福建东山岛地质灾害特征与成因初探

刘乐军，高珊，李培英*，高伟，李拴虎，李萍，陈本清，杜军

（1.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛266061；2.中国环境科学研究院，北京110000；3.国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门361005）

福建东山岛地质灾害特征与成因初探

刘乐军1，高珊1，李培英1*，高伟1，李拴虎2，李萍1，陈本清3，杜军1

（1.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛266061；2.中国环境科学研究院，北京110000；3.国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门361005）

海岛是海上陆地国土和人类开发海洋的远涉基地及前进支点。海岛大幅度地快速增长的开发活动与工程建设使脆弱的海岛生态环境正遭受到严重威胁。东山岛是福建第二大岛，近10年随着水产养殖与育苗、风电建设、环岛公路和房地产开发等海岛利用和开发强度的加大，海岛地质灾害及潜在风险陡增。基于现场调查和遥感影像解译，分析东山岛赋存的地质灾害类型及其分布，初步探究了主要地质灾害的诱因，为更有效地保护和可持续性开发东山岛，制定合理长效规划、防灾与减灾对策提供准确依据，并为福建及周边基岩岛的地质灾害调查与防治提供实测数据参考。

东山岛；地质灾害；成因机制

刘乐军，高珊，李培英，等.福建东山岛地质灾害特征与成因初探［J］.海洋学报，2015，37（1）：137—146，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.01.014

Liu Lejun，Gao Shan，Li Peiying，et al.Characteristics and genesis of geological hazards in the Dongshan Island，Fuj ian Province［J］. Haiyang Xuebao，2015，37（1）：137—146，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.01.014

1　引言

海岛作为海上陆地国土和人类开发海洋的远涉基地及前进支点，日益成为促进未来经济社会与生态环境和谐发展的主要载体。海岛开发的力度与强度越来越大，这对海岛生境的影响也日益突显。海岛开发利用对地质灾害的诱发逐渐为国内外研究学者所关注，分析研究多集中于自然和人为作用力造成的海岛地形地貌、水土流失和湿地退化等转变所引发的旅游安全和开发建设危害。Sanjeev［1］和Ghina［2］分别探讨了风暴潮对毛里求斯和马尔代夫海岛地貌改变和安全旅游可持续发展的影响；Gladstone［3］研究红海地区海岛地质灾害形成机制及潜在的危害；Meheux和Parker［4］对南太平洋瓦努阿图岛的研究表明必须对海岛的地质灾害进行调查，并分类分区提出针对性防护，以便有效减少地质灾害带来的损失。Tsai和Chen［5］建立地震灾害风险评估模型，对地震灾害对台湾岛旅游影响进行了评估并检验模型的有效性和适用性。詹文欢等［6—7］总结了广东珠江口海岛的地质灾害，林明太等［8］利用GIS和RS等技术研究了湄洲岛水土流失及灾害原因；林心仁［9］和刘建辉等［10］研究了平潭岛海岸侵蚀灾害的特征，探究了其成因机制。

已有研究发现，由于海岛自身地质背景和所处气候带的不同，地质灾害的类型和引发的危害也纷繁复杂。需根据海岛迥异的地质背景、环境条件、人类开发和利用海岛资源的方式与强度等进行实地地质灾害研究。

东山岛属基岩型大陆岛，位于新华夏构造带的东南部，岛内地貌以丘陵、台地和海积平原为主，岸线曲折，港湾众多。20世纪90年代之前以农业种植、捕捞和水产养殖为主的开发方式对其地质环境影响较小。近年来随着海岛公路和风电站的建设、采石开发、海水养殖和码头建设等开发活动，引发的地质灾害成上升趋势，即威胁海岛居民的生命财产，也影响海岛旅游生态环境。已有国内学者对东山岛的地质灾害开展了调查和研究［11—13］，发现砂矿开采引发海水入侵和海岸侵蚀等地质灾害。本文依据现场调查数据和遥感解译，对比东山岛历史研究文献与调查资料，系统地阐述了东山岛发育的地质灾害类型、分布和特征，初步探究了主要地质灾害的诱因，为更有效地保护和可持续性开发东山岛，制定合理长效规划、防灾与减灾对策提供准确依据，并期望为福建及周边基岩岛的地质灾害调查与防治提供实测数据参考。

