2010—2020 年青島海灘剖面穩(wěn)定性及影響因素分析

梁偉強(qiáng)，王永紅，王凱偉

（中國海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院 海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100）

砂質(zhì)海岸是極為重要的旅游資源，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其蝕淤演化和動力機(jī)制一直是海岸帶研究的熱點(diǎn)問題[1-4]。一般來說，海灘蝕淤動態(tài)會受到自然因素和人類活動的雙重影響，在兩者的共同作用下，全球海灘的侵蝕問題日益嚴(yán)重[5-8]。自然因素主要包括海平面變化、風(fēng)暴潮加劇、波浪潮汐、構(gòu)造下沉、岸堤穩(wěn)定性下降、河流入?？诟牡赖?，其中，海平面變化是最主要的影響因素。Jochen 等根據(jù)全球范圍內(nèi)海平面變化情況，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型評估了海平面上升對沙灘侵蝕的影響，認(rèn)為到21 世紀(jì)中期，全球海灘因海平面上升造成的侵蝕范圍將達(dá)到6 000～17 000 km2[9]。但與自然因素相比，人類活動會對海灘侵蝕產(chǎn)生更大的影響，例如夏東興等通過對福建海灘近40 年的平均蝕退速率研究發(fā)現(xiàn)，海灘最大蝕退速度為4～5 m/a，認(rèn)為人為影響對海灘侵蝕所產(chǎn)生的加劇作用約占70%左右，大幅超過了海平面上升為主的自然因素影響[10]。人類活動對海灘侵蝕的影響主要包括人為引起河流輸沙減少、海岸工程、圍海養(yǎng)殖、挖沙采礦和破壞固沙植被等。

在河流輸沙減少方面，河北省灤河在上游水利工程影響下入海輸沙急劇減少，2012—2014 年年平均輸沙量僅為4.86×104t/a，是1990—1999 年的1.55%。此外，灤河口外因治理航道淤積建立的攔沙堤進(jìn)一步減少了來自灤河口的沿岸漂沙，導(dǎo)致河口外的打網(wǎng)崗島海灘在2012—2014 年發(fā)生持續(xù)侵蝕，海灘下蝕速率大于10～15 cm/a[11]。海南南渡江自1969—2007 年上游水庫和攔水壩陸續(xù)建成后入海輸沙量劇減73%，致使?？跒澄骱?995—2010 年年均蝕退23～36 m[12]。

在海岸工程方面，Mireille 等利用衛(wèi)星圖像研究了墨西哥坎昆海灘1969—2016 年的侵蝕狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)貫I海觀景平臺、游樂設(shè)施、入海堤壩碼頭等海岸工程嚴(yán)重破壞了沉積物沿岸輸移，2016 年海灘最大蝕退幅度達(dá)130 m[13]；1985—2018 年廣西銀灘在兩側(cè)漁港、入海碼頭和后濱大型觀景平臺影響下泥沙沿岸輸移被嚴(yán)重阻斷，岸線最大侵蝕可達(dá)80 m[4]；在濱海碼頭、入海堤壩的影響下阿拉斯加北部海灘侵蝕速率最大超過18 m/a[14]。2009 年以前由于營口港港口建設(shè)等人類活動影響，月亮灣沙灘出現(xiàn)了明顯的侵蝕問題[15]。

在圍海養(yǎng)殖方面，李兵等于2007 年3—10 月對福建70 個(gè)砂質(zhì)海灘調(diào)查發(fā)現(xiàn)，超過半數(shù)海灘在圍海養(yǎng)殖、毀林占灘養(yǎng)殖、近濱采沙的影響下侵蝕嚴(yán)重[16]。

在挖沙采礦方面，威海地區(qū)的沙灘由于挖沙總體年均侵蝕1.5 m、損失面積達(dá)2×105m2[17]，在2010—2011 年約有90%的沙灘在前濱采砂及入海河流采砂的影響下遭受不同程度侵蝕[18]；煙臺蓬萊的登州海灘自1985 年便存在采砂船挖沙現(xiàn)象，導(dǎo)致蓬萊西莊至欒家口海灘從基本穩(wěn)定轉(zhuǎn)為強(qiáng)烈侵蝕，岸線后退速率高達(dá)15 m/a[10]；海南萬寧海灘年均蝕退10～20 m，開采鈦鋯砂礦、前濱采砂、水產(chǎn)養(yǎng)殖、砍伐固沙防護(hù)林是當(dāng)?shù)睾┣治g的主因。

在破壞固沙防護(hù)植被方面，李團(tuán)結(jié)等通過分析雷州半島海灘侵蝕特征認(rèn)為，大肆破壞沿岸灌木和草本植物、砍伐紅樹林并建設(shè)大量養(yǎng)蝦池是其侵蝕率高達(dá)43.35%的重要原因[19]；宮立新曾通過衛(wèi)星遙感和剖面監(jiān)測研究了山東半島東部67 個(gè)海灘1980—2011 年的侵蝕特征，發(fā)現(xiàn)海岸防護(hù)植被破壞和大量碼頭堤壩等海岸工程是近年來海灘侵蝕速率加快的重要原因[20]。

