超百年一遇強降雨對廈門島沙灘影響研究

翁宇斌 楊順良 趙東波

關鍵詞：海洋地質學;濱海沙灘;特大暴雨;侵蝕流失;沙灘修復

中圖分類號：P737.1 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2022）01-0082-06

0引言

沙灘是寶貴的自然資源，不僅具有消解波浪對海岸沖擊，減輕海岸侵蝕等天然防護作用，還具有濱海旅游休閑的娛樂功能，也是沿海生物棲息和繁衍的重要生境，是海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的前沿陣地[1-2]。沙灘的侵蝕則是目前地球科學研究的熱點之一。目前，在針對沙灘侵蝕的研究中，重點是放在潮汐和波浪作用下沙灘發(fā)生的沖淤變化，對于極端氣候的影響，也都是聚焦在臺風及風暴潮對灘面造成的影響。而2018年5月7日，廈門島內東南部百年一遇的暴雨給沙灘造成極大的影響，多處沙灘出現嚴重的沖刷，其破壞程度不亞于臺風對廈門沙灘造成的影響。本研究旨在通過分析暴雨對廈門沙灘影響的程度，探究沙灘沖刷原因，在此基礎上，提出受損沙灘的整治修復建議，供相關管理部門參考，為后期采取相應的防范措施，減少或者避免極端暴雨對沙灘的破壞。

1研究區(qū)概況

廈門島位于福建省南部沿海，海島面積134.8km2，海岸線長度74.8km[3]。廈門島的砂質海岸主要分布在東部和東南部，是寶貴的濱海旅游資源[2]。為更好地保護利用該區(qū)域濱海沙灘，廈門市投入大量資金對海岸帶雨水管網、植被綠化、沙灘修復養(yǎng)護、入海排洪管涵等進行改建，取得了顯著的效果[4-8]，吸引大量國內外游客，濱海旅游已成為廈門旅游的一張靚麗名片。

廈門屬于亞熱帶海洋季風氣候，冬半年盛行NE-ENE風，風速較大，月平均風速3.5～4.2m/s;夏半年以SE和S風為主，風速一般較小，月平均風速2.9～3.1 m/s。年主要風向為NE，頻率為15%[9]。氣候溫和多雨，每年5—8月雨量最多。一般在5月上旬中期，廈門開始進入梅雨季，其間易遭連續(xù)性暴雨侵襲[10]。

2研究方法

2.1暴雨資料收集

2018年5月7日，廈門遭遇歷史罕見的局地超強降雨。5月7日08時至8日08時1天之內，全市的平均降雨量為62.8mm，達到暴雨級別，但降雨量的空間分布并不均勻，呈現從沿海向內陸快速遞減的趨勢，不同于廈門市全年降水量的分布特征。思明區(qū)的平均降雨量為179.6mm，達到大暴雨級別，而湖里區(qū)平均降雨量僅為60.9mm。全市有13個街道出現了100mm 以上的累計降水量，有8個在思明區(qū)。思明區(qū)濱海街道科技中學連續(xù)2小時降雨強度均達100 mm 以上，小時降雨強度最大107.5mm，3小時累積雨量274mm，24小時累積雨量320mm，3個值均刷新了廈門氣象水文觀測記錄的小時降雨強度，3小時、24小時累積雨量極值[11]。

其中，東渡監(jiān)測站最強3小時降水量、最強1小時降水量分別是該站歷史極值的2.5倍和1.2倍，均超百年一遇降水強度等級。由于受廈門島東南部東坪山地形的影響，短時強降雨無法快速滲入土壤而被消納，則很快形成地表徑流而朝沙灘低洼地區(qū)下泄，水流強烈沖刷，導致沙灘灘面嚴重變形，海砂流失，影響濱海沙灘的環(huán)境與功能。

2.2現場測量計算

廈門島東南部濱海沙灘從廈門大學白城至“一國兩制”標語牌岸段全長10.78km，通過中海達V60型RTKGPS、皮尺、標尺、現場拍照與無人機航拍等手段對受損沙灘進行測量記錄，主要測量沙灘沖溝上部、中部及下部的寬度、深度，綜合計算得出沖溝寬度和深度的平均值，再結合沖溝長度統(tǒng)計沙灘沖刷量。

