我国黄河三角洲和长江三角洲大陆的岸线侵蚀现状

我国黄河三角洲和长江三角洲大陆的岸线侵蚀现状

海岸侵蚀是一种全球自然灾害。受全球气候变暖以及人类活动的影响而产生的海平面上升加速将使海岸淹没和侵蚀范围进一步扩大,程度日益加剧。世界上一些滨海国家多年来一直在注视着它的发展和变化,并不断研究其防护对策。同样,在我国32000km的海岸线上也存在着不同程度的海岸侵蚀问题,其中不少岸段因河流改道、海岸夷平作用、暴风浪及强潮的冲刷而发生了不同程度的侵蚀后退。自20世纪50年代以来,我国海岸侵蚀日渐明显。至70年代末期,除了原有的岸段侵蚀后退之外,还不断出现新的侵蚀岸段,总的侵蚀正在不断增加,侵蚀程度加剧。因此研究海岸侵蚀并及时布设合理的防护工程就变得尤为重要。笔者以黄河三角洲和长江三角洲为例,对中国海岸的侵蚀原因及目前采用的主要防护工程作了初步分析。1沙岸蚀退及岸线侵蚀1.1黄河三角洲岸线侵蚀现状20世纪80年代以前,黄河平均每年有10亿多t泥沙入海,年均造陆面积在25km2左右。近20年来,黄河来水来沙明显减少,尤其是近7年(1996~2002年)共来水487.8亿m3,来沙11.2亿t,仅相当于50~60年代1年的水沙量。随着黄河中下游对黄河水资源开发利用力度的加大,黄河下游的水沙条件发生了更大变化,泥沙来源日趋减少。由于黄河三角洲是典型的河控三角洲,因此其形成和演变明显地受黄河来水来沙量的制约,当入海泥沙减少至不能维持海岸平衡时,必然引起三角洲海岸蚀退。根据近年来的海岸蚀积状况,现代黄河三角洲海岸可分为弱侵蚀和强侵蚀海岸。弱侵蚀海岸主要分布在挑河湾以西,强侵蚀海岸主要分布在挑河湾以东的刁口河、神仙沟和孤东岸段(图1)。强侵蚀海岸从挑河湾到孤东临海堤北端,全长约66km。1964~1976年,平均蚀退约28km,蚀退速率达225m/a,尤其是1976年,黄河从刁口河改走清水沟入海,从此刁口河出现断流断沙,导致河口的沙嘴及附近海岸线不断受到海水侵蚀;1976~1986年间,刁口河沙嘴蚀退了约6km,蚀退面积约100km2;1986~2002年,沙嘴蚀退了1km左右,蚀退面积在37km2左右(图2)。长江三角洲的岸线侵蚀主要分为三部分:长江河口北支河道北岸及邻近的启东—吕泗海岸,长江南支部分岸段和杭州湾北部海岸。启东—吕泗附近海岸原是长江三角洲古沙洲的向海延伸部分,其两侧的汊道及海湾由于入海泥沙的充填才逐渐淤涨成陆地。1915年以来,通过长江北支入海的径流量从占整个长江入海径流量的25%减少到不足1%,长江口向苏北沿岸输送的泥沙显著减少,导致吕泗附近30km长的岸段节节后退。喻国华等进行的研究表明:自1916年到1969年的54年中,高滩地平均后退约1000m,岸滩侵蚀速率为20m/a。长江口的河岸侵蚀主要由主流摆荡、涨潮水流顶冲及沙洲、岸滩迁移所引起。由于长江河口在发育过程中主流不断南偏,同时在江中不断出现移动沙洲,因此引起河槽落潮水流偏南,岸滩出现冲刷侵蚀现象。据历史记载,在明末清初(18世纪初期),当时未建造江堤,受偏南水流的影响,南支南岸发生大坍,小川河段岸滩后退1500m;20世纪90年代初新浏河沙被水流冲开,上浏河沙出现南移,宝山水道主流线南移,岸滩发生微冲,罗泾煤码头-5m等深线后退140m左右。同时,由于涨潮水流北偏或顶冲岸滩,使得长江河口北支北岸,崇明、长兴沙两岛的南岸一直被涨潮水流冲刷。目前,受冲岸线比例较大。杭州湾北岸是在长江口入海泥沙和杭州湾强潮及波浪作用下塑造而成的淤泥质海岸,其冲刷主要是由于其岸段形态和强潮流作用及夏秋季节盛行的东南风所致。在历史上该岸段海滩有冲有淤,淤涨量大于侵蚀量。自从20世纪以来,流域来沙量逐年减小,加上在90年代以后长江河口大量低潮滩促淤围垦,使入海泥沙尤其是进入杭州湾的泥沙大量减少,导致杭州湾北岸滩地(上海市管辖的60余km)普遍冲刷后退(图3),尤其是奉贤县管辖的原为淤积的岸滩,已由淤涨转为侵蚀,目前全县一线海堤外几乎无3m以上的高滩,0m以上滩涂面积减少33hm2,-5.0m线全线向岸后蚀退,金汇港东断面最大后退距离达405m。