程 林, 田海蘭, 劉西漢, 王艷霞

近44年來灤河口障壁島演變過程及其影響因素研究——以唐山市龍島為例

程 林, 田海蘭, 劉西漢, 王艷霞

(河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所, 河北省地理信息開發(fā)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心, 河北 石家莊 050011)

為掌握灤河口障壁島的演變特征、為海島保護(hù)與適度利用提供數(shù)據(jù)支撐, 以唐山市龍島為例, 基于RS及GIS技術(shù), 分析了近44年來障壁島的演變特征, 并探討了影響海島演變的主要因素。分析顯示, 近44年來海島面積和長(zhǎng)度分別呈減少和增加的趨勢(shì), 海島質(zhì)心位置向西南偏西方向遷移, 海島外海一側(cè)岸線不斷后退, 平均后退速率達(dá)7.37 m/a, 其中1978—1984年、1996—2003年、2008—2013年及2018—2019年海島侵蝕后退明顯。研究認(rèn)為, 由于灤河口的自然遷移, 河流輸沙減少, 受沿岸輸沙特征影響, 海島主體部分侵蝕而兩端沙嘴處堆積, 海島自然狀態(tài)下已出現(xiàn)5~6 m/a的侵蝕。航道整治挖島及景區(qū)建設(shè)挖島導(dǎo)致近年來海岸典型斷面平均后退速率達(dá)到研究期內(nèi)最大值14.27 m/a, 海島長(zhǎng)度也出現(xiàn)明顯減少, 是影響海島演變的首要因素。灤河流域大型水庫(kù)的修建使灤河輸沙急劇減少, 海島岸線侵蝕加劇、海島面積明顯減少, 是研究時(shí)段內(nèi)影響海島演變的次要原因。風(fēng)暴潮是影響海島演變的主要的突發(fā)性因素, 尤其是2018年內(nèi)短期內(nèi)密集過境的臺(tái)風(fēng), 造成海島岸線典型斷面平均后退達(dá)10.25 m。當(dāng)前, 海島的保護(hù)與適度利用要遵循海島演變特征, 嚴(yán)格禁止不必要的挖島采砂, 并采取海灘修復(fù)、構(gòu)筑透水潛堤等工程措施對(duì)重點(diǎn)功能區(qū)海岸線加以防護(hù)。

障壁島；龍島；海島演變過程；影響因素

障壁島是沙壩-潟湖地貌體系的主要組成部分之一, 多為狹長(zhǎng)的砂質(zhì)海島, 是沿海的生態(tài)敏感帶和脆弱區(qū)。障壁島海岸占世界海岸線長(zhǎng)度的10%[1], 主要分布在東南亞及南亞沿岸、北大西洋沿岸、北冰洋沿岸、非洲東南部及西部沿岸等地區(qū)[2]。障壁島受沉積物來源及水動(dòng)力條件等因素的影響, 形態(tài)變化幅度較大[3-5], 對(duì)風(fēng)暴潮[6]、海平面上升[7]等典型自然因素及水庫(kù)建設(shè)[8]、城市與海岸工程建筑[9-10]、圍填海開發(fā)[11]等高強(qiáng)度人類開發(fā)活動(dòng)的響應(yīng)明顯。歐美地區(qū)沿海開發(fā)強(qiáng)度相對(duì)較低, 對(duì)障壁島影響因素的研究以自然因素為主。而東亞地區(qū)尤其是中國(guó)沿海, 海岸帶開發(fā)強(qiáng)度較高, 對(duì)障壁島的研究側(cè)重于反應(yīng)人類活動(dòng)的影響[11-12]。如何綜合評(píng)價(jià)自然過程及多類別人類活動(dòng)的影響特征, 是障壁島保護(hù)與利用亟需解決的問題。

中國(guó)障壁島多分布在渤海灤河口沿海、雷州半島、海南島及臺(tái)灣島等地區(qū), 是當(dāng)?shù)刂匾穆糜钨Y源。唐山市龍島是當(dāng)前灤河口沿海障壁島中最南端的海島, 是唐山市曹妃甸區(qū)當(dāng)前唯一的沙灘旅游資源和自然海島類景觀, 也是當(dāng)?shù)芈糜伍_發(fā)的重要對(duì)象。為了科學(xué)開展海島保護(hù)及并適度進(jìn)行旅游開發(fā), 有必要掌握島嶼演變特征、識(shí)別海島演變的主要影響因素。本文基于遙感影像分析, 研究近年來唐山市龍島演變特征, 探討影響龍島演變的主要影響因素及其影響程度差異, 以期為海島管理提供決策參考。

