根据目标任务, 以基本比例尺部署总体工作方案。海上调查为0~15 m水深范围的海区, 海滩剖面调查主要为潮间带范围(图1)。在重点区域布设3条走航海流观测剖面, 在钦州湾口外布置2个定点海流观测站, 每年在不同潮期进行25 h连续剖面监测或同步观测; 在钦州湾口以东、大风江— 南流江三角洲水域三娘湾潮间带上布置1条海滩观测剖面, 每年进行沉积物取样和地形剖面测量; 在北海市大墩海、侨港和银滩公园布设3条海滩平衡剖面, 每年对潮滩面进行地形测量和样品粒度分析。

图1

Fig.1

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	图1 定点海流观测站位、海滩剖面及调查基线位置图Fig.1 The locality of fixed ocean current observation station, beach profiles and survey baseline along Guangxi coastal zone

1.2.1 导航定位设备及工作方法

基线取样和定点海流观测采用HYPACK +LGBX-pro DGPS、Haida+ HD-8600 GPS等方法, 利用Hi-RTK Road+ Hi V8蓝牙GPS RTK进行海滩剖面观测。野外作业前对DGPS接收机进行了连续24 h的稳定性试验, 作业过程中的定位误差在± 5 m之内, 精度满足调查技术要求。

1.2.2 基线监测技术

水深测量采用Navisound 210型双频数字测深仪, 工作水深0~100 m, 精度1 cm, 工作频率210 kHz; 旁侧声纳测量采用Klein 2000旁侧声纳系统, 工作频率为100/500 kHz, 垂直波束角为40° , 分辨率为8 bits, 工作频率100 kHz, 单边扫描宽度75 m; 浅层剖面测量采用Innomar SES-96型浅层剖面系统, 换能器波束角3.6° , 发射频率为100 kHz, 最大穿透深度达50 m, 分辨率最高可达5 cm; 海流测量采用SONTEK 500/1 000 kHz ADP; 表层沉积物取样采用箱式采样器, 海水取样采用QCC10-2A型球阀式采水器。

1.2.3 海滩剖面监测方法

在滩面设立1个基准点作为坐标原点, 确定海滩剖面方向, 沿海滩剖面向海方向每隔约60 m距离设置1桩和埋桩10个, 每桩测量其高程、坐标和经纬度; 在每根桩周围1 m的范围内取1个表层样进行沉积物粒度和矿物分析; 在每条剖面的岸基确定基准点和定向点各1个, 并做长久识别标志。测量前使用GPS仪器, 通过地面控制点校正后解算出转换参数, 测量出各海滩剖面的基准点和定向点, 测量时按1∶ 1 000比例尺精度对潮滩面进行地形测量, 每条平衡剖面在具代表性的部位取表层样5~10个进行粒度分析。

1.2.4 实验测试技术

化学元素测试主要采用ICP4300DV电感耦合等离子体发射光谱仪, 粒度测试采用沉降法, 碎屑矿物鉴定粒级为0.063~0.25 mm, 采用Leica M165C 显微镜进行鉴定。 海水样品营养盐和重金属测试主要采用分光光度法和原子荧光法, 石油类采用紫外分光光度法。

针对广西海岸带缺乏长时间序列的环境地质数据, 尚未开展系统性、基础性的环境地质工作, 本文采用了点线面相结合、海陆相结合、水体与沉积物相结合以及浅层与深层相结合的工作部署原则, 综合应用各类先进调查仪器和测试手段, 首次在重要岸段开展基线和海滩剖面海陆监测, 每年同步采集地质、地球物理及海水综合数据, 分析地形、地层、粒度及水质等时空变化特征, 为海岸保护、资源管理、滩涂维护, 工程设计及功能区划提供了第一手地质资料, 对进一步开展海岸带环境监测工作起到了示范作用。

2.2.1 海流

大潮期HLGC1站的涨、落潮流变化不大, 涨潮流速略小于落潮流速, 流速随深度增加逐渐变小。最大涨潮、最大落潮流速依次为115 cm/s、127 cm/s, 均出现在表层; 小潮期HLGC1站的涨潮流速大于落潮流速; HLGC2站位在大潮期的涨、落潮流变化不大, 涨潮流速略小于落潮流速, 而在小潮期的涨潮流速与落潮流速相差微小, 最大流速分别为101 cm/s和112 cm/s。

