日照北部重点海滩侵蚀现状与保护对策研究.pdf
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1、 日照北部重点海滩侵蚀现状与保护对策研究孙佳璇1,2,郝义3*,冯英明3,种衍飞3,李广雪1,2,刘闽祚1,2(1.中国海洋大学 海洋地球科学学院,山东 青岛 266100;2.海底科学与探测技术教育部重点实验室,山东 青岛 266100;3.山东省煤田地质局 第一勘探队,山东 青岛 266427)摘要:分析了日照海滨国家森林公园海滩和日照万平口海水浴场海滩剖面在“温比亚”“利奇马”两场台风过境前后的监测数据,认为台风是引起海滩侵蚀淤积的一个重要因素。海滨国家森林公园海滩 2个探槽均表现出浅部样品的分选性优于深部的特点,南部探槽样品的分选性优于北部探槽;万平口海水浴场海滩 3 个探槽均表现出中
2、部样品的分选性优于浅部和深部的特点,中部和南部探槽样品的分选性优于北部探槽。这些数据可为滩肩抛沙提供粒径依据。海滨国家森林公园海滩北部和万平口海水浴场海滩宜采用人工养滩和离岸潜堤相结合的方法,以达到海滩保护修复的目的,可实现生态环境影响较少,无损于视觉景观的效果。关键词:日照北部;海滩;侵蚀;淤积;修复保护中图分类号:P736 文献标志码:A 文章编号:1002-3682(2023)02-0162-12doi:10.12362/j.issn.1002-3682.20220428002引用格式:孙佳璇,郝义,冯英明,等.日照北部重点海滩侵蚀现状与保护对策研究J.海岸工程,2023,42(2):1
3、62-173.SUN J X,HAO Y,FENG Y M,et al.Study on the current situation of erosion and protection measuresof key beaches in northern RizhaoJ.Coastal Engineering,2023,42(2):162-173.海岸侵蚀是一种全球性的自然灾害,既破坏了海岸带生态平衡,也严重影响人类的生产生活,目前有关海岸侵蚀的研究是海岸带研究的热点。近年来,全球大量砂质海岸发生了侵蚀现象,山东半岛南部的砂质海岸侵蚀出现较早,其中日照砂质海岸侵蚀严重,引起了学者的广泛关注。已
4、有学者对日照砂质海岸开展了相关研究,对其侵蚀现状进行了初步评价,但目前有关日照海滩侵蚀现状及演化过程的研究还不够深入,以定性分析海滩侵蚀位置1以及整体性分析鲁南砂质海岸2、山东半岛沿线现状3为主,而对日照海岸侵蚀所进行的定量化研究较少。研究发现,日照滨海海滩普遍存在滩面变窄和变陡4、滩面物质粗化、侵蚀陡坎频现5、老地层出露和人工建筑被破坏的现象6,不利于日照海岸带的进一步开发保护,此类海滩退化问题引起了关注并成为海岸工程研究的热点7。对砂质海岸的研究始于研究海滩剖面,这一方面国外起步较早,随着中立点假说8、海滩平衡剖面概念9、Bruun 平衡剖面10的提出而相继完善。鲁南砂质海岸侵蚀是由入海泥
5、沙量减少、前滨挖沙和海平面上升所导致的,且三者贡献比为 45111。20 世纪以来,学者和工程人员发现海滩抛沙不仅可以持续性地减缓海滩侵蚀,还能增加滨海娱乐空间和生物栖息地,这种“软式”策略逐渐成为海滩适应性保护和管理的主要举措12,这种保护方式称之为海滩养护。最早有记录的海滩养护 收稿日期:2022-04-28资助项目:山东省自然资源厅 2021 年部省合作地质勘查项目 鲁勘字(2021)57 号;山东省煤田地质局 2019年度科研专项奖励基金项目(201905);山东省泰山学者计划(GXLI)作者简介:孙佳璇(1998),女,硕士研究生,主要从事对地观测方面研究.E-mail:*通信作者:
6、郝义(1982),男,高级工程师,主要从事矿产勘查和海洋地质调查方面研究.E-mail:(陈靖编辑)第 42 卷第 2 期海岸工程Vol.42No.22023 年 6 月COASTAL ENGINEERINGJune,2023工程于 20 世纪 20 年代发生在美国,经过几十年的发展,海滩养护于 1956 年被美国国会确定为海岸防护的重要措施,并成为砂质海岸修复的主流技术,得到广泛应用13-14。历经几十年的发展,海滩养护已被公认为砂质海岸可持续保护的最佳措施,在全球得到了广泛的应用15-19。台风在海滩剖面演变中起着重要作用,台风引起的风暴增水及大浪可在短时间内造成海滩严重侵蚀及形态变化20
