河北省砂质海岸侵蚀灾害危险性评价

裴丽娜，刘松涛，孙　娟（河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北秦皇岛066000）



河北省砂质海岸侵蚀灾害危险性评价

裴丽娜，刘松涛，孙娟
（河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北秦皇岛066000）

摘要：海岸侵蚀是当今全球海岸普遍存在的海洋地质灾害现象，通过实地勘查对河北省砂质海岸侵蚀灾害进行研究，借助历史资料，选取了海岸地貌类型、岸线曲度、侵蚀速率、海滩发育空间、泥沙补给和堤防设施六个评价指标，对河北省砂质海岸侵蚀灾害进行了危险性评价。评价结果表明：高危区岸线长度46.11 km，中危区102.54 km，低危区59.95 km，所占岸线比例依次为22.11%、49.16%及28.73%。

关键词：河北省；侵蚀灾害；评价因子

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.02.21

从世界范围看，目前约有70%的海岸遭受侵蚀，已严重影响了滨海旅游城市的可持续发展[1]。因此，海岸侵蚀已成为海洋地质和地质灾害研究领域的重要内容。查清海岸侵蚀灾害现状与致灾因素，提出可行的防治方案，实施海滩治理示范工程，以此来改善海岸带生态环境，为海岸带规划及综合治理提供科学依据与治理经验。

河北省砂质海岸总体上处于全线侵蚀状态，其中严重侵蚀岸线约100 km，占砂质岸线总长度的48%。海岸侵蚀的危害性主要表现在：（1）砂质海岸岸线逐渐减少，滨海浴场遭到损毁；（2）沿海建筑设施受到严重威胁；（3）加剧海水入侵；（4）旅游资源、土地资源减少、生态环境恶化。

1　海滩侵蚀灾害风险评价系统

结合海滩侵蚀灾害的特征，在GIS平台上开发与海滩侵蚀灾害模型相结合的分析模块，本次评价是将层次分析模型与基础GIS平台相结合，应用于海滩侵蚀灾害风险分析中。充分利用GIS的图形编辑、属性管理、空间分析、叠置分析等功能，快捷方便地实现一般分析方法难以解决的问题[2]。

1.1评价步骤

GIS技术与层次分析法相接合的风险性评价步骤见图1：

图1　海滩侵蚀灾害危险性评价步骤

1.2评价过程

（1）确定评价区域、评价区数据，设定评价指标、评价目标，即评价因素的选择；

（2）利用GIS软件，对所需数据进行预处理，即单因素图层数字化与处理，建立空间数据库；

（3）利用GIS的拓扑叠加功能，通过对各评价因素的单因素图层进行叠加分析，生成评价因子图层；

（4）确定评价系统的评分法则；

（5）在GIS平台上，对评价区进行剖分，一个网格作为一个运算单元。采用图形叠加的模型评价方式，将评价因子的值分配到不同的评价网格上[3]；

（6）利用AHP模型计算出各因子的权重；

（7）利用计算出的权值建立评价数学模型，对各网格单元进行模型计算，计算结果存储于网格图层对应的属性字段。

2　海滩侵蚀灾害危险性评价

本次工作采用基于GIS的层次分析法进行海滩侵蚀灾害危险性评价，首先从众多的因素中筛取最重要的关键性评判指标及其权重，然后进行因子分级评价、分层次评价，再利用GIS的叠置分析等空间分析和处理属性数据的功能，然后加权叠置各评价因子的危险度，从而得到海滩侵蚀灾害危险性评价图[4]。

2.1评级指标体系的建立

根据河北省砂质海岸海滩侵蚀灾害的特点，从海滩侵蚀影响因素和机制入手，选取海岸地貌类型、岸线曲度、侵蚀速率、海滩发育空间、泥沙补给和堤防设施6个评价指标，建立了评价指标体系，见图2。

图2　海滩侵蚀灾害危险性评价指标体系

2.2用层次分析法计算评价因子权重

2.2.1构造比较判断矩阵

经同行专家讨论打分，得到判断矩阵为：

2.2.2确定评价因子的权重

对上述判断矩阵，利用专业软件进行计算，得出最大特征向量：λmax=10.402。

经一致性检验，CI=0.107，CR=0.090 3＜0.1，比较判断矩阵完全满足一致性条件。特征向量即为所需评价因子的权重。

2.3海滩侵蚀灾害危险性评价

2.3.1评价因子图层数字化与处理

评价区东起冀辽省界西至大清河口，评价网格单元空间步长按500 m×500 m。根据调查资料将海滩侵蚀灾害危险性评价因子图件数字化，输入相应的属性数据，然后把属性直接分赋给评价单元。

