超百年一遇強(qiáng)降雨對(duì)廈門島沙灘影響研究

超百年一遇強(qiáng)降雨對(duì)廈門島沙灘影響研究摘要#018年5月7日廈門島遭遇了超百年一遇的強(qiáng)降水，對(duì)岸灘造成了嚴(yán)重影響。文章采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、無(wú)人機(jī)航拍等方法，通過(guò)對(duì)沖毀岸灘進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與測(cè)量，發(fā)現(xiàn)廈門島東南部10.78km的濱海沙灘岸段，共有10個(gè)岸段的沙灘發(fā)生明顯沖刷，受損岸線總長(zhǎng)度為6.1km（占比57%）,形成了28條沖刷溝，沙灘遭受的侵蝕面積為20286m#,沖刷量超過(guò)4萬(wàn)m!。分析其原因，主要是海岸帶開(kāi)發(fā)利用時(shí)，不透水面增多且具有一定的坡度，加之后方陸域地下排洪管涵排水，當(dāng)短期強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，局部地形集中匯水后急速?zèng)_向海岸，導(dǎo)致海岸侵蝕垮塌和后退，沙灘沖刷成溝而流失大量海砂。I對(duì)不同沙灘的沖刷程度與影響機(jī)制，提出了相應(yīng)的整治修復(fù)方案，可為今后沙灘維護(hù)保養(yǎng)提供參考。關(guān)鍵詞：海洋地質(zhì)學(xué)；濱海沙灘；特大暴雨；侵蝕流失；沙灘修復(fù)StudyontheImpactofSuperHeavyRainfallontheBeachofXiamenIslandAbstract:OnMay7&2018&XiamenIslandwashitbyextraordinaryrainstorm(onceinmorethan100years)&whichhadaseriousimpactonthebeachesinthesoutheastoftheisland.Inthisstud-y&RTKGPS,leatherruler,ruler,droneandotherequipmentwereusedtoinvestigateandestimatethedegreeofdamage.Atotalof10shoresectonsincluding22beacheswerewashedoutalongthe10.78klometersbeach%nthesoutheastofXamenIsland.Thetotallengthofthedamagedshorelnewas6.1klometers,accountngfor57%ofthe%nvestgatedbeach.Atotalof28gulleswerefoundandthedamagedareawasestmatedtobe20,286m2.Thsextraordnaryran-stormwasestimatedtoresultinmorethan40,000m!sandbeingcarriedaway.Thedamagecouldbeduetothepavementofimpermeablesurfacealongthecoastalzonewhichformedstrongsurfacerunoffontheslopingterrainwhentheextraordinaryrainstormoccurred.Thecurrentwasstrongenoughtoerodethesandandstonestepsandlawn,andevenformgully.Basedonthedvgreeofdamageanddamagecauseofindividualbeach,severalremediationandrestorationplansweresuggestedtorecoverythebeach.Thsstudycanprovidesomereferencesforthefuturebeachmaintenance.Keywords:Marinegeology,Coastalbeach,Superheavyrain,Erosionloss,Beachrestoration0引言沙灘是寶貴的自然資源，不僅具有消解波浪對(duì)海岸沖擊，減輕海岸侵蝕等天然防護(hù)作用，還具有濱海旅游休閑的娛樂(lè)功能，也是沿海生物棲息和繁衍的重要生境，是海