（海洋地质专业论文）南海北部外陆架区海底沙波动态分析.pdf

南海北部外陆架区海底沙波动态分析 摘要 海底沙波是指海底床面沉积物为适应水流剪切作用而产生变形、从而使床面 发生规则变化的特征形态，代表了典型的沉积物一流体系统的相互调整性质，一 般分布在水动力较强和底砂充足的区域。 南海北部水深1 0 0 2 5 0 m 的陆架和陆坡斜坡海底分布着大片沙波地貌，沙波 波高在0 3 3 m 之间，波长数米数十米，波形一般以不对称居多，缓坡向n w ， 陡坡向s e ，波脊线大都沿n e s w 方向延伸。中型沙波和大型沙波两翼及谷部 发育有次一级的小型沙波或沙纹，他们形态细小、排列紧密，形成复式沙体。 本文采用底形相图参数近似计算和泥沙起动流速两种计算方法，结合海底沙 波地貌的实际形态，分析了沙波的成因机制。采用数理计算方法分析了沙波在风 海流和潮流的联合作用下的迁移速度和方向。根据实测资料、波浪和流的数值模 拟资料从陆架底流速、陆架水深、陆架底砂和海底地形四个方面研究了沙波的形 成发育条件。 分析结果表明，研究区的沙波符合现代水动力条件，应属于现代沉积地貌而 非残留沉积地貌：在风海流和潮流的联合作用下，沙波从总体上来看是向海( s e 方向) 移动的，由细砂、中细砂和中砂组成的沙波一天最大移动距离分别为5 1 1 0 2 e m 、2 4 4 8 c m 和1 5 3 1 c m ，迁移速率较小，对海底工程威胁不大；研究 区内有足够大的底流速为沙波的形成提供了水动力条件，有充足的砂源、适宜的 颗粒粒径和平缓的海底坡度为沙波的形成和发育奠定了物质基础，因此，研究区 具备了良好的沙波形成发育条件，有利于沙波的形成和迁移。 研究区具有丰富的石油和天然气资源，近年来，随着海洋资源的开发，在海 底铺设了大量油气管线和海底电缆。同时，本区属热带海洋季风气候，是台风多 发区域，突发事件如台风、海啸等都会对沙波的迁移和形态产生重要影响，造成 海底地貌的重大变化。因此，通过对研究区沙波的形成机制、迁移和发育条件的 详细了解，一方面可以丰富沙波的相关研究，另一方面对于保证海上安全生产、 海洋设施的完整具有重要的实际意义。 关键词：南海北部；海底沙波：台风；现代地貌；迁移速度 d y n a m i c a ia n a jy s iso fs e a l i o o rs a n d w a v e s int h eo u t e r c o n t in e n t a is h e i fo ft h en o r t h e r ns o u t ho h in as e a a b s t r a c t s a n d w a v e so ns e a f l o o ri sak i n do fc h a r a c t e r i s t i cf o r m sw h e r es e d i m e n t sa r e d e f o r m e d b y c u r r e n ts h e a rf u n c t i o na n ds e a b e d i s r e g u l a r l y t r a n s f o r m e d c o r r e s p o n d i n g l y t h e ya r eg e n e r a l l yf o u n di nt h er e g i o nw h e r et h e r ea r ep o w e r f u l d y n a m i cc o n d i t i o n sa n da m p l es e d i m e n t sa n dr e p r e s e n tat y p i c a lc h a r a c t e rt h a t s e d i m e n t sa n dl i q u i da d j u s to n ea n o t h e r a l a r g ea r e ao fs a n d w a v eg e o m o r p h o l o g yh a sb e e nf o u n do nt h es e a f l o o ro ft h e o u t e rc o n t i n e n t a ls h e l fa n du p p e r s l o p ew i t h i naw a t e rd e p t ho f10 0 2 5 0m e t e r si nt h e n o r t h e r ns o u t hc h i n as e a w a v eh e i g h to f t h es a n d w a v e si so 3 - - 3 ma n dw a v el e n g t h i saf e wm e t e r sl o n gt h e yu s u a l l yh a v ea n i s o m e r o u sw a v e f o r mw i t hg e n t l es l o p et o n wa n ds t e e ps l o p et os ea n