海陽市典型砂質海岸侵蝕機制與防護對策研究

王勇智, 田梓文, 李 霞, 孫惠鳳

海陽市典型砂質海岸侵蝕機制與防護對策研究

王勇智, 田梓文, 李 霞, 孫惠鳳

(自然資源部第一海洋研究所, 山東 青島 266061)

海陽市砂質海岸資源豐富, 延綿近120 km, 尤以萬米沙灘浴場著稱, 但近年岸灘侵蝕嚴重影響其社會經濟發展。本研究基于海陽市羊角畔兩側長約20 km典型砂質海岸連續3 a的海岸線蝕和典型剖面蝕淤調查, 定量化研究海灘侵蝕及其變化, 輔以一維數值模型, 研究人類活動影響下的泥沙運動特征和海灘侵蝕機制。研究結果表明, 調查區42.5%和5.90%的砂質海岸分別處于侵蝕和強侵蝕狀態,羊角畔東側海岸侵蝕強度高于西側, 海陽港至海陽核電廠之間海灘侵蝕強度最高, 海灘侵蝕強度與人類活動擾動程度密切相關。海岸工程、臨海養殖和人為采砂導致海陽市部分砂質海岸侵蝕嚴重的主要原因, 導致羊角畔兩側海岸侵蝕機制也不同。基于各岸段侵蝕機制特征有針對性地提出退養還灘、凸堤拆除和沙灘喂養等對策, 以減緩海陽砂質海岸侵蝕威脅。

砂質海岸; 海岸侵蝕; 數值模擬; 海灘防護

海岸侵蝕已是全球性環境災害, 伴隨著世紀性海平面上升和海岸帶人類活動強度增加, 由于公眾對于砂質海岸親水性要求日益提高以及砂質海岸旅游資源的稀缺性, 砂質海岸的侵蝕過程和機制是近幾十年來眾多學者關注的焦點。海灘侵蝕主要是指供沙量少于波浪、沿岸流、潮流等水動力的輸沙量, 引起的海灘變窄、變陡、灘面物質的粗化和岸線后退等過程[1], 屬危害較大的地質災害, 導致海岸水沙動力環境和海岸地貌之間相互作用的重新調整[2-3]。據統計, 我國70%左右的砂質海岸以及大部開闊淤泥質海岸存在海岸侵蝕現象[4-5]。

目前, 砂質海岸侵蝕原因和影響因素研究多是基于動力地貌學[6-9], 通過分析輸沙率、海岸形態、海灘剖面等變化來研究砂質海岸侵蝕過程[10-11]。美國、丹麥、加拿大等學者提出并發展了平衡剖面理論[12-14], 提出了不同剖面形態與動力特征及剖面類型的轉換與侵蝕、淤積的關系[15-16], 隨后發展出了波浪和潮流作用下的砂質海岸演變模型[17-18], 并在我國部分砂質海岸得以應用[19-20]。同時, 基于一線理論和CERC公式的海岸線演變模型也得到了較大發展[21-24]。我國對海岸侵蝕的研究開始于20世紀80年代, 喻國華等[25]、王文海[26]等人較早提出了中國的海岸侵蝕問題, 對砂質海岸侵蝕的研究由傳統地理學的定性、半定量的方法, 逐漸發展到從地形動力過程研究海岸侵蝕的時、空變化[27-30]。根據山東省海岸帶調查成果, 山東半島砂質海岸廣泛分布, 砂質海岸總長度約760 km, 但海灘的侵蝕與退化較為嚴重, 約80%砂質海岸正遭受侵蝕破壞[31-32]。煙臺市海陽市的沙灘以沙細、浪穩、坡緩、水清而著稱, 綿延近20 km, 有“萬米海灘”的美譽, 然而隨著海岸帶城市化和濱海旅游活動開發, 海陽市優質的砂質海岸卻存在海灘沙沖蝕和灘面下蝕的災害威脅, 嚴重影響海陽市海灘旅游和海岸景觀, 多位學者采用數值計算方法研究了岸灘侵蝕特征[33-34]。為摸清海陽市砂質海岸侵蝕特征和機制, 驗證連理島建設對區域海灘變化起到了何種作用, 在海陽市砂質海岸典型區域(羊角畔周邊海域)開展了多期的海灘侵蝕監測, 為海灘侵蝕防護對策制定奠定資料基礎。

1 研究區概況

海陽市位于山東半島東南部, 煙臺市境南部, 海岸線西起丁字灣西北岸, 東至乳山灣西南側官廳嘴, 總長度約230 km, 其中砂質海岸線長約120 km。海岸類型自西向東依次為泥質海岸、砂質海岸和基巖海岸, 著名的萬米沙灘分布在馬河港至海陽港之間, 以羊角畔區域砂質海灘最為典型。因此, 羊角畔兩側10 km的砂質海岸是本研究的重點調查和研究區(圖1和圖2)。

圖1 研究區地理位置示意圖(根據山東省自然資源廳發布的地圖繪制)

