河北省海岸侵蚀动态及成因机制研究

刘有才，左丽明，李 战



河北省海岸侵蚀动态及成因机制研究

刘有才，左丽明，李 战

（河北省地矿局水文工程地质勘查院，石家庄 050021）

河北省沙质岸滩存在海岸侵蚀现象，对沙滩旅游、海滩工程建设造成严重威胁，制约河北省海洋经济社会发展。海岸侵蚀监测结果显示，区域海滩滩面受波浪、潮流影响较大，时冲时淤，摆动频繁，沙质岸滩整体处于侵蚀状态，各区段蚀淤情况有所差异，高潮线以上有所淤高，海滩坡度开始变陡，呈下蚀状态。海岸侵蚀灾害已引起沙滩沙质粗化、滩肩变窄、滩坡变陡及基岩裸露比率增多等问题。针对这一突出问题，通过定点测量与遥感监测相结合的方式，研究了河北省海岸线动态演变特征，经计算，河北省各侵蚀岸段海岸侵蚀速率达1.0～4.0m/a，单宽体积侵蚀量-1.42～-19.08 m3/m·a。综合分析显示，人类海岸工程建设、区域海洋水文条件及输砂量减少，是河北省发生海岸侵蚀发生的主要原因。

海岸侵蚀；海岸带；机理分析；秦皇岛沿海

0　引言

海岸带地处海陆交会地带，亦处于沿海经济带，是海陆相互作用强烈、人类活动频繁、环境变化密切的区域；海岸带环境演化直接关系到人类的生存环境质量和社会的可持续发展。在当今全球海平面上升的背景下，海岸侵蚀已成为各国普遍存在的一种现象，由于全球气候变暖引起的海平面上升和人类活动的负面影响使得海岸带的侵蚀愈演愈厉，由此诱发的海岸侵蚀逐渐成为威胁海岸带生存和生活环境的主要因素。海岸侵蚀易造成土地滩涂资源流失、沿岸工程威胁、海水入侵等灾害，另外，随着河北省海洋开发战略的实施，海岸带的开发力度日益加强，曹妃甸、渤海新区、北戴河新区等重点工程建设正如火如荼，这些都给海岸带的开发保护带来了新的机遇和挑战，同时也给海岸带的研究带来了新的课题。自20世纪50年代以来，整个海岸遭受到不同程度的冲刷侵蚀，部分岸线后退严重，直接破坏及严重威胁着沿岸工程建筑安全（夏东兴等，1993；蔡锋等，2008）。查明海岸变迁原因及冲淤发展趋势是整个海岸带开发利用面临的亟待解决的问题（杜东菊等，1996）。研究海岸带侵蚀现状及成因机理，不仅可为海岸防护与海岸带土地利用等实际问题提供重要的科学依据，而且作为自然科学多学科的交叉点，其研究具有重要的理论意义和研究价值。

1　研究方法

本次研究充分搜集了以往研究成果，包括海岸侵蚀历史监测数据、以往研究成果等资料，分析研究了高分辨率卫星遥感数据、航片及Landsat卫星数据等，首次创新性地借助地理信息系统（GIS）、计算机图形图像拟合技术及定点测量手段，通过监测数据及遥感影像结合分析的方式，从宏观和微观两个角度分析研究河北省不同岸段海岸侵蚀动态变化特征，分析海岸侵蚀的形成机制。

遥感影像数据源及解译精度是本次研究的重要基础，本次采用WorldView-2（空间分辨率0.5m）、航片（空间分辨率1m）和TM/ETM数据（空间分辨率30m）进行解译，对该区域地形控制数据坐标转换精度满足了1∶1万图件制作精度需求，遥感影像几何校正精度在地势平坦地区控制在图上0.5mm以内， 图像镶嵌精度较高，实现了严密拼接，基础遥感图像清晰、纹理特征信息丰富，满足遥感解译海岸侵蚀的需要。

2　岸滩地质条件

河北海岸位于大兴安岭—太行山隆起带和渤海、华北沉降带，区域构造地貌格局造成岸线类型不同，冀东海岸除赤土河以南至老虎石一带为基岩海岸外，其余至大清河口为砂质海岸，大清河口至漳卫新河为粉砂淤泥质海岸（图1）。

