河北省海岸侵蝕動(dòng)態(tài)及成因機(jī)制研究

劉有才，左麗明，李 戰(zhàn)

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河北省海岸侵蝕動(dòng)態(tài)及成因機(jī)制研究

劉有才，左麗明，李 戰(zhàn)

（河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院，石家莊 050021）

河北省沙質(zhì)岸灘存在海岸侵蝕現(xiàn)象，對(duì)沙灘旅游、海灘工程建設(shè)造成嚴(yán)重威脅，制約河北省海洋經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。海岸侵蝕監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，區(qū)域海灘灘面受波浪、潮流影響較大，時(shí)沖時(shí)淤，擺動(dòng)頻繁，沙質(zhì)岸灘整體處于侵蝕狀態(tài)，各區(qū)段蝕淤情況有所差異，高潮線以上有所淤高，海灘坡度開始變陡，呈下蝕狀態(tài)。海岸侵蝕災(zāi)害已引起沙灘沙質(zhì)粗化、灘肩變窄、灘坡變陡及基巖裸露比率增多等問題。針對(duì)這一突出問題，通過定點(diǎn)測(cè)量與遙感監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式，研究了河北省海岸線動(dòng)態(tài)演變特征，經(jīng)計(jì)算，河北省各侵蝕岸段海岸侵蝕速率達(dá)1.0～4.0m/a，單寬體積侵蝕量-1.42～-19.08 m3/m·a。綜合分析顯示，人類海岸工程建設(shè)、區(qū)域海洋水文條件及輸砂量減少，是河北省發(fā)生海岸侵蝕發(fā)生的主要原因。

海岸侵蝕；海岸帶；機(jī)理分析；秦皇島沿海

0　引言

海岸帶地處海陸交會(huì)地帶，亦處于沿海經(jīng)濟(jì)帶，是海陸相互作用強(qiáng)烈、人類活動(dòng)頻繁、環(huán)境變化密切的區(qū)域；海岸帶環(huán)境演化直接關(guān)系到人類的生存環(huán)境質(zhì)量和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。在當(dāng)今全球海平面上升的背景下，海岸侵蝕已成為各國(guó)普遍存在的一種現(xiàn)象，由于全球氣候變暖引起的海平面上升和人類活動(dòng)的負(fù)面影響使得海岸帶的侵蝕愈演愈厲，由此誘發(fā)的海岸侵蝕逐漸成為威脅海岸帶生存和生活環(huán)境的主要因素。海岸侵蝕易造成土地灘涂資源流失、沿岸工程威脅、海水入侵等災(zāi)害，另外，隨著河北省海洋開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，海岸帶的開發(fā)力度日益加強(qiáng)，曹妃甸、渤海新區(qū)、北戴河新區(qū)等重點(diǎn)工程建設(shè)正如火如荼，這些都給海岸帶的開發(fā)保護(hù)帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，同時(shí)也給海岸帶的研究帶來(lái)了新的課題。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，整個(gè)海岸遭受到不同程度的沖刷侵蝕，部分岸線后退嚴(yán)重，直接破壞及嚴(yán)重威脅著沿岸工程建筑安全（夏東興等，1993；蔡鋒等，2008）。查明海岸變遷原因及沖淤發(fā)展趨勢(shì)是整個(gè)海岸帶開發(fā)利用面臨的亟待解決的問題（杜東菊等，1996）。研究海岸帶侵蝕現(xiàn)狀及成因機(jī)理，不僅可為海岸防護(hù)與海岸帶土地利用等實(shí)際問題提供重要的科學(xué)依據(jù)，而且作為自然科學(xué)多學(xué)科的交叉點(diǎn)，其研究具有重要的理論意義和研究?jī)r(jià)值。

1　研究方法

本次研究充分搜集了以往研究成果，包括海岸侵蝕歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、以往研究成果等資料，分析研究了高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、航片及Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)等，首次創(chuàng)新性地借助地理信息系統(tǒng)（GIS）、計(jì)算機(jī)圖形圖像擬合技術(shù)及定點(diǎn)測(cè)量手段，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及遙感影像結(jié)合分析的方式，從宏觀和微觀兩個(gè)角度分析研究河北省不同岸段海岸侵蝕動(dòng)態(tài)變化特征，分析海岸侵蝕的形成機(jī)制。

