英罗湾—安铺港沉积动力地貌特征及成因研究

2020-11-30黄广灵

广东水利水电 2020年11期

黄广灵,邱静,陈晖

(1.广东省水利水电科学研究院，广东广州 510635;2.广东省水动力学应用研究重点实验室，广东广州 510635;3.河口水利技术国家地方联合工程实验室，广东广州 510635;4.南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)，广东广州 510635)

1 概述

英罗湾—安铺港位于广西东南边，北部湾的东北部，该区地貌类型上属台地溺谷海岸(见图1)[1]。英罗湾—安铺港海域潮差较大，纳潮量也大，因此潮流动力强劲，在强劲的潮流动力长期作用下，该海域水下动力地貌发育较为丰富，不仅有典型的深槽和沙脊，湾口还有拦门沙等地貌。有关我国近海的水下动力地貌，特别是关于强潮海域潮成沙脊地貌的研究在20世纪80年代取得了很多成果[2-9]，构成了我国强潮海岸水下动力地貌的理论体系。由于英罗湾海洋生态自然保护区是广东省著名的湿地生态环境之一，沿岸有丰富的红树林资源和大陆连片面积最大的国家级高桥红树林，因此目前针对英罗湾的研究主要关注其红树林生态环境等相关问题[10-14]，而对于英罗湾水下动力地貌的研究却很少，然而地貌环境的稳定是保护海岸带红树林生态环境的前提，因此开展英罗湾潮汐水道动力地貌演特征及其形成原因研究，对英罗湾内红树林生态环境的保护具有重要意义。

图1 英罗湾—安铺港海岸体系示意

2 自然条件概况

2.1 气候条件

研究地区属南亚热带、北热带、亚湿润季风气候，夏长冬暖，雨热同季，降水分布不均匀，干湿季明显，冬季寒潮入侵偶有严寒，夏秋期间，台风、暴雨频繁。年平均气温为22.9℃，每年降水量的80%～85%集中在4—9月，年平均雨量为1 573.4 mm，夏半年汛期(4—9月)的雨量占全年的83.4%，冬半年雨量仅占全年的16.6%。

2.2 径流

英罗湾北部有两省的界河——洗米河以及高桥河、卖皂河(大坝河)、江背河等河流，高桥河是本区最大的河流，历史最大实测流量为1 210 m3/s，近年来该区域河流总体出海径流量有所减小，因其下游兴建了大冲水陂和公安陂等拦河建筑。安铺港东侧注入研究海域的河流主要有九洲江下游的分支营仔河、安铺河以及杨柑河，九洲江发源于广西玉林市陆川县，于廉江市安铺镇黎头沙及营仔圩出海，河流全长为162 km，总流域面积为3 337 km2，实测最大流量为5 680 m3/s(1906年，缸瓦窑站)，多年平均径流量为31亿m3，多年平均流量为25.2 m3/s。

2.3 海岸动力特征

北部湾东北部的英罗湾—安铺港潮汐主要是太平洋潮波经巴士海峡和巴林塘海峡进入南海后形成的。根据研究海域周年潮位观测的资料：该海区潮汐性质的判据值为3.26，属“不规则日潮”，平均落潮历时略短于其平均涨潮历时(见表1)。

表1 英罗湾—安铺港海岸动力特征

英罗湾—安铺港海域涨潮流流向为NE～E向，落潮流流向为SW～W向，潮流具有显著的周期性，“往复流”特征明显。研究海区落潮流速略大于涨潮流速，涨、落潮流之间，流速、历时均存在一定的不对称性。极值流速一般出现在强台风期间，强台风期间表层的最大流速可达1.55 m/s。全年余流不大，表层多数月份为0.2 m/s。

英罗湾—安铺港海域常浪向为NNE向，多年出现频率为16.9%，强浪向为SW，每年9月至翌年3 月，以N向浪居多，4—8月则以SW～SE 浪为主。

3 水下动力地貌

英罗湾—安铺港港湾外形如鹿头状，其中安铺港为鹿头部，英罗湾似鹿角，安铺港整体形状为一个矩形，东西走向，而英罗湾为喇叭状，湾口朝南敞开，湾顶向北伸入内陆14 km。英罗湾—安铺港总体岸线长73 km，海湾面积约为214 km2。根据英罗湾—安铺港及其附近海区的水下海岸动力地貌特征，该海域主要地貌类型包括浅滩、沙脊、深槽、拦门沙、岸坡以及海底平原等6种类型(见图2)。

