萬泉河口博博潮汐道演變的年際與季節(jié)性變化

0作為徑流作用的環(huán)節(jié)的表現(xiàn):口門建通過數(shù)字地震資料解釋目標(biāo)博鰲位于海南島萬泉河的入口。這是“亞洲博鰲論壇”的永久總部。博鰲河口灣內(nèi)三江(萬泉河、九曲江、龍滾河)匯流,沙洲散布。博鰲萬泉河河口為由沙壩-汊道-潟湖構(gòu)成的潮汐汊道體系。潮汐汊道的發(fā)育與演變對航道的維護(hù)、口門內(nèi)外的水交換與物質(zhì)輸運(yùn)及河口灣的水質(zhì)與生態(tài)環(huán)境均具有重要意義。關(guān)于潮汐汊道水動(dòng)力、泥沙輸運(yùn)、地貌演變等,國內(nèi)外已進(jìn)行了大量的研究。結(jié)果表明,對于波浪作用為主的潮汐汊道,其口門一般較窄,水深較淺,落潮三角洲發(fā)育較差,而漲潮三角洲發(fā)育相對較好;潮汐汊道的穩(wěn)定性差,地貌多變,有的甚至?xí)霈F(xiàn)季節(jié)性的封閉;當(dāng)徑流作用較強(qiáng)時(shí),潮汐汊道的水動(dòng)力與泥沙輸運(yùn)、地貌演變特征與無徑流作用時(shí)顯著不同。SHUTTLEWORTHetal研究了澳大利亞徑流作用為主的潮汐汊道MurrayRiver中口內(nèi)泥沙淤積對徑流變化的響應(yīng),表明徑流減少加劇了潟湖內(nèi)的淤積;FITZGERALDetal的研究表明,對于有較強(qiáng)徑流作用的潮汐汊道,其口門斷面面積比無徑流作用的潮汐汊道的大,且口門斷面面積與納潮量有良好的相關(guān)關(guān)系,其落潮三角洲發(fā)育較好,泥沙輸運(yùn)以凈向海輸出為主。博鰲潮汐汊道的口門受沿岸輸沙及上游徑流的共同作用,遷徙多變。迄今為止,對博鰲的泥沙輸運(yùn)、地形演變、海底活動(dòng)性、洪水過程、水體交換等都進(jìn)行了較多的研究,這些研究成果大多基于有限的觀測資料,或進(jìn)行地形圖(海圖)對比分析,或使用簡化的數(shù)值模型模擬水動(dòng)力過程,遠(yuǎn)未充分反映博鰲潮汐汊道演變的過程與機(jī)制。最近王潔等利用多個(gè)時(shí)相的LandsatTM/ETM衛(wèi)星影像探討了博鰲玉帶沙海灘的沖淤演變,但該工作未將博鰲的岸線演變與泥沙輸運(yùn)、潮汐汊道過程較好地結(jié)合起來。許多重要的科學(xué)問題并未得到很好的回答,如潮汐汊道的季節(jié)性、年際變化規(guī)律如何?根據(jù)現(xiàn)有的資料與研究結(jié)果,博鰲近岸的輸沙率達(dá)30×104m3,在海南島沿岸的沙質(zhì)海岸中屬于相當(dāng)強(qiáng)大的沿岸泥沙輸運(yùn),但博鰲口門自有地形資料以來從未封閉過,顯然與季節(jié)性封閉的潮汐汊道不同,其原因何在?此外,沿岸輸沙率是沙質(zhì)海岸中泥沙輸運(yùn)的關(guān)鍵參數(shù),它對潮汐汊道的發(fā)育演變起著控制作用,博鰲海岸的沿岸輸沙率究竟多大?沿岸輸沙率的計(jì)算有多個(gè)公式,國際上已對這些公式進(jìn)行過相應(yīng)的評價(jià),這些常用的沿岸輸沙率公式(這里選取美國海岸防護(hù)手冊上的CERC公式)在博鰲岸段的適用性如何?博鰲潮汐汊道的演變與沿岸輸沙率又有怎樣的關(guān)系?