研究區的砂質海岸類型屬于沙壩-潟湖類砂質, 海灘總體走向NE-SW, 部分海灘向陸一側分布著沿岸沙堤。馬河港至海陽港發育有長約20 km的砂質海岸, 向陸一側為潟湖洼地。基巖岬角零星分布在海陽港西港區和海陽核電廠之間, 海陽港東側海灘被多個防波堤分割為相對獨立的海灘, 部分海灘已裸露出巖灘。砂質海岸的岸灘坡度較小, 但干灘面積較小。海灘組成物質為黃色中、細砂, 分選好, 沙灘沉積物向海由粗變細。研究區主要的入海河流有東村河(入海口為羊角畔)和留哥莊河。2010年海陽市在萬米海灘浴場西側的羊角畔外建設2座離岸式人工島, 總面積約180 ha, 海島人工岸線總長約7.5 km, 2座人工島合稱連理島。根據2016年自然資源部第一海洋研究所潮上帶和潮下帶的沉積物調查, 水下岸坡分布在理論基準面以下至–5 m水深, 主要組成為粉砂粒級的物質, –5 m以深海域底質含泥量逐漸增多。

研究區潮汐類型屬于正規半日潮, 平均潮差2.39 m, 羊角畔鄰近海域海流為較強的往復流特征, 海流主流向為偏W-E向。研究區以風浪為主, 平均波高介于0.5～0.8 m, 春季常浪向為SSE, 秋季強浪向為SSW向, 冬季和春季為非強浪季節[33]。

2 數據與方法

2.1 研究方法

本研究采用主要方法為實測資料分析和數值計算分析, 在分析和計算基礎上提出海灘防護措施。

2.2 數據來源

2.2.1 調查內容

采用的觀測數據為2016年至2018年自然資源部第一海洋研究所在馬河港至海陽核電廠的砂質海岸開展的海岸線和海灘剖面調查數據。砂質海岸線調查總長度約20 km, 共布置25個海灘調查剖面, 在羊角畔及鄰近海域10 km砂質海岸加密調查。海岸線調查時間是2016和2018年春季, 海灘剖面調查時間是2016、2017和2018年的春季, 海岸線和剖面調查位置見圖2。

圖2 海岸線和海灘剖面調查范圍分布圖

砂質海岸線調查依據《海岸帶調查技術規程》開展。在每個典型岸段均設置有調查剖面, 在羊角畔兩側養殖活動密集區和重要海灘旅游區附近, 調查剖面實施加密。海灘剖面監測采用基于山東省CORS系統的GNSS-RTK設備, 高程基準為CGCS2000橢球高, 通過山東CORS(continuously operating refe-rence stations, 簡稱CORS)精化大地水準面轉換為1985國家高程基準。每個監測剖面的起點位于設定好的標志樁, 逢低潮時開展人工測量, 平面位置優于3 cm, 垂直方向優于3 cm, 每個測量點偏離設計測線不超過±10 cm。

2017年6月在連理島周邊海域開展了5個站位的大、小潮期的海流和懸沙觀測, 使用小闊龍海流計獲取流速和流向, 同步在表、中、底層采水, 通過雙膜法過濾稱重得到懸沙質量濃度, 為模型驗證提供數據。

2.2.2 數據處理方法

1) 砂質海岸侵蝕強度

砂質海岸線根據平均大潮高潮面與海灘面的交線來確定, 平均大潮高潮面根據長期潮汐資料計算獲得(1.72 m, 1985高程基準), 共獲取了2016年和2018年兩期岸線(每期調查岸線長度約20 km)。海岸侵蝕強度分析基于《海岸侵蝕災害監測與評價技術規范》(征求意見稿)中海岸侵蝕強度的分級方法得出[35]。

2) 海灘侵蝕量

基于2016、2017和2018年海灘剖面監測數據, 以兩個相鄰的監測剖面作為一個海灘單元, 將海灘均分為多個單元, 采用線性插值法構建相同的剖面長度, 與上個年份的海灘單元求體積差, 得到每個海灘單元的年侵蝕量。

3) 沿岸輸沙

基于DHI MIKE21模型的Litline模塊, 構建羊角畔周邊海灘的一維海岸演變模型, 計算了羊角畔兩側的沿岸輸沙率, 對比分析了連理島建設前后對局部沿岸輸沙的影響。

3 羊角畔岸段砂質海岸侵蝕

3.1 海岸侵蝕強度

將研究區劃以羊角畔為界, 兩側5 km海岸劃分為東、西兩個典型區塊開展研究, 開展2期岸線蝕退和淤進對比, 并劃分為多個岸段以利于量化分析(圖3—圖5)。從總體上來看, 羊角畔西側岸線蝕退和淤進基本平衡, 羊角畔東側岸線則以蝕退為主。