從上述研究來看，海灘侵蝕已成為當(dāng)今海灘面臨的主要威脅，而人類干擾已越來越成為影響海灘穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。如果海灘侵蝕嚴(yán)重，則需要較大規(guī)模的軟硬工程進(jìn)行修復(fù)，不但投入較大，還會產(chǎn)生諸多問題，例如拋沙養(yǎng)灘易在復(fù)雜水動力條件影響下導(dǎo)致沉積物流失[21]，還可能會導(dǎo)致生態(tài)異?；蛭廴荆补こ炭赡軙砟嗌齿斶\(yùn)改變以及影響景觀等問題。因此通過分析海灘穩(wěn)定的自然和人類活動因素，可以找出維護(hù)海灘穩(wěn)定的最優(yōu)方案，減少維護(hù)海灘的花費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)海灘的可持續(xù)利用。

山東半島東部有4 個(gè)區(qū)域的海灘處于平衡狀態(tài)[20]，分別是青島市區(qū)海灘、威海榮成東段海灘、威海榮成東北部海灘以及煙臺福山區(qū)海灘，累計(jì)長度僅為14.1 km。其中關(guān)于青島市區(qū)海灘的研究較為成熟，已有諸多學(xué)者對海灘的波浪特征[22]，沉積物輸移與浪潮環(huán)境[23-24]、粒度的季節(jié)變化及海灘剖面演變[25-28]、磁性礦物以及重金屬污染[29-30]等進(jìn)行了研究，為海灘穩(wěn)定性分析提供了基礎(chǔ)資料。本文利用2010—2020 年青島市第一、第三和石老人海水浴場海灘剖面的實(shí)地監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，分析海灘剖面的穩(wěn)定性并進(jìn)一步探討人類活動和自然因素對海灘形態(tài)穩(wěn)定性的影響，以期為海灘的科學(xué)管理及可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和建議。

1 研究區(qū)域概況

砂質(zhì)海岸分為開闊型、半遮蔽型和岬灣型，其中岬灣型海岸在自然界中分布十分普遍[31-33]。本文研究區(qū)是典型的岬灣型海岸，位于山東半島東南部溫帶季風(fēng)區(qū)，附近無大型河流輸入。風(fēng)向以SE、N、NNW 為主，頻率可達(dá)12%、11%和11%。波浪多見季節(jié)性風(fēng)浪，以冬季W(wǎng)NW-NNW 向最為常見，夏季涌浪頻率高達(dá)88%，以SE 向最為常見。平均波高值夏高春低，秋冬介于中間，分別為3.1m、1.4 m、2.1 m 和1.9 m[34]。潮汐為正規(guī)半日潮，最大潮差4.75 m，平均2.78 m[35]。受西黃海沿岸流影響，漲潮海流沿順時(shí)針流向，落潮時(shí)相反，主流向基本與岸線平行[27]。第一海水浴場海灘呈近直線型，長約0.62 km，海灘平均坡度為2.66%，東西兩側(cè)發(fā)育基巖岬角地貌[36]。海灘水下沿岸沙壩發(fā)育明顯，長度約500 m。第三海水浴場海灘呈弧形發(fā)育，南北總長近1 km，平均坡度為3.61%（圖1）。石老人海灘整體走向約NE-SW，長約2.15 km，平均寬度210 m，面積約4.5×105m2，平均坡度約2.4%。

圖1 研究海灘位置及剖面分布

2 研究方法

2.1 剖面布設(shè)與測量

2010—2020 年在第一、第三海水浴場（簡稱一浴、三?。┖褪先撕┭卮怪卑毒€方向均勻布設(shè)8 條剖面（一浴3 條、三浴2 條、石老人3 條）（圖1），采用LeikaTC-208 全站儀在大潮低潮時(shí)沿固定起點(diǎn)、固定方向?qū)Φ谝缓Ｋ?、第三海水浴? 條剖面累計(jì)進(jìn)行6 次測量，對石老人海水浴場3 個(gè)剖面累計(jì)進(jìn)行12 次測量（表1），測量時(shí)間一般于當(dāng)月初一或十五大潮低潮時(shí)，此時(shí)可測量長度最大，提前掌握測量日期的潮汐、天氣狀況，避開陰雨天以提高全站儀的穩(wěn)定性和精確度。在數(shù)據(jù)采集和處理過程中，為了嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)精確性，平均每5～10 m 布設(shè)一個(gè)測量點(diǎn)位，對地形變化顯著的區(qū)域（如灘肩、沿岸沙壩）適當(dāng)密集布點(diǎn)測量，每個(gè)測量點(diǎn)位用棱鏡卡桿將棱鏡高度嚴(yán)格控制在距離海灘表面1.8 m 的高度并重復(fù)測量兩次，剖面向海一端通常測至低潮處水邊線。為便于形態(tài)演化的直觀對比，本文剖面高程全部統(tǒng)一為相對高程，以剖面測量起點(diǎn)為相對高程和離岸距離的起算零點(diǎn)。

