北戴河老虎石浴场人工养护前后演化特征

赵友鹏，李　娜，邱若峰，任旭光（河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北秦皇岛066001）

北戴河老虎石浴场人工养护前后演化特征

赵友鹏，李娜，邱若峰，任旭光
（河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北秦皇岛066001）

以北戴河老虎石浴场为例，运用剖面分析模型，对海滩养护后海滩剖面的变化进行长期监测研究，分析海滩人工养护后的演化趋势。研究结果表明，养滩后3个月侵蚀最为严重，3个月后海滩侵蚀明显减小，14个月后的侵淤近乎平衡，仅有少量侵蚀。填沙养护1年半后滩肩宽度平均增加约16.2 m，填沙保存62.5%，养滩效果良好。

秦皇岛；老虎石浴场；人工养护；剖面变化

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.01.19

自20世纪70年代以来，我国砂质海岸普遍遭受侵蚀，且具有加剧发展的趋势[1]。人工养护沙滩在欧美等国得到广泛的开展，已成为防治砂质海岸侵蚀的主要生态措施，累积了丰富的理论基础和实践经验[2-4]。本研究对北戴河老虎石浴场海滩养护后海滩剖面的变化进行长期监测，以期为科学分析养滩成效和养滩工程提供参考。

1　养滩工程概况

工程以静态平衡岬湾理论、平衡剖面理论和生态养滩理论为设计基础，以滩肩补沙、人工沙坝及人工岬头为主要工程手段（图1）。

图1　养滩后典型剖面示意图

工程修复岸线总长度820 m，修复后滩肩高程达到2 m（1985国家高程基准，下文高程均以此基准）以上，沙滩宽度在原有基础上向海的方向增加；离岸约200 m处区域吹填人工沙坝，沙坝总长度约600 m，宽约50 m，坝顶高程为-0.8 m；浴场西侧以抛石潜堤形式设计一座人工岬头，长约150 m，宽约10 m。

2　海滩演化特征

为了掌握工程后的岸滩演变趋势，为后续的海滩维护提供参考资料，在工程前后，对工程区布设了14道剖面（剖面L2-L9、L11、L13、L15、L17、L19、L21）进行海滩剖面监控，剖面位置如图2所示。

图2　工程前后不同时期岸线位置对比

从图2可以看到，工程前岸线与底图所示岸线非常接近，故可以认为在工程前，岸线保持一种相对稳定的状态，2005—2012年变动不大。2013年3～4月的人工养滩工程把岸线平均向海推进（老虎石东侧的L11、L13、L15剖面处本身有较大宽度的海滩，故养滩宽度较窄）。

老虎石浴场泥沙运移有明显的区域特征，不同岸段在不同的时间和空间尺度上的侵淤情况有所差别。为此，将养滩区域分成三个区域进行分析，养滩西侧到L9剖面为老虎石一浴场，L11～L15为老虎石二浴场，L17～L21为老虎石三浴场。

2.1纵向演化特征

用养滩前（2013年3月）、养滩初、养滩后3个月（2014年8月）、养滩后6个月（2014年11月）、养滩后10个月（2014年3月）、养滩后14个月（2014年7月）、养滩后18个月（2014年11月）的监测数据，对滩肩线（1.6 m高程线）至低潮线（-1 m高程线）之间的滩面地貌单元进行不同时间的对比分析，得出各时间段的侵淤情况，分析结果如下：

2.1.1老虎石一浴场

养滩初岸线向海淤进明显，滩肩平均淤进距离34.8 m，低潮线平均淤进17.8 m；养滩后3个月滩肩线蚀退迅速，中间处最为严重，最大蚀退距离11.5 m，平均蚀退3.8 m，低潮线以蚀退为主，最大蚀退距离8.4 m，平均蚀退距离3.5 m；养滩后6个月滩肩线全部蚀退，最大蚀退4.8 m，平均蚀退3.6 m，低潮线也全部呈现蚀退现象，平均蚀退距离3.4 m；养滩后10个月岸线较之前相比蚀退距离明显变小；养滩后14个月滩肩线全部蚀退，平均蚀退距离3.8 m，低潮线处有淤进也有蚀退，呈“波纹式”，但整体以淤进为主；养滩后18个月滩肩线及低潮线蚀退明显，特别是低潮线处有侵蚀加剧的趋势，可能是风暴潮所致。

