石島灣典型岸線演變研究及致因分析

宋慶國，于定勇，郭 萍

(1.中國海洋大學(xué) 工程學(xué)院，山東 青島 266100； 2.青島港(集團(tuán))有限公司，山東 青島 266100)

我國70%左右的沙質(zhì)海岸線以及幾乎所有開闊的淤泥質(zhì)海岸線都存在海岸侵蝕現(xiàn)象，是侵蝕災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一。隨著全球海平面的上升及人類在海岸帶的無序開發(fā)，給原本就脆弱不堪的海岸帶來了一系列負(fù)面影響[1]。海岸蝕退給海岸帶居民生活生產(chǎn)造成越來越大的威脅，海岸侵蝕研究與保護(hù)已經(jīng)引起各沿海國家的重視。美國、歐洲等國早已開展海岸侵蝕研究和防護(hù)工作，我國也已開展海岸帶侵蝕機(jī)理、發(fā)展趨勢和保護(hù)措施等方面的研究。目前，海岸侵蝕已成為我國海岸保護(hù)面臨的普遍問題[2-5]。

石島灣位于山東省威海榮成市，膠東半島東南端，東部與鏌铘島相臨，西依赤山山脈。近年來，石島灣沿岸受多種因素共同作用的影響，海岸侵蝕越來越嚴(yán)重，部分作為生活岸線和景觀岸線的岸段侵蝕，已經(jīng)嚴(yán)重影響到人們正常的生活。因此研究石島灣的岸線演變規(guī)律，分析演變致因，能為防治石島灣典型岸段的侵蝕和淤積提供重要依據(jù)。

1 石島灣岸線現(xiàn)狀

石島灣地區(qū)屬季風(fēng)暖溫帶氣候，年平均氣溫約11 ℃，夏無酷暑冬無嚴(yán)寒，風(fēng)景秀麗，四季分明[6]，海域海區(qū)底質(zhì)多泥沙，北面海域水深較淺，不超過10 m，東面、南面水深略深，但1 000 m海域以內(nèi)水深仍不超過10 m，5 000 m海域處水深始達(dá)20 m，岸邊多礁石，岸壁為陡峭的巖石海岸，近岸為巖石底，1 km以外為泥沙底，短期回淤不明顯[7]。

近十余年來，由于石島灣灣內(nèi)碼頭、漁港及修造船廠的建設(shè)，一定程度上改變了石島灣內(nèi)部的水動力條件，造成了灣內(nèi)地形、灘涂的沖淤變化。在短短幾年的時間內(nèi)，石島灣海區(qū)已亂石成堆，面目全非。本文章研究區(qū)域?yàn)槌嗌劫e館-留口大橋-黃海造船廠約5 km岸段，通過實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，石島灣地區(qū)侵蝕非常嚴(yán)重，海岸風(fēng)成沙地已經(jīng)慢慢退化，泥沙流失嚴(yán)重，并且嚴(yán)重影響沿岸建筑物及防護(hù)設(shè)施，形勢十分嚴(yán)峻(圖1)。其中，留口大橋至赤山賓館之間海灘沖刷尤其嚴(yán)重，海灘坡度愈來愈陡。

圖1 石島灣部分岸段現(xiàn)狀圖Fig.1 Status map of the part coastal in Shidao Bay

2 石島灣典型岸段的演變過程

為了更好的研究石島灣岸線的變化，本研究采用石島灣沿岸150-02-01號海圖(2002年測)、石島灣12171號海圖(2005年測)、石島灣12171號海圖(2010年測)進(jìn)行對比分析。將海圖中所標(biāo)注的等深線、岸線以及水深數(shù)據(jù)信息采用數(shù)字化板矢量化導(dǎo)入Mapinfo中，將水深基準(zhǔn)面和地圖投影轉(zhuǎn)換一致，提取等深線坐標(biāo)值，然后分析計(jì)算，進(jìn)行不同時期間海圖的對比分析[8]，由圖2可見2002、2005、2010年石島灣的0 m等深線分布圖。

將石島灣附近研究海區(qū)劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個區(qū)域，均為淺水區(qū)，調(diào)查總結(jié)石島灣附近海區(qū)的沖淤情況。根據(jù)統(tǒng)計(jì)測量數(shù)據(jù)及圖2的結(jié)果，總結(jié)岸線變化情況如下表：

表1 岸線變化距離最大值(m)Table 1 Maximum distance of coastline changing (m)

注：“+”代表岸線后退，“-”代表岸線前進(jìn)

圖2 石島灣0 m等深線分布圖Fig.2 Distribution of 0 m isobaths

由圖2和表1可知 ，石島灣研究岸段岸線普遍存在侵蝕或淤積的現(xiàn)象，并且岸線變化比較穩(wěn)定，不存在由于受特殊因素強(qiáng)烈影響而劇烈變化的地方。