表1 監(jiān)測剖面基本概況

2.2 海灘穩(wěn)定性分析方法

本文主要從海灘類型判別、海灘地貌變化（灘肩寬度變化、單寬體積變化、垂向擾動深度）兩個(gè)角度來分析三個(gè)研究海灘的穩(wěn)定性特征。

2.2.1 海灘類型判別 Guza 等采用破碎定標(biāo)參數(shù)表征海灘對入射波的反射性，以判別海灘的水動力特征，區(qū)分海灘的耗散性和反射性[37-38]，將三個(gè)海灘的基本參數(shù)代入公式（2）—公式（5），并將其聯(lián)立代入公式（1）即可求得ε，王文介等根據(jù)對華南沿海沙灘的研究提出ε ＜2.5 時(shí)為反射型，2.5 ＜ε ＜33 為過渡型，ε ＞33 為耗散型[39]。其判別公式為：

式中，ab為碎波振幅；ω 為入射波弧度頻率；g 為重力加速度；β 為海灘坡度。

式（2）和式（3）中，Hb為淺水區(qū)破波波高，可按照Komar 等提出的半經(jīng)驗(yàn)公式[40]計(jì)算：

式（4）和式（5）中，H0為深水波高；L0為深水波長；為平均波周期。

2.2.2 海灘地貌變化 從2010—2020 年剖面的垂向變化、灘肩寬度變化、單寬體積變化三個(gè)角度進(jìn)行系統(tǒng)分析，以此反映海灘剖面的穩(wěn)定性。其中，第一海水浴場PM3 不發(fā)育灘肩，石老人海水浴場PM8 在監(jiān)測前期未發(fā)育灘肩，監(jiān)測后期可見一定規(guī)模的灘肩發(fā)育；計(jì)算海灘剖面灘肩寬度時(shí)將其定義為測量起點(diǎn)向海延伸至灘肩頂位置的橫向距離。計(jì)算剖面的單寬體積時(shí)將第一海水浴場PM1—PM3 計(jì)算范圍分別界定為230 m、250 m 和220 m，第三海水浴場PM4—PM5 計(jì)算范圍分別界定為180 m和140 m，石老人海水浴場PM6—PM8 計(jì)算范圍分別界定為280 m、220 m 和200 m。計(jì)算單寬體積時(shí)統(tǒng)一界定寬度為1 m，下限為相對高程-6 m。

3 結(jié)果

3.1 海灘類型判別

三個(gè)海灘的平均坡度分別約為1.49°、2.06°、1.37°，其正切值tan β 分別為 0.026、0.036 和0.024，將三個(gè)海灘的基本參數(shù)（表2）代入海灘類型判別的各項(xiàng)公式中并聯(lián)立即可求得ε，結(jié)果表明三個(gè)海灘的ε 值分別為106.9、55.7 和125.5，均大于33，說明三個(gè)海灘地貌類型均為典型的耗散型。耗散型海灘一般灘面平整寬廣，坡度常為2°左右，此類海灘入射波的能量耗散在寬廣低緩的灘面上，入射波浪多以崩破的方式破碎，受風(fēng)暴浪等強(qiáng)動力因素影響較小。同時(shí)，ε 值越大代表耗散作用越明顯，第一海水浴場和石老人海水浴場海灘ε值接近，約在100～120 范圍內(nèi)，明顯大于第三海水浴場海灘，說明第一海水浴場和石老人海水浴場對強(qiáng)動力因素的響應(yīng)變化更小。

表2 研究海灘的水文地貌參數(shù)

3.2 養(yǎng)灘前后的剖面形態(tài)變化

在監(jiān)測的11 年間通過現(xiàn)場調(diào)查、資料查閱以及對海灘管理處咨詢，發(fā)現(xiàn)三個(gè)海灘在2017 年前都沒有大規(guī)模的補(bǔ)沙行為，只有第三海水浴場在2017 年6 月開展了補(bǔ)沙修復(fù)，同年7 月第一海水浴場也進(jìn)行了補(bǔ)沙，石老人浴場小規(guī)模維護(hù)頻繁，例如2014 年夏季對不穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)行了內(nèi)部平沙，因此將剖面變化分為兩個(gè)階段。

3.2.1 灘肩寬度變化過程 第一海水浴場海灘：PM1 灘肩寬度介于40～50 m，第一階段2010—2017 年灘肩寬度減小了4.5 m，2017 年補(bǔ)沙后到2019 年共增長了6 m，到2020 年凈增長1.5 m，變化量約為2010 年的3.1% （圖2a，圖3A），PM2灘肩寬度在34～39 m 內(nèi)變化（圖2a，圖3B），第一階段2010—2017 年灘肩寬度減小4 m，2017 年補(bǔ)沙后到2019 年變化了1 m，至2020 年凈減少4 m，變化量為2010 年的12.8%；PM3 不發(fā)育灘肩（圖3C）?？傊?，發(fā)育灘肩的兩個(gè)剖面在補(bǔ)沙之前的第一階段縮減明顯，補(bǔ)沙后普遍存在明顯的增長，養(yǎng)灘成效較為明顯。