本文利用LandsatTM/ETM及中巴資源衛(wèi)星(CBERS)影像,探索近20a博鰲潮汐汊道的沖淤演變及口門的變化規(guī)律,采用CERC公式計(jì)算近岸的沿岸輸沙率,并與口門附近沙嘴的變化相聯(lián)系,試圖從動(dòng)力機(jī)制上揭示博鰲潮汐汊道系統(tǒng)演變的特征及其不同時(shí)間尺度的變化規(guī)律。本項(xiàng)研究對于波浪與徑流共同控制、且徑流具有明顯季節(jié)性變化的潮汐汊道具有普遍意義。1瓊海龍港河口潮型特征博鰲鎮(zhèn)位于海南省東部瓊海市的萬泉河入?？?圖1),地處熱帶北緣,面臨南海。區(qū)域內(nèi)日照多,熱量足,雨量充沛,夏季長,冬季短,屬熱帶季風(fēng)型氣候。全年旱季和雨季分明,多年平均降水量為1653.4mm,降水量主要集中在5—10月,約占全年的76%～81%,其中8—10月降水量最多,約占全年的48%～49%,且降水主要集中在幾次由熱帶風(fēng)暴引起的暴雨期間1。博鰲港主要風(fēng)向以夏季的南向風(fēng)(SSE、S)和冬季的北向風(fēng)(NW、NNW)為主,兩者頻率之和占全年風(fēng)頻率的36%。根據(jù)鄰近的瓊海龍灣港(其位置見圖1)1993年1a的實(shí)測資料1,附近海區(qū)的波型以風(fēng)浪為主的混合浪為主,出現(xiàn)頻率為69.6%;其次為涌浪為主的混合浪,出現(xiàn)頻率為25.53%;純風(fēng)浪和純涌浪的出現(xiàn)頻率都很少,僅占0.17%;常浪向?yàn)镋向,次常浪向?yàn)镋SE向,E、ESE、SE、SSE向浪占到總頻率的95.78%;全年平均H1/10為1.08m,平均周期為4.5s。博鰲沿岸的潮汐為不正規(guī)全日潮,其口門附近的年平均潮差為0.75m。根據(jù)博鰲萬泉河上游瓊海加積水文站的流量數(shù)據(jù),博鰲的年均徑流量為163.9m3/s,最大洪峰流量可達(dá)12000m3/s。平均而言,一個(gè)大潮周期內(nèi),潮棱體為11.6×106m3,徑流量與潮棱體的比值為1.2左右,表明博鰲萬泉河河口屬于以徑流作用占主導(dǎo)的類型。河口灣內(nèi)水體高度分層,鹽水入侵的長度在5km以內(nèi),發(fā)育類似于鹽水楔的結(jié)構(gòu)。博鰲河口灣通過一個(gè)寬約數(shù)百米的潮汐汊道與外海相通。從潮汐與波浪動(dòng)力的對比來看,博鰲潮汐汊道屬于以波浪作用為主的類型。綜合徑流、潮汐與波浪動(dòng)力條件,可將博鰲萬泉河河口定義為受徑流與波浪動(dòng)力共同控制的潮汐汊道體系,潮汐動(dòng)力在維持口門水深中發(fā)揮著重要作用。研究區(qū)地勢低平,平均海拔2.5～4.5m(相對于平均海平面)。區(qū)域內(nèi)海岸地貌形態(tài)多樣,濱海沙壩、河口沙洲、河口灣、潟湖景觀等均有分布。研究區(qū)的表層沉積物特征為河口灣以砂質(zhì)粉砂為主,口門北側(cè)沙灘主要為礫質(zhì)砂,玉帶灘為含礫砂-砂,且玉帶灘北部的沉積物比南部的粗。2在envi軟件中的應(yīng)用本研究收集了1995年至2010年13個(gè)時(shí)相的遙感圖像,進(jìn)行岸線提取,對比分析不同時(shí)期的岸線與沙嘴體積的變化。遙感數(shù)據(jù)包括LandatTM/ETM圖像11景、CBERS-02星的CCD數(shù)據(jù)2景(表1),其中LandsatTM/ETM數(shù)據(jù)來源于國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺,CCD數(shù)據(jù)來源于中國資源衛(wèi)星中心。