唐山市海島沙灘受損海岸整治修復(fù)方案探討

邱若峰 邢容容 劉修錦 陳文超

摘要：砂質(zhì)海灘對于海島旅游及可持續(xù)發(fā)展具有不可估量的價值，伴隨著沿海開發(fā)進程的推進，海島砂質(zhì)海灘的穩(wěn)定性逐漸受到考驗，與其相關(guān)的海灘侵蝕問題日益凸顯。文章通過對唐山市沿海一線海島沙灘的踏勘，結(jié)合衛(wèi)星影像資料，分析了2010—2016年唐山海島沙灘的長度、面積變化，結(jié)果表明受陸域來沙減弱及海洋動力諸如風(fēng)暴潮的作用及人工構(gòu)筑物（蝦池）等原因，唐山海島沙灘長度、面積每年在以較快的速度不斷縮減。同時，以唐山灣三島（祥云島、菩提島、月島）為例，提出了對三島及周邊環(huán)境進行綜合整治修復(fù)相應(yīng)的方案，包括退養(yǎng)還灘、沙灘整治修復(fù)、防浪促淤工程、生態(tài)廊道構(gòu)建等工程，以期為當?shù)貨Q策者提供可行的建議。

關(guān)鍵詞：海島砂質(zhì)海灘;海灘侵蝕;整治修復(fù);人工養(yǎng)灘;硬式工程

中圖分類號：P737.1文獻標志碼：A文章編號：1005-9857（2019）05-0041-07

Analysis of Restoration Idea for Damaged Coast in Island Beach of Tangshan

QIU Ruofeng1，2，XING Rongrong1，2，LIU Xiujin1，2，CHEN Wenchao1，2

（1.The 8th Geological Brigade，Hebei Geological Prospecting Bureau，Qinhuangdao 066001，China;2.Hebei Center of Marine Geological Resources Survey，Qinhuangdao 066001，China）

Abstract： It is very important of sand beach for sea island tourism and its sustainable development.However，the stability of sand beach of sea island gradually faces much more challenge from the rapid development of offshore engineering.With the datum of field geological reconnaissance in the sand beach of sea islands of Tangshan and relative satellite images，this paper analyzed length and area changes of sand beach on sea islands of Tangshan in 2010—2016 and indicated which rapidly reduced every year as the reduction of terrigenous sand and impaction of marine hydrodynamics such as storm surge and artificial structures（shrimp ponds）.Some regulation and restoration ideas for these three islands （Xiangyun island，Yue island and Puti island） were also proposed in this paper，such as retirement method，restoration of sand beach，wave prevention and promoting sedimentation works，construction of Ecological Corridor，to provide local decision maker feasible advices.

Key words： Sea island sand beach，Beach erosion，Regulation and restoration，Beach nourishment，Hard engineering

0引言

砂質(zhì)海灘是重要的旅游資源，具有滿足人類休閑旅游的景觀價值，每年帶來可觀的經(jīng)濟收入。然而，作為陸海交互作用最為頻繁的過渡地帶，海灘在一系列水文條件諸如波浪、潮汐，極端天氣諸如風(fēng)暴潮、臺風(fēng)、氣旋以及人類活動等的影響下，極易呈現(xiàn)劇烈的動態(tài)變化。圍繞砂質(zhì)海灘的研究層出不窮。如：海平面變化[1]，波浪、潮汐等水動力變化[2]，極端天氣如風(fēng)暴潮[3]，構(gòu)筑物諸如丁壩和潛堤[4-5]對海灘剖面的形態(tài)、沉積物粒徑的影響。如何合理開發(fā)和利用海灘資源，關(guān)系到海洋資源的可持續(xù)利用和海洋經(jīng)濟的發(fā)展。