7、,遭受台风强烈作用后的海滩需要长时间恢复,短则数月,长则数年,甚至形成永久性的破坏21。因此本文将对日照北部重点海滩在“温比亚”“利奇马”两场台风过境后的侵蚀情况进行分析,探究海滩对台风的响应特征,提出适宜的海滩养护及防护措施,为日照重点海滩的开发及养护提供科学参考。1研究区概况本文研究对象为山东省日照市北部的 2 个重点海滩:海滨国家森林公园海滩和万平口海水浴场海滩。日照海滨国家森林公园海滩位于日照市北沿海路北首、日照海滨国家森林公园旅游景区内,海滩长 6.05 km,宽 110310 m,面积约为 1.3 km2,属夷直型海滩。万平口海水浴场海滩位于海曲东路尽头、万平口海滨风景区内,海滩长
8、 6.35 km,宽 87150 m,面积约为 1 km2,属沙坝-潟湖型海滩。2研究方法与数据收集2.1海滩重复剖面测量海滩的长期变化取决于泥沙的补给量和输出量;海滩的短时间变化则主要是由风暴潮、寒潮等极端天气或波浪的季节性变化导致的19。海滩剖面动态监测是海滩整治修复工程效果评价的基础性工作,同时也是工程实践中及时发现问题并提出解决方案的关键步骤22-23。海滩重复剖面测量工作由山东省煤田地质局第一勘探队完成,使用山东省卫星定位连续运行综合应用服务系统(SDCORS 系统)的 RTK 测量模式,监测仪器为三鼎 GPS-RTK 双频接收机。仪器平面精度:5 mm+1 ppm 高程精度:10
9、mm+1 ppm,符合相关规范。平面坐标采用 CGCS2000 坐标系,高程采用 1985 国家高程基准。观测时间为 2017 年 11 月至 2020 年 11 月,共重复测量 4 次,其中 2018 年、2019 年观测时间为“温比亚”“利奇马”台风过境后,记录了这 2 次台风过境的剖面记录。对海滨国家森林公园和万平口海水浴场海滩布设的 6 条垂直岸线走向的监测剖面进行了测量(图 1),剖面长约 190360 m,相邻剖面距离在1.72.5 km(表 1)。重复观测剖面均从潮上带的沙堤、滩肩或人工建筑物开始,以垂直岸线方向向海延伸,以陆上两监测桩控制方向和引出高程,剖面向海端通常测到海图基
10、准以下或黄海基准的0.51.5 m 处。3530N35253520119301193611942E日照海滩范围海滩监测剖面及编号探槽位置及编号海滩中心位置黄 海图1监测剖面及探槽位置分布Fig.1Distributionofmonitoringprofileandexploratorytrough 2 期孙佳璇,等:日照北部重点海滩侵蚀现状与保护对策研究163表1海滩重复观测剖面坐标位置信息Table1Informationlistonthelocationofthecoordinatesofthebeachre-observedprofiles剖面编号位置起点坐标(CGCS2000 坐标系)
11、方位/()长度/m剖面间距/kmXYPM01海滨国家森林公园海滩北部3 935 965.31467 136.661282401.7PM02海滨国家森林公园海滩中部3 934 561.38466 237.69120330PM03海滨国家森林公园海滩南部3 932 893.65465 576.49112360PM06万平口海水浴场海滩北部3 924 265.76461 329.251012402.5PM07万平口海水浴场海滩中部 3 号门3 922 058.83460 599.95108170PM08万平口海水浴场海滩南部 1 号门3 919 514.80459 883.11120190 2.2探
12、槽施工在靠岸一侧典型海滩的有利部位进行探槽施工,位置一般选在滩肩地势较高处。探槽尽可能地穿透砂层,以查明海滩的厚度、层序、物质组成、粒度变化等。在海滨国家森林公园海滩和万平口海水浴场海滩共施工了 TC02、TC03、TC06、TC07、TC08 五个探槽(图 1),探槽大致位于重复观测剖面的起点附近。探槽深度为 23 m,槽口宽 23 m、长 45 m,槽底宽 0.51.0 m、长1.01.5 m,呈开口大、底部小的倒锥形,槽壁平整。根据粒度及物质成分变化情况进行分层取样,样长一般为几 cm 到十几 cm 不等。使用三鼎 GPS-RTK 双频接收机对探槽起始点进行测量,高程采用 1985 国家
