福建海岸侵蚀风险评价研究

罗时龙，蔡锋，刘建辉，雷刚，王厚杰

（1.国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门 361005；2.国家海洋局南海工程勘察中心，广东广州 510300；3.国家海洋局海岛研究中心，福建平谭 350400；4.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266000）

福建海岸侵蚀风险评价研究

罗时龙1，2，蔡锋1，3*，刘建辉3，雷刚1，王厚杰4

（1.国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门 361005；2.国家海洋局南海工程勘察中心，广东广州 510300；3.国家海洋局海岛研究中心，福建平谭 350400；4.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266000）

海岸侵蚀和淤积一直存在于海岸带系统内并塑造着现在的海岸线，近年来不当的人类活动以及全球气候变化加剧了海岸侵蚀，导致沿海土地流失，威胁人类生命财产安全。本文构建了海岸侵蚀风险评价理论体系，阐述了海岸侵蚀风险评价的方法，为海岸侵蚀风险管理提供有效指导。运用层析分析法确定评价指标权重；根据模糊集理论合成海岸侵蚀风险等级。以福建省海岸带为例，进行了海岸侵蚀风险评价，编绘了风险评价图，评价结果与客观情况比较吻合，验证了文中理论方法的适用性。本文构建的海岸侵蚀风险评价理论体系可以推广到其他区域，但应根据实际情况适当调整指标个数以及指标权重。

海岸侵蚀；风险评价；层次分析法；模糊集理论；福建

1 引言

海岸侵蚀和淤积一直存在于海岸带系统内并塑造着现在的海岸线，近年来不当的人类活动以及全球气候变化加剧了海岸侵蚀。据最新的研究报告［1］，目前我国遭受侵蚀的软质岸线长度为3 255.3 km（不包括港澳台地区），其中侵蚀砂质岸线长2 463.4 km，占全国砂质海岸的49.5%；侵蚀粉砂淤泥质海岸长791.9 km，占全国粉砂淤泥质海岸的7.3%。海岸侵蚀导致海岸土地流失，危害人类生命财产安全，由此投入大量资金进行海岸侵蚀管理。

海岸侵蚀风险评价对海岸侵蚀管理有重要的指导意义，为海岸侵蚀相关管理者和研究者提供参考并指导减灾。表1列出了目前比较流行的海岸侵蚀评价指数，由表可知，CVI指数和H指数都只考虑了自然因素的影响而忽略了社会因素，这种评价只能称为灾害危险性评价；Risk指数包含了自然的和社会的两方面的因素，能够完整的表达海岸侵蚀风险。然而，以上3种指数类型均没有考虑指标权重的问题，由于每个指标对指数的贡献不同，要想得到更符合实际情况的评价结果，必须对各个评价指标赋权。

本文拟采用海岸侵蚀风险指数，选取地质环境危险性指标和社会经济易损性指标，并对指标赋权，采用科学定量的现代综合评价方法评定风险等级并编绘风险评价图，指导海岸侵蚀风险管理。

表1 海岸侵蚀指数Tab.1 Indices for coastal erosion

2 海岸侵蚀风险评价理论体系

2.1 风险评价体系

据罗时龙等［5］对海岸侵蚀风险评价的定义，海岸侵蚀风险应有地质环境危险性和社会经济易损性合成；其中前者包括隐形侵蚀危险性、显形侵蚀危险性，后者包括承灾体暴露性和综合减灾能力。根据前人的研究成果，并结合我国海岸侵蚀的实际状况，通过专家咨询确定了表2所示的13个海岸侵蚀风险评价指标。

