北海某码头海岸侵蚀机理及防护方法分析

陈胜前 王家全 江日光 史思佳

摘要：海岸侵蚀作为一种全球性的海岸地质灾害，长期以来备受全世界沿海国家和地区的持续关注，越来越多的学者对海岸侵蚀灾害的发展和变化进行研究，并致力于提出相关的防治对策以减少人民生命财产的损失。根据北海市海岸带地区有关地质资料及海洋水文资料，采用实地调查、剖面监测、海图及地形图对比、取样分析等技术手段，研究北海市围填海区某码头海岸侵蚀淤积特征及机理。同时从围填方式、物质结构组成、水动力改变情况等3个侵蚀影响因素的角度对侵蚀机理进行初步分析。研究结果表明：该码头岸段出现不同程度的侵蚀破坏，具体侵蚀现象表现为海滩颗粒粗化、滩面下蚀、岸线后退，并伴有明显陡坎发育;最后提出围填海海堤相关防护对策。

关键词：海岸侵蚀;围填海;影响因素;海堤;防护方法

中图分类号：TU457;P737.1DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2020.01.009

O 引言

由于海岸侵蚀对生态环境破坏严重，会降低海岸的防护能力，且给海洋生态带来的破坏大多具有不可逆性，长期以来受到国内外学者的持续关注和研究。国外对海岸侵蚀研究起步较早，我国直到上世纪80年代后期，相关科学研究才逐渐展开。李文善等根据海洋站监测数据及相关调查，分析了辽东湾沿岸海岸侵蚀情况，并预测该地区在将来海平面上升时的海岸侵蚀影响。田会波等根据详细的海岸监测资料和实地调查，分析了海岸侵蚀的现状及原因并对其侵蚀演变规律进行研究。石海莹等通过监测资料和实地调查，选取典型侵蚀岸段进行侵蚀特性分析，得出海南岛不同岸段侵蚀的影响因素不同。陈章楷研究了不同沙滩和波浪条件下海岸防护措施的相关设计方法，优化了具体T程措施中的设计参数。刘勇等基于GPS、GIs及现场调查等多元数据对山东岛海岸侵蚀淤积演变特性进行研究。于德海等根据现场调查资料，对辽东半岛海岸侵蚀淤积情况及发育特性进行了研究，并对侵蚀等级进行了划分。惠静等基于海洋营养物对海洋系统的影响研究，分析系统平衡点的稳定性及动力学行为，得出营养物的输入对海洋生态影响巨大。Karamarathna等采用数学模型方法分析预测海岸侵蚀状况，Cozannet等指出通过科学合理地评估海平面上升状况下海岸侵蚀发展状况，对海岸带综合治理具有重大促进作用。

目前，国内有不少学者对广西沿海地区进行了海岸侵蚀的相关研究。姚子恒基于岸线剖面监测数据及遥感影响等多元资料对涠洲岛海岸侵蚀进行相关研究，分析了侵蚀的主要影响因素并提出有针对性的防护建议。黄鹊等基于历史图件对比方法和Bruun法则对广西北海银滩岸线的侵蚀进行评估和预测。李明杰等基于历史资料结合数值模拟分析了风暴潮和大潮对涠洲岛西南部沙滩侵蚀的影响。张晓浩等基于高精度监测数据进行了定量分析研究，得出涠洲岛南部海岸出现大部分形变，其中砂质海岸形变程度最为严罩。

综上所述，关于围填海T程建成后对海岸的侵蚀影响研究较少，对围填海形成的人工海岸侵蚀机理及主要影响因素还有待进一步深入研究。在已有监测资料基础上，通过实地调查和取样分析等技术手段，对北海地区某码头附近海岸侵蚀机理进行研究，从不同角度探讨海岸侵蚀影响因素，并提出相关防护方法。

1 北海某围填海码头地质环境条件概况

1.1自然地况

该码头位于北海市，如图1所示，码头平面轮廓近似为长方形，长约350～450m，宽约200～250m，采取部分围海造地方式修建而成，并采取传统硬性防护措施，整体工程于2012年竣工，该码头东面、北面为砌石坝护防，其中图2为码头某岸段防护结构，西面为不围护的自然岸段，南面为志留系泥质粉砂岩、泥岩基岩海岸，地形坡度5°～20°。

1.2该地区海洋水文特性简况

该海区的潮汐类型为不正规的全日潮海区，根据北海站1996—2015年验潮资料统计，该海区平均海平面0.35m（1985国家高程基准，下同），最高高潮位为3.36m，最低低潮位为-2.15m，平均高潮位为1.65m，平均低潮位为-0.85m。多年平均潮差为2.46m，最大潮差为5.36m。该海区具有潮差大、各季节潮差夏季大春季小的特点。