（1）砂质海岸

河北省海岸带的砂质岸段北起戴河口，南至大清河口，岸滩主要由中细砂组成，以滦河口为界，分为南北两段，具体包括岬湾砂质海岸、砂砾质海岸、砂丘海岸和砂坝—泻湖海岸。

岬湾砂质海岸该类海岸分布在秦皇岛市基岩岬角海岸两侧，岸线累计长约28.13km；砂砾质海岸主要分布于秦皇岛市石河口与沙河口之间，岸线长约8.76km；砂丘海岸主要分布在秦皇岛市戴河口—滦河口之间，岸线长约54.17km；砂坝—泻湖海岸主要分布在滦河口南—乐亭县大清河口之间岸段，岸线长约70.63km；河口三角洲海岸为现代滦河三角洲，南起乐亭县狼窝口，北至昌黎县塔子沟，为砂泥质海岸，岸线全长21km（与砂丘海岸、砂坝泻湖海岸部分重叠），岸外有连续的滨海砂坝发育，多潮汐通道。

（2）淤泥质海岸

淤泥质海岸主要分为两部分，一部分为乐亭县大清河口—丰润陡河口之间岸段，呈现淤泥质海岸与砂坝—泻湖海岸双重岸线特征；另一部分为沧州市岐口镇北排水河—黄骅港大口河之间岸段，为粉砂淤泥质海岸，潮滩十分发育。

（3）基岩岸线

基岩岸段北起冀辽交界的张庄，南至戴河口。在岬角处出现海蚀崖、海蚀阶地及海蚀平台等海蚀地貌，在岬角之间的海湾内，分布着砂砾质海滩。

3　海岸侵蚀分析

（1）区域概况

河北省沿海地区海岸侵蚀主要发生在秦皇岛地区，本区海岸主要为砂质海岸，其次为人工海岸，侵蚀岸段主要分布在砂质海岸和滦河口的外侧砂坝，平均蚀退率1.5～4 .0m/a（刘松涛，2012）。不同海岸代表性的剖面监测结果显示，岸滩普遍遭受侵蚀。前滨滩面由于受波浪、潮流影响较大，时冲时淤，摆动频繁，从全区看整个代表区段整体上处于侵蚀状态；剖面各区段蚀淤情况有所差异，高潮线以上有所淤高，海滩斜坡向外的滩面均发生蚀底。

唐山地区海岸以围堰护堤为主，随着人工虾池的修建海岸不断向海推进，侵蚀岸段主要分布在滦河口至月坨砂坝的外侧。本文对发生海岸侵蚀的重点海滩进行了分析研究。

（2）山海关东姜庄海滩

山海关东姜庄海滩为砂质海滩，海滩长度为2090m，其中北段230m和南段460m较稳定，中部遭受侵蚀中间侵蚀后退距离最长为44m。侵蚀1993—2002年侵蚀速率较大，平均每年-1.95m/a，2002—2012年侵蚀距离较短，岸线后退速率0.38m/ a。2007—2013年这几年测量数据显示，本区海滩滩肩与滩面基本无太大变化，侵蚀主要发生在潮下带范围内，海滩坡度开始变陡，呈下蚀状态，岸线后退速率0.55～1.43m/a，单宽体积侵蚀量-1.42～-2.13 m3/m·a（图2）。总的来说剖面形态与前几年监测数据相比由淤积转为侵蚀。

图1　海岸类型图Fig.1 Coast type

图2　东姜庄海滩剖面对比变化图Fig.2 Comparison of beach profile changes in Dongjiangzhuang

（33南戴河海滩从2009—2013 年间南戴河浴场的监测数据分析（图33，海滩主要表现为滩面下蚀，在滩肩由于人工维护，并将滩后风成沙丘推平以补充滩肩沙之不足，故此滩肩呈淤涨状态，低潮线以下呈侵蚀，海滩速率2.57～4.03m/a，单宽体积侵蚀量为-10.51～-19.08m3/m·a。剖面形态与前几年监测数据相比侵蚀强度进一步加大。

图3　南戴河浴场海滩监测剖面对比变化图Fig.3 Comparison of beach profile changes in Nandaihe

(4)黄金海岸海滩

黄金海岸海滩1993年海滩面积为324361km2，2002 年为202172km2，2012 年海滩面积为113529.46km2；海滩长度近年缩小，1993 年和2002年长度相当，为7000m 左右，2012 年海滩长度缩小为6200m；海滩宽度变窄，1993 年海滩平均宽度为38m，2002 年海滩平均宽度缩减为28m，2012 年海滩平均宽度为24m。1993—2002 年间高潮线后退距离较大，1993—2012 高潮线最大处后退了106m。