地质环境危险性评价，是对海岸侵蚀孕灾环境中致灾因子的综合评定过程，地质环境危险性级别表达了灾害发生的相对可能性。海岸侵蚀的致灾因子包括隐形侵蚀因子和显形侵蚀因子，其中前者由易损性、岸线变化、平均波高、相对海平面变化和城镇化水平合成；后者由易损性、风暴增水和潮差合成。社会经济易损性评价，是对海岸侵蚀孕灾环境中承灾因子的综合评定过程，社会经济易损性级别表达了灾害影响的相对大小。海岸侵蚀的承灾因子包括承灾体暴露性因子和承灾体综合减灾能力因子，其中暴露性因子由人口密度、地区生产总值和海域等合成；综合减灾能力因子由地方财政收入、海岸防护能力和土地使用和覆被变化合成。

2.2 数据采集

2.2.1 评价单元划分

海岸侵蚀风险评价单元划分考虑如下因素：（1）海岸侵蚀的影响范围，通常情况下海岸侵蚀影响整个海岸带及其邻近区域的自然环境和社会经济；（2）海岸侵蚀风险评价级别，如全国海岸侵蚀风险评价、省级或市级海岸侵蚀风险评价等；（3）海岸侵蚀风险评价指标的统计水平；（4）海岸侵蚀风险管理的行政区域限制。例如中国海岸侵蚀风险评价，以沿海的省级行政区划为界划分出12个评价单元，以沿海市级及县级行政区域为界划分出139个评价单元；福建省海岸侵蚀风险评价，以沿海的市级及县级行政区域为界划分出23个评价单元。

2.2.2 评价数值分级

数值分级是根据一定的方法和标准把评价数值所组成的数据集划分成不同的子集或区间，借以突显数值的个体差异性，便于制图和读图［6］。数值分级应遵循数据集元素分布特征，采用合适的分级统计方法，并分析分级结果的适用性。常见的主要分级统计方法有等间距分级、分位数分级、标准差分级和自然断点分级等。海岸侵蚀风险评价指标值数据集以及合成数据集均具有正态分布的规律，据此本文选择标准差分级法把指标值和合成值均划分成5个区间，对应很高、高、中等、低和很低5个等级。

2.3 风险合成

海岸侵蚀风险评价是建立在系统的地质环境调查和社会经济研究基础上的，并按一定的要求、目的和方法进行风险评定的过程。运用所选用的指标体系综合反映地质环境的客观属性，并建立相应的数学模型合成风险等级是风险评价的关键。随着计算机技术的发展，一些比较复杂的综合数学模型，如概率统计模型、灰色系统模型和模糊数学模型亦逐渐被运用到评价系统中，其中模糊集理论在地质环境和地质灾害评价领域得到广泛应用［7—8］。海岸侵蚀风险评价所涉及的部分概念及评价结果的表述均涉及到模糊性概念，如某段岸线易蚀性强弱、侵蚀危险性高低以及风险大小等。参照前人的研究成果，本文选用模糊集理论评价模型，下文将详细阐述。

3 海岸侵蚀风险评价模型

3.1 层次分析法求指标权重

求权重的方法总体来说可以分为两类：一是经验法，其主要优点是由专家根据经验判断，简便易行；二是数学法，以经验为基础，以数学原理为背景，具有较强的逻辑性和科学性，受到人们的欢迎。本文运用的层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）是一种定性与定量分析相结合的数学求权方法，在决策、规划和资源配置等方法得到广泛的应用。AHP求权重的步骤如下：

表2 中国海岸侵蚀风险评价体系及其数据源Tab.2 Risk assessment system for coastal erosion of China and its data sources