13、高程基准。3海滩剖面变化特征3.1海滨国家森林公园剖面 PM01、PM02、PM03 冲淤数据如表 2 所示,结合冲淤数据及 PM01、PM02、PM03 重复观测剖面图(图 2)可知。表22017 年 11 月2020 年 11 月海滨国家森林公园海滩剖面冲淤数据Table2BeachprofileerosionandsiltationdataforthebeachofRizhaoBeachNationalForestParkfrom2017-11to2020-11冲淤量剖面 PM01剖面 PM02剖面 PM03后滨高潮带中低潮带后滨高潮带中低潮带后滨高潮带中低潮带单宽冲淤量/(m3m-1)
14、8.584.3419.256.8812.482.082.098.565.06平均冲淤量/(m3m-1)18.2917.275.59区域冲淤量/m318 29117 2735 594注:正值为淤积、负值为侵蚀;区域冲淤量计算面积为剖面两侧 0.5 km 的区域;空白表示无数据。1)PM01 海滩剖面总体处于侵蚀状态,局部小范围区域为淤积状态,从靠岸端到向海端侵蚀程度总体为强-弱-强的趋势(图 2a、表 2)。剖面 PM01 附近的侵蚀淤积作用受人类活动和自然因素的共同影响。PM01 剖面起点处已建防波堤,2017 年 11 月2018 年 9 月,靠近防波堤处受侵蚀作用明显,剥蚀长度约 30 m
15、、最大深度约 45 cm。根据以往研究结果,护岸设置不当会严重破坏岸线的自164海岸工程42 卷然属性,造成局部泥沙发生不可逆流失23,认为该处侵蚀发生的原因是防波堤设置不当。2019 年 6月2020 年 8 月,滩肩至滩面处出现明显侵蚀与淤积交替出现的情况,原因可能是该处水动力条件较强,正、反射波浪共同作用影响导致海滩往复冲刷搬运,这进一步说明该处海滩存在一定的自我修复功能。432101高程/m23050100150长度/m200250(a)PM01 重复观测剖面(b)PM02 重复观测剖面5432101高程/m23050 100 150长度/m250350300200(c)PM03 重复
16、观测剖面5432101高程/m230 50 100 150长度/m250400300 3502002017 年 11 月2018 年 11 月(台风)2019 年 8 月(台风)2020 年 11 月图2海滨国家森林公园重复观测剖面图Fig.2Re-observedprofilesofthebeachofRizhaoBeachNationalForestPark 2)PM02 海滩剖面总体较为稳定,滩肩处变化不大,滩面处存在侵蚀与淤积交替出现的情况,低潮线处相对稳定,从靠岸端到向海端侵蚀程度整体为弱-弱-强的趋势(图 2b、表 2)。3)PM03 海滩剖面总体处于淤积状态,滩肩处变化不大,滩面
17、处主要为淤积状态,低潮线处相对稳定,从靠岸端到向海端侵蚀程度整体为弱-弱-强的趋势(图 2c、表 2)。我国多个省份都曾发生过极端气象灾害24-28,其中山东省是我国北方省份中遭受台风灾害的重灾区。台风“温比亚”过境期间(2018 年 8 月 19 日20 日),对海滩造成的影响较大,海滩各部分侵蚀最大值均发生在此期间。台风“利奇马”过境期间(2019 年 8 月 12 日14 日),滩肩处基本恢复到2017 年 11 月受侵蚀之前的状态,淤积情况明显。通过 2 次台风过境海滩侵蚀状况的对比,说明台风是引起海滩侵蚀淤积的一个重要因素。推测台风带来的增水和大浪会在短期内增强海洋动力,将低潮线附近
18、的泥沙颗粒推送到滩肩处,并带走滩面及低潮线附近的泥沙颗粒,使岸线发生后退并发育侵蚀陡坎。3.2万平口海水浴场剖面 PM06、PM07、PM08 冲淤数据如表 3 所示,结合海滩剖面侵蚀数据及 PM06、PM07、PM08 重复观测剖面图(图 3),可得出以下结果。1)PM06 海滩剖面位于山海天旅游度假区,海域中有太公岛岛礁。该段总体处于侵蚀状态(图 3a),从滩肩到高潮带较为稳定,中、低潮带处侵蚀情况最为严重,从靠岸端到向海端侵蚀程度整体为弱-弱-强的趋势(图 3a、表 3)。2)PM07 海滩剖面位于万平口景区 3 号门北侧。该段滩面较窄,西侧为木栈道,滩肩宽度较小,总体处于侵蚀状态(图
19、3b)。从滩肩到高潮带较为稳定,中低潮带基本都处于侵蚀状态。从靠岸端到向海端侵蚀程度整体为弱-弱-强的趋势(图 3b、表 3)。3)PM08 海滩剖面位于万平口景区 1 号门南侧,靠近泻湖堤坝处。西侧起点处为水泥路面,滩肩处有海滩排球场地,总体处于侵蚀状态(图 3c)。从滩肩到高潮带较为稳定,从高潮带到中低潮带都处于侵蚀状态,有越向海端侵蚀越严重的趋势(图 3c、表 3)。2 期孙佳璇,等:日照北部重点海滩侵蚀现状与保护对策研究165表32017 年 11 月2020 年 11 月万平口海水浴场海滩剖面实测冲淤数据Table3Measurederosionandsiltationdatafro