海島遠離陸地，具有獨特的地理與海洋環(huán)境，是保護海洋環(huán)境、維護海洋生態(tài)平衡的基礎(chǔ)平臺，也是防護海岸及其附近海岸工程的重要屏障。而砂質(zhì)海灘是海島旅游資源的重中之重[6]，海島沙灘修復(fù)技術(shù)研究較早，各項技術(shù)也日臻純熟，國外早已有針對海島沙灘進行修復(fù)的案例。例如：尼日利亞的維多利亞島，自1958年便開始人工補沙[7] ，Kana等通過對修復(fù)后的沙灘進行監(jiān)測，指出該養(yǎng)灘工程塑造出了更寬的干灘[8]，Weathers等則運用灘補沙的時間演化模型（線性侵蝕、一線模型等），指出在其預(yù)測的海灘壽命下，養(yǎng)灘收益遠大于投資成本[9];德國諾德奈島沙灘工程竣工后，Niemeyer等對其養(yǎng)灘剖面進行了監(jiān)測，指出工程竣工后除有效增寬干灘，還可促進濱面上自然來沙的沉積[10];在對美國希爾頓黑德島大西洋海灘進行了補沙后，Bodge等對沙灘的變化進行了26個月周期的監(jiān)測與評估，指出養(yǎng)灘成效明顯，沙灘保有量達到養(yǎng)灘規(guī)范[11]。

河北唐山沿海一線，屬沙壩-潟湖海岸，其間沙壩島星羅棋布，島上砂質(zhì)岸線廣布，是十分優(yōu)越的旅游資源。但是，經(jīng)過長期的自然作用和過度開發(fā)利用，唐山沿海海島沙灘普遍存在侵蝕現(xiàn)象[12-13]，部分島嶼諸如長臂島、風(fēng)云島灘肩消失、沙灘侵蝕殆盡，神奇島沙丘坍塌，出現(xiàn)侵蝕陡坎，嚴重影海岸資源環(huán)境，對唐山沿海海洋資源持續(xù)利用、海洋經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生較大影響。因此，修復(fù)受損海島海灘，提高海島穩(wěn)定性，迫在眉睫。

1海島分布特征及其主要特性

唐山市海島主要分布在灤河口南岸至曹妃甸海域，由東北向西南依次分布有長臂島、風(fēng)云島、佛手島、神奇島、明月島、永樂島、祥云島、月島、菩提島、龍島（圖1），按照各島的成因類型可將其劃分為河口沙壩島、離岸沙壩島和蝕余島3種類型。河口沙壩島分布于灤河入?？诩爸饕淼栏浇牒？?，主要由于河流攜帶泥沙入海，受到海水頂托作用，水動力減弱，泥沙沉降堆積，進而塑造成河口沙壩島，譬如長臂島。離岸沙壩島主要分布于古灤河三角洲外圍，為海浪破碎帶泥沙堆積而成的離岸沙壩島，主要包括風(fēng)云島、佛手島、蛇崗、神奇島、明月島、吉祥島、永樂島、祥云島和龍島。蝕余島為古灤河三角洲在灤河改道后，在波潮流作用下侵蝕、再堆積改造而形成的海島，以菩提島和月島最為典型。

唐山諸島在地形、地貌以及沉積特征上主要有以下4個特點。

（1）規(guī)模較小。

根據(jù)2016年衛(wèi)片解譯數(shù)據(jù)顯示，唐山市各海島面積最大的為祥云島，面積為2 162 hm2，向海側(cè)島體岸線長約11.01 km，其次為月島、菩提島和龍島，面積在390～560 hm2，其余各島面積均小于60 hm2。

（2）島體外形簡單。

由于各島的形成和發(fā)育受沿岸流、波浪和潮流等水文條件及陸源來沙的耦合作用，海島的形狀大多呈長條狀、斑點狀，以長條狀海島為例：由于受波浪作用影響較大，其主要平行于海岸線分布，岸線趨于平直，兩端向陸彎曲，長寬比較大，其中佛手島長寬比可達69。