中港断面0m线后退最大距离达475m。2海岸系统的物质基础与能量因素将海岸作为一个系统来看,在稳定状态下,物质和能量的输入输出处于平衡状态。海岸系统的物质基础是泥沙的运移,能量因素是海岸波浪、流场、潮汐的作用。如飞雁滩海岸自刁口河流路废弃后,泥沙物质来源断绝,而海洋动力因素的影响依旧,从而造成海洋动力自然加强,致使海岸发生强烈侵蚀。2.1泥沙量的缩小河流输沙是海滩沙的主要来源,我国沿海入海河流的泥沙输出量巨大,黄河1976~1995年年均输沙量为6.59亿t,因此泥沙量对海岸线的后退淤进有举足轻重的作用。黄河的改道使原来的泥沙来源断绝,致使原来淤进的岸线迅速转变为侵蚀后退。根据南京大学海岸与海岛实验室的研究,1930~1980年废黄河口岸段海岸线平均后退25m/a,北段后退15m/a,南段后退25m/a,滩面蚀低0.75m/a。引起河流泥沙量减小的原因很多,其中最主要的是上游的水利工程建设拦截了向下游输移的泥沙和内陆地区成功地采取了水土保持措施使河流产沙量减小。例如自20世纪50年代以来,长江流域水库累计库容呈指数增长趋势,导致大通站入海泥沙量在60年代由增加转为下降,长江口水下三角洲的整体淤涨速率已明显下降,局部出现冲刷。2.2海平面上升和潮流作用是海岸侵蚀的主要动力水动力条件包括河流的和海洋的,是塑造河口形态地貌的重要因素,其中海洋动力作用对海岸侵蚀起着更重要的影响。从短时间尺度来讲,海平面上升不会引起海岸侵蚀,它会使岸线动态发生变化诱发或加速海岸的侵蚀。海平面相对上升导致近岸水深增加,使到达岸边的波浪作用增强而侵蚀海岸,同时将侵蚀下来的物质带向海底。据Bruun研究,海平面每上升1m将使高潮线后退50~100m。我国国家测绘局通过统计分析,我国海平面年上升率为2~3mm,而且仍处于上升趋势。造成海岸侵蚀的动力主要包括潮流、波浪、风暴潮等。长江三角洲海区是中、强潮流区,实测最大潮流速可达2m/s,潮流作用成为海岸动态变化的主要动力。潮流强烈的作用及其逐月逐日的波动变化,使海滩沉积物经常处于十分活跃的冲刷、堆积状态。近岸潮流除了都是半日潮往复流的运动形式外,还具有落潮流速较大和落潮历时较长的共同特点,它决定了沿岸泥沙的离岸移动方向,并成为海岸侵蚀的重要原因之一。波浪作用是决定海岸侵蚀季节变化的主要原因,其侵蚀作用主要表现为起动泥沙,搬运泥沙,波、流结合输沙。黄河三角洲岸线侵蚀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产生移动的临界水深,在强潮水流作用下,波浪掀沙和潮流输沙两者结合,增强了海岸的侵蚀作用。近代气候的变异和海平面上升将会引起风暴潮灾害发生几率的增大和强度的加大。无疑,风暴潮等海洋动力的增强将使海岸被侵蚀的几率大大增加,据JRGorntiz研究,如果海平面上升15cm,风暴潮发生几率将增加1倍左右。风暴潮对海岸的侵蚀作用具有突发性和局部性,其危害程度极为严重。中国风暴潮可分为台风风暴潮和温带风暴潮两类,前者对全国海岸均有影响,以影响山东半岛以南的海岸为多,后者主要发生在渤海西南岸。2.3沿海有漂沙的沿海是沿海侵蚀和侵蚀的互人为因素主要包括沿岸挖沙和建设水利(海岸)工程特别是不合理的工程。由于海岸沙分选性好,是一种优良的建筑材料,因此不合理的挖沙情况普遍存在,降低了海滩滩面,使海岸遭受更强的波浪袭击,从而进一步加强了海岸侵蚀。例如泅礁岛五龙沙滩、大衡山万良吞沙滩、象山沙滩等沙质海岸均因人工挖沙而遭到破坏。水利或海岸工程拦截了上游输给三角洲海岸或潮滩的泥沙,减少了三角洲泥沙的供应量。特别是不合理的海岸工程,在沿海有漂沙情况下,突堤式构筑物在其上游一侧往往因存在入射角填充作用而形成泥沙堆积,相反在其下游一侧形成侵蚀冲刷。例如建于1971年的山东岚山港佛手湾突堤,就出现了北侧明显淤积,南侧发生侵蚀的情况,造成低潮线向岸逼近100m。3局部工程措施海洋动力在向近岸水域传播运动的过程中,受到侧边界和底边界条件的影响而发生改变。