海岸侵蝕災害區(qū)域風險評估
——以海口海岸侵蝕災害為例

王偉偉馬恭博*王傳珺高一鑒袁 蕾

(1.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心,遼寧 大連 166023;2.中交(天津)疏浚工程有限公司,天津 300451)

海岸帶承載著世界上60%以上的人口、2/3以上的大城市和經(jīng)濟帶,然而,海平面的持續(xù)上升、入海泥沙的長期減少、人類活動加劇,使得海岸侵蝕和岸線后退逐漸成為威脅海岸帶持續(xù)發(fā)展的主要原因[1]。眾多學者針對海岸侵蝕災害開展了研究,在海岸侵蝕原因[2]、侵蝕機理[3-4]、海岸侵蝕模型預測[5]、災害治理與防治[6-7]等方面取得了研究成果。但是針對海岸侵蝕災害開展區(qū)域災害風險評估的研究較少,本文以海口海岸帶海岸侵蝕災害為例,采用模糊數(shù)學理論開展海岸侵蝕災害區(qū)域風險等級評價,并在此基礎上提出了相應的災害防治對策與建議。

1 區(qū)域概況

?？诤０毒€長170.9 km,海岸線類型主要包括砂質(zhì)、粉砂淤泥質(zhì)、生物和人工岸線四類。海口由西向東依次分布澄邁灣(金沙灣)、海口灣和鋪前灣。潮汐類型自東向西變化,鋪前灣為不正規(guī)半日潮,?？跒碁椴徽?guī)全日潮,金沙灣為正規(guī)全日潮。潮流屬正規(guī)日潮流。波浪以風浪為主,涌浪為輔,主要波向為NE、ENE向,年平均波高為0.6 m。2010年,隨著海南國際旅游島建設行動計劃的實施,?？?、三亞等地的海岸帶步入了大規(guī)模的開發(fā)階段,海砂偷采活動疊加極端自然條件導致部分海岸持續(xù)侵蝕后退,嚴重干擾了沿岸居民的正常生產(chǎn)生活。

2 數(shù)據(jù)來源與分析

?？诤０肚治g災害評價的風況資料來源于?？谛阌⒑Ｑ笳?960—1979年實測數(shù)據(jù),?？趶娪?級大風的平均年日數(shù)為172.2 d,占全年總日數(shù)的47.2%。降雨和風暴增水資料來源于?？跉庀笳?971—2000年實測數(shù)據(jù),?？诘貐^(qū)年降水量相對豐富,各月均有降水,年平均降水量為1 651.9 mm。?？陲L暴增水超過50 cm以上的次數(shù)44次,年平均1.5次。土地利用資料來源于?？谑袊临Y源局2017年土地普查數(shù)據(jù),岸線向陸200 m范圍內(nèi)的海岸土地利用類型包括公路用地、村莊、旱地等26種類型。海口海岸線包括砂質(zhì)岸線、粉砂淤泥質(zhì)岸線、生物岸線和人工岸線四類。參照《海洋侵蝕監(jiān)測與災害損失評估技術規(guī)范》①國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心.海岸蝕監(jiān)測與災害損失評估技術規(guī)范,2021.,海口嚴重侵蝕岸段2處、強侵蝕岸段2處、微侵蝕岸段3處和淤積岸段4處,基中嚴重侵蝕岸段分布在五源河口海岸、長濱北五路海岸,強侵蝕岸段分布在南渡江口東側海岸和新溪角,微侵蝕岸段分布在假日海灘東側海岸、秀英港西側海岸和芙蓉河口附近海岸,其余岸段為淤積岸段②國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心.?？谑泻Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境本底調(diào)查報告,2019.。