（1）构建层析分析结构，一般由自下而上由方案层、准则层和目标层构成，本文对应指标层、因子层和风险层，如图1所示；

（2）以专家咨询为主，通过各层元素的相对重要性比较构造判断矩阵；

（3）运用线性代数的方法计算判断矩阵的最大特征根对应的特征向量，经过正规化处理得到权重向量。

依据Saaty［17］的研究理论，按照图1的层次分析结构图，例如对于隐形侵蚀危险性构造的判断矩阵D＝（Dij）n×n如下：

图1 海岸侵蚀风险评价系统图Fig.1 Operational hierarchy in coastal erosion risk assessment

显然矩阵D具有如下性质：（1）Dij＞0；（2）Dij＝1／Dji（i≠j）；（3）Dii＝1（i，j＝1，2，…，5）。我们把这类矩阵称为正反矩阵，若对于任意i、j、k均有DijDjk＝Dik，则矩阵D为一致矩阵。从理论上讲，当矩阵具有完全一致性时，其最大特征根λmax＝n，其他特征根均为零，由式（1）可得其对应的特征向量w＝（w1，w2，w3w4，w5）。若矩阵不具有完全一致性，必须对矩阵进行满意一致性检验。

式（1）是一个线性代数运算，但层次分析法给出的权值是半定量的，所以一般用迭代法求得矩阵的近似最大特征值及其特征向量，方法如下：

（1）运用式（2）计算判断矩阵每一行元素的几何平均值：

3.2 模糊集理论合成风险

模糊合成理论就是采用适合的运算法则，经过模糊变换得到模糊集的隶属度，然后根据最大隶属度原则或模糊分布原则获取最终的判定结果。首先，根据选择的隶属函数构造隶属度矩阵；然后，进行模糊合成，即由权重向量和隶属度矩阵通过模糊变换得到综合隶属度；最后最大隶属度原则或者模糊分布原则确定风险等级。

3.2.1 构造隶属度矩阵

构造隶属矩阵的关键是选择适当的隶属函数，海岸侵蚀风险评价中涉及的数值上有正态分布的性质，本文选择中间型正态分布函数作为模糊集的隶属函数，解析式如下：

式中，σ为标准差，am是等级区间端点的均值，隶属函数的图像如图2所示。

结合函数图像，可知式（4）所表达的实际意义是：（1）当a值恒定时，如m＝1，x对等级很低的隶属度符合正态分布，取隶属度值（xmi），i＝1，2，3，4 5；（2）当x值恒定时，如x＝x1或x2，x对各个等级的隶属度亦符合正态分布，取隶属度值˜A（xmi）。

图2 正态分布隶属函数图像Fig.2 Functional image for normal distribution functions

以次因子层因素集隐形侵蚀危险性为例，代入数值可以得到某一评价单元的隶属度矩阵R＝（Rij）n×n如下：

Rij（i，j＝1，2，3，4，5）表示第i个评价指标对j等级的隶属度，实际上矩阵中每一行代表单个评价指标对各个等级的隶属状况；矩阵中的每一列则代表各个评价指标对某一等级的隶属情况。

3.2.2 模糊合成

海岸侵蚀风险评价系统中的各项指标均对风险有一定的贡献，排除单因素否决的情形，本文选取加权平均型运算法则进行模糊合成。以隐形侵蚀危险性为例，加权平均型运算法则如下：

Fj（j＝1，2，3，4，5）表示隐形侵蚀危险性对各个等级的隶属度，参照最大隶属度原则，某一评价单元隐形侵蚀危险性级别为Fj｜max对应的模糊等级。这里只利用了Fj中的最大值，没有充分利用F所带来的信息。运用模糊分布原则，可以综合等级参数和合成结果，使得评判结果更加接近实际情况。模糊分布原则的过程如下：（1）给定等级参数向量C＝［1，2，3，4，5］；（2）是对F的元素归一化；（3）按照加权平均型运算法则就可以得到一个代表性的参数P；（4）对参数P组成的数集分级，确定每个评价单元的评价等级。

4 福建海岸侵蚀风险评价

4.1 数据处理

根据前面的论述，参照评价指标的统计水平、风险评价范围，对评价对象进行适当区划。福建海岸侵蚀风险评价应以福建沿海行政区划为单位划分评价单元，以沿海市级及县级行政区域为界划分出23个评价单元。各个评价单元的指标数据采集以行政区划范围为准。按照标准差分级方法，海岸侵蚀风险评价的各指标被划分成5个级别，由高到低对应很高、高、中等、低和很低（见表3）。