根据调查资料显示，涨潮时，潮水往东北方向流至冠头岭附近海域时分成北、东向两支流分别向廉州湾和铁山港湾方向流去;落潮时，从廉州湾和铁山港湾方向分别往南和西方向流动的两支流流至冠頭岭附近时汇聚后继续朝西南方向流入。平均流速一般在20～50cm/s，落潮流速大于涨潮流速，其差值可达10cm/s以上。最大落潮流速超过100cm/s，最大涨潮流速不到91cm/s。

由北海地角测波站资料统计可知，北海市北部沿岸海域其常浪向NNE方向，频率18.9%;次浪向WSW方向，频率11.9%;强浪向N及偏N方向，实测最大波高H₁分别为2.0m（N）、1.5m（NNW）、1.4m（NNE）;次强浪向SW方向为1.3m。

2 沙滩侵蚀演变及破坏机理分析

2.1沙滩侵蚀演变

根据监测数据及现场勘查对比分析，如图3和图4所示，原始海岸的沙滩仅6年全部消失，吹填后不经过防护，海岸侵蚀作用逐步增强，直到坡角4°～8°后达到基本稳定。根据实地测量数据，选取其中3段实测沙滩剖面进行沙滩剖面演变的分析研究。其中靠近码头A剖面侵蚀作用明显，形成1.3m陡坎;B剖面侵蚀作用相对减弱，形成0.5m陡坎;距码头较远处C剖面侵蚀作用较弱，无明显陡坎发育，岸段基本处于相对平衡状态。原始剖面在早期的侵蚀作用下，海岸达到暂时的动态平衡状态，并发育陡坎。随着外部条件的改变，新的海洋动力对由早期侵蚀作用形成的陡坎冲击作用增加，对陡坎底部进行冲击搬运作用，从而导致沉积物坍塌，海岸线后退坡度4°～8°后才基本达到新的海岸动态平衡。

2.2围填海沙滩侵蚀机理分析

2.2.1围填方式

该码头是由吹砂填海的方式所形成，吹填方式为先围后填（东面、北面砌石坝围护），西面为不围护，天然吹填，南面为海岸带。从现场调查发现，砌石围护稳定性较好，没有发生崩塌、滑坡及侵蚀作用;不围护地段，坡肩崩塌较严重，中、下岸段侵蚀比较严重。

2.2.2物质结构组成

海岸的自身性质是海岸侵蚀发生的基础条件，其中物质组成与侵蚀发生密切相关。通过对海滩现场剖面测量，选取某岸段不同位置靠海处和靠岸处砂样进行试验分析，获得沙滩砂样相关参数。通过试验分析，如表1所示，发现砂样总体特征为中粗砂居多，含部分细砂，白色及灰黑色，贝壳碎屑含量较多。通过现场调查，发现该码头区域横向从岸到海，砂样粒径范围总体上表现出由粗到细的趋势，也出现部分细粗交替变化，如图5所示：纵向剖面底部出现粗细交替变化，中部含大量贝壳碎屑。海岸颗粒物的结构组成与潮汐作用密切相关，涨潮时，水平方向通过潮流作用将海岸大量细砂携带至海水中，垂直方向上通过潮汐作用对砂质剖面进行不断的冲刷，掏蚀;落潮时，水平和垂直方向大量细砂被带人海中，进而导致海岸砂样颗粒粗化并伴有侵蚀陡坎发育。从物质组成上来看，该码头砂质海岸松软，抗冲击能力较弱，在波浪荷载及海水侵蚀作用双重影响下，极其容易出现海岸侵蚀特征，产生明显的侵蚀陡坎，海滩砂粒粗化。

2.2.3水动力环境变化

该码头采取围填海方式建成，占据海滩原有滩面，自然岸线缩短，人工岸线增长，对海滩结构造成破坏。水动力环境的改变对海岸侵蚀淤积情况影响较大，新岸线的形成改变了附近海域的岸形和水深，将对附近局部海域的水动力条件产生一定影响。相关人工海岸的破坏机理研究中，石海莹等通过遥感技术及岸线监测资料对比，研究海南岛沿岸建设人工岛某岸段两个填海项目对附近岸段侵蚀淤积影响，结果表明：人工岛建成后水动力发生改变，导致附近岸段侵蚀作用明显加强。林雪萍运用MIKE 21数值模拟海南岛某地人工岛形成前后附近砂质海岸水动力改变情况及冲淤情况，结果表明：人工岛形成后海滩动态平衡因波浪荷载等变化而受到影响，岸边沙滩冲淤情况发生明显变化。由此可见，水动力环境的变化，对人工海岸的稳定影响非常大。