1 研究區(qū)域概況

龍島, 原名東坑坨, 位于39°01′23″N, 118°44′02″E,曹妃甸人工島東側(cè), 行政隸屬于河北唐山市曹妃甸區(qū)(見圖1及圖2)。海島為狹長(zhǎng)的沙質(zhì)島, 長(zhǎng)7.7 km, 面積達(dá)43.59 ha(2019年數(shù)據(jù)), 因島體形態(tài)呈L形而得名龍島。龍島為古灤河口沙嘴, 海島形態(tài)依賴于灤河輸沙。由于灤河入?？诓粩嘞驏|北遷移, 原有三角洲岸線與淤泥質(zhì)淺灘不斷蝕退, 龍島等沙嘴逐漸成為海島[12]。

圖1 研究區(qū)位概況

圖2 龍島區(qū)位特征

龍島所在區(qū)域?yàn)闇貛ШＱ笮约撅L(fēng)氣候, 常風(fēng)向?yàn)镾, 強(qiáng)風(fēng)向以E、ENE、ESE為主。波浪方面, 常浪向?yàn)镾, 出現(xiàn)頻率為10.87%, 平均波高2.4 m；強(qiáng)浪向?yàn)镋NE,4%≥1.3 m出現(xiàn)頻率為2.28%[13]。潮汐為不正規(guī)半日潮, 平均潮差140 cm, 潮流為往復(fù)流, 流向?yàn)閃SW-ENE, 漲潮流速達(dá)94 cm/s, 落潮流速可達(dá)262 cm/s。臨近龍島的余流流向?yàn)镾W, 流速為8.4 cm/s[14]。對(duì)龍島產(chǎn)生主要影響的風(fēng)暴潮主要發(fā)生在夏季或冬春交替之際, 多為登陸型、進(jìn)入渤海型及進(jìn)入北黃海型[15]。島上目前主要的人工構(gòu)筑物為南堡油田作業(yè)區(qū)通港大橋、堤壩及龍島旅游景區(qū)設(shè)施。

為了分析海島變化趨勢(shì)的空間差異, 根據(jù)海島走向特征, 本文將海島分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段展開論述。其中第Ⅰ部分位于海島東部, 20世紀(jì)80年代以來與海島主體(第Ⅱ及Ⅲ部分)分離為兩部分。海島第Ⅱ、Ⅲ部分分別在人類構(gòu)筑物東西兩側(cè), 其中第Ⅲ部分人類開發(fā)強(qiáng)度較大。

2 技術(shù)與方法

近44年來, 龍島及其沙源灤河的主要人類活動(dòng)事件包括潘家口水庫(kù)及大黑汀水庫(kù)蓄水(1980年)、桃林口水庫(kù)蓄水(1998年)、老龍溝航道整治(2010年)、龍島淺灘油氣田開發(fā)(2008年以來)、龍島旅游開發(fā)(2010年以來)、龍島岸灘修復(fù)(2014年)等。除此之外, 2018—2019年是近年來典型的多風(fēng)暴潮集中期。本文為了反應(yīng)不同人類開發(fā)活動(dòng)及風(fēng)暴潮對(duì)海島的影響, 分別選擇典型事件前后的多源多期遙感影像(表1), 并通過解譯獲得海島形態(tài)。所選影像在衛(wèi)星過境時(shí)刻天文潮位相近且氣象條件良好。將衛(wèi)星影像配準(zhǔn)至WGS1984坐標(biāo)系, 并進(jìn)行校正及增強(qiáng)處理。依據(jù)孫偉富等[16]、馬小峰等[17]及相關(guān)技術(shù)規(guī)程[18], 以灘肩為岸線位置, 解譯標(biāo)志為海島影像高亮區(qū)域向海側(cè)的邊界?；贏rcGIS10.2分析不同時(shí)段海島的質(zhì)心位置、岸線位置、岸線長(zhǎng)度及海島面積等基本要素。

表1 遙感影像來源

注：1975年圖像結(jié)合KH-9(分辨率10 m)進(jìn)行解譯

使用數(shù)字海岸分析系統(tǒng)DSAS[19]對(duì)海岸線變化速率進(jìn)行分析。該系統(tǒng)由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局研發(fā), 基于ArcGIS構(gòu)建, 通過生成垂直于計(jì)算基線的斷面線并計(jì)算斷面與不同時(shí)期岸線的交點(diǎn)之間的距離來分析岸線變化速率, 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于海岸線變化分析[20]。采用常用的端點(diǎn)速率法(EPR), 對(duì)研究區(qū)域44年以來的總變化速率以及不同時(shí)段的變化速率進(jìn)行計(jì)算。

為分析海島變化影響因素, 分別采用常用的CERC公式、Bruun公式計(jì)算沿岸輸沙特征及海岸線對(duì)海平面上升的響應(yīng)。CERC公式[21]及Bruun公式[22]見公式(1)及(2):

式中,為海岸線后退速率；為閉合水深, 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究[23]取5 m；為閉合水深點(diǎn)到岸線的長(zhǎng)度, 根據(jù)海圖量算取1.2 km；為灘肩或海岸護(hù)坡工程高度, 根據(jù)野外調(diào)查結(jié)果取2 m；為海平面上升速率, 本文根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[24]取3.7 mm/a。

