河北省砂質(zhì)海岸侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

裴麗娜，劉松濤，孫　娟（河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊(duì)，河北秦皇島066000）

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河北省砂質(zhì)海岸侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

裴麗娜，劉松濤，孫娟
（河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊(duì)，河北秦皇島066000）

摘要：海岸侵蝕是當(dāng)今全球海岸普遍存在的海洋地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，通過實(shí)地勘查對(duì)河北省砂質(zhì)海岸侵蝕災(zāi)害進(jìn)行研究，借助歷史資料，選取了海岸地貌類型、岸線曲度、侵蝕速率、海灘發(fā)育空間、泥沙補(bǔ)給和堤防設(shè)施六個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)河北省砂質(zhì)海岸侵蝕災(zāi)害進(jìn)行了危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：高危區(qū)岸線長(zhǎng)度46.11 km，中危區(qū)102.54 km，低危區(qū)59.95 km，所占岸線比例依次為22.11%、49.16%及28.73%。

關(guān)鍵詞：河北??；侵蝕災(zāi)害；評(píng)價(jià)因子

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.02.21

從世界范圍看，目前約有70%的海岸遭受侵蝕，已嚴(yán)重影響了濱海旅游城市的可持續(xù)發(fā)展[1]。因此，海岸侵蝕已成為海洋地質(zhì)和地質(zhì)災(zāi)害研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容。查清海岸侵蝕災(zāi)害現(xiàn)狀與致災(zāi)因素，提出可行的防治方案，實(shí)施海灘治理示范工程，以此來改善海岸帶生態(tài)環(huán)境，為海岸帶規(guī)劃及綜合治理提供科學(xué)依據(jù)與治理經(jīng)驗(yàn)。

河北省砂質(zhì)海岸總體上處于全線侵蝕狀態(tài)，其中嚴(yán)重侵蝕岸線約100 km，占砂質(zhì)岸線總長(zhǎng)度的48%。海岸侵蝕的危害性主要表現(xiàn)在：（1）砂質(zhì)海岸岸線逐漸減少，濱海浴場(chǎng)遭到損毀；（2）沿海建筑設(shè)施受到嚴(yán)重威脅；（3）加劇海水入侵；（4）旅游資源、土地資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化。

1　海灘侵蝕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

結(jié)合海灘侵蝕災(zāi)害的特征，在GIS平臺(tái)上開發(fā)與海灘侵蝕災(zāi)害模型相結(jié)合的分析模塊，本次評(píng)價(jià)是將層次分析模型與基礎(chǔ)GIS平臺(tái)相結(jié)合，應(yīng)用于海灘侵蝕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析中。充分利用GIS的圖形編輯、屬性管理、空間分析、疊置分析等功能，快捷方便地實(shí)現(xiàn)一般分析方法難以解決的問題[2]。

1.1評(píng)價(jià)步驟

GIS技術(shù)與層次分析法相接合的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)步驟見圖1：

圖1　海灘侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)步驟

1.2評(píng)價(jià)過程

（1）確定評(píng)價(jià)區(qū)域、評(píng)價(jià)區(qū)數(shù)據(jù)，設(shè)定評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)目標(biāo)，即評(píng)價(jià)因素的選擇；

（2）利用GIS軟件，對(duì)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即單因素圖層數(shù)字化與處理，建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)；

（3）利用GIS的拓?fù)浏B加功能，通過對(duì)各評(píng)價(jià)因素的單因素圖層進(jìn)行疊加分析，生成評(píng)價(jià)因子圖層；

（4）確定評(píng)價(jià)系統(tǒng)的評(píng)分法則；

（5）在GIS平臺(tái)上，對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)進(jìn)行剖分，一個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)運(yùn)算單元。采用圖形疊加的模型評(píng)價(jià)方式，將評(píng)價(jià)因子的值分配到不同的評(píng)價(jià)網(wǎng)格上[3]；

（6）利用AHP模型計(jì)算出各因子的權(quán)重；

（7）利用計(jì)算出的權(quán)值建立評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型，對(duì)各網(wǎng)格單元進(jìn)行模型計(jì)算，計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)于網(wǎng)格圖層對(duì)應(yīng)的屬性字段。

2　海灘侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

本次工作采用基于GIS的層次分析法進(jìn)行海灘侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，首先從眾多的因素中篩取最重要的關(guān)鍵性評(píng)判指標(biāo)及其權(quán)重，然后進(jìn)行因子分級(jí)評(píng)價(jià)、分層次評(píng)價(jià)，再利用GIS的疊置分析等空間分析和處理屬性數(shù)據(jù)的功能，然后加權(quán)疊置各評(píng)價(jià)因子的危險(xiǎn)度，從而得到海灘侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖[4]。

2.1評(píng)級(jí)指標(biāo)體系的建立

根據(jù)河北省砂質(zhì)海岸海灘侵蝕災(zāi)害的特點(diǎn)，從海灘侵蝕影響因素和機(jī)制入手，選取海岸地貌類型、岸線曲度、侵蝕速率、海灘發(fā)育空間、泥沙補(bǔ)給和堤防設(shè)施6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見圖2。