圖2 各海灘剖面灘肩寬度（a）和單寬體積（b）演化趨勢

第三海水浴場海灘：2010—2020 年P(guān)M4 灘肩寬度在31～40 m 波動，第一階段2010—2017 年灘肩寬度增加4.6 m，2017 年補(bǔ)沙后到2019 年增長了3 m，到2020 年凈增長7.6 m，增長量為2010 年的23.3%（圖2a，圖3D），PM5 在28～31 m 波動，第一階段2010—2017 年灘肩寬度減小3 m，2017年補(bǔ)沙后至2019 年增長了3 m，至2020 年凈增長0 m（圖2a，圖3E）。兩個(gè)剖面灘肩寬度總體上穩(wěn)中增長，以補(bǔ)沙后的增長最為明顯。

石老人海水浴場海灘：PM6 和PM7 灘肩寬度演化趨勢一致，前者灘肩寬度為115～160 m，最大浮動尺度約40 m，后者介于42～60 m，最大變化尺度約為18 m，兩個(gè)剖面灘肩寬度在2011—2012 年期間出現(xiàn)了十分明顯的減小，在2012 年后緩慢增長（圖2a，圖3F—圖3G）。至2020 年P(guān)M6 灘肩寬度凈縮減約34 m，而PM7 灘肩寬度減小約為14 m，變化量分別約為2010 年的21.3%和23.3%。

圖3 各海灘剖面重復(fù)監(jiān)測形態(tài)及季節(jié)變化

總的來說，在2010—2020 年間除石老人海灘PM6 剖面的灘肩寬度明顯減小，PM7 剖面表現(xiàn)出較小的減小趨勢以外，其余海灘剖面在整體上變化并不顯著，并且在2017 年補(bǔ)沙之后灘肩寬度顯著增加。2011—2012 年是石老人海水浴場海灘剖面灘肩寬度縮減明顯的時(shí)期，2012 年以后各海灘剖面灘肩寬度十分穩(wěn)定，甚至存在緩慢增長的趨勢。

3.2.2 單寬體積變化過程 第一海水浴場海灘PM1 和PM3 在第一階段2016 年以前較為穩(wěn)定，2017 年經(jīng)歷人工補(bǔ)沙后單寬體積明顯上升，11 年間凈增長量分別為46.5 m3和79.4 m3，變化量約為2010 年的18.9%和8.4% （圖2b）。PM2 后期略微下降，最大幅度為44.3 m3，凈損失28.9 m3。第三海水浴場海灘PM4 和PM5 在第一階段2017 年人工補(bǔ)沙前單寬體積上升微弱，這與灘肩寬度變化的特點(diǎn)一致，2017 年人工補(bǔ)沙后兩個(gè)剖面單寬體積存在一定增長，11 年間凈增長量分別為21.3 m3和10.7 m3，變化量約為2010 年的4.6%和2.9%。石老人海水浴場海灘PM6、PM7 和PM8 單寬體積依次減小，PM6、PM7 單寬體積在2011—2012年同步減小，這一趨勢與灘肩寬度變化相一致。11年來PM6 略微下調(diào)，PM7 較為穩(wěn)定，PM8 則有一定增長，凈增長量分別為-97.2 m3、-8.5 m3和21.5 m3，變化量約為2010 年剖面體積的9.4%、1.0%和3.3%。

總的來說，2010—2020 年除石老人海水浴場海灘PM6 明顯減小以外，石老人海水浴場海灘PM7 和第一海水浴場PM2 減小十分微弱，其余剖面整體上較為穩(wěn)定或存在淤積，這說明在自然因素和人為因素的共同作用下三處海灘整體穩(wěn)定性較好。剖面形態(tài)雖然進(jìn)行了長時(shí)間的動態(tài)調(diào)整，但總沙量變化不大。

3.2.3 垂向變化過程 從垂向變化來看，在自然和人為因素的雙重影響下，2010—2020 年第一海水浴場PM1 變化介于0.2～0.5 m，灘面和水下沙壩變化明顯（圖3A），2016 年以前PM1 灘肩規(guī)模較小，后濱坡度較大，2016—2017 年灘面上部區(qū)域地形變化較小，只有灘面下部相對高程存在20 cm左右的變化，在補(bǔ)沙2 年后剖面地形的相對高程整體存在明顯的增高，離岸30～80 m 的灘面頂部區(qū)域相對高程比補(bǔ)沙之前高約0.8 m 左右，可見2017 年人工拋沙對PM1 地形的穩(wěn)定增長產(chǎn)生了顯著的積極作用（圖3a）；PM2 只有灘肩淤積明顯，變化介于0.2～0.6 m，離岸70 m 向海一側(cè)較為穩(wěn)定（圖3B）。PM3 相對高程穩(wěn)定增長，局部微弱減小或升高（圖3C），變化0.2～1.2 m，灘面處增長幅度最大可達(dá)1.2 m。在2017 年人為補(bǔ)沙影響下，PM3灘肩到灘面上部區(qū)域的地形高程也存在明顯增長，但灘面下部變化較小，在離岸140～230 m 范圍內(nèi)甚至出現(xiàn)了相對高程下降的現(xiàn)象，從2017 年至補(bǔ)沙兩年后PM3 相對高程整體上比之前高，沿岸沙壩區(qū)域的相對高程最大變化可達(dá)0.7 m（圖3c）?？傊?，三個(gè)剖面總體處于穩(wěn)定或緩慢增長狀態(tài)。

