姚子恒，高 偉，高 珊，劉樂軍，李 萍，李培英

(國(guó)家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島，266061)

海岸侵蝕是指海岸帶某一岸段河流和沿岸流等水動(dòng)力的供沙量少于波浪、沿岸流、潮流等水動(dòng)力的輸沙量引起的海灘灘面下降和岸線后退過程。海岸侵蝕是全球日益嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一,世界上70 %的砂質(zhì)海岸正遭受侵蝕[1]。潿洲島離內(nèi)陸較遠(yuǎn)，島上居民生活局限性較大，而現(xiàn)代海岸侵蝕不僅對(duì)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)產(chǎn)生極大的危害，也影響了海島居民的工農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、鹽業(yè)及旅游業(yè)的發(fā)展。近年來，諸多學(xué)者對(duì)潿洲島第四紀(jì)火山巖[2]、海蝕危巖[3]、珊瑚[4]和浮游生物[5]以及氣候變化[6]等方面進(jìn)行了較多研究，但對(duì)于海岸侵蝕尤其是砂質(zhì)海岸侵蝕的研究相對(duì)較少。本研究在海洋公益專項(xiàng)“我國(guó)典型海島地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警示范研究”課題資助下，利用2006-2013年布設(shè)在潿洲島的15條岸灘剖面的3次測(cè)量結(jié)果，開展了潿洲島海岸侵蝕特征研究。測(cè)量數(shù)據(jù)和研究結(jié)果可以為當(dāng)?shù)卣疁p災(zāi)防災(zāi)和經(jīng)濟(jì)規(guī)劃提供技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

潿洲島，又名大蓬萊、潿洲墩、馬渡等，是南海北部灣中的最大島嶼，位于北海市沿岸南面濱外淺海，離岸直線距離48 km[7]。島的中心地理坐標(biāo)為21°02′27″N，109°06′43″E。島的形狀呈橢圓形，長(zhǎng)7.5 km，寬5.5 km，全島面積24.7 km2。從高空鳥瞰，潿洲島形狀呈橢圓形，南端有一新月形的港灣(圖1)。

潿洲島與火山噴發(fā)堆積和珊瑚沉積融為一體[8]，使島南部的高峻險(xiǎn)奇與北部的開闊平緩形成鮮明對(duì)比。其地勢(shì)南高北低，自南向北緩緩傾斜，海拔高度20～40 m，最高點(diǎn)位于南部西拱手，海拔78.6 m。潿洲島是在第四紀(jì)時(shí)期火山噴發(fā)堆積而成的火山島。自第四紀(jì)喜馬拉雅期火山噴發(fā)形成以來，潿洲島經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化、剝蝕以及風(fēng)、浪、流的侵蝕、搬運(yùn)、堆積作用下形成了各種各樣的地貌類型，如火山口、海積平原、沙堤、海蝕崖、海蝕柱、海蝕洞、海蝕平臺(tái)、珊瑚礁、潮間沙灘、海底平原等[9]。按地貌成因、形態(tài)組合、形成特征、演化過程及空間分布規(guī)律，其類型可分為火山地貌、流水地貌、海蝕地貌、海積地貌、珊瑚礁地貌、海積一沖積地貌、重力地貌、人工地貌等八大類型(圖1)[10]。

圖1 潿洲島地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch of Weizhou Island

2 研究方法

為研究潿洲島海岸侵蝕現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，自2006年在潿洲島砂質(zhì)海岸段布設(shè)了5個(gè)測(cè)量海灘剖面(Bp01、Bp02、Bp03、Bp04和Bp06)，斷面走向垂直于海岸線。2013-01對(duì)其進(jìn)行復(fù)測(cè)，并新增10個(gè)典型剖面(P01、P02、P03、P04、P06、P09、P11、P13、P14和P15)，以涵蓋潿洲島的全部砂質(zhì)海岸段(圖2)。2013-06對(duì)15個(gè)剖面再次進(jìn)行測(cè)量。

主要監(jiān)測(cè)方法為對(duì)剖面上各點(diǎn)進(jìn)行經(jīng)緯度定位及高程測(cè)量。即基于cos系統(tǒng)采用GPS-RTK技術(shù)和載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法,使用HiperIIG儀器，沿剖面每隔一定距離進(jìn)行定點(diǎn)，獲得此點(diǎn)的經(jīng)緯度、高程及大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)。對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制成圖，并將不同期的同一剖面圖作對(duì)比，研究岸灘剖面形態(tài)隨時(shí)間的變化。測(cè)量過程中用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍照記錄，包括侵蝕的現(xiàn)狀、侵蝕區(qū)的地形、侵蝕岸段崩塌的情況，以及侵蝕岸段防護(hù)林損壞現(xiàn)狀。

