2017—2020 年江蘇中部潮灘地貌的季節和年際演化

樊一陽，彭雲，王韞瑋，于謙

1.南京大學地理與海洋科學學院，海岸與海島開發教育部重點實驗室，南京 210023

2.南京師范大學海洋科學與工程學院，南京 210023

潮灘通常被定義為周期性被海水覆蓋、以潮汐為主要作用力、沉積物組分主要為細顆粒物質的沿海地貌類型[1]。在潮灘區域，潮差的大小往往大于有效波高，灘面坡度較低且沉積物量較為豐富[2-3]。潮灘在全球氣候變化和碳循環中扮演著重要的角色，同時在生態資源保護、土地規劃以及抵御海洋災害如極端事件等方面具有著重要的作用，具有較高的研究價值[4-8]。因此，開展潮灘相關的研究，尤其是對潮灘地貌動力過程的研究是相當必要的[9]。

潮灘地貌的演化過程在不同時間尺度下表現出不同的規律和特征，其主要原因是作用于潮灘的影響因素存在不同時間尺度下的變化規律。季節尺度下，影響潮灘的主要因素包括波浪[10]、潮差[11]、植被[12-13]、極端事件頻率[14]以及河口徑流量變化導致的沉積物供給變化[15]等。對于世界上不同地區的潮灘，其出現季節性變化的主要因素也各不相同。在較長時間尺度下，影響潮灘地貌的外動力還包括海平面上升[3]、植被覆蓋[16]以及人類活動例如圍墾等[17]。

江蘇潮灘季節性變化的影響因素主要為風浪、極端事件頻率和季節性的沉積物供給豐度變化[18-19]。在冬季和春季，江蘇沿岸風浪較大，河流進入枯水期結合港口關閘保水使得沉積物供給減少；在夏季，江蘇沿岸的風浪強度減小，但極端事件的頻率有所上升。這些因素使得江蘇潮灘的季節變化機制具有一定的復雜性。

年際尺度下，江蘇潮灘的演化過程受到海洋環流、沉積物供給、人類活動以及植被覆蓋等因素的影響。黃河北歸與長江口南遷導致江蘇潮灘已無巨量沉積物來源[20]，沉積物供應豐度的變化會導致江蘇潮灘的沖淤狀態由原先的不斷淤積向均衡態乃至侵蝕狀態演變。圍墾行為[7]與潮間帶上部互花米草生長狀況[16]同樣會對潮灘地貌形態與沖淤變化產生影響。此外，以往的觀點認為，江蘇海岸北部的沖淤分界點位于射陽河口[21]，江蘇中部潮灘全年大部分時間處于淤積或穩定狀態[11]。但隨著沉積物供給的逐年減少，這些觀點目前是否適用同樣尚未清楚。

因此，對江蘇潮灘的季節與年際變化規律和機制進行研究十分必要。為了明確江蘇中部潮灘目前的沖淤現狀，本研究在該區域選取了3 條不同的跨岸剖面，于2017—2020 年進行了多次野外觀測，以探究江蘇中部潮灘的季節性演化規律和年際沖淤演化趨勢，并嘗試給出初步原因。

1 研究區域

江蘇海岸長約954 km，北起繡針河口，南至長江口北支，其中泥質潮灘約占92%[22]。江蘇海岸的泥質潮灘發育較為寬廣，寬度1～10 km；潮灘坡度較為平緩，約1‰；潮灘沉積物主要成分為黏土、粉砂、極細砂等細顆粒沉積物。江蘇泥質潮灘屬于中-大潮差的開敞或半開敞型潮灘，潮汐類型主要為半日潮[9,23]。江蘇潮灘的潮汐作用主要由東海前進潮波和黃海旋轉潮波控制，平均潮差為2～4 m。在江蘇沿岸，弶港地區的潮差最大，可達5 m 以上，同時潮差以弶港為中心，分別向南北方向逐漸減小。根據潮間帶的侵蝕/淤積動態，可以將江蘇海岸分為淤長型岸段（射陽河口至東灶港）和侵蝕型岸段（大板跳至射陽河口與東灶港至啟東嘴）[21]。