3 研究結(jié)果

3.1 海島形態(tài)演變特征

近44年來, 龍島的質(zhì)心位置、海島面積及長(zhǎng)度均處于不斷變化之中。其中海島面積以減少為主(圖3、圖4), 累計(jì)減少量達(dá)23.01 ha, 至2019年僅余1975年島體面積的65%。1978年以來, 海島第Ⅰ部分與第Ⅱ、Ⅲ部分分離, 其后時(shí)段內(nèi)海島面積以逐步減少為主, 2013年海島面積僅有1975年的48.93%。2013年以來, 由于旅游設(shè)施建設(shè)造地及海島修復(fù), 海島面積出現(xiàn)顯著增加, 但隨后再次出現(xiàn)減少。

圖3 海島長(zhǎng)度和面積變化

圖4 海島形態(tài)及質(zhì)心變化

海島長(zhǎng)度變化趨勢(shì)與面積相反, 總的趨勢(shì)以略有增長(zhǎng)為主(圖3)。1978年及之前, 海島作為一個(gè)整體, 總長(zhǎng)度達(dá)7.4 km。1978—1984年間, 海島第Ⅰ部分的分離導(dǎo)致總長(zhǎng)度減少為6.59 km。隨著兩端沙嘴的發(fā)育, 總長(zhǎng)度后期不斷增長(zhǎng), 到2008年達(dá)8.09 km。但受人類活動(dòng)影響, 2013年總長(zhǎng)度減少至7.61 km。2013年以來, 雖有海島修復(fù)及沙嘴再發(fā)育, 但由于第Ⅰ部分長(zhǎng)度的減少, 海島總體變化趨于平穩(wěn)。

海島質(zhì)心位置變化方面, 海島的總體遷移趨勢(shì)為向西南偏西方向遷移(見圖4), 研究期內(nèi)質(zhì)心位移達(dá)1.04 km；第Ⅰ部分向西北方向遷移, 研究期內(nèi)質(zhì)心位移達(dá)1.04 km；第Ⅱ、Ⅲ部分為一體, 其質(zhì)心位置向正西方向遷移, 研究期內(nèi)質(zhì)心位移達(dá)0.55 km。這一遷移趨勢(shì)主要受到沙嘴不斷發(fā)育的影響。

3.2 海島外海側(cè)岸線變化特征

龍島東、南側(cè)水深較深, 水動(dòng)力較強(qiáng), 海岸線時(shí)空變化相對(duì)于北部更加明顯, 因此本文主要對(duì)龍島外海側(cè)岸線的變化情況進(jìn)行分析。DSAS計(jì)算結(jié)果(表2、圖5、圖6)顯示, 海島外海一側(cè)岸線總體以侵蝕后退為主, 44年來平均后退距離達(dá)324.19 m, 平均后退速率達(dá)7.37 m/a, 其中第Ⅰ部分后退最為嚴(yán)重。

表2 海島岸線變化特征

圖5 海島外海側(cè)岸線形態(tài)變化

圖6 海島外海側(cè)岸線后退特征

在DSAS自動(dòng)生成的斷面中, 根據(jù)海島形態(tài)特征, 選擇無人類構(gòu)筑物、岸線變化相對(duì)較為明顯且代表海島不同位置的10個(gè)典型斷面, 編號(hào)為A—J(見圖6), 分析典型斷面的不同年份之間的變化特征。典型斷面分別位于第Ⅰ部分(A)、第Ⅱ部分東段(B、C、D)及西段(E、F)、第Ⅲ部分東段(G、H、I)及西段(J)。

從岸線侵蝕-淤積幅度(圖7)來看, 除第Ⅲ部分J斷面在部分時(shí)段以淤積為主外, 其他均以持續(xù)侵蝕后退為主。后退距離較大的斷面包括A、E、F、G等斷面, 即第Ⅰ部分及第Ⅱ部分西段。其中E、F、G斷面累計(jì)后退達(dá)320~370 m, A斷面截止到2013年累計(jì)后退達(dá)416.87 m。

從岸線變化速率(圖7)來看, 海岸線變化速率的時(shí)間分異特征明顯。研究初始時(shí)段(1975—1978年)典型斷面的平均變化速率為–5.72 m/a。侵蝕后退速率較高的時(shí)段為1978—1984年、1996—2003年、2008—2013年及2018—2019年, 典型斷面的平均變化速率達(dá)–11.82 m/a、–6.69 m/a、–14.27 m/a、–10.25 m。出現(xiàn)淤積的情況主要包含兩類: J斷面在2003年之前出現(xiàn)持續(xù)淤積；E、F、G、H等斷面在2013—2018年時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)淤積。其他時(shí)段海島典型斷面的平均侵蝕速率介于5~6 m/a。