TM/ETM數(shù)據(jù)與CCD數(shù)據(jù)波段均采用R、G、B分別為5、4、3的組合,遙感圖像處理過程如下:(1)影像校準(zhǔn)。為了保證精確提取水邊線位置,以2001年12月29日的影像為基準(zhǔn)影像,其他影像多通過基準(zhǔn)影像配準(zhǔn),在圖上選取20個(gè)分布均勻的地面控制點(diǎn)進(jìn)行配準(zhǔn),占85%以上的地面控制點(diǎn)的校正誤差均在0.5個(gè)像元以內(nèi)。(2)水陸邊緣提取。為區(qū)分水陸界限,確定地面上有無水體覆蓋,選擇近紅外波段的影像。而LandsatTM/ETM及CCD中第4波段可認(rèn)為是近紅外波段,因此在ENVI軟件中利用第4波段將陸地屏蔽,將陸地與水體區(qū)分開。(3)降噪濾波。圖像上含有許多尖銳的“噪聲”,因此需要采用中值濾波來平滑圖像,濾去亮度低于砂質(zhì)和高于砂質(zhì)的“噪聲”。(4)提取水邊線。采用Roberts,Prewitt,Sobel,NDWI和Canny等算子分別對圖像進(jìn)行邊緣檢測試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)Canny算子對圖像的提取效果最好,這與馬小峰等研究海岸線提取方法的結(jié)論一致,因此采用Canny算子提取水邊線。具體做法是:用IDL語言編寫Canny算子程序,輸出圖像,然后在ArcGIS中提取水邊線。(5)水邊線的潮位校正。從遙感影像中提取的影像一般為瞬時(shí)水邊線,并非海岸線,且博鰲沿海的地形起伏小,坡度較緩,因此要考慮潮差的影響,對水邊線做潮位校正。潮位校正一般根據(jù)衛(wèi)星過頂時(shí)刻即影像成像時(shí)刻的潮位高度、平均大潮高潮位的潮水高度(即海岸線位置)以及岸灘坡度等信息,計(jì)算出水邊線至海岸線的距離(校正距離),從而確定成像時(shí)刻真正意義上的海岸線。岸灘坡度由現(xiàn)場RTK實(shí)測資料獲得。(6)面積與體積量算。在ArcGIS中,計(jì)算出各個(gè)年份的沙嘴面積,再根據(jù)博鰲附近2009年的實(shí)測高程數(shù)據(jù)以及2008年的實(shí)測水深資料(內(nèi)部資料),計(jì)算沙嘴體積。3對結(jié)果的分析與討論3.1中心海洋流量的變化圖2～圖4為1995年以來不同時(shí)期遙感圖所揭示的岸線變化,不同時(shí)期口門南側(cè)沙嘴(即玉帶灘)的體積列于表2。由圖2可以看出,1995年4月到1999年12月之間,博鰲口門南側(cè)沙嘴的頭部向南退縮約250m,沙嘴的軸線向岸外偏移,這些變化應(yīng)為受徑流沖刷作用所致;與此同時(shí),口門北側(cè)的沙嘴也向北退縮。該時(shí)期內(nèi)口門的寬度增加了近500m。與口門變寬相對應(yīng),口內(nèi)的沙洲受到侵蝕向陸退縮,應(yīng)為波浪作用所致。這一時(shí)期玉帶灘沙嘴的體積增加了6.95×104m3。1999年12月至2000年11月,口門南側(cè)的沙嘴進(jìn)一步向南遷徙,而北側(cè)的沙嘴基本未變化,口門的寬度進(jìn)一步增大,達(dá)578m。造成這一變化的動(dòng)力因素為2000年10月11—16日,海南島普降暴雨,瓊海的降雨量高達(dá)524mm而形成的強(qiáng)大徑流作用。從2000年11月的岸線圖可以看出,口門南側(cè)的沙嘴被沖缺后,部分泥沙在岸外堆積為落潮三角洲,潮汐汊道變成雙口門的形式。