遙感影像數(shù)據(jù)源及解譯精度是本次研究的重要基礎(chǔ)，本次采用WorldView-2（空間分辨率0.5m）、航片（空間分辨率1m）和TM/ETM數(shù)據(jù)（空間分辨率30m）進(jìn)行解譯，對(duì)該區(qū)域地形控制數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度滿足了1∶1萬(wàn)圖件制作精度需求，遙感影像幾何校正精度在地勢(shì)平坦地區(qū)控制在圖上0.5mm以內(nèi)， 圖像鑲嵌精度較高，實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)密拼接，基礎(chǔ)遙感圖像清晰、紋理特征信息豐富，滿足遙感解譯海岸侵蝕的需要。

2　岸灘地質(zhì)條件

河北海岸位于大興安嶺—太行山隆起帶和渤海、華北沉降帶，區(qū)域構(gòu)造地貌格局造成岸線類型不同，冀東海岸除赤土河以南至老虎石一帶為基巖海岸外，其余至大清河口為砂質(zhì)海岸，大清河口至漳衛(wèi)新河為粉砂淤泥質(zhì)海岸（圖1）。

（1）砂質(zhì)海岸

河北省海岸帶的砂質(zhì)岸段北起戴河口，南至大清河口，岸灘主要由中細(xì)砂組成，以灤河口為界，分為南北兩段，具體包括岬灣砂質(zhì)海岸、砂礫質(zhì)海岸、砂丘海岸和砂壩—瀉湖海岸。

岬灣砂質(zhì)海岸該類海岸分布在秦皇島市基巖岬角海岸兩側(cè)，岸線累計(jì)長(zhǎng)約28.13km；砂礫質(zhì)海岸主要分布于秦皇島市石河口與沙河口之間，岸線長(zhǎng)約8.76km；砂丘海岸主要分布在秦皇島市戴河口—灤河口之間，岸線長(zhǎng)約54.17km；砂壩—瀉湖海岸主要分布在灤河口南—樂亭縣大清河口之間岸段，岸線長(zhǎng)約70.63km；河口三角洲海岸為現(xiàn)代灤河三角洲，南起樂亭縣狼窩口，北至昌黎縣塔子溝，為砂泥質(zhì)海岸，岸線全長(zhǎng)21km（與砂丘海岸、砂壩瀉湖海岸部分重疊），岸外有連續(xù)的濱海砂壩發(fā)育，多潮汐通道。

（2）淤泥質(zhì)海岸

淤泥質(zhì)海岸主要分為兩部分，一部分為樂亭縣大清河口—豐潤(rùn)陡河口之間岸段，呈現(xiàn)淤泥質(zhì)海岸與砂壩—瀉湖海岸雙重岸線特征；另一部分為滄州市岐口鎮(zhèn)北排水河—黃驊港大口河之間岸段，為粉砂淤泥質(zhì)海岸，潮灘十分發(fā)育。

（3）基巖岸線

基巖岸段北起冀遼交界的張莊，南至戴河口。在岬角處出現(xiàn)海蝕崖、海蝕階地及海蝕平臺(tái)等海蝕地貌，在岬角之間的海灣內(nèi)，分布著砂礫質(zhì)海灘。

3　海岸侵蝕分析

（1）區(qū)域概況

河北省沿海地區(qū)海岸侵蝕主要發(fā)生在秦皇島地區(qū)，本區(qū)海岸主要為砂質(zhì)海岸，其次為人工海岸，侵蝕岸段主要分布在砂質(zhì)海岸和灤河口的外側(cè)砂壩，平均蝕退率1.5～4 .0m/a（劉松濤，2012）。不同海岸代表性的剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，岸灘普遍遭受侵蝕。前濱灘面由于受波浪、潮流影響較大，時(shí)沖時(shí)淤，擺動(dòng)頻繁，從全區(qū)看整個(gè)代表區(qū)段整體上處于侵蝕狀態(tài)；剖面各區(qū)段蝕淤情況有所差異，高潮線以上有所淤高，海灘斜坡向外的灘面均發(fā)生蝕底。

唐山地區(qū)海岸以圍堰護(hù)堤為主，隨著人工蝦池的修建海岸不斷向海推進(jìn)，侵蝕岸段主要分布在灤河口至月坨砂壩的外側(cè)。本文對(duì)發(fā)生海岸侵蝕的重點(diǎn)海灘進(jìn)行了分析研究。