2.3.2评价指标的量化

对已选择的6个评价指标，在已建立的评价因子属性数据表的基础上，根据评价指标的取值范围和海滩侵蚀的机制分析[5]，得出各评价指标变化对海滩侵蚀灾害危险性的影响，从而建立评价指标的量化标准，见表1。2.3.3危险性评价模型

表1　危险性评价指标量化标准

海滩侵蚀灾害危险性评价的数学模型为：

式中：H为危险性指数；Aj为权重；Nj为评价因子指数。

3　评价结果分析

对存储于对应的属性字段中的各评价指标的量化值进行加权求和，得出海岸侵蚀灾害危险性指数。各评价单元危险性指数最大为4.2，最小为1.73，采用频率图与聚类法确定各级的边界，分为三个等级，3.51～4.2为危险性高，2.88～3.51为危险性中等，0～2.88为危险性较低，评价结果见表2。

高危险区（Ⅲ）：高危险区主要分布在秦皇岛市区汤河至新河段、北戴河金山嘴至戴河口岸段、乐亭县打网岗浅水湾旅游区岸段。

汤河至新河岸段海岸侵蚀严重，物源缺乏，且由于沿海公路限制了其发展空间，其海滩一旦受损，仅依靠自然力很难恢复。

金山嘴至戴河口岸段海岸侵蚀严重，物源缺乏；受地貌影响，海滩无发育空间，需加大保护力度。

中等危险区（Ⅱ）：戴河口至滦河口；滦河口至京唐港大部分地段，主要为平直的沙质海岸，海滩缺少庇护，海岸侵蚀较为严重，由于后缘沙丘的补给，海滩发育有一定的空间。

低危险区（Ⅰ）：山海关造船厂岸段、老龙头景区岸段和秦皇岛港岸段、北戴河区鸽子窝——金山嘴岸段、昌黎县滦河口岸段，海岸类型主要为岬湾海岸和港口人工海岸。由于岬湾内沙滩主要物源为基岩剥蚀物，物源少，海滩规模小，但受岬角庇护，海滩较为稳定。港口岸线受人为控制，岸线保持稳定，已无海滩发育。滦河口岸段由于近年来有侵蚀趋势，但其物源相对丰富，且海滩发育空间较为广阔。

4　海岸侵蚀原因简析

引起海岸侵蚀的原因各种各样，既有自然原因又有人为因素，对不同地区而言，情况迥异[6]。综合而论，引起海岸侵蚀的原因主要有海平面升降、海洋动力变化、入海泥沙减少、人类活动影响。

4.1海平面变化

研究区海平面变化总趋势为下降，应该为海退淤积，所以，在研究区内海平面升降不是海岸侵蚀的主要原因。

4.2风暴潮对海岸侵蚀的影响

风暴潮是指热带气候或强温带气旋、强冷空气活动等系统过境所伴有的强风和气压骤变所引起的海上高浪潮且使海面异常升高的现象，从而造成海上和沿岸的突发性灾害。一般地，风暴潮致灾过程如下：由于海底地形平坦，风暴潮大浪在远处即发生破碎，传至岸滩区，波高在1.5 m以下，没有防护的岸段海岸被侵蚀后退；在有防护的岸段，上述波高叠加上高水位，对防潮坝进行冲击，进而侵入内陆，造成损失。

4.3入海泥沙量减少

自20世纪50年代以来，秦皇岛海岸入海物源迅速减少，其原因主要有：各河流上游都不同程度修坝建库，拦洪蓄水，使河流入海水量和泥沙量持续性锐减；大量人工采挖砂石。

4.4近岸工程和人类活动对海岸的影响

随着经济、社会的发展，人们对海滩进行了各种形式的开发，如建造港口、码头、丁坝、海堤等。任何形式的工程，都可能改变海滩动力均衡态势，引起海滩侵蚀和堆积位置、强度的变化。海滩海岸上修筑公路、护岸和挡砂墙，阻碍了海滩向陆发育空间，在海滩上修建淋浴室、游乐设施更是对海滩的直接侵占。

