山东省滨海沙滩现状调查

刘宗宇, 杨丽中, 乔守文, 石洪源, , 尤再进, , 杨 乐

(1. 鲁东大学 土木工程学院, 山东 烟台 264025; 2. 鲁东大学 港口海岸防灾减灾研究院, 山东 烟台264025; 3. 青建国际集团有限公司, 山东 青岛 266000)

沙滩是砂、砂砾和卵石等松散沉积物形成的堆积体[1]。滨海沙滩岸线平顺、坡缓水清, 常伴有沿岸沙坝和潟湖, 是发展旅游的良好场所[2]。2018 年, 我国海洋生产总值为8.3 万亿元[3], 沿海海滩观光、休闲等活动是滨海旅游产业发展的关键点。滨海沙滩资源的合理开发、利用是滨海旅游经济发展的必然决策。

自20 世纪50 年代以来, 我国有70%左右的滨海沙滩遭受侵蚀[4], 20 世纪70 年代开始, 山东省的滨海沙滩也开始面临侵蚀的问题[5], 对于山东省沙滩的侵蚀与保护研究工作也相继开展。夏东兴等[6]分析了我国海岸侵蚀的基本特征, 并提出了海岸侵蚀的原因。印萍等[7]通过青岛沙子口湾海岸实地测量的数据, 研究了泥沙运动和海岸侵蚀的原因。徐宗军等[8]利用前人调查总结的数据, 结合自己的分析, 讨论了山东半岛和黄河三角洲海岸侵蚀原因及特点, 并提出防治对策。杨继超等[9]通过对威海市滨海沙滩的实地调查, 分析了滨海沙滩侵蚀的现状和原因。庄振业等[10]探讨了环渤海砂质海岸侵蚀概况, 并且据此提出了海滩养护的几种方法。李兵等[11]通过实地勘测调查对山东省砂质海岸侵蚀原因进行了讨论, 并分析了现有的保护措施。李广雪等[12]于2010 年对山东省砂质海岸进行了统计调查, 分析了山东省滨海沙滩的类型、分布情况以及开发利用现状, 并对山东省滨海沙滩进行了质量评价。通过滨海沙滩侵蚀原因的揭示以及各种沙滩防护研究工作的展开, 这表明, 当今社会对滨海沙滩的重视程度日益加深。但是滨海沙滩的变化是一个持久的过程, 需要不间断的观测, 并与前人的调查结果进行对比, 来揭示滨海沙滩的最新现状, 这样才能为进一步的开发和保护滨海沙滩提供科学的支持。在此背景下, 项目组于2019 年6 月—8 月, 通过现场观测沙滩现状、开展沙滩剖面测量、采集沙滩表层沙样、结合卫星遥感资料等方法, 揭示山东滨海沙滩现状, 对山东省滨海沙滩特征进行最新的调查评价。

1 调查区域及研究方法

山东省海岸线总长度3 345 km[10], 其海岸带因受构造沉降和黄河的影响, 以莱州虎头崖为界, 虎头崖西侧为粉砂淤泥质海岸, 而基岩和砂质海岸的分布范围为虎头崖东侧沿海岸线一直到日照市岚山头, 长度约占山东海岸线总长度的2/3, 砂质海岸是主要的类型[10]。根据前人总结分析将山东省滨海沙滩分为三种类型: 岬湾型海岸发育的沙滩、沙坝潟湖海岸发育的沙滩、夷直型海岸发育的沙滩[5]。岬湾型海岸发育的沙滩多在湾底, 成凹弧型, 其长度和宽度都较小, 但是坡度较大[13]; 沙坝潟湖型海岸发育的沙滩多长度较长且顺直, 常伴有潟湖、沙丘[9]; 夷直型海岸发育的沙滩长度和宽度较大, 且坡度较小,潟湖、沙嘴或沿岸沙坝等堆积地貌或岩礁、砂砾滩等强侵蚀地貌较少见[13]。

2019 年6 月至8 月, 课题组从山东省潍坊市经济技术开发区出发, 结合遥感影像和历史资料, 沿山东省海岸线开展滨海沿线沙滩观测工作, 对沙滩岸线长度≥50 m, 宽度≥5 m 的沙滩进行记录(长度是指滨海沙滩所处岸线的长度, 宽度为滨海沙滩潮间带的平均宽度[12]), 途径东营、烟台、威海、青岛,最终到日照市绣针河。

