陳堅(jiān) 李家康

CHEN Jian，LI Jia-kang

海岸線是陸地與海洋的分界線，其并非固定不變[1]，而是漲落潮之間無數(shù)海陸分界線的集合。廣東省大陸海岸線長4 114 km，居全國首位[2]?！蛾P(guān)于加快推進(jìn)海岸線生態(tài)修復(fù)和重點(diǎn)海灣整治工作的通知》(粵自然資修復(fù)發(fā)〔2019〕27 號)中提出實(shí)施生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程，圍繞自然岸線保護(hù)修復(fù)、魅力海灘打造、海堤生態(tài)化、濱海濕地恢復(fù)、美麗海灣建設(shè)五大工程開展。江門市屬于海岸線生態(tài)修復(fù)段，開展海岸線整治修復(fù)意義重大：確保大陸自然岸線保有率不降低，濕地環(huán)境有效修復(fù)，海岸線及灣區(qū)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，在沿海岸線產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上管理規(guī)范化。

海岸線自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估，涉及：從海面相對上升、入海泥沙量減少、風(fēng)暴潮3 個角度分析海岸侵蝕[3]；從海平面上升、風(fēng)暴潮2 個角度評估區(qū)域的淹沒風(fēng)險(xiǎn)[4]；從氣象災(zāi)害、海洋災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害3 個方面探討自然擾動的影響[5]；強(qiáng)降雨導(dǎo)致的洪澇災(zāi)害、鹽水倒灌和入侵探討對整個生態(tài)系統(tǒng)的影響[6~7]；或總結(jié)自然災(zāi)害的演變特征[8]等等。

1 海岸線生態(tài)環(huán)境的影響因子

1.1 研究區(qū)域

海宴鎮(zhèn)為江門市臺山下轄鎮(zhèn)域，研究范圍為90.56 km2（圖1），海岸線全長約28.9 km，其自然岸線主要為平原砂質(zhì)岸線、基巖岸線及淤泥質(zhì)岸線3 種。區(qū)域內(nèi)污染源含工業(yè)污染、養(yǎng)殖污染、船舶污染、生活污染，核心為漁港、船舶排污以及海水養(yǎng)殖排污。岸線旁的人工圍堤不僅減少自然灘涂，還將岸線割裂為4 段。海岸線的破碎化打斷正常的生態(tài)過程，破壞海岸生態(tài)系統(tǒng)，使生物多樣性銳減，削弱岸線抵抗海水侵蝕的能力，加劇了人與海的矛盾。

1.2 人類活動影響

由于人工開采灘涂以及圍海造田，自然岸線由原來的28.9 km 減少到14.9 km，自然灘涂損失面積20.28 hm2（圖2）。場地海岸線變化主要經(jīng)歷3 個階段：1）初期海岸開發(fā)集中在河口位置，以人工采挖河口礁石灘為始，逐步改造為蠔田；2）中期（1984 年）因鎮(zhèn)海灣東岸泥沙淤積，具備土壤條件，主要開發(fā)此地；3）后期主要填補(bǔ)神頭灣等灣位，形成新一輪蠔田①依據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）網(wǎng)站上公開的場地過去幾十年的衛(wèi)星圖（20 世紀(jì)60—90 年代）進(jìn)行研判、計(jì)算所得。。