图2 英罗湾—安铺港海底动力地貌示意

3.1 浅滩

英罗湾—安铺港的水下大部分区域为浅滩，主要分布于海湾沿岸区域，浅滩的一般宽度在0.5～2.0 km，宽阔平坦，最宽处为安铺港西岸达5 ～ 7.0 km，英罗湾—安铺港的浅滩总面积约为142 km2，点整个海湾面积的66.3%。根据本海区浅滩分布的位置、底质构成情况以及形态可进一步将其分为为4种动力地貌类型：泥沙滩、沙滩、潮沟和红树林滩。

3.1.1泥沙滩

英罗湾的泥沙滩主要分布于墩仔村及沙龙围以北区域沿岸浅滩，与海岸线平行且呈带状分布，安铺港的泥沙滩主要沿着东、北、南海岸分布，浅滩的宽度较英罗湾内的大，宽度最大处达6.5 km。综合起来，本海区泥沙滩各采样点平均砂含量在为63.25%～74.32%，粘土含量为12.54%～37.4%，粉砂含量为16.84%～57.22%。

3.1.2沙滩

研究区域的沙滩主要分布在英罗湾湾口东、西两侧，在湾口外的西侧亦存在大片沙滩(网流沙)，安铺港内的沙滩主要分布在港湾中部区域。总的来说，本区的沙滩滩面较为平坦，局部稍有隆起，或者向海有一定坡度地倾斜，一般坡度为1‰～1.5‰，本海区沙滩宽度最大处达6.3 km，位于英罗湾湾口的西侧(网流沙)。本海区泥沙滩各采样点平均砂含量为54.57%～93.5%，砾石含量为6.74%～7.58%，粉砂含量为9.67%～33.46%。

3.1.3潮沟

潮沟是在沙泥质潮滩上由于潮流作用形成的冲沟，是潮坪上最活跃的微地貌单元，因其发育在潮坪上，因此在高潮位时潮沟会被潮水淹没，而低潮时则出露，形成原因主要是潮流冲刷作用形成的冲沟，沉积物与沙滩物质相近。研究海区潮沟主要分布在英罗湾湾顶及东侧，英罗湾湾口外的西侧网流沙上亦发育有潮沟。

3.1.4红树林滩

主要分布在英罗湾东岸沙龙围以北到湾顶沿岸、西岸李村以北至湾顶沿岸泥质海滩上，主要呈片带状沿湾顶海岸分布，红树林滩的沉积物与泥沙滩一致。

3.2 深槽

英罗湾潮流深槽自湾口安铺港内海底平原向北延伸至沙头西侧，全长约为11.4 km，宽度在0.1～1.2 km，在英罗湾口门处仅80 m。水深在5～10 m，深槽最深处位于湾口拦门沙以西，最大水深达10.8 m，而湾顶处深槽尾部水深仅为4 ～ 5 m。安铺港内的潮流槽分为南、北两支，且其尾部即通过水下岸坡与海底平原相连，该海域的海底平原从某此方面来说仍是一个宽度较大的深槽，在安铺港内形成两支较小的深槽分汊。

3.3 潮成沙脊

英罗湾湾口的潮流沙脊较为发育，内湾呈喇叭状收缩，水域宽度不大潮成沙脊不怎么发育，英罗湾湾口从东到西共发育有3条较为明显的潮流沙脊，其中东侧沙脊长度为3 km，宽度为0.3 km；中间沙脊长度为3.3 km，宽度为0.4 km；西侧潮流沙脊长度为2.7 km，宽度为0.3 km。潮流沙脊中沉积物以粉砂质砂为主，其中砂的含量为68.02%～70.15%；粉砂的含量为16.58%～19.32%。