dt h ew a v er i d g el i n ei si nt h ed i r e c t i o no fe x t e n d i n g n e - - s ws e c o n d c l a ss a n d w a v e sa n dr i p p l e sw i t has m a l lg e o m e t r ya r ed e v e l o p e di n t h et w ow i n g sa n dw a v eh o l l o wo fm e d i u mt o l a r g es a n d w a v e s ，a n dc o m p r i s e d u p l i c a t es e a f l o o rs a n d w a v e sw i t hm e d i u mt ol a r g es a n d w a v e s p l e n t yo fp e t r o l e u ma n dn a t u r a lg a sh a v eb e e nf o u n di nt h eo u t e rc o n t i n e n t a l s h e l f r e c e n ty e a r s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm a r i n er e s o u r c e s ，al o to fp i p e l i n e sa n d s e a b e dc a b l eh a v eb e e nl a i d a tt h es a m et i m e ，t h es t u d ya r e ai s t r o p i c a lm a r i n e m o n s o o nc l i m a t ew i t ht y p h o o n p r o n er e g i o n ，i n c i d e n t ss u c ha st y p h o o na n dt s u n a m i w i l lh a v ea ni m p o r t a n te f f e c to ns a n d w a v e sm o t i o na n da d j u s ta n dc a u s es e a b e dt o c h a n g eg r e a t l y c o n s e q u e n t l y ，p a r t i c u l a rs t u d yo nm o t i o no fs a n d w a v e s ，m e c h a n i s mo f f o r m a t i o na n dc o n d i t i o n sf o rg r o w t h ，o no n eh a n d ，m a k e ss t u d yo ns a n d w a v e sm o r e a b u n d a n t ，o nt h eo t h e rh a n d ，h a v ep r a c t i c a lm e a n i n gf o rs e c u r i t yo fm a n u f a c t u r eo n t h es e aa n di n t e g r i t yo fm a r i n ee s t a b l i s h m e n t a p p r o x i m a t ec a l c u l a t i o nf o rb e d f o r ms t a b i l i t yp a r a m e t e ra n di n c i p i e n tm o t i o no f s e d i m e n tc o m b i n e dw i t ha c t u a lc o n f i g u r a t i o no fs e a f l o o rm i c r o t o p o g r a p h ya r ea d o p t e d t os t u d yt h em e c h a n i s mo ff o r m a t i o n m a t h e m a t i c a la n a l y s i si s a d o p t e dt os t u d y m o t i o nv e l o c i t ya n dd i r e c t i o no fs a n d w a v e ss oa st oa n a l y s es t a b i l i t yo fs a n d w a v e s ， b o s o mc u r r e n t ，w a t e rd e p t h ，s e d i m e n t s ，a n dl a n d f o r ma r et a k e ni n t oa c c o u n t t os t u d v o nc o n d i t i o n sf o r g r o w