我國黃河三角洲和長江三角洲大陸的岸線侵蝕現(xiàn)狀

我國黃河三角洲和長江三角洲大陸的岸線侵蝕現(xiàn)狀

海岸侵蝕是一種全球自然災(zāi)害。受全球氣候變暖以及人類活動的影響而產(chǎn)生的海平面上升加速將使海岸淹沒和侵蝕范圍進一步擴大,程度日益加劇。世界上一些濱海國家多年來一直在注視著它的發(fā)展和變化,并不斷研究其防護對策。同樣,在我國32000km的海岸線上也存在著不同程度的海岸侵蝕問題,其中不少岸段因河流改道、海岸夷平作用、暴風(fēng)浪及強潮的沖刷而發(fā)生了不同程度的侵蝕后退。自20世紀50年代以來,我國海岸侵蝕日漸明顯。至70年代末期,除了原有的岸段侵蝕后退之外,還不斷出現(xiàn)新的侵蝕岸段,總的侵蝕正在不斷增加,侵蝕程度加劇。因此研究海岸侵蝕并及時布設(shè)合理的防護工程就變得尤為重要。筆者以黃河三角洲和長江三角洲為例,對中國海岸的侵蝕原因及目前采用的主要防護工程作了初步分析。1沙岸蝕退及岸線侵蝕1.1黃河三角洲岸線侵蝕現(xiàn)狀20世紀80年代以前,黃河平均每年有10億多t泥沙入海,年均造陸面積在25km2左右。近20年來,黃河來水來沙明顯減少,尤其是近7年(1996~2002年)共來水487.8億m3,來沙11.2億t,僅相當(dāng)于50~60年代1年的水沙量。隨著黃河中下游對黃河水資源開發(fā)利用力度的加大,黃河下游的水沙條件發(fā)生了更大變化,泥沙來源日趨減少。由于黃河三角洲是典型的河控三角洲,因此其形成和演變明顯地受黃河來水來沙量的制約,當(dāng)入海泥沙減少至不能維持海岸平衡時,必然引起三角洲海岸蝕退。根據(jù)近年來的海岸蝕積狀況,現(xiàn)代黃河三角洲海岸可分為弱侵蝕和強侵蝕海岸。弱侵蝕海岸主要分布在挑河灣以西,強侵蝕海岸主要分布在挑河灣以東的刁口河、神仙溝和孤東岸段(圖1)。強侵蝕海岸從挑河灣到孤東臨海堤北端,全長約66km。1964~1976年,平均蝕退約28km,蝕退速率達225m/a,尤其是1976年,黃河從刁口河改走清水溝入海,從此刁口河出現(xiàn)斷流斷沙,導(dǎo)致河口的沙嘴及附近海岸線不斷受到海水侵蝕;1976~1986年間,刁口河沙嘴蝕退了約6km,蝕退面積約100km2;1986~2002年,沙嘴蝕退了1km左右,蝕退面積在37km2左右(圖2)。長江三角洲的岸線侵蝕主要分為三部分:長江河口北支河道北岸及鄰近的啟東—呂泗海岸,長江南支部分岸段和杭州灣北部海岸。啟東—呂泗附近海岸原是長江三角洲古沙洲的向海延伸部分,其兩側(cè)的汊道及海灣由于入海泥沙的充填才逐漸淤漲成陸地。1915年以來,通過長江北支入海的徑流量從占整個長江入海徑流量的25%減少到不足1%,長江口向蘇北沿岸輸送的泥沙顯著減少,導(dǎo)致呂泗附近30km長的岸段節(jié)節(jié)后退。喻國華等進行的研究表明:自1916年到1969年的54年中,高灘地平均后退約1000m,岸灘侵蝕速率為20m/a。長江口的河岸侵蝕主要由主流擺蕩、漲潮水流頂沖及沙洲、岸灘遷移所引起。由于長江河口在發(fā)育過程中主流不斷南偏,同時在江中不斷出現(xiàn)移動沙洲,因此引起河槽落潮水流偏南,岸灘出現(xiàn)沖刷侵蝕現(xiàn)象。據(jù)歷史記載,在明末清初(18世紀初期),當(dāng)時未建造江堤,受偏南水流的影響,南支南岸發(fā)生大坍,小川河段岸灘后退1500m;20世紀90年代初新瀏河沙被水流沖開,上瀏河沙出現(xiàn)南移,寶山水道主流線南移,岸灘發(fā)生微沖,羅涇煤碼頭-5m等深線后退140m左右。