圖3 羊角畔西側海岸2016年和2018年海岸線變化

圖4 羊角畔東側海岸2016年和2018年海岸線變化

圖5 羊角畔西側和東側海岸淤進和蝕退分布圖

注: 正值代表淤進, 負值代表蝕退

3.1.1 羊角畔西側海岸侵蝕特征

羊角畔西側海岸線侵蝕或淤進變化強度從東向西逐漸變小, 呈現出淤積-侵蝕-淤積的分布特征。1—8號岸段發生了明顯淤進, 平均岸線淤進速率為1.69 m/a,最大淤進量4.13 m/a(位于5號岸段), 說明河口西側海岸沙源供給相對充足, 河口西側沙嘴持續發育, 只有2號岸段發生蝕退, 岸線后退速率為–0.66 m/a, 主要由海灘后方養殖池建設取沙導致蝕退。9—37號岸段蝕退和淤進并存, 以蝕退為主, 平均岸線后退速率為–0.52 m/a, 最大岸線后退速率為–1.85 m/a(位于13號岸段), 其次為1.71 m/a(位于17號岸段)。9—37號岸段淤進或蝕退受人為因素影響較大, 部分養殖池直接建設在海灘, 對海岸剖面形態破壞較大, 部分排水口和排水管在海灘形成沖蝕溝(圖6), 導致海岸后退(17號岸段), 加重了海岸侵蝕。38—47號岸段呈淤進的特征, 平均淤進量為0.45 m/a。

圖6 羊角畔西側養殖排水管涵航拍圖(2017年9月)

3.1.2 羊角畔東側海岸侵蝕特征

羊角畔東側海岸侵蝕或淤進變化強度自西向東逐漸減小, 呈現出蝕退-淤進-蝕退的分布特征, 總體以蝕退為主。1—9號岸段位于萬米沙灘浴場附近, 淤進和蝕退基本平衡, 1—5號岸段平均岸線后退速率為–0.16 m/a, 6—9號岸段的平均岸線淤進速率為0.34 m/a。10—30號岸段以侵蝕為主, 平均岸線后退速率為–1.15 m/a, 以沙雕公園附近的15—22號岸段(最大岸線后退速率為–2.46 m/a, 位于18號岸段)和連理島連接橋登陸點西側24—30號岸段(最大岸線后退速率為–1.96 m/a, 位于24號岸段)的蝕退較為顯著。31—38號岸段自東向西表現為先淤進后蝕退的特征, 平均岸線后退速率為–0.55 m/a, 36—38號岸段至羊角畔潟湖內由于在灘肩上修建了斜坡護岸工程, 導致區域海灘侵蝕嚴重。31—35號岸段呈現出淤進特征。后文的沿岸輸沙計算表明連理島建設后, 島后沿岸輸沙方向發生變化, 導致該岸段產生淤進(31—35號)和蝕退(24—30號)。

3.1.3 調查區海岸侵蝕強度

參照海岸侵蝕強度分級[35], 羊角畔兩側20 km的砂質海岸中有2.4%處于嚴重侵蝕, 有5.9%處于強侵蝕, 有22.4%處于侵蝕, 11.8%處于微侵蝕, 36.4%處于穩定, 21.1%處于淤積。羊角畔兩側海岸侵蝕強度存在差異, 羊角畔西段海岸平均后退速率為–0.06 m/a, 總體處于基本穩定, 東段海岸平均后退速率為–0.74 m/a, 總體處于侵蝕。故羊角畔東段砂質海岸的侵蝕強度要高于東段。經統計, 羊角畔西段36.1%海岸處于侵蝕狀態, 63.9%處于穩定或淤積狀態; 東段約50%處于侵蝕狀態, 其中18.9%處于強侵蝕, 50%處于穩定或淤積狀態, 是否由于連理島建設導致, 后文將進一步展開分析。

3.2 典型剖面變化特征

將研究區劃分為4個區域, 分別為馬河港段、羊角畔西段、羊角畔東段、核電廠段(圖7), 分別代表不同類型的人類活動。馬河港段人類活動較少, 可代表自然狀態海灘; 羊角畔西段海灘養殖活動較多; 羊角畔東段存在連理島建設; 核電廠段凸堤建設較多。總體來看, 25個調查剖面中76%的剖面前濱處于侵蝕狀態, 64%的剖面海灘坡度變陡, 44%的剖面灘肩蝕退或消失, 羊角畔西段部分剖面后濱受臨海養殖建設影響變動較大, 核電廠段海灘剖面變化最大, 羊角畔東段中萬米沙灘浴場剖面則相對穩定。下文以P和數字代表監測剖面的編號, 典型剖面逐年變化見圖8。

圖7 海灘剖面分段示意圖

注: 圖中數字代表監測剖面編號

1) 馬河港段海灘(P1—P2、P23—P25)

馬河港段海灘處于弱侵蝕狀態, 海灘前濱均略有蝕退, 除P1、P2和P24剖面的灘肩基本消失外, 其他剖面灘肩基本穩定, 后濱均基本穩定。

圖8 典型海灘剖面變化

注: MHHW: 平均大潮高潮位; LNLW: 最低潮位。高程基準為1985國家高程基準

2) 羊角畔西段海灘(P3—P13)

P3—P13剖面的前濱發生了明顯的侵蝕, 后濱則表現為蝕退和淤積并存。該段海灘剖面形態被破壞的主要原因在于后濱養殖活動和海灘取沙, 導致多數海灘前濱基本處于侵蝕狀態, 海岸侵蝕從西向東逐漸加劇。