不同年份基线剖面的水平流速均表现出表层流速最大, 而中层和底层的流速较小且较为接近的特征。受到风、潮流以及科氏力等多种因素共同作用, 各年份调查时段内表层和中层的盛行流向较为接近(表1)。水平流速一般随深度的增加呈现出衰减的趋势。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 监测基线海流剖面调查结果 Tab.1 Statistics of fixed ocean current measuring 年份 表、中、底层平均流速/ (cm· s-1) 表、中、底层盛行流向/ (° ) 2006 21/10/12 28/62/66 2007 24/11/9.7 293/313/63 2008 32/26/24 350/351/9 2009 40/32/30 63/63/45 2012 29/21/18 314/332/297

表1 监测基线海流剖面调查结果 Tab.1 Statistics of fixed ocean current measuring

2.2.2 海水化学要素

采用《海水水质标准》GH 3097— 1997对水质进行评价。结果显示: 2006— 2009年、2012年营养化指数变化范围为0.001~0.169, 局部变化较大, 但海水总体营养化程度偏低; 有机污染指数变化范围为-1.15~0.39, 表明基线海水有机污染程度偏低; 水质综合指数年度变化呈现波动, 变化范围介于0.21~0.74之间, 综合评价为清洁级。

2.2.3 表层沉积物粒度

沉积物类型呈砂— 粉砂— 黏土、粉砂质黏土、黏土质粉砂波动变化, 但各种粒度参数较接近, 多数站位中值粒径分别为细→ 粗→ 细旋回变化, 即总体上趋向更细。

2.2.4 表层沉积物碎屑矿物

表层沉积物检出的碎屑矿物有20余种。轻矿物主要为石英和长石, 其他矿物有赤铁矿、铬铁矿、钛铁矿、辉石、角闪石、锆石、锐钛矿、云母、电气石、金红石以及风化矿物。此外, 碎屑矿物中还含有较多的钙质生物, 还有自生矿物黄铁矿和海绿石。年度监测结果显示, 碎屑矿物呈现波动变化, 自岸向海风化矿物含量变化趋势由高→ 低→ 高, 海绿石、锆石含量呈现逐渐增加的趋势, 不稳定矿物云母变化较大, 基本保持海绿石-锆石-云母矿物组合。

2.2.5 表层沉积物重金属

表层沉积物重金属含量呈现波动变化, 但Cu、Zn、Cd年度变化趋势较为一致, 总体上低于评价标准值; Pb、As总体稳定, 但少数年际变化较大, 出现异常高值; 由于Cr性质活跃, 各年度波动变化较大, 变化范围为52.2× 10^-6~112× 10^-6, 2006与2007年度, 总体上高于评价标准值, 2008、2009和2012年度低于评价标准值; Hg含量呈现增加→ 降低→ 再增加的变化趋势。

2.2.6 浅地层

基线(JX)水深4.3~19.8 m。在浅层剖面可识别出R₀、R₁ 2个反射界面和层A、层B 2套反射层序(图2); 结合单道地震剖面, 可识别出3个界面和相应3套地层(图3)。其中, 层A的最大厚度约为10.8 m, 层B的最大厚度约为151.9 m; 基岩面的最大埋深约为173.2 m, 断层有F3和F4。监测期间, 断层地层位置与深度变化很小。

图2

Fig.2

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	图2 监测基线(JX)浅地层剖面Fig.2 Shallow seismic profile for baseline (JX)

图3

Fig.3

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	图3 监测基线(JX)地层剖面解释图Fig.3 Shallow seismic interpretation for baseline (JX)

2.3.1 地形

对南流江— 大风江三角洲水域的三娘湾5 a次的地形测量结果显示: 2006— 2009年海滩剖面大多数桩位地形受到侵蚀, 高程有所减小; 2006— 2008年滩面以侵蚀作用为主; 2012年10个桩的高程整体上比2006— 2009年的高程都高(图4), 总体来说为淤积。对比前人在相邻银滩的调查结果以蚀退为主^[12], 表明广西海岸变化类型多样。

图4

Fig.4

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	图4 三娘湾海滩剖面高程变化对比图Fig.4 Elevation variation for beach profile of Sanniang Wan

2.3.2 粒度参数

对比年度监测数据, 离岸最近的水下岸坡1~4

号桩的底质类型不稳定, 沉积物出现粗→ 细→ 粗→ 细旋回变化; 位于水下斜坡5~9号桩底质类型相对稳定, 10号桩虽然底质类型多次变更, 但沉积物颗粒粗细F50变化不大。海滩泥沙运动的中立线(点)出现在5~7号桩之间的某一点上, 物质在该区间来回运动, 因此底质较稳定。2008年剖面变化较大, 与监测时段受到风暴潮影响有关。且粒度参数自陆向海变化具有一定的规律性, 均具有在高能环境下快速响应的特征, 与前人研究结果有可比性^[13]。