這一時(shí)期玉帶灘沙嘴體積減少了4.82×104m3。2000年11月至2001年12月,原來的落潮三角洲已并岸,而口門南側(cè)的沙嘴則向北延伸,口門北側(cè)的沙嘴向南遷移,口門寬度變小,潮汐汊道又變?yōu)閱慰陂T的形式。與此同時(shí),口內(nèi)的沙洲被侵蝕后向陸退縮,而玉帶灘的北部向海一側(cè)岸線侵蝕后退明顯。這一時(shí)期玉帶灘沙嘴體積減少了11.86×104m3。由圖3可以看出,2001年12月至2002年10月,口門南側(cè)沙嘴向北延伸了近200m,而北側(cè)沙嘴也向南擴(kuò)展,口門寬度減小。這一時(shí)期內(nèi)玉帶灘沙嘴的體積增加了7.79×104m3。2002年10月至2003年4月,口門南側(cè)沙嘴繼續(xù)向北遷移,北側(cè)沙嘴也繼續(xù)向南進(jìn)積,并發(fā)育內(nèi)彎沙嘴,口門進(jìn)一步縮窄。這一時(shí)段內(nèi)沙嘴體積減少了13.64×104m3,主要由南側(cè)沙嘴向海側(cè)的侵蝕后退所致。2003年4月至2004年3月,口門南側(cè)沙嘴向北延伸,北側(cè)沙嘴則向北退縮,口門寬度縮窄到只有100m左右;口內(nèi)沙洲則向海擴(kuò)展。這期間玉帶灘沙嘴體積增加了22.47×104m3。由圖4可以看出,2004年3月至2007年10月,口門南側(cè)沙嘴向南退縮約300m,而口門北側(cè)沙嘴則向北退縮約100m,口門寬度顯著增大,達(dá)432m。伴隨著口門展寬,口內(nèi)沙洲遭受侵蝕。這一時(shí)期玉帶灘沙嘴體積減少4.42×104m3。2007年10月至2008年11月,口門南側(cè)沙嘴向NE延伸近150m,而口門北側(cè)沙嘴也向南進(jìn)積,口門寬度有所減少,這一時(shí)期玉帶灘沙嘴的體積減少13.39×104m3。2008年11月至2010年9月,口門南側(cè)沙嘴向北有所延長,北側(cè)沙嘴則向南略有延伸,口門寬度變化不大。這一時(shí)期玉帶灘沙嘴體積增加了17.64×104m3。與2008年相比,2010年玉帶灘向海一側(cè)有明顯的淤積趨勢?？傮w來看,自1995年以來,萬泉河口門寬度反復(fù)變化,口門南側(cè)沙嘴以向北延伸為主,達(dá)到一定程度后受到徑流與落潮流的共同作用而被沖決,部分被沖決的沙嘴停留在岸外,潮汐汊道由單口門變?yōu)殡p口門,爾后岸外沙體又緩慢并岸,潮汐汊道重新變?yōu)閱慰陂T的形式?？陂T北側(cè)的沙嘴變化幅度相對較小,并以向南擴(kuò)展為主。口門南側(cè)的玉帶灘以侵蝕后退為主。3.2擋墻口門沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律將2001年不同季節(jié)的遙感圖進(jìn)行對比可知(圖5和表3),2000年11月至2001年的4月(枯季),口門南側(cè)沙嘴向北延伸,北側(cè)沙嘴則向南擴(kuò)展,口門寬度減小;與此同時(shí),2000年11月見于岸外的沙體已消失。2001年4月到8月(枯季至洪季的轉(zhuǎn)換期),博鰲口門變化不明顯,口門寬度變化不大,但玉帶灘向海一側(cè)趨于淤積。2001年8月到9月(洪季),萬泉河口門變化劇烈,口門南側(cè)沙嘴受到強(qiáng)烈侵蝕,后退近250m;北側(cè)沙嘴橫向上受到侵蝕,但縱向上變化不大,口門寬度顯著增大;玉帶灘向海一側(cè)有微弱的侵蝕現(xiàn)象。