t ho fs a n d w a v e so nt h eb a s i so fs p o td a t aa n dn u m e r i c a l m o d e l i n gd a t a a n a l y s i so fm e c h a n i s mo ff o r m a t i o nr e v e a l st h a tt h es a n d w a v e sa r ec o n s i s t e n t w i t hm o d e mh y d r o d y n a m i cc o n d i t i o n s ，a n dt h e y b e l o n gt om o d e ms e d i m e n t a t i o n g e o m o r p h o l o g y a n a l y s i so fs t a b i l i t yo ft h es a n d w a v e sr e v e a l st h a tt h e ym o v et o w a r d d e e ps e a ( s ed i r e c t i o n ) ，a n dt h es a n d w a v e sc o m p o s e do ff i n e ，f i n et om e d i u ma n d m e d i u ms a n d sm o v ea tt h es p e e do f5 1 1 0 2 c m d 、2 4 4 8 c m d 和1 5 3 1 c m ，d t h e r e b yt h em i g r a t i o nr a t eo fs a n d w a v e si sr e l a t i v e l ys m a l l ，a n dc a u s eal i a l et h r e a tt o s u b m a r i n ep r o j e c t a n a l y s i so fg r o w t hc o n d i t i o n so fs a n d w a v e sr e v e a lt h a tp o w e r f u l b o s o mc u r r e n th a so f f e r e dh y d r o d y n a m i cc o n d i t i o n sf o rt h ef o r m a t i o no fs a n d 、v a v e s a m p l es a n ds o u r c e s ，m o d e r a t eg r a i ns i z ea n ds e a f l o o rg r a d i e n th a se s t a b l i s h e dm a t e r i a l f o u n d a t i o nf o rt h eg r o w t ho fs a n d w a v e s ，s ot h es t u d ya r e ap o s s e s s e sg o o dc o n d i t i o n s f o rt h ef o r m a t i o no f s a n d w a v e s ，a n di si nf a v o ro f t h eg r o w t hf o rt h es a n d w a v e s k e y w o r d - n o r t h e r ns o u t hc h i n as e a ，s e a f l o o rs a n d w a v e s ，t y p h o o n ，m o d e r n g e o m o r p h o l o g y , m i g r a t i o nr a t e 南海北部外陆架区海底沙波动态分析 o 前言 o 1 研究意义 海底沙波是指发育在海底床面上的特征形态，被作为海底床面沉积物为适应 水流剪切作用而产生变形、从而使床面发生规则变化的形态，因而代表了典型的 沉积物一流体系统的相互调整性质，一般分布在水动力较强和底砂( 砾) 充足的 区域。 长期以来，海底沙波一直被作为石油、天然气的良好储集场所，因而有关其 形态、内部结构等沉积地质学的研究内容和研究方法受到重视。近年来，随着海 洋资源的开发，人们发现海底沙波的迁移对港口、航道和海底电缆、海洋钻井平 台和油气管道等海洋工程设施造成极大危害，同时沙波的迁移也可以标志海洋环 境的变化。因此对海底沙波稳定性的评价和预测己引起众多地质学家和工程师的 重视，且在世界许多海区如北海南部及北美陆架、澳洲近岸均有研究，我国的南 海北部和渤海、黄海及东海陆架区也有研究资料。 南海北部海底资源丰富，滨海地区有各种各样的砂矿，大陆架蕴藏有丰富的 石油和天然气资源，中央海盆区和大陆坡区还分布有铁锰结核和结壳。近年来， 在南海北部陆架区陆续发现了p y 3 4 一l 、p y 3 0 。