（3）島體動態(tài)變化劇烈。

海島的數(shù)量和面積每年幾乎都在發(fā)生變化，甚至曾經(jīng)有些較大的海島已經(jīng)消失，如草木柁、海撈島。而受制于自然或人為因素，有些海島面積變化巨大。以菩提島和龍島為例，由于人為擴護原因，菩提島在2016年時海島面積相對于2010年增加了1倍以上;而由于自然因素的影響，龍島面積減少約0.4 km2。

（4）沉積物松散，沙丘、沙壩發(fā)育。

海島均是由第四紀松散沉積物經(jīng)灤河搬運，在近岸堆積而成，經(jīng)過波浪、潮流長期作用，細顆粒物質(zhì)大多被沖走，剩余沉積物以細沙、中細沙為主，粒徑主要介于1～3Φ之間，呈非常尖銳的單峰分布，中值粒徑所對應(yīng)的含量近70%，沉積概率曲線呈典型的三段式分布，躍移質(zhì)含量占絕對優(yōu)勢，約90%以上，分選極好（圖2）。海島表面受風(fēng)力作用，普遍發(fā)育成沙丘、丘間洼地、平地、沼澤等地貌;灘面多寬緩，受波浪、潮流等水文條件的作用，水下地形起伏變化相對劇烈，多發(fā)育成低緩的小沙壩。

2海島岸線近期動態(tài)演變特征[14-15]

通過查閱相關(guān)資料以及以往研究成果，利用2010—2016年覆蓋唐山市沿海的地形圖、遙感圖像、航空影像圖及海圖，并參照野外實測數(shù)據(jù)，在GIS技術(shù)支持下，通過提取不同時期的岸線，并利用數(shù)字岸線分析系統(tǒng)DSAS，采用終點速率法推算出唐山市海島沙灘的演化速率[16]。結(jié)果表明，自2010—2016年，唐山市海島砂質(zhì)岸線急劇蝕退，島體面積明顯萎縮，有的海島甚至消失（表1）。

2.1祥云島、月島、菩提島和龍島岸線動態(tài)

2010—2016年，祥云島、月島、菩提島和龍島在面積和向海側(cè)岸線長度變化不一（圖3）。由于人工圍填的原因，祥云島面積有所增加，向海側(cè)砂質(zhì)岸線蝕退11.01 km，從整體上看2010—2016年祥云島向海側(cè)岸線年均蝕退率為4.98 m/a，西南側(cè)岸線向海方向淤進約71.19 m，為2014年的人為補沙工程所致;菩提島面積和岸線長度增幅較大，為西部養(yǎng)殖蝦池消失所致，向海側(cè)岸線年均蝕退率為2.36 m/a;月島面積減少0.5 km2，西部岸段侵蝕明顯，平均蝕退239 m，向海側(cè)砂質(zhì)岸線0.4 km，砂質(zhì)岸線年均蝕退速率10.0 m/a;龍島向海側(cè)砂質(zhì)岸線侵蝕程度劇烈，2010—2016年砂質(zhì)岸線年均蝕退率達7.54 m/a。灤河歷史上經(jīng)過多次改道，改道后廢棄的離岸沙壩會因為來砂供應(yīng)減少而處于侵蝕狀態(tài)，現(xiàn)在灤河在此4島的泥沙供應(yīng)量基本沒有，因此，促使自然條件下的4島砂質(zhì)岸灘處于嚴重的侵蝕狀態(tài)。

2.2灤河口南岸-浪窩口岸段、浪窩口-湖林口岸段海島岸線動態(tài)

2010—2016年，灤河口南岸-浪窩口海島向海側(cè)砂質(zhì)岸線年均蝕退速率為6.6 m/a，岸線總長度減少3.44 km，海島總面積減少0.57 km2，海撈島甚至消失（圖4）;浪窩口-湖林口岸段海島向海側(cè)岸線年均蝕退率為1.1 m/a，2016年岸線總長度年減少1.02 km，海島總面積減少0.17 km2（圖3）。自20世紀80年代修建海堤以來，由于鹽田、蝦池在海島外不斷擴建，陸域海岸線不斷向海推進，岸線的演變已經(jīng)完全被人工控制，導(dǎo)致此岸段部分海島沙灘蝕退，甚至消失。