3.4 拦门沙

英罗湾口门一带发育有拦门沙浅滩，其长为7.5 km，宽约3 km，拦门沙沙顶水深为2～3 m，拦门沙内坡直接与其浅滩、沙脊相连，因潮成深槽的存在，湾口拦门沙浅滩被分割为东、中、西3部分。东部面积较大，约为6.57 km2；中心拦门沙面积最小，为1.76 km2；西部拦门沙面积约为3.69 km2。水下拦门沙浅滩的表层沉积物与主要为砂及粉砂质砂。

3.5 岸坡

水下岸坡分布于湾口深槽尾端，安铺港中西部，呈环带状，中心位置为海底平原。水下岸坡的特点是水深变化幅度较大，水深在6～16 m之间变化。分布上，东边较宽，达3.6 km左右；南北较窄，约0.3～0.6 km。其表层沉积物为砂—粉砂—粘土。

3.6 海底平原

海底平原分布在安铺港西侧，宽约2.8 km，与岸坡相连，海底平原范围比较宽广，向南一直延伸至涠洲岛附近海区。海底平原水深一般大于10 m，坡度大约为0.1‰～ 1‰，海底沉积物以砂为主。

表2 英罗湾—安铺港水下沉积动力地貌类型特征

4 泥沙来源及运移趋势

4.1 泥沙来源

英罗湾—安铺港的泥沙来源主要有陆域来沙和径流来沙2个方面，而海域来沙因研究海区外海水深在10 m以上(如图3所示)，而该海域多年平均波高才0.35 m，波浪作用不到海底，因此很难将外海细颗粒泥沙搬运进湾内，故本海区外海来沙很少。

图3 研究海域水下地形分布示意

4.1.1陆域来沙

英罗湾—安铺港湾内的波浪作用动力较弱，波浪对海岸的侵蚀作用不明显，而潮流动力相对较强，最大潮差达5.42 m，最大涨潮流速达1.46 m/s，因此潮流动力形成海岸侵蚀的主要动力。长期以来，强潮流作用对英罗湾—安铺港区域岸边的松散沉积物进行侵蚀和搬运，在英罗湾湾口附近形成一系列的海蚀陡坎和陡崖等海蚀地貌，陡崖台地相对高程可达8～13 m。可见，本海区水下泥沙堆积体物质主要来源之一是强潮流侵蚀的陆域松散沉积物。

4.1.2径流来沙

英罗湾—安铺港没有特大的河流注入，只有数条小河流，其中包括注入英罗湾的高桥河、青平河，安铺港东侧注入的九洲河分支营仔河、安铺河以及东南角的杨柑河。高桥河全长29 km，多年平均流量约为5.7 m3/s；青平河全长27 km，多年平均流量约为3.2 m3/s。营仔河、安铺河为九洲江下游分支入海河流，九洲江流域面积为3 337 km2，河流长度为162 km，多年平均流量为25.2 m3/s。由于九洲江沿河上游土质多为砂壤土和花岗岩风化土，冲刷剧烈，缸瓦窑站历年实测含沙量最大为1.52 kg/m3，最小为0.002 kg/m3，平均为0.2～0.3 kg/m3。河床以砂质为主，沿河道曲折点有不少沙滩和岩石露面。总体来看，注入英罗湾的河流流量较小，这些河流径流量小而输沙率较小，加上近年来主要河流下游均兴建了拦河建筑，导致进入湾内的泥沙进一步减少。

4.2 表层沉积物运移趋势

Gao-Collins模型[15]是一种根据沉积物粒度参数的空间分布(二维)来判断沉积物净输运格局的“粒度趋势分析”方法，基于“粒度趋势沿沉积物搬运方向比其他方向发生频率高”的假设，在Mclaren模型及半定量滤波技术基础上建立的分析方法[16-17]。该二维泥沙搬运矢量模型，从表层沉积物样品网格来确定粒度趋势，然后通过滤波处理获得泥沙搬运路径的“余方式”，通过此方法可获得更明确的泥沙净输运路径图像，利用该模型可计算并绘制项目研究海域表层沉积物的输运趋势(如图4所示)[18]。