2　东山岛概况

东山岛位于福建省南部沿海，东侧与台湾隔海相望，西北以八尺门海堤与漳州云霄县相通，西侧为诏安湾，东北侧为东山湾，东南侧有南澎列岛（图1）。岸线类型主要分为人工、基岩、砂质、红土岸线。它是全国第六、福建省第二大海岛，总面积172.53 k m2，设有国家经济开发区、旅游经济开发区和7个镇，总人口21.3万人1））福建省908专项海岛调查报告［R］.国家海洋局第三海洋研究所，2011.。

东山岛属基岩大陆岛，东西窄，南北长（图1），形如蝴蝶，亦称“蝶岛”。其地处北回归线附近，属北亚热带海洋性季风气候；年平均气温20.8℃，多年平均降雨量1 224 m m，降水峰期出现在5-9月，10月至翌年2月为旱季；常年主要风向为东北，年平均风速7.1 m/s；多年平均蒸发量为1 400 m m；沿海多年平均高潮位1.62 m，50年一遇的高潮位2.96 m，平均潮差2.30 m，最大潮差为4.14 m；潮汐为不正规半日潮。东山岛主要受南海北上台风的影响，平均每年1.8次，多集中在8月份，伴有强暴雨。

东山岛地势由西北向东南倾斜，中低山丘陵多集中于西北部和南部（图1），以苏峰山为最高点（海拔274 m）；波状台地分布于亲营山以北地区，海拔一般20～50 m，切割深度10～30 m，台面平坦，微波状起伏，有浅坳谷切割，覆盖着较厚的红土层；海积平原海拔一般2～5 m，为农业耕作区，分布于亲营山以南大部分地区和以北部分地区；风成砂地分布于东山岛东部海湾，西海岸多为泥沙滩涂。岛内无大的地表水系，仅山前发育4条长度几千米的短小溪沟，多呈间歇性流水；岸线曲折、港湾多，滩涂海域面积宽阔。

图1　福建东山岛地理位置和地貌图Fig.1 Geographic and geomorphological map of the Dongshan Island，Fuj ian Province

3　调查与分析资料

依据2011年9月的现场调查资料和福建东山岛地质灾害调查报告2）3）4））福建省东山县地质灾害详细调查报告［R］.福建省地质环境监测中心，2011.，对其地质背景和环境概况进行分析；再利用分辨率2.5 m的东山岛SPOT5全色卫星遥感图像（景号：292302/6，成像时间2003年1月）解译采石场、疑似崩塌和海蚀崖等灾害点的具体位置和现有状态等信息。通过重点现场调查，验证遥感识别和调访，全面掌握东山岛主要地质灾害的类型、位置、范围、规模和危害对象（见图2）。

4　东山岛地质灾害类型及其特征

东山岛地质灾害类型主要为崩塌（包括崩塌、陡边坡）、海岸侵蚀、滩面冲蚀和水土流失与滨海湿地退化等。

图2　东山岛地质灾害分布图Fig.2 Types of geological hazards in Dongshan Island

4.1崩塌

崩塌灾害主要指岩体崩塌和易引发崩塌的岩质或土质陡坡。主要分布在东山岛低山丘陵山区，如采石场遗留的岩质陡坡、居民建房在房前屋后削坡形成的土质陡坡、海岛公路通过丘陵山区时道路两侧局部土质陡坡。均为小型崩塌和小型陡边坡，呈点状零散分布，危害对象主要为附近居民及其房屋和财产、公路和交通。

2011年福建地质环境监测之东山岛地质灾害调查时，现场勘察了5处崩塌点，它们同时也是潜在崩塌易发点。崩塌都发生在近2003年以来，属小型崩塌，体积最小为30 m3，最大不过1 260 m3。除1处土质崩塌分布在红土台地前缘的海岸带处，其他均为岩质崩塌，分布在丘陵区坡脚或斜坡处，出露点高程小于50 m。

陡坡既有土质边坡、也有岩质边坡，分布在东山岛丘陵区坡脚地带，主要由居民建房、修建公路和采石等开发和工程建设所产生的。铜陵、陈诚等乡镇村庄的居民在红土台地部分建房，形成边坡高度5～16 m，坡度67°～85°，边坡宽度从十几米至几十米不等，屋后坡距墙1～2 m，且都没有支护（见表1）。这些边坡在暴雨和持续性强降雨时边坡坡面或坡脚可见有小土体滑塌或剥坠落，威胁坡前居民房屋及临近区域环境。

图3为铜陵镇南玻玻璃厂公路旁陡崖，陡崖高度21.8 m，长度500 m，坡度接近90°，陡崖上部表土层厚小于2 m，有草本植物覆盖。岩体风化破碎度高，在雨水冲刷下易发生小规模的泥滑甚至崩塌，影响公路交通。