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的前沿陣地孚%沙灘的侵蝕則是目前地球科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一％目前，在針對(duì)沙灘侵蝕的研究中，重點(diǎn)是放在潮汐和波浪作用下沙灘發(fā)生的沖淤變化，對(duì)于極端氣候的影響，也都是聚焦在臺(tái)風(fēng)及風(fēng)暴潮對(duì)灘面造成的影響%而2018年5月7日，廈門島內(nèi)東南部百年一遇的暴雨給沙灘造成極大的影響，多處沙灘出現(xiàn)嚴(yán)重的沖刷，其破壞程度不亞于臺(tái)風(fēng)對(duì)廈門沙灘造成的影響％本研究旨在通過(guò)分析暴雨對(duì)廈門沙灘影響的程度，探究沙灘沖刷原因，在此基礎(chǔ)上，提出受損沙灘的整治修復(fù)建議，供相關(guān)管理部門參考，為后期采取相應(yīng)的防范措施，減少或者避免極端暴雨對(duì)沙灘的破壞%1研究區(qū)概況廈門島位于福建省南部沿海，海島面積134.8km2,海岸線長(zhǎng)度74.8km#3]%廈門島的砂質(zhì)海岸主要分布在東部和東南部，是寶貴的濱海旅游資源#2$%為更好地保護(hù)利用該區(qū)域?yàn)I海沙灘，廈門市投入大量資金對(duì)海岸帶雨水管網(wǎng)、植被綠化、沙灘修復(fù)養(yǎng)護(hù)、入海排洪管涵等進(jìn)行改建，取得了顯著的效果#4「8$,吸引大量國(guó)內(nèi)外游客，濱海旅游已成為廈門旅游的一張靚麗名片％廈門屬于亞熱帶海洋季風(fēng)氣候，冬半年盛行NE—ENE風(fēng)，風(fēng)速較大，月平均風(fēng)速3.5?4.2m/s；夏半年以SE和S風(fēng)為主，風(fēng)速一般較小，月平均風(fēng)速2.9-3.1m/s%年主要風(fēng)向?yàn)镹E,頻率為15%#9$%氣候溫和多雨，每年5)8月雨量最多%一般在5月上旬中期，廈門開(kāi)始進(jìn)入梅雨季，其間易遭連續(xù)性暴雨侵襲#10$%2研究方法2.1暴雨資料收集2018年5月7日，廈門遭遇歷史罕見(jiàn)的局地超強(qiáng)降雨%5月7日08時(shí)至8日08時(shí)1天之內(nèi)，全市的平均降雨量為62.8mm,達(dá)到暴雨級(jí)別，但降雨量的空間分布并不均勻，呈現(xiàn)從沿海向內(nèi)陸快速遞減的趨勢(shì)，不同于廈門市全年降水量的分布特征％思明區(qū)的平均降雨量為179.6mm,達(dá)到大暴雨級(jí)別，而湖里區(qū)平均降雨量?jī)H為60.9mm%全市有13個(gè)街道出現(xiàn)了100mm以上的累計(jì)降水量，有8個(gè)在思明區(qū)％思明區(qū)濱海街道科技中學(xué)連續(xù)2小時(shí)降雨強(qiáng)度均達(dá)100mm以上,小時(shí)降雨強(qiáng)度最大107.5mm,3小時(shí)累積雨量274mm,24小時(shí)累積雨量320mm,3個(gè)值均刷新了廈門氣象水文觀測(cè)記錄的小時(shí)降雨強(qiáng)度3小時(shí)、24小時(shí)累積雨量極值#11]%其中，東渡監(jiān)測(cè)站最強(qiáng)3小時(shí)降水量、最強(qiáng)1小時(shí)降水量分別是該站歷史極值的2.5倍和1.2倍，均超百年一遇降水強(qiáng)度等級(jí)％由于受廈門島東南部東坪山地形的影響，短時(shí)強(qiáng)降雨無(wú)法快速滲入土壤而被消納，則很快形成地表徑流而朝沙灘低洼地區(qū)下%,水流強(qiáng)烈沖刷，導(dǎo)致沙灘灘面嚴(yán)重變形，海砂流失，影響濱海沙灘的環(huán)境與功能％2.2現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量計(jì)算廈門島東南部濱海沙灘從廈門大學(xué)白城至“一國(guó)兩制”標(biāo)語(yǔ)牌岸段全長(zhǎng)10.78km,通過(guò)中海達(dá)V60型RTKGPS、皮尺、標(biāo)尺、現(xiàn)場(chǎng)拍照與無(wú)人機(jī)航拍等手段對(duì)受損沙灘進(jìn)行測(cè)量記錄，主要測(cè)量沙灘沖溝上部、中部及下部的寬度、深度，綜合計(jì)算得出沖溝寬度和深度的平均值，再結(jié)合沖溝長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)沙灘沖刷量%3結(jié)果與討論3.1岸灘損毀總體情況本次特大暴雨對(duì)廈門島東南部濱海沙灘的影響主要集中在廈門大學(xué)白城至“一國(guó)兩制”標(biāo)語(yǔ)牌

