沙灘侵蝕風(fēng)險(xiǎn)和岸線穩(wěn)定性研究

摘要：文章以中街山列島海洋保護(hù)區(qū)重點(diǎn)關(guān)注的砂質(zhì)岸段為例，針對(duì)青浜島的沙浦沙灘、二村小沙灘，以及廟子湖島的東極后沙灘，建立波浪-潮流-泥沙耦合數(shù)學(xué)模型，研究重點(diǎn)岸段的侵蝕風(fēng)險(xiǎn)隱患，認(rèn)識(shí)岸線演變情況。研究過(guò)程中，利用研究區(qū)域所在海域?qū)崪y(cè)潮位和潮流觀測(cè)資料，對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，保證模型參數(shù)的準(zhǔn)確。資料包括2 0 1 9年1 2月3日至1 2月1 1日期間1個(gè)測(cè)站潮位資料及6個(gè)臨時(shí)潮流測(cè)站完整的包括大、小潮周期的流速、流向觀測(cè)資料。通過(guò)模擬計(jì)算重點(diǎn)岸段海灘在遭遇1 0年一遇極端風(fēng)浪天氣下水下地形的演變趨勢(shì)，分析重點(diǎn)砂質(zhì)段的海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)；采用岸線拋物線模型推算沙浦沙灘、二村小沙灘和東極后沙灘的動(dòng)態(tài)平衡岸線形態(tài)，預(yù)測(cè)沙灘長(zhǎng)期沖淤變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，模擬浪潮條件下三個(gè)沙灘均發(fā)生沖刷，沖刷量分別為沙浦沙灘3 0m3、二村小沙灘3 9m3、東極后沙灘8 6m3，建議在該類動(dòng)力過(guò)程（如臺(tái)風(fēng)浪）發(fā)生后進(jìn)行人工補(bǔ)沙維護(hù)。沙浦沙灘岸線與拋物線模型預(yù)測(cè)結(jié)果基本吻合，沙灘處于相對(duì)動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，而二村小沙灘和東極后沙灘的拋物線模型預(yù)測(cè)岸線在當(dāng)前岸線的向陸一側(cè)，沙灘岸線處于動(dòng)態(tài)調(diào)整并發(fā)生侵蝕趨勢(shì)，建議開(kāi)展針對(duì)性常態(tài)化監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：中街山列島；海洋保護(hù)區(qū)；砂質(zhì)海岸；岸線侵蝕

中圖分類號(hào)： P 7 3 1.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1 0 0 5-9 8 5 7（ 2 0 2 4） 1 0-0 1 2 1-1 4

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（ 2 0 2 3 Y F C 3 0 0 8 1 0 0） ；浙江省軟課題研究計(jì)劃項(xiàng)目（ 2 0 2 2 C 3 5 0 8 5）.

R e s e a r c ho nB e a c hE r o s i o nR i s ka n dS h o r e l i n eS t a b i l i t y：AC a s e S t u d yo f t h eZ h o n g j i e s h a nI s l a n d sM a r i n eR e s e r v e

D I N GX u e l i n1， 2，S ON GZ e k u n3，Z HAN GZ e f e i1， 2，Z HAN GF e n g3， 4，Z HUY o n g1

（ 1. M a r i n eA c a d e m yo fZ h e j i a n gP r o v i n c e，H a n g z h o u3 1 0 0 1 2，C h i n a；2. K e yL a b o r a t o r yo fO c e a nS p a c e R e s o u r c eM a n a g e m e n tT e c h n o l o g y，MN R，H a n g z h o u3 1 0 0 1 2，C h i n a；3. S e c o n dI n s t i t u t eo fO c e a n o g r a p h y， MN R，H a n g z h o u3 1 0 0 1 2，C h i n a；4. O c e a nC o l l e g e，Z h e j i a n gU n i v e r s i t y，H a n g z h o u3 1 0 0 5 8，C h i n a）

