蘇北外條子泥沙洲潮溝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化分析

蘇北外條子泥沙洲潮溝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化分析

潮溝是海灘和近海沙的特殊地形特征，其發(fā)育和發(fā)展可以作為評(píng)價(jià)整個(gè)海灘和沙區(qū)發(fā)展的重要依據(jù)。中國關(guān)于潮溝系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)80年代,如任美鍔等研究了臺(tái)風(fēng)對(duì)江蘇淤泥質(zhì)海岸潮汐水道系統(tǒng)的活動(dòng)性、平面形態(tài)的影響;張國棟等從沉積地質(zhì)學(xué)角度對(duì)蘇北港現(xiàn)代潮溝沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、發(fā)育階段進(jìn)行了研究;邵虛生、張忍順等就蘇北潮灘上潮水溝的類型、成因及控制因素進(jìn)行了初步探討;邵虛生還對(duì)長(zhǎng)江口崇明島、杭州灣北岸的潮水溝系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單論述;李炎等定性地論述了杭州灣庵東淺灘的潮水溝系統(tǒng),指出潮水溝系統(tǒng)可有2～4級(jí)分支;孫效功等、崔承琦等利用分形分維的方法對(duì)黃河三角洲海岸潮溝系統(tǒng)進(jìn)行了定量研究,量化了潮溝與潮灘發(fā)育之間的相關(guān)關(guān)系;陳才俊分析了江蘇中部海堤大規(guī)模外遷后的潮溝發(fā)育,指出隨潮灘的淤高、增寬和潮溝萎縮的同時(shí),潮溝具有向多級(jí)發(fā)育的趨勢(shì)。但目前多數(shù)研究是對(duì)某一時(shí)期潮溝系統(tǒng)的分析,而對(duì)較長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)潮溝系統(tǒng)的詳細(xì)動(dòng)態(tài)演化過程、不同級(jí)別潮溝系統(tǒng)間的相互關(guān)系等研究欠佳;大多數(shù)研究對(duì)象集中于岸灘潮溝系統(tǒng),對(duì)近岸沙洲潮溝系統(tǒng)研究較缺乏。本文在野外地貌、沉積物及水文調(diào)查基礎(chǔ)上,結(jié)合利用1973～2000年10余張MSS、TM及SPOT遙感資料,對(duì)江蘇岸外條子泥沙洲潮溝系統(tǒng)近期動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行詳細(xì)分析,以期掌握其變化的基本規(guī)律。1海洋水文條件江蘇沿海中部近岸淺海陸架上分布有南北長(zhǎng)約200km、東西寬約90km的輻射沙洲,以東臺(tái)港為其輻射頂點(diǎn),自該頂點(diǎn)向北、東和東南方向,共計(jì)分布有10余條形態(tài)完整的大型沙脊,分隔沙脊的是規(guī)模不等的潮汐通道,地質(zhì)地貌狀況十分復(fù)雜特殊。同時(shí),該區(qū)域的海洋水文狀況亦十分獨(dú)特,江蘇沿海潮汐主要受兩個(gè)潮波系統(tǒng)的控制和影響,一是由東海傳入黃海、自南向北傳播的東海前進(jìn)潮波系統(tǒng);二是東海前進(jìn)潮波系統(tǒng)受山東半島的反射而產(chǎn)生的自北向南傳播的南黃海旋轉(zhuǎn)潮波系統(tǒng),兩個(gè)潮波系統(tǒng)的漲潮流在輻射沙洲的中部灘脊處相遇。由于輻射沙洲中部灘脊南、北兩側(cè)的沙洲地形條件不同,動(dòng)力和地貌的響應(yīng)程度亦不同,導(dǎo)致該地區(qū)形成復(fù)雜獨(dú)特的地貌形態(tài)。