為了研究岸線的變化速率，選取2005年0 m等深線為參照線，用Surfer軟件將研究岸段岸線對應(yīng)的2002、2005、2010年的研究岸段0 m等深線劃分為等距離小區(qū)間，在每條等深線上按等間距取200個點(diǎn)，提取數(shù)據(jù)計(jì)算2002年和2010年各點(diǎn)到2005年0 m等深線的距離變化數(shù)值，繪制等深線位置對比圖(圖3)，并計(jì)算等深線變化速率(表2)。

圖3 2002、2005、2010年0 m等深線對比圖Fig.3 Comparison chart of 0 m isobaths(2002,2005,2010)

等深線/m變化幅度變化速率(2002-2005年)侵蝕/cm·a-1淤積/cm·a-1變化速率(2005-2010年)侵蝕/cm·a-1淤積/cm·a-10最大值131.13-132.2246.63最小值64.67---平均值98.31---

注：“-”為未統(tǒng)計(jì)項(xiàng)。

由圖3及表2可知，該部分區(qū)域遭受到強(qiáng)烈的侵蝕剝蝕，處于強(qiáng)烈侵蝕狀態(tài)。2002-2005年期間，岸波以侵蝕為主，不存在淤積情況，侵蝕速率較大，0 m等深線平均后退速率約98.31 cm/a；2005-2010年期間，岸段以侵蝕為主，部分岸段存在淤積現(xiàn)象，0 m等深線最大后退速率132.22 cm/a，最大前進(jìn)速率46.63 cm/a。通過上述研究，總結(jié)石島灣各區(qū)域岸線侵蝕狀況見表3，典型岸段區(qū)域Ⅰ和Ⅲ侵蝕較弱,區(qū)域Ⅱ侵蝕較強(qiáng),區(qū)域Ⅳ侵蝕很強(qiáng)。

表3 石島灣海岸侵蝕狀況Table 3 Condition of coastal erosion in Shidao Bay

3 侵蝕原因分析

榮成沿海主要為砂質(zhì)海岸，侵蝕受自然條件和人類活動的影響，其中日益頻繁的人類活動是海岸侵蝕的主要原因。

3.1 自然因素

3.1.1 海岸地形、地貌的影響

石島灣地處鏌铘島與赤山山脈之間，屬于半封閉式港灣，一定程度上阻止了部分外海海浪進(jìn)入海灣作用于海岸，同時也減弱了沖擊力，所以，石島灣的地形并沒有給侵蝕帶來很大的影響。

石島灣屬于砂質(zhì)海岸，海域岸邊多礁石[7]。首先，海區(qū)底質(zhì)多泥沙、岸壁陡峭，5 m等深線直逼海岸，侵蝕物直落崖下海底，波浪強(qiáng)力再次搬運(yùn)；其次，成山角南面風(fēng)浪可沖擊海岸，風(fēng)速、波浪較大；第三，海灣寬緩，無風(fēng)浪時仍然受到侵蝕，海灣內(nèi)發(fā)育有袋狀海灘，所以地貌給侵蝕帶來了較大的影響。

3.1.2 波 浪

就統(tǒng)計(jì)情況來看，石島灣區(qū)域常浪向?yàn)镾W向發(fā)生頻率為8%，次常浪向?yàn)镾SW向和N向發(fā)生頻率均為7%，強(qiáng)浪向?yàn)镾E向和SSE向Hmax為6.3 m，次強(qiáng)浪NE向，Hmax為6.2 m，SSE向最大平均周期為6.0 s。

通過上述分析可知，石島灣沿岸岸段直面波浪方向，入灣波浪可接近于垂直方向沖擊岸灘，造成強(qiáng)大的破壞力，加快了侵蝕速率及泥沙搬運(yùn)速率，導(dǎo)致石島灣岸線遭受較大的侵蝕[9]。

3.1.3 海平面上升

世界范圍內(nèi)的氣候變暖、溫度上升，對海岸變遷的影響愈加嚴(yán)重，冰雪覆蓋減少、陸源冰川冰帽等融化，導(dǎo)致海平面上升，造成海底橫向供沙減少，使底部波浪對海岸帶的擾動作用逐漸減小，但在波浪上表面，對海灘的沖擊力加大，同時，減小了河流向海輸沙量，降低了河流坡降，岸線逐漸后退，近岸海洋動力增強(qiáng)，海岸侵蝕進(jìn)一步加劇。