表1　不同时间段各剖面滩肩线变化情况（1.6%m高程线）m

表2　不同时间段各剖面低潮线变化情况（-1 m高程线）m

2.1.2老虎石二浴场

由表1、表2可以看出，老虎石二浴场养滩后除L15剖面滩肩处在养滩之初蚀退严重外，其余剖面在监测期间几乎全部呈淤进趋势，这可能是初填的沉积物较松散，易受水动力作用被搬运，同时老虎石岬头阻挡了东侧来沙，使泥沙在此堆积，从而使得区域淤积现象明显。

2.1.3老虎石三浴场

养滩之初，滩肩线淤进，平均淤进23.6 m；低潮线同时淤进，平均淤进距离26.2 m，L21剖面处淤进最少。养滩后3个月，侵蚀明显，滩肩线最大蚀退距离9.9 m，低潮线最大蚀退8.1 m。养滩后6个月，滩肩线全部蚀退，最大蚀退距离7.5 m；低潮线东侧淤进，西侧蚀退。养滩后10个月，滩肩线处中间蚀退，两侧淤进；低潮线全部蚀退，最大蚀退距离5.7 m，自西向东蚀退强度减弱。养滩后14个月，L21剖面滩肩淤进9.1 m，其余全部蚀退；低潮线西侧蚀退，东侧淤进，蚀退距离大于淤进距离。养滩后18个月，滩肩有侵蚀有淤积；低潮线处全部蚀退且蚀退加剧，可能是受风暴潮的影响。

2.2横向剖面演化特征

用剖面分析模型对养滩前（2013年3月）、养滩初、养滩后3个月（2014年8月）、养滩后6个月（2014年11月）、养滩后10个月（2014年3月）、养滩后14个月（2014年7月）、养滩后18个月（2014年11月）的海滩剖面形态变化（图3）及单宽体积变化（表3、图4）进行对比分析。

养滩之初，海滩迅速向海淤进延伸，单宽填沙量介于6.96～132.9 m3/m之间，平均单宽填沙量76.71 m3/m，是短时间内滩肩大量填沙所致。

养滩后3个月除剖面L11、L13、L15淤积外，其他全部剖面侵蚀明显，单宽侵淤量介于-28.9～25.48 m3/m之间，整体上平均单宽侵蚀量10.06 m3/m，L4剖面处侵蚀最为严重，L11剖面处淤积量最大。

图3　养滩前后不同时期的剖面变化

养滩后6个月，剖面L11、L13、L15、L17处淤积，自西向东淤积量明显减少，是老虎石天然岬头阻挡沿岸输沙所致。其他剖面全部侵蚀，单宽侵淤量介于-23.44～18.88 m3/m，整体平均单宽侵蚀量3.91 m3/m，L19剖面附近侵蚀最为严重，L11剖面附近淤积量最大。

养滩后10个月海滩整体以侵蚀为主，只在L11剖面存在淤积现象，单宽侵淤量介于-28.0～4.65 m3/m之间，平均单宽侵蚀量11.55 m3/m，与养滩后6个月相比，侵蚀明显加剧，L19剖面侵蚀最为严重。

养滩后14个月海滩整体几乎趋于侵淤平衡状态，单宽侵淤量介于-13.61～7.8 m3/m，平均单宽侵蚀量0.79 m3/m，L17剖面侵蚀最为严重，L13剖面附近淤积量最大。

养滩后18个月海滩整体侵蚀加剧，与之前发生的风暴潮有关，单宽侵淤量介于-13.58～19.51 m3/m，平均单宽侵蚀量2.44 m3/m，老虎石一浴场侵蚀明显，老虎石二、三浴场除L19剖面侵蚀外，其他剖面均淤进。

总的来说，相比填沙之初，老虎石二浴场呈现明显淤积，是老虎石岬头阻挡了东侧来沙，使泥沙在此堆积。老虎石一、三浴场海滩则呈现明显的侵蚀，平均单宽侵蚀量约52.1 m3/m，占补沙总体积的54.8%，与补沙后滩肩的侵蚀情况大体一致。