第三海水浴場PM4 最大變化約0.9 m，以灘肩頂至灘面最為明顯（圖3D）。前期灘肩發(fā)育，離岸20～100 m 落差較大，此后沉積物以平均高潮線附近為界限向陸海兩側(cè)輸移并最終導(dǎo)致海灘趨于平緩。PM4 總沙量在補(bǔ)沙后出現(xiàn)微弱增加，灘肩區(qū)域存在調(diào)整，而離岸20～100 m 處的灘面區(qū)域的相對高程與補(bǔ)沙之前相比最大升高可達(dá)0.6 m（圖3d）。PM5 地形調(diào)整微弱，變化一般不超過0.3 m（圖3E），平均高潮線以下至灘面區(qū)域范圍內(nèi)的相對高程仍出現(xiàn)了一定的增長，剖面形態(tài)基本回到了2016 年的水平（圖3e）。總體來說PM4 存在較明顯的形態(tài)差異，而PM5 則比較穩(wěn)定。

石老人海灘PM6 變化顯著，2011—2012 年離岸170 m 附近灘肩變化可達(dá)1.5 m（圖3F）。PM7穩(wěn)定性較高，垂向浮動基本不超過0.3 m（圖3G）。PM8 只有在離岸20～70 m 范圍內(nèi)變化較大，這可能與人類擾動較為頻繁有關(guān)，表現(xiàn)出一定的淤積趨勢，淤積深度最大可達(dá)0.5m 左右（圖3H）。總體來說從PM6 到PM8 剖面的垂向變化逐漸由下蝕轉(zhuǎn)變?yōu)樯嫌?。石老人海水浴場海灘未?jīng)歷補(bǔ)沙，因此各剖面形態(tài)未出現(xiàn)人類影響導(dǎo)致的明顯變化（圖3f—圖3h）。

在海平面上升導(dǎo)致砂質(zhì)海灘普遍遭受侵蝕的背景下，2017 年補(bǔ)沙后各海灘剖面整體較為穩(wěn)定，個(gè)別剖面相對高程與補(bǔ)沙之前相比甚至出現(xiàn)明顯升高，說明人工維護(hù)對海灘穩(wěn)定性起到了鞏固效果，養(yǎng)灘成效較為理想。

3.2.4 季節(jié)性變化 2010 年4 月、10 月監(jiān)測結(jié)果顯示第一、第三海水浴場剖面形態(tài)存在一定的季節(jié)變化，石老人海水浴場剖面季節(jié)變化不明顯。第一海水浴場各剖面平均高潮線以上灘肩區(qū)域變化不明顯，變化明顯的區(qū)域主要集中于灘面到水下沙壩附近，局部存在較為明顯的下蝕或上淤（圖3A—圖3C），例如第一海水浴場PM3 在離岸100 m 附近可見較明顯的下蝕，幅度可達(dá)0.5 m，PM2 從離岸100 m 附近開始至水邊線范圍內(nèi)的灘面區(qū)域也存在約0.2 m 的下蝕，但從整體來說各剖面的形態(tài)變化并不強(qiáng)烈，總的來說處于穩(wěn)定狀態(tài)；第三海水浴場只有PM4 出現(xiàn)了明顯的灘肩后移、灘面頂部上淤（圖3D），PM5 的形態(tài)變化相對較?。▓D3E）；石老人海水浴場三個(gè)剖面均未發(fā)生明顯的季節(jié)變化（圖3F—圖3H）。因此整體來說季節(jié)性變化對剖面穩(wěn)定性的研究影響不大。

4 討論

4.1 海灘短期侵蝕調(diào)整的原因分析

從圖2 和圖3 可以看出個(gè)別海灘剖面在2011—2012 年存在短期侵蝕調(diào)整。海灘侵蝕往往由海平面變化、風(fēng)暴潮、人類干擾或其他自然因素導(dǎo)致。海平面變化是海灘侵蝕的重要影響因素[7-8]，1980—2018 年黃海海平面年均上升速率為3.2 mm/a（圖4），2010—2011 年年均上升速率小于10 mm/a，2011—2012 年達(dá)53 mm/a，2012—2019 年年均上升速率僅為5 mm/a。自然情況下海平面急劇上升會導(dǎo)致海灘侵蝕，從實(shí)際情況來看2011 年之后第一海水浴場PM1、PM3 灘肩區(qū)域后退較為明顯，石老人海水浴場海灘PM6 灘肩寬度和單寬體積縮小明顯（圖2），至2016 年總體一直保持在較穩(wěn)定的水平，由圖5 可見石老人海水浴場海灘PM6 在2010 年時(shí)灘肩以下區(qū)域的實(shí)測高程相對較高，而經(jīng)歷2011—2012 年海平面急劇升高后灘面范圍內(nèi)發(fā)生了顯著下蝕，自2012 年至今始終保持在相對穩(wěn)定的形態(tài)，這說明海平面急劇上升對海灘的開敞區(qū)域造成了明顯影響。石老人海水浴場海灘PM7平均高潮線附近區(qū)域也存在一定下蝕，但變化幅度均未超過1 m，而經(jīng)歷人工養(yǎng)灘的第一、第三海水浴場其他剖面變化較小。

