岸線侵蝕修復(fù)實(shí)驗(yàn)研究

王曉暉

（廣州柳臨工程技術(shù)咨詢有限公司,廣東 廣州 510000）

近年來,全球氣候變化和人類活動的持續(xù)影響導(dǎo)致了河岸線侵蝕問題日益嚴(yán)重。河岸線侵蝕不僅對周邊生態(tài)環(huán)境造成威脅,還對人類居住區(qū)、基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響[1]。本文以山西臨水為例,開展岸線侵蝕修復(fù)實(shí)驗(yàn)研究,通過多角度、綜合性地探索,尋找適用于該地區(qū)的可行性修復(fù)措施。研究將綜合考慮自然因素、人為活動以及河岸地貌特征等方面的影響,結(jié)合最新的科學(xué)技術(shù)手段,探討河岸線侵蝕的形成機(jī)制,并尋求具有可持續(xù)性的修復(fù)方案。利用高分辨率遙感影像和衛(wèi)星數(shù)據(jù),結(jié)合GIS 空間分析工具,實(shí)現(xiàn)對山西臨水海岸線變化的精準(zhǔn)監(jiān)測和空間分布分析。

1 岸線侵蝕修復(fù)的整體設(shè)計(jì)

1.1 臨水岸線防護(hù)現(xiàn)狀研究

臨水縣是中國古代行政區(qū)劃名,現(xiàn)更名為山西臨縣。山西臨縣地處臨縣河中游山西西部。臨縣與陜西佳縣、吳堡縣隔臨縣河相望,東部靠近呂梁山,西北與興縣相鄰,南部與離石縣、柳林縣接壤[2]。臨縣位于晉西邊緣,屬黃土丘陵溝壑區(qū),是呂梁山地向臨縣河峽谷的延續(xù),其地處臨縣河中游山西西部,與陜西佳縣、吳堡縣隔臨縣河相望,東部靠近呂梁山,西北與興縣相鄰,南部與離石縣、柳林縣接壤。臨縣經(jīng)歷了多次地殼運(yùn)動和地層變化,地勢由東北向西南傾斜,形成了丘陵起伏的地貌。根據(jù)地貌形態(tài)的不同,可分為東北部土石山區(qū),中部大面積黃土丘陵溝壑區(qū),西部臨縣河沿岸丘陵基巖裸露區(qū),以及湫水河兩岸的山間河谷區(qū)。全縣海拔變化相對較大,最高點(diǎn)位于東北部城莊鎮(zhèn)柏榆廟山,海拔1924 m；最低點(diǎn)在西南部磧口鎮(zhèn)臨縣河灘頭,海拔657 m,相對高差為1267 m（見圖1）。

圖1 山西臨縣岸線圖

岸線剖面高程數(shù)據(jù)采集是通過結(jié)合GPS 測量和手持高程儀進(jìn)行的,首先,在岸線上選擇一系列控制點(diǎn),這些點(diǎn)用于作為高程測量的基準(zhǔn)。這些控制點(diǎn)可以使用GPS 測量得到其經(jīng)緯度和大致高程信息[3]。使用GPS 設(shè)備在每個控制點(diǎn)處進(jìn)行高程測量。記錄GPS 測量儀所顯示的高程數(shù)值,并同時(shí)記錄經(jīng)緯度信息。在每個控制點(diǎn)的附近,使用手持高程儀進(jìn)行更細(xì)致地高程測量。手持高程儀是便攜式測量儀器,通常用于小范圍地形高程數(shù)據(jù)采集。在測量時(shí),可以選擇一些較密集的測量點(diǎn),沿岸線采集高程數(shù)據(jù)[4]。將GPS 測量得到的經(jīng)緯度和高程信息與手持高程儀測量得到的高程數(shù)據(jù)整合在一起。可以使用GIS 軟件或其他數(shù)據(jù)處理工具,將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配和整理。利用數(shù)據(jù)分析法,確定每個測量點(diǎn)之間的水平距離,具體如式（1）所示：

式中：（x,y）和（x0,y0）分別為任意水平測量點(diǎn)、高程點(diǎn)的水平位置。

通過長時(shí)間的數(shù)據(jù)采集,可以測定河灘高程在不同時(shí)期的變化,預(yù)測河灘的發(fā)展趨勢,可以通過計(jì)算剖面的清淤量來衡量坡面在各個季節(jié)的變化,公式如式（2）所示：