A b s t r a c t：I nt h i sp a p e r，t a k i n gt h ek e ys a n d ys h o r e l i n eo fZ h o n g j i e s h a nI s l a n d sM a r i n eR e s e r v e a sa ne x a m p l e，c o n s i d e r i n gS h a p uB e a c ha n dE r c u n x i a ob e a c ho nQ i n g b a n gI s l a n d，a n dD o n g j i -h o uB e a c ho nM i a o z i h u I s l a n d，t h e c o u p l i n gm a t h e m a t i c a lm o d e l o fw a v e， t i d a l c u r r e n t a n ds e d i -m e n t i se s t a b l i s h e dt os t u d y t h ee r o s i o nr i s k i nk e ys h o r e l i n e s e c t i o n s a n du n d e r s t a n d t h ee v o l u -t i o no f t h es h o r e l i n e . D u r i n g t h e r e s e a r c h，t h em o d e l i sv e r i f i e db yu s i n g t h em e a s u r e d t i d e l e v e l a n dt i d a l c u r r e n to b s e r v a t i o nd a t a i nt h es e aa r e aw h e r et h es t u d ya r e a i s l o c a t e dt oe n s u r et h e s u i t a b i l i t yo f t h em o d e l . T h ed a t a i n c l u d e t i d a l l e v e ld a t aa to n e t i d a l s t a t i o na n dc o m p l e t e f l o w v e l o c i t ya n dd i r e c t i o no b s e r v a t i o n so f s i x t e m p o r a r y t i d a l c u r r e n t s t a t i o n sd u r i n g t h ep e r i o d f r o m D e c e m b e r3t oD e c e m b e r 1 1，2 0 1 9，w h i c h i n c l u d e sb o t hs p r i n g t i d e s a n dn e a p t i d e s . T h e c o a s t a l e r o s i o nr i s ko f t h ek e ys a n d ys e c t i o n i s a n a l y z e db yn u m e r i c a l s i m u l a t i o n so f t h ee v o l u t i o nt r e n d o f t h eu n d e r w a t e r t e r r a i nu n d e r t h ee x t r e m ew i n da n dw a v e c o n d i t i o n sw i t ht h e r e t u r np e r i o do f o n c ee v e r y t e ny e a r s . T h ed y n a m i c e q u i l i b r i u ms h o r e l i n em o r p h o l o g yo f S h a p uB e a c h，E r c u n x i a o B e a c ha n dD o n g j i h o uB e a c h i sc a l c u l a t e db yu s i n gt h ep a r a b o l i cm o d e l o f t h es h o r e l i n e，a n dt h e l o n g - t e r me r o s i o na n dd e p o s i t i o nt r e n do f t h es a n d yb e a c h e s i sp r e d i c t e d . T h e r e s u l t ss h o wt h a t u n d e r t h es i m u l a t e dw a v ec o n d i t i o n s，a l lt h r e eb e a c h e sa r ee r o d e d，a n dt h es i z eo fe r o s i o ni s 3 0m3a tS h a p uB e a c h，3 9m3a tE r c u n x i a oB e a c ha n d8 6m3a tD o n g j i h o uB e a c h，r e s p e c t i v e l y . I t i ss u g g e s t e dt h a t s a n dr e c r u i t m e n t s h o u l db ec a r r i e do u tm a n u a l l ya f t e r s u c hd y n a m i cp r o c e s s e s（ s u c ha st y p h o o nw a v e）o c c u r . T h ep r e d i c t i o nr e s u l t so fS h a p uB e a c hs h o r e l i n ea n dp a r a b o l i c m o d e l a r eb a s i c a l l yc o n s i s t e n t，t h u s t h eb e a c h i s i na r e l a t i v e l yd y n a m i c e q u i l i b r i u ms t a t e，w h i l e t h ep a r a b o l i cm o d e l so fE r c u n x i a oB e a c ha n dD o n g j i h o uB e a c hp r e d i c t t h es h o r e l i n e t ob ea t t h e l a n d - s i d eo f t h ec u r r e n ts h o r e l i n e，t h u st h eb e a c hs h o r e l i n ei si nad y n a m i ca d j u s t m e n ta n di s l i k e l yt ob ee r o d e d，s o i t i s r e c o mm e n d e dt oc a r r yo u t t a r g e t e dm o n i t o r i n gr e g u l a r l y .

K e y w o r d s：Z h o n g j i e s h a nI s l a n d s，M a r i n ep r o t e c t e da r e a s，S a n d yc o a s t，S h o r e l i n ee r o s i o n