3結果與討論

3.1岸灘損毀總體情況

本次特大暴雨對廈門島東南部濱海沙灘的影響主要集中在廈門大學白城至“一國兩制”標語牌岸段的10個岸段。岸線全長10.78km，受損沙灘共形成沖刷溝28條，受損岸灘累計長度為6.1km，沙灘侵蝕流失的面積為21166m，因暴雨導致的沙灘流失量超過了4萬m。受損最嚴重的為黃厝玩月坡沙灘，受損岸灘寬度最大，為115m，沖刷面積最大，達到了5980m，沙灘侵蝕流失最多，達到了17940m。沖刷深度最深的出現在亞洲海灣酒店東北側沙灘，平均深度3.0m，最深處達到了4.9m。沖刷長度最長的為“一國兩制”標語牌南側沙灘，長度達到了100m。沖刷面積超過1000m的有6處，沖刷量超過1000m的有8處（表1）。

本研究根據受損岸段及其后方陸域地形、匯水范圍、排水條件與開發(fā)利用現狀等各種因素，綜合選取了5個岸段分別分析其受損情況及受損成因。

3.1.1胡里山炮臺沙灘

該處沙灘位于胡里山炮臺南側，長度共340m，灘面寬度約30m。沙灘后方原為一處荒地，后經政府規(guī)劃建設為停車場，原本土質的荒地基本上都改為硬質的水泥地面。停車場向海一面有圍墻，在圍墻東西兩側分別各預留了1處寬度約5m 的行人出入口，場地自陸向海坡度為4°。在暴雨發(fā)生時，雨水均匯集在停車場內，順硬化路面而下，于兩側出口排出，導致沙灘沖刷，形成4處沖溝（圖1）。

3.1.2亞洲海灣酒店東北側沙灘

該處受損沙灘位于亞洲海灣酒店東北側150m處。沙灘受損情況主要為：環(huán)島棧橋下沙灘沖刷形成沖溝1處、北側平臺外側形成沖溝1處。其中：環(huán)島棧橋下沙灘受損長度為30m，形成的沖刷溝寬度為40m，平均沖刷深度為3.0m，沖刷最大深度為4.9m，沖刷面積為1200m，沖刷量為3600m;平臺外側受損略輕，沙灘受損長度為25m，形成的沖刷溝寬度為8m，平均沖刷深度為1.5m，沖刷最大深度為2.3m，沖刷面積為200m，沖刷量為300m。根據現場調查，環(huán)島棧橋下受損沙灘后方為一自然地勢形成的小排洪溝渠，溝內有一管徑約0.4m 的排洪管涵。來自環(huán)島路內道雨水，疊加排洪溝內的排洪管涵來水，匯合后沖向海邊。直接作用于沙灘擋土墻，導致?lián)跬翂逅碁┍粵_刷。平臺外側由于暴雨形成的地表水流匯集在硬質平臺，過水斷面的面積較大，水于平臺處分散流出，形成的沖刷力較分散，因此沖刷程度較輕（圖2）。

3.1.3海韻臺沙灘

該處受損沙灘位于海韻臺東側海灘，受損沙灘沖刷形成沖溝3處，總受損長度為57m。其中中部受損最嚴重，沙灘受損長度為30m，形成的沖刷溝寬度為11m，沖刷平均深度為2.0m，最大深度為2.4m，沖刷面積為330m，沖刷量為660m。根據調查，在受損沙灘后方有一個2016年新建的水泥觀景平臺，該區(qū)地勢特征以環(huán)島路最高，順草坡而下至水泥平臺最低。當暴雨發(fā)生時，環(huán)島路上的積水順坡而下，同時雨水也均往此低洼處匯集，當積水漫過水泥平臺向海一側排放時，水泥平臺靠近草坪處修建了2座花壇，把平臺分割形成2處狹窄的出入口。水流經過出入口時，流速加快，導致觀景平臺外側沙灘被沖刷流失。由于平臺修建在沙灘上，下方硬化地基只有0.15m，當平臺下方沙子被流水沖走后，平臺石階失去支撐而出現垮塌（圖3）。