在近岸水浅处,波浪可直接强烈地作用于底部,引起岸滩的冲淤变化。因此沿岸的防护工程措施应该是增大底部摩擦,或者在岸外建造消浪工程设施,可以大大损耗波浪作用的部分能量,从而削弱波浪动力对岸滩的侵蚀作用。同时,利用人造工程抵挡顶冲主流线,或者改变和挑离主流线,促使泥沙落淤,减缓海岸的侵蚀,使海岸线处于稳定。目前,黄河三角洲绝大部分岸段因河流泥沙供应不足,造成海岸的强烈侵蚀。因此可以在局部海岸段采取工程措施改变近岸泥沙的运移格局,使泥沙堆积下来。如何使进入近岸带的泥沙量增大,输出的泥沙量减小,是近岸防护的一个主要途径,也是急需加强研究的方面。3.1高潮线周边护岸种植海堤又称海岸堤防、海塘,是在河口海岸地区为了防止潮、浪侵袭在沿岸地面上修建的一种垄状挡水建筑物,通常筑于平原岸段的高潮线附近,是一种比较古老的护岸措施。在一些海岸修筑海堤既有防洪又有防止海岸侵蚀后退的目的。例如修建于20世纪60年代左右的长江口崇明岛南岸海堤,尤其是近几年上海市己完成的沿江50年一遇的防洪抗浪达标海堤更显实效。还有黄河三角洲胜利油田北侧的孤东海堤,对阻挡海潮入侵油田起到了重要的作用。3.2破波带平均宽度丁坝是当前我国海岸防护采用较多的一种保滩促淤工程,它不仅能拦流截沙、挑离主流线,而且能消耗正面入射波的能量。丁坝的促淤效果取决于丁坝的方向、高度、长度以及它们的间距,其长度约为当地破波带平均宽度的0.4~0.6倍。一般丁坝轴线与主波向线交角以110°~120°为最佳。为了保护一定长度的海岸线,丁坝通常成群出现,构成丁坝群,其间距约为丁坝长度的1~3倍。被丁坝群拦截的沿岸输沙将沉积在丁坝群的上游侧以及各座丁坝间的滩面上,从而使该段海岸不再被侵蚀,例如长江口的南支南边,崇明、长兴、横沙三岛分布的数百条丁坝,主要起到护滩保堤的作用。3.3组合一般成组物离岸堤是一种距水边线有一定距离而又平行于岸线的露出水面(或在水下的潜坝)的防护建筑物,通常成组出现。它的主要功能是使海浪受堤阻拦而发生绕射,消耗入射波能,在堤后形成波影区,促使泥沙在堤后及受到保护的岸段淤积,因此可以有效地保护该段海滩免遭海浪的侵蚀,例如吕泗港、杭州湾北岸和黄河三角洲飞雁滩等地海岸防护采用的就是这种形式。3.4填沙护滩对下游岸滩的影响对于海滩侵蚀最自然的对策,是从海中或陆上采集合适的沙补充到被侵蚀的岸滩上。海滩补沙或填沙护滩已被证明是一种经济有效的措施,而且它对下游岸滩的影响也比其他防护设施为小,这项措施已经在长江河口的一些岸滩得到了应用。由于人工填筑到海滩上的沙在各种海洋环境条件,特别是海浪的作用下仍将被冲刷,因此补给周期要和侵蚀引起的泥沙自然耗损的速率一致。3.5正确建设海岸采用水岸、低能耗、组合护岸,确保海岸质量它是靠在潮滩或水下栽种或培育某种植物,以达到消能并防止侵蚀的目的。上海市水利部门经常在潮滩上种植芦苇,当其发展成为群落后能有效地削减到达岸边的波浪能量。还有,自20世纪60年代以来,南京大学的仲崇信教授等在江苏等淤泥质海岸引种的互花米草有效地减轻了滩面的侵蚀,收到了良好的效果;黄河三角洲胜利油田在桩104、桩12、桩303海域试验性种植互花米草,目前最高处已淤高约0.5m,总淤积面积近10万m2,且该淤积部分经过1997年风暴潮的袭击,损失最小。总之,在我国海岸防护工程中有海堤、丁坝、离岸坝等许多形式,而且还出现了多种创新形式,如在黄河三角洲的刁口河海岸,程义吉、何富荣根据黄河三角洲的沉积物和侵蚀特点,推荐采用一种水力插板桩坝新技术建设防潮堤,特别是堤坝根基深和能够直接在浅海水域中进行施工的特点,对于黄河三角洲(或泥质海岸)修建海岸防潮堤具有重要的作用。因此具体到某个海岸要根据其特点具体选择,也可以采用组合形式的护岸措施。陈沈良等根据黄河三角洲飞雁滩海岸的侵蚀特点,提出现有的防潮堤能减缓岸线蚀退,不能抵御强烈的侵蚀,若在高频破碎带外侧建造离岸堤,则可起到消浪挡沙的双重功效,它可与加固后的防潮堤组合,成为飞雁滩海岸有效的防护工程体系。4海岸防护工程海