4.2 确定权重

表4中列出了准则层和指标层因子的权重向量，由表可知，对于隐形侵蚀危险性，易损性是5个评价指标中贡献最大的，权重为0.506 5，其次是岸线演化水平、平均波高、相对海平面变化，城镇化水平贡献最小；对于显现侵蚀危险性，易损性亦是贡献最大，权重为0.684 5，风暴增水和潮差影响相对较小；对于暴露性，人口密度贡献最大，权重为0.603 3，超过地区生产总值和海域等别权重总和；海岸防护能力对综合减灾能力最直接的影响，权重为0.584 4，地方财政收入和土地使用／覆被变化所占比例相当。

表3 福建海岸侵蚀风险评价指标分级标准Tab.3 Classification criterions of coastal erosion risk assessment along Fujian coast

表4 评价指标权重向量Tab.4 Weight vector of the assessment indicators

4.3 评定风险等级

海岸侵蚀风险等级由地质环境危险性和社会经济易损性合成。如表5所示，首先合成风险等级隶属矩阵，然后按照模糊分布合成原则，求得各个评价单元的得分后依据标准差分级方法划分风险等级。根据海岸侵蚀风险等级评价结果，参照同类合并和优势突出的原则，把福建省23个评价单元划分出若干个风险区并编绘福建省海岸侵蚀风险评价图（见图3）。由图可知，福建省沿岸划分成5级风险区，即很低风险区、低风险区、中等风险区、高风险区和很高风险区；从北到南总共划出14个风险区段，其中很低风险区1段、低风险区5段、中等风险区3段、高风险区3段、很高风险区2段（见表6）。

4.3.1 很低风险区

很低风险区只有一段，分布于福安、宁德和罗源岸段。首先，本岸段陆地地貌以侵蚀剥蚀山地和侵蚀剥蚀丘陵为主，不易侵蚀；且岸线基本位于三沙湾和罗源湾的湾顶，受岬湾遮蔽影响，波浪强度不大，波高较小。其次，最大风暴增水和易蚀性两项指标所占权重近90%，且各自等级较低，所以显形侵蚀危险性等级亦不高。第三，本岸段所属行政单位人口密度很低，海域等别为五等或六等，加之地区生产总值处于中等偏下水平，由此合成的暴露性等级很低。最后，此岸段人工岸线较长，部分岸段分布有红树林，海岸防护能力属于中等偏上水平。

4.3.2 低风险区

低风险区包括5个岸段，分别是福鼎—霞浦段、平潭段、莆田段、龙海段和云霄—东山—诏安段。首先，这些岸段陆地地貌以侵蚀剥蚀山地和侵蚀剥蚀丘陵为主，但Ⅲ型海岸带陆地地貌类型的比例增加，易蚀性增大。其次，对于显形侵蚀危险性来说，最大风暴增水和易蚀性两项指标各自等级处于中等偏高水平。第三，人口密度较低，海域等别亦较低，加之地区生产总值处于很低和低等水平，由此合成的暴露性等级很低。最后，此岸段防护岸线比例较小，人均财政收入较低以及土地使用／覆被变化中等，导致综合减灾能力处于中等或低等水平。

表5 福建省23个评价单元海岸侵蚀风险等级Tab.5 Risk levels for coastal erosion of 23 sub-units in the Fujian Province

表6 福建省海岸侵蚀风险区Tab.6 Coastal erosion risk zones in the Fujian Province

4.3.3 中等风险区

图3 福建省海岸侵蚀风险评价图Fig.3 Map for risk assessment of coastal erosion in the Fujian Province