l 、h z 2 1 1 、l f l 3 - 1 、l f l 3 2 、l h l 9 5 等油汽田，并铺设了大量油气管线和海底电缆等，因此需要对管线和平台周围的 海底地貌，尤其是以活动沙波为代表的海底地质灾害因素有详细的观察和认识， 以保证穿过这些沙波区的管线和平台的安全。 南海属热带海洋季风气候，是台风多发区域，突发事件如台风、海啸等都会 对沙波的移动和变化产生重要影响，造成海底地貌的重大变化。因此，一方面， 详细了解研究区沙波的移动情况，对沙波的稳定性做出评价，对于保证海上安全 生产、保证海洋设施的完整具有重要的实际意义；另一方面，通过对沙波的形成 机制和发育条件的研究，可以丰富沙波的研究内容，具有一定的理论意义。 o 2 国内外研究现状分析 沙波是一种垂直于主水流方向的丘状底形，是底流与底质界面相互作用的产 物。大约在1 0 0 多年前人们已认识河底上和地层中的各种小沙波，称其为r i p p l e s ， 常译为沙波、沙纹或波痕，大的沙波( r i p p l e s ) 称为沙丘( d u n e ) 。在上世纪6 0 南海北部外陆架区海底沙波动态分析 年代，地质学家就已经可以通过水槽实验塑造出了各种尺度的沙波，在沙波分类 上许多学者提出了不同的意见，7 0 年代的s w i f t ，8 0 年代a l l e n ，h a r m ( 1 9 8 2 ) 和 s t r i d e ( 1 9 7 8 ，1 9 8 2 ) 都曾对沙波进行过研究，近年许多的科学家对世界各地的 沙波形态特征以及环境参数都进行了比较详细的研究，如法国岸外沙波( a l l e n ， j l r ，1 9 8 2 ) 、美国长岛海峡东侧沙波( f e n s t e me ta l ，1 9 9 0 ) 、澳洲近岸( h a r r i s ， 1 9 9 1 ) 、北海南部沙波( d a l r y m p ，1 9 9 0 ；b e r n e ，1 9 9 3 ) 、北美陆架( k o s t a s c h h u k ， 1 9 9 3 ) 丹麦北岸外斯卡格拉克海峡沙波( k u i j p e r ，a ，j r u m o h r ，1 9 9 3 ) 、丹麦西 海岸的北海东部( d e n n i sa n t h o n y ，2 0 0 2 ) 等等。 我国的沙波主要分布在东海( y a n gcs ，1 9 8 8 ；叶银灿，2 0 0 4 ) 和南海，如 珠江口外陆架区( 王尚毅，1 9 9 4 ；冯文科，1 9 9 4 ：王文介，2 0 0 0 ) 、海南岛西部 和东北部近岸带、雷卅i 湾、伶汀洋、台湾浅滩、广东沿岸区和扬子浅滩等海域。 北方海域分布较少，主要见于渤中浅滩、辽东浅滩( 刘振夏，1 9 9 4 ；王颖，1 9 9 8 ； 朱玉荣，1 9 9 8 ) 和海州湾平山岛附近。另外在近岸潮流三角洲上也有沙波的分布， 如乳山湾、丁字湾、水东港、铁山港、钦州湾等湾外潮流三角洲。 由于海洋水动力条件的复杂多变，到目前为止，关于海底沙波稳定性的评价 和预测方法，沙波的形成条件以及迁移机制仍没有较为成熟的理论。 0 2 1 海底沙波稳定性的研究进展 我国渤海辽东浅滩和江苏滨外( 刘振夏，1 9 9 4 ) 和东海陆架( y a n g ，1 9 8 8 ) 均有大型沙波发育，但近年来对其研究主要侧重于沉积地质学内容，而对沙波稳 定性的研究是附带和定性的，即根据海底形态实测图谱上沙波的对称性和坡度， 定性推测沙波的稳定性：冯文科( 1 9 9 4 ) 、夏东兴( 2 0 0 1 ) 分别对南海北部陆架 沙波和海南东方岸外沙波的迁移进行了定量研究。国内也有人用不同时间海图对 比、遥感照片对比的方法来研究沙波的移动变化，但总体来说研究水平和方法相 对较低。而国外对海底沙波稳定性的研究技术水平相对较高，研究手段也较为多 样，除了在沙波不对称剖面上的定性推测以外，还在野外通过定点锚泊定位系统 ( b e r n e ，1 9 9 3 ；h a r r i s ，1 9 9 1 ；p i e t r z a k ，1 9 9 0 ) 或潜水直接测定( d y e r ，1 9 8 6 ) 。 b e r n e ( 1 9 9 3 ) 利用重复水深测量和旁测声纳扫描等方法来跟踪研究海底沙波的 长期变化。此外，国外还采用了平衡域谱分析的方法来评价沙波的稳定性，但仅 被成功地应用于河流实测沙波，程和琴( 2 0 0 3 ) 曾用此方法分析了琼卅i 海峡东口 南海北部外陆架区海底沙波动态分析 底形的稳定性。 0 2 2 海底沙波形成和运移机制分析 大部分国外的大部分研究者自上世纪5 0 年代以来一直认为海底大型沙波由 单向潮流形成( d a l r y m p ，1 9 9 0 ；h a r r i s ，1 9 9 1 ；b e r n e ，1 9 9 3 ；k o s t a s c h h u k ，1 9 9 3 ： m a s s o n ，2 0 0 2 ) ，但在上世纪6 0 7 0 年代以来一些人认为沙波是由波浪作用而成， 亚林通过观测资料分析认为，水面波是诱发床面沙波的直接原因。