研究區(qū)江蘇岸外條子泥沙洲,位于輻射沙洲中心區(qū),是眾多沙洲中面積最大、距岸最近的沙洲(圖1)。南北長(zhǎng)約40km,東西寬約40km。以2000年衛(wèi)片量計(jì),低潮時(shí)(潮位162cm)出露面積為640.99km2。分割沙洲灘面的是4條南北向相通、東西向平行的潮溝系統(tǒng),分別為死生港1——小燈樁港、死生港3——橫港、西大港、高泥港。2地面控制點(diǎn)選取收集1973～2000年MSS、TM共14個(gè)時(shí)相遙感衛(wèi)片(表1),選取近岸海域條子泥沙洲研究區(qū)。采用常規(guī)的目視解譯,根據(jù)圖像解譯標(biāo)志將各類地物要素界線描繪成圖,詳細(xì)解釋各時(shí)期資料中條子泥沙洲形態(tài)及主要潮溝系統(tǒng)位置;結(jié)合野外定位資料(利用手持GPS在研究區(qū)自北向南、自西向東共采集42個(gè)地面控制點(diǎn):公路交叉點(diǎn),公路和溝渠交叉點(diǎn),人工溝渠拐角或交叉點(diǎn)、公路與防潮堤岸交叉點(diǎn),河閘和擋潮閘閘口,人工防潮海堤拐角或交叉點(diǎn)處等,在選點(diǎn)時(shí)盡量拉開點(diǎn)與點(diǎn)間距離,提高精確度),對(duì)地圖進(jìn)行配準(zhǔn),檢驗(yàn)配準(zhǔn)精度;對(duì)圖像數(shù)字化,提出沙洲及水道,建立空間數(shù)據(jù)庫,利用地理信息系統(tǒng)軟件MapinfoProfessional對(duì)不同年代岸線、潮溝疊加對(duì)比,進(jìn)行空間分析,計(jì)算沙洲面積變化狀況及潮溝遷移擺動(dòng)速度,以便反映動(dòng)態(tài)變化過程。3研究結(jié)果3.1子粒洲潮溝系統(tǒng)的短期動(dòng)態(tài)變化1入海流路初現(xiàn)該系列潮溝系統(tǒng)位于沙洲西北部,不同時(shí)期均為梁垛河閘入海潮溝,是與岸灘毗鄰的重要潮溝系統(tǒng)(圖2)。1973年11月16日衛(wèi)片看出,梁垛河閘取大丫子港沿東北方向注入西洋,死生港只是一條發(fā)育于大丫子港南側(cè)的小型潮溝,但死生港口門、大丫子港口門、梁垛河閘閘口三者連線幾乎呈正三角形,且梁垛河閘閘口與死生港中段相距較近。此后,大丫子港北移萎縮,死生港發(fā)育壯大,中段急劇西移,南部尾梢段南伸與內(nèi)王家槽串通;1980年10月24日衛(wèi)片顯示,死生港完全襲奪大丫子港成為梁垛河閘入海流路。1984年8月4日衛(wèi)片顯示,梁垛河閘下的死生港北移并分為二支,在其西南側(cè)出現(xiàn)一條注入西大港的新潮溝(死生港1);死生港1在二分水灘脊處與內(nèi)王家槽相通,在梁垛河閘閘口處亦與死生港相通;此后死生港緩慢向西北發(fā)展曲流并逐漸萎縮,而死生港1中段北移襲奪原死生港,與梁垛河閘相通;至1988年形成較為順直的、獨(dú)立的入海流路。1988～1995年間缺少衛(wèi)片資料,很難判斷這時(shí)內(nèi)潮溝變化情況,暫不分析這期間變化狀況(下同)。1996～2000年期間死生港1亦處于逐漸被襲奪中,向北發(fā)展曲流并逐漸萎縮,1996年衛(wèi)片顯示在其口門南側(cè)發(fā)育一條較大型潮溝(死生港2),溝系發(fā)達(dá),該潮溝的口門與梁垛河閘的距離與死生港1口門與梁垛河閘的距離幾乎相等,且其尾梢逐漸向梁垛河閘閘口擺動(dòng),有襲奪死生港1趨勢(shì)。2001年野外測(cè)量可知,死生港2已襲奪死生港1成為梁垛河的入海流路。2小燈樁港的發(fā)育情況該潮溝系統(tǒng)在不同時(shí)期均位于條子泥沙洲西南部,是與岸灘毗鄰的重要潮溝系統(tǒng)(見圖2)。1973年衛(wèi)片中,內(nèi)王家槽僅是位于沙洲南緣一條向?yàn)┘固幯由斓男香?1974年夏,最佳天文條件引起的近地點(diǎn)塑望大潮在江蘇沿海產(chǎn)生罕見高潮位,持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),沖刷能力較增強(qiáng),在內(nèi)王家槽南部口門處形成一條大型潮溝系統(tǒng)——條魚港。