（2）山海關(guān)東姜莊海灘

山海關(guān)東姜莊海灘為砂質(zhì)海灘，海灘長(zhǎng)度為2090m，其中北段230m和南段460m較穩(wěn)定，中部遭受侵蝕中間侵蝕后退距離最長(zhǎng)為44m。侵蝕1993—2002年侵蝕速率較大，平均每年-1.95m/a，2002—2012年侵蝕距離較短，岸線后退速率0.38m/ a。2007—2013年這幾年測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，本區(qū)海灘灘肩與灘面基本無(wú)太大變化，侵蝕主要發(fā)生在潮下帶范圍內(nèi)，海灘坡度開始變陡，呈下蝕狀態(tài)，岸線后退速率0.55～1.43m/a，單寬體積侵蝕量-1.42～-2.13 m3/m·a（圖2）?？偟膩?lái)說剖面形態(tài)與前幾年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相比由淤積轉(zhuǎn)為侵蝕。

圖1　海岸類型圖Fig.1 Coast type

圖2　東姜莊海灘剖面對(duì)比變化圖Fig.2 Comparison of beach profile changes in Dongjiangzhuang

（33南戴河海灘從2009—2013 年間南戴河浴場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析（圖33，海灘主要表現(xiàn)為灘面下蝕，在灘肩由于人工維護(hù)，并將灘后風(fēng)成沙丘推平以補(bǔ)充灘肩沙之不足，故此灘肩呈淤漲狀態(tài)，低潮線以下呈侵蝕，海灘速率2.57～4.03m/a，單寬體積侵蝕量為-10.51～-19.08m3/m·a。剖面形態(tài)與前幾年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相比侵蝕強(qiáng)度進(jìn)一步加大。

圖3　南戴河浴場(chǎng)海灘監(jiān)測(cè)剖面對(duì)比變化圖Fig.3 Comparison of beach profile changes in Nandaihe

(4)黃金海岸海灘

黃金海岸海灘1993年海灘面積為324361km2，2002 年為202172km2，2012 年海灘面積為113529.46km2；海灘長(zhǎng)度近年縮小，1993 年和2002年長(zhǎng)度相當(dāng)，為7000m 左右，2012 年海灘長(zhǎng)度縮小為6200m；海灘寬度變窄，1993 年海灘平均寬度為38m，2002 年海灘平均寬度縮減為28m，2012 年海灘平均寬度為24m。1993—2002 年間高潮線后退距離較大，1993—2012 高潮線最大處后退了106m。

2007年至2013年間測(cè)量數(shù)據(jù)顯示（圖43，海灘灘肩與灘面夏季人為整飾，冬季稻草護(hù)灘，基本無(wú)變化，侵蝕主要發(fā)生于潮下帶范圍內(nèi)，呈下蝕狀態(tài)，岸線后退速率3.68～4.01m/a，單寬體積侵蝕量為-11.68～-17.53m3/m·a。剖面形態(tài)與前幾年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相比以侵蝕為主。

圖4　黃金海岸浴場(chǎng)海灘監(jiān)測(cè)剖面對(duì)比變化圖Fig.4 Comparison of beach profile changes in Gold Coast beach

（5）唐山地區(qū)

受灤河沙源和海洋動(dòng)力（主要是波浪）的共同影響?，F(xiàn)代海岸由于河流斷流，輸砂量減少，海洋動(dòng)力相對(duì)增強(qiáng)，在沿岸流和向岸波浪的作用下，唐山地區(qū)岸段總趨勢(shì)是侵蝕大于堆積，沿岸取沙、不合理沿岸構(gòu)筑物、過量抽取地下水造成沿海地面沉降等加重了海岸蝕退。

唐山市海岸線以淤泥質(zhì)岸段以淤積為主，侵蝕現(xiàn)象主要發(fā)生在唐山岸段砂壩外側(cè)、灤河三角洲地區(qū)。人工海岸由于人為的保護(hù)，因此岸線也比較穩(wěn)定。侵蝕現(xiàn)象多發(fā)生在砂質(zhì)海岸和砂壩外側(cè)，由于各岸段的巖性組成、展布方向等海岸性質(zhì)不同，受海洋動(dòng)力影響和海岸結(jié)構(gòu)物影響程度不同，各岸段的侵蝕情況有一定的差異。