3整治修復(fù)方案探討——以唐山灣三島岸段為例

濱海旅游業(yè)是發(fā)展海洋藍色經(jīng)濟的重要組成部分，沙灘開發(fā)利用的合理程度與砂質(zhì)狀況是發(fā)展濱海旅游業(yè)的重要依托。為提高唐山海島穩(wěn)定性，減緩岸灘侵蝕退化，改善海島生態(tài)環(huán)境，本研究以唐山灣“三島”（菩提島、月島、祥云島）為例探討其整治修復(fù)方案。

目前，隨著海灘治理理念逐漸趨于生態(tài)性，國內(nèi)外的海灘治理工程逐漸摒棄硬工程護岸的理念，轉(zhuǎn)而實施更具生態(tài)效應(yīng)的拋沙養(yǎng)灘，即所謂的“軟工程”護岸—向海灘拋沙[17]，并輔以丁壩或離岸壩等“硬工程”護沙，達到增寬和穩(wěn)定海灘的目的。通過向海灘喂養(yǎng)沙來營造生態(tài)海灘，美國、荷蘭、丹麥、德國等自20世紀70年代起普遍采用該種方式，經(jīng)歷了40年的不斷探索與發(fā)展，至今仍然沿用。岬灣養(yǎng)灘模式通過近幾年的不斷完善，并且由于其投資少、施工周期短、見效快已成為目前最為行之有效的養(yǎng)灘方法。

近年來，唐山灣三島地區(qū)由于河流來沙量銳減，加之京唐港防波堤阻擋了部分沿岸輸沙，導(dǎo)致三島的海灘侵蝕嚴重，天然優(yōu)質(zhì)的海灘正逐步減少。為扼制海灘侵蝕現(xiàn)狀，亟須對三島及周邊陸域、海域環(huán)境進行整治。由于三島彼此相鄰，島體通過影響區(qū)域內(nèi)海洋水文作用間接影響彼此間島體的穩(wěn)定性，因此，在實際的整治修復(fù)過程中，擬將菩提島、月島、祥云島以及周邊海域作為一個整體來規(guī)劃[18]。考慮到唐山灣三島及周邊陸域、海域的沉積現(xiàn)狀，擬采用退養(yǎng)還灘、沙灘整治修復(fù)、防浪促淤工程、生態(tài)廊道構(gòu)建等工程對三島及周邊環(huán)境進行治理修復(fù)[19-20]（圖5）。

3.1退養(yǎng)還灘

人為圈閉的魚塘、蝦池由于造成水體大范圍閉塞，會嚴重影響陸域河流入海，潟湖水體交換，退養(yǎng)還灘的目的旨在清除人工魚塘蝦池，促使河流重新入海，達到河流與海洋之間物質(zhì)交換的重新平衡。三島周邊陸域近岸的魚塘蝦池面積較大，本次方案首先需徹底清理養(yǎng)殖池，范圍主要包括撈魚尖以東至北門口附近約9 km岸段總面積約6.67 km2，通過退養(yǎng)還灘工程，拆除養(yǎng)殖池，形成9 km近自然的親水的砂質(zhì)岸線，保護該岸段珍貴的海岸帶資源，提升濱海環(huán)境質(zhì)量，增加三島及周邊陸域的旅游資源承載力。

3.2沙灘整治修復(fù)