3) 羊角畔東段海灘(P14—P20)

P14、P16—P20剖面的前濱表現侵蝕趨勢, 但連理島正后方的P15剖面前濱呈淤積, 具有連島沙壩的特征和趨勢。P14剖面后濱由于人行木棧道建設持續蝕退。P15—P17剖面后濱逐年蝕退。P18—P20剖面后濱則基本穩定羊角畔東段海灘的前濱基本處于侵蝕狀態, 但侵蝕強度自西向東逐漸減小, 連理島至沙雕公園的后濱多呈侵蝕, 萬米沙灘浴場總體基本處于侵蝕狀態。

4) 核電廠段海灘(P21—P23)

該段海灘被多個凸堤分割(圖9), 前濱和后濱呈現出逐年侵蝕的趨勢, 且侵蝕強度逐年有所增加, 特別是P23剖面的灘肩至2018年已經消失, P21剖面的前濱至2018年已基本消失。核電廠段海灘的侵蝕強度要大于其他3個岸段。

圖9 海陽港至海陽核電廠之間凸堤導致海灘侵蝕航拍圖(2019年7月)

3.3 典型岸段侵蝕量

由表1可見, 羊角畔兩側10 km砂質海岸基本處于侵蝕狀態, 都呈現出逐年加大的趨勢, 呈現出自西向東侵蝕量逐漸增加的趨勢。馬河港段海灘的侵蝕量最小, 海陽港至海陽核電廠之間的海灘侵蝕量最大, 與人類生產活動的擾動程度密切相關。馬河港段海灘沿岸養殖較少, 羊角畔西側鄰近海灘養殖較大, 部分養殖池直接建設在后濱上, 不少排水管涵裸露在海灘, 破壞海灘形態, 羊角畔東側海灘侵蝕量略大于羊角畔西側, 主要受到連理島建設影響較大。核電廠段海灘被多個凸堤所分割, 形成大小不一的多個海灘, 凸堤改變了區域波浪和潮流環境, 阻擋了區域泥沙輸送路徑, 每個海灘呈現出東側淤積、西側侵蝕的特征, 不少岸段已裸露出大面積的巖灘。由此可見, 海灘侵蝕量發生較大的區域基本都位于人類活動強度較高的區域, 尤其是海岸工程較多的區域。

表1 典型岸段海灘侵蝕量變化

3.4 連理島建設對沿岸輸沙變化的影響

3.4.1 模型配置

為研究連理島建設對區域沿岸輸沙變化的影響, 基于DHI MIKE21模型的Litline模塊, 模型地形采用海圖水深和2016年研究區實測水深, 岸線中羊角畔兩側10 km砂質岸線采用2016年4月實測岸線, 其他區域岸線采用遙感衛片解譯岸線, 波浪采用南黃海海洋站1984—1994年的波浪統計資料, 泥沙粒徑、羊角畔徑流和攜沙量采用文獻資料[36-37]。將研究區域的岸段分為6個計算斷面(Ⅰ—Ⅵ), 在連理島連接橋根部兩側增加2個計算斷面(i、ii), 對比分析連理島建設前后各斷面的輸沙變化。

3.4.2 模型結果

由圖10可見, 連理島建設前, 研究區海岸受常波向SSE和SSW的影響, 羊角畔鄰近海岸的泥沙凈輸沙方向為由西向東, 有利于萬米沙灘浴場海灘穩定。連理島建設后, 斷面Ⅰ距離連理島較遠, 基本不受影響, 斷面Ⅱ、Ⅲ東向輸沙量有所增加, 與P11剖面調查結果吻合, 斷面Ⅴ和Ⅵ東向泥沙輸送量減小, 斷面Ⅳ泥沙輸送方向變為向西, 輸沙量明顯減小。連理島建設后, 入射波浪在連理島處發生繞射, 波浪在島后重新分布, 島后形成波影區, 泥沙容易在島后海岸幅聚, 斷面i和ii為相向輸送(斷面ii變為向西), 輸沙量均大幅減小, 易發生侵蝕(與P14剖面變化結果基本一致)。因此, 連理島的建設改變了區域沿岸輸沙格局, 但由于該區整體侵蝕量較大, 故無法形成明顯的連島沙嘴, 羊角畔河口西側略有淤積, 東側則侵蝕, 萬米沙灘浴場的海灘沿岸輸沙有所減小。

圖10 連理島建設前后羊角畔兩側海灘沿岸輸沙率對比

4 討論

過去的100年間, 中國的海平面上升速率為2～ 3 mm/a, 山東半島地區正處于地殼緩慢抬升速率為1～4 mm/a[36], 故本區海岸侵蝕受海平面上升的影響較小。研究區海灘泥沙來源于留格莊河和羊角畔所攜帶泥沙。但近20 a來區域內建設用地劇增, 每年土壤入海量逐年減少, 為海岸侵蝕提供了可能[37]。海陽砂質海岸地形開敞, 岸線平直, 海岸走向與常浪向基本垂直, 多數海岸線缺乏掩護條件, 海岸直接面對海浪的沖擊, 海浪在近岸破波帶破碎后, 形成較強的沖蝕能力, 加劇了海岸侵蝕。

