海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

許祝華，李妍，張鐵軍

（連云港市海域使用保護(hù)動(dòng)態(tài)管理中心 連云港 222001）

海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

許祝華，李妍，張鐵軍

（連云港市海域使用保護(hù)動(dòng)態(tài)管理中心 連云港 222001）

文章構(gòu)建海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，并運(yùn)用ArcGIS進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分。研究結(jié)果表明：灌南區(qū)的燕尾港海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)最大，屬于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中的侵蝕段；贛榆區(qū)的青口鎮(zhèn)以及青口鹽場(chǎng)地區(qū)、連云區(qū)的猴嘴鎮(zhèn)屬于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中的微侵蝕段；灌云區(qū)的臺(tái)北鹽場(chǎng)和徐圩鎮(zhèn)沿岸屬于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中的穩(wěn)定段；贛榆區(qū)的馬站、柘汪、海頭鎮(zhèn)、九里鄉(xiāng)和連云區(qū)的墟溝鎮(zhèn)海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)最小，但淤積現(xiàn)象嚴(yán)重。該研究可為海洋管理部門治理海岸侵蝕提供參考。

海岸侵蝕；防災(zāi)減災(zāi)；風(fēng)險(xiǎn)控制；基于生態(tài)系統(tǒng)的海洋綜合管理

1 引言

海岸侵蝕是指在海洋動(dòng)力的作用下，沿岸供沙少于沿岸輸沙引起的海岸蝕退的破壞海岸的過(guò)程。我國(guó)海岸侵蝕現(xiàn)象分布廣、類型多，既有自然演變

引起的也有人為因素導(dǎo)致的。近年來(lái)人類頻繁活動(dòng)和全球氣候變化加劇海岸侵蝕，海岸侵蝕已成為值得我國(guó)重視的問(wèn)題。

目前，海岸侵蝕的研究方向主要集中在自然屬性和社會(huì)屬性兩大方面，其中自然屬性重點(diǎn)關(guān)注的是海岸侵蝕的過(guò)程和模式，社會(huì)屬性重點(diǎn)關(guān)注的是對(duì)海岸侵蝕的評(píng)價(jià)和管理以及出現(xiàn)海岸侵蝕地段的防災(zāi)減災(zāi)。

管君陽(yáng)等對(duì)廢黃河口海岸近期侵蝕進(jìn)行研究，提出蘇北廢黃河三角洲雖經(jīng)歷多年侵蝕但目前仍處于侵蝕演變中并呈擴(kuò)張趨勢(shì)；姚子恒等［1］歷經(jīng)7年對(duì)潿洲島周圍進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并且對(duì)15條剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)量和對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)潿洲島岸線整體遭受侵蝕并提出相應(yīng)解決方法；朱士文等［2］分別在2011年和2012年通過(guò)對(duì)黃河三角洲的兩次深入研究，論述黃河三角洲海岸侵蝕現(xiàn)狀和特征，從自然和人為兩個(gè)方面闡述海岸侵蝕的原因，并對(duì)黃河三角洲海岸侵蝕的發(fā)生進(jìn)行分析；劉小喜等對(duì)蘇北廢黃河三角洲進(jìn)行海岸侵蝕脆弱性評(píng)估，論述全球氣候變化和人為因素對(duì)蘇北廢黃河三角洲的影響，預(yù)計(jì)未來(lái)該海岸將遭受巨大侵蝕危害；張帆等［3］分析并研究漠陽(yáng)江入?？跂|側(cè)海岸侵蝕的現(xiàn)狀和原因；劉曦等［4］評(píng)估長(zhǎng)江三角洲海岸侵蝕脆弱性并預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)；劉松濤［5］通過(guò)地形圖、遙感圖像和海岸岸灘剖面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)定量分析秦皇島海岸侵蝕現(xiàn)狀，結(jié)果表明秦皇島整個(gè)海岸處在侵蝕狀態(tài)，砂質(zhì)海岸侵蝕災(zāi)害持續(xù)；P.Sheik M ujabar等運(yùn)用遙感和ArcGIS技術(shù)對(duì)印度泰米爾納德邦南部海岸帶進(jìn)行海岸侵蝕災(zāi)害監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并對(duì)不同地方海岸侵蝕或淤積范圍進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)運(yùn)用脆弱指數(shù)分析；P A R K YH等于1999—2005年對(duì)美國(guó)德州海岸進(jìn)行海岸侵蝕災(zāi)害監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析；羅時(shí)龍等［6］通過(guò)多次研究闡述并討論我國(guó)海岸侵蝕的管理方法和管理理論，并且提出未來(lái)我國(guó)海岸侵蝕管理最適宜的發(fā)展方向。