唐山灣三島向海側(cè)岸線均處于侵蝕狀態(tài)，由于海水的沖刷作用，部分岸段出露大面積的灰黃-灰黑色亞砂土、亞黏土古三角洲相沉積層。為維護岸線穩(wěn)定性，通過海灘養(yǎng)護工程，對海灘進行吹填沙，以達到增寬海灘的效果，此方法也被認為是當前抵御海岸侵蝕的最佳護岸措施[21]。海灘砂松散，易受波浪、潮流等作用的卷挾，通過利用吹沙船、車輛等人為方式對海灘進行補沙，并借助波浪、潮流等水文條件使海灘達到平衡剖面的狀態(tài)。祥云島西南段于2014年進行過養(yǎng)灘工程，2016年，測得該區(qū)海灘相較于工程前向海增寬約70 m，養(yǎng)灘效果明顯。本次沙灘整治區(qū)域建議選擇在祥云島中部岸段、月島沙壩外側(cè)海灘、菩提島東部岸灘進行人工吹填，沙灘修復(fù)岸線總長度約16.5 km。養(yǎng)灘后沙灘寬度在原有基礎(chǔ)上增加50～100 m，灘肩向陸一側(cè)填至護岸或建筑物邊緣，根據(jù)三島沙灘的實際情況，將人工沙灘的上限高程（即灘肩高程）設(shè)置為2.2 m（85國家高程基準），灘肩由陸向海均為小于1∶100的緩坡形式，灘肩向海坡度為1∶50。設(shè)計灘肩寬度按照岸線形狀，隨位置不同而異。

人工補沙中值粒徑D50的選擇原則上應(yīng)為原沙灘沙D50的1.0～1.5倍，根據(jù)唐山三島沙灘沙實際的中值粒徑，建議養(yǎng)灘沙D50介于0.125～0.375 mm之間，經(jīng)計算三島灘肩補沙總方量約為6×106 m3。

3.3防浪促淤工程

有的海灘受侵蝕較重，或波浪斜向岸，泥沙沿岸運動比率較多，靠單純拋沙常不奏效，為了攔沙，需輔以“硬工程”，包括水泥石塊構(gòu)筑的順壩、丁壩和岸外壩等，其消浪阻沙顯著，但也有侵蝕鄰區(qū)的缺陷。海灘養(yǎng)護“硬工程”主要是通過護岸、海堤等阻斷波浪作用來阻止對岸灘的侵蝕，利用丁壩、離岸壩、人工岬角等阻擋沿岸輸沙的橫向運動，來阻止海灘泥沙進一步流失，防止海岸侵蝕。本工程主要利用離岸潛堤、丁壩結(jié)合人工補沙達到近自然養(yǎng)灘的目的。

（1）離岸潛堤。

離岸潛堤是指在破浪帶或其他淺水區(qū)平行岸線修建的壩，又稱為離岸壩，可以使一部分波浪在岸外破碎，另一部分波浪從壩與壩之間的空當傳至壩后，發(fā)生繞射，使泥沙堆于壩岸之間，增寬海灘。本次方案擬采用空心塊體式的生態(tài)潛堤，相對于實心潛堤，其可增加水體循環(huán)，即能起到消浪作用，又能促進該海域漁業(yè)資源的保護和可持續(xù)發(fā)展，兩者兼得。生態(tài)潛堤已在秦皇島、祥云島西南端等多處工程中得到了實例驗證，取得了良好效果。在祥云島南岸依次布設(shè)7座離岸堤，加上祥云島東、西部原有的5座離岸潛堤，祥云島外共有12座潛堤;在月島沙壩外布設(shè)4座離岸潛堤。潛堤便能很好地起到消能消浪，保護海灘的作用。潛堤設(shè)計在離岸距離約300～400 m位置處，單座潛堤設(shè)計長度300 m。潛堤布置處標高-4 m左右，方向平行于海岸線，中段自然向海凸出。