20、m2017-11to2020-11forthebeachprofileatWanpingkouBeach冲淤量剖面 PM06剖面 PM07剖面 PM08后滨高潮带中低潮带后滨高潮带中低潮带后滨高潮带中低潮带单宽冲淤量/(m3m1)1.793.3015.260.815.3721.915.7715.4123.39平均冲淤量/(m3m1)10.1715.732.21区域冲淤量/m310 16715 7302 210注:正值为淤积、负值为侵蚀;区域冲淤量计算面积为剖面两侧 0.5 km 的区域;空白表示无数据。65432101高程/m243050100150长度/m(a)PM06 重复观测剖面2002
21、50765432101高程/m243050100150长度/m(b)PM07 重复观测剖面20065432101高程/m231050100150长度/m(c)PM08 重复观测剖面2002017 年 11 月2018 年 11 月(台风)2019 年 8 月(台风)2020 年 11 月图3万平口海水浴场海滩重复观测剖面图Fig.3Re-observedprofilesofthebeachatWanpingkouBeach 台风“温比亚”和“利奇马”过境期间,万平口海滩北部、中部、南部受影响最大的区域分别为高潮线附近、高潮线东侧、低潮线东侧,分区实测数据如表 4 所示。台风过后,万平口海水浴场
22、海滩北部及中部存在一定自我修复功能,但仍处于侵蚀状态。台风过境后海滩南部局部出现急剧下切的原因可能是受堤坝正、反射波浪的影响,水动力条件较强,对海底造成的掏蚀扰动情况较为显著。南部海滩未出现自我修复,可能与该处修建“黄海之眼”工程,改变了附近海域的水动力条件,同时利用了该处部分海砂作为建筑用砂有关。表4台风“温比亚”和“利奇马”过境期间对万平口海滩的影响Table4ImpactsofTyphoonRumbiaandLekimaonthenorthern,centralandsouthernpartsofWanpingkouBeach变化情况台风“温比亚”台风“利奇马”北部高潮线中部高潮线东侧南
23、部低潮线东侧北部高潮线中部高潮线东侧南部低潮线东侧下切深度/cm45100100307070侵蚀长度/m4040104535304沉积物粒度参数特征4.1海滨国家森林公园探槽粒径TC02 探槽的粒径介于 0.180.36 mm,TC03 探槽的粒径介于 0.170.38 mm(图 4a),平均粒径166海岸工程42 卷变化较小,以细砂、中砂为主,粒径从浅到深均较细,呈先增大后减小的趋势。TC02 探槽样品的分选系数主要介于 0.400.67,平均值为 0.60,分选状况好;TC03 探槽样品的分选系数主要介于0.340.91,平均值为 0.52,分选状况好(图 4b)。综上所述,森林公园 TC
24、03 探槽样品的分选性要好于 TC02 探槽,并且 2 个探槽均表现出浅部样品的分选性要好于深部的特点。TC02TC03H12H11H10H9H8H7样品号H6H5H4H3H2H10.150.200.250.30平均粒径/mm0.350.4025020015010050垂向深度/cm00.30.40.50.60.70.80.91.0(a)探槽平均粒径(b)探槽分选系数分选系数注:探槽样品为自上而下取样,样品号为 H1H12。图4日照海滨国家森林公园海滩探槽数据Fig.4BeachProbedataofthebeachofRizhaoBeachNationalForestPark4.2万平口海水
25、浴场探槽粒径万平口海水浴场海滩探槽的平均粒径变化较大,TC06 的粒径介于 0.221.55 mm,TC07 的粒径介于 0.553.25 mm,TC08 的粒径介于 0.361.97 mm(图 5a),以中砂、粗砂、细砾为主,粒径由浅到深变化较大,总体呈浅部细深部粗的趋势。万平口海水浴场海滩北部 TC06 探槽的分选系数介于0.591.65,平均值为 1.16,分选状况较差;中部 TC07 探槽的分选系数介于 0.391.19,平均值为0.76,分选状况中等;南部 TC08 探槽的分选系数介于 0.531.22,平均值为 0.83,分选状况中等(图 5b)。综上所述,万平口海水浴场海滩 TC
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