根據調查分析和數值計算, 海陽砂質海岸侵蝕強度較大區域多分布于人類擾動較強的區域, 尤以海岸養殖、人工島和凸堤所在區域海灘侵蝕較為嚴重, 說明上述人類活動行為對區域海灘形態破壞較大或者對區域水沙動力環境擾動較大。羊角畔西段沿岸養殖較多, 多緊鄰海灘建設, 部分養殖占用海灘后濱, 排水管涵裸露于海灘, 直接破壞海灘剖面形態, 導致海灘灘面邊界和底摩擦發生變化, 海灘漲落潮流態和沿岸輸沙均發生變化, 排水管涵處海灘侵蝕嚴重, 而且部分養殖場直接在海灘取沙用于建設, 更加劇了泥沙損失。馬河港和羊角畔潟湖不斷遭到圍填, 潟湖面積嚴重萎縮, 以羊角畔潟湖萎縮最為顯著, 潟湖納潮量驟減, 且上游來沙量驟減, 沙壩體系的泥沙供給遭到進一步破壞, 易導致侵蝕。不合理的海岸工程建設則對海灘的外部動力環境改變巨大。連理島建設后, 阻擋了大部分的SSE向浪和部分的SSW向浪, 連理島后方形成波影區, 且波浪經過島時會發生繞射, 打破了后方岸灘動態平衡, 導致泥沙輸移不平衡。根據多期海灘調查數據來看, 連理島后方海灘均呈侵蝕, 模型計算結果表明連理島建設導致島后方沿岸輸沙方向發生變化, 在島后呈相向輸沙的趨勢, 易形成連島沙壩, 但由于輸沙量小, 且區域海灘侵蝕, 沙壩難以在短期內形成。海陽港至海陽核電廠的海岸中分布有多道凸堤, 凸堤將完整的海灘分割成多個小海灘, 凸堤的長度要略大于小海灘的長度, 不僅打破了原有泥沙自西向東的輸送格局, 而且局部水沙動力環境發生了較大改變, 導致分割后的小海灘呈西沖東淤的現狀, 侵蝕較嚴重的區域已經裸露出巖灘, 并呈逐年加劇趨勢。

綜上, 開敞型砂質海岸的自然侵蝕, 是砂質海岸普遍性的侵蝕規律, 但海陽羊角畔區域砂質海岸發生海灘侵蝕, 主要是不合理人類活動導致, 破壞了海灘剖面形態和改變了區域水沙動力環境, 加劇了海岸侵蝕。

5 防護措施建議

5.1 退養還灘

羊角畔西側海灘分布有大量臨海養殖設施, 部分養殖場直接建設在海灘或前濱上, 部分養殖場的排水管涵裸露布置在灘面上, 萬米沙灘浴場有部分旅游設施建設在后濱上, 上述人類活動直接破壞了海灘剖面形態, 加劇了局部海岸侵蝕發生。因此, 建議對占據海灘的養殖池和旅游設施逐步實施搬遷, 對裸露于灘面上的排水管涵進行埋深改造, 減少對灘面的沖蝕。

5.2 凸堤拆除

海陽港區至海洋核電廠之間分布有多道凸堤或防波堤。上述凸堤本是海陽新港區填海工程的依托, 但新港區建設遙遙無期, 凸堤現基本無功能, 反而導致區域海灘侵蝕, 考慮到國家嚴控圍填海政策將長期實施, 新港區填海造地工程的實施基本無望。因此, 建議將海陽港區至核電廠的多道凸堤實施拆除或優化凸堤接陸段為透水式的結構形式, 恢復沿岸泥沙輸送通道, 恢復區域水沙運動格局, 減小區域海灘侵蝕強度。

5.3 沙灘喂養

沙灘喂養是海灘養護的主要手段之一。沙灘喂養是通過人工海灘平面和剖面設計, 根據當地波浪動力和海灘地形, 選擇合理位置拋沙[1]。我國以沙灘喂養方式防御海岸侵蝕的成功案例較多, 如青島的第一海水浴場、石老人海水浴場、秦皇島的黃金海岸、三亞國賓館海灘等, 均取得了較好的效果[1, 7, 9]。埃及阿萊曼海灘、美國長島海灘、法國卡瓦萊爾海灘、西班牙馬拉加海灘等都通過海灘養護成功抵御了海岸侵蝕災害[38-39]。鑒于萬米海灘主要浴場位于連理島東側, 該浴場呈弱侵蝕趨勢, 建議采用異地取沙的方式, 進行海灘喂養。