0 引言

砂質(zhì)海岸是海陸作用頻繁的地帶，由砂、沙礫等松散沉積物堆積形成，受潮流、涌浪、風(fēng)浪等復(fù)雜海洋動(dòng)力作用影響，沙灘形態(tài)不斷變化[ 1-2]。濱海沙灘旅游資源豐富，對(duì)沙灘的保護(hù)利用影響到當(dāng)?shù)貫I海旅游業(yè)的發(fā)展和居民日常親水的需求[ 3]。與此同時(shí)，我國(guó)沿海地區(qū)普遍發(fā)生砂質(zhì)海岸侵蝕災(zāi)害[ 4]，臺(tái)風(fēng)等過(guò)程中發(fā)生的極端海浪是引起岸線短時(shí)間沖刷的重要因素，可能加速岸灘侵蝕，甚至可能導(dǎo)致岸線變化趨勢(shì)改變[ 5]。其中，風(fēng)和浪的方向是影響海灘在風(fēng)暴作用下侵蝕強(qiáng)度的主要因素之一[ 6]。針對(duì)砂質(zhì)海岸，模擬海岸沖淤變化的常用數(shù)值模式有D E L F T 3 D、M I K E 2 1和F V C OM等，其中， M I K E 2 1模型用戶界面友好，前、后處理功能完備，支持熱啟動(dòng)，支持干、濕節(jié)點(diǎn)設(shè)置，可模擬潮流、波浪、泥沙運(yùn)動(dòng)等過(guò)程，在海岸沖淤等過(guò)程的模擬和工程應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用[ 7-8]。如，楊麗中[ 6]使用M I K E 2 1的水動(dòng)力模塊和泥沙模塊，模擬楮島南沙灘的侵蝕過(guò)程，進(jìn)行沙灘沖淤分析。沙灘平面形態(tài)及穩(wěn)定性研究可采用多種模型[ 9]，其中拋物線模型[ 1 0]考慮了波向條件和海岸穩(wěn)定性，通過(guò)多個(gè)沙灘模型擬合得到，因此在沙灘穩(wěn)定性的判斷中得到廣泛應(yīng)用[ 6]。

浙江普陀中街山列島海洋特別保護(hù)區(qū)在設(shè)立后，又相繼設(shè)立國(guó)家級(jí)海洋牧場(chǎng)示范區(qū)、碳匯漁業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)[ 1 1]，旨在保護(hù)區(qū)域內(nèi)的海洋生物資源和生態(tài)環(huán)境資源。中街山列島海域具有豐富的自然資源，海岸線狹長(zhǎng)，島嶼眾多，建設(shè)有東極港、沈家門港等代表性港口，具有獨(dú)特的海島自然景觀和人文景觀，旅游資源豐富。該海域設(shè)有海洋牧場(chǎng)，水產(chǎn)種類豐富。廟子湖島、青浜島海洋旅游蓬勃發(fā)展，舟山跨海大橋的建成以及海洋牧場(chǎng)的實(shí)施，也使得普陀中街山列島面臨著較好的發(fā)展機(jī)遇。旅游產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，使得普陀海洋生態(tài)環(huán)境壓力也進(jìn)一步加大，如何平衡海洋開(kāi)發(fā)與保護(hù)工作，成了當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。研究人員針對(duì)中街山列島海洋保護(hù)區(qū)開(kāi)展了一系列研究[ 1 1-1 6]。如，李振華等[ 1 1]對(duì)中街山列島海域的海洋環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了全面分析，包括季節(jié)變化和污染水平。研究還評(píng)估了富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)，并為海洋資源管理和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。印瑞等[ 1 4]研究了中街山列島海洋牧場(chǎng)中大黃魚(yú)資源的時(shí)空分布特征以及影響其分布的環(huán)境因子，為了解大黃魚(yú)的生態(tài)習(xí)性，為科學(xué)地建設(shè)海洋牧場(chǎng)和恢復(fù)大黃魚(yú)資源提供基礎(chǔ)資料。吳天等[ 1 5]則基于中街山列島海域的漁業(yè)資源調(diào)查數(shù)據(jù)研究曼氏無(wú)針烏賊資源衰退機(jī)制，為曼氏無(wú)針烏賊棲息地保護(hù)和修復(fù)提供生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論依據(jù)。張洪亮等[ 1 6]研究了中街山列島海域三疣梭子蟹資源的年間變化，為該海域三疣梭子蟹資源的保護(hù)與管理提供依據(jù)。上述研究主要從漁業(yè)資源保護(hù)的角度出發(fā)，針對(duì)海洋經(jīng)濟(jì)生物和海洋環(huán)境質(zhì)量展開(kāi)研究，未涉及基于保護(hù)區(qū)海洋動(dòng)力過(guò)程的近岸岸灘沖淤變化分析。考慮到砂質(zhì)岸線穩(wěn)定性對(duì)中街山列島海島旅游發(fā)展和沿海居民親水活動(dòng)需求的影響較大，有必要選取保護(hù)區(qū)重點(diǎn)岸段，開(kāi)展包括短期岸灘沖淤變化及長(zhǎng)期沙灘穩(wěn)定性分析的研究。

