中包括注入英羅灣的高橋河、青平河，安鋪港東側(cè)注入的九洲河分支營仔河、安鋪河以及東南角的楊柑河。高橋河全長29 km，多年平均流量約為5.7 m3/s；青平河全長27 km，多年平均流量約為3.2 m3/s。營仔河、安鋪河為九洲江下游分支入海河流，九洲江流域面積為3 337 km2，河流長度為162 km，多年平均流量為25.2 m3/s。由于九洲江沿河上游土質(zhì)多為砂壤土和花崗巖風(fēng)化土，沖刷劇烈，缸瓦窯站歷年實(shí)測含沙量最大為1.52 kg/m3，最小為0.002 kg/m3，平均為0.2～0.3 kg/m3。河床以砂質(zhì)為主，沿河道曲折點(diǎn)有不少沙灘和巖石露面。總體來看，注入英羅灣的河流流量較小，這些河流徑流量小而輸沙率較小，加上近年來主要河流下游均興建了攔河建筑，導(dǎo)致進(jìn)入灣內(nèi)的泥沙進(jìn)一步減少。

4.2 表層沉積物運(yùn)移趨勢

Gao-Collins模型[15]是一種根據(jù)沉積物粒度參數(shù)的空間分布(二維)來判斷沉積物凈輸運(yùn)格局的“粒度趨勢分析”方法，基于“粒度趨勢沿沉積物搬運(yùn)方向比其他方向發(fā)生頻率高”的假設(shè)，在Mclaren模型及半定量濾波技術(shù)基礎(chǔ)上建立的分析方法[16-17]。該二維泥沙搬運(yùn)矢量模型，從表層沉積物樣品網(wǎng)格來確定粒度趨勢，然后通過濾波處理獲得泥沙搬運(yùn)路徑的“余方式”，通過此方法可獲得更明確的泥沙凈輸運(yùn)路徑圖像，利用該模型可計(jì)算并繪制項(xiàng)目研究海域表層沉積物的輸運(yùn)趨勢(如圖4所示)[18]。

圖4 表層沉積物輸運(yùn)趨勢示意

由圖4可見，該海域表層沉積物自英羅灣與安鋪港向英羅灣灣口(龍頭沙碼頭)附近輸移，因此英羅灣灣口為該海域表層沉積物的一個(gè)“匯”。龍頭沙碼頭處于英羅灣漲落潮通道咽喉處，通道水深較大，形成自然深槽和沙脊，英羅灣內(nèi)及深槽內(nèi)泥沙在灣內(nèi)小河流徑流與落潮噴射流的作用下，向?yàn)惩獍徇\(yùn)，并在灣口由于地形變寬，水流平緩后沉積下來；而由前文分析可知，項(xiàng)目海區(qū)潮汐作用較強(qiáng)，從平均漲、落潮歷時(shí)看，該海區(qū)平均漲潮歷時(shí)均比平均落潮歷時(shí)長，漲潮流稍占優(yōu)勢，因此研究海域泥沙在漲潮流作用下，向英羅灣內(nèi)搬運(yùn)，至龍頭沙碼頭附近達(dá)到平衡，于是在此堆積。該位置豐富的泥沙匯集也是形成潮流沙脊的主要成因之一。

5 主要?jiǎng)恿Φ孛渤梢蚍治?/h2>

5.1 潮流沖刷深槽與潮流沙脊的成因

潮流沖刷深槽與潮流沙脊作為一種獨(dú)特的侵蝕—堆積地貌體系，只出現(xiàn)在河口、海灣和海峽口門等水深淺于35 m 的淺海近岸地區(qū)[2]。深槽的形成與沙脊的發(fā)育主要與港灣的水動(dòng)力和物質(zhì)兩種條件有關(guān)。

