海陽市典型砂質(zhì)海岸侵蝕機(jī)制與防護(hù)對(duì)策研究

王勇智, 田梓文, 李 霞, 孫惠鳳

海陽市典型砂質(zhì)海岸侵蝕機(jī)制與防護(hù)對(duì)策研究

王勇智, 田梓文, 李 霞, 孫惠鳳

(自然資源部第一海洋研究所, 山東 青島 266061)

海陽市砂質(zhì)海岸資源豐富, 延綿近120 km, 尤以萬米沙灘浴場(chǎng)著稱, 但近年岸灘侵蝕嚴(yán)重影響其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本研究基于海陽市羊角畔兩側(cè)長約20 km典型砂質(zhì)海岸連續(xù)3 a的海岸線蝕和典型剖面蝕淤調(diào)查, 定量化研究海灘侵蝕及其變化, 輔以一維數(shù)值模型, 研究人類活動(dòng)影響下的泥沙運(yùn)動(dòng)特征和海灘侵蝕機(jī)制。研究結(jié)果表明, 調(diào)查區(qū)42.5%和5.90%的砂質(zhì)海岸分別處于侵蝕和強(qiáng)侵蝕狀態(tài),羊角畔東側(cè)海岸侵蝕強(qiáng)度高于西側(cè), 海陽港至海陽核電廠之間海灘侵蝕強(qiáng)度最高, 海灘侵蝕強(qiáng)度與人類活動(dòng)擾動(dòng)程度密切相關(guān)。海岸工程、臨海養(yǎng)殖和人為采砂導(dǎo)致海陽市部分砂質(zhì)海岸侵蝕嚴(yán)重的主要原因, 導(dǎo)致羊角畔兩側(cè)海岸侵蝕機(jī)制也不同。基于各岸段侵蝕機(jī)制特征有針對(duì)性地提出退養(yǎng)還灘、凸堤拆除和沙灘喂養(yǎng)等對(duì)策, 以減緩海陽砂質(zhì)海岸侵蝕威脅。

砂質(zhì)海岸; 海岸侵蝕; 數(shù)值模擬; 海灘防護(hù)

海岸侵蝕已是全球性環(huán)境災(zāi)害, 伴隨著世紀(jì)性海平面上升和海岸帶人類活動(dòng)強(qiáng)度增加, 由于公眾對(duì)于砂質(zhì)海岸親水性要求日益提高以及砂質(zhì)海岸旅游資源的稀缺性, 砂質(zhì)海岸的侵蝕過程和機(jī)制是近幾十年來眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。海灘侵蝕主要是指供沙量少于波浪、沿岸流、潮流等水動(dòng)力的輸沙量, 引起的海灘變窄、變陡、灘面物質(zhì)的粗化和岸線后退等過程[1], 屬危害較大的地質(zhì)災(zāi)害, 導(dǎo)致海岸水沙動(dòng)力環(huán)境和海岸地貌之間相互作用的重新調(diào)整[2-3]。據(jù)統(tǒng)計(jì), 我國70%左右的砂質(zhì)海岸以及大部開闊淤泥質(zhì)海岸存在海岸侵蝕現(xiàn)象[4-5]。

目前, 砂質(zhì)海岸侵蝕原因和影響因素研究多是基于動(dòng)力地貌學(xué)[6-9], 通過分析輸沙率、海岸形態(tài)、海灘剖面等變化來研究砂質(zhì)海岸侵蝕過程[10-11]。美國、丹麥、加拿大等學(xué)者提出并發(fā)展了平衡剖面理論[12-14], 提出了不同剖面形態(tài)與動(dòng)力特征及剖面類型的轉(zhuǎn)換與侵蝕、淤積的關(guān)系[15-16], 隨后發(fā)展出了波浪和潮流作用下的砂質(zhì)海岸演變模型[17-18], 并在我國部分砂質(zhì)海岸得以應(yīng)用[19-20]。同時(shí), 基于一線理論和CERC公式的海岸線演變模型也得到了較大發(fā)展[21-24]。我國對(duì)海岸侵蝕的研究開始于20世紀(jì)80年代, 喻國華等[25]、王文海[26]等人較早提出了中國的海岸侵蝕問題, 對(duì)砂質(zhì)海岸侵蝕的研究由傳統(tǒng)地理學(xué)的定性、半定量的方法, 逐漸發(fā)展到從地形動(dòng)力過程研究海岸侵蝕的時(shí)、空變化[27-30]。根據(jù)山東省海岸帶調(diào)查成果, 山東半島砂質(zhì)海岸廣泛分布, 砂質(zhì)海岸總長度約760 km, 但海灘的侵蝕與退化較為嚴(yán)重, 約80%砂質(zhì)海岸正遭受侵蝕破壞[31-32]。煙臺(tái)市海陽市的沙灘以沙細(xì)、浪穩(wěn)、坡緩、水清而著稱, 綿延近20 km, 有“萬米海灘”的美譽(yù), 然而隨著海岸帶城市化和濱海旅游活動(dòng)開發(fā), 海陽市優(yōu)質(zhì)的砂質(zhì)海岸卻存在海灘沙沖蝕和灘面下蝕的災(zāi)害威脅, 嚴(yán)重影響海陽市海灘旅游和海岸景觀, 多位學(xué)者采用數(shù)值計(jì)算方法研究了岸灘侵蝕特征[33-34]。為摸清海陽市砂質(zhì)海岸侵蝕特征和機(jī)制, 驗(yàn)證連理島建設(shè)對(duì)區(qū)域海灘變化起到了何種作用, 在海陽市砂質(zhì)海岸典型區(qū)域(羊角畔周邊海域)開展了多期的海灘侵蝕監(jiān)測(cè), 為海灘侵蝕防護(hù)對(duì)策制定奠定資料基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