本文以中街山列島海洋保護(hù)區(qū)的典型砂質(zhì)岸線為例，開(kāi)展沙灘侵蝕風(fēng)險(xiǎn)和岸線穩(wěn)定性研究。研究選取保護(hù)區(qū)內(nèi)沙浦沙灘、二村小沙灘和東極后沙灘開(kāi)展研究，以上沙灘均為保護(hù)區(qū)旅游開(kāi)發(fā)的主要區(qū)域。本研究目的是針對(duì)以上典型砂質(zhì)岸線，通過(guò)采用M I K E 2 1數(shù)值模式建立波浪-潮流-泥沙耦合數(shù)學(xué)模型，模擬研究沙灘在臺(tái)風(fēng)浪疊加天文大潮等短期極端浪潮組合作用下的水沙過(guò)程，得出極端天氣作用下的沙灘沖淤變化，研究保護(hù)區(qū)重點(diǎn)砂質(zhì)岸段的海洋災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患。針對(duì)沙灘的長(zhǎng)期沖淤趨勢(shì)，通過(guò)拋物線模型，針對(duì)不同沙灘形態(tài)推算其平衡形態(tài)，通過(guò)現(xiàn)有岸線與平衡岸線的形態(tài)對(duì)比，預(yù)測(cè)岸灘穩(wěn)定性，客觀認(rèn)識(shí)砂質(zhì)岸線的演變情況，為保護(hù)區(qū)有效開(kāi)展沙灘管理工作提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

本文研究區(qū)域位于中街山列島海洋保護(hù)區(qū)，研究對(duì)象包括三處砂質(zhì)岸線，分別為青浜島沙浦沙灘、二村小沙灘，以及廟子湖島的東極后沙灘，位置如圖1所示。

1.1 地質(zhì)地貌

中街山列島的地質(zhì)以花崗巖為主，經(jīng)地殼運(yùn)動(dòng)和海水侵蝕形成山石景觀和海礁景觀。島嶼地形起伏。海岸以基巖為主，沙質(zhì)、砂石不多，巖石堅(jiān)硬但抗風(fēng)化能力較弱。塊狀侵入巖由燕山時(shí)期侵入巖組成，以鉀長(zhǎng)花崗巖、花崗巖為主，巖石堅(jiān)硬，整體性好，但易風(fēng)化。基巖整體性好，巖體的力學(xué)強(qiáng)度高，工程地質(zhì)條件良好。

1.2 氣象氣候

中街山列島屬典型亞熱帶海洋性氣候，光照充足，終年多雨，溫和濕潤(rùn)。由于四面環(huán)海，受海水溫差的調(diào)節(jié)，平均氣溫約1 6℃，年降水量12 0 0毫米至20 0 0毫米不等。中街山列島大氣環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)好，總懸浮顆粒物（ T S P）、二氧化硫和氮氧化合物均符合G B 3 0 9 5-1 9 9 6《空氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，甚至達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，屬清潔水平，有較大的環(huán)境容量。

1.3 主要災(zāi)害

中街山列島地處中緯度，受西風(fēng)帶極鋒和東風(fēng)帶氣旋的影響，天氣較復(fù)雜，一年四季都可能發(fā)生災(zāi)害性天氣。影響該區(qū)域的災(zāi)害性天氣主要有熱帶氣旋（臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮）、大風(fēng)、暴雨、強(qiáng)冷空氣、冰雹等。

1.4 潮汐潮流

根據(jù)本文收集到東極海域布設(shè)的1個(gè)臨時(shí)潮位測(cè)站（ T 1）及6個(gè)臨時(shí)潮流測(cè)站（ C 1～C 6）于2 0 1 9年1 2月3日至1 2月1 1日期間的實(shí)測(cè)資料表明，工程區(qū)水域潮汐類型為規(guī)則半日潮，潮位一日（太陰日）內(nèi)出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，并具有明顯的潮汐不等現(xiàn)象。如表1所示，測(cè)驗(yàn)期間（ 2 0 1 9年1 2月3日至1 2月1 1日）廟子湖臨時(shí)潮位站平均海面均為0 .1 8m，最大潮差為3. 3 8m，平均潮差為1. 8 0m，最高潮位為1.7 2m，最低潮位為-1.6 6m。平均落潮歷時(shí)略長(zhǎng)于平均漲潮歷時(shí)，歷時(shí)差分別9 m i n。