圖2 潿洲島海岸侵蝕監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)圖Fig.2 Costal erosion monitoring section maps of Weizhou Island

3 潿洲島海岸侵蝕特征

根據(jù)斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，獲得了潿洲島2006-05-2013-06月長(zhǎng)期岸灘剖面變化特征，以及2013-01-06月短期岸灘剖面變化特征，特別是熱帶風(fēng)暴等極端天氣條件對(duì)海岸侵蝕的影響結(jié)果。

3.1 岸灘剖面長(zhǎng)期變化特征

對(duì)比分析2006-05-2013-06五條剖面的測(cè)量數(shù)據(jù)，潿洲島東部岸線呈現(xiàn)強(qiáng)侵蝕-弱淤積變化，正北部海岸侵蝕程度相對(duì)較輕，西南部海岸侵蝕較為嚴(yán)重。在坑仔附近東部岸線，選取Bp04剖面(圖3)進(jìn)行分析，下蝕位于高灘與低灘部位，年均下蝕0.13 m。北港北部海岸至蘇牛角坑北部海岸段，選取Bp01剖面(圖4)分析顯示，此段岸線中高灘有所淤積，其下蝕位于低灘部位，年均下蝕0.1 m。對(duì)竹蔗寮段西部岸段Bp06剖面(圖5)分析顯示，此段岸線年均下蝕0.18 m，下蝕位于中灘-低灘部位。南灣段海岸侵蝕呈現(xiàn)弱侵蝕-弱淤積變化，其岸線整體變化較小，對(duì)Bp03剖面(圖6)進(jìn)行分析顯示，此段岸線高灘年均淤積0.07 m，中灘-低灘年均下蝕0.04 m。

圖3 坑仔附近東部岸段Bp04剖面對(duì)比圖Fig.3 Bp04 sectional comparison chart nearby the coast of east KengZai

圖4 北港北部岸段Bp01剖面對(duì)比圖Fig.4 Bp01 sectional comparison chart nearby the coast of north BeiGang

圖5 竹蔗寮段西部岸段Bp06剖面對(duì)比圖Fig.5 Bp06 sectional comparison chart nearby the coast of west Zhuzheliao

圖6 南灣段Bp03剖面對(duì)比圖Fig.6 Bp03 sectional comparison chart nearby the coast of south bay

3.2 岸灘剖面短期變化特征

根據(jù)2013-01-2013-06月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，獲得了潿洲島岸灘剖面短期變化趨勢(shì)以及極端天氣對(duì)岸線變化的影響特征。其中2013-06月監(jiān)測(cè)時(shí)，熱帶風(fēng)暴“貝碧嘉(Bebinca)”剛過境不久。

東北部岸段從蘇牛角坑到公山背、溝門一帶以侵蝕為主，基巖裸露風(fēng)化明顯(圖7a,b)，在強(qiáng)熱帶風(fēng)暴過后，其海岸侵蝕比較嚴(yán)重。公山附近岸線侵蝕最為劇烈，選取位于公山東部岸線的P03剖面(圖8a,b)進(jìn)行分析，此段岸線侵蝕主要發(fā)生在中高灘至低灘部分，高灘近陸部發(fā)育陡坎，植被倒塌嚴(yán)重，岸灘下蝕0.4 m(圖9)。

圖7 基巖條出露地帶Fig.7 Areas of bedrock outcrop

蘇牛角坑北部侵蝕變化較弱，選取位于潿洲島正北部岸段的p06剖面(圖10)進(jìn)行分析。此段岸線侵蝕主要發(fā)生在高灘與低灘，中灘稍有淤積。高灘下蝕程度較小，下蝕0.1 m；低灘下蝕最大處位于低潮線附近，最大下蝕0.4 m。

圖8 東部岸段陡坎及倒塌植被Fig.8 Scarp and vegetation collapse in east coast

圖9 東北部岸段P03剖面對(duì)比圖Fig.9 P03 sectional comparison chart in northeast coast

圖10 正北部岸段P06剖面對(duì)比圖Fig.10 P06 sectional comparison chart in north coast

鱷魚嘴至竹蔗寮段西部海岸廣泛發(fā)育海蝕地貌，岸線以侵蝕作用為主。選取位于竹蔗寮西部海岸的P13剖面(圖11)進(jìn)行分析。此段岸線侵蝕主要發(fā)生在低灘部位，下蝕0.4 m；高灘形態(tài)基本無變化，中灘稍有淤積。

圖11 竹蔗寮西部岸段P13剖面對(duì)比圖Fig.11 P13 sectional comparison chart nearby the coast of west Zhuzheliao