海陽市位于山東半島東南部, 煙臺(tái)市境南部, 海岸線西起丁字灣西北岸, 東至乳山灣西南側(cè)官廳嘴, 總長度約230 km, 其中砂質(zhì)海岸線長約120 km。海岸類型自西向東依次為泥質(zhì)海岸、砂質(zhì)海岸和基巖海岸, 著名的萬米沙灘分布在馬河港至海陽港之間, 以羊角畔區(qū)域砂質(zhì)海灘最為典型。因此, 羊角畔兩側(cè)10 km的砂質(zhì)海岸是本研究的重點(diǎn)調(diào)查和研究區(qū)(圖1和圖2)。

圖1 研究區(qū)地理位置示意圖(根據(jù)山東省自然資源廳發(fā)布的地圖繪制)

研究區(qū)的砂質(zhì)海岸類型屬于沙壩-潟湖類砂質(zhì), 海灘總體走向NE-SW, 部分海灘向陸一側(cè)分布著沿岸沙堤。馬河港至海陽港發(fā)育有長約20 km的砂質(zhì)海岸, 向陸一側(cè)為潟湖洼地?；鶐r岬角零星分布在海陽港西港區(qū)和海陽核電廠之間, 海陽港東側(cè)海灘被多個(gè)防波堤分割為相對(duì)獨(dú)立的海灘, 部分海灘已裸露出巖灘。砂質(zhì)海岸的岸灘坡度較小, 但干灘面積較小。海灘組成物質(zhì)為黃色中、細(xì)砂, 分選好, 沙灘沉積物向海由粗變細(xì)。研究區(qū)主要的入海河流有東村河(入?？跒檠蚪桥?和留哥莊河。2010年海陽市在萬米海灘浴場(chǎng)西側(cè)的羊角畔外建設(shè)2座離岸式人工島, 總面積約180 ha, 海島人工岸線總長約7.5 km, 2座人工島合稱連理島。根據(jù)2016年自然資源部第一海洋研究所潮上帶和潮下帶的沉積物調(diào)查, 水下岸坡分布在理論基準(zhǔn)面以下至–5 m水深, 主要組成為粉砂粒級(jí)的物質(zhì), –5 m以深海域底質(zhì)含泥量逐漸增多。

研究區(qū)潮汐類型屬于正規(guī)半日潮, 平均潮差2.39 m, 羊角畔鄰近海域海流為較強(qiáng)的往復(fù)流特征, 海流主流向?yàn)槠玏-E向。研究區(qū)以風(fēng)浪為主, 平均波高介于0.5～0.8 m, 春季常浪向?yàn)镾SE, 秋季強(qiáng)浪向?yàn)镾SW向, 冬季和春季為非強(qiáng)浪季節(jié)[33]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究方法

本研究采用主要方法為實(shí)測(cè)資料分析和數(shù)值計(jì)算分析, 在分析和計(jì)算基礎(chǔ)上提出海灘防護(hù)措施。

2.2 數(shù)據(jù)來源

2.2.1 調(diào)查內(nèi)容

采用的觀測(cè)數(shù)據(jù)為2016年至2018年自然資源部第一海洋研究所在馬河港至海陽核電廠的砂質(zhì)海岸開展的海岸線和海灘剖面調(diào)查數(shù)據(jù)。砂質(zhì)海岸線調(diào)查總長度約20 km, 共布置25個(gè)海灘調(diào)查剖面, 在羊角畔及鄰近海域10 km砂質(zhì)海岸加密調(diào)查。海岸線調(diào)查時(shí)間是2016和2018年春季, 海灘剖面調(diào)查時(shí)間是2016、2017和2018年的春季, 海岸線和剖面調(diào)查位置見圖2。