图4 表层沉积物输运趋势示意

由图4可见，该海域表层沉积物自英罗湾与安铺港向英罗湾湾口(龙头沙码头)附近输移，因此英罗湾湾口为该海域表层沉积物的一个“汇”。龙头沙码头处于英罗湾涨落潮通道咽喉处，通道水深较大，形成自然深槽和沙脊，英罗湾内及深槽内泥沙在湾内小河流径流与落潮喷射流的作用下，向湾外搬运，并在湾口由于地形变宽，水流平缓后沉积下来；而由前文分析可知，项目海区潮汐作用较强，从平均涨、落潮历时看，该海区平均涨潮历时均比平均落潮历时长，涨潮流稍占优势，因此研究海域泥沙在涨潮流作用下，向英罗湾内搬运，至龙头沙码头附近达到平衡，于是在此堆积。该位置丰富的泥沙汇集也是形成潮流沙脊的主要成因之一。

5 主要动力地貌成因分析

5.1 潮流冲刷深槽与潮流沙脊的成因

潮流冲刷深槽与潮流沙脊作为一种独特的侵蚀—堆积地貌体系，只出现在河口、海湾和海峡口门等水深浅于35 m 的浅海近岸地区[2]。深槽的形成与沙脊的发育主要与港湾的水动力和物质两种条件有关。

英罗湾—安铺港潮流冲刷深槽的形成是基于冰期低海面时期的河谷地貌，在冰期期间洗米河、高桥河、卖皂河、江背河、九洲江等河流不断地切割风化北海组、湛江组岩层而形成小型古河谷[7]，到了冰后期伴随着海面的迅速上升，海水进入原来的河谷，再次经过漫长侵蚀搬运等的沉积地质过程，方才奠定了现代海岸的基本轮廓，并形成英罗湾—安铺港的目前形势。英罗湾—安铺港的潮流冲刷深槽雏形是伴随着海湾的形成由潮流在河谷原来的沟槽或者低洼地区冲刷而形成。综上所述，英罗湾—安铺港的潮流冲刷深槽是潮流在地质时期冲刷形成，而这种定向运动的往复潮流也是塑造潮流沙脊的主要营造力。在潮流主导的深槽中，往复潮流的运动特征与平原顺直河道相近，均以双向螺旋流形式前进，在主流向前运动的同时在横向上还存在纵轴横向环流，这种纵轴横向环流便是潮流沙脊形成的直接动力，它会强烈侵蚀深槽底部，同时沿深槽两侧辐射上升，将底部泥沙抛至两翼，形成与深槽平行的沙脊。

潮流沙脊作为一种独特的侵蚀—堆积地貌，一般出现在浅海陆架某些特殊的位置和包括动力和物质条件特定的沉积环境[2]。根据相关研究，有利于潮成沙脊的发育潮流动力条件是潮流速在0.5～2.5 m/s，因为如果流速过大，则侵蚀作用占主导，泥沙物质比较难沉积下来；而如果流速过小，则会侵蚀搬运能力不足，只有流速在0.5～2.5 m/s比较适中的时候，既能侵蚀深槽道，又有利于将泥沙沉积在流速较小的沙体顶部，才会发育成潮流脊。根据实测数据，英罗湾最大落潮流速介于0.82～0.99 m/s，最大涨潮流速在0.74～1.46 m/s，可见英罗湾湾口的潮流流速极有利于潮流沙脊的发育，潮流动力是形成英罗湾潮流沙脊的主因之一。

潮流沙脊形成的物质基础是海底丰富的松散沉积物，从表层沉积物的运移趋势来看，英罗湾口是该海域表层沉积物的“汇”，来自英罗湾湾内、安铺港湾的泥沙均转运至此沉积，为潮流沙脊提供了充足的物质基础。从海底表层沉积物的类型来看，湾口位置主要以砂和粉砂质砂为主[18]，属于松散沉积物，易于重新起动和搬运，从而为塑造槽、脊相间的动力地貌提供物质基础。

5.2 水下拦门的形成原因

英罗湾湾口拦门浅滩与潮流沙脊和潮流深槽走向垂直。其形成原因是涨落潮流的平衡作用以及英罗湾的喇叭状地形。水下拦门沙与湾内深槽水流外泄扩散密切相关，当落潮流由口门进入口外浅水区后水面宽度放宽，形成平面射流的扩散运动，水流能量分散，流速随着与湾口距离的增加而减小，因此落潮流携带的泥沙便在湾口发生沉积，从而形成宽阔的横向水下拦门浅滩。