同時,由于漲潮水流北偏或頂沖岸灘,使得長江河口北支北岸,崇明、長興沙兩島的南岸一直被漲潮水流沖刷。目前,受沖岸線比例較大。杭州灣北岸是在長江口入海泥沙和杭州灣強潮及波浪作用下塑造而成的淤泥質(zhì)海岸,其沖刷主要是由于其岸段形態(tài)和強潮流作用及夏秋季節(jié)盛行的東南風(fēng)所致。在歷史上該岸段海灘有沖有淤,淤漲量大于侵蝕量。自從20世紀以來,流域來沙量逐年減小,加上在90年代以后長江河口大量低潮灘促淤圍墾,使入海泥沙尤其是進入杭州灣的泥沙大量減少,導(dǎo)致杭州灣北岸灘地(上海市管轄的60余km)普遍沖刷后退(圖3),尤其是奉賢縣管轄的原為淤積的岸灘,已由淤漲轉(zhuǎn)為侵蝕,目前全縣一線海堤外幾乎無3m以上的高灘,0m以上灘涂面積減少33hm2,-5.0m線全線向岸后蝕退,金匯港東斷面最大后退距離達405m。中港斷面0m線后退最大距離達475m。2海岸系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)與能量因素將海岸作為一個系統(tǒng)來看,在穩(wěn)定狀態(tài)下,物質(zhì)和能量的輸入輸出處于平衡狀態(tài)。海岸系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)是泥沙的運移,能量因素是海岸波浪、流場、潮汐的作用。如飛雁灘海岸自刁口河流路廢棄后,泥沙物質(zhì)來源斷絕,而海洋動力因素的影響依舊,從而造成海洋動力自然加強,致使海岸發(fā)生強烈侵蝕。2.1泥沙量的縮小河流輸沙是海灘沙的主要來源,我國沿海入海河流的泥沙輸出量巨大,黃河1976~1995年年均輸沙量為6.59億t,因此泥沙量對海岸線的后退淤進有舉足輕重的作用。黃河的改道使原來的泥沙來源斷絕,致使原來淤進的岸線迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榍治g后退。根據(jù)南京大學(xué)海岸與海島實驗室的研究,1930~1980年廢黃河口岸段海岸線平均后退25m/a,北段后退15m/a,南段后退25m/a,灘面蝕低0.75m/a。引起河流泥沙量減小的原因很多,其中最主要的是上游的水利工程建設(shè)攔截了向下游輸移的泥沙和內(nèi)陸地區(qū)成功地采取了水土保持措施使河流產(chǎn)沙量減小。例如自20世紀50年代以來,長江流域水庫累計庫容呈指數(shù)增長趨勢,導(dǎo)致大通站入海泥沙量在60年代由增加轉(zhuǎn)為下降,長江口水下三角洲的整體淤漲速率已明顯下降,局部出現(xiàn)沖刷。2.2海平面上升和潮流作用是海岸侵蝕的主要動力水動力條件包括河流的和海洋的,是塑造河口形態(tài)地貌的重要因素,其中海洋動力作用對海岸侵蝕起著更重要的影響。從短時間尺度來講,海平面上升不會引起海岸侵蝕,它會使岸線動態(tài)發(fā)生變化誘發(fā)或加速海岸的侵蝕。海平面相對上升導(dǎo)致近岸水深增加,使到達岸邊的波浪作用增強而侵蝕海岸,同時將侵蝕下來的物質(zhì)帶向海底。據(jù)Bruun研究,海平面每上升1m將使高潮線后退50~100m。我國國家測繪局通過統(tǒng)計分析,我國海平面年上升率為2~3mm,而且仍處于上升趨勢。