圖2 海岸線和海灘剖面調(diào)查范圍分布圖

砂質(zhì)海岸線調(diào)查依據(jù)《海岸帶調(diào)查技術(shù)規(guī)程》開展。在每個(gè)典型岸段均設(shè)置有調(diào)查剖面, 在羊角畔兩側(cè)養(yǎng)殖活動(dòng)密集區(qū)和重要海灘旅游區(qū)附近, 調(diào)查剖面實(shí)施加密。海灘剖面監(jiān)測(cè)采用基于山東省CORS系統(tǒng)的GNSS-RTK設(shè)備, 高程基準(zhǔn)為CGCS2000橢球高, 通過山東CORS(continuously operating refe-rence stations, 簡稱CORS)精化大地水準(zhǔn)面轉(zhuǎn)換為1985國家高程基準(zhǔn)。每個(gè)監(jiān)測(cè)剖面的起點(diǎn)位于設(shè)定好的標(biāo)志樁, 逢低潮時(shí)開展人工測(cè)量, 平面位置優(yōu)于3 cm, 垂直方向優(yōu)于3 cm, 每個(gè)測(cè)量點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)測(cè)線不超過±10 cm。

2017年6月在連理島周邊海域開展了5個(gè)站位的大、小潮期的海流和懸沙觀測(cè), 使用小闊龍海流計(jì)獲取流速和流向, 同步在表、中、底層采水, 通過雙膜法過濾稱重得到懸沙質(zhì)量濃度, 為模型驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理方法

1) 砂質(zhì)海岸侵蝕強(qiáng)度

砂質(zhì)海岸線根據(jù)平均大潮高潮面與海灘面的交線來確定, 平均大潮高潮面根據(jù)長期潮汐資料計(jì)算獲得(1.72 m, 1985高程基準(zhǔn)), 共獲取了2016年和2018年兩期岸線(每期調(diào)查岸線長度約20 km)。海岸侵蝕強(qiáng)度分析基于《海岸侵蝕災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(征求意見稿)中海岸侵蝕強(qiáng)度的分級(jí)方法得出[35]。

2) 海灘侵蝕量

基于2016、2017和2018年海灘剖面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù), 以兩個(gè)相鄰的監(jiān)測(cè)剖面作為一個(gè)海灘單元, 將海灘均分為多個(gè)單元, 采用線性插值法構(gòu)建相同的剖面長度, 與上個(gè)年份的海灘單元求體積差, 得到每個(gè)海灘單元的年侵蝕量。

3) 沿岸輸沙

基于DHI MIKE21模型的Litline模塊, 構(gòu)建羊角畔周邊海灘的一維海岸演變模型, 計(jì)算了羊角畔兩側(cè)的沿岸輸沙率, 對(duì)比分析了連理島建設(shè)前后對(duì)局部沿岸輸沙的影響。

3 羊角畔岸段砂質(zhì)海岸侵蝕

3.1 海岸侵蝕強(qiáng)度

將研究區(qū)劃以羊角畔為界, 兩側(cè)5 km海岸劃分為東、西兩個(gè)典型區(qū)塊開展研究, 開展2期岸線蝕退和淤進(jìn)對(duì)比, 并劃分為多個(gè)岸段以利于量化分析(圖3—圖5)。從總體上來看, 羊角畔西側(cè)岸線蝕退和淤進(jìn)基本平衡, 羊角畔東側(cè)岸線則以蝕退為主。

圖3 羊角畔西側(cè)海岸2016年和2018年海岸線變化

圖4 羊角畔東側(cè)海岸2016年和2018年海岸線變化

圖5 羊角畔西側(cè)和東側(cè)海岸淤進(jìn)和蝕退分布圖

注: 正值代表淤進(jìn), 負(fù)值代表蝕退

3.1.1 羊角畔西側(cè)海岸侵蝕特征

羊角畔西側(cè)海岸線侵蝕或淤進(jìn)變化強(qiáng)度從東向西逐漸變小, 呈現(xiàn)出淤積-侵蝕-淤積的分布特征。1—8號(hào)岸段發(fā)生了明顯淤進(jìn), 平均岸線淤進(jìn)速率為1.69 m/a,最大淤進(jìn)量4.13 m/a(位于5號(hào)岸段), 說明河口西側(cè)海岸沙源供給相對(duì)充足, 河口西側(cè)沙嘴持續(xù)發(fā)育, 只有2號(hào)岸段發(fā)生蝕退, 岸線后退速率為–0.66 m/a, 主要由海灘后方養(yǎng)殖池建設(shè)取沙導(dǎo)致蝕退。9—37號(hào)岸段蝕退和淤進(jìn)并存, 以蝕退為主, 平均岸線后退速率為–0.52 m/a, 最大岸線后退速率為–1.85 m/a(位于13號(hào)岸段), 其次為1.71 m/a(位于17號(hào)岸段)。9—37號(hào)岸段淤進(jìn)或蝕退受人為因素影響較大, 部分養(yǎng)殖池直接建設(shè)在海灘, 對(duì)海岸剖面形態(tài)破壞較大, 部分排水口和排水管在海灘形成沖蝕溝(圖6), 導(dǎo)致海岸后退(17號(hào)岸段), 加重了海岸侵蝕。38—47號(hào)岸段呈淤進(jìn)的特征, 平均淤進(jìn)量為0.45 m/a。

