砂質(zhì)海灘沖淤特征范文

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《海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)雜志》2016年第三期

摘要：

2013—2014年，在遼東灣六股河口兩側(cè)開展了海灘地形及海岸侵蝕的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，于興城至綏中沿海布設(shè)6處調(diào)查岸段及17條斷面。結(jié)果表明，研究海灘地貌主要組成部分包括反射型高潮灘－灘坎－消散型低潮灘，其中低潮灘多發(fā)育有近岸沙壩和水下沙壩。綏中南江屯、皮家屯及興城新立屯海灘侵蝕明顯，多數(shù)海灘持續(xù)侵蝕，調(diào)查期內(nèi)最大平均下蝕速率達(dá)53．2cm／a。分析發(fā)現(xiàn)，海灘地形及斷面蝕淤量有較明顯的季節(jié)或區(qū)域差異。海灘冬季近岸沙壩消失、水下沙壩離岸距離小于夏季。六股河口南側(cè)夏季海灘斷面侵蝕量增加、淤積量減少，而六股河口北側(cè)相反。研究認(rèn)為，岸線自然形態(tài)差異及其造成的沿岸輸沙差異是導(dǎo)致不同岸段蝕淤差異的主要自然原因。海岸封閉性建筑物（尤其是突堤）影響了海灘局部斷面蝕淤變化。海灘地貌及蝕淤的季節(jié)或區(qū)域變化的主要原因?yàn)檠匕恫ɡ颂卣鞯纫蛩氐募竟?jié)性和區(qū)域性差異。

關(guān)鍵詞：

海灘侵蝕；斷面地形；沿岸輸沙率；遼東灣西側(cè)

海岸侵蝕是重要的海洋災(zāi)害之一，包括岸線后退、灘面沖刷下蝕、高灘穩(wěn)定而低灘下蝕、沉積物粗化等形式。海岸侵蝕的現(xiàn)狀特征［1－7］、侵蝕過程與模式［7－9］、侵蝕致災(zāi)因素［2－4，8，10－11］、侵蝕災(zāi)害評(píng)價(jià)與管理［11－13］已經(jīng)得到了廣泛研究，并應(yīng)用于海岸侵蝕防治工作。遼東灣西側(cè)砂質(zhì)海岸是渤海沿岸的砂質(zhì)海岸集中分布的主要地區(qū)之一，是遼寧乃至我國(guó)東北地區(qū)濱海旅游業(yè)發(fā)展的重要資源。近年王玉廣等［14－15］、王偉偉等［16］、于德海等［17］、朱立俊等［18］對(duì)該地區(qū)海岸侵蝕情況進(jìn)行了分析，討論了該地區(qū)海岸侵蝕特征、侵蝕速率及減災(zāi)措施。這些研究多采用海圖、遙感圖像、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料或不同資料的對(duì)比分析方法，集中于該地區(qū)岸線變化分析，缺少對(duì)海灘地形沖淤變化的研究。本文采用海灘斷面地形實(shí)地測(cè)量的辦法，以期更進(jìn)一步了解遼東灣西側(cè)海灘地形沖淤變化特征及其影響因素，以為該地區(qū)海岸管理及防災(zāi)減災(zāi)工作提供理論參考。

1區(qū)域概況

本文研究的主要區(qū)域位于遼寧葫蘆島市長(zhǎng)山寺灣至石河口（圖1）。該區(qū)域位于遼西走廊，背靠松嶺山脈，總體地勢(shì)由西北向東南傾斜，地貌以沖洪積平原為主，地表巖性為淺黃色亞砂土、亞黏土，近海沉積環(huán)境屬于渤海西岸水下岸坡沉積區(qū)，海底沉積物以細(xì)砂為主［19］，近海海流屬于渤海環(huán)流體系［20］，由秦皇島指向遼東灣頂方向。該區(qū)域?yàn)榇箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，主風(fēng)向SSW、SW，波浪以風(fēng)浪為主，平均波高0．7m，常浪向及強(qiáng)浪向均為SSW，次浪向?yàn)镾W［20－21］。潮汐特征為不正規(guī)半日潮，平均潮差0．95m［21］。海區(qū)潮流為往復(fù)流，往復(fù)方向?yàn)镹NE—SSW，潮流流速最大可達(dá)0．98cm／a，平均達(dá)0．3～0．5cm／a，最大流速方向?yàn)镹E。研究區(qū)域處于我國(guó)最長(zhǎng)的連續(xù)自然砂質(zhì)海岸分布區(qū)。近年來區(qū)域內(nèi)海岸開發(fā)活動(dòng)強(qiáng)度不斷提高，多處自然海岸被開發(fā)為圍填海項(xiàng)目或中小型碼頭（圖1），自然砂質(zhì)海岸連續(xù)性破壞明顯。