5.4 現階段海灘防護建議

目前, 由于國家嚴控圍填海政策, 加之山東沿海各港區均納入山東港口集團統一管理, 海陽港區至海洋核電廠之間建設的多道凸堤已無實際意義(現有凸堤是為海陽港填海造地而建), 可以考慮在適當時候拆除, 但考慮到海陽市政府財力現狀, 應分階段實施。羊角畔西側至馬河港海灘后方有大量臨海養殖, 是周邊幾個村莊的村民的主要經濟來源, 養殖品種多為市場價值較高的海參, 拆除和重新安置費用較高, 且不利于社會穩定, 短期內不宜實施搬遷。海洋萬米沙灘的核心旅游區位于羊角畔以東5 km范圍的海灘, 每年夏季吸引大批游客, 是海陽市重要旅游資源, 經調查該海灘現處于弱侵蝕狀態, 每年進行沙灘喂養后, 可維持該段優質海灘資源。因此, 現階段建議每年對萬米海灘旅游區進行沙灘喂養。

6 結論

根據兩期海陽市羊角畔兩側20 km砂質海岸侵蝕調查, 發現調查區42.5%的砂質海岸處于侵蝕狀態, 2.4%的砂質海岸處于嚴重侵蝕狀態, 76%的監測剖面的前濱處于侵蝕狀態, 64%的監測剖面的海灘坡度不同程度地變陡, 海灘侵蝕量呈現出逐年加重的趨勢。海灘侵蝕較嚴重區域多位于海灘養殖、海岸圍填海工程等人類生產活動擾動較大的區域, 以海陽港至海陽核電廠段海灘侵蝕最嚴重。因此, 人類活動對海陽市砂質海岸地貌和海岸形態的改變, 導致的海岸動力過程和沿岸輸沙的變化, 是造成海灘侵蝕的主要原因。根據調查區海灘侵蝕現狀和原因分析, 建議海陽市逐步拆除羊角畔西側鄰近海岸的養殖以及海陽核電廠西側多道凸堤, 對萬米海灘浴場實施海灘喂養。

[1] 張甲波. 人工岬灣養灘工程設計方法研究[D]. 上海: 同濟大學, 2010.

ZHANG Jiabo. Research on design method of artificial beach in cape bays[D]. Shanghai: Tongji University, 2010.

[2] COWELL P H, THOM B G. Morph dynamics of coastal evolution[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 1994: 33-86.

[3] PASKOFF R, CLUS-AUBY C. Lerosion des plages, les causes, les remedes[M]. Paris: Institut Oceanograg-phi-que Editeur, 2007.

[4] 王文海, 吳桑云. 山東省的海岸侵蝕災害研究[J]. 自然災害學報, 1993, 2(2): 60-65.

WANG Wenhai, WU Sangyun. A study on the disasters caused by coastal erosion in Shandong Province[J]. Journal of Natural Disasters, 1993, 2(2): 60-65.

[5] 季子修. 中國海岸侵蝕特點及侵蝕加劇原因分析[J]. 自然災害學報, 1996, 5(2): 65-75.

JI Zixiu. The characteristics of coastal erosion and cause of erosion[J]. Journal of Natural Disasters, 1996, 5(2): 65-75.

[6] 夏東興, 王文海, 武桂秋. 中國海岸侵蝕述要[J]. 地理學報, 1993, 48(5): 468-476.

XIA Dongxing, WANG Wenhai, WU Guiqiu. Coastal erosion in China[J]. Acta Geographica Sinica, 1993, 48(5): 468-476.

[7] 蔡鋒, 蘇賢澤, 劉建輝. 全球氣候變化背景下我國海岸侵蝕問題及防范措施[J]. 自然科學進展, 2008, 18(10): 1093-1103.

CAI Feng, SU Xianze, LIU Jianhui. Coastal erosion and preventive measures in China under the background of global climate changes[J]. Progress in Natural Scienc, 2008, 18(10): 1093-1103.

[8] 王廣祿, 蔡鋒, 蘇賢澤, 等. 泉州市砂質海岸侵蝕特征及原因分析[J]. 臺灣海峽, 2008, 27(4): 547-554.

WANG Guanglu, CAI Feng, SU Xianze, et al. Characters of and beach erosion in Quanzhou and it causes[J]. Journal of Oceanography in Taiwan Strait, 2008, 27(4): 547-554.

[9] 李兵, 蔡鋒, 曹立華. 福建砂質海岸海岸侵蝕原因及防護對策研究[J]. 臺灣海峽, 2009, 28(2): 156-162.

LI Bing, CAI Feng, CAO Lihua. Causes of beach erosion in Fujian and preventions[J]. Journal of Oceanography in Taiwan Strait, 2009, 28(2): 156-162.

[10] 蔡鋒, 蘇賢澤, 楊順良. 廈門島海灘剖面對9914號臺風大浪波動力的快速響應[J]. 海洋工程, 2002, 20(2): 85-90.

CAI Feng, SU Xianze, YANG Shunliang. A rapid response to 9914 typhoon-induced storm wave force made by the beach profiles of Xiamen Island[J]. The Ocean Engineering, 2002, 20(2): 85-90.

[11] 蔡鋒, 蘇賢澤, 夏東興. 熱帶氣旋前進方向兩側海灘風暴效應差異研究[J]. 海洋科學進展, 2004, 22(4): 436-445.

CAI Feng, SU Xianze, XIA Dongxing. A Study on the difference of beach on the way of the tropical cyclone forward direction[J]. Advances in Marine Science, 2004, 22(4): 436-445.