對(duì)比1993—2012年灤河口海岸線，灤河口內(nèi)側(cè)受修建蝦池的影響，海岸線向海推進(jìn)；砂壩外側(cè)總體處于侵蝕狀態(tài)，局部保持穩(wěn)定。灤河主汊道自1993年起從小臺(tái)灣入海，入?？谖恢帽３址€(wěn)定。灤河入?？诒眰?cè)岸線1993—2002年保持穩(wěn)定，2002—2012年由于修建蝦池向海推進(jìn)了400m。入?？谀蟼?cè)不斷向陸蝕退，1993—2002年總計(jì)后退約167m，2002—2012年總計(jì)后退約100m。

4　海岸侵蝕災(zāi)害成因分析

海岸侵蝕災(zāi)害發(fā)生的原因多種多樣，既有自然因素，如河流入海泥沙量急劇減少，地殼升降運(yùn)動(dòng)、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、海平面上升、波浪潮流等（左書華等，2006）；又有人為因素，如修閘建庫(kù)、岸邊海底挖砂、岸灘建筑等（季子修，1996； 黃增等，1996），研究認(rèn)為秦皇島市海岸侵蝕將繼續(xù)發(fā)展，人為活動(dòng)的影響是本區(qū)海岸侵蝕的主要原因（楊燕雄等，1994）。海岸侵蝕的原因是多方面的，河流上游建設(shè)水庫(kù)和人為大量挖沙采石是主要原因（孔繁德，2008；李團(tuán)結(jié)等，2011）。

4.1自然因素

海洋動(dòng)力因素：潮差的大小是一個(gè)重要因素，它對(duì)于波浪侵蝕的范圍與潮間帶的寬度有很大的影響。渤海南部淺海區(qū)平均潮差比北部海域?yàn)榇?，秦皇島至昌黎一帶沿岸，漲潮歷時(shí)大于落潮歷時(shí)，落潮流速大于漲潮流速，這種特點(diǎn)對(duì)海岸侵蝕與淤積由較大影響。本海域潮流具有顯著的不對(duì)稱性，表現(xiàn)為漲落潮流速和歷時(shí)的差異。這種差異對(duì)近岸泥砂運(yùn)動(dòng)和沖淤有著重要的作用。

本區(qū)余流是因風(fēng)、海水密度差、徑流量的變化以及大氣壓力場(chǎng)的變化等原因引起的水體流動(dòng)，它具有攜砂能力，是引起泥砂運(yùn)動(dòng)的主要水動(dòng)力。

海浪的強(qiáng)弱變化決定于風(fēng)的大小、方向及季節(jié)變化，海浪是塑造海岸地貌的主要?jiǎng)恿?。浪向多與岸線垂直，對(duì)海岸有強(qiáng)烈的侵蝕沖刷作用，對(duì)海底有掀砂搬運(yùn)作用。

風(fēng)暴潮：風(fēng)暴潮對(duì)海岸的塑造亦不容忽視，一次強(qiáng)風(fēng)暴潮往往破掉正常天氣情況下很長(zhǎng)時(shí)期的沉積結(jié)果；在侵蝕型海岸上風(fēng)暴潮大大加劇了上部灘面的沖刷，加快了海灘上沖下淤的趨勢(shì)。本區(qū)風(fēng)暴潮多發(fā)生于7—9月份，促進(jìn)了沉積物的再搬運(yùn)和再分配，是調(diào)整局部地形，成為海岸侵淤的重要因素。

海平面上升：隨著全球氣候變暖、極地冰川融化、上層海水變熱膨脹等因素的影響，海平面呈上升趨勢(shì)，河流的總比降減小，排水和挾砂能力下降，導(dǎo)致河流向海輸砂量減少；岸外水深增加，近岸波浪、潮流等海洋動(dòng)力作用加強(qiáng)，風(fēng)暴潮的頻率和強(qiáng)度增加，引起水下岸坡上移，波能增強(qiáng)，增加了海灘砂向海運(yùn)移的數(shù)量，從而導(dǎo)致海岸發(fā)生侵蝕。

4.2人為因素

陸源物質(zhì)入海量減少：河北省沿岸以砂質(zhì)、淤泥質(zhì)海岸為主，其穩(wěn)定性取決于沿岸泥砂的收支平衡，海岸波浪的能量，主要消耗于搬運(yùn)泥砂和侵蝕岸段兩方面，若海岸帶泥砂來(lái)源減少，則對(duì)沿岸的侵蝕作用必將增強(qiáng)。研究區(qū)河流入海泥砂量是海岸海灘泥砂的主要補(bǔ)給來(lái)源，幾十年來(lái)，沿岸大小河流都不同程度地修壩筑庫(kù)，攔洪蓄水，使河流下泄入海泥砂量呈明顯的銳減趨勢(shì)。另外秦皇島地區(qū)自上個(gè)世紀(jì)50年代以來(lái)，人為大強(qiáng)度地沿海岸、河床挖砂外運(yùn)，從而使水砂平衡嚴(yán)重失調(diào)，這是造成其海岸蝕退最直接、最主要的影響因素。