3.1.4黃厝玩月坡沙灘

該處受損沙灘位于黃厝玩月坡海灘受損情況主要為：沙灘灘面沖刷嚴重;沙灘后方草坪垮塌，部分路基受損。形成的沖刷溝寬度為115m，沖刷最大深度4.6m，沖刷面積為5980m，沖刷量為17940m。該處沙灘緊鄰環(huán)島路的路肩，沙灘下方有4根大的排洪涵管。以排洪涵管為中心，向兩側各有約55m的草坪及路基垮塌。從地形上看，道路護坡占據灘肩，高潮時潮水能直接作用到路基擋土墻。在暴雨形成的地表徑流沖刷下容易形成滑坡。該岸段兩側匯水至中部較低洼路段，順坡流向沙灘，水流沖毀地表草皮及素填土（30cm 厚）的同時，下覆沙子受到回流水流的沖刷進一步加劇了岸坡的損毀（圖4）。

3.1.5“一國兩制”標語牌南側沙灘

該處受損沙灘位于“一國兩制”標語牌南側海灘，受損沙灘共有1處。沙灘灘面沖刷嚴重，形成寬度達22m的沖刷溝，沖刷面積為2200m，沖刷量為4400m（圖5）。根據現場調查分析，該處沖溝形成并不是由于本次暴雨才形成的，應該一直都存在，只是由于之前水量較小，導致沖溝不明顯。在環(huán)島路向陸一側原為垃圾填埋場，初步判斷其排洪水溝可能為垃圾填埋場下滲的雨水通過環(huán)島路下的隱蔽工程，下穿環(huán)島路之后，直接排放在沙灘上，造成沙灘長期沖刷。

3.2沙灘侵蝕原因分析

胡里山炮臺沙灘。受損情況：形成4處沖溝，沙灘的受損長度為58m，沖刷面積1560m，沖刷量2020m;近岸市政設施損毀2處，石階被沖毀1處。侵蝕原因：短時強降雨，城市排水系統(tǒng)無法及時消納，地表不透水面增加，形成地表積水從陸向海排放，導致沙灘沖刷。

亞洲海灣酒店東北側沙灘。受損情況：形成2處沖溝，受損長度共55m，寬度最大40m，沖溝深度最大4.9 m，沖刷面積為1400m，沖刷量為3900m;棧橋下石質護岸垮塌。侵蝕原因：①短時強降雨，城市排水系統(tǒng)無法及時消納，地表不透水面增加，形成地表積水從陸向海排放，導致沙灘沖刷;②短時強降雨，陸域排洪管涵未鋪設至深海排放，而是在沙灘后方陸域直排，導致沙灘沖刷。

海韻臺沙灘。受損情況：沙灘受損3處，受損長度57m，最大受損寬度15m，沖溝最大深度2.0m，沖刷面積為616m，沖刷量為1021m石階垮塌2處。侵蝕原因：短時強降雨，城市排水系統(tǒng)無法及時消納，地表不透水面增加，形成地表積水從陸向海排放，導致沙灘沖刷。

黃厝玩月坡沙灘。受損情況：沙灘受損長度為52m，沖溝寬度為115m，沖溝最大深度4.6m，沖刷面積為5980m2，沖刷量為17940m³;路基垮塌滑移，排洪管涵出露。侵蝕原因：①短時強降雨，城市排水系統(tǒng)無法及時消納，地表不透水面增加，形成地表積水從陸向海排放，導致沙灘沖刷;②道路護坡占據灘肩，海浪直接作用到路基擋土墻，加劇了岸坡的損毀。

“一國兩制”標語牌南側沙灘。受損情況：沙灘灘面沖刷嚴重，形成長度達100m的沖刷溝，沖溝寬度22 m，沖溝最大深度2.0m，沖刷面積為2200m，沖刷量為4400m。侵蝕原因：修建環(huán)島路時埋設的排洪管涵，該管涵未鋪設至深海排放，長期排放，導致沙灘沖刷。

依據前文所述，造成本次廈門島東南部沙灘遭受暴雨沖刷侵蝕的原因主要有3個。①城市發(fā)展改變了原來的生態(tài)環(huán)境，地面硬化后喪失了天然的雨水蓄水功能，使得原本可以滲透的雨水被集中快速排放，導致雨水徑流量增大[12]。加之廈門島東南部區(qū)域與中部區(qū)域被東坪山所隔，東南部地勢自山向海逐漸降低，沙灘所在位置為地勢最低處，因此，當遇上強降雨，城市排水系統(tǒng)無法及時消納，造成地表積水，雨水直接排海對沙灘形成沖刷，該原因是本次沙灘沖刷侵蝕的最主要的原因。②因陸域后方排洪管涵管理及維護不善，導致排洪管涵未鋪設至深海排放，而是直接在沙灘后方陸域直排，導致沙灘被沖刷。③城市設施直接占灘，高潮時，波浪可直接作用至該設施，在暴雨沖刷的同時，波浪也作用于該岸段，導致岸段沖刷加劇，造成更嚴重的破壞。