本研究在江蘇中部海岸選取了3 條潮灘的潮間帶剖面作為研究區域，由南到北分別命名為L2 剖面、L3 剖面和L5 剖面（圖1）。L2 剖面位于竹港附近，大豐港南部約8 km 處，觀測區域為海堤至低潮水邊線之間，長度約1.5～2 km；L3 剖面位于新洋港與斗龍港之間，大豐港以北約20 km 處，觀測區域為鹽沼前緣至低潮水邊線之間，長度約1.2～1.8 km；L5 剖面位于射陽河口以北約10 km 處，觀測區域為海堤至低潮水邊線之間，長度約1.3～1.5 km。

圖1 江蘇中部潮灘研究區域（a）及L2 剖面（b）、L3 剖面（c）、L5 剖面（d）Fig.1 Study area in the middle Jiangsu coast (a), L2 profile (b), L3 profile (c), and L5 profile (d)

研究區域的潮汐類型為正規半日潮，自南向北3 處 剖 面 的 平 均 潮 差 大 致 為2.7、2.2 和1.7 m[23]。在輻射沙脊掩蔽作用的影響下，該區域波浪規?？傮w較小，但具有較為明顯的季節性變化特征。黃海南部的風浪波高在冬季約為1.9 m，夏季約為1.0 m[19]；根據大豐港海洋觀測站（33°26.7'N、120°47.6'E）的觀測資料，秋冬季節（9 月—次年2 月）近岸波浪的有效波高為0.55 m，春夏季節（3—8 月）近岸有效波高為0.42 m?？梢钥吹?，該研究區域的波浪規模存在冬季較大、夏季較小的特點。潮間帶上部多為鹽沼區域，多生長互花米草，沉積物以粉砂為主，并含有部分黏土；潮間帶中下部為光灘區域，沉積物組成以粉砂和極細砂為主。

2 研究方法

為了研究江蘇中部潮灘地貌和沉積物組分的季節性變化特征，分別在2017 年11 月，2018 年1 月、3 月、5 月、7 月、9 月和11 月對江蘇中部潮灘的3 條剖面（L2、L3 和L5 剖面）進行了為期一年、間隔為兩個月的實地地貌觀測。利用中海達V60 GNSS RTK（水平測量精度為1 cm，垂直測量精度為2 cm，坐標系設置為CGCS2000，高程為CGCS2000大地高程）對潮間帶進行了位置和高程的高精度測量，每兩個測量點的間距約為10 m。

觀測時間選擇在當天的低潮平潮期，L2 和L5 剖面的觀測區域為海堤至水邊線，L3 剖面由于潮間帶寬度較大，且潮間帶上部鹽沼區域植被生長較為茂盛，互花米草的高度約1.5 m，測量難度較高，故L3 剖面觀測區域改為鹽沼前緣至水邊線。

此外，為了研究江蘇中部潮灘地貌的年際變化，分別在2019 年12 月和2020 年10 月對3 條剖面（L2、L3 和L5 剖面）的坐標和高程進行了重復測量，測量方法與先前的實地觀測保持一致。

L2、L3 和L5 剖面的灘面高程測量過程中，同時自高程測量起點開始每間隔100 m 對潮間帶表層沉積物采樣，在粒度分析前，首先進行沉積物樣品的預處理，稱取適量樣品加入0.05 mol/L 六偏磷酸鈉溶液浸泡樣品24 h，將樣品初步分散。然后采用英國Malvern 公司生產的Mastersizer 2000 型激光粒度儀進行測試，Mastersizer 2000 型激光粒度儀測量范圍為0.02～2 000 μm，誤差小于1%。得到測量結果后利用矩法計算樣品的粒徑參數[24]，包括平均粒徑（?），以及黏土（粒徑＜2 μm）、粉砂（粒徑2～62.5 μm）和砂（粒徑＞62.5 μm）含量。