式（2）中,在灘肩前緣選擇一個標(biāo)志點(diǎn),作為測量的基準(zhǔn)點(diǎn)。在該點(diǎn)處測量前剖面高程ya和測量后剖面高程yb, x1、x2分別為計(jì)算起點(diǎn)的和終點(diǎn)的水平距離。

1.2 臨水岸線防護(hù)侵蝕修復(fù)研究

首先,需要對臨縣河岸線進(jìn)行剖面形態(tài)分析,通過比較不同時(shí)間點(diǎn)的剖面變化,了解侵蝕趨勢、侵蝕時(shí)間節(jié)點(diǎn)以及空間分布情況。這將為修復(fù)工作提供基本的依據(jù)和方向。對臨縣河岸線的侵蝕原因進(jìn)行深入研究是非常重要的。需要考慮波浪作用、水流動力學(xué)、季節(jié)性因素以及人為活動對侵蝕的影響。這將幫助確定主要原因,針對性地制定修復(fù)策略。在進(jìn)行岸線防護(hù)工程時(shí),需要進(jìn)行合理護(hù)岸設(shè)計(jì)。護(hù)岸的形狀、坡度、長度以及材料的選擇都應(yīng)該考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和水流條件,以確保護(hù)岸工程能夠有效抵御波浪和水流的沖擊,減緩侵蝕速度[5]。除了人工修復(fù),還可以考慮利用自然修復(fù)機(jī)制,如植被恢復(fù)和沉積過程,來促進(jìn)河灘的恢復(fù)。同時(shí),要重視生態(tài)保護(hù),保護(hù)當(dāng)?shù)氐闹脖缓蜕鷳B(tài)系統(tǒng),增強(qiáng)河灘的抵抗能力。工程的成功還需要得到當(dāng)?shù)鼐用竦闹С趾蛥⑴c。因此,需要進(jìn)行社會宣傳和教育,增強(qiáng)居民的環(huán)保意識,鼓勵他們積極參與岸線防護(hù)侵蝕修復(fù)工作。完成修復(fù)工作后,還需要建立持續(xù)地監(jiān)測和評估體系,密切關(guān)注岸線的變化情況,及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)防護(hù)措施,以確保修復(fù)效果的持久性和可持續(xù)性。

導(dǎo)堤是用于引導(dǎo)河流流向或控制河流水位的工程結(jié)構(gòu)。導(dǎo)堤侵蝕指的是導(dǎo)堤表面和下部的侵蝕現(xiàn)象。導(dǎo)堤侵蝕可能由于水流的沖擊和波浪作用導(dǎo)致,如果不加以修復(fù)和維護(hù),可能會影響導(dǎo)堤的功能和穩(wěn)定性。護(hù)岸是指用于防止河岸侵蝕或河岸線侵蝕的工程結(jié)構(gòu)。護(hù)岸侵蝕指的是護(hù)岸表面和下部的侵蝕現(xiàn)象。水流、波浪、水位變化以及人為因素等都可能導(dǎo)致護(hù)岸表面的材料被沖刷和侵蝕,如果護(hù)岸侵蝕嚴(yán)重,可能會導(dǎo)致河岸或河岸線的退縮和穩(wěn)定性問題。防波堤是用于防止海浪和波浪對河岸線的侵蝕和沖擊的工程結(jié)構(gòu)。防波堤侵蝕是指防波堤表面和下部的侵蝕現(xiàn)象。海浪和波浪的沖擊可能導(dǎo)致防波堤表面的石塊或混凝土材料被沖刷,影響防波堤的穩(wěn)定性。河岸侵蝕是指河流岸線受到水流沖刷或波浪沖擊而發(fā)生的侵蝕現(xiàn)象。河岸侵蝕可能由于水流動力學(xué)、波浪作用、人類活動等因素引起,可能導(dǎo)致河岸崩塌、土地流失和生態(tài)環(huán)境改變。