圖6 羊角畔西側(cè)養(yǎng)殖排水管涵航拍圖(2017年9月)

3.1.2 羊角畔東側(cè)海岸侵蝕特征

羊角畔東側(cè)海岸侵蝕或淤進(jìn)變化強(qiáng)度自西向東逐漸減小, 呈現(xiàn)出蝕退-淤進(jìn)-蝕退的分布特征, 總體以蝕退為主。1—9號(hào)岸段位于萬米沙灘浴場(chǎng)附近, 淤進(jìn)和蝕退基本平衡, 1—5號(hào)岸段平均岸線后退速率為–0.16 m/a, 6—9號(hào)岸段的平均岸線淤進(jìn)速率為0.34 m/a。10—30號(hào)岸段以侵蝕為主, 平均岸線后退速率為–1.15 m/a, 以沙雕公園附近的15—22號(hào)岸段(最大岸線后退速率為–2.46 m/a, 位于18號(hào)岸段)和連理島連接橋登陸點(diǎn)西側(cè)24—30號(hào)岸段(最大岸線后退速率為–1.96 m/a, 位于24號(hào)岸段)的蝕退較為顯著。31—38號(hào)岸段自東向西表現(xiàn)為先淤進(jìn)后蝕退的特征, 平均岸線后退速率為–0.55 m/a, 36—38號(hào)岸段至羊角畔潟湖內(nèi)由于在灘肩上修建了斜坡護(hù)岸工程, 導(dǎo)致區(qū)域海灘侵蝕嚴(yán)重。31—35號(hào)岸段呈現(xiàn)出淤進(jìn)特征。后文的沿岸輸沙計(jì)算表明連理島建設(shè)后, 島后沿岸輸沙方向發(fā)生變化, 導(dǎo)致該岸段產(chǎn)生淤進(jìn)(31—35號(hào))和蝕退(24—30號(hào))。

3.1.3 調(diào)查區(qū)海岸侵蝕強(qiáng)度

參照海岸侵蝕強(qiáng)度分級(jí)[35], 羊角畔兩側(cè)20 km的砂質(zhì)海岸中有2.4%處于嚴(yán)重侵蝕, 有5.9%處于強(qiáng)侵蝕, 有22.4%處于侵蝕, 11.8%處于微侵蝕, 36.4%處于穩(wěn)定, 21.1%處于淤積。羊角畔兩側(cè)海岸侵蝕強(qiáng)度存在差異, 羊角畔西段海岸平均后退速率為–0.06 m/a, 總體處于基本穩(wěn)定, 東段海岸平均后退速率為–0.74 m/a, 總體處于侵蝕。故羊角畔東段砂質(zhì)海岸的侵蝕強(qiáng)度要高于東段。經(jīng)統(tǒng)計(jì), 羊角畔西段36.1%海岸處于侵蝕狀態(tài), 63.9%處于穩(wěn)定或淤積狀態(tài); 東段約50%處于侵蝕狀態(tài), 其中18.9%處于強(qiáng)侵蝕, 50%處于穩(wěn)定或淤積狀態(tài), 是否由于連理島建設(shè)導(dǎo)致, 后文將進(jìn)一步展開分析。

3.2 典型剖面變化特征

將研究區(qū)劃分為4個(gè)區(qū)域, 分別為馬河港段、羊角畔西段、羊角畔東段、核電廠段(圖7), 分別代表不同類型的人類活動(dòng)。馬河港段人類活動(dòng)較少, 可代表自然狀態(tài)海灘; 羊角畔西段海灘養(yǎng)殖活動(dòng)較多; 羊角畔東段存在連理島建設(shè); 核電廠段凸堤建設(shè)較多?？傮w來看, 25個(gè)調(diào)查剖面中76%的剖面前濱處于侵蝕狀態(tài), 64%的剖面海灘坡度變陡, 44%的剖面灘肩蝕退或消失, 羊角畔西段部分剖面后濱受臨海養(yǎng)殖建設(shè)影響變動(dòng)較大, 核電廠段海灘剖面變化最大, 羊角畔東段中萬米沙灘浴場(chǎng)剖面則相對(duì)穩(wěn)定。下文以P和數(shù)字代表監(jiān)測(cè)剖面的編號(hào), 典型剖面逐年變化見圖8。