3 結果

3.1 季節變化

L2 剖面位于大豐港南側8 km 處 ，剖面形態呈上凸型，潮間帶上部、中部和下部坡度分別約為0.4‰、0.8‰和3.5‰，潮間帶寬度1.5～2 km，其2017—2018 年的潮間帶高程變化結果如圖2 所示。2017 年11 月—次年1 月，灘面高程總體略有增長，淤積量＜10 cm。1—3 月，潮間帶上部略有淤積，下部出現侵蝕，高程變化量15～20 cm。3—5 月，潮間帶高程整體較為穩定，變化幅度小于5 cm。5—9 月，潮間帶出現明顯侵蝕，兩次測量間侵蝕量最大可達25 cm。而在9—11 月，灘面高程變化較小，淤積或侵蝕量均小于3 cm。

圖2 L2 剖面2017 年11 月—2018 年11 月高程變化結果橫坐標0 點為海堤處。Fig.2 Elevation changes of L2 profile from November 2017 to November 2018 The 0 point at x-coordinate is the position of seawall.

圖3 所示為L2 剖面7 次測量的潮灘表層沉積物的粒度參數分布情況。L2 剖面表層沉積物粒徑由陸向海呈現明顯遞增趨勢，黏土與粉砂含量由陸向海逐漸減少，而砂含量逐漸增加。采樣結果顯示，2017 年11 月—2018 年1 月，平均粒徑整體減小，? 值增大約0.4；砂含量整體減小約10%。2018 年1—3 月，潮間帶上部平均粒徑減小，? 值增大約0.2，砂含量基本穩定；潮間帶下部平均粒徑增大，? 值減小約0.3，砂含量增大約15%。3—5 月，除潮間帶上部略有波動外，表層沉積物粒徑參數較為穩定。5—7 月，平均粒徑在潮間帶上部增大，? 值減小約0.3，在潮間帶下部變化較??；砂含量整體增大約10%。7—9 月，平均粒徑整體增大，? 值整體減小約0.2，砂含量整體變化較小。9—11 月，平均粒徑整體減小，? 值整體增大約0.4，砂含量整體減小約10%。

圖3 L2 剖面2017 年11 月—2018 年11 月粒度參數變化結果Fig.3 Changes in grain size of L2 Profile from November 2017 to November 2018

L3 剖面位于大豐港北側20 km 處，觀測區域剖面形態呈上凸型，潮間帶中部和下部坡度分別約為0.5‰和1.9‰，潮間帶光灘區域寬度1.2～1.8 km，其一年內的灘面高程變化結果如圖4 所示。2017年11 月—次年1 月，灘面高度整體有明顯下降，降幅達到20 cm。1—3 月，潮間帶高程較為穩定。3—9 月，灘面高程基本處于明顯侵蝕狀態，相鄰兩次測量期間侵蝕量為15 cm 至50 cm 不等。9—11 月，潮間帶不同位置出現不同的沖淤現象，在光灘的上半部分出現明顯侵蝕，侵蝕量可達14 cm，光灘下半部分則有明顯淤積，灘面高程最大增幅約為23 cm。

圖4 L3 剖面2017 年11 月—2018 年11 月高程變化結果橫坐標0 點為鹽沼前緣。Fig.4 Elevation changes of L3 Profile from November 2017 to November 2018 The 0 point at x-coordinates is the junction of salt marsh margin.

圖5 所示為L3 剖面7 次測量時潮灘表層沉積物的粒度參數分布情況。L3 剖面表層沉積物粒徑由陸向海呈現明顯遞增趨勢，黏土與粉砂含量由陸向海逐漸減少，而砂含量逐漸增加。采樣分析結果顯示，2017 年11 月—次年1 月，平均粒徑整體減小，? 值整體增大約0.3，砂含量整體減小約10%。1—3 月，平均粒徑整體增大，? 值整體減小約0.4，砂含量整體增大約8%。3—5 月，平均粒徑在光灘上部減小，? 值增大約1.0，在光灘下部變化較??；砂含量整體減小約7%。5—7 月，光灘上部平均粒徑增大，? 值減小約1.3，光灘下部平均粒徑變化較??；砂含量整體增大約6%。7—9 月，光灘上部平均粒徑減小，? 值增大0.6，砂含量減小約7%；光灘下部平均粒徑變化較小，砂含量增大約5%。9—11 月，平均粒徑整體略微增大，? 值減小0.1；砂含量整體變化較小。