中等风险区包括3个岸段，分别是连江—福州段、福清段和仙游—泉州—惠安段。首先，这些岸段陆地地貌以Ⅱ型或Ⅲ型海岸带陆地地貌为主，易蚀性等级较高，其他指标等级较低。其次，对于显形侵蚀危险性来说，最大风暴增水等级较高，潮差中等。第三，这些岸段所属行政单位人口密度很低，海域等别为不超过三等，加之地区生产总值处于中等水平，由此合成的暴露性等级很低。最后，这些岸段防护岸线能力中等偏高，土地使用／覆被变化中等，财政收入偏低，从而综合减灾能力处于中等偏低水平。

4.3.4 高风险区

高风险区包括3个岸段，分别是长乐段、南安段和漳浦段。首先，这些岸段陆地地貌以Ⅲ型海岸带陆地地貌为主，易蚀性等级较高。其次，合成的显形侵蚀危险性等级均处于中等水平。第三，本岸段所属行政单位人口密度较低低，海域等别为四等或五等，加之地区生产总值处于中等偏低水平，由此合成的暴露性等级较低。最后，这些岸段防护岸线能力中等偏高，但土地使用／覆被变化较大，财政收入偏低，从而综合减灾能力处于中等水平。

4.3.5 很高风险区

很高风险区有2个岸段，分别是石狮—晋江段和厦门段。首先，这两个岸段陆地地貌以Ⅱ型和Ⅲ型为主，易蚀性等级较高。另外，本岸段人口密度较高，海域等别亦较高，人均地区生产总值较高，合成的暴露性等级较高。最后，本岸段人工防护岸线比例中等偏高，地方财政收入较高，所以合成的综合减灾能力中等偏高。

结果表明，本文构建的海岸侵蚀风险评价理论体系适用于福建海岸侵蚀风险评价，海岸侵蚀风险划分结果能清楚地表达各个评价单元的风险差异。由分析讨论可知，海岸侵蚀风险等级和划分结果符合福建海岸侵蚀现状并具有一定的预测和指导意义。

5 结论

本文给出并验证了福建海岸侵蚀风险评价的理论和方法，尝试为海岸侵蚀风险管理提供可行有效的依据。海岸侵蚀风险评价由地质环境危险性和社会经济易损性评价构成，考虑了隐形侵蚀危险性、显性侵蚀危险性、暴露性和综合减灾能力及其相应的影响指标，运用模糊集理论合成风险并进行风险排序。

福建海岸侵蚀风险评价的结论得到客观数据的支持，能为福建海岸侵蚀风险管理提供基础信息，案例验证了本文的理论和方法的适用性和有效性。

本文海岸侵蚀风险评价的理论和方法涉及海洋地质学、管理学以及数学等相关领域的内容，是综合多学科的研究试验过程，文中构建的海岸侵蚀风险评价理论体系可以推广到其他区域，但应根据实际情况适当调整指标个数以及指标权重。需要更多的实例和应用进一步优化。

［1］国家海洋局第三海洋研究所.我国近海海洋综合调查与评价专项成果——海岸侵蚀现状评价与防治技术研究总报告［R］.厦门：国家海洋局第三海洋研究所，2010：39－50.

［2］Hammar-Klose E S，Pendleton E A，Thieler E R，et al.Coastal vulnerability assessment of Cape Cod National Seashore to Sea-Level Rise［R］.Virginia：USGS.

［3］European Commission.Living with coastal erosion in Europe：Sediment and Space for Sustainability，A guide to coastal erosion management practice in Europe［EB／OL］.2004［2012－09－07］.http：／／www.eurosion.org／index.html.

［4］国家海洋局第三海洋研究所.海岸侵蚀现状评价与防治技术研究——海岸侵蚀评价因子体系及评价模型［R］.厦门，2010：1－12.

［5］罗时龙，蔡锋，王厚杰.海岸侵蚀及其管理研究的若干进展［J］.地球科学进展，2013，28（11）：1239－1247.

［6］徐振邦，娄元仁.数学地质基础［M］.北京：北京大学出版社，1994：28－38.

［7］闫满存，李华梅，王光谦.广东沿海陆地地质环境质量定量评价研究［J］.工程地质学报，2000，8（4）：416－424.