3 評價方法與數(shù)據(jù)分析

3.1 評價指標

根據(jù)?？诤０稁暮μ攸c,結合已有數(shù)據(jù),選取孕災類、致災類和承災類三大類指標對海口海岸侵蝕災害風險進行評估,其中孕災類的指標包括高風況天數(shù)(高風況為6級強風以上)、降雨、風暴增水和海岸類型,致災類指標為海岸侵蝕強度,承災類指標為海岸土地利用類型。根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的地質(zhì)災害風險評估研究方法[8-9],結合?？诘膶嶋H情況,采用三值邏輯分類體系將?？诤０肚治g災害風險等級劃分為三級(高、中、低),具體指標和分級標準見表1。

表1 海岸侵蝕風險等級評估指標及分級Table 1 The risk assessment index and grade of coastal erosion hazard

3.2 評估模型

地質(zhì)環(huán)境是一個多因素耦合的復雜動態(tài)系統(tǒng),地質(zhì)災害評估需要研究的變量既包括確定可循的變化規(guī)律,又有不確定的隨機變化規(guī)律。在地質(zhì)災害風險評估過程中,被評估的對象、評估方法甚至評估主體及其掌握的評估標準都具有不確定性。模糊數(shù)學方法可對某一事物進行多個因素、多個級別的評估,根據(jù)諸多因素作出綜合評判,可為地質(zhì)災害風險評估中確定和不確定、精確與模糊因素之間的溝通建立良好方法。

遵循模糊數(shù)學評估原理,針對上述6類評估指標,得出海岸侵蝕災害風險模糊綜合評估因子集:

式中:u1為高風況天數(shù)指標;u2為降雨指標;u3為風暴增水指標;u4為海岸類型指標;u5為海岸侵蝕強度指標;u6為海岸帶土地利用類型指標。

海岸侵蝕災害風險等級集:

式中:v1代表風險等級為高;v2代表風險等級為中等;v3代表風險等級為低。

將模糊集轉(zhuǎn)化為多值邏輯,利用貼近度分析方法,選取一組比較適當?shù)?、具有正態(tài)分布特點的數(shù)值“0.0,0.2,0.5,0.8,1.0,0.8,0.5,0.2,0.0”以代替隸屬度函數(shù),即用一組滿足模糊條件的數(shù)值,來表示各種評估因子對海岸侵蝕風險的影響程度,這樣就可以把各個評估因子對風險的影響程度變?yōu)殡`屬度值。同時,為了便于計算,各評估因子相應的隸屬程度應基本相等。

根據(jù)前面的評估指標分級體系,確立各個評估因子對風險等級的隸屬程度(表2),建立災害風險評估模型流程圖(圖1)。

圖1 海岸侵蝕風險評估模型Fig.1 The risk assessment model of coastal erosion

表2 評估指標風險等級隸屬度指數(shù)Table 2 The membership degree index of assessment factors risk grade

3.3 構造判斷矩陣確定評估指標權重

通過對各個要素間的兩兩比較,判斷其相對重要性,構造出判斷矩陣(表3),經(jīng)由專家判定各指標相對重要性后,再通過表2利用層次分析決策過程,構造權值判別表。根據(jù)模糊矩陣原理,求出上述判斷矩陣的最大特征根及其所對應的特征向量,就可以以此特征向量作為各評估指標的加權值。在計算判斷矩陣的最大特征根和特征向量時,采用近似的求積法求其最大特征值,并進行一致性和隨機性檢驗,最終求得本次評估的權重值(表4):風況的權重值為0.068 3,降雨的權重值為0.114 9,風暴增水的權重值為0.201 4,海岸類型的權重值為0.190 8,海岸侵蝕強度的權重值為0.383 9,土地利用類型的權重值為0.040 6。