该项目主要应用RTK-GPS 高程仪采集沙丘-海滩剖面的高程数据, 山东省于2010年建成了自己的CORS系统, 沿海岸线覆盖了精密的CORSNET-NSW NRTK网络定位系统, 以确保RTK-GPS 的测量精度[14]。利用GPS 相机记录沙滩地点、名称、观测时间以及实时潮位等信息。在实际测量中, 剖面布设规则为: 沙滩长度小于2 km, 设置一条控制剖面, 取沙滩中部进行控制剖面的设置; 沙滩长度大于2 km, 设置3 条控制剖面, 取沙滩中部以及两侧进行控制剖面的设置[12,15]。测量的原则及方法为: 对于有明显标志建筑物的沙滩, 应选择台阶、路灯、等标志建筑物作为剖面起点; 对于无明显标志建筑物的沙滩, 应选择直立墙或护岸上方、植被覆盖的区域作为剖面起点。今后对同一沙滩重复测量时, 每次利用RTK-GPS 高程仪找出第一次测量时初始的坐标, 开展测量工作。剖面起点选择完毕后, 定一条与海岸线垂直的直线作为剖面线(图1), 并将2 至3 根标杆相隔一定距离(距离间隔由沙滩宽度而定)插在剖面线上, 使标杆、起点在同一直线。然后由测量人员从陆上由剖面起点开始向海徒步定点测量, 每0.5 m 至1 m(地形变化不明显时测量间隔点可疏松、地形变化明显时测量间隔点应密集)进行点测定。进行海边徒步定点测量时, 水下–1 m 作为测量结束水深; 由于海风、波浪等原因导致测量深度无法到达上述深度时, 可视情况结束测量并进行数据的保存。

图1 现场数据采集过程Fig. 1 Field data collection process

2 调查结果

据2019 年调查统计, 山东省滨海沙滩总个数为148 个, 总长度约为335 km, 其中烟台市沙滩海岸线长度约为 151 km; 威海市沙滩海岸线长度约为111 km; 青岛市沙滩海岸线长度约为42 km; 日照市沙滩海岸线长度约为31 km, 而滨州、东营和潍坊三市基本没有沙滩。其中沙滩海岸线长度≤1.0 km 的67 个, 1.0～5.0 km 的62 个, >5.0 km 的19 个(图2)。自然形态、未经人工干预的滨海沙滩个数有44 个,累计沙滩海岸线总长度约为73 km; 经过人工干预的滨海沙滩个数有104 个, 累计沙滩海岸线总长度约为262 km。

图2 沙滩长度占比图Fig. 2 Beach length ratio chart

对比前人调查结果, 对沙滩海岸线长度5 km 以上的沙滩(图3)进行了统计, 分析其十年间长度与开发程度的变化(表1)。

图3 山东省滨海沙滩分布图(5 km 以上)Fig. 3 Map of coastal beaches (over 5 km in length) in Shandong Province

表1 山东省滨海长沙滩十年间长度及开发状况对比统计(长于5 km 的沙滩)Tab. 1 Comparison and statistics of the length and development of the coastal long beach in Shandong Province in the past ten years (beach longer than 5 km)

从表1 中可以直观的看出沙滩海岸线长度随着时间推移都有不同程度的减小, 减少程度最严重的为青岛胶南市古镇口, 该地区曾大力发展养殖业,致使沙滩表面布满养殖池, 沙滩几乎全部破坏。在2010 年, 有14 个沙滩未作为旅游资源开发, 已经开发的沙滩个数为10 个; 而到2019 年, 已开发的沙滩已经增长到16 个, 占沙滩总数(5 km 以上)的66.7%,而未经开发的沙滩, 经现场调查发现, 多进行养殖活动。

续表

3 山东滨海沙滩存在的问题

在现场调查时, 由于人类对滨海沙滩的粗犷式开发, 盲目地消耗海洋资源, 没有严谨的科学论证和合理的长远规划, 导致滨海沙滩的平衡系统受到严重威胁, 沙滩面临消失的危险, 严重影响了滨海沙滩的持续利用与发展[16]。

3.1 自然因素导致的问题

(1) 风暴潮

山东属于温带季风气候, 夏季盛行偏南风, 炎热多雨; 冬季多偏北风, 且风速较大, 寒冷干燥, 因此易受到北方强冷空气的影响, 山东省年均约有1.1 次台风、3.2 次寒潮过境[17], 而由此引发的风暴增水和大浪会在短时间内增强海洋动力的破坏能力, 对滨海沙滩造成严重的影响。当风暴潮的波浪破碎时, 沙丘底部的泥沙会被爬上沙滩的波浪掏空带走, 导致沙丘的前部倒塌, 而倒塌的沙丘泥沙会被岸滩回流水带走, 并在离岸处堆积, 因此导致大量的海滩沙和沙丘泥沙离开岸滩, 从而造成沙滩-海岸被侵蚀[15]。但相比于夏季台风, 秋冬季节寒潮大风更为频繁,且持续时间更长, 所以冬季侵蚀大部分可在夏季得到恢复。然而由于频繁的人类活动, 这种平衡体系已经被打破, 使风暴潮造成的侵蚀没有办法进行自我恢复。导致沙滩被破坏侵蚀[16]。1992 年8 月的热带风暴(Polly)引起的风暴潮使山东半岛砂质海岸侵蚀后退3～12 m, 最大侵退距离30 m 以上[18-19]; 2011 年6 月的热带风暴“米雷”(Meari)使威海荣成市天鹅湖沙滩滩面平均下蚀1.1 m, 后部永久侵蚀陡坎由0.8 m增高至1.8 m[9]; 2019 年8 月的热带风暴“利奇马”(Lekima)过后, 威海乳山白浪沙滩(图4)被破坏侵蚀。