表1　东山岛威胁居民房屋的陡坡统计表Tab.1 Sum mary of the steep slopes that threatening residential buildings in Dongshan Island

图3　东山岛南玻玻璃厂附近公路旁陡坡Fig.3 The steep slope close to the Nanbo glass factory in Dongshan Island

遥感和现场调访的多处采石场，以开采建筑用花岗岩和硅砂为主。开采形成高陡岩质边坡或陡崖，小规模采石场形成陡坡高度平均大于7 m，大的陡坡高度超过50 m；长度小的也多为80～100 m，最大达1.5 km；坡度近90°。开挖面岩体松散，岩石破碎，开采形成的岩质陡坡未采取任何防护措施，易诱发小规模崩塌（见图4）。

4.2海岸侵蚀

海岸侵蚀在东山岛东部和南部海岸普遍发育，呈线性带状分布。整体规模较小，危害较轻。可分为两种类型：砂质海岸侵蚀和海湾岬角侵蚀。

砂质海岸侵蚀主要分布在东山岛的南门湾、马銮湾、金銮湾和乌礁湾等处（见表2）。据统计5））国家908专项“海洋地质灾害调查与研究（908-01-ZH2）”的海岸侵蚀灾害专题调查研究报告［R］.，整个东部岸线21.5 k m，从1990年到2010年间平均后退了54.5 m，其中金銮湾最大后退了81 m，平均每年后退达4 m，南门湾岸线长度3.2 k m，年均后退2.7 m；马銮湾岸线长度3.2 k m，年均后退2.3 m；乌礁湾岸线长度10.3 k m，年均后退1.8 m［15］。海岸侵蚀导致沿海岸线的环岛公路、海堤等工程由于海岸侵蚀而多处受到破坏，海岸侵蚀的进一步发展可能威胁沿岸安装的风电机组的地基基础。

图4　东山岛采石陡坡Fig.4 Steep slopes resulting from rock quarrying

表2　东山岛海岸线蚀淤状况统计表6））国家908专项“海洋地质灾害调查与研究（908-01-ZH2）”的海岸侵蚀灾害专题调查研究报告［R］.Tab.2 The current situation of the coastal erosion in the Dongshan Island

由于波浪的辅聚作用，岬角海岸侵蚀主要发生在南门湾、金銮湾和马銮湾凸出岬角处，岸滩受侵蚀形成红土或岩质侵蚀陡崖。图5是金銮湾修船场的侵蚀红土陡崖，高度2～3 m，侵蚀长度300 m，沿岸线分布成弧形，剖面直立，接近90°，走向NW-SE。

4.3滩面冲蚀

滩面冲蚀与海岸侵蚀略有不同，主要是指海岸边养殖育苗场排水造成的海滩砂被冲走，而造成的导致的滩面破坏。滩面冲蚀危害已成为东山岛危害最严重的地质灾害。

东山岛自乌礁湾北端到宫前湾西侧22.71 k m的海岸线上密密麻麻的地排列着海水养殖育苗场，密布的抽水管或埋或显露地排列在沙滩上，而各个养殖池的排水口往往直接出露在养殖场的外墙处，昼夜不停地将废水排泄到沙滩上，在水流和重力的联合作用下，砂颗粒被从高潮带冲到低潮带，在沙滩形成线形伸展的沟槽。

冲沟有明显的沟缘，沟口形成小陡坎，宽和深可达1～2 m；沟再进一步下蚀，形成了冲沟，造成沙滩下覆岩石裸露出来；同时沟边陡坎滑塌，使沟槽不断加宽，形成冲沟深约几米，长约几百米（图6），海砂流失、海滩变薄，裸露下覆老地层或碎石，滩面遭受破坏，海岸线后退，邻近的道路损毁，靠近岸边的养殖池也因外侧坡脚被淘蚀而损毁废弃。

图5　东山岛红土侵蚀陡崖Fig.5 The erosion cl iff of red soi lin the Dongshan Island

图6　东山岛乌礁湾西侧滩面冲蚀Fig.6 Shore erosions along the west side of Wuj iao Bay in the Dongshan Island

现场调查东山岛从乌礁湾北口开支到宫前湾西端的22.71 k m海岸线上，16.93 k m岸滩被冲蚀破坏（表3和图7）。乌礁湾、宫前湾和山南村处的3处海湾养殖池最密集，其滩面侵蚀也最为严重。过去宽阔平坦、沙白粒细、林带葱郁、碧涛连天的东山岛第一湾已面目全非。