圖7 海灘剖面分段示意圖

注: 圖中數(shù)字代表監(jiān)測(cè)剖面編號(hào)

1) 馬河港段海灘(P1—P2、P23—P25)

馬河港段海灘處于弱侵蝕狀態(tài), 海灘前濱均略有蝕退, 除P1、P2和P24剖面的灘肩基本消失外, 其他剖面灘肩基本穩(wěn)定, 后濱均基本穩(wěn)定。

圖8 典型海灘剖面變化

注: MHHW: 平均大潮高潮位; LNLW: 最低潮位。高程基準(zhǔn)為1985國家高程基準(zhǔn)

2) 羊角畔西段海灘(P3—P13)

P3—P13剖面的前濱發(fā)生了明顯的侵蝕, 后濱則表現(xiàn)為蝕退和淤積并存。該段海灘剖面形態(tài)被破壞的主要原因在于后濱養(yǎng)殖活動(dòng)和海灘取沙, 導(dǎo)致多數(shù)海灘前濱基本處于侵蝕狀態(tài), 海岸侵蝕從西向東逐漸加劇。

3) 羊角畔東段海灘(P14—P20)

P14、P16—P20剖面的前濱表現(xiàn)侵蝕趨勢(shì), 但連理島正后方的P15剖面前濱呈淤積, 具有連島沙壩的特征和趨勢(shì)。P14剖面后濱由于人行木棧道建設(shè)持續(xù)蝕退。P15—P17剖面后濱逐年蝕退。P18—P20剖面后濱則基本穩(wěn)定羊角畔東段海灘的前濱基本處于侵蝕狀態(tài), 但侵蝕強(qiáng)度自西向東逐漸減小, 連理島至沙雕公園的后濱多呈侵蝕, 萬米沙灘浴場(chǎng)總體基本處于侵蝕狀態(tài)。

4) 核電廠段海灘(P21—P23)

該段海灘被多個(gè)凸堤分割(圖9), 前濱和后濱呈現(xiàn)出逐年侵蝕的趨勢(shì), 且侵蝕強(qiáng)度逐年有所增加, 特別是P23剖面的灘肩至2018年已經(jīng)消失, P21剖面的前濱至2018年已基本消失。核電廠段海灘的侵蝕強(qiáng)度要大于其他3個(gè)岸段。

圖9 海陽港至海陽核電廠之間凸堤導(dǎo)致海灘侵蝕航拍圖(2019年7月)

3.3 典型岸段侵蝕量

由表1可見, 羊角畔兩側(cè)10 km砂質(zhì)海岸基本處于侵蝕狀態(tài), 都呈現(xiàn)出逐年加大的趨勢(shì), 呈現(xiàn)出自西向東侵蝕量逐漸增加的趨勢(shì)。馬河港段海灘的侵蝕量最小, 海陽港至海陽核電廠之間的海灘侵蝕量最大, 與人類生產(chǎn)活動(dòng)的擾動(dòng)程度密切相關(guān)。馬河港段海灘沿岸養(yǎng)殖較少, 羊角畔西側(cè)鄰近海灘養(yǎng)殖較大, 部分養(yǎng)殖池直接建設(shè)在后濱上, 不少排水管涵裸露在海灘, 破壞海灘形態(tài), 羊角畔東側(cè)海灘侵蝕量略大于羊角畔西側(cè), 主要受到連理島建設(shè)影響較大。核電廠段海灘被多個(gè)凸堤所分割, 形成大小不一的多個(gè)海灘, 凸堤改變了區(qū)域波浪和潮流環(huán)境, 阻擋了區(qū)域泥沙輸送路徑, 每個(gè)海灘呈現(xiàn)出東側(cè)淤積、西側(cè)侵蝕的特征, 不少岸段已裸露出大面積的巖灘。由此可見, 海灘侵蝕量發(fā)生較大的區(qū)域基本都位于人類活動(dòng)強(qiáng)度較高的區(qū)域, 尤其是海岸工程較多的區(qū)域。

表1 典型岸段海灘侵蝕量變化

3.4 連理島建設(shè)對(duì)沿岸輸沙變化的影響

3.4.1 模型配置

為研究連理島建設(shè)對(duì)區(qū)域沿岸輸沙變化的影響, 基于DHI MIKE21模型的Litline模塊, 模型地形采用海圖水深和2016年研究區(qū)實(shí)測(cè)水深, 岸線中羊角畔兩側(cè)10 km砂質(zhì)岸線采用2016年4月實(shí)測(cè)岸線, 其他區(qū)域岸線采用遙感衛(wèi)片解譯岸線, 波浪采用南黃海海洋站1984—1994年的波浪統(tǒng)計(jì)資料, 泥沙粒徑、羊角畔徑流和攜沙量采用文獻(xiàn)資料[36-37]。將研究區(qū)域的岸段分為6個(gè)計(jì)算斷面(Ⅰ—Ⅵ), 在連理島連接橋根部兩側(cè)增加2個(gè)計(jì)算斷面(i、ii), 對(duì)比分析連理島建設(shè)前后各斷面的輸沙變化。