表3 評估指標重要性判斷矩陣Table 3 Comparison Matrix of evaluation index importance

表4 各評估因子的權重Table 4 The weight of assessment factors

4 結果與討論

4.1 孕災環(huán)境評估

?？陲L況對應的孕災環(huán)境等級為高(I級),年平均降水量對應的孕災環(huán)境等級為中(II級),風暴增水對應的孕災環(huán)境等級為高(I級),人工海岸對應的孕災環(huán)境等級為低(III級),砂質(zhì)海岸和粉砂淤泥質(zhì)海岸對應的孕災環(huán)境等級為中(II級),生物海岸對應的孕災環(huán)境等級為高(I級)(圖2)。?？诔芜~灣、西海岸和東海岸岸段的孕災環(huán)境等級為中(II級),秀英港至南渡江口岸段的孕災環(huán)境等級為低(III級),鋪前灣東部岸段的孕災環(huán)境等級為高(I級)。

圖2 孕災環(huán)境等級Fig.2 The grade of hazard formative environment

4.2 海岸侵蝕災害危險性評估

海口大園村附近、南渡江東側、五源河口、長濱北五路等局部岸段發(fā)生海岸侵蝕的危險性高(I級),南渡江以東和假日海灘西部的局部岸段海岸侵蝕危險性等級為中(II級),其余岸段海岸侵蝕危險性等級為低(III級)(圖3)。

圖3 海岸侵蝕危險性等級Fig.3 The danger grade of coastal erosion

4.3 承災體脆弱性評估

?？谀隙山晕骱０稁У拇嗳醯燃壎酁楦?I級),南渡江以東至大園村附近海岸帶脆弱性等級多為中(II級)和高(I級),而大園村以東的海岸帶脆弱性等級多為中(II級)和低(III級)(圖4)。

圖4 承災體脆弱性等級Fig.4 The vulnerability grade of coastal erosion hazard-affected body

4.4 海岸侵蝕災害風險綜合評估

將前述的孕災環(huán)境、致災因子和承災體數(shù)據(jù)柵格化,考慮對應的權重,對各個指標做加權,依次得到各個柵格區(qū)域的海岸侵蝕風險等級分布(圖5)。由圖5可知,在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資料基礎上,綜合考慮孕災環(huán)境、致災因子和承災體脆弱性等多方面因素,海口海岸侵蝕災害風險總體不高。高風險區(qū)分段式分布在五源河口岸段、長濱北五路岸段、南渡江以東至大園村沿岸的局部岸段,評價分析得到的海岸侵蝕高風險區(qū)與2019年?？诒镜渍{(diào)查的海岸侵蝕分布區(qū)域基本吻合。

圖5 海岸侵蝕災害風險等級Fig.5 The risk grade of coastal erosion hazard

5 結論與建議

通過對?？诤０稁У脑袨臈l件、災害危險等級、承災條件的分析,采用模糊數(shù)學法對?？诤０稁Ш０肚治g災害風險進行綜合評價,得出海岸侵蝕災害的風險等級和分布范圍,評價結果較為理想。綜合海岸侵蝕的危險性與脆弱性評估結果可知,海口海岸侵蝕高風險區(qū)分段式分布在?？诩偃蘸┚植堪抖?、長濱北五路、五源河口、南渡江向東至大園村沿岸的局部岸段,這里也是今后海岸侵蝕災害防治的重點區(qū)域。

為了遏制海岸侵蝕高風險區(qū)進一步惡化,維持沿海居民正常的生產(chǎn)生活,針對目前的災害現(xiàn)狀,提出以下幾點建議:

1)嚴格禁止近岸、近海采砂,主管部門應加強對圍填海工程的監(jiān)管,防止出現(xiàn)新的違法違規(guī)海上采砂活動。

2)嚴格禁止河道采砂,相關政府部門應該聯(lián)合行動,加緊出臺相應的河砂管理政策,防治南渡江流域河砂被隨意開采,以保證正常的河流入海泥沙,防控海岸的蝕退。

3)積極開展海岸侵蝕高風險岸段的整治修復工作,海岸侵蝕嚴重表明該區(qū)域的海岸已經(jīng)處于嚴重的不健康狀態(tài),依靠海岸自身的修復能力已經(jīng)無法恢復到健康狀態(tài),建議相關主管部門根據(jù)海岸侵蝕的主要原因開展針對性的整治修復工作。