h i l l ( 1 9 9 6 ) 通过实验研究发现，在水槽中由于波浪传播过程中的掀沙机制能使掀起的泥沙在 水中形成明显的周期掀沙现象，当波浪消失时这种掀起的泥沙沉积后就形成了沙 波现象：j u a l l ( 1 9 9 5 ) 通过高空照片指出在海岸附近有着与海岸平行的周期沙波； j o h n s ( 1 9 9 0 ) 用数值手段研究了沙波形成的动力过程。另一部分研究者则认为 海底沙波是由波、流联合作用而成的( o w e n ，1 9 7 8 ；g a d d ，1 9 7 8 ：p a t t i a r a t e h i ， 1 9 8 5 ) 。我国海底沙波的成因研究起步较晚。在上世纪8 0 年代，刘振夏、夏东兴 等对潮流沙脊进行了初步的研究，并且探讨了潮流脊的形成机制和发育条件，进 入9 0 年代刘振夏( 1 9 9 6 ) ，冯文科( 1 9 9 3 ，1 9 9 4 ) 和王尚毅( 1 9 9 4 ) 等对中国陆 n 、 架沙波的分布形态及计算方法进行了研究。王文介、夏东兴等对琼西南地区的潮 流沙脊、沙波的形成原因、分布状况、以及移动的原因都有过较细致的研究。这 些不同看法反映了影响近岸海底沙波形成和运移的因素较多，不同的研究者在研 究不同的地区时或在不同气候条件下研究相同地区的沙波时，得出的结论不同。 0 2 3 海底沙波形成和迁移时的底部剪切速度 关于海底沙波形成和运移时的底部剪切速度或剪切应力，目前国内没有研究 资料，国外也无报道，但有较多的关于推移质运移时的底部剪切速度研究资料。 沙波是推移质集体运动的产物。这些作者的看法各不相同：o w e n 等( 1 9 7 8 ) 假 定底部剪切速度受波生轨迹运动控制；b a g n o l d ( 1 9 6 3 ) 及g a d d 等( 1 9 7 8 ) 假定 底部剪切速度为单向流克服了使砂质颗粒支撑在床面上的波生临界剪切应力而 向前运动的速度；b i j k e r ( 1 9 6 7 ) 建议用波流剪切速度代替单向水流剪切速度； s w a r t ( 1 9 7 6 ) 在b i j k e r 的基础上，引用j o n s s o n ( 1 9 6 6 ) 关于紊流中的波生摩擦系 数校正波流剪切速度计算公式中的系数：m a d s e n ( 1 9 7 9 ) 、p a t t i a r a t c h i ( 1 9 8 5 ) 等 提议底部剪切应力的计算应通过一个包括了波和流影响的摩擦系数，和一个由近 底流速与波速合成的瞬时速度，且波和流之间的相互作用是非线性的，并考虑到 南海北部外陆架区海底沙波动态分析 了波向和流向之间的夹角。国内方面，窦国仁、沙玉清以及张瑞瑾都曾提出过考 虑颗粒间粘结力后泥沙起动流速公式，窦国仁( 1 9 9 9 ) 年重新修订了其泥沙起动 流速公式，该公式较好地反映了粗、细颗粒泥沙和轻质沙的起动规律。 o 3 资料来源及研究内容 0 3 1 资料来源 本文资料来源于三部分：第一部分为国家海洋局第一海洋研究所于2 0 0 3 年9 月完成的番禹惠州油气田平台、管线和终端环境标准最终报告( p a n y u h u i z h o u g a s f i e l d p l a t f o r m s ，p i p e l i n e ，t e r m i n a l e n v i r o n m e n t a l c r i t e r i a ( e x t r e m e o p e r a t i o n a l c o n d i t i o n ) f i n a lr e p o r t ) 及其相关图件：第二部分为中国海洋石油总公司研究中 心于2 0 0 3 年9 月完成的l f l 3 2 平台和l f l 3 1 到l f l 3 2 管线路由调查最终报告 ( f i n a li n v e s t i g a t i o nr e p o r to fl f l 3 - 2p l a t f o r ms i t e & l f l 3 1t ol f l 3 2p i p e l i n e r o u t e ) 及其相关图件；第三部分为青岛海洋地质研究所承担的国土资源部中 国近海海砂及相关资源潜力调查专项珠江1 2 1 近海海砂及相关资源潜力调 查项目的调查资料。这三部分调查资料为本文提供了详细的研究资料，包括水 文、气象资料，对研究区影响较大的热带气旋资料( 见附表) ，极端条件下的风、 浪和流的数值模拟资料，平台及管线区的物探和工程地质资料等。 0 3 2 研究内容 本文以上述资料为基础，结合国内外的相关研究，从沙波的形成机制、迁移 速率和方向以及形成条件三个方面分析研究区的海底沙波地貌。 ( 1 ) 沙波的形成机制 分析研究区的沙波地貌成因，即研究沙波是在现代水动力条件下形成的现代 沉积地貌还是晚更新世晚期之末次冰期低海面时形成的滨海残留地貌。 ( 2 ) 沙波的迁移 研究海底沙波的迁移速度和方向。 ( 3 ) 沙波的形成条件 分析影响沙波形成发育的条件。 南海北部外陆架区海底沙波动态分析 1 研究区概况 1 1 地形地貌 南海是东亚大陆最南的边缘海，跨赤道，最北在台湾海峡南口大致以北回归 线为界，最南为3 。