石岛湾典型岸线演变研究及致因分析

2013-11-12宋庆国于定勇

海岸工程 2013年3期

宋庆国，于定勇，郭萍

(1.中国海洋大学工程学院，山东青岛 266100； 2.青岛港(集团)有限公司，山东青岛 266100)

我国70%左右的沙质海岸线以及几乎所有开阔的淤泥质海岸线都存在海岸侵蚀现象，是侵蚀灾害最为严重的国家之一。随着全球海平面的上升及人类在海岸带的无序开发，给原本就脆弱不堪的海岸带来了一系列负面影响[1]。海岸蚀退给海岸带居民生活生产造成越来越大的威胁，海岸侵蚀研究与保护已经引起各沿海国家的重视。美国、欧洲等国早已开展海岸侵蚀研究和防护工作，我国也已开展海岸带侵蚀机理、发展趋势和保护措施等方面的研究。目前，海岸侵蚀已成为我国海岸保护面临的普遍问题[2-5]。

石岛湾位于山东省威海荣成市，胶东半岛东南端，东部与镆铘岛相临，西依赤山山脉。近年来，石岛湾沿岸受多种因素共同作用的影响，海岸侵蚀越来越严重，部分作为生活岸线和景观岸线的岸段侵蚀，已经严重影响到人们正常的生活。因此研究石岛湾的岸线演变规律，分析演变致因，能为防治石岛湾典型岸段的侵蚀和淤积提供重要依据。

1 石岛湾岸线现状

石岛湾地区属季风暖温带气候，年平均气温约11 ℃，夏无酷暑冬无严寒，风景秀丽，四季分明[6]，海域海区底质多泥沙，北面海域水深较浅，不超过10 m，东面、南面水深略深，但1 000 m海域以内水深仍不超过10 m，5 000 m海域处水深始达20 m，岸边多礁石，岸壁为陡峭的岩石海岸，近岸为岩石底，1 km以外为泥沙底，短期回淤不明显[7]。

近十余年来，由于石岛湾湾内码头、渔港及修造船厂的建设，一定程度上改变了石岛湾内部的水动力条件，造成了湾内地形、滩涂的冲淤变化。在短短几年的时间内，石岛湾海区已乱石成堆，面目全非。本文章研究区域为赤山宾馆-留口大桥-黄海造船厂约5 km岸段，通过实地考察发现，石岛湾地区侵蚀非常严重，海岸风成沙地已经慢慢退化，泥沙流失严重，并且严重影响沿岸建筑物及防护设施，形势十分严峻(图1)。其中，留口大桥至赤山宾馆之间海滩冲刷尤其严重，海滩坡度愈来愈陡。

图1 石岛湾部分岸段现状图Fig.1 Status map of the part coastal in Shidao Bay

2 石岛湾典型岸段的演变过程

为了更好的研究石岛湾岸线的变化，本研究采用石岛湾沿岸150-02-01号海图(2002年测)、石岛湾12171号海图(2005年测)、石岛湾12171号海图(2010年测)进行对比分析。将海图中所标注的等深线、岸线以及水深数据信息采用数字化板矢量化导入Mapinfo中，将水深基准面和地图投影转换一致，提取等深线坐标值，然后分析计算，进行不同时期间海图的对比分析[8]，由图2可见2002、2005、2010年石岛湾的0 m等深线分布图。

将石岛湾附近研究海区划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域，均为浅水区，调查总结石岛湾附近海区的冲淤情况。根据统计测量数据及图2的结果，总结岸线变化情况如下表：

表1 岸线变化距离最大值(m)Table 1 Maximum distance of coastline changing (m)