圖4 1980—2019 年黃海海平面變化趨勢

圖5 2011 年海平面急劇上升后形態(tài)變化顯著的剖面

在2011 年海平面顯著升高的同時(shí)年平均波高變化不大（約1.1 m），但2011—2012 年臺風(fēng)過境青島5 次（表3）[28]，遠(yuǎn)高于當(dāng)?shù)啬昃螖?shù)（1.1次）[41]，且相比其他年份臺風(fēng)強(qiáng)度較大，路徑距離更近，引起波況短時(shí)激變和增水作用，極易導(dǎo)致開敞區(qū)域剖面單寬體積和后濱寬度劇烈減小。例如2011 年6 月26 日超強(qiáng)臺風(fēng)“米雷”導(dǎo)致青島近海出現(xiàn)9～10 級大風(fēng)，浪高最大可達(dá)2.5 m；2011 年8 月7 日臺風(fēng)“梅花”以25 km/h 的速度過境青島，部分海域浪高最高可達(dá)3～4 m。

表3 2011—2012 年期間影響青島海域的臺風(fēng)[28]

4.2 2010—2020 年海灘穩(wěn)定性影響因素分析

海灘剖面數(shù)據(jù)顯示雖然11 年來各海灘在前期存在短期的剖面侵蝕或調(diào)整過程，但從長期角度來講各海灘剖面總沙量變化不大，整體處于較穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。海灘穩(wěn)定性控制因素一般包括自然因素（海岸地貌、海灘地形）和人為因素兩個(gè)方面。

4.2.1 自然因素 （1）海岸地貌對于海灘穩(wěn)定的影響。第一、第三海水浴場海灘為雙岬角海灘，在岬角影響下灣內(nèi)波浪強(qiáng)度降低，利于遮蔽岸段沉積物保持平衡。因此這兩個(gè)海灘雖在海平面和臺風(fēng)作用下略有調(diào)整，但變化不大。而石老人海水浴場海灘PM7 和PM8 受一側(cè)岬角遮蔽總體相對穩(wěn)定，而PM6 沒有岬角遮蔽，剖面形態(tài)變化較大。與之類似，非洲摩洛哥阿加迪爾灣半遮蔽型海灘在2014 年1—3 月間8 次風(fēng)暴潮作用下的海灘形態(tài)演變也存在空間差異[42]，岬角遮蔽的北部岸段侵蝕程度相對較低，整體穩(wěn)定性較好，而南部岸段受遮蔽作用較弱。因此，海岸地貌對海灘的穩(wěn)定性存在一定影響，但通常并不是決定海灘穩(wěn)定與否的唯一因素。在穩(wěn)定的水動力作用下，不同海岸地貌對應(yīng)的海灘一般最終都會趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）耗散地形緩沖動力作用。耗散型海灘（ε ＞33）一般灘面寬廣、后濱寬闊，坡度約為2°。入射波的能量耗散在寬緩的灘面上，多以崩破方式破碎，減弱了風(fēng)暴浪潮對海灘的作用強(qiáng)度。第一海水浴場、石老人海水浴場剖面灘肩寬度變化幅度整體上小于第三海水浴場，前者坡度介于2%～3%，長度普遍大于200 m，后者介于3%～4%，長度約146.4～184.2 m。各海灘ε 值均大于33（表2），屬于典型的耗散型海灘，同時(shí)，ε 值越大代表耗散作用越強(qiáng)，第一海水浴場和石老人海灘ε 值接近且明顯大于第三海水浴場海灘（表2），說明前兩者對強(qiáng)動力因素的響應(yīng)變化更小，自然狀態(tài)下的穩(wěn)定性更強(qiáng)，解釋了第一海水浴場、石老人海水浴場剖面灘肩寬度變化幅度小于第三海水浴場的原因。同時(shí)，2010—2012 年青島近海年平均波高在1.1～1.2 m 之間，2012 年以后略有下降，但總體仍保持在1.0 m 以上[27]，期間年均潮差未見明顯變化，總體保持在2.78 m 附近。因此，2010—2020 年青島海域的波浪和潮汐特征變化較小，使得三個(gè)耗散型海灘更加穩(wěn)定，一般不會發(fā)生顯著侵蝕。

4.2.2 人為因素 研究區(qū)域的海灘雖然因海平面上升和頻繁的臺風(fēng)而造成短期的輕微侵蝕調(diào)整，但是通過有效管理人類活動，優(yōu)化海灘維護(hù)方式，可以維持海灘穩(wěn)定。這些管理包括：