這一時(shí)期的口門變化主要與由2001年14號臺風(fēng)“菲特”帶來的強(qiáng)降雨過程有關(guān)。2001年9月到12月(枯季),口門南側(cè)沙嘴由NE向NNE方向淤積伸展,口門北側(cè)沙嘴也向南進(jìn)積,口門寬度明顯變窄,而玉帶灘向海一側(cè)有比較明顯的蝕退趨勢。根據(jù)博鰲萬泉河口門的年際與季節(jié)性變化特點(diǎn),其泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律表現(xiàn)為:(1)博鰲萬泉河口門南側(cè)沙嘴的沖缺及口門的展寬與臺風(fēng)暴雨過程有關(guān)。如2000年5月10日在博鰲近海出現(xiàn)6～7級大風(fēng),萬泉河流域發(fā)生強(qiáng)降水過程,南沙嘴即玉帶灘頂部被沖開一個(gè)缺口,造成玉帶灘北部沿NE方向伸展,大大偏離1995年口門位置。大風(fēng)與暴雨過后,在波浪和潮流的共同作用下,口門南側(cè)沙嘴又不斷向北延伸并逐漸與被沖斷的沙嘴相連(圖2)。與此同時(shí),博鰲萬泉河口門寬度呈周期性變化:洪季口門寬度增大,枯季口門寬度減小。(2)與KRAUS提出的落潮三角洲中泥沙的轉(zhuǎn)運(yùn)模式類似,博鰲潮汐汊道的口門外泥沙也經(jīng)歷著從上游(口門南側(cè))到落潮淺灘,到轉(zhuǎn)運(yùn)壩,再到下游岸線的輸運(yùn)過程。這一過程可以從圖5中2000-11-08至2001-04-17的岸線變化中清晰地看到。3.3浮波場特征為雙向輸沙率對河口海岸地區(qū),沿岸輸沙的大小和方向決定了該地區(qū)的地貌演變。博鰲近海是典型的波控型海岸1,了解博鰲近海的沿岸輸沙率對分析博鰲的沙嘴與潮汐汊道口門的演變至關(guān)重要。在博鰲海區(qū)沒有進(jìn)行專門的波浪觀測,這里采用瓊海龍灣港(位置如圖1)的資料1(表4),根據(jù)美國《海岸工程手冊》的CERC公式計(jì)算沿岸輸沙率:Ql=Κ(ρ√g16κ12(ρs-ρ)(1-n))Η52bsin(2αb)(1)Ql=K(ρg√16κ12(ρs?ρ)(1?n))H52bsin(2αb)(1)式中:Ql為以體積計(jì)量時(shí)的沿岸輸沙率;K為無量綱的經(jīng)驗(yàn)系數(shù),計(jì)算沿岸輸沙率一般取0.77;ρ為海水密度,這里取1.025kg/m3;ρs為泥沙密度,這里取2.65kg/m3;Hb為波浪破碎時(shí)的波高;κ為破波指數(shù),一般取0.8;αb為波浪破碎時(shí)波峰線與岸線之間的夾角,即波浪破碎角;n為泥沙的孔隙率,取為0.4。根據(jù)該手冊中介紹的簡化方程(假定近岸等深線與岸線平行),由外海波浪參數(shù)求出破波參數(shù),再由方程(1)計(jì)算出博鰲近海不同方向的波浪造成的沿岸輸沙率(其斷面位置如圖1所示)。結(jié)果如表5所示,其中凈沿岸輸沙率(QN)為各向浪產(chǎn)生的輸沙率之和,而總沿岸輸沙率(QG)則為各向浪產(chǎn)生的輸沙率的絕對值之和。由表4可知,E、ESE、SE、SSE向浪的頻率之和超過90%,因此表5中E、ESE、SE、SSE向浪造成的沿岸輸沙率所占比重遠(yuǎn)大于其他方向。斷面1和2分布在博鰲口門北側(cè),凈沿岸輸沙率分別為47.41×104和34.64×104m3/a,泥沙均向北運(yùn)動(dòng),表明斷面1和2之間的岸段將發(fā)生侵蝕,每年的侵蝕量為12.77×104m3。