萊州三山島黃金海岸沙灘形成過程及沙灘養(yǎng)護(hù)建議

李 平

(國家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島 266061)

近幾十年來，在全球海平面上升、河流入海物質(zhì)減少和海岸工程建設(shè)日益增長的綜合影響下，沙灘系統(tǒng)內(nèi)的沉積動力過程發(fā)生變化，致使許多沙灘發(fā)生侵蝕退化現(xiàn)象。我國目前有70%的沙灘遭受侵蝕，絕大部分都是侵蝕的重災(zāi)段，岸線蝕退率達(dá)1.0 m/a以上，嚴(yán)重者達(dá)15 m/a，如秦皇島旅游海岸遭受侵蝕，北戴河西黃金海岸沙灘所受侵蝕尤為嚴(yán)重，1954年以來部分岸段侵蝕后退近百米，灘面下蝕2～3 m。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對沙灘休閑度假的需求日益增長，如何保護(hù)沙灘，已是我國海岸工作者和海洋行政管理部門的重要課題，借鑒國外對受損沙灘養(yǎng)護(hù)的經(jīng)驗，并針對我國的國情，制定相關(guān)的保護(hù)規(guī)范迫在眉睫。我國學(xué)者多注重從機(jī)理上，探討沙灘變化機(jī)理，其中沿岸輸沙是開展砂質(zhì)海岸研究的熱點問題之一，諸多學(xué)者在此方面開展過研究[1-5]。實施工程措施開展沙灘養(yǎng)護(hù)、修復(fù)整治應(yīng)是目前緊迫的任務(wù)，而且海灘養(yǎng)護(hù)是應(yīng)對海岸侵蝕最為經(jīng)濟(jì)的工程措施，不僅可以用于侵蝕岸段的應(yīng)急處理，而且能長效地防治海岸侵蝕。目前，海灘養(yǎng)護(hù)作為海灘的軟性防護(hù)方法逐漸被國內(nèi)外海岸工程學(xué)家用于海岸防護(hù)和海灘保護(hù)。

本研究基于兩年4季重復(fù)監(jiān)測的沙灘變化特征，分析了萊州三山島黃金海岸沙灘形成過程及近期演變特征，并提出了以沙灘養(yǎng)護(hù)為主的修復(fù)方案，以期為萊州三山島黃金海岸沙灘管理借鑒參考。

1 沙灘概況及研究方法

萊州灣東岸位于郯廬大斷裂東側(cè)，為上升區(qū)，屬于膠東隆起及膠北臺凸的西北翼，沿岸多低緩丘陵，沙嘴、沙壩和瀉湖十分發(fā)育。萊州三山島—刁龍咀砂質(zhì)岸段，長度12 km左右，是山東半島北部一段典型的平直岸段，位于萊州淺灘北部，是萊州淺灘的重要組成部分(圖1)。萊州淺灘及其附近區(qū)域最典型的地貌類型包括沙咀和水下淺灘，沙咀地貌主要分布于屺坶島南側(cè)及刁龍咀附近，與岸線斜交，刁龍咀是復(fù)式羽狀沙咀。水下淺灘以萊州淺灘最為典型，走向NW，分布于水深5 m等深線以內(nèi)，最淺處水深僅0.8 m。在刁龍咀外側(cè)形成“入”字形水下淺灘，水深10 m，方向偏西，中細(xì)砂組成。

萊州淺灘擁有優(yōu)質(zhì)石英砂資源，從20世紀(jì)80年代中期淺灘附近的過西鎮(zhèn)(今屬三山島鎮(zhèn))開始小規(guī)模采挖建筑用沙開始，人為挖沙活動猖獗，加之由于水庫和碼頭等的修建導(dǎo)致的泥沙虧損，萊州淺灘處于侵蝕、解體狀態(tài)，不同地貌部位沖淤狀態(tài)存在差異，岸線擴(kuò)漲趨于緩和，甚至局部呈現(xiàn)侵蝕后退的趨勢，黃金海岸沙灘蝕低變窄，灘坡變陡，砂粒粗化。海岸侵蝕較為明顯，尤其是對于旅游造成了顯著影響。