3.4.2 模型結(jié)果

由圖10可見, 連理島建設(shè)前, 研究區(qū)海岸受常波向SSE和SSW的影響, 羊角畔鄰近海岸的泥沙凈輸沙方向?yàn)橛晌飨驏|, 有利于萬米沙灘浴場(chǎng)海灘穩(wěn)定。連理島建設(shè)后, 斷面Ⅰ距離連理島較遠(yuǎn), 基本不受影響, 斷面Ⅱ、Ⅲ東向輸沙量有所增加, 與P11剖面調(diào)查結(jié)果吻合, 斷面Ⅴ和Ⅵ東向泥沙輸送量減小, 斷面Ⅳ泥沙輸送方向變?yōu)橄蛭? 輸沙量明顯減小。連理島建設(shè)后, 入射波浪在連理島處發(fā)生繞射, 波浪在島后重新分布, 島后形成波影區(qū), 泥沙容易在島后海岸幅聚, 斷面i和ii為相向輸送(斷面ii變?yōu)橄蛭?, 輸沙量均大幅減小, 易發(fā)生侵蝕(與P14剖面變化結(jié)果基本一致)。因此, 連理島的建設(shè)改變了區(qū)域沿岸輸沙格局, 但由于該區(qū)整體侵蝕量較大, 故無法形成明顯的連島沙嘴, 羊角畔河口西側(cè)略有淤積, 東側(cè)則侵蝕, 萬米沙灘浴場(chǎng)的海灘沿岸輸沙有所減小。

圖10 連理島建設(shè)前后羊角畔兩側(cè)海灘沿岸輸沙率對(duì)比

4 討論

過去的100年間, 中國的海平面上升速率為2～ 3 mm/a, 山東半島地區(qū)正處于地殼緩慢抬升速率為1～4 mm/a[36], 故本區(qū)海岸侵蝕受海平面上升的影響較小。研究區(qū)海灘泥沙來源于留格莊河和羊角畔所攜帶泥沙。但近20 a來區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地劇增, 每年土壤入海量逐年減少, 為海岸侵蝕提供了可能[37]。海陽砂質(zhì)海岸地形開敞, 岸線平直, 海岸走向與常浪向基本垂直, 多數(shù)海岸線缺乏掩護(hù)條件, 海岸直接面對(duì)海浪的沖擊, 海浪在近岸破波帶破碎后, 形成較強(qiáng)的沖蝕能力, 加劇了海岸侵蝕。

根據(jù)調(diào)查分析和數(shù)值計(jì)算, 海陽砂質(zhì)海岸侵蝕強(qiáng)度較大區(qū)域多分布于人類擾動(dòng)較強(qiáng)的區(qū)域, 尤以海岸養(yǎng)殖、人工島和凸堤所在區(qū)域海灘侵蝕較為嚴(yán)重, 說明上述人類活動(dòng)行為對(duì)區(qū)域海灘形態(tài)破壞較大或者對(duì)區(qū)域水沙動(dòng)力環(huán)境擾動(dòng)較大。羊角畔西段沿岸養(yǎng)殖較多, 多緊鄰海灘建設(shè), 部分養(yǎng)殖占用海灘后濱, 排水管涵裸露于海灘, 直接破壞海灘剖面形態(tài), 導(dǎo)致海灘灘面邊界和底摩擦發(fā)生變化, 海灘漲落潮流態(tài)和沿岸輸沙均發(fā)生變化, 排水管涵處海灘侵蝕嚴(yán)重, 而且部分養(yǎng)殖場(chǎng)直接在海灘取沙用于建設(shè), 更加劇了泥沙損失。馬河港和羊角畔潟湖不斷遭到圍填, 潟湖面積嚴(yán)重萎縮, 以羊角畔潟湖萎縮最為顯著, 潟湖納潮量驟減, 且上游來沙量驟減, 沙壩體系的泥沙供給遭到進(jìn)一步破壞, 易導(dǎo)致侵蝕。不合理的海岸工程建設(shè)則對(duì)海灘的外部動(dòng)力環(huán)境改變巨大。連理島建設(shè)后, 阻擋了大部分的SSE向浪和部分的SSW向浪, 連理島后方形成波影區(qū), 且波浪經(jīng)過島時(shí)會(huì)發(fā)生繞射, 打破了后方岸灘動(dòng)態(tài)平衡, 導(dǎo)致泥沙輸移不平衡。根據(jù)多期海灘調(diào)查數(shù)據(jù)來看, 連理島后方海灘均呈侵蝕, 模型計(jì)算結(jié)果表明連理島建設(shè)導(dǎo)致島后方沿岸輸沙方向發(fā)生變化, 在島后呈相向輸沙的趨勢(shì), 易形成連島沙壩, 但由于輸沙量小, 且區(qū)域海灘侵蝕, 沙壩難以在短期內(nèi)形成。海陽港至海陽核電廠的海岸中分布有多道凸堤, 凸堤將完整的海灘分割成多個(gè)小海灘, 凸堤的長度要略大于小海灘的長度, 不僅打破了原有泥沙自西向東的輸送格局, 而且局部水沙動(dòng)力環(huán)境發(fā)生了較大改變, 導(dǎo)致分割后的小海灘呈西沖東淤的現(xiàn)狀, 侵蝕較嚴(yán)重的區(qū)域已經(jīng)裸露出巖灘, 并呈逐年加劇趨勢(shì)。

