1、2012年9月ACTAOCEANOLOGICASINICASeptember2012淤泥質潮灘剖面沖淤演變數值模擬分析以河北省滄州市為例韓曉慶褚玉娟2,李晶3,朱偉龍。趙宇。高偉明仆(1.河北省國十資源利用規劃院，河北石家莊050051.2.河北省科學院地理科學研究所，河北石家莊050011；3.瑞和安惠項目管理集團.河北石家莊050013;4.河北師范大學資源與環境科學學院河北省環境演變與生態建設實驗室，河北石家莊050024)摘要：為全面剖析淤泥質潮灘變化規律及演變特征，運用修改后的輸沙公式建立了淤泥質潮灘演變數值模型。經2000,2007年野外實測數據驗證，表明該模型各參數設置準確，較其

2、實地反演了灘涂剖面變化過程，可用于淤泥質潮灘的模擬計算。根據數值模型計算結果得出如下結論：1987-2010年河北省滄州市淤泥質潮灘坡度不斷增大，但增長速率變化不大，為0.002X10-3。0m等深線上部坡度逐漸變緩，年均降低0.021X10-3；下部坡度不斷變陡，年均增長0.022X10-3。研究區潮灘未達平衡狀態，其坡度將進一步變陡。該輸沙模型及研究結論對淤泥質潮灘的保護具有重要的理論指導意義，為其科學開發管理提供實際參考依據。關鍵詞：滄州市；淤泥質潮灘；剖面；演變；數值模擬中圖分類號：P76文獻標志碼：A文章編號：0253-4193(2012)05-0111-051引言淤泥質潮灘主要指分

3、布在河口海岸潮間帶由粘性細顆粒泥沙組成的灘地，通常擁有豐富的水產資源、巨大的土地供應潛力及濕地生態價值，是人類進行海岸開發和環境保護等工作的重點地區。無論是圍灘造地、保灘護岸，還是固灘穩槽、水產養殖，都會從不同角度要求闡明潮灘剖面的塑造機制和發育規律。因此，只有掌握潮灘的發育規律及沖淤動態，才能有效地對其進行開發和保護。作為海陸相互作用的敏感地帶，淤泥質潮灘受波浪、泥沙、沿岸流、地質條件等諸多因素影響，使海灘剖面時空變化極為夏雜。潮灘面積寬廣、水淺灘平、變化頻繁的特點給常規調查和觀測帶來很大困難，因此研究深度相對較低。許多研究者通過現場觀測數據、水槽試驗和遙感數據,利用數學、物理等方法來反演潮

4、灘地形信息及沖淤演變情況t2-,6o例如：Loha-niE綜合利用機載專題制圖儀(ATM)數據及克利金法構建了海岸數字商程模型(DEM),通過實測數據驗證DEM數據的準確性后，繼而分析岸灘沖淤變化;Mason等"幻利用遙感手段獲得水邊線并建立了水動力模型，測定了1992-1997年英格蘭西北部莫克姆灣岸灘蝕淤變化，研究得出在Leven,Kcnt和Lune海灣的潮間帶出現較大規模的侵蝕；樊社軍等通過定量分析近岸波浪和潮流的作用特征，建立了近岸波浪的衰減模式，得到了波浪和潮流底切力在不同岸灘上的時空分布規律；曹祖德等g-通過理論分析和水槽試驗，揭示出粉砂質海岸的泥沙淤積物中懸移質和推移質

5、比例，并提出粉砂質海岸淤積的計算方法。上述研究者在各自領域取得部分成果，但其成果應用的廣度和深度仍有待提高。本研究將傳統的輸沙公式進行改進.配以實測數據驗證.定代反演河北省滄州市淤泥質潮灘沖淤變化狀況.并分析共演變特征.取得了較滿意的結果。2研究區概況研究區位于河北省滄州市，轄黃驊市、海興11.介于38°16'38°37'N,117°34'117°50E之間的滄州市岸灘.潮灘形態整體呈北北西南南東向（圖1）.38*40'N38*40'N3830'38'20'38*10,圖1研究區域位置示意圖

6、研究區潮灘寬度為35km,平坦廣闊，岸線較平立灘面坡度小于1/2000.以風浪為主，涌浪比例較小；海區全年以東向浪最多（10.06%）、東北向次之（9.38%）；溉不正規半日潮，II潮不等現象突出，海平面季節變化顯蓍；海水流向呈極有規彳K的逆時針方向.海流為一天兩周的旋轉流。在研究區共有14條河流.均系行洪排瀝河，入海沙代隨行洪排澇水ht大小而增減，多年平均入海水ht為2.23X108m，入海沙量為687k".3研究方法3.1輸沙率計算在計算淤泥質海岸泥沙輸沙率時，根據研究區實際情況.假設在同一海洋動力作用下分別產生懸移質輸沙及推移質輸沙952°J.然后分別計算懸移質輸沙率