3 0 s 的印度尼西亚勿里洞岛北岸。南海的北边是华南大陆 太台湾岛，西边是中南半岛和马来半岛，南边是大巽他群岛的苏门答腊岛和加里 曼丹岛，东边是菲律宾群岛，包括北部的北部湾和西南部的泰国湾。其幅员辽阔， 面积约3 5 0 万k r n 2 ，约为渤海、黄海和东海总面积的3 5 倍，经济和地理位置十 分重要。南海外形似菱形，长轴为n e s w 向，长约3 1 0 0 k m ，横宽( n w ) 约1 2 0 0 k m ， 平均水深1 2 1 2 m ，最深点位于马尼拉海沟东南端，深度达5 3 7 7 m 。南海从周边向 中央倾斜，依次分布着大陆架和岛架、大陆坡和岛坡、海盆等。其中大陆架和岛 架面积占4 8 1 4 ，大陆坡和岛坡面积占3 6 1 2 ，海盆面积占1 5 7 4 。 南海北部陆架主要是指华南陆缘粤、桂、琼3 省( 区) 大陆架而言。它东起 南粤岛，西至北部湾，面积约达4 0 2 万k l n 2 。其基本轮廓是呈n e 向条带状分布。 等深线走向与华南岸线展布方向大致相同，表明了陆架地形是沿岸陆地地形的延 续；陆架北、南两端坡度稍大，中间广阔地带尤为宽缓，特征为地形平坦，水深 变化稳定，具有大型的水下三角洲体系，如珠江三角洲等。整个北部陆架散布着 5 级水下阶地，其相应水深为1 5 2 0 m ，3 0 4 5 m ，5 0 7 0 m ，8 0 9 5 m 和“o 1 2 0 m 。陆架坡折处的外缘水深为1 1 0 1 5 0 m 。陆架宽度一般为2 0 0 2 2 0 m ，宽 度最大处在珠江口外，宽达2 7 8 k m ( 刘昭蜀等，2 0 0 2 ) 。 南海北部陆架是n e 向陆架缘大陆型基底地堑和地垒系基础上发育形成的， 新生代沉积物添满了洼陷的地堑并覆盖了隆起的地垒，形成大面积的陆架平原、 水下阶地和水下三角洲，因此陆架宽缓平坦，沉积物厚度大。陆架外缘有晚更新 世低海面时期的滨海残留地貌，如构造洼地、浅槽和凹凸地等。陆架与陆坡转折 处的上陆坡陡坡带地貌，断裂构造上为陆坡北缘断裂。由于受南海北部拉张陆缘 控制，故在上陆坡和中陆坡出现三级逐渐断落的台阶和张裂式的东沙海底高原 以及在断裂或地堑构造基础上发育的槽谷系统( 图l 一1 和图1 2 ) 。 南海北部外陆架区海底沙波动态分析 卜、畿。焉争一，f 罗一 0 。、蓐萝，夏广二啦7 ， ， 7 ，一一“一一一、 、，c 。，醇、 二：芦7 7 鬻囊 e h 面 m ，。 ：、一7 z 、专 - 笋，一一_ i ：? 。 i 一，支j i。f 彰乡麓 雩荔岛分，。，弯j 蔓族夕。 r 。：多、 ：猢【媾p ， 夕男，一 氤忑! 弱 ，一 。 一。 图1 1 南海北部陆架主要地貌类型图1 ( 据冯志强等，1 9 9 6 ) 、 。_ 7 ， 2 嚣，广 一一 ， 蠢靓。篆燮偿一7 黟 ”蟹 一 。，一 一一一 ? ? 营? ”莎厂一，一 雾蠹i r 一一二二 一，梦瓶 5 i b 篌 i ；- l ：，荔霉 。淖5 ；董毛 一 ；j 。? ，| ， ，5t 、q4 、 j ? 7 目：，舟 、l ? 、自茹 嘲倒 一 i 嫠0 鸯睡_ 多搿 一n 一+ 。 一二一 h a 岛 n i 一：主鍪：垒一 彦：；。 i j 疹l l 矛 e 良。饧 ，。一 图1 2 南海北部陆架主要地貌类型图2 ( 据冯志强等，1 9 9 6 ) 1 2 气象条件 1 2 1 气温 6 南海北部外陆架区海底沙波动态分析 据历史资料统计，该海域年日照总时数约1 7 3 0 2 6 3 0 h ，年同照百分率为 3 9 6 1 ；珠江口外海区分别为1 9 4 2 h 2 3 2 0 h ，4 3 5 3 ：珠江e l 内海区 分别为1 7 3 0 h 2 2 1 0 h ，4 3 4 6 。 南海北部具有气温较高、冷期较短、无霜期长、季节交替不明显的特点。该 海区的年平均气温为2 2 2 3 ，年内各月平均气温7 月最高，1 月或2 月最低( 表 1 1 ) 。 表1 - 1 多年各月平均气温( ) 站名12345 6 7 89l o1 11 2 缸 l 火万山l51 51 82 22 52 72 82 82 7 2 52 01 72 2 香洲 15 151 82 22 62 82 92 82 72 52 l1 6 2 2 极端最高气温近岸高于外海，香洲站为3 8 5 c ，大万山站3 5 0 c ( 1 9 8 2 7 2 9 ) 。 极端最低气温外海高于近岸海域，大万山站为2 6 c ( 1 9 7 4 2 。2 5 ) ；近岸低于近 海，最低气温可达2 c 左右。气温年较差为1 0 1 5 c ，气温平均日较差不大，大 万山站年平均日较差为4 4 ，香洲站为5 4 。 1 2 2 降雨 南海北部位于季风区，受季风制约，降水类型多样，干湿季节较明显。夏季 风盛行时为雨季，冬季风控制时为旱季。每年雨季的长短、雨量的多少同季风活 动饷强弱有密切关系，也与热带气旋影响有关。 