表2　砂质海岸侵蚀灾害危险性评价结果

从泥沙来源途径分析，研究区海滩泥沙来源主要有三种途径：河流输沙、海岸侵蚀和海底来砂。总体来说建国初期至20世纪80年代由于河流输沙减少直接造成了海滩泥沙减少，间接造成了海底来砂减少，因此入海泥沙减少是其海滩遭受侵蚀的主要原因，风暴潮等自然因素加剧了海滩侵蚀的趋势；80年代至今由于河流输沙减少引起的海滩侵蚀逐渐达到动态平衡，不合理的人工构筑物、人类活动破坏了海滩均衡态势，成为海滩侵蚀的主要原因[7]（见图3）。

图3　海滩侵蚀因素贡献率

5　结语

本研究建立了海岸侵蚀灾害危险性评价指标体系，选取海岸地貌类型、岸线曲度、侵蚀速率、海滩发育空间、泥沙补给和堤防设施6个评价指标，对河北省砂质海岸侵蚀灾害危险性进行了评价，并根据评价结果将河北省砂质海岸划分为高危险区、中等危险区和低危险区三个危险等级。其中，高危险区主要分布于秦皇岛市区汤河至新河段、北戴河金山嘴至戴河口岸段和乐亭县打网岗浅水湾旅游区岸段；中等危险区分布于戴河口至京唐港岸段；低危险区主要分布于山海关船厂岸线、老龙头岸线、秦皇岛港岸线、小东山至金山嘴岸线、滦河口岸段。整体来看，建国以来河北省滨海沙滩多数岸段均呈侵蚀状态，岸线蚀退率除河口岸段外一般为-1～-3 m/a，但由于岸段组成岩性、展布方向和地貌形态等海岸性质的不同，各段蚀退速率也有差异，甚至个别海岸段也有淤长，但整体上看岸线蚀退速率沙坝泻湖海滩＞沙丘海滩＞岬湾砂砾质海滩。

参考文献

[1]刘松涛.秦皇岛海岸侵蚀动态研究[J].中国环境管理干部学院学报，2012，22（1）：25-28.

[2]杨燕雄，高树勇，谢亚琼.秦皇岛市海水入侵灾害评价及防治对策[J].中国地质灾害与防治学报，2008，19（3）：139-143.

[3]褚洪斌，母海东，王金哲.层次分析法在太行山区地质灾害危险性分区中的应用[J].中国地质灾害与防治学报，2003，14（3）：125-129.

[4]孙娟，杨燕雄.秦皇岛市海水入侵特征[J].中国环境管理干部学院学报，2007，17（2）：51-53.

[5]邱若峰，杨燕雄，庄振业，等.河北省沙质海岸侵蚀灾害和防治对策[J].海洋湖沼通报，2009（2）：162-168.

[6]姜山.人工养护后海滩地貌及沉积特征研究[D].青岛：中国海洋大学，2011.

[7]谢亚琼，刘松涛，刘冀闽，等.秦皇岛金梦海湾海滩生态修复设计[J].海洋地质前沿，2013，29（2）：79-86.

（编辑：程俊）

Risk Evaluation of Sandy Coast Erosion Disaster in Hebei Province

Pei Lina, Liu Songtao, Sun Juan

（Qinhuangdao Mineral Resource and Hydrogeological Brigade, Hebei Geological Prospecting Bureau, Qinhuangdao Hebei 066000, China）

Abstract：The coast erosion is a common phenomenon of marine geological disasters in the world. This article conducted the study of sandy coast erosion disaster by field surveys in Heibei province. According to the historical documents, six evaluation indexes were selected to evaluate the risk of erosion on the sandy coast, including the coast landform, shoreline curvature, erosion rate, beach development zone, sediment supplement and embankment project. As a consequence, the length of shoreline in high risk areas was 46.11 km，102.54 km in the middle, and 59.95 km in the low areas, the proportion of shoreline accounts for 22.1%, 149.16%, 28.73%respectively.

Key words：Heibei Province, erosion disaster, evaluation factors

作者简介：裴丽娜（1979-），女，河北省秦皇岛人，毕业于石家庄经济学院环境工程专业，工程师，主要从事海洋地质方面的研究。

收稿日期：2016-02-24

中图分类号：X43

文献标识码：A

文章编号：1008-813X（2016）02-0082-04