2 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

研究分析剖面形態(tài)變化,可以深入研究侵蝕原因,分析剖面形態(tài)變化可以確定河灘的侵蝕趨勢,即河灘是在逐漸消失、持續(xù)穩(wěn)定還是有一定程度的沉積。通過對不同時(shí)間點(diǎn)的剖面形態(tài)變化進(jìn)行比較,可以確定侵蝕發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)圖2 的剖面形態(tài)變化,可以觀察到河灘的侵蝕和沉積過程,特別是在2021 年7 月和2022 年6 月侵蝕量最大的時(shí)期。主要原因是波浪對河灘的作用,尤其是SW 向的波浪幾乎垂直于岸線,直接作用于河灘。在夏秋季節(jié),侵蝕量更大,可能與季節(jié)性波浪強(qiáng)度相關(guān)。夏季和秋季通常是風(fēng)力較強(qiáng)、波浪較大的時(shí)期,尤其是在山西部分地區(qū),這種季節(jié)性波浪強(qiáng)度增加可能導(dǎo)致河灘侵蝕量更大,因?yàn)椴ɡ说臎_擊和侵蝕能力增強(qiáng)。不合理的拋石護(hù)岸加速了岸前沙灘的下蝕速度。河灘的侵蝕程度還受到河灘本身的抵抗能力影響。岸前河灘的抵抗能力取決于其土壤結(jié)構(gòu)、巖性特征、植被覆蓋等因素。在夏秋季節(jié)波浪強(qiáng)度較大時(shí),河灘的抵抗能力可能較弱,導(dǎo)致侵蝕加劇。

圖2 臨縣河灘剖面圖

護(hù)岸的設(shè)計(jì)和施工可能需要進(jìn)一步考慮岸線穩(wěn)定性,以減輕侵蝕影響。拋石護(hù)岸是一種常見的防護(hù)措施,旨在減輕波浪沖擊和侵蝕。然而,如果拋石護(hù)岸的設(shè)計(jì)和施工不合理,可能會對岸前沙灘產(chǎn)生負(fù)面影響。比如,拋石護(hù)岸的形狀和坡度可能不符合河流流動的要求,導(dǎo)致水流受到阻礙,進(jìn)而影響了沙灘的沉積和穩(wěn)定性。同時(shí),拋石護(hù)岸的位置和長度也需要謹(jǐn)慎考慮,否則可能會導(dǎo)致局部水流的聚集,造成局部侵蝕和沙灘的下蝕。針對目前可能存在的不合理護(hù)岸造成的侵蝕問題,需要考慮適當(dāng)?shù)男迯?fù)措施。修復(fù)措施可能包括調(diào)整護(hù)岸的形狀和坡度,重新布置護(hù)岸的位置,或者采取其他更合適的防護(hù)手段。修復(fù)措施應(yīng)該基于綜合研究結(jié)果,考慮河流特性、岸線穩(wěn)定性和環(huán)境保護(hù)等因素,以確保修復(fù)效果的可持續(xù)性。

侵蝕對當(dāng)?shù)厝说纳瞽h(huán)境造成了不可挽回的損失,沿岸地區(qū)通常是人們生活和居住的重要區(qū)域,河灘侵蝕可能導(dǎo)致房屋、道路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施受損,甚至倒塌。臨近河灘的居民可能面臨房屋被沖毀的風(fēng)險(xiǎn),導(dǎo)致居住環(huán)境的不穩(wěn)定和安全隱患。河灘侵蝕可能導(dǎo)致植被喪失,河灘生態(tài)環(huán)境遭到破壞。這不僅對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)造成影響,還可能導(dǎo)致野生動植物的生存受到威脅,影響生態(tài)平衡。在2023 年3 月的觀測中,部分河灘被碎石覆蓋,碎石覆蓋可能會改變河灘的表面形態(tài)和地貌特征,對河灘的土壤結(jié)構(gòu)和植被生長產(chǎn)生影響。這可能進(jìn)一步影響河灘的穩(wěn)定性和抵抗能力。其次,碎石覆蓋可能導(dǎo)致水流動力學(xué)特性的改變,進(jìn)而影響河灘的侵蝕和沉積過程。

3 結(jié)論

通過對臨水岸線整體情況進(jìn)行考察,提出計(jì)算剖面的方法,再對臨水岸線防護(hù)進(jìn)行研究,研究的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示,山西臨縣河流岸前河灘存在明顯的侵蝕現(xiàn)象,主要原因是波浪作用,尤其是SW 向的波浪幾乎垂直于岸線,直接作用于河灘。夏秋季節(jié)的侵蝕量大于春冬季節(jié),并且不合理的拋石護(hù)岸加速了岸前沙灘的下蝕速度。這些侵蝕現(xiàn)象對當(dāng)?shù)鼐用竦纳瞽h(huán)境和農(nóng)田造成了不可挽回的損失。因此,在進(jìn)行岸線侵蝕修復(fù)時(shí),需要綜合考慮波浪作用、護(hù)岸設(shè)計(jì)和施工、河灘植被恢復(fù)等因素,以合理安排修復(fù)計(jì)劃,并在之后防患于未然,保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。未來還需要考慮其他潛在的影響因素,以全面評估不同方案的優(yōu)劣。