2.3.3 表层沉积物碎屑矿物变化特征

环境基线在5a间的海流观测结果显示: 各年度水平流速均为表层流速最大, 而中层和底层的流速较小且较为接近; 表层和中层盛行流向较为接近, 底层盛行流向偏移。2006年度海水中的Pb、Hg含量高, 达三、四类海水标准; 2007年水质较差, Pb、挥发性酚、油类达到二类海水标准, Hg达到四类海水标准。2008年的Pb、Hg含量均为四类海水标准; 2009年水质最好, 基本达到了一类海水标准; 2012年水质较好, 仅个别站位达到二类海水标准。由此可见, 5 a水质波动变化的评价总体较好, 超标因子较少, 主要污染物为Pb、Hg、挥发性酚和油类。自2009年以来, 水质总体向好, 应是环境保护及综合治理的结果, 与前人研究结果一致^[14]。基线的表层沉积物分析结果显示, Cu、Pb、Zn、Cr、As、Cd和Hg等有害物质总体含量较少。但Cr含量波动变化较大, 且2006年和2007年高于评价标准; 大部分站位As含量稳定, 但2个站位的变化稍大, 部分高于评价标准值, 达中等污染。

2006 — 2009年, 海滩剖面有7个桩位(桩1, 3, 4, 6, 7, 8, 9)受侵蚀, 高程降低, 降幅逐渐增加。2号桩2007年少量淤积, 但2008年为少量侵蚀, 3 a基本持平。5号桩在2007年时略有侵蚀, 2008年则几乎不变。10个桩位高程2007年及2008年均降低, 以侵蚀作用为主。2009年除1号桩高程略有降低, 2号桩高程没有变化外, 其他8个桩的高程都有所增加, 说明2009年这10个桩位以淤积作用为主。2012年6个桩的高程整体增加, 说明2012年地形变化以淤积作用为主。

从海底表层沉积物粒度分析, 1~4号桩的底质类型不稳定, 沉积物反复出现粗→ 细→ 粗→ 细旋回变化; 5~9号桩底质类型相对稳定, 10号桩虽然底质类型多次变更, 但沉积物颗粒粗细变化不大; 海滩泥沙运动存在中立点, 物质在该区间来回运动, 因此底质较稳定, 淤蚀基本平衡。

由于海滩剖面选在人为影响较小区, 高程及粒度变化主要为自然因素影响。因此, 海滩剖面总体稳定, 变化较小, 有少量淤积; 物质交换变化也较小, 出露的滩面受风力影响较大, 但基本保持稳定。当然, 以上高程及沉积物粒度变化可能由于突发性的风暴潮事件或其他原因而造成。

(1)监测显示, 大小潮期涨潮流和落潮流变化不一, 水平流速一般随深度的增加呈现出衰减的趋势。受到水动力作用和人为影响, 近岸水下浅滩和岸坡段基线、剖面地形局部粒度、矿物、有害重金属等变化较大, 主要与水动力作用以及径流变化有关。粒度显示滩面沉积物比较松散, 某些年度剖面形态变化明显, 是因为出现风暴潮影响, 显示滩面对干扰性因素反应很快。

(2)基线海水主要污染物为无机氮、活性磷酸盐和石油类等, 营养化指数、有机污染指数、水质综合指数总体虽然偏低, 但有些变化较大。水质总体向好与加大环境治理有关。

(3)表层沉积物Cu、Pb、Zn、Cr、As、Cd和Hg等有害重金属含量较少, 但有波动式积累的趋向。Cr含量波动明显, 少数站位As的变化也较大, 达到中等污染程度。

(4)海滩剖面显示沉积物类型较粗, 较为松散, 淤积、侵蚀波动变化, 局部人工填埋导致剖面形态变化较大且难以恢复到自然状态。由于滩面开阔, 坡度平缓, 掩蔽性差, 风浪流影响频繁, 海岸脆弱性较高。

沿海破坏红树林及向海排污的突发事件时有发生, 广西大部分砂质海岸出现侵蚀与淤积现象, 陆域面积不断缩小, 个别岸段受波浪冲刷时, 常出现崩塌现象。随着海平面的升高, 海岸侵蚀将更强烈, 所以必须加强海岸保护和环境监测工作。

养殖、港口的迅猛发展, 导致向海排污加大, 区域开发建设的同时, 应加强环境监测, 建立数据库与数学模型, 模拟环境变化过程, 从而预测环境发展趋势, 防止环境发生灾变。综合环境监测揭示了地形、沉积物组分和粒度、化学要素局部年变率较大, 应加大重点入海污染源、重点港湾和生态脆弱区的监测, 实施重大海岸工程对海域生态环境影响的监测。

(责任编辑: 刘永权)