圖2　海灘侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2用層次分析法計(jì)算評(píng)價(jià)因子權(quán)重

2.2.1構(gòu)造比較判斷矩陣

經(jīng)同行專家討論打分，得到判斷矩陣為：

2.2.2確定評(píng)價(jià)因子的權(quán)重

對(duì)上述判斷矩陣，利用專業(yè)軟件進(jìn)行計(jì)算，得出最大特征向量：λmax=10.402。

經(jīng)一致性檢驗(yàn)，CI=0.107，CR=0.090 3＜0.1，比較判斷矩陣完全滿足一致性條件。特征向量即為所需評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。

2.3海灘侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

2.3.1評(píng)價(jià)因子圖層數(shù)字化與處理

評(píng)價(jià)區(qū)東起冀遼省界西至大清河口，評(píng)價(jià)網(wǎng)格單元空間步長(zhǎng)按500 m×500 m。根據(jù)調(diào)查資料將海灘侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子圖件數(shù)字化，輸入相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)，然后把屬性直接分賦給評(píng)價(jià)單元。

2.3.2評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化

對(duì)已選擇的6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，在已建立的評(píng)價(jià)因子屬性數(shù)據(jù)表的基礎(chǔ)上，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的取值范圍和海灘侵蝕的機(jī)制分析[5]，得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)變化對(duì)海灘侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性的影響，從而建立評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化標(biāo)準(zhǔn)，見表1。2.3.3危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型

表1　危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)量化標(biāo)準(zhǔn)

海灘侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型為：

式中：H為危險(xiǎn)性指數(shù)；Aj為權(quán)重；Nj為評(píng)價(jià)因子指數(shù)。

3　評(píng)價(jià)結(jié)果分析

對(duì)存儲(chǔ)于對(duì)應(yīng)的屬性字段中的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化值進(jìn)行加權(quán)求和，得出海岸侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)。各評(píng)價(jià)單元危險(xiǎn)性指數(shù)最大為4.2，最小為1.73，采用頻率圖與聚類法確定各級(jí)的邊界，分為三個(gè)等級(jí)，3.51～4.2為危險(xiǎn)性高，2.88～3.51為危險(xiǎn)性中等，0～2.88為危險(xiǎn)性較低，評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。

高危險(xiǎn)區(qū)（Ⅲ）：高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在秦皇島市區(qū)湯河至新河段、北戴河金山嘴至戴河口岸段、樂亭縣打網(wǎng)崗淺水灣旅游區(qū)岸段。

湯河至新河岸段海岸侵蝕嚴(yán)重，物源缺乏，且由于沿海公路限制了其發(fā)展空間，其海灘一旦受損，僅依靠自然力很難恢復(fù)。

金山嘴至戴河口岸段海岸侵蝕嚴(yán)重，物源缺乏；受地貌影響，海灘無發(fā)育空間，需加大保護(hù)力度。

中等危險(xiǎn)區(qū)（Ⅱ）：戴河口至灤河口；灤河口至京唐港大部分地段，主要為平直的沙質(zhì)海岸，海灘缺少庇護(hù)，海岸侵蝕較為嚴(yán)重，由于后緣沙丘的補(bǔ)給，海灘發(fā)育有一定的空間。

低危險(xiǎn)區(qū)（Ⅰ）：山海關(guān)造船廠岸段、老龍頭景區(qū)岸段和秦皇島港岸段、北戴河區(qū)鴿子窩——金山嘴岸段、昌黎縣灤河口岸段，海岸類型主要為岬灣海岸和港口人工海岸。由于岬灣內(nèi)沙灘主要物源為基巖剝蝕物，物源少，海灘規(guī)模小，但受岬角庇護(hù)，海灘較為穩(wěn)定。港口岸線受人為控制，岸線保持穩(wěn)定，已無海灘發(fā)育。灤河口岸段由于近年來有侵蝕趨勢(shì)，但其物源相對(duì)豐富，且海灘發(fā)育空間較為廣闊。

4　海岸侵蝕原因簡(jiǎn)析

引起海岸侵蝕的原因各種各樣，既有自然原因又有人為因素，對(duì)不同地區(qū)而言，情況迥異[6]。綜合而論，引起海岸侵蝕的原因主要有海平面升降、海洋動(dòng)力變化、入海泥沙減少、人類活動(dòng)影響。

4.1海平面變化

研究區(qū)海平面變化總趨勢(shì)為下降，應(yīng)該為海退淤積，所以，在研究區(qū)內(nèi)海平面升降不是海岸侵蝕的主要原因。

4.2風(fēng)暴潮對(duì)海岸侵蝕的影響

風(fēng)暴潮是指熱帶氣候或強(qiáng)溫帶氣旋、強(qiáng)冷空氣活動(dòng)等系統(tǒng)過境所伴有的強(qiáng)風(fēng)和氣壓驟變所引起的海上高浪潮且使海面異常升高的現(xiàn)象，從而造成海上和沿岸的突發(fā)性災(zāi)害。一般地，風(fēng)暴潮致災(zāi)過程如下：由于海底地形平坦，風(fēng)暴潮大浪在遠(yuǎn)處即發(fā)生破碎，傳至岸灘區(qū)，波高在1.5 m以下，沒有防護(hù)的岸段海岸被侵蝕后退；在有防護(hù)的岸段，上述波高疊加上高水位，對(duì)防潮壩進(jìn)行沖擊，進(jìn)而侵入內(nèi)陸，造成損失。