綜上, 開敞型砂質(zhì)海岸的自然侵蝕, 是砂質(zhì)海岸普遍性的侵蝕規(guī)律, 但海陽羊角畔區(qū)域砂質(zhì)海岸發(fā)生海灘侵蝕, 主要是不合理人類活動(dòng)導(dǎo)致, 破壞了海灘剖面形態(tài)和改變了區(qū)域水沙動(dòng)力環(huán)境, 加劇了海岸侵蝕。

5 防護(hù)措施建議

5.1 退養(yǎng)還灘

羊角畔西側(cè)海灘分布有大量臨海養(yǎng)殖設(shè)施, 部分養(yǎng)殖場(chǎng)直接建設(shè)在海灘或前濱上, 部分養(yǎng)殖場(chǎng)的排水管涵裸露布置在灘面上, 萬米沙灘浴場(chǎng)有部分旅游設(shè)施建設(shè)在后濱上, 上述人類活動(dòng)直接破壞了海灘剖面形態(tài), 加劇了局部海岸侵蝕發(fā)生。因此, 建議對(duì)占據(jù)海灘的養(yǎng)殖池和旅游設(shè)施逐步實(shí)施搬遷, 對(duì)裸露于灘面上的排水管涵進(jìn)行埋深改造, 減少對(duì)灘面的沖蝕。

5.2 凸堤拆除

海陽港區(qū)至海洋核電廠之間分布有多道凸堤或防波堤。上述凸堤本是海陽新港區(qū)填海工程的依托, 但新港區(qū)建設(shè)遙遙無期, 凸堤現(xiàn)基本無功能, 反而導(dǎo)致區(qū)域海灘侵蝕, 考慮到國家嚴(yán)控圍填海政策將長期實(shí)施, 新港區(qū)填海造地工程的實(shí)施基本無望。因此, 建議將海陽港區(qū)至核電廠的多道凸堤實(shí)施拆除或優(yōu)化凸堤接陸段為透水式的結(jié)構(gòu)形式, 恢復(fù)沿岸泥沙輸送通道, 恢復(fù)區(qū)域水沙運(yùn)動(dòng)格局, 減小區(qū)域海灘侵蝕強(qiáng)度。

5.3 沙灘喂養(yǎng)

沙灘喂養(yǎng)是海灘養(yǎng)護(hù)的主要手段之一。沙灘喂養(yǎng)是通過人工海灘平面和剖面設(shè)計(jì), 根據(jù)當(dāng)?shù)夭ɡ藙?dòng)力和海灘地形, 選擇合理位置拋沙[1]。我國以沙灘喂養(yǎng)方式防御海岸侵蝕的成功案例較多, 如青島的第一海水浴場(chǎng)、石老人海水浴場(chǎng)、秦皇島的黃金海岸、三亞國賓館海灘等, 均取得了較好的效果[1, 7, 9]。埃及阿萊曼海灘、美國長島海灘、法國卡瓦萊爾海灘、西班牙馬拉加海灘等都通過海灘養(yǎng)護(hù)成功抵御了海岸侵蝕災(zāi)害[38-39]。鑒于萬米海灘主要浴場(chǎng)位于連理島東側(cè), 該浴場(chǎng)呈弱侵蝕趨勢(shì), 建議采用異地取沙的方式, 進(jìn)行海灘喂養(yǎng)。