（1）及時(shí)監(jiān)測海灘剖面變化并修復(fù)。當(dāng)浴場管理部門發(fā)現(xiàn)海灘有一定的侵蝕后退，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行海灘的修復(fù)和養(yǎng)護(hù)。各海灘的人工維護(hù)主要包括內(nèi)部沉積物調(diào)整和拋撒外源沙。2001 年以前第一海水浴場存在較多堤壩和入海碼頭，海灘侵蝕現(xiàn)象明顯，2001 年開始逐漸被合理拆除。早期監(jiān)測結(jié)果顯示自然條件下第一海水浴場沉積物自西向東輸移，因此在這一階段一般將東部沉積物向西側(cè)進(jìn)行內(nèi)部均衡調(diào)整，這種方法無需購買外源沙，通過較低成本即可獲得顯著的修復(fù)效果，2010 年、2012年、2015 年多次進(jìn)行“東沙西送”，這是海灘多年一直保持穩(wěn)定的原因之一。

后期管理部門開始進(jìn)行小規(guī)模的拋沙養(yǎng)灘以快速還原地貌，例如2017 年7 月對第一海水浴場3.2×104m2的海灘進(jìn)行喂養(yǎng)，同年6 月對第三海水浴場也進(jìn)行了補(bǔ)沙，補(bǔ)沙總面積約80 000 m2，拋沙量20 000 m3。本次補(bǔ)沙后第一海水浴場明顯上淤，第三海水浴場海灘也較為穩(wěn)定（圖3），說明少量人工補(bǔ)沙能顯著緩解海灘侵蝕、提高海灘穩(wěn)定性。石老人海水浴場沒有進(jìn)行人工拋沙，但日常維護(hù)十分頻繁，例如2014 年夏季石老人海灘進(jìn)行了封閉改造，對海灘地貌不穩(wěn)定的區(qū)域進(jìn)行小范圍維護(hù)，因此石老人海水浴場海灘退化并不明顯。

（2）建立海灘管理制度，禁止損害海灘行為。自20 世紀(jì)開始，日本、美國、荷蘭等國家陸續(xù)制定海灘管理政策。青島市海灘管理政策完善程度處于國內(nèi)前列，在我國早期海灘管理體系不健全時(shí)率先進(jìn)行實(shí)踐。1995 年《青島市海岸帶規(guī)劃管理規(guī)定》提出對不合理堤壩、入海碼頭進(jìn)行改建拆除，截至目前各海灘附近幾乎沒有破壞海岸整體自然地貌、影響泥沙供應(yīng)輸移的不合理工程。2013 年《青島市海水浴場管理辦法》規(guī)范了海水浴場的科學(xué)管理和用途規(guī)劃，明確了各級部門的海灘管理職責(zé)，禁止違規(guī)建設(shè)、非法采石挖沙、非法養(yǎng)殖等行為，提出維護(hù)海灘穩(wěn)定性的規(guī)劃。2019 年《青島市海岸帶保護(hù)與利用管理?xiàng)l例》指出要嚴(yán)格控制改變自然地貌的開發(fā)活動，嚴(yán)格控制占用岸線長度、海岸建筑規(guī)模；在海岸帶范圍內(nèi)禁止采挖礫石、海砂；除必需設(shè)施外不得新建、擴(kuò)建建筑物，對影響海灘完整性并導(dǎo)致侵蝕的不合理建筑應(yīng)及時(shí)改造或清除；同時(shí)該條例還指出要及時(shí)修復(fù)受到破壞的海灘?；谏鲜龇ㄒ?guī)條例，當(dāng)?shù)夭块T有序進(jìn)行海灘保護(hù)工作，執(zhí)行力度較大，這也是近年來海灘保持穩(wěn)定的重要原因。

4.3 海灘管理與維護(hù)的建議

從青島海灘2010—2020 年基本保持穩(wěn)定的結(jié)果來看，在人為活動是海灘侵蝕主要因素的背景下，優(yōu)化的管理整體上已起到維持海灘穩(wěn)定的主導(dǎo)作用，對常見的導(dǎo)致海灘侵蝕的人類活動（例如不合理海岸工程、挖沙等）進(jìn)行了限制，如果這些人類活動沒有得到限制，則會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。例如海南萬寧沙灘在自然條件下處于平衡但近年來侵蝕明顯，海平面上升引起的侵蝕（0.09 m/a）遠(yuǎn)小于實(shí)際蝕退（10～20 m/a），濱海旅游、前濱采砂、水產(chǎn)養(yǎng)殖、砍伐固沙防護(hù)林以及開采砂礦是海灘侵蝕的主因[43-44]。1985 年以來銀灘岸線加劇后退80 m，2016—2018 年下蝕20～30 cm[4]，大量堤壩碼頭與觀景平臺等不合理工程阻斷了泥沙輸移，促進(jìn)了銀灘侵蝕。