本研究探討海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，通過(guò)野外調(diào)研、文獻(xiàn)查閱和數(shù)據(jù)獲取，選用岸線演化、人口密度、海平面變化、潮差、城鎮(zhèn)化速率、海岸高程、海岸類型、G D P共8個(gè)指標(biāo)，應(yīng)用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，并應(yīng)用模糊集理論將海岸侵蝕劃分為侵蝕、微侵蝕、穩(wěn)定、淤積、嚴(yán)重淤積5個(gè)等級(jí)，可為開(kāi)展海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)管理提供技術(shù)支撐。

2 實(shí)驗(yàn)與方法

2.1 研究區(qū)概況

海州灣受暖溫帶季風(fēng)氣候影響，全年太陽(yáng)總輻射量為493～527 J／cm2；年最高、最低氣壓的逐月分布與平均氣壓分布一致，都是冬高、夏低；年最多風(fēng)向是ESE和E向，4—8月和10—11月均為ESE向、頻率為21%和29%；年平均氣溫為14.3℃，1月氣溫最低平均為1.3℃，8月氣溫最高平均為26.7℃；年平均降水量為828.6 m m，各月分配很不均勻，7月最多、12月最少；年平均相對(duì)濕度為69%，7月最大、12月最小。

2.2 研究方法

海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)多采用C VI指數(shù)、Risk指數(shù)、H指數(shù)和海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。其中，C VI指數(shù)和H指數(shù)僅考慮了自然因素而忽略社會(huì)因素，Risk指數(shù)雖從自然和社會(huì)兩個(gè)方面表達(dá)海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)，但這3種指數(shù)類型均沒(méi)有考慮指標(biāo)權(quán)重問(wèn)題；而每個(gè)指標(biāo)對(duì)指數(shù)的貢獻(xiàn)必然不同，因此有必要對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，以便得到更為可靠的評(píng)價(jià)結(jié)果。

本文采用海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，從自然因素和社會(huì)因素兩大方面共選取8個(gè)指標(biāo)，應(yīng)用層次分析法對(duì)指標(biāo)賦權(quán)，并評(píng)定出侵蝕、微侵蝕、穩(wěn)定、淤積、嚴(yán)重淤積5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，構(gòu)建海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（圖1）。

圖1 海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 結(jié)果與分析

3.1 指標(biāo)數(shù)據(jù)采集和處理

岸線演化指標(biāo)采用2014年3月16日的G F-1遙感數(shù)據(jù)和1987年的海州灣T M遙感影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)幾何校正和圖像裁剪預(yù)處理后，應(yīng)用Roberts算子提取海陸邊界線。在此基礎(chǔ)上，采用平均速率法求得岸線演化速率。

調(diào)查的1 336例骨科住院手術(shù)的老年患者中，發(fā)生醫(yī)院感染42例（44例次），感染率為3.14%。其中男14例，平均（71.57±11.19）歲，女28例，平均年齡（72.21±6.88）歲。

人口密度、城鎮(zhèn)化速率和G D P指標(biāo)數(shù)據(jù)均來(lái)自連云港市統(tǒng)計(jì)年鑒，其中人口密度和G D P的計(jì)算單元為沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)。城鎮(zhèn)化是農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)化為城市人口的過(guò)程，即農(nóng)村人口不斷向城市遷移和聚集；城鎮(zhèn)化速率數(shù)據(jù)的計(jì)算單元為縣或區(qū)，分析連云港1982—2012年的城鎮(zhèn)化率。