4 討論

確定海島演變的主要因素是開展海島保護(hù)及適當(dāng)開發(fā)的首要前提。一般認(rèn)為, 海島及海岸帶演變的影響因素包括地質(zhì)構(gòu)造、海平面變化、海岸動(dòng)力環(huán)境及沉積物供給條件[25]。地質(zhì)構(gòu)造是影響千年以上時(shí)間尺度海島及海岸帶演變的影響因素, 本文不做討論。國(guó)外對(duì)障壁島影響因素的部分研究多側(cè)重于海平面變化[7], 而根據(jù)Bruun公式計(jì)算結(jié)果, 當(dāng)前海平面上升情境下龍島岸線侵蝕后退僅為0.29 m/a, 遠(yuǎn)小于龍島當(dāng)前的侵蝕后退速率。因此, 動(dòng)力環(huán)境及沉積物供給是海島的年代際及年際演變的控制因素, 容易受到極端天氣及人類活動(dòng)的影響。除此之外, 炸島、挖沙、填海連島[26]等海島高強(qiáng)度開發(fā)活動(dòng)也可在短時(shí)間內(nèi)迅速改變海島及海岸線形態(tài)。本文在分析自然狀態(tài)下海島演變的基礎(chǔ)上, 探討海島對(duì)不同類型的人類活動(dòng)的響應(yīng)特征, 以此確定海島演變的主要影響因素。

圖7 海岸線典型斷面進(jìn)退距離及變化速率

4.1 自然狀態(tài)下海島演變特征

自然狀態(tài)下, 近海水動(dòng)力環(huán)境及風(fēng)暴潮等突發(fā)天氣災(zāi)害分別通過作用于長(zhǎng)期的沿岸輸沙及短期的橫向輸沙的方式影響海島的形態(tài)變化。

沿岸輸沙計(jì)算結(jié)果顯示, 龍島第Ⅰ部分的凈輸沙方向?yàn)橛赡掀飨虮逼珫|, 凈輸沙率達(dá)5.57× 104m3/a。龍島西段的凈輸沙方向?yàn)橛蓶|向西或西南偏西方向, 其中第Ⅱ部分凈輸沙率達(dá)3.46×104m3/a, 西段第Ⅲ部分凈輸沙率達(dá)6.18×104m3/a(見圖8)。由此可見, 龍島第Ⅰ部分北延、第Ⅲ部分向西南偏西延長(zhǎng)是海洋動(dòng)力作用下長(zhǎng)期沿岸輸沙所產(chǎn)生的現(xiàn)象。

沙源充足的情況下, 海島岸線基本保持穩(wěn)定且兩端沙嘴將不斷生長(zhǎng)。而全新世以來尤其是14世紀(jì)以來, 作為龍島沿岸輸沙主要來源的灤河經(jīng)歷多次自然改道, 下游入海口不斷向東北偏移[27], 這使得龍島沙源不足。在外源輸沙穩(wěn)定性不能保障的情況下, 海島主體部分侵蝕并搬運(yùn)至第Ⅰ、Ⅲ部分沙嘴處堆積成為維持沿岸輸沙的主要方式。因此自然狀態(tài)下, 即使沒有人類活動(dòng)或風(fēng)暴潮(如1975—1978年), 海島岸線仍存在5~6 m/a的侵蝕, 且第Ⅱ部分侵蝕速率大于第Ⅲ部分。由于第Ⅰ、Ⅲ部分的沿岸輸沙率大于第Ⅱ部分, 第Ⅱ部分將持續(xù)侵蝕后退。

圖8 海島沿岸輸沙率

風(fēng)暴潮方面, 雖然該區(qū)域內(nèi)平均每3.8 a出現(xiàn)一次風(fēng)暴潮天氣[14], 但部分時(shí)段會(huì)出現(xiàn)風(fēng)暴潮密集過境的情況。2018—2019年影響渤海灣的風(fēng)暴潮達(dá)3次(見表3), 為近年來之最。由圖7可見, 2018—2019年, 受3次較大的風(fēng)暴潮影響, 除個(gè)別斷面外, 龍島岸線普遍出現(xiàn)侵蝕后退, 典型斷面平均后退距離達(dá)10.25 m,最大后退距離達(dá)27.08 m, 海岸線侵蝕后退狀況遠(yuǎn)大于無臺(tái)風(fēng)時(shí)期。之前出現(xiàn)淤積的E、F、G、H及J均出現(xiàn)不同程度的侵蝕后退。由此可見, 風(fēng)暴潮是導(dǎo)致海島短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)侵蝕的主要原因。

表3 2018年影響龍島的主要風(fēng)暴潮

4.2 人類活動(dòng)對(duì)海島演變的影響

近44年來, 隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展, 龍島沿海地區(qū)開發(fā)活動(dòng)逐漸增強(qiáng)。龍島沙源、水動(dòng)力條件等發(fā)生相應(yīng)變化, 其對(duì)海島演變過程的影響各有差別。