圖5 L3 剖面2017 年11 月—2018 年11 月粒度參數變化結果Fig.5 Changes in grain size of L3 Profile from November 2017 to November 2018

L5 剖面位于射陽河口以北10 km 處，剖面形態呈上凸型，潮間帶上部、中部和下部坡度分別約為0.6‰、0.8‰和2.4‰，潮間帶寬度1.3～1.5 km，其一年內的灘面高程變化結果如圖6 所示?？梢钥吹?，2017 年11 月—次年5 月潮間帶整體較為穩定，灘面高程變化量不超過7 cm。5—9 月，潮間帶上部未出現明顯高程變化，潮間帶下部出現了輕微侵蝕，但每兩次測量間高程降幅均不超過10 cm。9—11 月，潮間帶上部輕微淤積，下部輕微侵蝕，淤積量不超過8 cm，侵蝕量不超過4 cm。

圖6 L5 剖面2017 年11 月—2018 年11 月高程變化結果橫坐標0 點為海堤處。Fig.6 Elevation changes of L5 Profile from November 2017 to November 2018 The 0 point at x-coordinate is the position of seawall.

圖7 所示為L5 剖面7 次測量時潮灘表層沉積物的粒度參數分布情況。L5 剖面表層沉積物粒徑由陸向海呈現明顯遞增趨勢，黏土與粉砂含量由陸向海逐漸減少，而砂含量逐漸增加。采樣分析結果顯示，2017 年11 月—次年1 月，平均粒徑變化較小，砂含量在潮間帶上部增大約8 %，在潮間帶下部減小約10%。1—3 月，平均粒徑整體變化較??；砂含量整體增大約5%。3—5 月，平均粒徑整體增大，? 值整體減小約0.4；砂含量整體增大約10%。5—7 月，潮間帶上部平均粒徑整體減小，? 值增大約0.2，潮間帶下部平均粒徑變化較??；砂含量整體增大約2%。7—9 月，平均粒徑整體增大，? 值減小約0.4；砂含量整體增大約15%。9—11 月，平均粒徑在潮間帶上部變化較小，在潮間帶下部減小，? 值增大約0.3；砂含量整體減小約12%。

圖7 L5 剖面2017 年11 月—2018 年11 月粒度參數變化結果Fig.7 Changes of grain size of L5 profile from November 2017 to November 2018

3.2 年際變化

在2017—2020 年，對L2、L3 和L5 剖面進行了時間間隔為1 年、共計4 次的重復野外觀測。測量時間分別為2017 年11 月、2018 年11 月、2019 年12 月和2020 年10 月，均在秋季，以消除季節性變化影響。4 年的灘面高程測量結果見圖8。

圖8 江蘇中部潮灘2017—2020 年高程變化結果a：L2 剖面高程變化，橫坐標0 點為海堤處；b：L3 剖面高程變化，橫坐標0 點為鹽沼前緣；c：L5 剖面高程變化，橫坐標0 點為海堤處。Fig.8 Elevation changes of the middle Jiangsu coast from 2017 to 2020 a: Elevation changes of L2 Profile.The 0 point at x-coordinate is the position of seawall; b: elevation changes of L3 Profile.The 0 point at x-coordinate marks the salt marsh margin; c: elevation changes of L5 Profile.The 0 point at x-coordinate marks the position of seawall.

L2 剖面的灘面高程變化結果如圖8a 所示。2017—2018 年，灘面高程整體出現下降，降幅在5 cm 至20 cm 不等。2018—2019 年，潮間帶整體出現明顯淤漲，漲幅最大達22 cm。2019— 2020 年，潮間帶上部灘面高程較為穩定；潮間帶中部出現侵蝕，灘面高程最大下降10 cm；潮間帶下部出現淤漲，漲幅約為10 cm。

L3 剖面的灘面高程變化結果如圖8b 所示。2017—2018 年，灘面高程整體出現明顯的下降，降幅最大達到50 cm 以上。2018—2019 年，灘面高程整體增加，鹽沼前緣和水邊線位置增幅最為明顯，可達25 cm 以上。2019—2020 年，灘面高程整體出現明顯下降，降幅最大達到92 cm。