年降水量大致为1 5 0 0 2 3 0 0 m m ，据白蕉、黄金、三灶的降水量资料统计， 多年平均降水量在2 0 0 0 m m ，年降水量的最大值出现在黄金站为3 3 2 6 m m ( 1 9 7 3 年) ；最小值出现在三灶站为9 9 6 m m ( 1 9 9 7 年) ，降水量近岸大于外海，具有春夏 盛、秋冬少的特点。6 8 月降水量占4 0 5 0 ；冬季仅占1 0 左右：春季降水 量占2 5 3 5 ；秋季降水量一般少于春季，只占1 0 2 0 。暴雨全年各月均可发 生，主要集中在4 1 0 月。全年月降水量， 5 0 m m 的暴雨日数一般为5 1 0 d ，其 中6 0 出现在夏季( 表l 一2 ) 。 表1 2累年各月降水茸( m m ) l 站名1 23456 78 91 01 l 1 2全年l 大万山 1 65 29 32 1 42 3 72 3 82 4 5 2 2 9 6 62 6 3 81 4 9 5 l2 01 8 7 5 7 】 香洲2 95 4 7 417 23 2 93 2 92 6 3 73 2 282 0 8 41 2 0 3 6 2 7 1 9 6 3 1 2 3 雾与能见度 本海区的雾日年平均为5 7 天，2 月5 月份是雾季。影响海面能见度的主要 南海北部外陆架区海底沙波动态分析 因素是雾和降水。由于本海区出现雾的机会不多，所以影响能见度的因素主要是 降水，因此6 月9 月份海面能见度较差，能见度4 2 0 k m 出现频率低于8 0 。 1 2 4 风 路由海域属典型的季风气候，风向明显随季节而变化。平均风速外海大于珠 江1 3 内，如大万山站多年平均风速为6 5 m s ，香洲站为3 2 m s ( 表卜3 ) 。 表1 3 多年各月平均风速( m s ) 站名 l2345 67891 01 1 1 2 拒 l 大万山 87 87 36 _ 35 25 4 4 94 65 87 - 37 6 86 5 l 香洲 2 7233 43 63 5 3 63 23 43 63 2 33 2 风速等值线与海岸线基本平行，风速自沿海向内陆减小。在大陆岸线附近区 域有一沿海岸的狭长的风速急剧变化带。各月平均风速冬半年大于夏半年。珠江 口外海区的平均风速比珠江1 3 内海区大。路由海区月平均风速最大值出现在1 0 1 1 月或1 月，最小值大体上都出现在8 月。 南海北部盛行风向随着大气环流和天气系统的季节性演变而变化，一年分为 东北季风期、西南季风期及季风过渡时期。气压的基本形势、锋带和气旋路径的 平均位置、地形等是控制风向的主要条件。 冬季，来自北方的寒冷气流沿蒙古高压的边缘袭向海面，自北向南按顺时针 方向偏转，南海北部盛行东北风。莲花山脉、云丌大山等对偏北气流起阻挡作用， 使气流呈现出明显的绕流特征，导致各岸段风向的改变。粤东盛行e e n e 风， 珠江口盛行偏北风。9 月n e 风在南海东北部开始出现，1 2 月n e j x l 盛行程度最高。 大万山站最多风向为e n e 向，1 2 月至翌年3 月e n e 向风各月的出现频率达2 3 2 8 。 夏季，暖湿气流沿印度低压边缘自南向北按逆时针方向偏转，南海北部盛行 西南风。5 月s 和s w 风在南海南部开始出现，6 月在全区盛行。s f u s w j ) l 盛行期 为3 个月( 6 8 月) 。大万山站最多风向为s s w 向，6 7 月该向风各月的出现频 率为1 5 2 0 。4 5 月和9 1 0 月为季风过渡时期。这一时期风向多变，各风 向的频率都不高。 从东北季风到西南和东南季风的演变过程较复杂，3 4 月出现了过渡季节风 系，此时盛行风向为偏东风。大万山站最多风向为e 向，4 5 月及8 1 0 月该风 向各月出现频率为18 3 7 。东北季风的撤退、西南和东南季风的建立基本上 南海北部外陆架区海底沙波动态分析 是自南西向北东进行的。5 月份粤东转为吹偏南风，这时夏季风完全建立。风的 日变化包括地面风、山谷风、海陆风的日变化，其中以海陆风为主。在大气稳定 的情况下，海陆风交替明显。海风出现频数1 0 月最多，7 月最少，东部多于西部。 平均大风( 8 级) 日数珠江口内海区远小于外海，并随离岸距离的增大而增加。 香洲站年平均大风日数不足1 0 天，海岸站为5 0 6 0 天，外海大于6 0 天( 表l 一4 ) 。 表1 - 4 各月大风日数( 8 级) 月份 站名 l234567 8 91 0l l1 2 全年 遮浪5 95 46 7 4 252 42 828486 47465 7 7 火万山58525 52711 5l82 33 2674 764 6 5 香洲 0 1010 1o2o 20 62 51 61 7l0 208 6 1 2 5 台风特征 研究区是台风最活跃的地区之一。1 9 4 9 1 9 8 8 年4 0 年中，发生在西北太平 洋上的热带气旋共1 4 3 2 个，平均每年3 5 8 个。其中热带风暴以上强度的11 2 1 个， 平均每年2 8 1 个：台风7 0 5 个，平均每年1 7 6 个( 表1 5 ) 。 