沿岸海工建筑：人類活動(dòng)干擾了海岸自然發(fā)育，對(duì)海岸發(fā)育最有害的人類活動(dòng)是在海灘或入海河道上大量取砂和不合理的沿岸結(jié)構(gòu)物，這是本區(qū)海岸侵蝕的最主要的原因。沿岸碼頭、突堤、丁壩、離岸壩等工程建筑物（尤其是突堤和碼頭）均為陡墻式建筑突入海中，它既截?cái)嗔讼蛳掠蔚娜炕虿糠帜嗌肮?yīng)，又改變了近岸泥砂流的正常運(yùn)移模式，造成在其附近和鄰近的上下游岸段發(fā)生侵蝕；如在砂河口以西至湯河口沿岸，人為工程建筑集中且規(guī)模較大，受建筑物的影響，波浪發(fā)生折射、繞射，反射用相互感應(yīng)，使該岸段海洋動(dòng)力作用十分復(fù)雜，波能集中，能量相互疊加，直接造成對(duì)海岸的侵蝕沖刷。這是本區(qū)海岸蝕退不可忽視的主要因素之一。秦皇島港二期煤碼頭擴(kuò)建、航道疏浚及防波堤建設(shè)切斷了供應(yīng)奔去海灘物質(zhì)的泥沙流。

5　結(jié)語(yǔ)

河北省海岸類型多樣，可分為基巖質(zhì)海岸、砂質(zhì)海岸及淤泥質(zhì)海岸，侵蝕主要發(fā)生在砂質(zhì)海岸，不同海岸類型有代表性的剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，岸灘普遍遭受侵蝕，侵蝕速率一般1.0～4.0m/a，單寬體積侵蝕量-1.42～-19.08m3/m·a。唐山地區(qū)海岸以圍堰護(hù)堤為主，隨著人工蝦池的修建海岸向海推進(jìn)，侵蝕岸段主要分布在灤河口至月坨砂壩的外側(cè)。秦皇島海岸主要為砂質(zhì)海岸，其次為人工海岸，侵蝕岸段主要分布在砂質(zhì)海岸和灤河口的外側(cè)砂壩。

人類海岸工程建設(shè)、區(qū)域海洋水文條件及輸砂量減少是河北省海岸發(fā)生海岸侵蝕發(fā)生的主要原因。

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Dynamic and Genetic Mechanism of Coastal Erosion in Hebei Province

LIU Youcai， ZUO Liming， LI Zhan
（Hydrological Engineering Geology Survey Institute of Hebei Province， Shijiazhuang 050021）

Hebei sandy beach exist coastal erosion， which seriously threatens beach tourism and beach construction，and restricts Hebei Marine Economy and social development. Coastal erosion monitoring results show that the surface area of the beach is greatly impacted by waves， tide， frequently swing and depositing， and the whole sandy coastal beach is at erosion state. Each segment silt erosion situation is different， some segments above the high tide line， beach slope very steep， and the whole segment is at undercutting state. Coastal erosion has caused the sand particles rough and beachberm narrow and beach slope steep， and an increase of exposed bedrock. In terms of these outstanding issues， by measuring point and a combination of remote sensing monitoring， we research the dynamic evolution characteristics of Hebei coastline. After calculation， the coastal erosion rate is 1.0-4.0m/a， single-wide volume erosion is -1.42～-19.08m3/（m?a）. Comprehensive analysis shows that human coastal construction， regional oceanographic conditions and the amount of sand decrease are the main reason for Hebei coastal erosion.

Coastal erosion； Coastal zone； Mechanism analysis； Qinhuangdao coast

P737.1

A

1007-1903（2016）02-0043-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.02.009

河北省海岸帶地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)與防治對(duì)策項(xiàng)目（項(xiàng)目編碼：2013995454）

劉有才（1981- ），男，碩士，水文工程地質(zhì)工程師，工作方向：水文地質(zhì)海洋地質(zhì)，E-mail：39597968@qq.com