研究海域潮流屬正規(guī)半日潮流類型，淺海效應(yīng)顯著，潮波運(yùn)動(dòng)以前進(jìn)波形式為主，較大流速多出現(xiàn)在高平（低平）附近，而憩流或轉(zhuǎn)流反而發(fā)生在中潮位附近，此時(shí)流速較小。流速隨潮汛更迭具有良好的變化規(guī)律，大、小潮流速比約為1.0∶0.7。流速在垂向分布上，變化特征亦較為明顯，即最大流速多出現(xiàn)在中層以上，隨深度遞增，流速逐漸減弱，表、中、底層流速垂向比約為1. 0∶0. 8∶0. 6。海域潮流流向較為規(guī)律，各站漲潮流流向基本為西北向，落潮流流向基本為東南向。工程區(qū)水域余流值較大，余流流向以落潮流方向居多。

1.5 海浪

采用嵊山站（ 1 9 7 0—2 0 0 2年）作為研究海域海浪代表臺(tái)站，利用站點(diǎn)歷年最大1/1 0大波波高和平均周期料推求深水波要素（表2） ，推算結(jié)果顯示，研究海域偏東向深水浪波高大，如E N E向和E向有效波高達(dá)到6. 5 m，東南向外海來(lái)浪的平均周期最長(zhǎng)。

2 研究方法

2.1 潮流場(chǎng)數(shù)值模型

2.2波浪場(chǎng)數(shù)值模型

波浪場(chǎng)數(shù)值模擬采用M I K E 2 1軟件中的SW模塊。該模塊是基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的新一代譜波浪模型，能夠模擬近岸風(fēng)浪和涌浪過(guò)程，能夠考慮波浪與水流之間的相互作用、水深變化、干濕分區(qū)影響，可以求解準(zhǔn)定常和非定常波浪作用平衡方程的全譜公式和方向解耦參數(shù)公式，并可與水流模型完全耦合。模型的控制方程為波作用守恒方程，在笛卡爾坐標(biāo)系下，波作用守恒方程可表示為：

2.5 極端波浪要素設(shè)計(jì)

立足于風(fēng)生浪和外海入波的極值波況分析研究，選取重現(xiàn)期為1 0年一遇的極端波浪，模擬極端波浪條件下研究區(qū)域的波浪場(chǎng)分布。根據(jù)臺(tái)站多年測(cè)風(fēng)極值序列推算給定設(shè)計(jì)概率的定向風(fēng)速值和定向外海大波值，以此作為驅(qū)動(dòng)模式計(jì)算的定解條件，計(jì)算得到的設(shè)計(jì)條件下的波浪場(chǎng)結(jié)果作為泥沙沖淤模型的輸入條件。由于沙浦沙灘、二村小沙灘和東極后沙灘所在海灣灣口朝向不一，而且不同方向的波浪對(duì)各個(gè)海灣所在的沙灘的影響程度也各不相同，因此本文針對(duì)4個(gè)沙灘所在海灣的朝向分別選擇不同方向的極端波浪作為輸入條件。普陀站為浙北臨外海的代表性測(cè)站，本文采用普陀站歷年定時(shí)各向最大風(fēng)資料推算設(shè)計(jì)風(fēng)速。用嵊山站歷年各向最大波浪資料推算深水波要素；基于這些設(shè)計(jì)風(fēng)速和深水波要素作為模型計(jì)算的定解條件。

3 模型驗(yàn)證

為了模擬研究區(qū)域沙灘在大風(fēng)浪情況下的沖淤情況，采用波浪-潮流-泥沙耦合模型，模擬研究沙灘周邊海域的潮流、波浪及泥沙運(yùn)動(dòng)，建立包含東極海域在內(nèi)，包含舟山群島、杭州灣、長(zhǎng)江河口以及部分東海海域的大范圍模型（圖2） ，采用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格剖分計(jì)算域。為了較好地刻畫(huà)水下地形和岸線，保證計(jì)算精度，網(wǎng)格在靠近岸線的區(qū)域進(jìn)行加密，從遠(yuǎn)離目標(biāo)沙灘的海域、相對(duì)稀疏、網(wǎng)格間距約30 0 0m的網(wǎng)格，平滑過(guò)渡到目標(biāo)沙灘所在區(qū)域、局部加密、網(wǎng)格間距最小達(dá)5m的網(wǎng)格（圖3）。

本文收集到東極海域布設(shè)的1個(gè)臨時(shí)潮位測(cè)站（ T 1）及6個(gè)臨時(shí)潮流測(cè)站（ C 1～C 6）于2 0 1 9年1 2月3日至1 2月1 1日期間的實(shí)測(cè)資料，包含完整的包括大、小潮周期的潮位、流速和流向資料，與模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。潮位驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)圖4。潮流流速和流向驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)圖5和圖6。