3.1.4 臺風(fēng)暴潮

造成海岸侵蝕的一個很重要的因素就是臺風(fēng)暴潮。在臺風(fēng)襲岸時，沿岸水量增加，波高增大，海水流速變大，泥沙急速向海搬運(yùn)，在外濱形成沙壩。這種強(qiáng)烈破壞力的天氣，可在很短的時間改變沙灘面貌，而恢復(fù)卻需要很長的時間，影響力非常大[10]。石島灣地區(qū)一般在夏秋季多爆發(fā)臺風(fēng)，風(fēng)力可達(dá)8～12級，并伴有暴雨，對石島灣岸線侵蝕有較大影響。

3.2 人類活動

3.2.1 人工采砂

人工采砂造成近濱沙和沙灘沙大量流失，由于上游輸沙量的減少，人工采砂造成的損失無法得到及時補(bǔ)充，為了維持灘面的持續(xù)穩(wěn)定，灘面及后濱大量的沙會向近濱處運(yùn)送，最終導(dǎo)致在現(xiàn)有的海洋環(huán)境下重新塑造海灘平衡，灘肩逐漸后退，海岸帶最終受到侵蝕。石島灣景觀區(qū)采砂現(xiàn)象非常嚴(yán)重，由于沙灘沙分選性好，是優(yōu)質(zhì)建筑材料，該地區(qū)一直存在嚴(yán)重的不合理的采砂情況，使得灘面高度很快下降，更快受到波浪的強(qiáng)力侵蝕，從而加劇了海岸的進(jìn)一步侵蝕，留口大橋入?？谥脸嗌劫e館岸段因人工挖沙而遭到的破壞最為強(qiáng)烈。

3.2.2 河流上游建閘建壩

在上游建造堤壩，使得泥沙輸運(yùn)受阻，以至于陸源砂石補(bǔ)充大幅度減少，對海岸侵蝕的影響是非常明顯的。據(jù)沽河年均輸沙量及流域面積推算[11]，榮成各河年均輸沙量巳從1958-1965年的108.59萬 t/a，降至1983-1984年的4.55萬 t/a。河流輸沙的持續(xù)減少，必將對榮成石島灣砂質(zhì)海岸的演變產(chǎn)生影響。

3.2.3 岸灘工程建設(shè)

石島灣研究岸段沿岸已經(jīng)修筑了堤壩、漁港、養(yǎng)殖池、護(hù)岸等，調(diào)查研究的5 km岸段中，約有3 km岸段為人工岸線，漁港缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，陸域條件、配套設(shè)施良莠不齊，部分碼頭設(shè)施較為落后，分布雜亂，資源配置不盡合理。雜亂無序的占用灘面面積，使得海灘結(jié)構(gòu)失衡，對岸灘系統(tǒng)平衡造成威脅。

石島灣已有的防護(hù)工程是在留口大橋至赤山賓館岸段修筑的人工護(hù)岸，采用了直立墻式結(jié)構(gòu)，在波浪襲來時，遇到護(hù)岸后反射，能量未及消散，便與來向波浪迭加，提高了波浪的能量，加強(qiáng)了水動力作用力，使海岸被強(qiáng)力沖刷、侵蝕，沙礫被波浪帶走，剩余灘面沉積物粒徑粗化，灘面位置下降。同時，因?yàn)樽o(hù)岸工程垂直于海岸，使得部分海上來砂受阻，局部堆積。此外，護(hù)岸根基不夠堅(jiān)固，非常容易被侵蝕，在暴風(fēng)浪作用下最終可能導(dǎo)致崩塌[12]。

4 結(jié) 論

1)石島灣研究區(qū)域?yàn)槌嗌劫e館-留口大橋-黃海造船廠約5 km岸段，通過研究得出以下結(jié)論：在2002-2005年，研究岸段岸線以侵蝕為主，平均后退2.95 m。2005-2010年，留口大橋東至赤山賓館之間岸段以侵蝕為主，岸線平均后退3.73 m;留口大橋外側(cè)岸段以淤積為主，岸線平均前進(jìn)0.95 m；留口大橋西至黃海造船廠之間岸段既存在侵蝕又存在淤積，其中岸線侵蝕最大后退距離0.63 m，岸線淤積最大前進(jìn)距離2.03 m?？傮w看來，2002-2010年，研究岸段岸線侵蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，平均后退4.79 m。

2)石島灣砂質(zhì)海岸侵蝕狀況受其地貌類型影響較大，波浪、海平面上升對海岸侵蝕的影響是一個長期而緩慢的過程，而暴風(fēng)浪潮則會短時間內(nèi)造成海岸強(qiáng)烈侵蝕。

3)石島灣砂質(zhì)海岸侵蝕狀況受人類活動影響較大，人工采砂、河流建閘建壩使得泥沙供應(yīng)不足，不合理的海岸工程則改變了砂質(zhì)海岸的動力條件，加速了海岸侵蝕。

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