［8］Park H J，Um J G，Woo I，et al.application of fuzzy set theory to evaluate the probability of failure in rock slopes［J］.Eng Geol，2012，125：92－101.

［9］国家海洋局，国家测绘局.中国海岸带和海图资源综合调查图集：福建省分册［M］.福州：福建省测绘局／福建省地图出版社，1989：43－47.

［10］薛鸿超，谢金赞.中国海岸带和海涂资源综合调查专业报告集：中国海岸带水文［M］.北京：海洋出版社，1996：30－67.

［11］马继瑞，张芩，柴新敏.东亚沿岸近期相对海平面的升降趋势［J］.热带海洋，1995，14（3）：23－30.

［12］马继瑞，田素珍，郑文振，等.太平洋水位站相对海平面升降趋势分析［J］.海洋学报，1996，18（5）：14－21.

［13］福建省统计局.福建统计年鉴－2001［M］.北京：中国统计出版社，2001.

［14］福建省统计局.福建统计年鉴－2010［M］.北京：中国统计出版社，2010.

［15］国家海洋局.中国海洋公报［EB／OL］.（2013－03－16）［2012－09－25］.http：／／www.soa.gov.cnzwgkhygb／zghyzhgb／.

［16］财政部，国家海洋局.财政部、国家海洋局关于加强海域使用金征收管理的通知（财综（2007）10号）［EB／OL］.（2008－11－17）［2012－11－29］.http：／／www.soa.gov.cnzwgkgjhyjwj／hysygl／201211／t20121105_5306.html.

［17］Saaty R W.The analytic hierarchy process-what it is and how it is used［J］.Mathematical Modelling，1987，9（3／5）：161－176.

Risk assessment of coastal erosion in the Fujian Province

Luo Shilong1，2，Cai Feng1，3，Liu Jianhui3，Lei Gang1，Wang Houjie4

（1.Third Institute of Oceanography，State Oceanic Adimistration，Xiamen 361005，China；2.South China Sea Marine Engineering Surveying Center，State Oceanic Adimistration，Guangzhou 510300，China；3.Island Research Ceater，State Oceanic Adimistration，Pingtan 350400，China；4.College of Marine Geosciences，Ocean University of China，Qingdao 266100，China）

Coastal erosion and accretion has always existed in the coastal zone systems，and sculptured the present coastlines.However，with increasing human activities and ongoing global climate change，the coasts have been suffering more and more erosion，leading to severe land loss and aggravating financial burden.This study presented an integrated methodology for risk assessment of coastal erosion，and described the methods for coastal erosion risk assessment，and provided some helpful guidances for coastal erosion risk management.The analytic hierarchy processand the fuzzy set theory were adopted in the study to establish the methodology.Taking the Fujian coast as an example，this study assessed its coastal erosion risk and compiled the risk map，and the results obtained were consistent with the actual situation and confirmed the applicability of the method mentioned above.The system established for coastal erosion risk assessment in this study can be applied to other regions after slightly adjusting the values of the assessment indicators.

coastal erosion；risk assessment；analytic hierarchy process；fuzzy set theory；Fujian Province

P737.1

A

0253-4193（2014）09-0132-10

罗时龙，蔡锋，刘建辉，等.福建海岸侵蚀风险评价研究［J］.海洋学报，2014，36（9）：132－141，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.09.015

Luo Shilong，Cai Feng，Liu Jianhui，et al.Risk assessment of coastal erosion in the Fujian Province［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（9）：132－141，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.09.015

2013-07-19；

2013-11-24。

海岸侵蚀现状评价与防治技术研究项目（908－02－03－04）。

罗时龙（1983—），男，安徽省亳州市人，博士研究生，主要从事海岸侵蚀防护与管理研究。E-mail：lsl04025＠yeah.net

*通信作者：蔡锋，男，主要从事海洋地形地貌研究。E-mail：fcai800＠126.com