造成海岸侵蝕的動力主要包括潮流、波浪、風(fēng)暴潮等。長江三角洲海區(qū)是中、強潮流區(qū),實測最大潮流速可達2m/s,潮流作用成為海岸動態(tài)變化的主要動力。潮流強烈的作用及其逐月逐日的波動變化,使海灘沉積物經(jīng)常處于十分活躍的沖刷、堆積狀態(tài)。近岸潮流除了都是半日潮往復(fù)流的運動形式外,還具有落潮流速較大和落潮歷時較長的共同特點,它決定了沿岸泥沙的離岸移動方向,并成為海岸侵蝕的重要原因之一。波浪作用是決定海岸侵蝕季節(jié)變化的主要原因,其侵蝕作用主要表現(xiàn)為起動泥沙,搬運泥沙,波、流結(jié)合輸沙。黃河三角洲岸線侵蝕一般是受到潮流和波浪的共同作用引起的,即波浪作用下底床泥沙產(chǎn)生移動的臨界水深,在強潮水流作用下,波浪掀沙和潮流輸沙兩者結(jié)合,增強了海岸的侵蝕作用。近代氣候的變異和海平面上升將會引起風(fēng)暴潮災(zāi)害發(fā)生幾率的增大和強度的加大。無疑,風(fēng)暴潮等海洋動力的增強將使海岸被侵蝕的幾率大大增加,據(jù)JRGorntiz研究,如果海平面上升15cm,風(fēng)暴潮發(fā)生幾率將增加1倍左右。風(fēng)暴潮對海岸的侵蝕作用具有突發(fā)性和局部性,其危害程度極為嚴重。中國風(fēng)暴潮可分為臺風(fēng)風(fēng)暴潮和溫帶風(fēng)暴潮兩類,前者對全國海岸均有影響,以影響山東半島以南的海岸為多,后者主要發(fā)生在渤海西南岸。2.3沿海有漂沙的沿海是沿海侵蝕和侵蝕的互人為因素主要包括沿岸挖沙和建設(shè)水利(海岸)工程特別是不合理的工程。由于海岸沙分選性好,是一種優(yōu)良的建筑材料,因此不合理的挖沙情況普遍存在,降低了海灘灘面,使海岸遭受更強的波浪襲擊,從而進一步加強了海岸侵蝕。例如泅礁島五龍沙灘、大衡山萬良吞沙灘、象山沙灘等沙質(zhì)海岸均因人工挖沙而遭到破壞。水利或海岸工程攔截了上游輸給三角洲海岸或潮灘的泥沙,減少了三角洲泥沙的供應(yīng)量。特別是不合理的海岸工程,在沿海有漂沙情況下,突堤式構(gòu)筑物在其上游一側(cè)往往因存在入射角填充作用而形成泥沙堆積,相反在其下游一側(cè)形成侵蝕沖刷。例如建于1971年的山東嵐山港佛手灣突堤,就出現(xiàn)了北側(cè)明顯淤積,南側(cè)發(fā)生侵蝕的情況,造成低潮線向岸逼近100m。3局部工程措施海洋動力在向近岸水域傳播運動的過程中,受到側(cè)邊界和底邊界條件的影響而發(fā)生改變。在近岸水淺處,波浪可直接強烈地作用于底部,引起岸灘的沖淤變化。因此沿岸的防護工程措施應(yīng)該是增大底部摩擦,或者在岸外建造消浪工程設(shè)施,可以大大損耗波浪作用的部分能量,從而削弱波浪動力對岸灘的侵蝕作用。同時,利用人造工程抵擋頂沖主流線,或者改變和挑離主流線,促使泥沙落淤,減緩海岸的侵蝕,使海岸線處于穩(wěn)定。目前,黃河三角洲絕大部分岸段因河流泥沙供應(yīng)不足,造成海岸的強烈侵蝕。因此可以在局部海岸段采取工程措施改變近岸泥沙的運移格局,使泥沙堆積下來。如何使進入近岸帶的泥沙量增大,輸出的泥沙量減小,是近岸防護的一個主要途徑,也是急需加強研究的方面。3.1高潮線周邊護岸種植海堤又稱海岸堤防、海塘,是在河口海岸地區(qū)為了防止潮、浪侵襲在沿岸地面上修建的一種壟狀擋水建筑物,通常筑于平原岸段的高潮線附近,是一種比較古老的護岸措施。在一些海岸修筑海堤既有防洪又有防止海岸侵蝕后退的目的。