從潮位變化來(lái)看，包含大潮和小潮過(guò)程的潮位模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果擬合較好，從T 1測(cè)站的潮位模擬結(jié)果來(lái)看，大潮和中潮期間模擬計(jì)算潮位與實(shí)測(cè)潮位擬合較好，最高、最低潮位誤差一般在6c m以內(nèi)，個(gè)別誤差在1 0c m左右；相對(duì)而言，小潮的模擬潮位與實(shí)測(cè)潮位之間誤差較大，部分誤差在2 0c m左右，但總體較為理想。

漲落急時(shí)段的流向變化具有較為明顯的往復(fù)流特征，各點(diǎn)流向的變化趨勢(shì)上擬合較好，但部分轉(zhuǎn)流和流速較小時(shí)刻流向跳動(dòng)幅度較大，此時(shí)流向驗(yàn)證誤差較大。從漲落急時(shí)段的流向變化來(lái)看，往復(fù)流特征較為明顯，各點(diǎn)流向的變化趨勢(shì)上擬合較好，但部分轉(zhuǎn)流和流速較小時(shí)刻流向跳動(dòng)幅度較大，此時(shí)流向驗(yàn)證誤差較大。在C 1 ～C 6測(cè)點(diǎn)的大潮期流速模擬結(jié)果的平均絕對(duì)誤差為0 .0 8～0 .1 3m/s，大潮期流向模擬結(jié)果的平均絕對(duì)誤差為1 6°～2 7°。

對(duì)比各個(gè)站點(diǎn)的模擬潮流過(guò)程與實(shí)測(cè)潮流過(guò)程可見(jiàn)，針對(duì)潮位變化過(guò)程、潮流流速變化過(guò)程和潮流流向變化過(guò)程的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值基本一致，結(jié)果合理，反映了目標(biāo)區(qū)域及周邊真實(shí)潮流運(yùn)動(dòng)特征，可應(yīng)用于岸線沖淤預(yù)測(cè)分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 極端天氣沖淤

根據(jù)普陀站和嵊山站多年波浪和風(fēng)速觀測(cè)資料，推算得重現(xiàn)期為1 0年一遇的極端波浪設(shè)計(jì)波高、波周期、測(cè)站風(fēng)速等要素如表3所示。

根據(jù)波浪數(shù)學(xué)模型模擬成果，研究區(qū)域在重現(xiàn)期為1 0年一遇的極端波浪條件下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的波高分布見(jiàn)圖7。由于地形作用，波浪場(chǎng)從深海到各個(gè)研究區(qū)域沙灘均呈現(xiàn)波高降低的趨勢(shì)。在沙浦沙灘東南側(cè)和二村小沙灘的模擬結(jié)果中，入射波在從深水區(qū)傳播到沙灘的過(guò)程中，有效波高從超過(guò)2.8m降低至僅0.4m。對(duì)比不同沙灘可見(jiàn)，有效波高在沙浦沙灘附近海域衰減距離最長(zhǎng)，在二村小沙灘附近海域次之，在東極后沙灘附近海域最短。在東極后沙灘模擬邊界5 0m距離內(nèi)，有效波高的衰減最大達(dá)1.0m，波高可達(dá)1.5m，波浪動(dòng)力最強(qiáng)。

選取模型驗(yàn)證過(guò)程中2天（ 2 0 1 9年1 2月9日6時(shí)至1 1日6時(shí)） ，在潮流動(dòng)力的基礎(chǔ)上疊加極端波浪條件，將波流組合的水動(dòng)力條件來(lái)作為泥沙輸運(yùn)模型的輸入條件，模擬研究區(qū)域在典型大潮和極端波浪條件下的沖淤情況，結(jié)果如圖8所示。對(duì)比不同沙灘的模擬結(jié)果可知：

（ 1）極端波浪作用下，本文研究的三個(gè)沙灘沖淤趨勢(shì)基本一致，均為近岸高灘部分發(fā)生主要沖刷，高灘部分被沖刷的泥沙在坡腳位置發(fā)生堆積；

（ 2）相比沙浦沙灘和二村小沙灘，東極后沙灘的沖刷厚度最大。與圖5綜合分析可知，東極后沙灘由于面向北側(cè)開(kāi)闊的外海，沒(méi)有島嶼和岬角對(duì)波浪的遮蔽，波浪能量在距離沙灘較近的區(qū)域才發(fā)生衰減，波浪動(dòng)力強(qiáng)，沖刷最劇烈。東極后沙灘的最大沖刷強(qiáng)度達(dá)到0.3 1m，沙灘侵蝕量為8 6m3。