蛾 表卜5 西北太平洋1 9 4 9 1 9 8 8 年出现的各级热带气旋统计表 级别热带低压 热带风暴强热带风暴 台风合计 总数 3 1 11 3 6 2 8 07 0 51 4 3 2 年平均数7 8 3 471 83 5 8 i 鼻热带气旋的频率( ) 2 292 04 91 0 0 1 9 6 1 2 0 0 0 年影响研究区的热带气旋共2 5 4 个，平均每年6 4 个。从各月热 带气旋出现的次数看，1 月、2 月、3 月和1 2 月份均无热带气旋出现，而出现次数 最多的月份集中于6 、7 、8 、9 和1 0 月份，以7 月最多，平均为14 个。 热带气旋的路径千变万化，但有一定的规律可循，各月的基本规律如下( 图 l 一3 ) 。 5 月份：热带气旋在南海形成，移入南海低纬度区或向西北移动，部分影响 或登陆海南岛东岸，另一部分影响珠江口沿岸。 6 月份：热带气旋移至西沙群岛附近海面，部分左折，影响或登陆海南岛， 另一部分向北东移动，对广东影响不大。 7 月份：纬度较低的热带气旋向北西移动，影响或登陆海南岛；纬度较高的 热带气旋移至东沙群岛附近后，部分左折影响或登陆粤西，部分右折影响或登陆 粤东。 南海北部外陆架区海底沙波动态分析 8 月份：热带气旋一般向北西方向移动，高纬度的热带气旋影响或登陆粤西， 低纬的热带气旋影响或登陆海南岛东岸。 9 月份：热带气旋一般以西移为主，高纬度的热带气旋影响或登陆珠江口东 部，低纬度的热带气旋影响或登陆海南岛。 1 0 月和1 1 月份：热带气旋多数在低纬度区西行，影响海南岛南岸及南部海面。 1 3 水文条件 图l 一3 南海多年平均路径示意图 1 3 1 水温 冬半年水温较低，水温梯度大。北部水温比南部低，北部等温线密集，向南 等温线逐渐变得稀疏。2 月份表层水温最低，台湾海峡东北部最低水温小于1 2 ， 南部水温最高为2 5 。c 。夏半年水温较高，水温梯度小，最高水温为2 9 。c ，最低水 温2 6 ，等温线稀疏。 南海北部外陆架区海底沙波动态分析 近岸深水段，深层水的温度随水深的增加而降低，表层与深层水的温度差可 达6 度以上，而且随季节的不同而变化。珠江口是典型的河口湾。夏季因气温高 于水温，径流在流动过程中不断从空气中吸取热量，水温分布具有从西北往东南 递减的变化趋势。表层等温线自淇澳岛附近的3 0 。c 逐渐递减到大濠岛西南海域的 2 8 。c ，最高水温为3 0 1 ，最低水温为2 78 。底层水温除内伶仃岛西北部区域 偏低( 9 ) 春1 53 4 3 81 1 7 1 9o 1 夏 1 63 73 41 072 5 0 4 秋 52 24 42 2 25 50 9o i 冬42 l4 82 2 63 90 2 全年 1 02 8 4 0 1 71 4 20 6 从南海北部各级波浪的分布来看( 表l 一9 ) ，全年4 级浪出现频率最高，约 3 9 6 ；其次是3 级浪，频率约2 8 1 ：5 级以上的大浪出现率约2 1 9 。波浪的季 节变化较明显，秋、冬季波浪较强，春、夏季波浪减弱。秋季可见n 8 级( 波高 9 m ) 以上狂涛，与台风影响有关。 珠江口外海区( 范围为1 1 3 。1 1 5 。e ，2 1 。n 以北海域) 各季波浪特征见 表1 1 0 。 珠江e l 内，因受地形、水深以及岛屿的屏障作用等影响，大浪传入时，波浪 因折绕射、底摩擦减损等作用，波能减损很快，波浪主要为珠江口内海域生成的 风浪，全年风浪点5 0 5 。珠江口东岸赤湾站1 9 8 2 1 9 8 3 年的测波资料统计结果 表明，全年波高、周期均较小，年平均波高为0 2 m ，年平均周期为3 0 s ，而0 5 1 0 m 以上波高主要出现在6 1 0 月间。热带气旋影响时期，大于0 5 m 的波高共出 现3 3 次( 2 2 天) 。8 3 0 9 号台风影响期间，测得h o 为1 6 2 m ，h 。为1 9 2 m ，周期 t 为3 5 s ，最大周期t 。为4 6 s ，波向n n w 向( 1 9 8 3 年9 月9 日) 。 每年冷空气带来的大风造成的灾害性海浪频率达2 0 5 ；每年热带气旋所造 成的灾害性海浪频率为8 8 ：每年温带气旋和温带气旋与冷空气大风配合所造成 的灾害性海浪频率为4 5 。 南海北部外陆架区海底沙波功态分析 表1 - 1 0 珠江口外海区各季波浪特征值 月份1471 0 平均波高( m )1 9 l4l6 2 1 最大波高( m ) 4 858 5 9 观测总次数1 8 41 6 83 3 72 1 1 最大频率涌向及频率东北，4 4 东北，4 9 南，3 9 东北，4 0 涌浪o 3 级频率( )92 12 21 3 4 级频率( )4 14 95 22 5 5 级频率( )4 22 42 03 4 6 级频率( )9671 6 7 级频率( )ll 平均波高( m )1 4 1l 1 5 最大波高( m )67 3451 l 观测总次数3 8 63 7 07 0 24 4 3 最大频率浪向及频率 东北，5 3 东，4 2 南2 7 东北，4 1 风浪 o 3 级频率( ) 2 34 74 82 6 j 4 级频率( ) 5 23 94 04 1 -r n 5 级频率( )2 2 1 11 0 3 0 j 。 23 6 级频率( )3 2 三 7 级频率( ) l 5 南海北