條魚港形成后向條子泥二分水灘脊處延伸,促使內(nèi)王家槽規(guī)模增大;此后內(nèi)王家槽向西擺動(dòng),向北延伸,向南發(fā)育彎道,尾梢分成多叉并與死生港相通,口門段迅速展寬;但自1980年后內(nèi)王家槽尾梢不斷萎縮、南退;至1988年內(nèi)王家槽基本消失,而由小燈樁港向西擺動(dòng)占據(jù)它原來位置。小燈樁港在1977年以前的衛(wèi)片上尚沒有痕跡,但在1978年衛(wèi)片上卻已有了較為明顯的溝形,這表明在內(nèi)王家槽不斷發(fā)育壯大的過程中逐漸形成了小燈樁港,發(fā)育速度較快,很有可能是在原有的西大港南段廢棄水道基礎(chǔ)上發(fā)育起來的;1979年以后,小燈樁港發(fā)育逐漸成熟,至1988年已取代了內(nèi)王家槽;1995～2000年遷移幅度不大,整體規(guī)模有逐漸萎縮的趨勢(shì)。在小燈樁港逐漸萎縮同時(shí),位于小燈樁港與西大港間的一條新生的潮溝系統(tǒng)——橫港產(chǎn)生了。該潮溝在1997年以前的衛(wèi)片上毫無跡象,綜合分析1998～2000年衛(wèi)片可知,1998年衛(wèi)片上西大港西部?jī)蓷l分支中的一條有可能是橫港的雛形,此后小燈樁港逐漸與西大港獨(dú)立;至2000年,已成為一條南北向延伸、與岸平行的順直潮溝系統(tǒng)。3西港形由水動(dòng)力植物而組成的內(nèi)部地區(qū)西大港是由南、北兩個(gè)方向強(qiáng)大的潮流沖刷而成,發(fā)育歷史較長(zhǎng)(見圖2),在1973年衛(wèi)片上就已經(jīng)具有明顯的溝形,且規(guī)模較大。西大港近期的動(dòng)態(tài)變化為:一是西大港的位置,始終是近似地位于沙洲中部,并大致將沙洲分為幾乎相等的兩部分;二是西大港擺動(dòng)的范圍,其東西擺動(dòng)范圍大致在條子泥縱向分布的兩個(gè)較高灘脊之間,僅在水動(dòng)力狀況較為活躍時(shí)期會(huì)有個(gè)別分支潮溝超越這個(gè)界限,大部分時(shí)期均在這一范圍內(nèi)擺動(dòng);三是西大港規(guī)模(如長(zhǎng)度、寬度等方面)的變化,從總體上講,自1973年至今隨著沙洲面積的不斷擴(kuò)大,西大港的規(guī)模有了較大的增加,尤其是當(dāng)其處于不穩(wěn)定的調(diào)整時(shí)期時(shí),其潮溝分支較為復(fù)雜,如1998～2000年期間。4南部潮灘高脊內(nèi)港型東大港位于西大港與高泥港間(見圖2)。1973年衛(wèi)片上尚未顯示出東大港的位置,直至1977年隨著沙洲向東擴(kuò)展,發(fā)育了南北串通的東大港,南部與外王家槽連通,北部與西洋相通,在潮灘高脊處潮溝溝形不清晰,溝槽較淺。這種與西大港平行、南北串通的狀態(tài)一直持續(xù)到1988年。在此期間,其規(guī)模通常會(huì)隨著西大港和高泥港的擺動(dòng)或擴(kuò)張趨勢(shì)而發(fā)生與之相反的變化。從1996～2000年衛(wèi)片上可以看出,其北段溝系已萎縮不見,而南段溝系的位置及規(guī)模卻總體變化不大,這主要是由于南部沙洲面積較大,為了渲泄該處灘面水,東大港南段得以保存,可以認(rèn)為是西大港南段東支入海流路。5殘留潮砂通道高泥港是位于條子泥最東部的潮溝系統(tǒng),通常是外圍小沙洲并灘后與條子泥灘面之間的殘留潮汐通道(見圖2)。1979年衛(wèi)片上可以明顯地看出由于高泥并灘而形成高泥港,其后隨著外圍小沙洲不斷并灘,高泥港逐漸東移,但擺動(dòng)幅度不大,相對(duì)較為穩(wěn)定。