2007年至2013年间测量数据显示（图43，海滩滩肩与滩面夏季人为整饰，冬季稻草护滩，基本无变化，侵蚀主要发生于潮下带范围内，呈下蚀状态，岸线后退速率3.68～4.01m/a，单宽体积侵蚀量为-11.68～-17.53m3/m·a。剖面形态与前几年监测数据相比以侵蚀为主。

图4　黄金海岸浴场海滩监测剖面对比变化图Fig.4 Comparison of beach profile changes in Gold Coast beach

（5）唐山地区

受滦河沙源和海洋动力（主要是波浪）的共同影响。现代海岸由于河流断流，输砂量减少，海洋动力相对增强，在沿岸流和向岸波浪的作用下，唐山地区岸段总趋势是侵蚀大于堆积，沿岸取沙、不合理沿岸构筑物、过量抽取地下水造成沿海地面沉降等加重了海岸蚀退。

唐山市海岸线以淤泥质岸段以淤积为主，侵蚀现象主要发生在唐山岸段砂坝外侧、滦河三角洲地区。人工海岸由于人为的保护，因此岸线也比较稳定。侵蚀现象多发生在砂质海岸和砂坝外侧，由于各岸段的岩性组成、展布方向等海岸性质不同，受海洋动力影响和海岸结构物影响程度不同，各岸段的侵蚀情况有一定的差异。

对比1993—2012年滦河口海岸线，滦河口内侧受修建虾池的影响，海岸线向海推进；砂坝外侧总体处于侵蚀状态，局部保持稳定。滦河主汊道自1993年起从小台湾入海，入海口位置保持稳定。滦河入海口北侧岸线1993—2002年保持稳定，2002—2012年由于修建虾池向海推进了400m。入海口南侧不断向陆蚀退，1993—2002年总计后退约167m，2002—2012年总计后退约100m。

4　海岸侵蚀灾害成因分析

海岸侵蚀灾害发生的原因多种多样，既有自然因素，如河流入海泥沙量急剧减少，地壳升降运动、新构造运动、海平面上升、波浪潮流等（左书华等，2006）；又有人为因素，如修闸建库、岸边海底挖砂、岸滩建筑等（季子修，1996； 黄增等，1996），研究认为秦皇岛市海岸侵蚀将继续发展，人为活动的影响是本区海岸侵蚀的主要原因（杨燕雄等，1994）。海岸侵蚀的原因是多方面的，河流上游建设水库和人为大量挖沙采石是主要原因（孔繁德，2008；李团结等，2011）。

4.1自然因素

海洋动力因素：潮差的大小是一个重要因素，它对于波浪侵蚀的范围与潮间带的宽度有很大的影响。渤海南部浅海区平均潮差比北部海域为大，秦皇岛至昌黎一带沿岸，涨潮历时大于落潮历时，落潮流速大于涨潮流速，这种特点对海岸侵蚀与淤积由较大影响。本海域潮流具有显著的不对称性，表现为涨落潮流速和历时的差异。这种差异对近岸泥砂运动和冲淤有着重要的作用。

本区余流是因风、海水密度差、径流量的变化以及大气压力场的变化等原因引起的水体流动，它具有携砂能力，是引起泥砂运动的主要水动力。

海浪的强弱变化决定于风的大小、方向及季节变化，海浪是塑造海岸地貌的主要动力。浪向多与岸线垂直，对海岸有强烈的侵蚀冲刷作用，对海底有掀砂搬运作用。

风暴潮：风暴潮对海岸的塑造亦不容忽视，一次强风暴潮往往破掉正常天气情况下很长时期的沉积结果；在侵蚀型海岸上风暴潮大大加剧了上部滩面的冲刷，加快了海滩上冲下淤的趋势。本区风暴潮多发生于7—9月份，促进了沉积物的再搬运和再分配，是调整局部地形，成为海岸侵淤的重要因素。

海平面上升：随着全球气候变暖、极地冰川融化、上层海水变热膨胀等因素的影响，海平面呈上升趋势，河流的总比降减小，排水和挟砂能力下降，导致河流向海输砂量减少；岸外水深增加，近岸波浪、潮流等海洋动力作用加强，风暴潮的频率和强度增加，引起水下岸坡上移，波能增强，增加了海滩砂向海运移的数量，从而导致海岸发生侵蚀。