2研究方法

本文主要的研究數(shù)據(jù)基于海灘現(xiàn)場(chǎng)踏勘及地形測(cè)量。為反映研究區(qū)域岸段海岸侵蝕災(zāi)害特征，在研究岸段內(nèi)相對(duì)均勻地布設(shè)6處調(diào)查點(diǎn)，分別位于龍泉寺、新立屯、南江屯、西郭村、皮家屯以及楊家村。調(diào)查海岸附近的開發(fā)利用狀況、沉積物特征見表1。出于真實(shí)反映海灘蝕淤變化特征、減少海灘地貌的平面調(diào)整帶來的誤差等方面的考慮，除在以上地點(diǎn)布設(shè)6條主斷面之外，另在每條主斷面左右兩側(cè)100m處增設(shè)輔斷面（龍泉寺僅左側(cè)設(shè)置斷面）。每處調(diào)查海灘的主斷面和左右兩側(cè)斷面編為一組，分別編號(hào)為a、b、c，測(cè)量范圍為后濱以上相對(duì)穩(wěn)定的陸地位置至零米線附近，同斷面地形測(cè)量點(diǎn)間距＜10m。斷面位置見圖1。2013年7月及12月、2014年7月及12月，研究組共對(duì)海灘進(jìn)行了4次調(diào)查。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查主要使用Trimble5800RKTGPS進(jìn)行測(cè)量，水平誤差±10mm，垂直誤差±20mm，平面坐標(biāo)系采用WGS1984大地坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

3結(jié)果

調(diào)查海灘地貌主要組成部分包括反射型高潮灘－灘坎－消散型低潮灘（圖2）。海灘附近陸地多為山前沖洪積平原及六股河沖積平原，部分海岸發(fā)育有海蝕陡坎。海灘高潮帶大多寬30～50m，坡度為5％～7％。海灘低潮帶多有沙壩發(fā)育，沙壩類型包括低潮時(shí)出露或緊鄰灘坎發(fā)育的近岸沙壩以及距離高潮灘較遠(yuǎn)的水下沙壩。圖3及表2給出了4次調(diào)查結(jié)果的斷面示意圖及變化情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中圖3所示的各斷面變化示意圖從上至下依次為六股河口北側(cè)的龍泉寺、新立屯以及六股河口南側(cè)的南江屯、西郭村、皮家屯及楊家村。

3．1六股河口北側(cè)海灘地形變化龍泉寺海灘為自然海灘，岸線無突堤等建筑。海灘后濱及灘肩發(fā)育，水下多巖石。2013年7月至2014年7月該海灘以淤積為主，2014年12月出現(xiàn)侵蝕。調(diào)查期內(nèi)海灘平均變化仍以淤積為主，最大平均淤積速率達(dá)6．2cm／a。此外，冬季（指2013年12月及2014年12月，下同）a斷面低潮帶近岸沙壩消失，水下沙壩發(fā)育（圖3）。新立屯海灘岸線南北兩側(cè)均建設(shè)有突堤。海灘a、c斷面高潮帶之上為當(dāng)?shù)孛窬樱虼藘珊o灘肩及后濱，是典型的背疊式海灘，b斷面灘肩發(fā)育明顯。該海灘冬季海灘普遍出現(xiàn)侵蝕，夏季以淤積為主，不同斷面間沖淤變化差異較大；其中a、c斷面平均變化為侵蝕，b斷面平均變化為淤積。夏季（指2013年7月及2014年7月，下同），海灘多發(fā)育有近岸沙壩，冬季消失（圖3）。

