超百年一遇强降雨对厦门岛沙滩影响研究

翁宇斌 杨顺良 赵东波

关键词：海洋地质学;滨海沙滩;特大暴雨;侵蚀流失;沙滩修复

中图分类号：P737.1 文献标志码：A 文章编号：1005-9857（2022）01-0082-06

0引言

沙滩是宝贵的自然资源，不仅具有消解波浪对海岸冲击，减轻海岸侵蚀等天然防护作用，还具有滨海旅游休闲的娱乐功能，也是沿海生物栖息和繁衍的重要生境，是海岸带生态系统的前沿阵地[1-2]。沙滩的侵蚀则是目前地球科学研究的热点之一。目前，在针对沙滩侵蚀的研究中，重点是放在潮汐和波浪作用下沙滩发生的冲淤变化，对于极端气候的影响，也都是聚焦在台风及风暴潮对滩面造成的影响。而2018年5月7日，厦门岛内东南部百年一遇的暴雨给沙滩造成极大的影响，多处沙滩出现严重的冲刷，其破坏程度不亚于台风对厦门沙滩造成的影响。本研究旨在通过分析暴雨对厦门沙滩影响的程度，探究沙滩冲刷原因，在此基础上，提出受损沙滩的整治修复建议，供相关管理部门参考，为后期采取相应的防范措施，减少或者避免极端暴雨对沙滩的破坏。

1研究区概况

厦门岛位于福建省南部沿海，海岛面积134.8km2，海岸线长度74.8km[3]。厦门岛的砂质海岸主要分布在东部和东南部，是宝贵的滨海旅游资源[2]。为更好地保护利用该区域滨海沙滩，厦门市投入大量资金对海岸带雨水管网、植被绿化、沙滩修复养护、入海排洪管涵等进行改建，取得了显著的效果[4-8]，吸引大量国内外游客，滨海旅游已成为厦门旅游的一张靓丽名片。

厦门属于亚热带海洋季风气候，冬半年盛行NE-ENE风，风速较大，月平均风速3.5～4.2m/s;夏半年以SE和S风为主，风速一般较小，月平均风速2.9～3.1 m/s。年主要风向为NE，频率为15%[9]。气候温和多雨，每年5—8月雨量最多。一般在5月上旬中期，厦门开始进入梅雨季，其间易遭连续性暴雨侵袭[10]。

2研究方法

2.1暴雨资料收集

2018年5月7日，厦门遭遇历史罕见的局地超强降雨。5月7日08时至8日08时1天之内，全市的平均降雨量为62.8mm，达到暴雨级别，但降雨量的空间分布并不均匀，呈现从沿海向内陆快速递减的趋势，不同于厦门市全年降水量的分布特征。思明区的平均降雨量为179.6mm，达到大暴雨级别，而湖里区平均降雨量仅为60.9mm。全市有13个街道出现了100mm 以上的累计降水量，有8个在思明区。思明区滨海街道科技中学连续2小时降雨强度均达100 mm 以上，小时降雨强度最大107.5mm，3小时累积雨量274mm，24小时累积雨量320mm，3个值均刷新了厦门气象水文观测记录的小时降雨强度，3小时、24小时累积雨量极值[11]。

其中，东渡监测站最强3小时降水量、最强1小时降水量分别是该站历史极值的2.5倍和1.2倍，均超百年一遇降水强度等级。由于受厦门岛东南部东坪山地形的影响，短时强降雨无法快速渗入土壤而被消纳，则很快形成地表径流而朝沙滩低洼地区下泄，水流强烈冲刷，导致沙滩滩面严重变形，海砂流失，影响滨海沙滩的环境与功能。

2.2现场测量计算

厦门岛东南部滨海沙滩从厦门大学白城至“一国两制”标语牌岸段全长10.78km，通过中海达V60型RTKGPS、皮尺、标尺、现场拍照与无人机航拍等手段对受损沙滩进行测量记录，主要测量沙滩冲沟上部、中部及下部的宽度、深度，综合计算得出冲沟宽度和深度的平均值，再结合冲沟长度统计沙滩冲刷量。