圖1 萊州三山島黃金海岸沙灘位置Fig.1 Location of Laizhou Sanshandao sands

本研究沙灘形成過程及變化過程研究涉及長期演變研究和短期岸灘變化研究。其中岸灘長期演化研究采用海圖對比法，岸灘短期變化研究采用布設(shè)斷面重復(fù)測量法。長周期演變研究以中國人民解放軍海軍司令部航海保證部1958—1959年和1984年測量1986年出版的1∶15萬老黃河口至龍口灣幅海圖和2005年測量出版的1∶15萬萊州灣幅海圖兩期海圖為原始資料，將經(jīng)過數(shù)字化的等深線和等深點進(jìn)行坐標(biāo)變換，地圖投影和水深基準(zhǔn)面進(jìn)行統(tǒng)一后，通過空間疊加分析，計算不同范圍的侵蝕與淤積量。短期變化研究主要在調(diào)查布設(shè)5條地形測量斷面，監(jiān)測內(nèi)容主要包括岸灘及水下地形監(jiān)測。

2 沙灘形成過程

由莊振業(yè)等[6]對萊州淺灘發(fā)育演變過程的研究結(jié)果(圖2)可見，約在6 000 a前左右，波浪作用下塑造成50余公里長，10余m高的古海蝕崖，三山島、倉上等小丘成為離岸島嶼；5 000 a前左右順岸外破浪帶發(fā)育成東北-西南向的三山島沙嘴，同時形成倉上-尹家沙嘴，西南向的泥沙流為沙嘴的發(fā)育提供了豐富的物源，NW向的萊州淺灘，促進(jìn)了泥沙的堆積，使已形成的三山島沙嘴迅速伸長擴(kuò)寬；NW向波浪又順?biāo)聹\灘西南側(cè)形成倉上-青鱗鋪沙嘴，在4 000 a前左右發(fā)育了倉上瀉湖、黑港口瀉湖；大約在1 400 a前左右，三山島-西由瀉湖也大部分被充填成埋藏瀉湖平原。

圖2 萊州淺灘發(fā)育演變過程Fig.2 Change process of Laizhou offshore areas

以中國人民解放軍海軍司令部航海保證部1958-1959年和1984年測量1986年出版的1∶15萬老黃河口至龍口灣幅海圖和2005年測量出版的1∶15萬萊州灣幅海圖兩期海圖為原始資料，進(jìn)行海圖數(shù)字化，將經(jīng)過數(shù)字化的等深線和等深點進(jìn)行坐標(biāo)變換，地圖投影和水深基準(zhǔn)面進(jìn)行統(tǒng)一后，進(jìn)行空間和疊加分析，計算不同范圍的侵蝕與淤積量。

上述兩期海圖對比結(jié)果表明(圖3)，1984—2005年的21 a中，自近代黃河三角洲老黃河口飛雁灘至龍口屺姆島岸段，除現(xiàn)行黃河入海口和萊州淺灘及其附近岸段表現(xiàn)為小幅淤漲，其他岸段均呈現(xiàn)不同程度的侵蝕特征，研究區(qū)侵蝕岸線長度合計約157.0 km，平均侵蝕速率為8.4 m/a；侵蝕岸線占自黃河三角洲樁西至屺姆島岸段總岸線長度的64%，加權(quán)平均到整個研究區(qū)，則海岸侵蝕速率約為4.7 m/a。

具體來看，現(xiàn)行黃河入?？诤Ｓ?,-2,-5和-10 m等深線向海呈較大幅度的淤進(jìn)；萊州灣東岸10 m等深線位置基本無變化，0,-2和-5 m等深線在萊州淺灘變化幅度較大；萊州淺灘兩側(cè)0 m等深線淤進(jìn)速率為6 m/a，呈現(xiàn)淤積和穩(wěn)定侵蝕等級，萊州淺灘以北0和-2 m等深線后退760 m；10 m等深線海域地形變化不大，海區(qū)內(nèi)基本處于比較穩(wěn)定的沖淤平衡狀態(tài)，略有沖刷，10 m等深線向陸方向最大移動1 240 m；5 m等深線以淺水域，特別是刁龍咀以北，萊州黃金砂灘及其鄰近近海海域呈明顯沖刷態(tài)?？傮w來說，測區(qū)東部近岸海域海岸蝕退和海底沖涮明顯。

總體而言，萊州三山島一刁龍咀沙咀平直岸段20世紀(jì)60年代之前長期處于穩(wěn)定和緩慢淤積狀態(tài)，之后該岸段由侵蝕轉(zhuǎn)向沖淤平衡狀態(tài)，后呈現(xiàn)侵蝕后退，岸線后退、灘坡變陡，砂粒粗化，岸邊建筑物倒塌，海岸侵蝕災(zāi)害嚴(yán)重。