3．2六股河口南側(cè)海灘地形變化南江屯海灘為自然海灘，海蝕陡坎發(fā)育，灘坎發(fā)育不明顯。調(diào)查期間，3條斷面出現(xiàn)連續(xù)下蝕及整體后退，下蝕程度強(qiáng)烈，最大達(dá)53．2cm／a；海灘侵蝕寬度模數(shù)均超過50％，最大達(dá)92％；海灘地形的季節(jié)變化趨勢(shì)不明顯（圖3）。西郭村海灘岸線北側(cè)建設(shè)有突堤。a斷面2014年7月及之前出現(xiàn)侵蝕，2014年12月出現(xiàn)小幅度淤積，調(diào)查期內(nèi)平均蝕低8．9cm／a，侵蝕寬度模數(shù)達(dá)51％；該斷面高潮帶出現(xiàn)較明顯的侵蝕后退，導(dǎo)致灘肩后退達(dá)0．55m／a。b斷面及c斷面調(diào)查期內(nèi)多次變化均以淤積為主，僅c斷面2014年12月有平均3．1cm／a的下蝕；冬季兩條斷面低潮帶上部均有淤積，海灘坡度降低（圖3）。皮家屯海灘岸線南側(cè)建有突堤。海灘調(diào)查期內(nèi)最大平均下蝕達(dá)4．8cm／a；相比于2013年7月，3條斷面均出現(xiàn)下蝕；其中，冬季海灘以淤積為主，夏季3條斷面均出現(xiàn)侵蝕。由圖2可見，調(diào)查期間海灘高潮帶持續(xù)蝕低，年蝕低達(dá)5cm。海灘低潮帶地形變化的季節(jié)規(guī)律較明顯：夏季，低潮帶上部近岸沙壩發(fā)育較明顯，下部多發(fā)育有水下沙壩；冬季低潮帶上部成為臺(tái)地，近岸沙壩消失，水下沙壩向岸運(yùn)動(dòng)；此外，海灘夏季侵蝕量明顯大于冬季（圖3）。楊家村海灘岸線北側(cè)有填海造陸工程。調(diào)查期內(nèi)該海灘3條斷面蝕淤特征差異較大，a斷面相對(duì)穩(wěn)定，略有淤積，b斷面持續(xù)淤積，c斷面則持續(xù)侵蝕。海灘主要的地形變化源于高潮帶，由圖2可見，a斷面高潮帶相對(duì)穩(wěn)定，b斷面高潮帶不斷淤積且地形變化明顯，c斷面高潮帶不斷蝕低。海灘蝕淤量的季節(jié)變化特征明顯，夏季b斷面淤積量明顯減小，而a、c等穩(wěn)定及出現(xiàn)下蝕的斷面，侵蝕量增加。3條斷面侵蝕寬度模數(shù)均小于50％（圖3）。

4討論

4．1調(diào)查期內(nèi)海灘蝕淤變化特征根據(jù)前文分析可見，調(diào)查期內(nèi)，10條斷面出現(xiàn)侵蝕，7條淤積（見圖4）。具體到調(diào)查點(diǎn)，以興城新立屯、綏中南江屯、綏中楊家村南側(cè)等侵蝕現(xiàn)象明顯。其中綏中南江屯、皮家屯多條斷面出現(xiàn)持續(xù)侵蝕，南江屯岸段海灘后退明顯，平均侵蝕量大，而興城新立屯斷面蝕淤量出現(xiàn)振蕩，在2014年12月的調(diào)查中a、c斷面高潮帶出現(xiàn)明顯的侵蝕后退。興城龍泉寺、綏中西郭村及楊家村多數(shù)調(diào)查斷面以淤積為主，僅有少數(shù)斷面（如西郭村a、楊家村c）出現(xiàn)侵蝕。出現(xiàn)淤積的岸段中，只有西郭村b及楊家村b斷面為持續(xù)淤積，其他斷面均表現(xiàn)為以季節(jié)變化為主的振蕩變化。海灘灘坎和沙壩地貌出現(xiàn)較明顯的季節(jié)變化規(guī)律。夏季海灘緊鄰灘坎的位置一般發(fā)育有近岸沙壩與槽谷。冬季，多數(shù)斷面的近岸沙壩－槽谷消失，灘坎得以填充，高程增加。除南江屯外，調(diào)查海灘的蝕淤量值均呈現(xiàn)出一定的區(qū)域規(guī)律。六股河北測(cè)海灘夏季多以淤積為主，而持續(xù)侵蝕的岸段（新立屯c），其夏季侵蝕量則小于冬季。六股河南側(cè)，發(fā)生侵蝕的斷面（如西郭村a、皮家屯b）夏季侵蝕幅度增大；調(diào)查期內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的斷面（如楊家村a），夏季則出現(xiàn)侵蝕；調(diào)查期內(nèi)出現(xiàn)淤積的岸段（如楊家村b）夏季斷面平均淤積量明顯減小，淤積趨勢(shì)減緩。