4.2.1 灤河水庫(kù)建設(shè)對(duì)海島演變過程的影響

沙源的穩(wěn)定性決定了海島的穩(wěn)定性。在海岸線侵蝕后退速率明顯升高且海島面積明顯減少的1978—1984年及1996—2003年兩時(shí)段(見圖9), 灤河多年平均輸沙量?jī)H占1975—1978年的26.10%及4.77%。由此可見, 灤河輸沙對(duì)龍島的影響顯著。

圖9 灤河灤縣站輸沙量及徑流量變化

導(dǎo)致灤河輸沙減少的主要因素是灤河上游水庫(kù)的建設(shè)。20世紀(jì)80年代以來, 為了防洪及保障城市供水, 灤河干流及主要支流的中上游先后修建了一系列水利工程, 其中庫(kù)容量最大、管制流域面積最大的三個(gè)工程依次是潘家口水庫(kù)、大黑汀水庫(kù)及桃林口水庫(kù)。潘家口水庫(kù)及大黑汀水庫(kù)于1980年蓄水, 桃林口水庫(kù)于1998年蓄水。大型水庫(kù)建設(shè)對(duì)灤河徑流量、輸沙量的影響極為明顯(圖9)。水庫(kù)蓄水后, 灤河入海徑流量及輸沙量即出現(xiàn)銳減。因此, 可以認(rèn)為灤河大型水庫(kù)蓄水是上述兩時(shí)段內(nèi)龍島變化的主要影響因素。

4.2.2 南堡油氣田堤壩-橋梁建設(shè)對(duì)海島演變過程的影響

由沿岸輸沙率計(jì)算結(jié)果可見, 龍島存在較為明顯的沿岸輸沙, 垂直于海岸的堤壩的建設(shè)會(huì)導(dǎo)致小范圍內(nèi)流場(chǎng)的變化, 并進(jìn)一步改變海岸線的變化趨勢(shì)。2008年以來, 在全島海岸持續(xù)侵蝕的情況下龍島中段典型斷面E、F斷面由侵蝕改為淤積, 至2018年累計(jì)淤積達(dá)27.06 m及68.16 m, 這一局部變化是對(duì)南堡油氣田不透水堤壩建設(shè)的響應(yīng)。

南堡4-1、4-2油氣田以人工島的形式建在龍島北側(cè)淺灘海域, 龍島南部海域建有輸油碼頭。兩人工島之間及兩人工島到龍島之間以不透水堤壩相連, 修建于淺灘之上, 淺灘水動(dòng)力條件微弱, 堤壩對(duì)海島及淺灘影響有限。而龍島及輸油碼頭之間以橋梁和小段堤壩相連, 堤壩向海伸出100 m, 對(duì)海島沿岸輸沙起到攔截作用。而由于龍島堤壩西側(cè)部分岸段人工固化, 并未出現(xiàn)相應(yīng)的侵蝕。因此, 龍島堤壩的建設(shè)對(duì)海島的影響主要體現(xiàn)在靠近堤壩和碼頭的局部島體。

4.2.3 旅游開發(fā)建設(shè)及航道整治對(duì)海島演變過程的影響

2008年以來, 龍島面積出現(xiàn)增加的趨勢(shì), 但海島侵蝕反而加劇, 這主要是受龍島旅游開發(fā)建設(shè)及曹妃甸港老龍溝航道整治的影響。

2010年7月以來, 龍島旅游開發(fā)工程啟動(dòng), 工程建設(shè)初期主要對(duì)靠近油田堤壩的龍島中段及附近淺灘進(jìn)行人為加固硬化, 并通過工程挖掘?qū)⑵渑c龍島西段分離(圖10)；工程建設(shè)后期(2013年之后)對(duì)被挖掘海島整治修復(fù), 同時(shí)旅游景區(qū)建設(shè)面積不斷擴(kuò)大。2010年, 為了促進(jìn)曹妃甸三港池發(fā)展需要, 拓寬航道并減少航道轉(zhuǎn)向, 相關(guān)工程方對(duì)老龍溝航道(見圖1)進(jìn)行整治, 對(duì)龍島第Ⅲ部分西段島體進(jìn)行挖島取砂, 龍島島體相應(yīng)縮短。

受航道整治及旅游開發(fā)初期工程影響, 2008—2013年時(shí)段內(nèi), 龍島岸線長(zhǎng)度累計(jì)減少0.48 km, 面積減少2.06 ha；另一方面, 島體中段挖掘?qū)е滤畡?dòng)力條件相應(yīng)變化, 沿岸輸沙遭進(jìn)一步破壞, 典型斷面的海岸侵蝕速率達(dá)到研究時(shí)段內(nèi)的最大值14.27 m/a。而受旅游開發(fā)后期工程及海島沙嘴生長(zhǎng)的影響, 2013—2018年時(shí)段內(nèi)海島岸線長(zhǎng)度出現(xiàn)緩慢增加, 海島面積達(dá)到44.85 ha, 增幅顯著。因此, 可以認(rèn)為人類對(duì)海島的高強(qiáng)度開發(fā)活動(dòng)是近年來海島演變的主要影響因素, 同時(shí)也是近44年來對(duì)龍島影響最為顯著的因素。