3.2潮溝擺動(dòng)的穩(wěn)定性1)就各潮溝系統(tǒng)整體而言,西大港擺動(dòng)幅度及速度最大,在所有潮溝系統(tǒng)中最活躍、最不穩(wěn)定(表2、3),最大擺幅可達(dá)9.55km/a;死生港、內(nèi)王家槽與小燈樁港次之,三者擺幅通常小于4km/a;東大港和高泥港擺幅相對(duì)最小,一般小于1.5km/a。通常當(dāng)潮溝處于不穩(wěn)定調(diào)整期時(shí),其擺動(dòng)速度和幅度會(huì)達(dá)到極值;在正常的發(fā)育演化過程中,其擺動(dòng)速度和幅度較穩(wěn)定,變化幅度不大。2)就某一潮溝系統(tǒng)的不同溝段而言,亦具有不同的擺動(dòng)幅度(見表2、3)。通常死生港、內(nèi)王家槽及小燈樁港的口門段擺動(dòng)幅度較大,中段和尾梢段擺動(dòng)幅度較小;西大港整個(gè)溝系的擺動(dòng)幅度均較大;東大港、高泥港各個(gè)溝段的擺動(dòng)幅度均較小。對(duì)于死生港與小燈樁港而言,潮溝的一側(cè)有河閘閘口、墾區(qū)外堤壩等依托,在正常的天氣狀況下對(duì)潮溝擺動(dòng)和演變起到較大控制作用;另一側(cè)則是易于沖淤的平坦灘地,導(dǎo)致潮溝有很大的活動(dòng)空間。對(duì)于發(fā)育于沙洲中部的西大港而言,擺動(dòng)空間較大,且兩側(cè)沒有明顯的控制點(diǎn),亦沒有其它大型潮溝系統(tǒng)的發(fā)育,因而擺幅很大。對(duì)于東大港和高泥港而言,其潮溝兩側(cè)的邊灘高差較大,使潮溝受到較大束縛,通常需要極大的動(dòng)力條件下才能促使其發(fā)生擺動(dòng)等現(xiàn)象,因而在其長(zhǎng)時(shí)期的發(fā)育過程中基本比較穩(wěn)定,很少出現(xiàn)大范圍內(nèi)擺動(dòng)現(xiàn)象。3)潮溝的運(yùn)動(dòng)形式各種各樣,基本類型有5種:延伸、平移、旋轉(zhuǎn)、反向側(cè)移、復(fù)雜變化,以及其它一些組合類型。這一方面表明潮溝的發(fā)育趨勢(shì),如當(dāng)死生港、內(nèi)王家槽等潮溝在發(fā)育初期時(shí),其尾梢段使處于不斷向二分水灘脊伸展的過程,說明該潮溝是處在不斷發(fā)展壯大的過程中;另一方面也表明潮溝對(duì)水沙條件、動(dòng)力狀況改變以及突發(fā)事件所產(chǎn)生的地貌響應(yīng),如1996～1997年西大港便發(fā)生了反向側(cè)移,查證資料發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象極有可能是受到了1997年11年號(hào)臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)烈作用,導(dǎo)致潮溝發(fā)生急劇的反向變化(圖3)。4)西大港西側(cè)近岸潮溝系統(tǒng)的擺動(dòng)均具有一定的周期性,而西大港東側(cè)潮溝系統(tǒng)則相對(duì)較為穩(wěn)定。綜上,死生港從開始發(fā)育到消失需要大約16年時(shí)間;計(jì)算分析穩(wěn)定性系數(shù)可知1,死生港系列潮溝掃蕩該片灘面亦需要16～17年時(shí)間。同理,內(nèi)王家槽、小燈樁港、橫港系列潮溝的擺動(dòng)周期約為15年。相對(duì)而言,東大港和高泥港的擺動(dòng)則不具有周期性,在一定程度上可以說,自產(chǎn)生后便處于不斷東移、萎縮過程中;西大港擺動(dòng)則通常限制在東西約15km左右、南北約35km左右范圍內(nèi),周期受外界條件影響較大。5)潮溝的擺動(dòng)有突變和漸變兩種形式。突變往往與某種特殊的突變事件相關(guān),如當(dāng)發(fā)生特大風(fēng)暴潮時(shí),極易引起沙洲潮溝系統(tǒng)的重新調(diào)整,如產(chǎn)生新的溝系、大型溝系產(chǎn)生分支、已趨衰亡的溝系重新復(fù)活等。