（2）丁壩。

丁壩在淤泥質(zhì)海岸和砂質(zhì)海岸均有較為成熟的運用。丁壩及丁壩群是靠攔截上游泥沙來達到防護海岸的目的。丁壩的上游淤積，下游由于泥沙被攔而沉積減少導(dǎo)致沖刷，為了防止下游沖刷危及沙壩安全，下游必須繼續(xù)修建丁壩構(gòu)成丁壩群。早期由于陸上物源充足，在長期的沉積作用下，月島向海側(cè)均發(fā)育有規(guī)?？捎^的沙灘，砂質(zhì)細軟，灘面平緩，但由于近幾年侵蝕嚴重，灘面較窄，再難以滿足旅游休閑功能需求。為營造大面積優(yōu)質(zhì)沙灘，推進該區(qū)域沿岸景觀建設(shè)，擬在月島外側(cè)沙壩一線構(gòu)筑丁壩群，以期獲得多個弧形海灘，滿足旅游需要。丁壩結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)根據(jù)丁壩所處的位置、壩址的地形及地質(zhì)條件、材料來源、施工條件、工程造價、工期、使用功能要求等因素，根據(jù)本工程地區(qū)的具體情況，結(jié)合唐山沿海地區(qū)類似工程的實踐經(jīng)驗，丁壩斷面結(jié)構(gòu)可考慮采用鋼筋砼沉箱充填塊石壩心斜坡堤結(jié)構(gòu)。

3.4生態(tài)廊道構(gòu)建

生物防護措施，指利用海岸植被及海洋水生植物進行海岸防護，達到消浪固沙的效果，在沿海岸灘上大范圍的種植紅樹林、蘆葦、大米草等植物，可以顯著的消波緩流和促淤，保灘護岸，同時也是解決當前人類劇烈活動造成的景觀破碎化以及隨之而來的眾多環(huán)境問題的重要措施。在海灘修復(fù)工程完成后，計劃在祥云島中部建立海岸生態(tài)廊道，長度約為7.8 km，主要設(shè)計為修建木棧道，有效保護后濱沙丘，同時便捷游客進入海灘，提高海灘的親水性;道路間的綠化和鋪裝建設(shè)可以完善生態(tài)廊道系統(tǒng)，增強生態(tài)休閑的功能。

擬利用場地現(xiàn)存的植物資源，結(jié)合木棧道和休閑場地，種植適合濱海生長的植物，打造自然休閑的林海空間。其中，在沙灘后緣修建木棧道觀景長廊，增加游客親水性。木棧道選用樟子松防腐木，防腐等級可充分提高生態(tài)廊道景觀場地的品質(zhì)。而在木棧道以北布置植被修復(fù)區(qū)，其中靠近木棧道位置以灌叢和低矮草本植物為主，北側(cè)主要為喬木。通過建立多層步道系統(tǒng)（海灘、木棧道、綠地），在現(xiàn)有植物的基礎(chǔ)上營造綠化景觀帶，完善浴場的娛樂服務(wù)功能，從而構(gòu)建起綠色生態(tài)的濱海休閑帶。

4結(jié)論

（1）唐山市砂質(zhì)海岸多數(shù)處于侵蝕狀態(tài)，局部淤積。灤河改道后，泥沙供應(yīng)量減少，是導(dǎo)致廢棄的離岸沙壩處于侵蝕狀態(tài)的主要原因，不合理的港口工程加劇了侵蝕趨勢，由于不同岸段的展布方向和組成物質(zhì)不同，受到海洋動力作用的強度和抗侵蝕能力也不盡相同，各同岸段時空侵淤變化亦不一致。

（2）依據(jù)自然、社會、經(jīng)濟等條件一致性，開發(fā)利用特點和發(fā)展方向相似性，海域使用和環(huán)境保護管理措施相近性的原則，對唐山灣三島及周邊海域綜合整治和修復(fù)方案進行規(guī)劃建議。方案擬采用退養(yǎng)還灘、沙灘整治修復(fù)、防浪促淤工程、生態(tài)廊道構(gòu)建等工程對三島及周邊環(huán)境進行治理修復(fù)。

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