圖10 龍島旅游開發(fā)工程

5 結(jié)論

通過對(duì)龍島面積、長(zhǎng)度、質(zhì)心等形態(tài)變化的分析, 可以發(fā)現(xiàn)近44年以來, 海島面積和長(zhǎng)度分別呈現(xiàn)為減少和不斷增加的趨勢(shì), 海島質(zhì)心位置不斷向西南偏西方向遷移, 海島外海側(cè)岸線不斷侵蝕后退。自然狀態(tài)下, 岸線后退速率多為5~6 m/a。1978—1984年、1996—2003年、2008—2013年及2018—2019年時(shí)段內(nèi), 海島岸線侵蝕后退速率明顯增加, 典型斷面年均侵蝕速率最大可達(dá)14.27 m/a。

分析結(jié)果顯示, 對(duì)龍島形態(tài)影響最明顯的3個(gè)因素可依次歸納為海島高強(qiáng)度開發(fā)活動(dòng)、灤河中上游水庫(kù)建設(shè)以及風(fēng)暴潮。其中, 海島高強(qiáng)度開發(fā)建設(shè)活動(dòng)是影響海島演變的首要因素, 也是可控性較強(qiáng)的因素, 挖島等破壞性開發(fā)直接干擾了海島形態(tài)的正常演變規(guī)律, 造成海島面積和岸線長(zhǎng)度同時(shí)減少；適當(dāng)?shù)暮u修復(fù)等建設(shè)性活動(dòng)也會(huì)促使海島長(zhǎng)度、面積等的增加。灤河水庫(kù)建設(shè)活動(dòng)次之, 水庫(kù)建設(shè)顯著減少了灤河入海泥沙量, 加劇了龍島本已存在的沿岸輸沙不平衡。風(fēng)暴潮對(duì)龍島等障壁島的破壞作用僅次于人類活動(dòng), 產(chǎn)生明顯的離岸輸沙, 且因素本身具有極大偶然性和不可控性。

針對(duì)影響因素作用程度及其特征的差異, 當(dāng)前龍島等灤河口障壁島管理的主要原則是嚴(yán)格禁止無必要性的挖島采砂及近海海沙開采, 減少凸堤等干擾沿岸輸沙的構(gòu)筑物的修建, 在豐水年適當(dāng)利用水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙措施緩解沙源短缺的狀況, 同時(shí)加強(qiáng)風(fēng)暴潮災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警。

受大規(guī)模圍填海開發(fā)的影響, 龍島是當(dāng)前唐山市曹妃甸區(qū)唯一的自然類海島, 也是當(dāng)?shù)刂匾穆糜钨Y源。適度利用應(yīng)當(dāng)遵循島體自然形態(tài), 考慮海島自然演變規(guī)律。因必要的航道整治而需開挖龍島第Ⅲ部分沙嘴的情況下, 挖掘方案應(yīng)經(jīng)過充分論證, 沙嘴泥沙及航道疏浚泥沙應(yīng)充分用于海島海灘養(yǎng)護(hù)工程。旅游景區(qū)開發(fā)建設(shè)不能破壞、割裂海島島體, 景區(qū)的設(shè)計(jì)與建設(shè)應(yīng)當(dāng)顧及到海島岸線持續(xù)后退的狀況, 與當(dāng)前海岸線保持一定距離。此外, 為了防治風(fēng)暴潮災(zāi)害, 保護(hù)旅游沙灘, 應(yīng)當(dāng)采取構(gòu)建水下透水潛堤等工程措施消減波能及離岸輸沙。

受數(shù)據(jù)資料所限, 本文僅對(duì)海島形態(tài)演變特征進(jìn)行了分析。龍島淺灘、老龍溝潮道演變特征及其影響因素, 有待結(jié)合海底地形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步討論。

致謝: 本文的研究得到華東師范大學(xué)賈建軍研究員、河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所顧建清研究員的指導(dǎo), 兩位審稿專家及編輯老師為本文提出了詳盡的修改意見, 特此致謝！

[1] Stutz M L, Pilkey O H. Open-ocean barrier islands: global influence of climatic, oceanographic, and depositional settings[J]. Journal of Coastal Research, 2011, 272(2): 207-222.

[2] Stutz M L, Pilkey O H. A review of global barrier island distribution[J]. Journal of Coastal Research, 2001, 34(Special 34): 15-22.

[3] Davis R A Jr. Geology of Holocene Barrier Island Systems[M]. Berlin: Springer Science & Business Media, 2012.