4．2沿岸輸沙率空間變化及其對(duì)海灘的影響沿岸輸沙特征是影響一個(gè)地區(qū)海灘及海岸蝕淤的重要因素。部分海灘由于岸線自然形態(tài)原因，其沿岸輸沙率相對(duì)于下游出現(xiàn)虧損，導(dǎo)致本地海岸侵蝕。根據(jù)式1，使用止錨灣海洋站多年的波浪觀測(cè)結(jié)果［21］計(jì)算得調(diào)查海灘各斷面的沿岸輸沙率。其中，以環(huán)遼東灣順時(shí)針向北偏東方向?yàn)檎楦玫胤从巢煌呦虬抖蔚难匕遁斏城闆r，在上述已知調(diào)查點(diǎn)之外又增加了照山嘴等8處岸段。自然狀態(tài)下各處海灘的計(jì)算結(jié)果見表3及圖5。由圖可見，研究區(qū)域沿岸輸沙主要為自西南方至北偏東方向輸移，與附近地區(qū)海流方向一致。由表3及圖5可見，研究岸段沿岸總輸沙率為（20～30）×104m3／a，凈輸沙率（25～35）×104m3／a，總體相對(duì)穩(wěn)定。但受岸線自然形態(tài)影響，楊家村南（楊家村c斷面位置）、南江屯、六股河口至新立屯等岸段的沿岸輸沙率遠(yuǎn)小于其東偏北或北側(cè)（＜15×104m3／a），導(dǎo)致岸段供沙不足及本岸段物質(zhì)流失，最終海灘出現(xiàn)沖刷。這是這些岸段發(fā)生侵蝕的主要自然原因。

4．3海灘地貌及蝕淤特征的季節(jié)性變化海灘的季節(jié)變化特征與研究地區(qū)波能、波向的季節(jié)變化及其所導(dǎo)致的沿岸輸沙變化有關(guān)。研究岸段南部和北部分別有芷錨灣和葫蘆島兩個(gè)海洋站。徐嘯［21］通過分析芷錨灣波浪資料指出，芷錨灣地區(qū)波浪以風(fēng)浪為主。受風(fēng)向影響，該海區(qū)3—8月份常浪向、強(qiáng)浪向均為SSW向且波高較大，而9月份之后，NE向波浪顯著增加。劉恒魁［27］對(duì)葫蘆島波浪資料的研究則表明葫蘆島沿海地區(qū)波浪特征與芷錨灣地區(qū)相似。因此，可以認(rèn)為本文研究區(qū)域波浪情況與芷錨灣地區(qū)相似。因此本地區(qū)夏季波浪能較高，輸沙能力較強(qiáng)而導(dǎo)致侵蝕幅度較強(qiáng)。由于夏季波高較大、波浪能較強(qiáng)，低潮帶上部、灘坎以下的地區(qū)由于進(jìn)流退流的作用［28］易形成近岸沙壩，并造成高潮帶坡腳掏蝕而形成灘坎。冬季，波高減小，不易于形成近岸沙壩，而高潮坡腳侵蝕減弱或停止，灘坎出現(xiàn)堆積。同樣是因?yàn)椴ǜ叩募竟?jié)差異，波高較大易在深水處形成水下沙壩［29］，所以研究區(qū)夏季水下沙壩離岸較遠(yuǎn)。六股河口以南的楊家村至南江屯地區(qū)，海岸走向?yàn)镾W—NE向。河口北側(cè)岸線走向受地形和河口三角洲影響，以S—N向?yàn)橹鳎募維SW向波浪易出現(xiàn)繞射而波浪能減小，而冬季受NE向波浪影響要大于河口南側(cè)，因此，總體上河口北側(cè)地區(qū)夏季波浪能弱于冬季，而由波浪方向所導(dǎo)致的輸沙方向的變化，是河口北側(cè)海岸地形季節(jié)性差異的主要原因。