斷面3、4和5分布于博鰲口門南側(cè),凈沿岸輸沙率分別為1.64×104,48.04×104和25.44×104m3/a,各斷面的泥沙均向北運(yùn)動(dòng),表明斷面3與斷面4之間岸段趨于淤積,每年的淤積量為46.40×104m3,斷面4與斷面5之間以侵蝕為主,每年的侵蝕量為22.60×104m3。值得說明的是,我們計(jì)算的結(jié)果與文獻(xiàn)的量值并不一致,由于采用的計(jì)算公式不同,斷面所處的位置也有差異,產(chǎn)生這樣的不一致是可能的。根據(jù)龍灣港的1a實(shí)測波浪資料,進(jìn)一步計(jì)算各斷面每月的南向、北向及凈沿岸輸沙率可知(表6):各斷面全年的凈沿岸輸沙大部分都指向北,且以9—12月的量值為大。而斷面3的凈沿岸輸沙呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性變化,在冬半年(11月至次年3月)的凈沿岸輸沙指向南,而其它月份的凈沿岸輸沙向北,且向北的凈沿岸輸沙以9—10月為大。各斷面均表現(xiàn)出具有雙向輸沙的特征,即各月份中既有南向,也有北向的輸沙。對于博鰲萬泉河口門的北側(cè)斷面(斷面2)而言,11—12月除有很強(qiáng)的北向輸沙外,南向輸沙也較為強(qiáng)勁。對博鰲萬泉河口門的南側(cè)斷面(斷面3),11—12月除南向輸沙很強(qiáng)外,北向輸沙也有相當(dāng)?shù)牧恐怠?討論4.1依法治市的雙口門結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性由博鰲萬泉河口門的季節(jié)性變化(圖5)可知,每年的11—12月,E向和ESE向浪占絕對優(yōu)勢,且該方向的波高大,波浪作用強(qiáng),口門附近波浪引起的橫向輸沙作用強(qiáng),并在口門南側(cè)可能的局部北向環(huán)流作用下,泥沙向岸與向北搬運(yùn),從而使南側(cè)沙嘴由NE走向折向NNE向。與此同時(shí),口門北側(cè)岸段波浪也發(fā)生局部的折繞射,泥沙向口門內(nèi)輸運(yùn)。每年的1—4月,波浪以E向和ESE向?yàn)橹?但波高相對于11—12月顯著減小,沿岸輸沙率較小,這一時(shí)期口門南側(cè)沙嘴略向北延伸。5—8月,波向以SE向和SSE向占主導(dǎo),但波高較小,沿岸輸沙較弱,博鰲近海的所有斷面均為北向沿岸輸沙,口門南側(cè)沙嘴向北延伸,幅度較小。9—10月,波向仍以SE向和SSE向?yàn)橹?但波高增大顯著,產(chǎn)生的北向沿岸輸沙加強(qiáng),口門南側(cè)沙嘴向北延伸劇烈。隨著南側(cè)沙嘴的不斷北延,口門寬度呈不斷減小之勢。每年的5—10月,博鰲海岸均會遭遇熱帶風(fēng)暴及其帶來的大量降水,強(qiáng)大的洪水將日漸縮窄的口門沖缺,使口門寬度增大,同時(shí)部分沖決的沙體堆積于岸外,呈現(xiàn)出“雙口門”的型式。風(fēng)暴過后,南側(cè)沙嘴又在常浪作用下,繼續(xù)向北延伸,同時(shí)岸外的沙體也在波浪作用下向岸遷移、轉(zhuǎn)運(yùn)、并岸。如此,又開始新一輪的循環(huán)。如果從年際或年代際的時(shí)間尺度來看,根據(jù)已有研究1,1976年時(shí),潮汐汊道為雙口門入海形式,南口門寬480m,北口門寬190m,兩口門之間有一小沙壩。