[4] 程林, 王偉偉, 付元賓, 等. 不同類型海島的海灘穩(wěn)定性分析: 以大連長(zhǎng)興島和唐山打網(wǎng)崗島為例[J]. 海洋科學(xué)進(jìn)展, 2015, 33(3): 313-323. Cheng Lin, Wang Weiwei, Fu Yuanbin, et al. Morphology stability analysis of sandy beaches in different-type islands: Case studies in the Changxing Island of Dalian and Dawanggang Island of Tangshan[J]. Advances in Marine Science, 2015, 33(3): 313-323.

[5] Zhang K, Douglas B C, Leatherman S P. Global warming and coastal erosion[J]. Climatic Change, 2004, 64(1-2): 41.

[6] Hapke C J, Brenner O, Henderson R E, et al. Coastal change from Hurricane Sandy and the 2012-13 winter storm season: Fire Island, New York[R]. Reston: US Geological Survey, 2013.

[7] Moore L J, Patsch K, List J H, et al. The potential for sea-level-rise-induced barrier island loss: Insights from the Chandeleur Islands, Louisiana, USA[J]. Marine Geology, 2014, 355(9): 244-259.

[8] Pilkey O H. Coastal erosion[J]. Episodes, 1991, 14(1): 46-51.

[9] Escudero M, Silva R, Mendoza E. Beach erosion driven by natural and human activity at Isla del Carmen Barrier Island, Mexico[J]. Journal of Coastal Research, 2014, 71(sp1): 62-74.

[10] Kombiadou K, Matias A, Ferreira ó, et al. Impacts of human interventions on the evolution of the Ria Formosa barrier island system (S. Portugal)[J]. Geomorphology, 2019, 343: 129-144.

[11] 王建步, 張杰, 馬毅, 等. 2008~2013年灤河口外泥沙島動(dòng)態(tài)變化遙感監(jiān)測(cè)[J]. 2014, 31(8): 55-59. Wang Jianbu, Zhang Jie, Ma Yi, et al. Remote sensing monitoring of dynamic changes of sandy islands outsides Luan River Estuary[J]. 2014, 31(8): 55-59.

[12] 吳桑云, 耿秀山, 金永德, 等. 冀東潟湖系統(tǒng)演進(jìn)與人類干預(yù)影響[J]. 海洋科學(xué)進(jìn)展, 2008, 26(2): 190- 199. Wu Sangyun, Geng Xiushan, Jin Yongde, et al. Evolution of lagoon system in the Jidong Area and effect of human interference[J]. Advances in Marine Science, 2008, 26(2): 190-199.

[13] 國(guó)家海洋局海洋環(huán)境保護(hù)研究所. 曹妃甸新區(qū)跨青龍河大橋工程海洋環(huán)境影響報(bào)告書[R]. 大連: 國(guó)家海洋局海洋環(huán)境保護(hù)研究所, 2014. Institute of Marine Environmental Protection, State Oceanic Administration. Marine environment influencing assessment of Qinglong River Bridge in Caofeidian[R]. Dalian: Institute of Marine Environmental Protection, State Oceanic Administration, 2014.

[14] 胡殿才. 人工島岸灘穩(wěn)定性研究[D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2009. Hu Diancai. A study of shore stability of artificial island[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2009.

[15] 溫連杰, 劉桂艷, 劉清容, 等. 1960—2013年影響渤海的熱帶氣旋特征分析[J]. 海洋開發(fā)與管理, 2016, 33(8): 84-89. Wen Lianjie, Liu Guiyan, Liu Qingrong, et al. Statistical analysis of tropical cyclones which affected the Bohai Sea during 1960~2013[J]. Ocean Development and Management, 2016, 33(8): 84-89.

[16] 孫偉富, 馬毅, 張杰, 等. 不同類型海岸線遙感解譯標(biāo)志建立和提取方法研究[J]. 測(cè)繪通報(bào), 2011(3): 41-44. Sun Weifu, Ma Yi, Zhang Jie, et al. Study of remote sensing interpretation keys and extraction technique of different types of shoreline[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2011(3): 41-44.

[17] 馬小峰, 趙冬至, 邢小罡, 等. 海岸線衛(wèi)星遙感提取方法研究[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 2007(2): 185-189. Ma Xiaofeng, Zhao Dongzhi, Xing Xiaogang, et al. Means of withdrawing coastline by remote sensing[J]. Marine Environment Science, 2007(2): 185-189.

[18] 國(guó)家海洋局908專項(xiàng)辦公室. 我國(guó)近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)專項(xiàng)海岸線修測(cè)技術(shù)規(guī)程(試行本)[M]. 北京: 海洋出版社, 2007. Office of 908 Project, State Oceanographic Administration. Technical Regulation of Coastline Serving for 908 Project[M]. Beijing: China Ocean Press, 2007.

[19] Himmelstoss E A, Henderson R E, Kratzmann M G, et al. Digital shoreline analysis system (DSAS) version 5.0 user guide[R]. Reston: US Geological Survey, 2018.

[20] Oyedotun T D T. Shoreline geometry: DSAS as a tool for historical trend analysis[J]. Geomorphological Techniques, 2014, 3(2.2): 1-12.