相對(duì)海平面變化指標(biāo)采用2013年和2012年江蘇沿海的海平面變化數(shù)據(jù)。2013年江蘇沿海的海平面比常年高88 m m、比2012年低24 m m，預(yù)計(jì)未來(lái)30年內(nèi)江蘇沿海的海平面還將上升83～157 m m。2013年江蘇北部沿海海平面1月和5月比常年同期分別高122 m m和150 m m，比9月和11月分別低23 m m和38 m m；4月和5月比2012年同期分別高62 m m和73 m m，比8月和11月分別低160 m m和98 m m［7］。

海州灣海岸類型包括砂質(zhì)海岸、粉砂淤泥質(zhì)海岸、基巖質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)海岸，其中繡針河口至興莊河口為砂質(zhì)海岸岸段、興莊河口至西墅為粉砂淤泥質(zhì)海岸、西墅至大阪眺為基巖質(zhì)海岸、大阪眺至灌河河口為淤泥質(zhì)海岸，這4個(gè)岸段是典型的海岸類型。

一般在同樣風(fēng)暴增水的情況下，弱潮海岸對(duì)侵蝕的響應(yīng)大于強(qiáng)潮海岸。潮差指標(biāo)采用1987—2014年的平均潮差，潮位數(shù)據(jù)采集主要來(lái)自中國(guó)海事服務(wù)網(wǎng)。

3.2 指標(biāo)權(quán)重確定

本研究采用層次分析法計(jì)算海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的數(shù)學(xué)求權(quán)方法，求權(quán)重的步驟為：①構(gòu)建層次分析結(jié)構(gòu)，一般自下而上由方案層、準(zhǔn)則層和目標(biāo)層構(gòu)建，本研究構(gòu)建的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示；②以專家咨詢?yōu)橹?，通過(guò)各層元素的相對(duì)重要性構(gòu)建比較構(gòu)造判斷矩陣；③運(yùn)用線性代數(shù)的方法計(jì)算判斷矩陣的最大特征根對(duì)應(yīng)的特征向量，經(jīng)過(guò)正規(guī)化處理得到權(quán)重向量。

按照?qǐng)D1的層次分析結(jié)構(gòu)，構(gòu)建判斷矩陣分別為：

在此基礎(chǔ)上，采用迭代法求得矩陣的近似最大特征值及其特征向量，方法為：

首先利用式（1）（以C1為例）計(jì)算判斷矩陣中每一行元素的幾何平均值；

可以得到近似特征向量：

即所求的權(quán)重向量

根據(jù)所構(gòu)建的判斷矩陣將各指標(biāo)數(shù)據(jù)代入并

運(yùn)用迭代法進(jìn)行求解，得到所求的權(quán)重向量（表1）。

表1 海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3.3 基于ArcGIS的海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

依據(jù)海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)因子的數(shù)據(jù)，以沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)為計(jì)算單元，應(yīng)用ArcGIS獲取海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)因子，各因子記錄值越大表示造成海岸侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)越大。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)8個(gè)指標(biāo)因子的層次結(jié)構(gòu)和權(quán)重計(jì)算結(jié)果，構(gòu)建海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的概念模型，如式（3）所示。

海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)=0.63×（海平面變化×0.15+海岸高程×0.13+潮差×0.12+岸線演化×0.41+海岸類型×0.19）+0.37×（城鎮(zhèn)化速率×0.40+人口