漸變往往與來水來沙條件的正常變化相關(guān),當(dāng)來水量來沙量發(fā)生變化時(shí),潮溝的主流流向就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化,使邊灘發(fā)生沖刷或淤積,引起潮溝的左右擺動(dòng)。尤其當(dāng)潮溝的挾沙能力較大時(shí),這種現(xiàn)象最明顯。3.3子沉積物洲潮溝系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)整1進(jìn)行物質(zhì)和能量交換沙洲上任何一個(gè)潮溝系統(tǒng)均是直接或間接與外海相通的開放系統(tǒng),與外部環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)和能量交換,漲潮時(shí)潮流將大量泥沙和水輸送至潮灘上部,落潮時(shí)潮流又將部分泥沙和水泄入濱外水域。潮溝會(huì)有一定的沖淤變化。潮溝的自動(dòng)調(diào)整作用便是不斷朝著水沙輸移平衡的方向發(fā)展,外在表現(xiàn)為潮溝的形狀變化和遷移擺動(dòng)。2潮溝系統(tǒng)平衡布局的確定表現(xiàn)為多因素的綜合調(diào)整,體現(xiàn)在某一潮溝的寬度、比降、流速、含沙量、形狀等方面的調(diào)整變化,各潮溝系統(tǒng)之間的連通關(guān)系等。由于整個(gè)沙洲潮溝系統(tǒng)始終處于不斷地動(dòng)態(tài)變化之中,因而很難確定哪一種布局就是平衡布局,若我們假定當(dāng)沙洲各個(gè)潮溝系統(tǒng)同時(shí)達(dá)到溝形較為順直的情況時(shí),認(rèn)為整個(gè)沙洲潮溝系統(tǒng)基本達(dá)到了南北水沙輸移的平衡,形成了平衡布局。由此,根據(jù)現(xiàn)有資料,近20年來,整個(gè)沙洲潮溝系統(tǒng)的平衡布局僅出現(xiàn)1988年,此時(shí)條子泥沙洲的整體布局是4條南北貫通的潮溝系統(tǒng),在東西方向上平行分布,潮溝中部大致相隔6～7km;在南北方向上,大致以二分水灘脊為界,南北段呈對(duì)稱分布,且南北段規(guī)模大致相等。同時(shí),對(duì)于各部分灘面亦具有各自的平衡布局。3條子泥沙洲的規(guī)模由衛(wèi)片可知,沙洲潮溝系統(tǒng)有一個(gè)很明顯的特點(diǎn),即自沙洲中部向兩側(cè)潮溝系統(tǒng)規(guī)模逐漸減小。位于沙洲中部的西大港是沙洲上規(guī)模最大的潮溝系統(tǒng);向西為規(guī)模較小的死生港3——橫港、死生港1——小燈樁港,向東為規(guī)模較小的高泥港。其中,死生港1、死生港3、橫港、小燈樁港的雛形均為西大港的分支,其規(guī)模僅為西大港的一半,甚至更小;高泥港的規(guī)模更小。主要是由于條子泥沙洲位于南北兩個(gè)潮波系統(tǒng)相匯地區(qū),南北兩側(cè)漲、落潮流主軸的連線基本上是與岸相平行,在這條線上的潮溝系統(tǒng)即為水動(dòng)力較強(qiáng)、規(guī)模較大的西大港;通過歷年衛(wèi)片分析發(fā)現(xiàn),西大港就象是個(gè)潮溝“生產(chǎn)基地”,其西岸會(huì)不斷地產(chǎn)生分支并向西南、西北擺動(dòng),成為該處灘面的主要潮溝系統(tǒng)。4潮溝的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)形態(tài)水沙條件分析1)各個(gè)主干潮溝系統(tǒng)的擺動(dòng)幅度、速率均不相同,位于沙洲中部的西大港在所有潮溝系統(tǒng)中表現(xiàn)得最為活躍、最不穩(wěn)定,死生港、內(nèi)王家槽與小燈樁港次之,東大港和高泥港的擺幅最小;某一潮溝系統(tǒng)的各個(gè)溝段亦具有不同的擺動(dòng)幅度、速率,往往與水沙條件的變化密切相關(guān)。2)西大港西側(cè)