[21] 鄒志利. 海岸動(dòng)力學(xué)[M]. 北京: 人民交通出版社, 2009. Zou Zhili. Coastal Hydrodynamics[M]. Beijing: People’s Traffic Press, 2009.

[22] Bruun P. Sea-level rise as a cause of shore erosion[J]. Journal of the Waterways and Harbors Division, 1962, 88(1): 117-132.

[23] 陳西慶, 陳吉余. 長(zhǎng)江三角洲海岸剖面閉合深度的研究: Bruun法則及其應(yīng)用的基本問題[J]. 地理學(xué)報(bào), 1998, 53(4): 323-331. Chen Xiqing, Chen Jiyu. A study of closure depth on the coast profiles of Yangtzekiang River Delta: On the fundamental problems associated with Bruun Rule and its application[J].Acta Geographic Sinica, 1998, 53(4): 323-331.

[24] 國(guó)家海洋信息中心. 河北省海洋災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估-海平面上升分冊(cè)[R]. 天津: 國(guó)家海洋信息中心, 2015. National Marine Data and Information Service. Risk assessment of sea disaster in Hebei province (Volume on sea-level rise)[R]. Tianjin: National Marine Data and Information Service Center, 2015.

[25] 賈建軍, 蔡廷祿, 劉毅飛, 等. 考慮人類活動(dòng)的海岸線分類體系: 近期浙江省海岸線調(diào)查的實(shí)踐與思考[J].海洋科學(xué), 2019, 43(10): 13-23.Jia Jianjun, Cai Tinglu, Liu Yifei, et al. A Classification of coastline considering human activities with special references to latest practices on coastline survey in Zhejiang Province[J]. Marine sciences, 2019, 43(10): 13-23.

[26] 夏小明. 中國(guó)海島(礁)名錄[M]. 北京: 海洋出版社, 2012. Xia Xiaoming. Dictionary of China’s Island& Reef[M]. Beijing: China Ocean Press, 2012.

[27] 水利部海河水利委員會(huì). 灤河志[M]. 石家莊: 河北人民出版社, 2007.Haihe River Water Conservancy MWR. Annals of Luan River[M]. Shijiazhuang: Hebei People’s Press, 2007.

Variations and influencing factors of the barrier islands near the Luan River estuary in the past 44 years—A case study of the Loong Island in Tangshan

CHENG Lin, TIAN Hai-lan, LIU Xi-han, WANG Yan-xia

(Institute of Geographic Science, Hebei Academy of Science, Hebei Engineering Research Center for Geographic Information Application, Shijiazhuang 050011, China)

To provide data support for island management, the variation rules and main influencing factors of the Loong Island in the past 44 years were investigated in this case study. The analysis results showed that the area and length of the Loong Island tended to decrease and increase, respectively. A distinct transfer tendency of the island’s centroid was observed, that is, it moved southwest by west. A retreating tendency of the coastline with an average erosion rate of 7.37 m/a was observed on the outer seaside of the island. The maximum erosion rate occurred in 1978–1984, 1996–2003, 2008–2013, and 2018–2019. The erosion rate of the coastline in its natural state can reach 5~6 m/a, which is a result of the sediment shortage caused by the flow of the Luan River. This resulted in the distinct reduction of the length of the island, with the maximum erosion rate of 14.27 m/a of the key profile in 44 years. Channel regulation and scenic spot construction were the first driver of the island’s visible variation. Construction of a large water reservoir was the second driver, which led to an accelerated tendency of coastline erosion and island area reduction in 1978–1984 and 1996–2003. In addition, as the main driver, typhoons, particularly those crossing multiple times in a short period (2018–2019), led to a retreat rate of 10.25 m. To ensure effective protection or appropriate utilization, the natural variation rules of these islands should be followed. Moreover, management measures, such as prohibiting sand mining, and engineering measures, including beach nourishment and permeable submerged breakwater, in key functional areas should be taken.

barrier island; the Loong Island; shape variation; influence factors

Sep. 24, 2019

P737.1

A

1000-3096(2020)06-0022-09

10.11759/hykx20190924001

2019-09-24;

2019-12-16

河北省科學(xué)院科技計(jì)劃項(xiàng)目(19101)；河北省科學(xué)院兩院合作項(xiàng)目(191402)河北省科學(xué)院人才培養(yǎng)工程資助項(xiàng)目(2019G04)

[Science and Technology Program of Hebei Academy of Science, No. 19101; Cooperation Program of Hebei Academy of Sciences and China Academy of Sciences, No. 191402; Fund For Youth Scholars of Hebei Academy of Science, No. 2019G04]

程林(1985-), 河北定州人, 助理研究員, 碩士, 主要從事海岸帶環(huán)境變化研究, E-mail: chinachenglin@126.com; 王艷霞(1978-),通信作者, 副研究員, E-mail: chelsea_wang@126.com

(本文編輯: 劉珊珊)