图4 台风“利奇马”过后在乳山市白浪拍摄到的侵蚀陡坎Fig. 4 Eroded scarp seen in Bailang, Rushan City after typhoon Lichima

(2) 浒苔灾害

浒苔自2007 年爆发至现今, 已经连续13 年登陆山东半岛南部海岸。浒苔5 月中下旬诞生于黄海南部浅滩筏式养殖区, 6 月至7 月中旬进入浒苔暴发的高潮期, 7 月下旬至8 月上旬进入消亡期, 浒苔一般生命周期会经过“出现→发展→暴发→治理→消亡”的发展过程。浒苔前期主要表现为零星和小斑块分布, 然后通过繁殖和汇聚逐渐发展为条带状和大斑块分布, 最后大规模覆盖在近海区域及滨海沙滩上(图5)。浒苔的大量聚集遮挡海水中了光照, 消耗水中的溶解氧, 造成其他藻类的大量死亡, 对生态系统和养殖业产生巨大的影响, 同时严重影响滨海景观, 干扰沿海旅游观光和水上运动的进行, 并且对沿岸居民的生产生活也造成了一定的影响[20-21]。以青岛市为例, 据统计2016 年青岛市海水养殖业损失高达48 亿元; 而滨海旅游环境价值损失在12.12 亿元～21.36 亿元, 占2016 年青岛市旅游总收入的0.8%～1.5%[22]。

图5 大片浒苔覆盖在沙滩表层Fig. 5 Beaches covered with canola

3.2 人为因素导致的问题

(1) 海岸天然屏障破坏

滨海沙滩的风成沙丘及其上发育的植被带, 是海洋系统向陆地系统过渡的重要地带和沙滩沙量平衡体系的重要环节, 也是阻挡海洋动力以及风沙的最后屏障[16]。山东省滨海沙滩主要分为旅游型开发和渔业性开发, 其中旅游型开发占比61.5%, 渔业性开发占比35.6%, 因此调查中发现滨海沙滩后部常有扩建的养殖厂房(图6a)或者修建的休闲场所(图6b)等, 这导致海岸天然防护屏障被破坏, 使沙量支出增大, 海岸线侵蚀后退。

图6 修建在滨海沙滩后部的不合理的建筑物Fig. 6 Unreasonable buildings at the back of beaches

(2) 不合理的海岸工程

海岸硬防护指的是在岸边建造固体的海岸工程建筑物对海岸进行防护, 包括护岸、丁坝、离岸堤等建筑物。硬防护工程虽然可以在一定程度上阻止岸线后退,但是不合理的防护工程只会加剧海岸侵蚀, 破坏地质地貌, 并且对生态环境造成一定的影响[9,11,23]。1971 年建造的1 500 m 长的日照岚山头佛手湾突堤导致其北侧淤积泥沙17.8×104m3, 而突堤南侧则侵蚀掉泥沙13× 104m3[24]。建在烟台市烟台山宾馆前的直墙式护岸虽然可以起到一定的防护作用, 但是每当大浪来袭时,由于护岸的阻挡, 都会激起10～20 m 高的海浪并侵蚀海滩, 导致该处的沙滩已经消失[25]。

(3) 沙滩滩面垃圾

近年来, 随着我国沿海地区的经济迅速发展,人类活动的范围日益扩大, 且活动频率日趋频繁,但是对海洋环境意识薄弱, 导致建筑垃圾、生活垃圾、养殖垃圾、微塑料垃圾(图7)等在滩面随处可见,严重影响了海域的环境, 导致近海域污染严重。

沙滩垃圾的危害不容小觑。首先沙滩垃圾易造成视觉上的污染, 而在滨海旅游已成为经济发展重要支柱的今天, 沙滩垃圾无疑已经成为了滨海旅游发展的一个巨大的威胁。其次, 我国正逐步“走向深蓝”, 海上活动日益频繁, 而沙滩垃圾会对海上各种活动造成巨大的安全隐患。滩面上废弃的渔网、塑料制品等垃圾会被海浪带向海里, 而船只螺旋桨易被这些海洋垃圾缠住, 损害船体和机器, 造成严重的危害[26]。