L5 剖面的灘面高程變化結果如圖8c 所示。分別對4 次測量結果進行比較，2017—2018 年，潮間帶整體呈現上部淤積、下部侵蝕的現象，淤積和侵蝕量均在15 cm 以內。2018—2019 年，潮間帶整體淤積，灘面高程最大增幅約為19 cm。2019—2020年，灘面高程整體出現下降，潮間帶上部灘面高程降幅較小，約為4 cm，潮間帶中下部灘面高程下降較為明顯，最大降幅達到32 cm。

4 討論

4.1 季節性變化規律

剖面形態上，三條剖面的形態均為上凸型；粒度參數上，表層沉積物黏土含量和粉砂含量均表現出向海方向的遞減趨勢，而平均粒徑和砂含量在向海方向表現出了遞增趨勢，這說明研究區域符合以潮汐作用為主動力的泥質海灘特征[3]。

L2 剖面測量結果顯示，在秋季和冬季初期，灘面高程處在較為穩定的狀態。在冬季中后期，灘面上部淤積、下部侵蝕，整體坡度增大；春季初期灘面高程變化幅度較??；而在春季末期和整個夏季，潮間帶灘面高程出現了明顯的侵蝕或上部淤積、下部侵蝕現象。

可以發現，在秋季和春季，潮間帶灘面較為穩定，這說明在這段時間研究區域的水動力條件和沉積物供給等條件的作用趨于平衡，使得潮間帶處于近似均衡狀態[3,25]。而冬季出現了較為明顯的上部淤積、下部侵蝕的現象，根據前人研究[3,26]，當波浪增大時，潮間帶灘面會出現上部淤積、下部侵蝕的現象，結合江蘇中部潮灘當地的水文特征，冬季波浪相對夏季更大，因此推測L2 剖面冬季變化的原因可能為波浪的季節性增大。在夏季，潮間帶出現整體侵蝕或上部淤積、下部侵蝕的現象，由于研究區域夏季波浪會明顯減小，因此推測形成此現象的原因可能是夏季出現的極端事件如風暴潮等在短時間內增大了該區域的水動力條件，使得潮灘整體底床切應力增大，從而造成了明顯的侵蝕作用。

L3 剖面測量結果顯示，L3 剖面在全年基本處于侵蝕狀態，其中，在夏季的侵蝕量較為明顯。這說明該區域的灘面已經由原先的增長狀態[22]越過均衡態，達到了侵蝕狀態，其主要原因可能是沉積物供給的缺失。江蘇中部潮灘的沉積物供給的主要來源是廢黃河口[27]，廢黃河口原先堆積的沉積物被侵蝕，并由沿岸流自北向南輸運，在江蘇中部潮灘沉降和淤積。但由于1855 年之后，黃河北歸，使得廢黃河口泥沙供給來源大幅減少，經過長時間的侵蝕過程之后，由南向北輸運的沉積物量逐漸減少。這可能是L3 剖面全年處于侵蝕的主要原因。另外，在夏季L3 剖面的侵蝕最為劇烈，其原因可能與L2 剖面相同，為夏季極端天氣作用的結果。

L5 剖面測量結果顯示，除11 月—次年1 月外，L5 剖面全年基本處于潮間帶上部淤積或穩定、下部侵蝕的狀態，同時全年各個季節的侵蝕量均較小。L5 剖面位于高抒和朱大奎[21]指出的江蘇海岸沖淤界限以北，2017—2018 年的觀測期間仍然處于侵蝕狀態，但是速率已經較低，可能說明L5 剖面在強烈侵蝕后接近新的均衡態。

龔政等[11]在2012—2013 年對江蘇王港潮灘進行了地形觀測，觀測區域位于L2 剖面沿岸向南約10 km 處。其結果顯示，在全年的春夏秋3 個季節，潮間帶的大部分區域均處于淤積或穩定的狀態。該測量結果與本文中相近地區的測量結果差異較大，其原因可能有兩方面：① 本研究中在夏季潮間帶出現侵蝕是由于受到了當年夏季多次臺風風暴潮事件的影響，根據國家海洋預報臺的風暴潮警報，2018 年7—10 月，研究區域共經歷5 次增水30 cm以上的風暴潮事件，而前人的研究過程中并未發生明顯的風暴潮事件；② 龔政等[11]的野外觀測時間為2012—2013 年，其研究結果符合高抒和朱大奎[21]對江蘇潮灘侵蝕/淤積區域的劃分，其研究結果中潮間帶區域明顯處于淤積狀態。在本研究中，除去夏季風暴作用的影響，L2 剖面事實上處于相對穩定的狀態。這從另一方面說明了來自廢黃河口的沉積物供給在逐年減少，使得江蘇中部潮灘由淤積狀態向侵蝕狀態過渡。