將海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型應(yīng)用到Arc-GIS中，并依據(jù)像元值分布直方圖獲得分割點(diǎn)，將海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)劃分為5個(gè)等級(jí)，分別是侵蝕、微侵蝕、穩(wěn)定、淤積和嚴(yán)重淤積。其中，灌南區(qū)的燕尾港海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)最大，屬于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中的侵蝕段；贛榆區(qū)的青口鎮(zhèn)以及青口鹽場(chǎng)地區(qū)、連云區(qū)的猴嘴鎮(zhèn)屬于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中的微侵蝕段；灌云區(qū)的臺(tái)北鹽場(chǎng)和徐圩鎮(zhèn)沿岸屬于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中的穩(wěn)定段；贛榆區(qū)的馬站、柘汪、海頭鎮(zhèn)、九里鄉(xiāng)和連云區(qū)的墟溝鎮(zhèn)海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)最小，但淤積現(xiàn)象嚴(yán)重。

4 結(jié)論

以海州灣為研究區(qū)，綜合考慮海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)的自然屬性和社會(huì)屬性兩大方面因素，構(gòu)建由海平面變化、海岸高程、潮差、岸線演化、海岸類型、城鎮(zhèn)化速率、人口密度和G D P 8個(gè)指標(biāo)組成的海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用層次分析法計(jì)算權(quán)重；構(gòu)建海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，并應(yīng)用ArcGIS實(shí)現(xiàn)海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果看，海州灣海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)最大的區(qū)域集中在灌南區(qū)的燕尾港，而贛榆區(qū)的馬站、柘汪、海頭鎮(zhèn)、九里鄉(xiāng)和連云區(qū)的墟溝鎮(zhèn)淤積現(xiàn)象較為嚴(yán)重。此外，由于有些指標(biāo)因子數(shù)據(jù)在區(qū)域尺度較為缺乏，可能對(duì)海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的精度造成一定影響。

［1］ 姚子恒，高偉，高珊，等.廣西北海潿洲島海岸侵蝕特征［J］.海岸工程，2013，32（4）：32-40.

［2］ 朱士文，潘秀蓮.黃河三角洲海岸侵蝕現(xiàn)狀及原因分析［J］.河套大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，9（2）：67-71.

［3］ 張帆，詹文歡，姚衍桃，等.漠陽(yáng)江入海口東側(cè)海岸侵蝕現(xiàn)狀及成因分析［J］.熱帶海洋學(xué)報(bào)，2012，31（2）：41-46.

［4］ 劉曦，沈芳.長(zhǎng)江三角洲海岸侵蝕脆弱性模糊綜合評(píng)價(jià)［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2010，19（Z1）：197-200.

［5］ 劉松濤.秦皇島海岸侵蝕動(dòng)態(tài)研究［J］.中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，22（1）：26-28.

［6］ 羅時(shí)龍，蔡鋒，劉建輝，等.福建海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究［J］.海洋學(xué)報(bào)，2014，36（9）：132-141.

［7］ 國(guó)家海洋局.中國(guó)海平面公報(bào)［Z］.2014.

Risk Assessment of Coastal Erosion in the Haizhou Bay

X U Zhuhua，LI Yan，Z H A N G Tiejun
（Oceanic A d ministration and Protection Center，Lianyungang 222001，China）

Coastal erosion and coastal deposits are currently occurring in the coastline.It has so me negative im pacts on coastal environ ment and habitat.T his paper constructed the risk assessment system of coastal erosion in H aizhou Bay，and co m puted the weight of each indicator and made effective assessment of coastal erosion in H aizhou Bay by using ArcGIS.T he research results indicated that there was the greatest coastal erosion risk in Yan wei harbor area，there was slight coastal erosion risk in Qingkou of Ganyu district，Qingkou salt area，and m onkey m outh tow n in Lianyun District，there was no coastal erosion risk at Taibei salt area and Xu wei coast，w hile there was serious deposit risk at M azhan，Zhewang，H aitou and Jiulixiang of Ganyu district，and Xugou coast of Lianyun district.It has im portant significance for relative marine management departments to harness coastal erosion.

Coastal erosion，Disaster prevention and mitigation，Risk management，M arine integrated management based on ecological system

P7

A

1005-9857（2016）11-0092-04

2016-05-30；

2016-09-28

許祝華，研究員級(jí)高工，研究方向?yàn)楹Ｑ缶C合管理，電子信箱：1623545565＠qq.co m