3.3 管理制度因素导致的问题

由于过于注重经济发展, 忽视了对滨海沙滩的合理利用与规划, 导致其被过度开发, 已经严重影响到滨海沙滩的可持续利用与发展。要想对这一问题进行有效控制, 就要建立起滨海沙滩开发相关问题的管理政策。由于我国在滨海沙滩开发问题的管理方面起步比较晚, 各方面政策与制度的制定及实施仍然与海洋强国有一定差距, 因此我们应该结合实际国情, 借鉴其他国家先进的管理经验, 制定合理、有效的管理政策与制度[27]。

4 山东省滨海沙滩合理利用与保护策略

随着社会经济的快速发展, 人类的活动已经严重影响到滨海沙滩的稳定性, 因粗犷式开发以及不合理的利用, 导致滨海沙滩越来越脆弱。因此, 合理的利用以及保护的重要性不言而喻。滨海沙滩保护和治理的核心是制定政策来限制人类粗犷式活动,同时给滨海沙滩动态调整和发育留下充足的空间。因此, 滨海沙滩的防护策略应主要包括制定科学、合理的沙滩规划方案、制定有效的管理政策、沙滩养护新技术的研究以及实践等[16]。

4.1 开展滨海沙滩养护与恢复工程

最好的滨海沙滩防护举措是降低人类活动对滨海沙滩的干扰, 拆除不合理的海岸工程以及违规建筑, 使沙滩通过自我调整和修复, 恢复到沙滩最原始的自然状态。可以设置人工岬角, 通过自然过程中堆积的泥沙对侵蚀岸段进行防护。对于有非常高的利用价值但侵蚀却极其严重的岸段, 可以采取人工补沙的手段, 在青岛、烟台等地的侵蚀沙滩修复过程中, 人工补沙已取得较好的效果[15,28]。

4.2 严格管控滩面垃圾, 美化环境

海洋垃圾的治理是多方面的, 首先政府部门应建立相关部门共同参与的协调机制, 并落实海洋垃圾管理责任制, 其次应制订相应的法律法规, 并及时落实, 并鼓励企业及个人进行对海洋垃圾进行监督, 以此来遏制肆意倾倒各种垃圾在沙滩及海洋中的行为。还应加强对居民、游客的宣传教育, 提高全社会预防和控制海洋垃圾排放的意识。制定严格的惩处措施, 对相关责任人进行严惩, 以此来达到从源头上制止海洋污染的行为, 达到美化海洋环境的最终目的[26,29]。

4.3 制定合理有效的政策及规划方案

对于滨海沙滩存在的问题, 必须加强对滨海沙滩资源的管理。政府应积极地协调、调动各个部门,明确各个部门的责任、使各个部门起到应有的作用,制定相应的法律法规, 建立行之有效的沙滩管理体制。在专家们的支持下, 科学地对滨海沙滩资源进行利用和开发, 在遵循可持续发展原则下, 缓和人类活动和沙滩环境之间的矛盾[15]。建立健全滨海沙滩开发的相关法律法规体系, 搞好全面综合的规划与管理。严格项目审批制度, 建立砂质海岸开发项目的动态监测机制[23]。

5 结论

(1) 山东省滨海沙滩总个数为148 个, 沙滩岸线总长度约为335 km。其中沙滩岸线长度≤1.0 km 的67 个, 1.0～5.0 km 的62 个, >5.0 km 的19 个。自然形态、未经人工干预的滨海沙滩个数有44 个, 累计沙滩岸线总长度为约73 km; 经过人工干预的滨海沙滩个数有104 个, 累计沙滩岸线总长度为约261 km。

(2) 山东省滨海沙滩破坏的原因有很多, 其中人类活动是引起沙滩破坏的主要因素。随着社会经济发展, 人类的粗犷式开发、对滨海沙滩资源的不合理利用, 建筑垃圾、生活垃圾、养殖垃圾、微塑料垃圾肆意丢弃在滩面等, 都给滨海沙滩造成了严重的生态和环境影响。

(3) 山东省滨海沙滩治理和规划的重要一环就是减少人类过度干预, 制定合理有效的政策及沙滩开发规划; 拆除占滩违规建筑, 恢复沙滩的原始自然状态, 使其自我调整和修复; 严格管控海滩垃圾肆意遗弃, 提高全社会预防和控制海洋垃圾排放的意识, 美化海滩环境。

本次调查涵盖了山东省所有的砂质沙滩, 调查结果指出了山东省沙滩资源面临的问题并针对问题提出具体建议, 可为山东省今后的滨海沙滩开发利用和规划等提供一定的参考价值。