結合上述推測對江蘇中部潮灘的季節性變化規律及其機制進行總結：① 大豐港以北的潮灘全年基本處于侵蝕狀態，這可能是沉積物供給減少導致的結果；② 大豐港以南的L2 剖面在春秋兩季較為穩定，冬季可能由于波浪的季節性增強導致出現潮間帶上部淤積、下部侵蝕的現象；③ 夏季的極端事件如風暴潮可能會對潮灘造成明顯的侵蝕作用；④江蘇潮灘北部的侵蝕/淤積區域分界點可能已經從射陽河口向南轉移至大豐港南部區域。

4.2 年際變化規律

除了季節性變化外，在2017—2020 年對L2、L3 和L5 剖面進行了每年一次的重復觀測，以探究江蘇中部潮灘的年際變化趨勢。其測量結果顯示，3 條剖面在2017—2020 年的潮間帶灘面高程變化規律出現較為明顯的一致性：2017—2018 年，L2 和L3 剖面均出現整體侵蝕的現象，L5 剖面則出現上部淤積、下部侵蝕的現象；2018—2019 年，3 條剖面潮間帶高程均出現不同程度的上漲；2019—2020 年，3 條剖面均出現潮間帶上部穩定或輕微侵蝕、下部明顯侵蝕的現象。

總體來看，觀測區域中L2 剖面和L5 剖面沖淤狀態相對穩定，L3 剖面處于強烈侵蝕狀態。結合前人的觀測數據，L5 剖面以往位于侵蝕/淤積分界點附近，在經歷侵蝕之后逐漸接近新均衡態；L3 剖面以往處于淤積狀態，隨著侵蝕/淤積分界點南移，L3 剖面轉變為強烈的侵蝕狀態；L2 剖面以往處于淤積狀態，目前處于相對均衡的狀態，說明侵蝕/淤積分界點可能已經南移至L2 剖面附近。

當前的觀測結果為進一步研究該區域不同時間尺度下的沖淤變化提供了關鍵數據支撐。由于江蘇海岸的海洋環流、波浪條件以及極端事件強度、頻率等水動力條件逐年發生變化，江蘇中部潮灘沖淤狀態的年際變化可能與之存在不同程度的關聯。未來將對以上影響因素進行進一步觀測，并試圖探究這些影響因素對江蘇中部潮灘地貌年際變化的作用機制。

5 結論

（1）大豐港以北潮灘在2017—2018 年基本處于侵蝕狀態，這可能是沉積物供給減少導致的結果。

（2）大豐港以南潮灘在2017—2018 年春秋兩季較為穩定，冬季可能由于波浪的季節性增強導致出現潮間帶上部淤積、下部侵蝕的現象。

（3）夏季的極端事件如風暴潮可能會對三條剖面均造成明顯的侵蝕作用。

（4）江蘇潮灘北部的侵蝕/淤積區域分界點可能已經從射陽河口向南轉移至大豐港南部區域。

（5）2017—2020 年，江蘇中部潮灘表現出較為一致的變化規律：2017—2018 年，大豐港附近潮灘均出現整體侵蝕的現象，射陽河口潮灘則出現潮間帶上部淤積、下部侵蝕的現象；2018— 2019 年，江蘇中部潮灘潮間帶高程均出現不同程度的上漲；2019—2020 年，江蘇中部潮灘均出現潮間帶上部穩定或輕微侵蝕、下部明顯侵蝕現象。這可能與沉積物供給的變化以及江蘇海岸的海洋環流、波浪條件以及極端事件強度、頻率等水動力條件逐年變化有關。