4.2人为因素

陆源物质入海量减少：河北省沿岸以砂质、淤泥质海岸为主，其稳定性取决于沿岸泥砂的收支平衡，海岸波浪的能量，主要消耗于搬运泥砂和侵蚀岸段两方面，若海岸带泥砂来源减少，则对沿岸的侵蚀作用必将增强。研究区河流入海泥砂量是海岸海滩泥砂的主要补给来源，几十年来，沿岸大小河流都不同程度地修坝筑库，拦洪蓄水，使河流下泄入海泥砂量呈明显的锐减趋势。另外秦皇岛地区自上个世纪50年代以来，人为大强度地沿海岸、河床挖砂外运，从而使水砂平衡严重失调，这是造成其海岸蚀退最直接、最主要的影响因素。

沿岸海工建筑：人类活动干扰了海岸自然发育，对海岸发育最有害的人类活动是在海滩或入海河道上大量取砂和不合理的沿岸结构物，这是本区海岸侵蚀的最主要的原因。沿岸码头、突堤、丁坝、离岸坝等工程建筑物（尤其是突堤和码头）均为陡墙式建筑突入海中，它既截断了向下游的全部或部分泥砂供应，又改变了近岸泥砂流的正常运移模式，造成在其附近和邻近的上下游岸段发生侵蚀；如在砂河口以西至汤河口沿岸，人为工程建筑集中且规模较大，受建筑物的影响，波浪发生折射、绕射，反射用相互感应，使该岸段海洋动力作用十分复杂，波能集中，能量相互叠加，直接造成对海岸的侵蚀冲刷。这是本区海岸蚀退不可忽视的主要因素之一。秦皇岛港二期煤码头扩建、航道疏浚及防波堤建设切断了供应奔去海滩物质的泥沙流。

5　结语

河北省海岸类型多样，可分为基岩质海岸、砂质海岸及淤泥质海岸，侵蚀主要发生在砂质海岸，不同海岸类型有代表性的剖面监测结果显示，岸滩普遍遭受侵蚀，侵蚀速率一般1.0～4.0m/a，单宽体积侵蚀量-1.42～-19.08m3/m·a。唐山地区海岸以围堰护堤为主，随着人工虾池的修建海岸向海推进，侵蚀岸段主要分布在滦河口至月坨砂坝的外侧。秦皇岛海岸主要为砂质海岸，其次为人工海岸，侵蚀岸段主要分布在砂质海岸和滦河口的外侧砂坝。

人类海岸工程建设、区域海洋水文条件及输砂量减少是河北省海岸发生海岸侵蚀发生的主要原因。

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［2］蔡锋， 苏贤泽，刘建辉，等.全球气候变化背景下我国海岸侵蚀问题及防范对策［J］.自然科学进展，2008，18（10）：1093～1103.

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Dynamic and Genetic Mechanism of Coastal Erosion in Hebei Province

LIU Youcai， ZUO Liming， LI Zhan
（Hydrological Engineering Geology Survey Institute of Hebei Province， Shijiazhuang 050021）

Hebei sandy beach exist coastal erosion， which seriously threatens beach tourism and beach construction，and restricts Hebei Marine Economy and social development. Coastal erosion monitoring results show that the surface area of the beach is greatly impacted by waves， tide， frequently swing and depositing， and the whole sandy coastal beach is at erosion state. Each segment silt erosion situation is different， some segments above the high tide line， beach slope very steep， and the whole segment is at undercutting state. Coastal erosion has caused the sand particles rough and beachberm narrow and beach slope steep， and an increase of exposed bedrock. In terms of these outstanding issues， by measuring point and a combination of remote sensing monitoring， we research the dynamic evolution characteristics of Hebei coastline. After calculation， the coastal erosion rate is 1.0-4.0m/a， single-wide volume erosion is -1.42～-19.08m3/（m•a）. Comprehensive analysis shows that human coastal construction， regional oceanographic conditions and the amount of sand decrease are the main reason for Hebei coastal erosion.

Coastal erosion； Coastal zone； Mechanism analysis； Qinhuangdao coast

P737.1

A

1007-1903（2016）02-0043-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.02.009

河北省海岸带地质灾害调查评价与防治对策项目（项目编码：2013995454）

刘有才（1981- ），男，硕士，水文工程地质工程师，工作方向：水文地质海洋地质，E-mail：39597968@qq.com