5.4 現(xiàn)階段海灘防護(hù)建議

目前, 由于國家嚴(yán)控圍填海政策, 加之山東沿海各港區(qū)均納入山東港口集團(tuán)統(tǒng)一管理, 海陽港區(qū)至海洋核電廠之間建設(shè)的多道凸堤已無實(shí)際意義(現(xiàn)有凸堤是為海陽港填海造地而建), 可以考慮在適當(dāng)時(shí)候拆除, 但考慮到海陽市政府財(cái)力現(xiàn)狀, 應(yīng)分階段實(shí)施。羊角畔西側(cè)至馬河港海灘后方有大量臨海養(yǎng)殖, 是周邊幾個(gè)村莊的村民的主要經(jīng)濟(jì)來源, 養(yǎng)殖品種多為市場(chǎng)價(jià)值較高的海參, 拆除和重新安置費(fèi)用較高, 且不利于社會(huì)穩(wěn)定, 短期內(nèi)不宜實(shí)施搬遷。海洋萬米沙灘的核心旅游區(qū)位于羊角畔以東5 km范圍的海灘, 每年夏季吸引大批游客, 是海陽市重要旅游資源, 經(jīng)調(diào)查該海灘現(xiàn)處于弱侵蝕狀態(tài), 每年進(jìn)行沙灘喂養(yǎng)后, 可維持該段優(yōu)質(zhì)海灘資源。因此, 現(xiàn)階段建議每年對(duì)萬米海灘旅游區(qū)進(jìn)行沙灘喂養(yǎng)。

6 結(jié)論

根據(jù)兩期海陽市羊角畔兩側(cè)20 km砂質(zhì)海岸侵蝕調(diào)查, 發(fā)現(xiàn)調(diào)查區(qū)42.5%的砂質(zhì)海岸處于侵蝕狀態(tài), 2.4%的砂質(zhì)海岸處于嚴(yán)重侵蝕狀態(tài), 76%的監(jiān)測(cè)剖面的前濱處于侵蝕狀態(tài), 64%的監(jiān)測(cè)剖面的海灘坡度不同程度地變陡, 海灘侵蝕量呈現(xiàn)出逐年加重的趨勢(shì)。海灘侵蝕較嚴(yán)重區(qū)域多位于海灘養(yǎng)殖、海岸圍填海工程等人類生產(chǎn)活動(dòng)擾動(dòng)較大的區(qū)域, 以海陽港至海陽核電廠段海灘侵蝕最嚴(yán)重。因此, 人類活動(dòng)對(duì)海陽市砂質(zhì)海岸地貌和海岸形態(tài)的改變, 導(dǎo)致的海岸動(dòng)力過程和沿岸輸沙的變化, 是造成海灘侵蝕的主要原因。根據(jù)調(diào)查區(qū)海灘侵蝕現(xiàn)狀和原因分析, 建議海陽市逐步拆除羊角畔西側(cè)鄰近海岸的養(yǎng)殖以及海陽核電廠西側(cè)多道凸堤, 對(duì)萬米海灘浴場(chǎng)實(shí)施海灘喂養(yǎng)。

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Coastal erosion mechanism and its prevention in Haiyang

WANG Yong-zhi, TIAN Zi-wen, LI Xia, SUN Hui-feng

(The First Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266061, China)

There exists a rich sandy coastal resource in Haiyang that is nearly 120 km long and is especially famous for its 10000-meter beach. However, its social and economic developments have been affected by coastal erosion in recent years. Based on sandy coastal erosion observations of a typical 20-km sandy coast near the Yangjiaopan estuary for three years, characteristics and changes of beach erosion were quantitatively studied. Sediment motion characteristics and the beach erosion mechanism affected by human activities were studied combined with the one-dimensional numerical model. The result shows that 42.5% and 5.90% of the sandy coast experiences erosion and intense erosion, respectively. The erosion intensity of the east coast of the Yangjiaopan estuary is higher than that of the west, and the erosion intensity between the Haiyang harbor and the Haiyang nuclear power plant is the highest. The sandy coastal erosion intensity is closely related to the intensity of human activities. Therefore, some remedial measures (clearing farms occupying the beach, removing convex dikes, and beach nourishment) to mitigate the sandy coastal erosion in Haiyang are put forward based on different erosion mechanisms.

sandy coast; coastal erosion; numerical simulation; sandy beach prevention

Feb. 2, 2021

P694

A

1000-3096(2021)12-0018-13

10.11759/hykx20210202001

2021-02-02;

2021-03-24

國家自然基金項(xiàng)目(U1806214); 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFD0900800)

[National Natural Science Foundation of China, No. U1806214; National Key Research and Development Program, No. 2018YFD0900800]

王勇智(1980—), 男, 山東青島人, 高級(jí)工程師, 主要從事淺海動(dòng)力沉積研究, 電話: 0532-88968672, E-mail: wangyongzhi@fio. org.cn; 田梓文(1979—),通信作者, 主要從事海洋測(cè)繪, E-mail: tesewen@fio.org.cn

(本文編輯: 叢培秀)