4.3入海泥沙量減少

自20世紀(jì)50年代以來，秦皇島海岸入海物源迅速減少，其原因主要有：各河流上游都不同程度修壩建庫(kù)，攔洪蓄水，使河流入海水量和泥沙量持續(xù)性銳減；大量人工采挖砂石。

4.4近岸工程和人類活動(dòng)對(duì)海岸的影響

隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)海灘進(jìn)行了各種形式的開發(fā)，如建造港口、碼頭、丁壩、海堤等。任何形式的工程，都可能改變海灘動(dòng)力均衡態(tài)勢(shì)，引起海灘侵蝕和堆積位置、強(qiáng)度的變化。海灘海岸上修筑公路、護(hù)岸和擋砂墻，阻礙了海灘向陸發(fā)育空間，在海灘上修建淋浴室、游樂設(shè)施更是對(duì)海灘的直接侵占。

表2　砂質(zhì)海岸侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果

從泥沙來源途徑分析，研究區(qū)海灘泥沙來源主要有三種途徑：河流輸沙、海岸侵蝕和海底來砂?？傮w來說建國(guó)初期至20世紀(jì)80年代由于河流輸沙減少直接造成了海灘泥沙減少，間接造成了海底來砂減少，因此入海泥沙減少是其海灘遭受侵蝕的主要原因，風(fēng)暴潮等自然因素加劇了海灘侵蝕的趨勢(shì)；80年代至今由于河流輸沙減少引起的海灘侵蝕逐漸達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，不合理的人工構(gòu)筑物、人類活動(dòng)破壞了海灘均衡態(tài)勢(shì)，成為海灘侵蝕的主要原因[7]（見圖3）。

圖3　海灘侵蝕因素貢獻(xiàn)率

5　結(jié)語

本研究建立了海岸侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選取海岸地貌類型、岸線曲度、侵蝕速率、海灘發(fā)育空間、泥沙補(bǔ)給和堤防設(shè)施6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)河北省砂質(zhì)海岸侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果將河北省砂質(zhì)海岸劃分為高危險(xiǎn)區(qū)、中等危險(xiǎn)區(qū)和低危險(xiǎn)區(qū)三個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)。其中，高危險(xiǎn)區(qū)主要分布于秦皇島市區(qū)湯河至新河段、北戴河金山嘴至戴河口岸段和樂亭縣打網(wǎng)崗淺水灣旅游區(qū)岸段；中等危險(xiǎn)區(qū)分布于戴河口至京唐港岸段；低危險(xiǎn)區(qū)主要分布于山海關(guān)船廠岸線、老龍頭岸線、秦皇島港岸線、小東山至金山嘴岸線、灤河口岸段。整體來看，建國(guó)以來河北省濱海沙灘多數(shù)岸段均呈侵蝕狀態(tài)，岸線蝕退率除河口岸段外一般為-1～-3 m/a，但由于岸段組成巖性、展布方向和地貌形態(tài)等海岸性質(zhì)的不同，各段蝕退速率也有差異，甚至個(gè)別海岸段也有淤長(zhǎng)，但整體上看岸線蝕退速率沙壩瀉湖海灘＞沙丘海灘＞岬灣砂礫質(zhì)海灘。

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（編輯：程?。?/p>

Risk Evaluation of Sandy Coast Erosion Disaster in Hebei Province

Pei Lina, Liu Songtao, Sun Juan

（Qinhuangdao Mineral Resource and Hydrogeological Brigade, Hebei Geological Prospecting Bureau, Qinhuangdao Hebei 066000, China）

Abstract：The coast erosion is a common phenomenon of marine geological disasters in the world. This article conducted the study of sandy coast erosion disaster by field surveys in Heibei province. According to the historical documents, six evaluation indexes were selected to evaluate the risk of erosion on the sandy coast, including the coast landform, shoreline curvature, erosion rate, beach development zone, sediment supplement and embankment project. As a consequence, the length of shoreline in high risk areas was 46.11 km，102.54 km in the middle, and 59.95 km in the low areas, the proportion of shoreline accounts for 22.1%, 149.16%, 28.73%respectively.

Key words：Heibei Province, erosion disaster, evaluation factors

作者簡(jiǎn)介：裴麗娜（1979-），女，河北省秦皇島人，畢業(yè)于石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)，工程師，主要從事海洋地質(zhì)方面的研究。

收稿日期：2016-02-24

中圖分類號(hào)：X43

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-813X（2016）02-0082-04