通过对北海某码头建成前后岸線对比分析，发现围填海码头对原始海岸线造成了不同程度的影响。原始海岸线平直，水动力作用较弱，该岸段处于基本稳定状态。围填码头建成几年后，水动力情况发生明显改变，码头附近岸线产生明显变化。涨潮时潮水往东北方向流至冠头岭附近海域时分成北、东向两支流分别向廉州湾和铁山港湾方向流去。码头建成后阻断了潮流的原有流动路径，导致码头西面附近区域波浪冲刷作用显著增强，从而海水携带砂土颗粒的作用增强，海岸大量细粒砂土被冲刷带走，出现明显的颗粒粗化现象，剖面侵蚀陡坎底部掏蚀作用增强，直接加快了码头西面附近海岸侵蚀作用。原有海岸侵蚀淤积情况发生明显改变，原始海岸以淤积为主变成侵蚀为主，人工海岸侵蚀淤积逐步达到相对平衡。此外，该码头附近海岸成为人们较好的旅游休闲场所，也会导致沙滩原有平衡系统破坏，破坏沙滩原有泥沙供应，导致部分沙滩面临消亡的威胁。

3防护方法分析

3.1开展沙滩养护与恢复工作

由于海滩侵蚀作用的加剧，导致原有海滩原始面貌发生改变，海滩砂粒出现粗化现象，从而影响海滩旅游价值，因此需要开展沙滩养护相关工作。常见沙滩养护与防护工程组合形式见表2.该码头海滩旅游价值相对不高，采用人工养滩等措施花费较高，综合考虑下，建议生活及旅游设施应尽量远离沙滩建设，避免在沙滩滩面、滩肩等位置建设生产、生活设施。

3.2科学合理地建设海岸防护工程

目前海岸主要防护措施分为硬质防护和软质防护两大类，如表3所示。应根据不同类型海岸侵蚀状况的不同，选取不同的防护方式;由于不同海岸发展需求不同，也可选择硬防护和软防护相结合的组合防护措施。该码头海滩主要侵蚀区为码头西面附近区域，码头东面及北面因采取相应防护措施，涨潮时潮流主要由西南往东北方向流去，如图3所示。硬防护措施方面，建议在该码头剖面B与剖面C岸段之间修建1～2条丁坝，用以抵挡和减弱附近海域海洋动力，起到减小侵蚀作用的目的;也可以在侵蚀作用明显岸段，即剖面A与剖面B间修建潜堤或离岸堤，这样既能有效消耗减小波浪作用产生的波能，减弱对海岸的冲刷作用，同时也能促进堤后波影区泥沙的淤积，从而促进海岸侵蚀淤积动态平衡。软防护措施方面，建议采取修建防护林方式，可在海岸沿线种植碱茅等耐盐碱植物，起到加固沿岸砂土的作用，同时优化生态环境。综合所述，可采用海堤与修建防护林，丁坝与修建防护林相结合的防护措施来进行海岸防护，这样既实现了海岸的防护，同时经济效益良好且利于生态保护。

3.3加强滨海沙滩侵蚀及其影响评估工作

在已有研究资料基础上加强海岸带监测，通过有针对性的海岸带综合地质调查，及时有效地掌握侵蚀实时状况。查明海岸带环境地质问题发育规律及变化趋势，为类似海岸带环境保护和可持续性发展提供有力支撑。

4结论

1）该码头不同岸段发生不同程度侵蚀破坏，海滩颗粒出现粗化现象，沙滩平面侵蚀主要表现为滩面下蚀和岸线后退，剖面上陡坎发育。

2）侵蚀作用由自然因素和人类活动共同影响，从围填方式、沙滩物质组成、水动力改变等多个影响因素的角度分析海岸侵蚀原因，人类活动起主要作用，自然因素缓慢但持续地影响着海岸生态环境。其中水动力环境改变对附近砂质海岸侵蚀影响作用较为显著，使得附近砂质海岸侵蚀作用加剧，原始海岸以淤积为主变成侵蚀为主。

3）针对该码头附近海岸侵蚀现状，提出进行硬防护措施以减弱附近海域水动力，采用软防护措施起到加固沿岸砂土作用，并采取软硬结合防护措施进行综合治理从而减弱海岸侵蚀的影响。