岸线侵蚀修复实验研究

王晓晖

（广州柳临工程技术咨询有限公司,广东 广州 510000）

近年来,全球气候变化和人类活动的持续影响导致了河岸线侵蚀问题日益严重。河岸线侵蚀不仅对周边生态环境造成威胁,还对人类居住区、基础设施和经济发展产生重大影响[1]。本文以山西临水为例,开展岸线侵蚀修复实验研究,通过多角度、综合性地探索,寻找适用于该地区的可行性修复措施。研究将综合考虑自然因素、人为活动以及河岸地貌特征等方面的影响,结合最新的科学技术手段,探讨河岸线侵蚀的形成机制,并寻求具有可持续性的修复方案。利用高分辨率遥感影像和卫星数据,结合GIS 空间分析工具,实现对山西临水海岸线变化的精准监测和空间分布分析。

1 岸线侵蚀修复的整体设计

1.1 临水岸线防护现状研究

临水县是中国古代行政区划名,现更名为山西临县。山西临县地处临县河中游山西西部。临县与陕西佳县、吴堡县隔临县河相望,东部靠近吕梁山,西北与兴县相邻,南部与离石县、柳林县接壤[2]。临县位于晋西边缘,属黄土丘陵沟壑区,是吕梁山地向临县河峡谷的延续,其地处临县河中游山西西部,与陕西佳县、吴堡县隔临县河相望,东部靠近吕梁山,西北与兴县相邻,南部与离石县、柳林县接壤。临县经历了多次地壳运动和地层变化,地势由东北向西南倾斜,形成了丘陵起伏的地貌。根据地貌形态的不同,可分为东北部土石山区,中部大面积黄土丘陵沟壑区,西部临县河沿岸丘陵基岩裸露区,以及湫水河两岸的山间河谷区。全县海拔变化相对较大,最高点位于东北部城庄镇柏榆庙山,海拔1924 m；最低点在西南部碛口镇临县河滩头,海拔657 m,相对高差为1267 m（见图1）。

图1 山西临县岸线图

岸线剖面高程数据采集是通过结合GPS 测量和手持高程仪进行的,首先,在岸线上选择一系列控制点,这些点用于作为高程测量的基准。这些控制点可以使用GPS 测量得到其经纬度和大致高程信息[3]。使用GPS 设备在每个控制点处进行高程测量。记录GPS 测量仪所显示的高程数值,并同时记录经纬度信息。在每个控制点的附近,使用手持高程仪进行更细致地高程测量。手持高程仪是便携式测量仪器,通常用于小范围地形高程数据采集。在测量时,可以选择一些较密集的测量点,沿岸线采集高程数据[4]。将GPS 测量得到的经纬度和高程信息与手持高程仪测量得到的高程数据整合在一起。可以使用GIS 软件或其他数据处理工具,将采集到的数据进行匹配和整理。利用数据分析法,确定每个测量点之间的水平距离,具体如式（1）所示：

式中：（x,y）和（x0,y0）分别为任意水平测量点、高程点的水平位置。

通过长时间的数据采集,可以测定河滩高程在不同时期的变化,预测河滩的发展趋势,可以通过计算剖面的清淤量来衡量坡面在各个季节的变化,公式如式（2）所示：

式（2）中,在滩肩前缘选择一个标志点,作为测量的基准点。在该点处测量前剖面高程ya和测量后剖面高程yb, x1、x2分别为计算起点的和终点的水平距离。

1.2 临水岸线防护侵蚀修复研究

首先,需要对临县河岸线进行剖面形态分析,通过比较不同时间点的剖面变化,了解侵蚀趋势、侵蚀时间节点以及空间分布情况。这将为修复工作提供基本的依据和方向。对临县河岸线的侵蚀原因进行深入研究是非常重要的。需要考虑波浪作用、水流动力学、季节性因素以及人为活动对侵蚀的影响。这将帮助确定主要原因,针对性地制定修复策略。在进行岸线防护工程时,需要进行合理护岸设计。护岸的形状、坡度、长度以及材料的选择都应该考虑当地的地质和水流条件,以确保护岸工程能够有效抵御波浪和水流的冲击,减缓侵蚀速度[5]。除了人工修复,还可以考虑利用自然修复机制,如植被恢复和沉积过程,来促进河滩的恢复。同时,要重视生态保护,保护当地的植被和生态系统,增强河滩的抵抗能力。工程的成功还需要得到当地居民的支持和参与。因此,需要进行社会宣传和教育,增强居民的环保意识,鼓励他们积极参与岸线防护侵蚀修复工作。完成修复工作后,还需要建立持续地监测和评估体系,密切关注岸线的变化情况,及时调整和改进防护措施,以确保修复效果的持久性和可持续性。