7、（衣）和推移質輸沙率（gob）.-者相加即為總輸沙率（q）og=%+&，（1）q、=艮心心=心4,（2）式中.少為懸、推共存時的懸移質輸沙率；處為懸、推共存時的推移質輸沙率；f為水動力全部形成懸沙的懸移質輸沙率；b為水動力全部形成底沙運動的推移質輸沙率以.，燈分別為懸、推共存時懸移質輸沙和推移質輸沙的分兄系數.為確定奴和虹，設波浪、水流作用下懸、推共存時懸移質和推移質輸沙率占總輸沙率的比例分別為和加，即：S=n艮q_+虹qc(3)S=奴qg+虹'(4)由式（3）和式（4）可求得：b、=亦（/感+«(5)Ab小°>»加。*.+乎q*.(6)3.

8、1.1懸移質輸沙率的確定由于粉砂質海岸泥沙運動時在底部存在高濃度含沙水體，因此計算懸移質輸沙率時應分主水體和臨底水體兩部分考慮。主水體懸移質輸沙率的盤可用下式表示：?<M|=/»lW|51,（7）式中，如為水深；S為流速E為含沙ht。臨底高濃度含沙水體懸移質輸沙率qq可用下式表示：（8）式中，么“b，Sb分別為臨底層的叩度、流速和含沙設hbAhh,；ub=Au«；Sb=,并令A=人MM.,則式（8）可寫成下式：如2=,（9）式中，A為系數。3.1.2推移質輸沙率qM的確定推移質輸沙率q°b可用下式表示：<p=Ab（W-W,）F2,（10）<p=q

9、-/p、gd（11）W=r/（p,p）gd5o,（12）W<=（hp）gdso,（13）式中，平為單寬無缺綱推移質輸沙函數；W為輸沙水力強度函數；W,為泥沙臨界起動水力強度函數亦為床面阿切應力；L為泥沙起動時臨界床面奶切應加3,為泥沙沉降速度；A、為待定系數。將式（10）（13）整理后得：3.2輸沙公式驗證利用所建立的輸沙公式對研究區的潮灘坡度變化進行驗證計算。在驗證過程中，根據各參數計算研究區范圍內懸移質及推移質輸沙做，并進一步推算潮灘坡度變化情況，以檢驗各模擬參數的準確性。自20世紀90年代起，在研究區內各大河流上游修建了大型水庫，致使入海泥沙后顯著減少，在個別年份入海泥沙量近乎為0

10、。因此，本研究在統計泥沙量時未將河流入海泥沙考慮在內，僅考慮波浪及潮汐產生的泥沙沉積最。岸灘起算年份采用1987年河北省海岸帶與灘涂資源綜合調查實測數據所確定的潮灘坡度，起始點位于馮家堡東北側一看護養蝦池的房角，高程為1.5m,為使各年份數據有可比性，其余測點均統一到此點商程。2000年之前灘涂調查使用的是傳統測量儀器，測所長度及精度皆不甚理想，而旦點數較少，其他點由空間數據內播及外推得出。2007年，在國家“908專項”河北省海岸帶調查項目的支持下，使用更先進的測量儀器RTKGPS,與傳統的測量儀器相比，該儀器工作半徑更K（理論半徑為13km）,精度進一步提高（亞厘米級），而旦失誤率亦大幅降

11、低。利用潮汐表選擇當日退潮時刻，實測潮灘長度為5km。為了與之前的數據相比較，本研究統計至長度4km范圍。利用2000年河北省海洋資源調查時的實測岸灘坡度數據,驗證該模型各參數設置的準確性。通過計算,誤差為00.22m（表1）。因模型的起點固定，最小誤差是測危的起始位置；誤差最大值出現在距起點1km的位置，誤差率為22%。通過現場觀測，當地居民在該位置放置木樁、漁網等設施，利用潮汐漲落拉網捕魚.致使該處淤高；該模型模擬的是自然狀態F淤泥質潮灘的沉積過程，沒有考慮人為因素，故最終結果比計算值大0.22m；在距岸較近處計算值偏小,而在距岸較遠處計算值則偏大。其原因可能是新建人工設施影響近岸段沖淤平