4．4海岸建筑對(duì)海灘的影響海岸建筑對(duì)海灘的斷面變化有明顯影響。研究區(qū)中新立屯、皮家屯、楊家村等地多有填海造陸或漁港防波突堤等封閉性海岸建筑。緊鄰海岸建筑南側(cè)的斷面（多為b斷面）多以淤積為主，如楊家村b斷面出現(xiàn)持續(xù)淤積（見圖6），新立屯海灘北部也出現(xiàn)淤積。工程前的自然海岸，楊家村沿岸凈輸沙率為18．02×104m3／a，工程后可達(dá)25．43×104m3／a，而其北側(cè)輸沙率僅為17×104m3／a，導(dǎo)致楊家村處海灘淤積。根據(jù)遙感影像分析量算，2009年至今，楊家村緊鄰海岸工程處岸線的最大淤積達(dá)84m。自然狀態(tài)下皮家屯處海灘凈輸沙量大于其東北側(cè)西李村，達(dá)19．52×104m3／a。但由于突堤等工程的阻攔，工程后凈輸沙率降至10．00×104m3／a，已低于西李村，海灘出現(xiàn)侵蝕。新立屯南側(cè)海灘（a、c斷面）由于其南部建有突堤的海灘斷面均出現(xiàn)侵蝕，海蝕陡坎發(fā)育、海岸后退，部分岸段的侵蝕后退已造成沿岸居民建筑物的毀壞。分析可見，突堤類建筑在輸沙攔截及改變局部地區(qū)海灘沖淤、岸線變化方面的作用明顯。這使得封閉性海岸建筑割斷了砂質(zhì)海岸的連續(xù)性，攔截了沿岸泥沙正常的輸移方向，導(dǎo)致泥沙在海岸工程建筑（尤其是突堤）上游堆積，其下游海灘因沉積物來源不足而發(fā)生侵蝕。加之本文除南江屯之外的大部分研究地區(qū)岸線平直、沿岸流較強(qiáng)，岸線形態(tài)及海灘地形容易在幾年內(nèi)甚至更短時(shí)間發(fā)生明顯改變（圖6），這將對(duì)海岸的旅游開發(fā)及近海生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。協(xié)調(diào)海岸地區(qū)工業(yè)、港口、旅游業(yè)開發(fā)及生態(tài)環(huán)境保護(hù)是海岸、海灘管理的重要內(nèi)容。為防止海岸工程建設(shè)對(duì)海灘旅游資源及生態(tài)環(huán)境造成不可恢復(fù)的損失，在海岸建筑建設(shè)之前，應(yīng)當(dāng)組織對(duì)海灘在旅游等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的開發(fā)價(jià)值及潛力、海灘及近海生態(tài)價(jià)值、海岸建筑經(jīng)濟(jì)效益及其可能帶來的海灘沖淤變化進(jìn)行全面系統(tǒng)地評(píng)估，以做出最優(yōu)的決策。

5結(jié)論

（1）研究區(qū)海灘地貌主要組成部分包括反射型高潮灘－灘坎－消散型低潮灘，其中低潮灘多發(fā)育有近岸沙壩和水下沙壩。2013年7月至2014年12月期間，六股河口南側(cè)的南江屯、皮家屯及六股河口北側(cè)的新立屯海灘侵蝕明顯。其中南江屯、皮家屯海灘為持續(xù)侵蝕，海蝕陡坎后退嚴(yán)重，且以南江屯侵蝕情況最為嚴(yán)重，平均最大下蝕速率達(dá)53．2cm／a；而新立屯海灘出現(xiàn)侵蝕與淤積的振蕩變化，但研究期內(nèi)仍以侵蝕為主。（2）海灘斷面的地形及平均蝕淤特征有較明顯的季節(jié)性規(guī)律。冬季，海灘灘坎得到填充且近岸沙壩－槽谷地形消失，水下沙壩離岸距離稍近，而夏季相反。此外，夏季六股河口南側(cè)，平均下蝕量增大、淤積量減少，冬季相反。而六股河口北側(cè)斷面的蝕淤量季節(jié)變化與南部相反。這種變化主要源于沿岸波浪特征、岸線形態(tài)特征等因素的季節(jié)性和區(qū)域性差異。（3）自然岸線形態(tài)的顯著變化造成研究區(qū)域不同岸段的沿岸輸沙率存在明顯的差異，是造成研究區(qū)不同岸段蝕淤差異的主要自然原因。沿岸輸沙率差異較大，部分岸段沿岸輸沙相對(duì)于其下游出現(xiàn)虧損，導(dǎo)致海灘持續(xù)侵蝕。區(qū)域內(nèi)海岸開發(fā)活動(dòng)強(qiáng)度較大，海岸建筑物尤其是突堤等嚴(yán)重改變了自然岸線形態(tài)，對(duì)沉積物的沿岸輸運(yùn)的連續(xù)性影響明顯，造成海灘局部斷面蝕淤變化。（4）針對(duì)因不同原因?qū)е碌暮┣治g，采取不同的防護(hù)措施。首先，應(yīng)做好海岸線利用及海岸線景觀規(guī)劃，保護(hù)穩(wěn)定的自然岸線，加強(qiáng)對(duì)新建海岸工程等的論證、監(jiān)測(cè)，綜合協(xié)調(diào)不同類型的岸線開發(fā)模式及其與岸線保護(hù)的關(guān)系。對(duì)于因自然岸線形態(tài)導(dǎo)致的海岸侵蝕，視岸線使用類型和開發(fā)程度需求，可構(gòu)建水下潛堤等消弱沿岸流，或可直接建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)海堤等，以減少海岸侵蝕。

作者：程林 王偉偉 袁蕾 付元賓 馬恭博 王艷霞 康婧 單位：國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 河北省科學(xué)院 地理科學(xué)研究所