序號(hào)沙灘受損位置沖溝大小（長(zhǎng)乂寬乂深）/m沖刷面積/m2沖刷量/m31白城公交站沙灘55X10X1.55508252白城救生站沙灘75X18X1.5135020253胡里山炮臺(tái)沙灘120X50X1.6100016004胡里山炮臺(tái)沙灘215X8X0.8120965胡里山炮臺(tái)沙灘315X16X0.62401446胡里山炮臺(tái)沙灘48X25X0.92001807珍珠灣木棧道沙灘130X10X1.23003608珍珠灣木棧道沙灘230X8X1.22402889珍珠灣木棧道沙灘330X8X1.224028810珍珠灣木棧道沙灘430X5X1.2150序號(hào)沙灘受損位置沖溝大?。ㄩL(zhǎng)乂寬乂深）/m沖刷面積/m2沖刷量/m31白城公交站沙灘55X10X1.55508252白城救生站沙灘75X18X1.5135020253胡里山炮臺(tái)沙灘120X50X1.6100016004胡里山炮臺(tái)沙灘215X8X0.8120965胡里山炮臺(tái)沙灘315X16X0.62401446胡里山炮臺(tái)沙灘48X25X0.92001807珍珠灣木棧道沙灘130X10X1.23003608珍珠灣木棧道沙灘230X8X1.22402889珍珠灣木棧道沙灘330X8X1.224028810珍珠灣木棧道沙灘430X5X1.215018011珍珠灣木棧道沙灘530X7X1.221025212361管涵及周邊沙灘140X9X236072013361管涵及周邊沙灘240X9X236072014381管涵及周邊沙灘40X40X1.51600240015亞洲海灣酒店?yáng)|北側(cè)沙灘130X40X3.01200360016亞洲海灣酒店?yáng)|北側(cè)沙灘225X8X1.520030017海韻臺(tái)南養(yǎng)護(hù)通道沙灘35X8X1.028028018海韻臺(tái)沙灘110X15X1.515022519海韻臺(tái)沙灘230X11X2.033066020海韻臺(tái)沙灘317X8X1.013613621黃厝玩月坡沙灘52X115X3.059801794022黃厝401管涵東側(cè)沙灘30X30X1.4900126023黃厝1號(hào)公廁西300m沙灘60X9X1.554081024黃厝1號(hào)公廁沙灘65X10X1.565097525椰風(fēng)寨便民服務(wù)站沙灘160X3X0.618010826椰風(fēng)寨便民服務(wù)站沙灘260X10X160060027“一國(guó)兩制”標(biāo)語(yǔ)牌南側(cè)沙灘100X22X2.02200440028會(huì)展南側(cè)沙灘60X15X2.09001800表1廈門島東南部沙灘28處沖溝位置與受損情況本研究根據(jù)受損岸段及其后方陸域地形、匯水范圍、排水條件與開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀等各種因素，綜合選取了5個(gè)岸段分別分析其受損情況及受損成因。胡里山炮臺(tái)沙灘該處沙灘位于胡里山炮臺(tái)南側(cè)，長(zhǎng)度共340m,灘面寬度約!0m。沙灘后方原為一處荒地，后經(jīng)政府規(guī)劃建設(shè)為停車場(chǎng)，原本土質(zhì)的荒地基本上都改為硬質(zhì)的水泥地面。停車場(chǎng)向海一面有圍墻，在圍墻東西兩側(cè)分別各預(yù)留了1處寬度約5m的行人出入口，場(chǎng)地）陸向海坡度為4°。在暴雨發(fā)生時(shí),雨水均匯集在停車場(chǎng)內(nèi)，順硬化路面而下，于兩側(cè)出口排出，導(dǎo)致沙灘沖刷，形成4處沖溝（圖1）。1胡里山炮臺(tái)沙灘損毀全1胡里山炮臺(tái)沙灘損毀全貌該處受損沙灘位于亞洲海灣酒店?yáng)|北側(cè)150m處。沙灘受損情況主要為：環(huán)島棧橋下沙灘沖刷形成沖溝1處、北側(cè)平臺(tái)外側(cè)形成沖溝1處。其中：環(huán)島棧橋下沙灘受損長(zhǎng)度為!0m,形成的沖刷溝寬度為40m,平均沖刷深度為3.0m,沖刷最大深度為4.9m,沖刷面積為1200m2，沖刷量為3600m3；平臺(tái)外側(cè)受損略輕，沙灘受損長(zhǎng)度為25m,形成的沖刷溝寬度為8m,平均沖刷深度為1.5m,沖刷最大深度為2.3m,沖刷面積為200m2,沖刷量為300m3。