例如修建于20世紀60年代左右的長江口崇明島南岸海堤,尤其是近幾年上海市己完成的沿江50年一遇的防洪抗浪達標海堤更顯實效。還有黃河三角洲勝利油田北側(cè)的孤東海堤,對阻擋海潮入侵油田起到了重要的作用。3.2破波帶平均寬度丁壩是當(dāng)前我國海岸防護采用較多的一種保灘促淤工程,它不僅能攔流截沙、挑離主流線,而且能消耗正面入射波的能量。丁壩的促淤效果取決于丁壩的方向、高度、長度以及它們的間距,其長度約為當(dāng)?shù)仄撇◣骄鶎挾鹊?.4~0.6倍。一般丁壩軸線與主波向線交角以110°~120°為最佳。為了保護一定長度的海岸線,丁壩通常成群出現(xiàn),構(gòu)成丁壩群,其間距約為丁壩長度的1~3倍。被丁壩群攔截的沿岸輸沙將沉積在丁壩群的上游側(cè)以及各座丁壩間的灘面上,從而使該段海岸不再被侵蝕,例如長江口的南支南邊,崇明、長興、橫沙三島分布的數(shù)百條丁壩,主要起到護灘保堤的作用。3.3組合一般成組物離岸堤是一種距水邊線有一定距離而又平行于岸線的露出水面(或在水下的潛壩)的防護建筑物,通常成組出現(xiàn)。它的主要功能是使海浪受堤阻攔而發(fā)生繞射,消耗入射波能,在堤后形成波影區(qū),促使泥沙在堤后及受到保護的岸段淤積,因此可以有效地保護該段海灘免遭海浪的侵蝕,例如呂泗港、杭州灣北岸和黃河三角洲飛雁灘等地海岸防護采用的就是這種形式。3.4填沙護灘對下游岸灘的影響對于海灘侵蝕最自然的對策,是從海中或陸上采集合適的沙補充到被侵蝕的岸灘上。海灘補沙或填沙護灘已被證明是一種經(jīng)濟有效的措施,而且它對下游岸灘的影響也比其他防護設(shè)施為小,這項措施已經(jīng)在長江河口的一些岸灘得到了應(yīng)用。由于人工填筑到海灘上的沙在各種海洋環(huán)境條件,特別是海浪的作用下仍將被沖刷,因此補給周期要和侵蝕引起的泥沙自然耗損的速率一致。3.5正確建設(shè)海岸采用水岸、低能耗、組合護岸,確保海岸質(zhì)量它是靠在潮灘或水下栽種或培育某種植物,以達到消能并防止侵蝕的目的。上海市水利部門經(jīng)常在潮灘上種植蘆葦,當(dāng)其發(fā)展成為群落后能有效地削減到達岸邊的波浪能量。還有,自20世紀60年代以來,南京大學(xué)的仲崇信教授等在江蘇等淤泥質(zhì)海岸引種的互花米草有效地減輕了灘面的侵蝕,收到了良好的效果;黃河三角洲勝利油田在樁104、樁12、樁303海域試驗性種植互花米草,目前最高處已淤高約0.5m,總淤積面積近10萬m2,且該淤積部分經(jīng)過1997年風(fēng)暴潮的襲擊,損失最小?？傊?在我國海岸防護工程中有海堤、丁壩、離岸壩等許多形式,而且還出現(xiàn)了多種創(chuàng)新形式,如在黃河三角洲的刁口河海岸,程義吉、何富榮根據(jù)黃河三角洲的沉積物和侵蝕特點,推薦采用一種水力插板樁壩新技術(shù)建設(shè)防潮堤,特別是堤壩根基深和能夠直接在淺海水域中進行施工的特點,對于黃河三角洲(或泥質(zhì)海岸)修建海岸防潮堤具有重要的作用。因此具體到某個海岸要根據(jù)其特點具體選擇,也可以采用組合形式的護岸措施。陳沈良等根據(jù)黃河三角洲飛雁灘海岸的侵蝕特點,提出現(xiàn)有的防潮堤能減緩岸線蝕退,不能抵御強烈的侵蝕,若在高頻破碎帶外側(cè)建造離岸堤,則可起到消浪擋沙的雙重功效,它可與加固后的防潮堤組合,成為飛雁灘海岸有效的防護工程體系。4海岸防護工程海