3 沙灘近期變化特征

3.1 平面變化特征

通過野外實地踏勘調(diào)研可見，整個岸灘中、低潮灘呈強(qiáng)侵蝕后退態(tài)勢，在低潮線附近形成一陡坎，形成一礫石帶，灘面坡度變陡，砂粒粗化明顯。根據(jù)2010-12—2012-06期間刁龍咀—三山島砂質(zhì)岸段布設(shè)的5條固定斷面開展的4次野外調(diào)查結(jié)果，觀測時間分別為2010-12和2011-06，對比分析刁龍咀-三山島砂質(zhì)海岸侵蝕特征，結(jié)果表明，該段海岸侵蝕表現(xiàn)出較明顯的時空分異特征。

圖4 2010-12—2012-07萊州三山島沙灘附近岸段沖淤特征Fig.4 Erosion and accretion variation of Laizhou Sanshandao sands from Oct.2010 to Jul.2012

由2010-12—2012-07萊州刁龍咀-三山島海域沖淤圖可見，上述岸段海底地形演變年內(nèi)季節(jié)性變化規(guī)律表現(xiàn)出帶狀沖淤特征，總體上以沖刷趨勢為主，沖刷厚度以<1.2 m為主體。此外，因王河等河流入海水沙急劇減少，黃金海岸砂灘附近岸段及其近海海域遭受巨大沖刷?？杀憩F(xiàn)為以下3個空間分布特征：1)該區(qū)域海底以沖刷作用為主，淤積區(qū)范圍較小，主要分布在調(diào)查區(qū)西部，鄰近萊州淺灘，整體沖淤變化表現(xiàn)為“中東部沖西淤”的變化態(tài)勢，沖刷厚度最大可達(dá)6.0 m，平均<0.70 m；2)調(diào)查區(qū)沖淤變化幅度較小，沖淤厚度<1.20 m的區(qū)域占調(diào)查區(qū)的絕大部分；3)在萊州黃金海岸近岸海域形成沖刷中心，沖刷厚度>4 m，在調(diào)查區(qū)西部萊州淺灘刁龍咀附近形成海域淤積中心，自此向東逐步從淤積過渡到穩(wěn)定等級，后轉(zhuǎn)變?yōu)榍治g態(tài)勢，但均表現(xiàn)為沖淤變化非常復(fù)雜劇烈的特征(圖4)。

3.2 剖面變化特征

由圖5、圖6可以發(fā)現(xiàn)：就剖面特征而言，位于萊州黃金海岸東部的LZ-1剖面除2011-10表現(xiàn)為強(qiáng)沖刷外，其他時間段剖面較穩(wěn)定，表現(xiàn)為弱淤積或沖刷過程；位于黃金海岸西部的LZ-2剖面沖淤變化幅度較小，除2012-07表現(xiàn)為強(qiáng)沖刷外，其他時間剖面較穩(wěn)定，表現(xiàn)為沖淤平衡或輕微淤積的特征，淤積厚度很小。

LZ-1剖面(圖5)位于黃金海岸沙灘東側(cè)，剖面較穩(wěn)定，表現(xiàn)為弱淤積或沖刷過程，2011-10表現(xiàn)為強(qiáng)沖刷過程，就其原因與2011年冬半年較強(qiáng)風(fēng)暴潮橫掃該區(qū)域有關(guān)。具體來看，2 a內(nèi)最大沖刷厚度達(dá)到1.90 m，剖面年平均沖刷厚度1.54 m。黃金海岸沙灘地形呈沖刷、淤積交替變化態(tài)勢，平均淤積幅度0.70 m，最大淤積厚度僅1.22 m。-5 m等深線幾乎沒有變化，-2 m等深線后退12 m，后退變化速率0.46 m/a。

圖5 LZ-1剖面2010-10—2012-07沖淤變化Fig.5 The erosion and accretion variation of the section LZ1 from Oct.2010 to Jul.2012

圖6 LZ-2剖面2010-10—2012-07沖淤變化Fig.6 The erosion and accrefion variation of the section LZ2 from Oct.2010 to Jul.2012