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，環(huán)島棧橋下受損沙灘后方為一自然地勢(shì)形成的小排洪溝渠，溝內(nèi)有一管徑約0.4m的排洪管涵。來(lái)自環(huán)島路內(nèi)道雨水，疊加排洪溝內(nèi)的排洪管涵來(lái)水，匯合后沖向海邊。直接作用于沙灘擋土墻，導(dǎo)致?lián)跬翂逅?，沙灘被沖刷。平臺(tái)外側(cè)由于暴雨形成的地表水流匯集在硬質(zhì)平臺(tái)，過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣e較大，水于平臺(tái)處分散流出，形成的沖刷力較分散，因此沖刷程度較輕（圖2）。2亞洲海灣灑店?yáng)|北側(cè)沙灘損毀全貌海韻臺(tái)沙灘該處受損沙灘位于海韻臺(tái)東側(cè)海灘，受損沙灘沖刷形成沖溝3處，總受損長(zhǎng)度為57m。其中中部受損最嚴(yán)重，沙灘受損長(zhǎng)度為30m,形成的沖刷溝寬度為11m,沖刷平均深度為2.0m,最大深度為2.4m,沖刷面積為330m2,沖刷量為660m3。根據(jù)調(diào)查，在受損沙灘后方有一個(gè)2016年新建的水泥觀景平臺(tái)，該區(qū)地勢(shì)特征以環(huán)島路最高，順草坡而下至水泥平臺(tái)最低。當(dāng)暴雨發(fā)生時(shí)，環(huán)島路上的積水順坡而下，同時(shí)雨水也均往此低洼處匯集,當(dāng)積水漫過(guò)水泥平臺(tái)向海一側(cè)排放時(shí)，水泥平臺(tái)靠近草坪處修建了2座花壇，把平臺(tái)分割形成2處狹窄的出入口。水流經(jīng)過(guò)出入口時(shí)，流速加快，導(dǎo)致觀景平臺(tái)外側(cè)沙灘被沖刷流失。由于平臺(tái)修建在沙灘上，下方硬化地基只有0.15m,當(dāng)平臺(tái)下方沙子被流水沖走后，平臺(tái)石階失去支撐而出現(xiàn)垮塌（圖3）。3海韻臺(tái)沙灘損毀全貌黃厝玩月坡沙灘該處受損沙灘位于黃厝玩月坡海灘受損情況主要為：沙灘灘面沖刷嚴(yán)重；沙灘后方草坪垮塌，部分路基受損。形成的沖刷溝寬度為115m,沖刷最大深度4.6m,沖刷面積為5980m2,沖刷量為17940m3。該處沙灘緊鄰環(huán)島路的路肩，沙灘下方有4根大的排洪涵管。以排洪涵管為中心，向兩側(cè)各有約55m的草坪及路基垮塌。從地形上看，道路護(hù)坡占據(jù)灘肩，高潮時(shí)潮水能直接作用到路基擋土墻。在暴雨形成的地表徑流沖刷下容易形成滑坡。該岸段兩側(cè)匯水至中部較低洼路段，順坡流向沙灘，水流沖毀地表草皮及素填土（30cm厚）的同時(shí)，下覆沙子受到回流水流的沖刷進(jìn)一步加劇了岸坡的損毀（圖4）。4黃厝玩月坡沙灘損毀全貌3.1.5“一國(guó)兩制”標(biāo)語(yǔ)牌南側(cè)沙灘該處受損沙灘位于“一國(guó)兩制”標(biāo)語(yǔ)牌南側(cè)海灘，受損沙灘共有1處。沙灘灘面沖刷嚴(yán)重，形成寬度達(dá)22m的沖刷溝，沖刷面積為2200m2，沖刷量為4400m3（圖5）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，該處沖溝形成并不是由于本次暴雨才形成的，應(yīng)該一直都存在，只是由于之前水量較小，導(dǎo)致沖溝不明顯。在環(huán)島路向陸一側(cè)原為垃圾填埋場(chǎng)，初步判斷其排洪水溝可能為垃圾填埋場(chǎng)下滲的雨水通過(guò)環(huán)島路下的隱蔽工程，下穿環(huán)島路之后，直接排放在沙灘上，造成沙灘長(zhǎng)期沖刷。3.2沙灘侵蝕原因分析胡里山炮臺(tái)沙灘。受損情況:形成4處沖溝，沙灘的受損長(zhǎng)度為58m,沖刷面積1560m2,沖刷量2020m3&近岸市政設(shè)施損毀2處，石階被沖毀5“一國(guó)兩制”標(biāo)語(yǔ)牌南側(cè)沙灘損毀全貌1處。侵蝕原因：短時(shí)強(qiáng)降雨，城市排水系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)消納，地表不透水面增加，形成地表積水從陸向海排放，導(dǎo)致沙灘沖刷。