3结果与讨论

3.1岸滩损毁总体情况

本次特大暴雨对厦门岛东南部滨海沙滩的影响主要集中在厦门大学白城至“一国两制”标语牌岸段的10个岸段。岸线全长10.78km，受损沙滩共形成冲刷沟28条，受损岸滩累计长度为6.1km，沙滩侵蚀流失的面积为21166m，因暴雨导致的沙滩流失量超过了4万m。受损最严重的为黄厝玩月坡沙滩，受损岸滩宽度最大，为115m，冲刷面积最大，达到了5980m，沙滩侵蚀流失最多，达到了17940m。冲刷深度最深的出现在亚洲海湾酒店东北侧沙滩，平均深度3.0m，最深处达到了4.9m。冲刷长度最长的为“一国两制”标语牌南侧沙滩，长度达到了100m。冲刷面积超过1000m的有6处，冲刷量超过1000m的有8处（表1）。

本研究根据受损岸段及其后方陆域地形、汇水范围、排水条件与开发利用现状等各种因素，综合选取了5个岸段分别分析其受损情况及受损成因。

3.1.1胡里山炮台沙滩

该处沙滩位于胡里山炮台南侧，长度共340m，滩面宽度约30m。沙滩后方原为一处荒地，后经政府规划建设为停车场，原本土质的荒地基本上都改为硬质的水泥地面。停车场向海一面有围墙，在围墙东西两侧分别各预留了1处宽度约5m 的行人出入口，场地自陆向海坡度为4°。在暴雨发生时，雨水均汇集在停车场内，顺硬化路面而下，于两侧出口排出，导致沙滩冲刷，形成4处冲沟（图1）。

3.1.2亚洲海湾酒店东北侧沙滩

该处受损沙滩位于亚洲海湾酒店东北侧150m处。沙滩受损情况主要為：环岛栈桥下沙滩冲刷形成冲沟1处、北侧平台外侧形成冲沟1处。其中：环岛栈桥下沙滩受损长度为30m，形成的冲刷沟宽度为40m，平均冲刷深度为3.0m，冲刷最大深度为4.9m，冲刷面积为1200m，冲刷量为3600m;平台外侧受损略轻，沙滩受损长度为25m，形成的冲刷沟宽度为8m，平均冲刷深度为1.5m，冲刷最大深度为2.3m，冲刷面积为200m，冲刷量为300m。根据现场调查，环岛栈桥下受损沙滩后方为一自然地势形成的小排洪沟渠，沟内有一管径约0.4m 的排洪管涵。来自环岛路内道雨水，叠加排洪沟内的排洪管涵来水，汇合后冲向海边。直接作用于沙滩挡土墙，导致挡土墙垮塌，沙滩被冲刷。平台外侧由于暴雨形成的地表水流汇集在硬质平台，过水断面的面积较大，水于平台处分散流出，形成的冲刷力较分散，因此冲刷程度较轻（图2）。

3.1.3海韵台沙滩

该处受损沙滩位于海韵台东侧海滩，受损沙滩冲刷形成冲沟3处，总受损长度为57m。其中中部受损最严重，沙滩受损长度为30m，形成的冲刷沟宽度为11m，冲刷平均深度为2.0m，最大深度为2.4m，冲刷面积为330m，冲刷量为660m。根据调查，在受损沙滩后方有一个2016年新建的水泥观景平台，该区地势特征以环岛路最高，顺草坡而下至水泥平台最低。当暴雨发生时，环岛路上的积水顺坡而下，同时雨水也均往此低洼处汇集，当积水漫过水泥平台向海一侧排放时，水泥平台靠近草坪处修建了2座花坛，把平台分割形成2处狭窄的出入口。水流经过出入口时，流速加快，导致观景平台外侧沙滩被冲刷流失。由于平台修建在沙滩上，下方硬化地基只有0.15m，当平台下方沙子被流水冲走后，平台石阶失去支撑而出现垮塌（图3）。