表3　东山岛各海湾滩面侵蚀岸段长度统计表Tab.3 The lengths of shore corrosion in main bays in the Dongshan Island

图7　山南村滩面侵蚀遥感影像图Fig.7 The remote sensing image for shore corrosion in Shannan Vi llage

4.4水土流失

水土流失往往与崩塌、陡崖和采石场等相伴发生。水土流失以冲沟型和坡面型为主。冲沟型水土流失主要由丘陵山区冲沟侵蚀、两侧土体崩塌所致；坡面型水土流失主要是由降雨对地表土壤的冲刷侵蚀，使表层土壤有机质被水流冲走。

4.5滨海湿地退化

东山岛有9种湿地类型（表4），大面积的围垦工程，使大片粉砂淤泥质滩涂、砂质海岸等天然湿地退化为养殖池塘、水稻田和盐田等人工湿地。1983年竣工的西埔湾围垦工程，围垦面积3.26 k m2，其中1.89 k m2已开发为0.3 k m2种植田、0.85 k m2养殖池塘和0.74 k m2盐田等人工湿地。

5　东山岛各地质灾害成因机制初探

根据东山岛地质灾害的类型、分布位置和规模等均受岩土体类型、原始地形地貌的控制，并受各类不同应力作用，即人类工程活动或大气降水等因素的影响。

表4　东山岛现存湿地类型面积统计Tab.4 Statistics of the existing wetlands in the Dongshan Island

5.1 崩塌

崩塌灾害主要发育在丘陵山地斜坡或坡脚地带，自然坡度在15°～30°，局部大于30°，而公路修建、采石或建房等人类工程活动开发岩土体形成高陡边坡，坡度往往大于60°，使之呈临空—半临空状态，极大地降低岩土体自身的稳定性，为崩塌创造形成条件。东山岛边坡常呈二元结构，上部残积土，以黏性土为主，并含有碎石或夹碎石黏土层，遇水易软化且吸水性强，下部为侵入基岩，节理裂隙、构造裂隙发育，为降雨入渗或地下水活动创造形成空间，而土岩接触面在地下水作用下（雨水渗透眼里），易形成顺坡的不稳定结构面，易发生崩塌或滑坡。汛期台风暴雨期的强降水作用下，沿裂隙面的渗流或地表水作用下，降雨一方面起冲击掏空节理裂隙面作用，使其原有平衡状态改变，另一方面降雨下渗，使岩土体力学性质降低，从而诱发崩塌。

随着海岛居民在丘陵和台地区消坡建房、修路或扩宽已有公路，形成陡边坡的范围和规模也将随之扩大，发生崩塌滑坡区域也将扩大。今后工程建设必须与丘陵和台地有安全距离，在形成陡边坡的关键部位进行支护防治。

5.2海岸侵蚀

东山岛海岸侵蚀主要发育在东部和南部开敞的高能海域，受风浪的侵蚀作用强烈；东山岛每年的7 -9月的台风季，平均每年4.2次［15］，台风造成的风暴潮常造成高潮位和强力风浪极大破坏海岸，引发海岸侵蚀；另外，近几年房地产开发、旅游码头和人工海堤等工程活动，改变局部海岸动力环流模式，而引发局部砂质海岸侵蚀。虽然因为没有收集东山岛海面上升的数据，无法给出海面上升对东山岛海岸侵蚀的影响，但中国海平面公报［16］中东山岛所属的东海海平面比2011年上升为66 m m，不排除海面上升也是东山岛海岸侵蚀加剧原因之一。

5.3滩面冲蚀

滩面冲蚀与海岸侵蚀略有不同，其原因完全是海岸边人工养殖池的排水冲蚀海滩砂造成的，其冲蚀速率和冲蚀规模取决于岸边养殖池排水孔的数量、排水时的流速和排水量［17］。然而滩面冲蚀形成的线状冲沟连通后，就转变为滩面整体冲蚀、滩面变薄、老地层裸露、岸线后退，危害沿海道路，甚至养殖池自身安全。东山岛在岸边修建养殖池的规模与滩面侵蚀的规模同步增加。

5.4水土流失

岛内局部地区严重水土流失灾害是其自身所处的地质环境条件（土体结构）和外部条件（气候、植被、人类工程活动等）共同作用的产物。其中，采石、修路等人类活动不仅砍伐岩体上的树木植被，而且造成开发区岩体破碎，即扩大水土流失的分布范围，还加速水土流失的频率和强度。