12、衡,岸灘均衡剖面重塑所致。整體模擬結果表明，除距岸1km處岸灘剖面與計算值有所出入外,其余部分均反演效果較好。尤其是0m等深線附近，整體形態與實際岸線基本吻合,各點誤差均不超過0.1m,在誤差允許范圍內，這表明計算模型及相關參數基本合理。表12000年潮灘剖面測值與計算值驗證年份距離，''km012341987測缺值/m1.50.902000測缺值/m1.51.000.300.100.4計算值/m1.50.780.230.010.3誤差ffl/m00.220.070.09-0.1在此基礎上修改相關參數，并進一步驗證根據2007年“908專項”河北省海岸帶調

13、查實測潮灘削面。結果表明誤差進一步減小，誤差值在。0.05m之間。對距岸lkm處已基本修正準確，計算值與實測值僅差0.04m；在距岸3km附近誤差最小，僅為0.005m（見表2）；測量最遠處誤差為0.05m,與2000年模擬結果相比，其精確度提高50%。這表明參數修改后的模型能夠較好的反演自然岸線的變化，甚至在一些局部區域，如在0.5m等深線附近，得到較好地模擬結果。尤其在距岸2km處，計算結果顯示該處Om等深線有向岸演進的趨勢，亦符合研究區實際變化情況。最終確定各參數：人=0.2,不=76.1%,如=24.1%»Ab=15.67,虹=0.47。經過上述兩個時段，尤其是第2時段潮灘剖

14、面實測數據驗證，結果表明各部分誤差均控制在0.1m以內，計算值與實測值基本吻合，模擬結果的精度符合研究要求。這說明所建立的模型正確,各參數確定合理，能較準確地反演潮灘變形的實際情況.可用于模擬河北省滄州市淤泥質潮灘沖淤變化的情況。表22007年潮灘剖面測值與計算值驗證年份距離/km012341987測歆值/m1.50.900.200.10-0.302007測-值/m10.01一0.47計算值/m1.51.080.370.015-0.42設差值/m00.040.04-0.005一0.053.32010年潮灘剖面計算下部分又呈現出不同特征。在0m等深線以上，根據修改后的模型計算

15、2010年研究區淤泥即距岸2km附近坡度逐年降低一1987年坡降質潮灘剖面（表3,圖2）0從計算潮灘剖面形態來為0.65X10-3»2000年為0.60X103；2007年降看，隨著時間的演進，岸灘剖面的坡降逐漸增大，低到0.55X107;2010年潮灘坡度為0.49X但增長速度變化不大。與1987年坡度相比，20001年均降低0.021X10-30距岸2km以F，坡年坡度增大0.0250X107,年均增高0.0019X度逐年增大一1987年坡降僅0.25X10'3；200010-七2007年坡度為0.4925XW增K率達年達0.35X10-3»2007年增到0.4

16、4X10_3；20100.0021X10-3；2010年坡度增大0.0475X10-3,年坡度已增至0.51X10-3，年均增長0.022X年均增長0.0020X10-3。以0m等深線為界，上、IO%表31987,2000,2007,2010年潮灘剖面統計值年份距«/kmM;KU/V10123419871.50.900.200.10-0.300.4502000測ftffl/m1.510.300.10一0.400.4752007測量值/m10.010.470.49252010計算值/m20-0.490.4975012341987年2000年-20

17、07年2010*距離/km圖21987年、2000年.2007年、2010年潮灘剖面圖4結論綜合運用前后20余年的實測數據及修改后的輸沙公式，對河北省淤泥質潮灘剖面進行模擬計算。（1）經2000,2007年兩次實測數據驗證，結果表明所利用模型各參數設置合理，較真實地反演了潮灘剖面變化的實際情況.驗證結果吻合較好.可用于計算淤泥質潮灘剖面的變化情況。（2）經上述模型計算2010年淤泥質岸灘剖而坡度，分析得出1987-2010年潮灘坡度不斷增大，增長速率變化不大，為0.0020X10但0m等深線上、下呈現不同特征上部坡度逐漸變緩，下部坡度不斷變陡。研究區潮灘未達平衡狀態，整體剖面將進-步變陡。（3

18、）該修改后的輸沙模型及研究結論對淤泥質潮灘的保護具有重:要的理論指導意義，為其科學開發管理提供實際參考依據。參考文獻：F11時仲.陳古余.虐志英.中國淤混質潮灘沉積研究的進展J1.地球科學講展.1996,11（6）:555-562.2SHORTAD.Threedimensionalbeach-stagemodel。.JGeology,1979,87：553571.3C(X?()G(),HARETJ.HUNTLEY1)A.Beachcusps：acomparisonofdataandtheoriesfortheirk>rmationJ.JCoastalRes.1999.15(3),741-

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