3.1.4黄厝玩月坡沙滩

该处受损沙滩位于黄厝玩月坡海滩受损情况主要为：沙滩滩面冲刷严重;沙滩后方草坪垮塌，部分路基受损。形成的冲刷沟宽度为115m，冲刷最大深度4.6m，冲刷面积为5980m，冲刷量为17940m。该处沙滩紧邻环岛路的路肩，沙滩下方有4根大的排洪涵管。以排洪涵管为中心，向两侧各有约55m的草坪及路基垮塌。从地形上看，道路护坡占据滩肩，高潮时潮水能直接作用到路基挡土墙。在暴雨形成的地表径流冲刷下容易形成滑坡。该岸段两侧汇水至中部较低洼路段，顺坡流向沙滩，水流冲毁地表草皮及素填土（30cm 厚）的同时，下覆沙子受到回流水流的冲刷进一步加剧了岸坡的损毁（图4）。

3.1.5“一国两制”标语牌南侧沙滩

该处受损沙滩位于“一国两制”标语牌南侧海滩，受损沙滩共有1处。沙滩滩面冲刷严重，形成宽度达22m的冲刷沟，冲刷面积为2200m，冲刷量为4400m（图5）。根据现场调查分析，该处冲沟形成并不是由于本次暴雨才形成的，应该一直都存在，只是由于之前水量较小，导致冲沟不明显。在环岛路向陆一侧原为垃圾填埋场，初步判断其排洪水沟可能为垃圾填埋场下渗的雨水通过环岛路下的隐蔽工程，下穿环岛路之后，直接排放在沙滩上，造成沙滩长期冲刷。

3.2沙滩侵蚀原因分析

胡里山炮台沙滩。受损情况：形成4处冲沟，沙滩的受损长度为58m，冲刷面积1560m，冲刷量2020m;近岸市政设施损毁2处，石阶被冲毁1处。侵蚀原因：短时强降雨，城市排水系统无法及时消纳，地表不透水面增加，形成地表积水从陆向海排放，导致沙滩冲刷。

亚洲海湾酒店东北侧沙滩。受损情况：形成2处冲沟，受损长度共55m，宽度最大40m，冲沟深度最大4.9 m，冲刷面积为1400m，冲刷量为3900m;栈桥下石质护岸垮塌。侵蚀原因：①短时强降雨，城市排水系统无法及时消纳，地表不透水面增加，形成地表积水从陆向海排放，导致沙滩冲刷;②短时强降雨，陆域排洪管涵未铺设至深海排放，而是在沙滩后方陆域直排，导致沙滩冲刷。

海韵台沙滩。受损情况：沙滩受损3处，受损长度57m，最大受损宽度15m，冲沟最大深度2.0m，冲刷面积为616m，冲刷量为1021m石阶垮塌2处。侵蚀原因：短时强降雨，城市排水系统无法及时消纳，地表不透水面增加，形成地表积水从陆向海排放，导致沙滩冲刷。

黄厝玩月坡沙滩。受损情况：沙滩受损长度为52m，冲沟宽度为115m，冲沟最大深度4.6m，冲刷面积为5980m2，冲刷量为17940m³;路基垮塌滑移，排洪管涵出露。侵蚀原因：①短时强降雨，城市排水系统无法及时消纳，地表不透水面增加，形成地表积水从陆向海排放，导致沙滩冲刷;②道路护坡占据滩肩，海浪直接作用到路基挡土墙，加剧了岸坡的损毁。

“一国两制”标语牌南侧沙滩。受损情况：沙滩滩面冲刷严重，形成长度达100m的冲刷沟，冲沟宽度22 m，冲沟最大深度2.0m，冲刷面积为2200m，冲刷量为4400m。侵蚀原因：修建环岛路时埋设的排洪管涵，该管涵未铺设至深海排放，长期排放，导致沙灘冲刷。