亞洲海灣酒店?yáng)|北側(cè)沙灘。受損情況：形成2處沖溝，受損長(zhǎng)度共55m,寬度最大40m,沖溝深度最大4.9m,沖刷面積為1400m2,沖刷量為3900m!&棧橋下石質(zhì)護(hù)岸垮塌。侵蝕原因：①短時(shí)強(qiáng)降雨，城市排水系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)消納，地表不透水面增加，形成地表積水從陸向海排放，導(dǎo)致沙灘沖刷；②短時(shí)強(qiáng)降雨，陸域排洪管涵未鋪設(shè)至深海排放，而是在沙灘后方陸域直排，導(dǎo)致沙灘沖刷。海韻臺(tái)沙灘。受損情況：沙灘受損3處,受損長(zhǎng)度57m,最大受損寬度15m,沖溝最大深度2.0m,沖刷面積為616m2,沖刷量為1021m3；石階垮塌2處。侵蝕原因：短時(shí)強(qiáng)降雨，城市排水系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)消納，地表不透水面增加，形成地表積水從陸向海排放，導(dǎo)致沙灘沖刷。黃厝玩月坡沙灘。受損情況：沙灘受損長(zhǎng)度為52m,沖溝寬度為115m,沖溝最大深度4.6m,沖刷面積為5980m2,沖刷量為17940m3&路基垮塌滑移,排洪管涵出露。侵蝕原因：①短時(shí)強(qiáng)降雨，城市排水系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)消納，地表不透水面增加，形成地表積水從陸向海排放，導(dǎo)致沙灘沖刷；②道路護(hù)坡占據(jù)灘肩，海浪直接作用到路基擋土墻，加劇了岸坡的損毀?！耙粐?guó)兩制”標(biāo)語(yǔ)牌南側(cè)沙灘。受損情況：沙灘灘面沖刷嚴(yán)重，形成長(zhǎng)度達(dá)100m的沖刷溝，沖溝寬度22m,沖溝最大深度2.0m,沖刷面積為2200m2,沖刷量為4400m3。侵蝕原因：修建環(huán)島路時(shí)埋設(shè)的排洪管涵，該管涵未鋪設(shè)至深海排放,長(zhǎng)期排放,導(dǎo)致沙灘沖刷。依據(jù)前文所述，造成本次廈門島東南部沙灘遭受暴雨沖刷侵蝕的原因主要有3個(gè)。①城市發(fā)展改變了原來(lái)的生態(tài)環(huán)境，地面硬化后喪失了天然的雨水蓄水功能，使得原本可以滲透的雨水被集中快速排放，導(dǎo)致雨水徑流量增大'12（。加之廈門島東南部區(qū)域與中部區(qū)域被東坪山所隔，東南部地勢(shì)）山向海逐漸降低，沙灘所在位置為地勢(shì)最低處，因此，當(dāng)遇上強(qiáng)降雨，城市排水系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)消納，造成地表積水，雨水直接排海對(duì)沙灘形成沖刷，該原因是本次沙灘沖刷侵蝕的最主要的原因。②因陸域后方排洪管涵管理及維護(hù)不善，導(dǎo)致排洪管涵未鋪設(shè)至深海排放，而是直接在沙灘后方陸域直排，導(dǎo)致沙灘被沖刷。③城市設(shè)施直接占灘，高潮時(shí)，波浪可直接作用至該設(shè)施，在暴雨沖刷的同時(shí)，波浪也作用于該岸段，導(dǎo)致岸段沖刷加劇，造成更嚴(yán)重的破壞。3.3暴雨后沙灘修復(fù)3.3.1修復(fù)措施在本次沙灘遭受暴雨沖刷后，根據(jù)本研究的調(diào)查結(jié)果，政府及時(shí)采取了修復(fù)措施，投入修復(fù)金額約350萬(wàn)元，補(bǔ)沙量約29970m3。其具體修復(fù)方案如下：①損毀程度較輕的17處：不補(bǔ)沙，只進(jìn)行人工加機(jī)械作業(yè)進(jìn)行修復(fù)，消除安全隱患。②涉及沙灘后方（市政綠化十擋墻）整體滑移：首先進(jìn)行人工加機(jī)械作業(yè)進(jìn)行修復(fù)，消除安全隱患；其次在后方擋墻修復(fù)完成后，進(jìn)行補(bǔ)沙作業(yè)，補(bǔ)沙量約17220m3。③有暗埋管排水沖刷沙灘：首先進(jìn)行人工加機(jī)械作業(yè)進(jìn)行修復(fù)，先消除安全隱患；其次對(duì)沙灘進(jìn)行補(bǔ)沙作業(yè)，補(bǔ)沙量約12750m33.3.2修復(fù)成效為了掌握廈門島東南部沙灘的沖淤變化情況,當(dāng)?shù)睾Ｑ笾鞴懿块T在該段沙灘布設(shè)有長(zhǎng)期的固定觀測(cè)剖面，本研究收集了位于本次沖刷岸段的部分剖面資