英羅灣—安鋪港潮流沖刷深槽的形成是基于冰期低海面時(shí)期的河谷地貌，在冰期期間洗米河、高橋河、賣皂河、江背河、九洲江等河流不斷地切割風(fēng)化北海組、湛江組巖層而形成小型古河谷[7]，到了冰后期伴隨著海面的迅速上升，海水進(jìn)入原來的河谷，再次經(jīng)過漫長侵蝕搬運(yùn)等的沉積地質(zhì)過程，方才奠定了現(xiàn)代海岸的基本輪廓，并形成英羅灣—安鋪港的目前形勢。英羅灣—安鋪港的潮流沖刷深槽雛形是伴隨著海灣的形成由潮流在河谷原來的溝槽或者低洼地區(qū)沖刷而形成。綜上所述，英羅灣—安鋪港的潮流沖刷深槽是潮流在地質(zhì)時(shí)期沖刷形成，而這種定向運(yùn)動(dòng)的往復(fù)潮流也是塑造潮流沙脊的主要營造力。在潮流主導(dǎo)的深槽中，往復(fù)潮流的運(yùn)動(dòng)特征與平原順直河道相近，均以雙向螺旋流形式前進(jìn)，在主流向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)在橫向上還存在縱軸橫向環(huán)流，這種縱軸橫向環(huán)流便是潮流沙脊形成的直接動(dòng)力，它會(huì)強(qiáng)烈侵蝕深槽底部，同時(shí)沿深槽兩側(cè)輻射上升，將底部泥沙拋至兩翼，形成與深槽平行的沙脊。

潮流沙脊作為一種獨(dú)特的侵蝕—堆積地貌，一般出現(xiàn)在淺海陸架某些特殊的位置和包括動(dòng)力和物質(zhì)條件特定的沉積環(huán)境[2]。根據(jù)相關(guān)研究，有利于潮成沙脊的發(fā)育潮流動(dòng)力條件是潮流速在0.5～2.5 m/s，因?yàn)槿绻魉龠^大，則侵蝕作用占主導(dǎo)，泥沙物質(zhì)比較難沉積下來；而如果流速過小，則會(huì)侵蝕搬運(yùn)能力不足，只有流速在0.5～2.5 m/s比較適中的時(shí)候，既能侵蝕深槽道，又有利于將泥沙沉積在流速較小的沙體頂部，才會(huì)發(fā)育成潮流脊。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，英羅灣最大落潮流速介于0.82～0.99 m/s，最大漲潮流速在0.74～1.46 m/s，可見英羅灣灣口的潮流流速極有利于潮流沙脊的發(fā)育，潮流動(dòng)力是形成英羅灣潮流沙脊的主因之一。

潮流沙脊形成的物質(zhì)基礎(chǔ)是海底豐富的松散沉積物，從表層沉積物的運(yùn)移趨勢來看，英羅灣口是該海域表層沉積物的“匯”，來自英羅灣灣內(nèi)、安鋪港灣的泥沙均轉(zhuǎn)運(yùn)至此沉積，為潮流沙脊提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。從海底表層沉積物的類型來看，灣口位置主要以砂和粉砂質(zhì)砂為主[18]，屬于松散沉積物，易于重新起動(dòng)和搬運(yùn)，從而為塑造槽、脊相間的動(dòng)力地貌提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

5.2 水下攔門的形成原因

英羅灣灣口攔門淺灘與潮流沙脊和潮流深槽走向垂直。其形成原因是漲落潮流的平衡作用以及英羅灣的喇叭狀地形。水下攔門沙與灣內(nèi)深槽水流外泄擴(kuò)散密切相關(guān)，當(dāng)落潮流由口門進(jìn)入口外淺水區(qū)后水面寬度放寬，形成平面射流的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，水流能量分散，流速隨著與灣口距離的增加而減小，因此落潮流攜帶的泥沙便在灣口發(fā)生沉積，從而形成寬闊的橫向水下攔門淺灘。

6 結(jié)語

英羅灣—安鋪港海域主要?jiǎng)恿Φ孛舶\灘、深槽、潮成沙脊、攔門沙、岸坡、海底平原，而其豐富的動(dòng)力地貌主要成因是該海域較強(qiáng)的潮流動(dòng)力。

英羅灣—安鋪港的泥沙來源主要有潮流侵蝕海岸來沙和陸域徑流來沙兩個(gè)方面，該海域海底表層沉積物輸移趨勢分析表明，表層沉積物自英羅灣與安鋪港向龍頭沙碼頭附近、英羅灣灣口附近聚集。

英羅灣—安鋪港潮流沖刷深槽發(fā)育于冰期的河谷地貌區(qū)域，冰后期隨著海面迅速上升，海水進(jìn)入古河谷，由潮流在古河谷的溝槽或低洼地進(jìn)出沖刷而形成現(xiàn)今的深槽。潮流深槽形成的同時(shí)，在灣口泥沙匯集提供充足的松散沉積物的物質(zhì)基礎(chǔ)、適中水動(dòng)力條件、深槽雙向螺旋流共同作用下形成潮流沙脊。