滴水村西部海岸臨近南灣火山口，廣泛發(fā)育海蝕平臺(tái)、海蝕崖、海蝕龕等[10]。鱷魚嘴地質(zhì)公園內(nèi)，海蝕崖高6～24 m，崖上因差異分化造成的大塊巖體巖體露出，易于崩落，落石直徑可達(dá)4 m(圖12a,b)。崖體下部發(fā)育海蝕洞，高0.8～1.5 m，向內(nèi)部延伸可達(dá)10 m(圖13a,b)。

選取滴水村西南部岸段P15剖面(圖14)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)此岸段侵蝕主要發(fā)生在中灘，平均下蝕0.4 m，最大下蝕深度可達(dá)0.7 m，低灘侵蝕較弱，高灘稍有堆積。

南灣段，從竹蔗寮東南部到港島酒店南部海岸由于人工改造，建有水泥防護(hù)堤，其岸線侵蝕不明顯。選取竹蔗寮東南部岸線Bp03剖面(圖15)進(jìn)行分析，此段段海岸呈現(xiàn)弱侵蝕變化，岸線整體下蝕0.1 m。港島酒店正南部P11剖面對(duì)比圖(圖16)顯示，此段岸線中灘淤積0.2 m，高灘與低灘下蝕0.6 m。

圖12 崩塌石塊及海蝕崖Fig.12 Collapse stones and sea cliff

圖13 海蝕洞Fig.13 Sea caves

圖14 滴水村西南部岸段P15剖面對(duì)比圖Fig.14 P15 sectional comparison chart nearby the coast of southwest DiShui village

圖15 竹蔗寮東南部岸段Bp03剖面對(duì)比圖Fig.15 Bp03 sectional comparison chart nearby the coast of southeast Zhuzheliao

圖16 港島酒店正南部岸段P11剖面對(duì)比圖Fig.16 P11 sectional comparison chart of the coast in the north of hotel GangDao

波浪、潮流、風(fēng)暴潮等是造成潿洲島海岸侵蝕的主要海洋動(dòng)力。海洋動(dòng)力在向近岸水域傳播運(yùn)動(dòng)過程中，受到側(cè)邊界和底邊界條件的影響而發(fā)生改變[11]。而臺(tái)風(fēng)與風(fēng)暴潮短時(shí)間產(chǎn)生較大的破壞力，是加劇海岸短時(shí)間侵蝕的主要因素[12]。對(duì)比短期與長(zhǎng)期岸灘剖面監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，短期監(jiān)測(cè)結(jié)果所顯示的侵蝕強(qiáng)度要大于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)所得。其原因?yàn)閺?qiáng)熱帶風(fēng)暴對(duì)岸線的改造以及岸線的季節(jié)交替所發(fā)生的變化。2013-06強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“貝碧嘉”(Bebinca)經(jīng)過潿洲島，在小時(shí)間尺度上造成岸線的明顯侵蝕，而侵蝕下來的泥沙被搬運(yùn)到離岸區(qū)，使近岸區(qū)海灘坡度變小，在離岸區(qū)泥沙堆積成沿岸沙壩。當(dāng)風(fēng)暴季節(jié)過后，海面有一段相對(duì)平靜時(shí)期，波浪相對(duì)減小，泥沙又從離岸區(qū)逐漸向岸區(qū)推移。泥沙向岸邊堆積的結(jié)果，逐漸形成灘肩，灘肩不斷的增長(zhǎng)，使岸線不斷的淤進(jìn)。當(dāng)風(fēng)暴潮期間形成的沙壩完全消失時(shí)，泥沙全部推向岸邊，形成坡度較大的灘肩地形[13]。

4 結(jié) 論

經(jīng)研究分析，得到以下結(jié)論：

1)岸灘剖面長(zhǎng)期變化特征表明，潿洲島東部與西南部海岸侵蝕較為嚴(yán)重，西南部岸段年均下蝕可達(dá)0.18 m；正北部岸線海岸侵蝕程度相對(duì)較輕，南灣段岸線整體變化較小，高灘年均淤積0.07 m，中灘-低灘年均下蝕0.04 m，呈現(xiàn)弱侵蝕-弱淤積變化。

2)2013-06在短期強(qiáng)熱帶風(fēng)暴影響下，潿洲島東北部與西部岸段侵蝕較為嚴(yán)重，公山附近岸灘下蝕可達(dá)0.4 m；南灣段海岸侵蝕變化不大，局部存在淤積；竹蔗寮東南部岸灘下蝕近0.1 m，而港島酒店南部海岸中灘淤積0.2 m。

致謝：感謝廣西一測(cè)院廖偉征、蘇展、莫炎涼等工程師在外業(yè)工作上給予的支持與幫助。

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