2.3岸线演变趋势

本次养滩工程涉及的老虎石浴场海岸地形条件较为复杂，为了通过数值模拟最大化地还原实际条件，本次建模对老虎石浴场海岸情况进行了详细的处理：海滩上的礁石概化为海堤（阻止海滩进一步后退），近岸的礁石概化为离岸堤或离岸潜堤（削减波浪），伸出海岸的礁石概化为丁坝（引起波浪绕射、阻止沿岸输沙）。

GENESIS模型参数设置如下：闭合水深DC= 7 m，滩肩高度DB=2 m，平均粒径D50=0.5 mm，经验参数K1=0.76，经验参数K2=0.38。波浪资料为工程区域外海的波浪测站2013年的测量结果。

在工程后3~5 a的时间内，岸线形状基本稳定。老虎石三浴场海滩在自东向西的沿岸输沙的作用下，岸线持续后退，部分海滩已经后退到养滩前位置。老虎石二浴场海滩堆积了绝大部分来自于东段海滩的泥沙，海滩面积持续增长，工程5 a后岸线已经较完工时向海推进40 m左右。老虎石一浴场海滩的填沙与老虎石三浴场一样持续流失，但流失程度轻于老虎石三浴场，部分填沙得到保留。

图4　不同时间段各剖面单宽侵淤量变化（-1m高程线以上）

图5　 岸线演变趋势预测

2.4填沙体积变化

图6　不同时期填沙加权单宽保存体积变化

填沙3个月后所填沙的体积损失了约13.11%，6个月后损失5.1%，10个月后又损失15.06%，之后侵蚀量开始减小，填沙10～14个月几乎没有侵蚀，之后受风暴潮的影响侵蚀有所加剧。填沙1年半后约保存62.5%，养滩效果良好。

3　海滩演化原因分析

滩肩补沙、建造潜礁岬头及营造水下沙坝会影响所在海域附近的波浪场、潮流场特征，较大程度改变了区域内的环境动力条件以及邻近沉积物的分布，使得海滩地形地貌迅速发生了较大程度的改变。Kana等对Hunting Island海滩养护研究发现，养护2~3 a后侵蚀仍非常严重[5]。新填的海滩剖面与平衡剖面相比较陡，而且填沙松散沉积，相比原始海滩沉积物更容易受环境动力作用的影响，轻易就被搬运输移，在短时间内侵蚀明显[6-8]。沙滩的侵蚀位置一般发生在低潮线以上，但由于不同海滩区域动力条件、地形地貌及施工等因素的差异，人工养护后海滩的变化也不同。

研究区填沙区沿岸输沙主要受SE、ESE向波浪影响，净输移方向有NE指向SW[9]，在养滩初期，老虎石一浴场由于老虎石陆连岛垂直于岸线并未形成较大的波影区，且下游泥沙缺乏有效的阻挡，海滩沙向北戴河西海滩流失，岸线不断后退，直至老虎石陆连岛的掩蔽作用和礁石的挡沙作用能够与泥沙流失平衡。老虎石二浴场海滩内凹于平直岸线，并受其西侧老虎石陆连岛的影响，该段海滩向西的泥沙输运被阻断，故在自东向西的沿岸输沙的作用下，该段海滩拦截了绝大多数来自于东段海滩的泥沙，海滩面积迅速增长，坡度较缓且季节性变化较为明显，然而随着老虎石三浴场海滩趋于平衡状态，本段海滩的淤进速度会有所减慢，直至达到平衡状态。老虎石三浴场岸线较为平直，在自东向西沿岸输沙的作用下工程所填沙逐渐向L11~L15处输移，从而岸线后退，但由于该段岸线处礁石的影响，岸段东侧滩肩线略有淤积。

总的来说，养滩后3个月内侵蚀现象最为严重，养滩3个月后，海滩侵蚀状况在时空上有明显差异，排除人为因素，侵蚀量明显减小，冬季侵蚀加剧，1年后海滩形态逐渐向平衡剖面靠近（排除人为因素及风暴潮影响），较为适应当地水动力条件，侵蚀量较小。

Dean认为海滩从养护后到成熟再到衰退的过程至少需要5～7 a[6]。根据以上分析可以看出，填沙区的海滩目前处于严重侵蚀的初始阶段，填沙后3个月侵蚀最为严重，随后侵蚀量逐渐减少（排除人为因素及暴风浪天气），局部出现淤积现象，1年半后填沙体积保存62.5%，养滩效果较好，但仍需要进行持续的监测及分析。