（ 3）二村小沙灘和沙浦沙灘的沖刷厚度均較小。由于位于青浜島東側(cè)，在來(lái)波方向均有海岸岬角的遮蔽，周邊波高僅為0. 4m（圖7） ，波浪動(dòng)力較弱，導(dǎo)致泥沙運(yùn)動(dòng)較少。二村小沙灘和沙浦沙灘的最大沖刷強(qiáng)度分別為0.1 8m和0.1 4m，沙灘侵蝕量分別為3 9m3和3 0m3。

根據(jù)極端天氣下沙灘侵蝕模型計(jì)算結(jié)果可看出，外海向波浪由灣口傳播到近岸后，波浪在沙灘前沿破碎，對(duì)二村小沙灘、東極后沙灘和沙浦沙灘3個(gè)沙灘存在一定的沖擊及淘蝕作用，進(jìn)而引起沿岸侵蝕、搬遷和堆積的變化。結(jié)果表明，大潮疊加極端波浪條件模擬的臺(tái)風(fēng)過(guò)程中，沖刷和淤積位置的分布主要受臺(tái)風(fēng)浪影響。在近岸高灘區(qū)域，由于海浪從深水區(qū)傳播至淺水區(qū)并沖擊沙灘，在波浪動(dòng)力作用下泥沙起動(dòng)，高灘部分發(fā)生沖刷。攜沙水體向海運(yùn)輸在坡腳位置之后，由于水深增加，海浪能量減小，沙粒開(kāi)始沉積。導(dǎo)致堆積現(xiàn)象。考慮到中街山列島的地質(zhì)以花崗巖為主，海岸以基巖為主，研究海域缺乏外部沙源補(bǔ)給，故臺(tái)風(fēng)浪等極端天氣過(guò)后受侵蝕的沙灘更難以重新恢復(fù)，建議通過(guò)人工形式進(jìn)行補(bǔ)沙維護(hù)。結(jié)合數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)侵蝕較嚴(yán)重區(qū)域主要分布在高潮線以上區(qū)域，大浪條件下沙灘沖刷主要發(fā)生在1～2m等深線附近，因此建議拋沙位置可集中在1～2m等深線附近，有效保護(hù)海岸。根據(jù)侵蝕量預(yù)測(cè)結(jié)果，二村小沙灘、東極后沙灘和沙浦沙灘3個(gè)沙灘補(bǔ)沙量建議為9 0m3、3 9m3和3 0m3。

4.2 長(zhǎng)期沖淤趨勢(shì)

應(yīng)用拋物線模型來(lái)預(yù)測(cè)海灘岸線的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)。根據(jù)拋物線海灣形狀方程（式1 2） ，針對(duì)沙浦沙灘、二村小沙灘和東極后沙灘實(shí)際岸線，等間距地選取不同的θ，得到不同的Rn，解算獲得各研究區(qū)域海灘的拋物線參數(shù)C1， C2， C3的值（表4 ～表6） ，據(jù)此推算各海灘岸線的拋物線海灣形狀方程，預(yù)測(cè)海灘的形態(tài)變化趨勢(shì)（圖9）。

對(duì)比研究區(qū)域海灘實(shí)際岸線與動(dòng)態(tài)平衡岸線穩(wěn)定形態(tài)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)岬灣海灘的上下岬角位置，以及海灘直線段所確定的主波浪來(lái)向所構(gòu)建的海灘穩(wěn)定岸線形態(tài)，其中沙浦沙灘的預(yù)測(cè)平衡岸線與實(shí)際岸線形態(tài)較吻合，表明沙浦沙灘岸線當(dāng)前處于相對(duì)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。二村小沙灘和東極后沙灘的預(yù)測(cè)平衡岸線在上岬角處與實(shí)際岸線存在向岸一側(cè)的少量偏移，表明二村小沙灘和東極后沙灘在現(xiàn)階段未處于動(dòng)態(tài)平衡，岸線處于調(diào)整狀態(tài)。考慮到岬角環(huán)抱的海灘區(qū)與岬角外沿岸泥質(zhì)區(qū)是相對(duì)獨(dú)立的沉積體系，海灘區(qū)沉積物的主要來(lái)源是沿岸基巖就地侵蝕而來(lái)的泥沙，且研究區(qū)域無(wú)沿岸河流來(lái)沙，輸入二村小沙灘和東極后沙灘的泥沙無(wú)增加趨勢(shì)，據(jù)此預(yù)測(cè)，二村小沙灘和東極后沙灘岸線未來(lái)將發(fā)生侵蝕。海平面上升伴隨海洋災(zāi)害發(fā)生頻率增加[ 1 7]，進(jìn)一步放大侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。建議針對(duì)岸線侵蝕情況開(kāi)展常態(tài)化監(jiān)測(cè)，并在未來(lái)根據(jù)觀測(cè)結(jié)果制定防御性措施。