导堤是用于引导河流流向或控制河流水位的工程结构。导堤侵蚀指的是导堤表面和下部的侵蚀现象。导堤侵蚀可能由于水流的冲击和波浪作用导致,如果不加以修复和维护,可能会影响导堤的功能和稳定性。护岸是指用于防止河岸侵蚀或河岸线侵蚀的工程结构。护岸侵蚀指的是护岸表面和下部的侵蚀现象。水流、波浪、水位变化以及人为因素等都可能导致护岸表面的材料被冲刷和侵蚀,如果护岸侵蚀严重,可能会导致河岸或河岸线的退缩和稳定性问题。防波堤是用于防止海浪和波浪对河岸线的侵蚀和冲击的工程结构。防波堤侵蚀是指防波堤表面和下部的侵蚀现象。海浪和波浪的冲击可能导致防波堤表面的石块或混凝土材料被冲刷,影响防波堤的稳定性。河岸侵蚀是指河流岸线受到水流冲刷或波浪冲击而发生的侵蚀现象。河岸侵蚀可能由于水流动力学、波浪作用、人类活动等因素引起,可能导致河岸崩塌、土地流失和生态环境改变。

2 实验及结果分析

研究分析剖面形态变化,可以深入研究侵蚀原因,分析剖面形态变化可以确定河滩的侵蚀趋势,即河滩是在逐渐消失、持续稳定还是有一定程度的沉积。通过对不同时间点的剖面形态变化进行比较,可以确定侵蚀发生的时间节点。

根据图2 的剖面形态变化,可以观察到河滩的侵蚀和沉积过程,特别是在2021 年7 月和2022 年6 月侵蚀量最大的时期。主要原因是波浪对河滩的作用,尤其是SW 向的波浪几乎垂直于岸线,直接作用于河滩。在夏秋季节,侵蚀量更大,可能与季节性波浪强度相关。夏季和秋季通常是风力较强、波浪较大的时期,尤其是在山西部分地区,这种季节性波浪强度增加可能导致河滩侵蚀量更大,因为波浪的冲击和侵蚀能力增强。不合理的抛石护岸加速了岸前沙滩的下蚀速度。河滩的侵蚀程度还受到河滩本身的抵抗能力影响。岸前河滩的抵抗能力取决于其土壤结构、岩性特征、植被覆盖等因素。在夏秋季节波浪强度较大时,河滩的抵抗能力可能较弱,导致侵蚀加剧。

图2 临县河滩剖面图

护岸的设计和施工可能需要进一步考虑岸线稳定性,以减轻侵蚀影响。抛石护岸是一种常见的防护措施,旨在减轻波浪冲击和侵蚀。然而,如果抛石护岸的设计和施工不合理,可能会对岸前沙滩产生负面影响。比如,抛石护岸的形状和坡度可能不符合河流流动的要求,导致水流受到阻碍,进而影响了沙滩的沉积和稳定性。同时,抛石护岸的位置和长度也需要谨慎考虑,否则可能会导致局部水流的聚集,造成局部侵蚀和沙滩的下蚀。针对目前可能存在的不合理护岸造成的侵蚀问题,需要考虑适当的修复措施。修复措施可能包括调整护岸的形状和坡度,重新布置护岸的位置,或者采取其他更合适的防护手段。修复措施应该基于综合研究结果,考虑河流特性、岸线稳定性和环境保护等因素,以确保修复效果的可持续性。

侵蚀对当地人的生活环境造成了不可挽回的损失,沿岸地区通常是人们生活和居住的重要区域,河滩侵蚀可能导致房屋、道路、桥梁等基础设施受损,甚至倒塌。临近河滩的居民可能面临房屋被冲毁的风险,导致居住环境的不稳定和安全隐患。河滩侵蚀可能导致植被丧失,河滩生态环境遭到破坏。这不仅对当地生态系统造成影响,还可能导致野生动植物的生存受到威胁,影响生态平衡。在2023 年3 月的观测中,部分河滩被碎石覆盖,碎石覆盖可能会改变河滩的表面形态和地貌特征,对河滩的土壤结构和植被生长产生影响。这可能进一步影响河滩的稳定性和抵抗能力。其次,碎石覆盖可能导致水流动力学特性的改变,进而影响河滩的侵蚀和沉积过程。

3 结论

通过对临水岸线整体情况进行考察,提出计算剖面的方法,再对临水岸线防护进行研究,研究的实验研究结果显示,山西临县河流岸前河滩存在明显的侵蚀现象,主要原因是波浪作用,尤其是SW 向的波浪几乎垂直于岸线,直接作用于河滩。夏秋季节的侵蚀量大于春冬季节,并且不合理的抛石护岸加速了岸前沙滩的下蚀速度。这些侵蚀现象对当地居民的生活环境和农田造成了不可挽回的损失。因此,在进行岸线侵蚀修复时,需要综合考虑波浪作用、护岸设计和施工、河滩植被恢复等因素,以合理安排修复计划,并在之后防患于未然,保护当地的生态环境和社会经济的可持续发展。未来还需要考虑其他潜在的影响因素,以全面评估不同方案的优劣。