4　结论

（1）养滩初，沙滩迅速向海淤进，平均单宽淤积量为76.71 m3/m，养滩后3个月是沙滩侵蚀最为严重的阶段，除老虎石二浴场淤进外，其他岸段侵蚀距离为1.4～12.4 m，沙滩整体平均单宽侵蚀量为10.06 m3/m，3个月后侵蚀速率逐渐减小，由于冬季波浪作用较强，侵蚀加剧。1年半后沙滩整体上遭受侵蚀，滩肩平均蚀退10.6 m，填沙保存体积约62.5%。

（2）研究区冬夏季节波浪作用不同，夏季涌浪为主，风浪较弱，海滩侵蚀相对较弱，冬季风浪为主，涌浪较弱，对海滩的侵蚀强度相对较强。

（3）养护后的海滩从侵蚀剧烈到侵蚀逐渐较弱至平衡态需要相当长时间的演变。老虎石及邻近岬湾海岸人工养滩工程后，不同位置侵淤状况不同，整体海滩宽度都宽于养滩前岸线。但海滩整体宽度不均衡，易造成侵蚀部分岸线后退而淤积部分坡度过缓，因此建议对侵蚀部分岸段采取保沙措施或根据侵蚀量进行二次填沙养护。

[1]季子修.中国海岸侵蚀特点及侵蚀加剧原因分析[J].自然灾害学报，1996，5（2）：65-67.

[2]FARLEY P.Coney Island public beach and boardwalk improvements[J].The Municipal Engi-neers Journal，1923，9（4）：136.

[3]VALVERDE H R，TREMBANIS A C，PILKEY O H.Summary of beach nourishment episodes on the U.S[J].East Coast Barrier Island Journal of Coastal Research，1999，15（4）：1100-1118.

[4]HANSON H，BRAMPTON A，CAPOBIANCO M，et al.Beach nourishment projects，practices，and objectives-a European overview[J].Coast Engineering，2002，47：81-111.

[5]KANA T.W.，MOHAN R.K..Analysis of nourished profile stability following the fifth Hunting Island（SC）beach nourishment project[J].Coastal Engineering，1998，33（2）：117-136.

[6]DEAN R.G..Beach Nourishment:Theory and Practice[M].New Jersey：World Scientific，2003.

[7]常瑞芳.海岸工程环境[M].青岛：青岛海洋大学出版社，1997.

[8]包敏，王永红，杨燕雄，等.北戴河西海滩人工养护前后沉积物粒度变化特征[J].海洋地质动态，2010，26（9）：25-34.

[9]刘建涛，刘会欣，杨燕雄，等.北戴河人工喂养海滩的演化特征[J].海洋地质前沿，2013，29（2）：37-44.

（编辑：程俊）

Evolutionary Features fore-and-aft Artificial Nourishment Project of Laohushi Beach

Zhao Youpeng,Li Na,Qiu Ruofeng,Ren Xuguang
（Qinhuangdao Mineral Resource and Hydrogeological Brigade,Hebei Geological Prospecting Bureau, Qinhuangdao Hebei 066001,China）

Taking Laohushi Beach of Beidaihe as an example,carried out long-term monitoring and studies on the changing trends of beach profiles with a profile analysis model,and analyzed the evolution trends of beach after artificial nourishment project.The research results showed that the beach was obviously eroded in the first three months and then the erosion rate obviously reduced three months after beach nourishment project,and the beach almost achieved a dynamic equilibrium between eroding and depositing fourteen months after artificial nourishment project.A year and a half after artificial nourishment project,the width of beach berm was increased by 16.2 meters on average compared with that before artificial nourishment project,and 62.5 percent nourishment sand was preserved.These results above indicated that the artificial nourishment project has obtained good effect and successful experience.

Qinhuangdao,Laohushi Beach,artificial nourishment,profile change

X171.411

A

1008-813X（2016）01-0069-05

2015-10-08

河北省科学技术研究与发展计划《北戴河海滩恢复治理关键技术研究与示范》（11276709D）

赵友鹏（1990-），男，山东乳山人，毕业于中国海洋大学地质学（海洋）专业，助理工程师，主要从事海洋地质学方面的研究。