因此，人類活動較海平面上升可能會導(dǎo)致更為嚴(yán)重的海灘侵蝕。莊振業(yè)等認(rèn)為對于人類活動頻繁的海灘，海平面變化的影響僅占10%[45]。目前許多地區(qū)開始制定海灘管理政策，例如2019 年的《日照市海岸帶保護(hù)與利用管理?xiàng)l例》和《煙臺市海岸帶保護(hù)條例》，禁止海灘違規(guī)養(yǎng)殖及礦砂違法開采，限期拆除改變沙灘自然屬性的建筑物，解決了不合理海岸工程對海灘的負(fù)面影響。2020 年《廣西壯族自治區(qū)北海銀灘保護(hù)條例》提出保護(hù)海灘完整性，禁止新建、擴(kuò)建永久性建筑物、禁止損毀沙壩。雖然這些管理政策出臺時(shí)間較青島市晚，但是結(jié)合青島海灘的研究結(jié)果，在政策執(zhí)行后海灘會得到一定的恢復(fù)。

綜上所述，如果有效管理人類活動，針對自然因素對海灘進(jìn)行調(diào)整則可以做到有效的海灘維護(hù)。需要在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)海灘管理：

（1）定期監(jiān)測海灘形態(tài)。及時(shí)掌握海灘變化趨勢，獲得海灘變化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為海灘規(guī)劃保護(hù)以及政策制定提供基礎(chǔ)，并可預(yù)警沙灘侵蝕，通過較小成本即可有效鞏固海灘穩(wěn)定性。

（2）科學(xué)規(guī)劃海岸工程。海岸工程選址應(yīng)避免影響泥沙輸移，定期監(jiān)測現(xiàn)有建筑對海灘產(chǎn)生的影響，科學(xué)規(guī)劃人工岬灣、丁壩、防波堤等防護(hù)建筑，按照實(shí)地情況提高適用性，既要防止海灘侵蝕又不能影響海灘保沙促淤的需求。

（3）科學(xué)制定海灘管理政策，加強(qiáng)監(jiān)管力度。兼顧海灘開發(fā)與保護(hù)，嚴(yán)禁違法采砂、破壞沙丘和防護(hù)林，科學(xué)規(guī)劃水產(chǎn)養(yǎng)殖和礦砂開采，并通過公共宣傳促使公眾意識到保護(hù)海灘的重要性。對于破壞海灘穩(wěn)定性的行為、非法工程應(yīng)嚴(yán)厲處罰，而對于必要的海岸工程，則需要預(yù)測附近海岸的動態(tài)變化，預(yù)設(shè)補(bǔ)償資金用于對侵蝕岸段的修復(fù)。

（4）及時(shí)進(jìn)行海灘修復(fù)。在海灘的早期侵蝕階段就對其進(jìn)行小規(guī)模修復(fù)，可及時(shí)維持海灘穩(wěn)定。雖然目前國內(nèi)外在海灘養(yǎng)護(hù)方面都取得了明顯的效果[14，46]，但是如果能夠在海灘沒有遭受明顯的侵蝕時(shí)就對海灘進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化管理，則可以避免大型修復(fù)工程及其帶來的問題。關(guān)注海灘的變化動態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行小規(guī)模的整治修復(fù)，成本低，花費(fèi)少，可以更好地保護(hù)海灘資源以及海灘生態(tài)平衡。

5 結(jié)論

依據(jù)第一、第三和石老人海水浴場海灘2010—2020 年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了砂質(zhì)海灘的長期時(shí)空演化及穩(wěn)定性特征，得到以下結(jié)論：

（1）海灘在2011 年發(fā)生短期侵蝕，原因主要是海平面急劇上升和高頻率、高強(qiáng)度臺風(fēng)引起的大浪和風(fēng)暴潮。后面長期來看三個(gè)海灘除石老人PM6 侵蝕明顯外其他剖面較穩(wěn)定。2010—2020 年間第一、第三和石老人海水浴場灘肩寬度變化分別為1.5～4 m、0～7.6 m 和14～34 m，單寬體積變化分別為46.5～79.4 m3、10.7～21.3 m3和8.5～97.2 m3，灘肩寬度、垂向高度存在小幅波動，但總體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）海灘穩(wěn)定原因分為自然因素和人為因素。雖然自然因素包括岬灣地貌及耗散型地形對海灘穩(wěn)定有一定作用，但不是主要因素，而人類對于海灘的優(yōu)化管理，包括定期監(jiān)測、制定政策法規(guī)、控制不合理建筑、挖沙采礦及非法養(yǎng)殖等維護(hù)管理等，已成為影響海灘穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。

（3）在海灘沒有遭受明顯的侵蝕時(shí)就對海灘進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化管理，可以避免大型的修復(fù)工程及其帶來的問題。關(guān)注海灘變化動態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行小規(guī)模整治修復(fù)，成本低、花費(fèi)少，可以更好地保護(hù)海灘資源及生態(tài)平衡。

致謝：海灘剖面實(shí)地監(jiān)測由王興、鄭謙、袁忠鵬、唐懷能、黃暢、彭錦、Abiola John Wright、鄭桂青等人完成，在此表示誠摯謝意。