1985年時(shí)南、北兩側(cè)的沙嘴都向口門處延伸,北口門被封閉,北沙嘴向南延伸523m,南沙嘴向北延伸250m,潮汐汊道成為單口門入海的形式,口門寬約313m。1987年時(shí),南、北沙嘴繼續(xù)延伸,口門寬僅220m。到1989年時(shí),北側(cè)的沙嘴在其根部被沖開,南側(cè)的口門為主汊,南側(cè)沙嘴向NE方向延伸650m,而原北側(cè)沙嘴也被沖決而向N退縮,距離達(dá)259m,南口門寬為326m,北口門寬僅為58m,潮汐汊道又變成雙口門形式。1993年時(shí),又成為單口門形勢,口門寬度變?yōu)榧s123m,南沙嘴由偏向NE方向改為偏向NNE方向;而北沙嘴則向北退縮約236m。1996年時(shí),南沙嘴向北延伸83m,沙嘴頭部成為鳥嘴狀,分析該地貌特征的成因:一方面沙嘴向NE方向發(fā)育,同時(shí)又受到波浪的橫向改造,成為近于NNE向,而其南邊則是由于向北的沿岸輸沙受阻后落淤形成;此時(shí)北沙嘴完全并岸,口門寬達(dá)314.5m。1998年時(shí)南沙嘴的頭部又被沖開,潮汐汊道又呈雙口門入海的形式。2000年5月7日筆者現(xiàn)場調(diào)查時(shí),南、北沙嘴又分別向口門延伸,口門寬僅100m左右,且口門斷面的淺灘明顯,主槽偏于南側(cè)。而在2000年5月10日時(shí),由于海上6～7級大風(fēng)持續(xù)幾天,又恰逢萬泉河流域普降大雨,北沙嘴與南沙嘴又被沖開,河口又呈雙口門方式。結(jié)合本文收集到的1995年以來的遙感資料,也可以發(fā)現(xiàn)博鰲潮汐汊道的南側(cè)沙嘴(玉帶灘)不斷向北延伸,北側(cè)沙壩也向南進(jìn)積,口門呈不斷縮小之勢,而這一趨勢又常被洪季的強(qiáng)大徑流作用所打斷。關(guān)于博鰲潮汐汊道的穩(wěn)定性,已有多篇文獻(xiàn)進(jìn)行過探討。通常認(rèn)為維持博鰲潮汐汊道開敞的主要?jiǎng)恿σ蜃訛閺搅髋c潮流共同形成的落潮流。而造成潮汐汊道口門淤閉的主要?jiǎng)恿^程為:(1)口門南、北兩側(cè)沙嘴分別向北和向南延伸;(2)口門外落潮三角洲的泥沙在波浪橫向作用下向岸搬運(yùn)?，F(xiàn)有研究結(jié)果還表明,根據(jù)A-P關(guān)系,博鰲潮汐汊道口門斷面面積已小于均衡斷面面積,潮汐汊道處于不穩(wěn)定狀態(tài)。值得說明的是,上述A-P關(guān)系中并未反映徑流的作用,可能不一定完全適合于博鰲潮汐汊道。不穩(wěn)定表現(xiàn)在汊道斷面易于遷徙,汊道的水深不易維持。從博鰲口門的演變來看,在口門較窄時(shí),斷面水深大,而在口門變寬時(shí),口門斷面上明顯有淺灘分布。事實(shí)上,在強(qiáng)大的沿岸輸沙作用下,博鰲潮汐汊道在有地形資料的近40a來,并未發(fā)生口門封堵的情況。我們認(rèn)為,形成這一狀況的主要原因有3點(diǎn):(1)潮傳播過程中落潮流速和潮速之間的關(guān)系根據(jù)現(xiàn)有的流速觀測資料1以及潟湖內(nèi)2a的水位觀測資料,博鰲潮汐汊道的漲潮歷時(shí)長,落潮歷時(shí)短,與之相對應(yīng),落潮流速強(qiáng)于漲潮流速。落潮優(yōu)勢型的流速不對稱有助于泥沙的向外海輸出,從而對減輕口門內(nèi)的泥沙淤積發(fā)揮作用。(2)北向輸沙和日本臺風(fēng)的季節(jié)不同由上述分析可知,博鰲近岸的沿岸輸沙以自南向北的輸運(yùn)為主,且這一北向輸沙在9—10月較強(qiáng)。