LZ-2剖面(圖6)位于黃金海岸西部，剖面較穩(wěn)定，表現(xiàn)為弱淤積或沖刷過程，僅2012-07表現(xiàn)為強(qiáng)沖刷過程，究其原因與2012年旅游季節(jié)人為較大規(guī)模的平整沙灘有關(guān)。具體來看，該剖面2 a內(nèi)最大沖刷和淤積厚度分別為1.51 m和1.67 m，平均沖刷和淤積厚度相當(dāng)，為1.49 m。2.10 km以外則表現(xiàn)為普遍淤積態(tài)勢。發(fā)生沖刷的部位位于距岸2.10 km的范圍內(nèi)，沖刷幅度達(dá)到2.40 m，平均為1.67 m。-5 m和-2 m等深線呈較穩(wěn)定狀態(tài)，保持沖淤平衡態(tài)勢。

4 沙灘養(yǎng)護(hù)對策

伴隨著全球海面上升，人類活動影響的加劇，尤其是沙源的持續(xù)減少，黃金海岸沙灘呈現(xiàn)坡度變陡、海灘變窄和砂粒粗化等退化的趨勢。近年來隨著萊州三山島沙灘游客的逐年增多，沙灘建設(shè)投入逐年增大以及配套設(shè)施逐步完善，具有優(yōu)質(zhì)的沙灘和保持良好的沙灘環(huán)境越發(fā)顯得迫切。因而，應(yīng)盡早對沙灘實施人工再造和修復(fù)。基于萊州三山島沙灘特征，及其沙灘近期變化特征，建議開展以拋沙養(yǎng)灘為主，適當(dāng)輔以順岸壩、丁壩和岸外壩等硬工程的護(hù)岸方案。

首先，進(jìn)行詳細(xì)全面沙灘退化原因分析，為設(shè)計養(yǎng)護(hù)方案提供依據(jù)。導(dǎo)致海岸侵蝕的原因眾多，包括海平面變化、入海河流含沙量減少以及日益加劇的海岸開發(fā)活動，萊州三山島黃金海岸沙灘侵蝕退化主要由于日益加劇的海岸開發(fā)活動所導(dǎo)致。在開展沙灘養(yǎng)護(hù)修復(fù)前，應(yīng)進(jìn)行退化原因分析，充分調(diào)查目標(biāo)岸段，為養(yǎng)護(hù)方案設(shè)計提供依據(jù)。

其次，養(yǎng)灘方案的制定，需要進(jìn)行空間資源環(huán)境綜合規(guī)劃以及整治修復(fù)。根據(jù)設(shè)計方案向沙灘大量拋沙，使得沙灘逐步恢復(fù)，使受蝕海灘增寬和海灘砂穩(wěn)定。護(hù)岸工作應(yīng)特別注重拋沙位置、成分、數(shù)量和沙源等大量技術(shù)性問題的研究。

最后，沙灘養(yǎng)護(hù)工程后應(yīng)進(jìn)行多年的剖面監(jiān)測再拋沙的修補(bǔ)，建立萊州黃金海岸沙灘動態(tài)監(jiān)測機(jī)制，即時了解黃金海岸沙灘的變化趨勢。建議開展1年2次或4次周期性監(jiān)測，為進(jìn)一步治理與保護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐?？蓪ⅫS金海岸沙灘附近區(qū)域，甚至萊州淺灘均納入范圍，可將監(jiān)測分為重點監(jiān)測區(qū)、普通監(jiān)測區(qū)和大面普查區(qū)，其監(jiān)測周期依次增長，重點監(jiān)測區(qū)可開展一年冬、夏兩季的監(jiān)測，普通監(jiān)測區(qū)可開展一年一次的監(jiān)測，大面普查可進(jìn)行不定期的測量，觀察岸灘演變的趨勢。

5 結(jié) 語

萊州三山島黃金海岸沙灘潮間帶區(qū)域地形變化較劇烈，年內(nèi)夏季至冬季表現(xiàn)出侵蝕后退，沙灘坡度變陡，冬季至夏季粒度逐漸變細(xì)，坡度變緩，而寬度逐漸增大。潮上帶及近岸海底地形變化不大。其中，萊州三山島黃金海岸沙灘LZ1剖面表現(xiàn)出普遍沖刷趨勢，最大沖刷厚度達(dá)到了0.90 m，出現(xiàn)在潮間帶下部；LZ2剖面1.10 km以內(nèi)呈沖刷和淤積交替進(jìn)行的特征，最大沖刷和淤積厚度分別為1.51 m和1.67 m，均出現(xiàn)在潮間帶?；谌R州三山島環(huán)境海岸沙灘近期變化特征，建議根據(jù)設(shè)計方案向沙灘大量拋沙，或者同時輔以硬工程，使受蝕海灘增寬和穩(wěn)足。

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