依据前文所述，造成本次厦门岛东南部沙滩遭受暴雨冲刷侵蚀的原因主要有3个。①城市发展改变了原来的生态环境，地面硬化后丧失了天然的雨水蓄水功能，使得原本可以渗透的雨水被集中快速排放，导致雨水径流量增大[12]。加之厦门岛东南部区域与中部区域被东坪山所隔，东南部地势自山向海逐渐降低，沙滩所在位置为地势最低处，因此，当遇上强降雨，城市排水系统无法及时消纳，造成地表积水，雨水直接排海对沙滩形成冲刷，该原因是本次沙滩冲刷侵蚀的最主要的原因。②因陆域后方排洪管涵管理及维护不善，导致排洪管涵未铺设至深海排放，而是直接在沙滩后方陆域直排，导致沙滩被冲刷。③城市设施直接占滩，高潮时，波浪可直接作用至该设施，在暴雨冲刷的同时，波浪也作用于该岸段，导致岸段冲刷加剧，造成更严重的破坏。

3.3暴雨后沙滩修复

3.3.1修复措施

在本次沙滩遭受暴雨冲刷后，根据本研究的调查结果，政府及时采取了修复措施，投入修复金额约350万元，补沙量约29970m。其具体修复方案如下：①损毁程度较轻的17处：不补沙，只进行人工加机械作业进行修复，消除安全隐患。②涉及沙滩后方（市政绿化+挡墙）整体滑移：首先进行人工加机械作业进行修复，消除安全隐患;其次在后方挡墙修复完成后，进行补沙作业，补沙量约17220m。③有暗埋管排水冲刷沙滩：首先进行人工加机械作业进行修复，先消除安全隐患;其次对沙滩进行补沙作业，补沙量约12750m。

3.3.2修复成效

为了掌握厦门岛东南部沙滩的冲淤变化情况，当地海洋主管部门在该段沙滩布设有长期的固定观测剖面，本研究收集了位于本次冲刷岸段的部分剖面资料（厦大白城、珍珠湾、海韵台、黄厝），通过对这些剖面暴雨前及修复后的沙滩剖面形态进行对比，可以判断本次沙滩修复成效。根据对比，通过采取的修复措施，冲刷的沙滩基本上恢复到了暴雨冲刷前的滩面形态，甚至海韵台沙滩修复后比之前的滩面高程更高，修复基本达到了预期目标。

4讨论

本次暴雨后，政府采取的沙滩修复措施虽及时有效，但仍属于治标不治本，仅仅是对沙滩侵蚀部分做了面上的修復，但对于造成沙滩冲刷的“罪魁祸首”却没有从根源上解决问题。虽然厦门岛东南部海滩已经修建了多个地下排洪管涵，排洪管涵经过延伸改造，极大改善了海滩后方城镇的排洪需求，相比之前，沙滩遭受洪水侵袭的概率大大降低。但同时，由于城市建设的发展，不透水面逐渐增多，而能消纳降雨的泥土地与草地的面积大大减少，以致出现区域性的暴雨积水现象。如环岛路向海一侧，硬质路面范围大，且没有布设雨水井及泄洪通道等排洪设施，在坡度有利于地表水流汇集区域，水流破坏力增强，以致冲毁沙滩。

因此，从长远发展角度考虑，需要对东南部海岸带雨水管网进一步梳理，加紧对厦门市的排水系统进行优化升级，避免城市内涝以及地表水集聚对海滩的冲刷;对于局部地形汇水造成岸滩冲刷侵蚀的，应对局部地形的汇水排放进行改造，将其引入周边已有入海排洪管涵，或者针对局部地形汇水建设新的入海排洪管涵，雨水排洪管进入海域的需尽量埋深并延伸排洪管，减少对沙滩的冲刷和景观影响。同时修复沙滩后，对后方的草地进行清除，为防止风沙对后方道路的影响，可考虑种植观赏性的椰树等乔木植物，一方面是增加沙滩后滨的空间;另一方面可提升后滨的景观，同时为游客提供休闲歇息的场所。

5结语

厦门岛东南部部分沙滩被强降雨冲毁，其原因主要包括：降雨量大;滨海区域不透水面多;适合的坡度形成汇水区;低洼区域缺少排水管道;沙滩人工石阶与观景平台设计没有考虑排水影响;人工设施占滩等。因此，在进行人工补沙修复沙滩时，还需要结合滨海一线的地势坡度设计排水通道，在现有不透水面增加输水管线，增厚草地土壤层，减少地表径流的形成，雨水排洪管进入海域的需尽量埋深及延伸排洪管，减少对沙滩冲刷和景观影响。