[12] FENNEMAN J S. Development of the profile of equilibrium of the subaqueous shore terrace[J]. Journal of Geology, 1902, 10: 1-32.

[13] DEAN R G. Coastal armoring: Effects, principles and mitigation[J]. Proceedings of the 20th International Conference on Coastal Engineering, 1987, 1(20): 1843- 1857.

[14] DEAN R G, CHEN R J, Browder A E. Full scale monito-ring study of a submerged breakwater, Palm Beach, Flo-rida, USA[J]. Coastal Engineering, 1997, 29: 291-315.

[15] KEMP P H. The relationship between wave action and beach profile characteristics[J]. Coastal Engineering Proceedings, 1960: 262-277.

[16] STIVE M J, Vriend H J. Modelling shoreface profile evolution[J]. Marine Geology, 1995, 126: 235-248.

[17] BERNABOU A M, MEDINA R, VIDAL C A. Morphological model of the beach profile integrating wave and tidal influences[J], Marine Geology, 2003, 197: 95-116.

[18] DAVIES A M, XING J X. Processes influencing wind- induced current profiles in near coastal stratified regions[J], Continental Shelf Research, 2003, 23: 1379- 1400.

[19] 王穎, 吳小根. 海平面上升與海灘侵蝕[J]. 地理學報, 1995, 50(2): 118-127.

WANG Ying, WU Xiaogen. Sea level rise and beach response[J]. Acta Geographica Sinica, 1995, 50(2): 118-127.

[20] 陳子燊. 海灘剖面時空變化過程分析[J]. 海洋通報, 2000, 19(2): 42-46.

CHEN Zishen. Analysis on spatial and temporal process of beach profile variations[J]. Marine Science Bulletin, 2000, 19(2): 42-46.

[21] YUNUS R M, DAVID J W, MARTIN F L. A storm tide beach erosion model for the Adelaide coast, Australia[J]. Journal of Irrigation Engineering and Rural Planning, 1999, 36: 10-19.

[22] 莊克琳, 莊振業, 李廣雪. 海岸侵蝕的解析模式[J]. 海洋地質與第四紀地質, 1998, 18(2): 97-101.

ZHUANG Kelin, ZHUANG Zhenye, LI Guangxue. Five analysis models of coastal erosion[J]. Marine Geology and Quaternary Geology, 1998, 18(2): 97-101.

[23] RIGGS S R, CLEARY W J, SYNDER S W. Influence of inherited geologic framework on barrier shore face morphology and dynamics[J]. Marine Geology, 1995, 126: 120-142.

[24] LENTZ E E, HAPKE C J. Geologic framework influen-ces on the geomorphology of an anthropeogenically mo-dified barrier island: assessment of dune/beach changes at Fire Island. New York[J]. Geomorphology, 2011, 126: 82-92.

[25] 喻國華, 施世寬. 江蘇省呂四岸灘侵蝕分析及整治措施[J]. 海洋工程, 1985, 3(8): 26-37.

YU Guohua, SHI Shikuan. Erosion analysis and control measures of Lvsi beach in Jiangsu Province[J]. The Ocean Engineering, 1985, 3(8): 26-37.

[26] 王文海. 我國海岸侵蝕原因及其對策[J]. 海洋開發與管理, 1987, 4(1): 8-12.

WANG Wenhai. Causes and Countermeasures of coas-tal erosion in China[J]. Ocean Development and Management, 1987, 4(1): 8-12.

[27] 陳沈良, 張國安, 陳小英. 黃河三角洲飛雁灘海岸的侵蝕及機理[J]. 海洋地質與第四紀地質, 2005, 25(3): 9-14.

CHEN Shenliang, ZHANG Guoan, CHEN Xiaoying. Coastal erosion feature and mechanism at feiyantan in the Yellow River delta[J]. Marine Geology and Quaternary Geology, 2005, 25(3): 9-14.

[28] 張忍順, 陸麗云, 王艷. 江蘇海岸侵蝕過程及其趨勢[J].地理研究, 2002, 21(4): 469-478.

ZHANG Renshun, LU Liyun, WANG Yan. Coastal erosion process and its trend in Jiangsu Province[J]. Geographical Research, 2002, 21(4): 469-478.

[29] 蔡鋒, 蘇賢澤, 楊順良. 廈門島濱岸海灘剖面對9914號臺風大浪波動力的快速響應[J]. 海洋工程, 2002, 20(2): 85-90.

CAI Feng, SU Xianze, YANG Shunliang. A rapid response to 9914 typhoon-induced storm wave force made by the beach profiles of Xiamen Island[J]. The Ocean Engineering, 2002, 20(2): 85-90.

[30] 許亞全, 趙利民. 關于海灘剖面監測方案的探討[J]. 海洋測繪, 2007, 27(4): 68-70.

XU Yaquan, ZHAO Limin. Discussion on foreshore sec-tion surveying project[J]. Hydrographic Surveying and Charting, 2007, 27(4): 68-70.

[31] 山東省科學技術委員會. 山東省海岸帶和灘涂資源綜合調查報告集: 綜合調查報告[M]. 北京: 中國科學技術出版社, 1990.