注：“+”代表岸线后退，“-”代表岸线前进

图2 石岛湾0 m等深线分布图Fig.2 Distribution of 0 m isobaths

由图2和表1可知，石岛湾研究岸段岸线普遍存在侵蚀或淤积的现象，并且岸线变化比较稳定，不存在由于受特殊因素强烈影响而剧烈变化的地方。

为了研究岸线的变化速率，选取2005年0 m等深线为参照线，用Surfer软件将研究岸段岸线对应的2002、2005、2010年的研究岸段0 m等深线划分为等距离小区间，在每条等深线上按等间距取200个点，提取数据计算2002年和2010年各点到2005年0 m等深线的距离变化数值，绘制等深线位置对比图(图3)，并计算等深线变化速率(表2)。

图3 2002、2005、2010年0 m等深线对比图Fig.3 Comparison chart of 0 m isobaths(2002,2005,2010)

等深线/m变化幅度变化速率(2002-2005年)侵蚀/cm·a-1淤积/cm·a-1变化速率(2005-2010年)侵蚀/cm·a-1淤积/cm·a-10最大值131.13-132.2246.63最小值64.67---平均值98.31---

注：“-”为未统计项。

由图3及表2可知，该部分区域遭受到强烈的侵蚀剥蚀，处于强烈侵蚀状态。2002-2005年期间，岸波以侵蚀为主，不存在淤积情况，侵蚀速率较大，0 m等深线平均后退速率约98.31 cm/a；2005-2010年期间，岸段以侵蚀为主，部分岸段存在淤积现象，0 m等深线最大后退速率132.22 cm/a，最大前进速率46.63 cm/a。通过上述研究，总结石岛湾各区域岸线侵蚀状况见表3，典型岸段区域Ⅰ和Ⅲ侵蚀较弱,区域Ⅱ侵蚀较强,区域Ⅳ侵蚀很强。

表3 石岛湾海岸侵蚀状况Table 3 Condition of coastal erosion in Shidao Bay

3 侵蚀原因分析

荣成沿海主要为砂质海岸，侵蚀受自然条件和人类活动的影响，其中日益频繁的人类活动是海岸侵蚀的主要原因。

3.1 自然因素

3.1.1 海岸地形、地貌的影响

石岛湾地处镆铘岛与赤山山脉之间，属于半封闭式港湾，一定程度上阻止了部分外海海浪进入海湾作用于海岸，同时也减弱了冲击力，所以，石岛湾的地形并没有给侵蚀带来很大的影响。

石岛湾属于砂质海岸，海域岸边多礁石[7]。首先，海区底质多泥沙、岸壁陡峭，5 m等深线直逼海岸，侵蚀物直落崖下海底，波浪强力再次搬运；其次，成山角南面风浪可冲击海岸，风速、波浪较大；第三，海湾宽缓，无风浪时仍然受到侵蚀，海湾内发育有袋状海滩，所以地貌给侵蚀带来了较大的影响。

3.1.2 波浪

就统计情况来看，石岛湾区域常浪向为SW向发生频率为8%，次常浪向为SSW向和N向发生频率均为7%，强浪向为SE向和SSE向Hmax为6.3 m，次强浪NE向，Hmax为6.2 m，SSE向最大平均周期为6.0 s。

通过上述分析可知，石岛湾沿岸岸段直面波浪方向，入湾波浪可接近于垂直方向冲击岸滩，造成强大的破坏力，加快了侵蚀速率及泥沙搬运速率，导致石岛湾岸线遭受较大的侵蚀[9]。

3.1.3 海平面上升

世界范围内的气候变暖、温度上升，对海岸变迁的影响愈加严重，冰雪覆盖减少、陆源冰川冰帽等融化，导致海平面上升，造成海底横向供沙减少，使底部波浪对海岸带的扰动作用逐渐减小，但在波浪上表面，对海滩的冲击力加大，同时，减小了河流向海输沙量，降低了河流坡降，岸线逐渐后退，近岸海洋动力增强，海岸侵蚀进一步加剧。