5 結(jié)論

本文針對(duì)中街山列島海洋保護(hù)區(qū)重點(diǎn)關(guān)注的三個(gè)砂質(zhì)岸段，即沙浦沙灘、二村小沙灘和東極后沙灘，建立了波浪-潮流-泥沙耦合數(shù)學(xué)模型，在驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性后，模擬研究區(qū)域沙灘在1 0年一遇極端波浪疊加大潮動(dòng)力作用下的沖淤情況，并根據(jù)拋物線模型分析岸線動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，預(yù)測(cè)研究區(qū)域沙灘的侵蝕風(fēng)險(xiǎn)，分析結(jié)果可為科學(xué)認(rèn)識(shí)岸線演變情況、針對(duì)重點(diǎn)岸段侵蝕風(fēng)險(xiǎn)采取有效防護(hù)措施提供依據(jù)。

根據(jù)極端天氣下沙灘侵蝕模型計(jì)算結(jié)果可看出，外海向波浪由灣口傳播到近岸后，波浪在沙灘前沿破碎，對(duì)二村小沙灘、東極后沙灘和沙浦沙灘3個(gè)沙灘存在一定的沖擊及淘蝕作用，進(jìn)而引起沿岸侵蝕、搬遷和堆積的變化。沙灘近岸高灘部分發(fā)生沖刷，在坡腳位置發(fā)生堆積。東極后沙灘最大沖刷強(qiáng)度為0.3 1m，沙灘侵蝕量為8 6m3。二村小沙灘和沙浦沙灘最大沖刷強(qiáng)度分別為0.1 8m和0.1 4m，沙灘侵蝕量分別為3 9m3和3 0m3。根據(jù)工程海域的泥沙環(huán)境特點(diǎn)，考慮周邊基巖提供的外部沙源較少，在經(jīng)過(guò)臺(tái)風(fēng)浪等極端海浪過(guò)程后，受侵蝕沙灘恢復(fù)困難，建議進(jìn)行人工補(bǔ)沙。從沙灘數(shù)模計(jì)算結(jié)果來(lái)看，大浪條件下沙灘沖刷主要發(fā)生在1～2m等深線附近。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，侵蝕較嚴(yán)重區(qū)域也主要分布在高潮線以上區(qū)域。因此拋沙位置可集中在1～2m等深線附近，可緩解工程岸線不斷侵蝕的狀態(tài)，降低臺(tái)風(fēng)浪對(duì)岸灘的沖擊，有效保護(hù)海岸。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，二村小沙灘、東極后沙灘和沙浦沙灘的補(bǔ)沙量建議為9 0m3、3 9m3和3 0m3。根據(jù)穩(wěn)定性預(yù)測(cè)，沙浦沙灘岸線處于相對(duì)動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，二村小沙灘和東極后沙灘在未來(lái)幾十年里，沙灘岸線將發(fā)生侵蝕，建議針對(duì)岸線侵蝕情況開(kāi)展常態(tài)化監(jiān)測(cè)，并根據(jù)觀測(cè)結(jié)果制定修復(fù)措施，在符合海洋保護(hù)區(qū)功能要求的前提下，更好地促進(jìn)研究區(qū)域沙灘對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆詈蜕鷳B(tài)、旅游等產(chǎn)業(yè)發(fā)揮作用。

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[ 1 7] 王慧，全夢(mèng)媛，徐衛(wèi)青，等.中國(guó)沿海和近海海平面上升預(yù)測(cè)[ J].海洋學(xué)報(bào)， 2 0 2 3， 4 5（ 8） ： 1-1 0. WAN G H u i，QUAN M e n g y u a n，XU W e i q i n g，e t a l . S e a l e v e l r i s ep r o j e c t i o n i nC h i n a’s c o a s t a l a n do f f s h o r e a r e a s[ J]. H a i y a n gX u e b a o， 2 0 2 3， 4 5（ 8） ：1-1 0.