Shandong Science and Technology Commission. Collec-tion of comprehensive investigation reports on coastal zone and beach resources in Shandong Province: Comprehensive investigation report[M]. Beijing: China Science and Technology Press, 1990.

[32] 李兵, 莊振業, 曹立華. 山東省砂質海岸侵蝕與保護對策[J]. 海洋地質前沿, 2013, 29(5): 47-55.

LI Bing, ZHUANG Zhenye, CAO Lihua. Countermeasures against coastal erosion for protection of the sandy coast in Shandong Province[J]. Marine Geology Frontiers, 2013, 29(5): 47-55.

[33] 岳娜娜. 離岸人工島對沙質海岸的影響研究[D]. 青島: 中國海洋大學, 2008.

YUE Nana. Impact studies of the man-made island project to the vicinity of area on the sandy coast[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2008.

[34] 張澤華, 吳建政, 朱龍海. 海陽港東港區建設對砂質海岸沖淤影響[J]. 海洋地質前沿, 2012, 28(8): 49-55.

ZHANG Zehua, WU Jianzheng, ZHU Longhai. Impacts of the construction of the east wing of Haiyang harbor on the erosion and deposition regime in the sandy coast[J]. Marine Geology Frontiers, 2012, 28(8): 49-55.

[35] 國家海洋環境監測中心.《海岸侵蝕災害監測與評價技術規范》(征求意見稿)[S]. 大連: 國家海洋環境監測中心, 2018.

National Marine Environment Monitoring Center. Technical specifications for monitoring and evaluation of coast erosion(Draft for comments)[S]. Dalian: National Marine Environment Monitoring Center, 2018.

[36] 張緒良. 山東省海洋災害及防治研究[J]. 海洋通報, 2004, 23(3): 66-72.

ZHANG Xuliang. Marine disasters and their reduction in Shandong Province[J]. Marine Science Bulletin, 2004, 23(3): 66-72.

[37] 麻德明, 王勇智, 趙鳴. 環海陽萬米沙灘河流流域土壤侵蝕量估算及演變[J]. 中國海洋大學學報(自然科學版), 2018, 48(2): 88-97.

MA Deming, WANG Yongzhi, ZHAO Ming. Estimation and evolution of soil erosion in river basin around Haiyang Ten Thousand Meters Beach[J]. Periodical of Ocean University of China, 2018, 48(2): 88-97.

[38] 張振克. 美國東海岸海灘養護工程對中國砂質海灘旅游資源開發與保護的啟示[J]. 海洋地質動態, 2002, 18(3): 23-27.

ZHANG Zhenke. Enlightenment of beach conservation project on the east coast of the United States to the development and protection of sandy beach tourism resources in China[J]. Marine Geology Letters, 2002, 18(3): 23-27.

[39] 胡廣元, 莊振業, 高偉. 歐洲各國海灘養護概觀和啟示[J]. 海洋地質動態, 2008, 24(12): 29-33.

HU Guangyuan, ZHUANG Zhenye, GAO Wei. Overview and enlightenment of beach conservation in Euro-pean countries[J]. Marine Geology Letters, 2008, 24(12): 29-33.

Coastal erosion mechanism and its prevention in Haiyang

WANG Yong-zhi, TIAN Zi-wen, LI Xia, SUN Hui-feng

(The First Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266061, China)

There exists a rich sandy coastal resource in Haiyang that is nearly 120 km long and is especially famous for its 10000-meter beach. However, its social and economic developments have been affected by coastal erosion in recent years. Based on sandy coastal erosion observations of a typical 20-km sandy coast near the Yangjiaopan estuary for three years, characteristics and changes of beach erosion were quantitatively studied. Sediment motion characteristics and the beach erosion mechanism affected by human activities were studied combined with the one-dimensional numerical model. The result shows that 42.5% and 5.90% of the sandy coast experiences erosion and intense erosion, respectively. The erosion intensity of the east coast of the Yangjiaopan estuary is higher than that of the west, and the erosion intensity between the Haiyang harbor and the Haiyang nuclear power plant is the highest. The sandy coastal erosion intensity is closely related to the intensity of human activities. Therefore, some remedial measures (clearing farms occupying the beach, removing convex dikes, and beach nourishment) to mitigate the sandy coastal erosion in Haiyang are put forward based on different erosion mechanisms.

sandy coast; coastal erosion; numerical simulation; sandy beach prevention

Feb. 2, 2021

P694

A

1000-3096(2021)12-0018-13

10.11759/hykx20210202001

2021-02-02;

2021-03-24

國家自然基金項目(U1806214); 國家重點研發計劃項目(2018YFD0900800)

[National Natural Science Foundation of China, No. U1806214; National Key Research and Development Program, No. 2018YFD0900800]

王勇智(1980—), 男, 山東青島人, 高級工程師, 主要從事淺海動力沉積研究, 電話: 0532-88968672, E-mail: wangyongzhi@fio. org.cn; 田梓文(1979—),通信作者, 主要從事海洋測繪, E-mail: tesewen@fio.org.cn

(本文編輯: 叢培秀)