2.3 黄河北归后海岸的冲淤调整
1855年铜瓦厢决口,黄河尾闾北归,江苏海岸大量泥沙来源断绝,动力泥沙平衡发生聚变,海岸从此进入一个新的调整阶段。
2.3.1 河口迅速后退
黄河夺淮期间河口迅速淤进使废黄河口附近岸段比两侧向海突出数十公里,在强大波浪和潮流动力作用下,大量泥沙向三角洲两侧海岸和岸外运移,黄河夺淮后期河口淤进速度已明显趋缓。黄河北归后,海洋动力所搬运的泥沙源迅速由黄河直接供沙转变为侵蚀原有泥沙,河口开始以超过1km/a的速度侵蚀后退,20世纪初,后退速度依然可达300m/a。此后,随着岸线突出程度的趋缓,受侵蚀海岸物质也逐渐由河口附近的松散堆积物转变为已逐渐压实的老河口三角洲沉积物,海岸的蚀退速度逐渐减缓。到20世纪60年代,后退速度已不到100m/a。其后,因大规模海岸防护工程的实施,岸线后退基本得到控制(图2.3)。
图2.3 黄河北归后废黄河口附近岸线的后退
据江苏省海岸带调查资料,1855—1890年间,河口段岸线平均每年后退300～400m。其中北侧岸线冲刷后退了约10km,平均每年后退300m左右;南侧岸线后退了14km左右,平均每年后退约400m;由于河口区侵蚀的泥沙向南侧海区输送,南侧海岸相应淤长,射阳河口段35a间淤长了10km。1890—1921年间,海岸侵蚀后退速率开始降低,河口段平均每年后退200～250m,其中河口北侧约为250m/a,南侧约为200m/a。河口北侧至新淮河口间海岸年后退率约为140m/a,河口南侧至扁担河口间海岸后退率为135m/a。1921—1958年河口段海岸侵蚀强度继续减弱,年后退速率75～80m/a。1958—1971年间河口段海岸的侵蚀强度进一步趋弱,每年平均后退近70m。
空间上,黄河北归初期,废黄河口附近的突出岸段开始剧烈侵蚀。随着岸线的后退和侵蚀强度的逐渐减弱,侵蚀范围也在向南北两侧逐渐扩大,但侵蚀强度随着距废黄河口距离的增大而逐渐减弱,进而过渡到依然保持淤长的岸段。这种淤蚀趋势的空间分布特征表明,苏北海岸在黄河北归后正在以一种与黄河夺淮期间海岸淤进的过程相反的趋势发展,岸线总体逐渐趋直。
2.3.2 废黄河水下三角洲的夷平
废黄河水下三角洲的侵蚀主要表现在以-10m水深为代表的三角洲前缘侵蚀内移和高程的冲刷降低。1904年英版海图(图2.4)显示,黄河北归后头50年,废黄河三角洲虽仍保持着水下三角洲形态,-10m等深线距岸还有120km左右,-10m以浅的三角洲前缘仍保留着五条沙,但五条沙的位置已较清雍正年间陈伦炯《沿海全图》和清道光年间陶澍《海运图》所示明显内移。同时在其南侧出现新的一片大沙洲。这表明黄河北归后水下三角洲侵蚀下来的泥沙多向南运移沉积,从而在南侧的浅水区形成大沙。可见,黄河北归后的前半个世纪,水下三角洲遭受了强烈的侵蚀,虽仍保持着三角洲形态,但范围已大大缩小,侵蚀的泥沙很大一部分向南侧浅水区运移堆积(张忍顺,1988)。
图2.4 1904年苏北海岸略图[据1904年英版海图,改绘自张忍顺(1988)]
图2.5 1960年废黄河三角洲水下岸坡略图
随着岸线的后退和岸外沙洲的侵蚀,水下三角洲逐渐暴露在开敞的海洋动力环境下,水下三角洲的侵蚀进一步加剧。20世纪30年代英版海图及1937年日版海图显示,图2.4中所标的五条沙所在区域已成为水深12～14m的平缓水下岸坡,五条沙已基本夷平,-10m等深线距岸仅20km左右,河口区的水下三角洲被大面积冲刷。可见20世纪初的30余年是水下三角洲变化相当强烈的阶段,其南侧已基本夷平。
1960年海图显示(图2.5),除新淮河口与燕尾港之间仍残留着水下三角洲北部部分外,其余部分已侵蚀殆尽,-10m等深线延伸方向已趋顺直,距岸平均12km左右,最近处约7.5km。表明水下三角洲经过20世纪初的强烈侵蚀后,已不具备水下完整三角洲形态。1937—1965年间,-10m等深线仅向岸移动约8km,平均每年内移285m左右,水下三角洲的侵蚀强度趋向缓和。根据1994年1月水下地形测量,除新淮河口以北-10m线离岸约8km且此处仍保留大片浅滩外,其余岸段-10m已基本顺直,一般距岸2～7km,最近处仅2.25km。即1965—1994年间-10m线平均内移约7km。说明经一个多世纪的侵蚀,水下三角洲前缘基本被夷平后,-10m等深线内移的速度也进一步趋缓。
2.3.3 海岸形态和物质组成的变异
1.岸线形态趋向平直