岛上构造侵蚀低山-高丘陵-低丘陵等区域，地形坡度在20°～40°，构造节理发育，在持续的暖湿气候作用下形成疏松深厚风化壳，表层较疏松，很容易受到侵蚀；同时岛上采石、修建公路和在山坡上安装风电机组等开发活动，破坏开发区植被，使低山丘陵区地表裸露范围扩大；在3-6月的雨季期，东山岛多暴雨和大暴雨，丰沛的降水和较频繁的暴雨构成了强大的降雨侵蚀动力，加剧土壤侵蚀。另外，石材加工锯、磨的泥浆水大量排放，毁坏耕地，淤积沟谷；公路交通建设，乱堆、乱倒弃土，也造成较为严重的土壤侵蚀，加剧水土流失。

5.5滨海湿地退化

东山岛的滨海湿地退化主要是人工围垦和人工海岸工程建设造成自然湿地向人工湿地转化，使得自然湿地生态环境功能的降低甚至消失。盐田面积在1950年为24.67 k m2，1998年为66.7 k m2，2005年为93.3 k m2；1950年至1988年底，东山岛围海25.4 k m2。这些围垦和开发的盐田不仅降低东山岛自然湿地的多样性，而且减少了自然湿地的面积，使自然湿地的生态功能也极大地降低。

6　结语

东山岛地质灾害主要为崩塌（包括崩塌、陡边坡）、海岸侵蚀、滩面冲蚀和水土流失与滨海湿地退化5种类型。崩塌灾害呈点状分布在丘陵山地斜坡或坡脚地带，均为小型，危害局部，主要是人类在低山丘陵区进行采石、公路和建房等工程建设形成的陡边坡，在强降雨作用下引发的崩塌或滑坡；海岸侵蚀主要分布在岛东部和南部开敞高能海湾区，呈线状带状分布，主要原因是高能风浪、海平面升高和人工海岸工程活动共同作用的结果；滩面冲蚀、水土流失和滨海湿地退化主要是人为作用的结果，滩面冲蚀主要是人类在岸边修建养殖池向海滩排泄废水冲蚀海滩砂破坏海滩，水土流失也是采石、修建风电站和公路建设等人类作用破坏低山丘陵的植被而引发的；滨海湿地退化主要是人类修海堤或连岛堤坝造成围垦使自然湿地退化为人工湿地。

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Characteristics and genesis of geological hazardsin the Dongshan Island，Fujian Province

Liu Lejun1，Gao Shan1，Li Peiying1，Gao Wei1，Li Shuanhu2，Li Ping1，Chen Benqing2，Du Jun1

（1.FirstInstitute of Oceanography，State Oceanic Administration，Qingdao266061，China；2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing110000，China；3.Third Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Xiamen361005，China）

Isand（s）（orislets）are sea land of one country and a base of uti l izing and exploiting ocean of human beings，so they are becoming main carriers of promoting development of marine economic society and ecological environ ment.However，rapidly increasing develop ment activities and engineering constructions on the island had made serious threats to the fragi le ecological environment oftheirs.The Dongshan Island is the second largest onein the Fuj ian Province.Before the 1990s，farming，fishing and aquaculture were the main ways of util izing the island. With increasing economic activities such as aquaculture and breeding，wind power construction，island road and real estate development，geological disasters and potentialrisks to theisland have been correspondingly increased.Based on interpretating remote sensingimages and carrying outfield investigations，this paper described the geological disaster types and its distribution in theisland，and prel iminari ly discussed some causesleading to geological disasters，which are very helpfulfor more effectively protecting and sustainably developing theisland.The results obtained in this study are the basis for designing future developing plans and generating strategies of disaster prevention and mitigation，and can be a reference forinvestigating and preventing geological disasters in rock island（s）in the Fuj ian Province and adjacent regions.

Dongshan Island；geological hazards；genetic mechanism

P694

A

0253-4193（2015）01-0137-10

2014-03-09；

2014-06-09。

国家自然科学基金（40606015）；国家海洋公益性行业科研专项资助（201005010）。

刘乐军（1972—），男，辽宁省大连市人，研究员，主要从事海洋工程地质与灾害地质方面研究。E-mai l：l iulj@fio.org.cn

李培英（1954—），男，研究员，主要从事海洋地质与灾害地质方面研究。E-mai l：pyl i@fio.org.cn