3.3暴雨后沙灘修復

3.3.1修復措施

在本次沙灘遭受暴雨沖刷后，根據本研究的調查結果，政府及時采取了修復措施，投入修復金額約350萬元，補沙量約29970m。其具體修復方案如下：①損毀程度較輕的17處：不補沙，只進行人工加機械作業(yè)進行修復，消除安全隱患。②涉及沙灘后方（市政綠化+擋墻）整體滑移：首先進行人工加機械作業(yè)進行修復，消除安全隱患;其次在后方擋墻修復完成后，進行補沙作業(yè)，補沙量約17220m。③有暗埋管排水沖刷沙灘：首先進行人工加機械作業(yè)進行修復，先消除安全隱患;其次對沙灘進行補沙作業(yè)，補沙量約12750m。

3.3.2修復成效

為了掌握廈門島東南部沙灘的沖淤變化情況，當地海洋主管部門在該段沙灘布設有長期的固定觀測剖面，本研究收集了位于本次沖刷岸段的部分剖面資料（廈大白城、珍珠灣、海韻臺、黃厝），通過對這些剖面暴雨前及修復后的沙灘剖面形態(tài)進行對比，可以判斷本次沙灘修復成效。根據對比，通過采取的修復措施，沖刷的沙灘基本上恢復到了暴雨沖刷前的灘面形態(tài)，甚至海韻臺沙灘修復后比之前的灘面高程更高，修復基本達到了預期目標。

4討論

本次暴雨后，政府采取的沙灘修復措施雖及時有效，但仍屬于治標不治本，僅僅是對沙灘侵蝕部分做了面上的修復，但對于造成沙灘沖刷的“罪魁禍首”卻沒有從根源上解決問題。雖然廈門島東南部海灘已經修建了多個地下排洪管涵，排洪管涵經過延伸改造，極大改善了海灘后方城鎮(zhèn)的排洪需求，相比之前，沙灘遭受洪水侵襲的概率大大降低。但同時，由于城市建設的發(fā)展，不透水面逐漸增多，而能消納降雨的泥土地與草地的面積大大減少，以致出現區(qū)域性的暴雨積水現象。如環(huán)島路向海一側，硬質路面范圍大，且沒有布設雨水井及泄洪通道等排洪設施，在坡度有利于地表水流匯集區(qū)域，水流破壞力增強，以致沖毀沙灘。

因此，從長遠發(fā)展角度考慮，需要對東南部海岸帶雨水管網進一步梳理，加緊對廈門市的排水系統(tǒng)進行優(yōu)化升級，避免城市內澇以及地表水集聚對海灘的沖刷;對于局部地形匯水造成岸灘沖刷侵蝕的，應對局部地形的匯水排放進行改造，將其引入周邊已有入海排洪管涵，或者針對局部地形匯水建設新的入海排洪管涵，雨水排洪管進入海域的需盡量埋深并延伸排洪管，減少對沙灘的沖刷和景觀影響。同時修復沙灘后，對后方的草地進行清除，為防止風沙對后方道路的影響，可考慮種植觀賞性的椰樹等喬木植物，一方面是增加沙灘后濱的空間;另一方面可提升后濱的景觀，同時為游客提供休閑歇息的場所。

5結語

廈門島東南部部分沙灘被強降雨沖毀，其原因主要包括：降雨量大;濱海區(qū)域不透水面多;適合的坡度形成匯水區(qū);低洼區(qū)域缺少排水管道;沙灘人工石階與觀景平臺設計沒有考慮排水影響;人工設施占灘等。因此，在進行人工補沙修復沙灘時，還需要結合濱海一線的地勢坡度設計排水通道，在現有不透水面增加輸水管線，增厚草地土壤層，減少地表徑流的形成，雨水排洪管進入海域的需盡量埋深及延伸排洪管，減少對沙灘沖刷和景觀影響。