3.1.4 台风暴潮

造成海岸侵蚀的一个很重要的因素就是台风暴潮。在台风袭岸时，沿岸水量增加，波高增大，海水流速变大，泥沙急速向海搬运，在外滨形成沙坝。这种强烈破坏力的天气，可在很短的时间改变沙滩面貌，而恢复却需要很长的时间，影响力非常大[10]。石岛湾地区一般在夏秋季多爆发台风，风力可达8～12级，并伴有暴雨，对石岛湾岸线侵蚀有较大影响。

3.2 人类活动

3.2.1 人工采砂

人工采砂造成近滨沙和沙滩沙大量流失，由于上游输沙量的减少，人工采砂造成的损失无法得到及时补充，为了维持滩面的持续稳定，滩面及后滨大量的沙会向近滨处运送，最终导致在现有的海洋环境下重新塑造海滩平衡，滩肩逐渐后退，海岸带最终受到侵蚀。石岛湾景观区采砂现象非常严重，由于沙滩沙分选性好，是优质建筑材料，该地区一直存在严重的不合理的采砂情况，使得滩面高度很快下降，更快受到波浪的强力侵蚀，从而加剧了海岸的进一步侵蚀，留口大桥入海口至赤山宾馆岸段因人工挖沙而遭到的破坏最为强烈。

3.2.2 河流上游建闸建坝

在上游建造堤坝，使得泥沙输运受阻，以至于陆源砂石补充大幅度减少，对海岸侵蚀的影响是非常明显的。据沽河年均输沙量及流域面积推算[11]，荣成各河年均输沙量巳从1958-1965年的108.59万 t/a，降至1983-1984年的4.55万 t/a。河流输沙的持续减少，必将对荣成石岛湾砂质海岸的演变产生影响。

3.2.3 岸滩工程建设

石岛湾研究岸段沿岸已经修筑了堤坝、渔港、养殖池、护岸等，调查研究的5 km岸段中，约有3 km岸段为人工岸线，渔港缺乏统一的规划，陆域条件、配套设施良莠不齐，部分码头设施较为落后，分布杂乱，资源配置不尽合理。杂乱无序的占用滩面面积，使得海滩结构失衡，对岸滩系统平衡造成威胁。

石岛湾已有的防护工程是在留口大桥至赤山宾馆岸段修筑的人工护岸，采用了直立墙式结构，在波浪袭来时，遇到护岸后反射，能量未及消散，便与来向波浪迭加，提高了波浪的能量，加强了水动力作用力，使海岸被强力冲刷、侵蚀，沙砾被波浪带走，剩余滩面沉积物粒径粗化，滩面位置下降。同时，因为护岸工程垂直于海岸，使得部分海上来砂受阻，局部堆积。此外，护岸根基不够坚固，非常容易被侵蚀，在暴风浪作用下最终可能导致崩塌[12]。

4 结论

1)石岛湾研究区域为赤山宾馆-留口大桥-黄海造船厂约5 km岸段，通过研究得出以下结论：在2002-2005年，研究岸段岸线以侵蚀为主，平均后退2.95 m。2005-2010年，留口大桥东至赤山宾馆之间岸段以侵蚀为主，岸线平均后退3.73 m;留口大桥外侧岸段以淤积为主，岸线平均前进0.95 m；留口大桥西至黄海造船厂之间岸段既存在侵蚀又存在淤积，其中岸线侵蚀最大后退距离0.63 m，岸线淤积最大前进距离2.03 m。总体看来，2002-2010年，研究岸段岸线侵蚀现象严重，平均后退4.79 m。

2)石岛湾砂质海岸侵蚀状况受其地貌类型影响较大，波浪、海平面上升对海岸侵蚀的影响是一个长期而缓慢的过程，而暴风浪潮则会短时间内造成海岸强烈侵蚀。

3)石岛湾砂质海岸侵蚀状况受人类活动影响较大，人工采砂、河流建闸建坝使得泥沙供应不足，不合理的海岸工程则改变了砂质海岸的动力条件，加速了海岸侵蚀。

[1] 谢在团,蓝东兆,陈承惠,等.厦门海岸侵蚀与防护对策[J].台湾海峡,1993,12(3):293-298.

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