黄河北归后三角洲岸线的侵蚀后退是黄河夺淮期间三角洲的形成和发展的逆向过程,侵蚀强度的空间表现为突出岸段强于两侧岸段,致使岸线逐渐趋直,三角洲两侧岸线的夹角(以废黄河尖部为顶点的岸线陆侧夹角)增大,岸线长度缩短(图2.3、表2.2)。
1855年黄河北归初期,废黄河尖两侧岸线近似垂直,中山河口到扁担港口之间的距离约53km,经一个世纪的强烈侵蚀,1957年岸线的夹角已增大到129°,该岸段的岸线长度减小为41.5km,越来越接近中山河口与扁担港口的直线距离(36km)。之后随着海岸防护工程的实施和岸线后退速度的降低,这种变化趋势也逐渐减缓,1957—2004年的近半个世纪中,不管是岸线长度还是夹角均变化很小(表2.3)。
表2.3 黄河北归后废黄河三角洲岸线长度与夹角变化
注 岸线长度指中山河口到扁担港口之间的岸段,岸线夹角指废黄河口两侧岸线的内夹角。
水下三角洲的侵蚀形态变化与岸线变形有所不同,20世纪80年代的海图显示,除三角洲北翼部分浅滩残留外,水下三角洲已基本被夷平,-10m等深线已基本平直(图2.5),其后的侵蚀主要表现为-10m岸坡整体内移。
2.海岸剖面形态变化
由于不同水深处的海岸动力条件和物质组成差异明显,海岸剖面不同部位的侵蚀机制和强度也各有不同。在侵蚀过程中海岸剖面一般并非平行内移,而是在整体内移的过程中剖面形态发生着相应变化。特别是20世纪60年代以来的海岸防护工程在一定程度上控制了岸线的进一步后退,使海岸剖面的整体内移大大减缓,取而代之的是海岸剖面形态和坡度的剧烈变化。从废黄河尖为起点的海岸剖面20世纪60年代以来的形态变化(图2.6,图中剖面数据分别由1960年和1980年1∶25万海图以及1994年和2004年1∶1万水下地形图读取)可以看出,在岸线后退得到初步控制初期(20世纪60年代),理论基面0m以上和-14m以下较为平缓,其中-14m以下部分在此之后的侵蚀也非常缓慢。1960年0m到基本不再下蚀的-14m之间的海岸剖面形态依然表现为上部上凸下部下凹,0～-14m之间的水平直线距离近8km,平均坡度0.18%。而后,由于剖面整体内移失去了岸线后退的缓冲,-5m以上部分的宽度急剧减小。到1980年,0～-14m之间的剖面已完全表现为下凹形态。水平直线距离和平均坡度分别变为1980年的5km和0.28%、1994年的4km和0.36%以及2004年的3km和0.47%,剖面下凹特征日趋显著。
图2.6 1960年以来废黄河口海岸剖面形态变化
3.组成物质粗化
由于黄河夺淮前在苏北海岸入海的主要是一些近源小型河流,海岸开敞,物质来源和海岸动力特征造就了当时长期相对稳定的砂质海岸类型。代表黄河夺淮前苏北砂质堡岛海岸位置的几道沙冈主要由中值粒径0.25～0.125mm之间的中、细砂组成。黄河全流夺淮后,海岸的物质来源发生了根本性变化,河流输沙成为控制海岸地貌和物质组成的主导因素,海岸逐渐转变为由黄河输送的以粉砂和黏土为主的沉积物,与现代黄河三角洲海岸沉积物类似(Wang X.Y.等,1997;薛允传等,2001)。
黄河北归以后,海洋动力在海岸地貌演变中的主导地位更加明显。波浪和潮流作用下海岸侵蚀和岸线后退的过程中,组成物质得到进一步分选。大量细颗粒泥沙随潮流向三角洲两侧和外海流失,而相对较粗的泥沙颗粒在一定程度上能够适应高能环境而得以保留,从而出现海岸组成物质的粗化现象。2004年5月对废黄河三角洲海岸沉积物调查发现,强烈侵蚀的废黄河三角洲水下岸坡普遍不连续分布有细砂为主的粗化层,与“裸露”的废黄河三角洲粉砂质黏土沉积物形成鲜明对比。以六合庄前-14m等深线(理论基面)附近相距约400m的两个采样点为例(图2.7),15号样品为废黄河三角洲原始沉积物,样品采集出水后仍然保持块状,并能看出明显的沉积层理,中值粒径和分选系数分别为0.0058mm和1.70;16号样品为侵蚀粗化层,中值粒径和分选系数分别为0.079和0.41。
图2.7 废黄河三角洲海岸原始沉积物和粗化层泥沙粒度分布对比
而在近岸浅滩区域,粗化现象更加明显。六合庄南侧的废黄河湾目前已成为主要由大于0.1mm细砂组成的砂质海滩。在射阳河口以南由淤积向侵蚀过渡的上淤下蚀岸段,侵蚀部位的粗化现象亦非常明显(王艳红等,2003)。这种粗化现象也是海岸侵蚀过程中负反馈机制的表现形式之一,即海岸侵蚀过程中组成物质粗化,可在一定程度上减缓海岸遭受进一步侵蚀的进程。