而海南島臺風(fēng)的多發(fā)季節(jié)是每年的8—10月。較強(qiáng)的沿岸輸沙正好與最可能出現(xiàn)的臺風(fēng)暴雨相對應(yīng),臺風(fēng)造成的暴雨正好抵消了由強(qiáng)大北向沿岸輸沙造成的口門封堵之危。(3)波浪的破碎細(xì)胞博鰲萬泉河口門的近岸礁石密布,礁石之間存在狹窄水道,水道內(nèi)流速較大,泥沙難于在此落淤,導(dǎo)致潮汐汊道的落潮三角洲發(fā)育不好。另一方面,由于礁石存在,波浪在破波帶提前破碎,能量也因之得到提前耗散。在近岸破碎時(shí),波浪產(chǎn)生的紊動(dòng)動(dòng)能小,加上近岸的海底松散沉積物少,所能擾動(dòng)的泥沙量少,從而波生向岸流搬運(yùn)的泥沙量也少,不可能出現(xiàn)由于泥沙的橫向搬運(yùn)而導(dǎo)致口門封閉的現(xiàn)象。上述分析更多地為推測,我們將在以后的工作中,通過現(xiàn)場觀測與數(shù)值模擬的方法加以定量研究。4.2口門斷面面積、口門密度的計(jì)算玉帶灘沙嘴體積的變化,是由玉帶灘的面積及沙體的厚度變化而決定的。玉帶灘體積的變化,由兩大因素決定:一是沿岸輸沙作為一個(gè)泥沙源,使玉帶灘向北延伸,其體積增大;二是進(jìn)入口門的沿岸輸沙,在口門內(nèi)被水流帶走,或進(jìn)入后灣而流失,或進(jìn)入外海成為口外淺灘。這兩大因素的收支決定了玉帶灘沙嘴體積的變化,表現(xiàn)為泥沙體積平衡方程:dV=Qin-Qloss(2)式中:dV為沙嘴體積的變化,Qin為沿岸輸沙中使沙嘴體積增大的部分,其與沿岸輸沙的比值可由口門水深與破波點(diǎn)水深的比值來確定,即Qin=DcDbQlst,其中Qlst為沿岸輸沙量,Dc為口門的最大水深,Db為破波點(diǎn)水深,可由Db=1.6Hb確定。而Qloss為由口門內(nèi)水流攜帶的泥沙輸移量,表示為Qloss=ω(τm-τcr)ρgUcwc(3)式中:ω為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),其量級為1;τm為底切應(yīng)力;Uc為口門內(nèi)平均流速;wc為口門寬度;τcr=θcr(ρs-ρ)×gd50,d50為泥沙中值粒徑,ρs為泥沙的密度,θcr為臨界Shields參數(shù):θcr=0.301+1.2D*+0.055[1-exp(-0.02D*)](4)式中:D*=d50[(s-1)g/υ2]1/3,s=ρs/ρ,υ為動(dòng)力粘滯系數(shù)。τm=ρcfU2c(5)式中:cf為底摩擦系數(shù),這里取為0.0025。Uc可根據(jù)潮棱體P求出:Uc=πΡΤAc(6)式中:T為潮周期,由于博鰲海岸的潮汐特征基本上為在一個(gè)周日內(nèi)出現(xiàn)一次高潮與低潮,這里以平均的潮周期與潮棱體來求解;Ac為口門斷面面積。以2001年為例,假定潮汐汊道口門的變化過程中,潮棱體并未發(fā)生顯著改變,即口門斷面面積的變化對潮波的傳播未產(chǎn)生明顯的影響。2001年4—8月,玉帶灘沙嘴體積增加2.88×104m3,而口門內(nèi)水流帶走的泥沙量約為15.47×104m3。又由于4月至8月期間的1/10波高約為0.7m,其破波點(diǎn)水深比口門水深小。由此近似認(rèn)為沿岸輸沙量為沙嘴體積的增加與口門內(nèi)水流帶走的泥沙量之和,這樣得出的沿岸輸沙量為18.35×104m3。而根據(jù)CERC公式計(jì)算的斷面3在4—8月的凈沿岸輸沙