圖1 研究區(qū)域

圖2 海宴鎮(zhèn)歷史岸線變化（1967-2019）

1.3 自然災(zāi)害影響

1.3.1 長期自然災(zāi)害

1）洋流導(dǎo)致的海水侵蝕

海水沿：一定途徑的大規(guī)模流動形成洋流，根據(jù)Earth NullSchool②Earth NullSchool 是一個線上交互全球地圖網(wǎng)站，可以查看風(fēng)、天氣、海洋、污染情況，從其中獲取了2019 年全年的南海洋流情況。實(shí)時地球環(huán)境監(jiān)測的南海洋流數(shù)據(jù)，判斷出川山群島片區(qū)主要受到來自西南向的沿岸洋流作用[9]。場地位于川山群島北側(cè)，處于廣海灣與鎮(zhèn)海灣相接的岬頭處，由于受到西南向的洋流沖擊最多，場地東側(cè)易受侵蝕。洋流能帶來持續(xù)性海浪，使得海水動力強(qiáng)化：退潮速度大于漲潮速度，帶走泥沙；海平面上升，使潮水位增高；風(fēng)暴潮頻率增加，大浪沖刷海岸。而且人為采挖以及攔河筑壩導(dǎo)致河流入海泥沙量減少，沿岸泥沙虧損，加劇了海水侵蝕[1]。在海水侵蝕下，海水倒灌，造成土地鹽漬化；海岸線后退，潮間帶生境被破壞。

2）海平面上升導(dǎo)致的海岸侵蝕

近30 年來，我國沿海平均高潮位明顯上升，潮差增加，潮流沖刷作用增強(qiáng)。海平面上升對砂質(zhì)岸線影響明顯，是我國海岸侵蝕的普遍原因，過程緩慢但積累作用明顯，未來受其影響而發(fā)生海岸侵蝕的比重將不斷增大。海平面上升通過增強(qiáng)海洋動力、破壞海岸物質(zhì)平衡和穩(wěn)定性、加大風(fēng)暴潮災(zāi)害力度，加劇海岸侵蝕[10]。

1.3.2 極端氣候下的自然災(zāi)害

1）臺風(fēng)侵襲風(fēng)險(xiǎn)及落石風(fēng)險(xiǎn)

臺風(fēng)是由原先存在的熱帶低壓擾動發(fā)展而形成的，帶來的直接災(zāi)害包括狂風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮[11]。根據(jù)國家氣象局?jǐn)?shù)據(jù)，1949—2018 年共有28 次臺風(fēng)經(jīng)過臺山，是廣東受臺風(fēng)影響最頻繁的地區(qū)。隨著全球氣候的變化，臺風(fēng)的頻率、風(fēng)力、波及范圍均成上升趨勢，“山竹”“帕卡”“天鴿”均為近三年的超強(qiáng)臺風(fēng)。其中，“山竹”在海宴鎮(zhèn)登陸，造成14 個市緊急避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移和安置95.1 萬人，直接經(jīng)濟(jì)損失約52 億元[12]。

落石作為一種地質(zhì)災(zāi)害，屬于崩塌的表現(xiàn)形式，包括巖石碎片的分離和自由落體，其影響因子③落石風(fēng)險(xiǎn)影響因子簡化后重點(diǎn)考慮斜坡坡度、受風(fēng)影響程度兩大要素，判斷落石風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域?？砂襟w各物理性特征（斜坡高度、地質(zhì)特征、落石大?。?、誘發(fā)落石的外界要素（降雨、受風(fēng)）和歷史落石頻率等[13]。研究區(qū)域山體主要為碎石山，容易產(chǎn)生落石災(zāi)害，中小型落石對人民的生命財(cái)產(chǎn)造成威脅，大型落石給基礎(chǔ)設(shè)施帶來嚴(yán)重破壞，甚至造成水土流失或在江河中形成容易潰決的堰塞湖。

2）風(fēng)暴潮導(dǎo)致沿岸受海水淹沒

風(fēng)暴潮是由于劇烈的大氣擾動如強(qiáng)風(fēng)和氣壓驟變，海水異常升降，海區(qū)潮位大大超過平常潮位的現(xiàn)象。風(fēng)暴潮災(zāi)害會導(dǎo)致農(nóng)田淹沒，海岸工程、船只損毀，水產(chǎn)養(yǎng)殖物丟失、死亡等社會經(jīng)濟(jì)重大損失[14]。臺山沿海區(qū)域局部地勢低平，位于廣東中部沿海地區(qū)百年一遇風(fēng)暴潮極高危險(xiǎn)區(qū)[15]。2018 年“山竹”登陸時最大風(fēng)力14級（45 m/s），珠三角及附近沿海全線超過紅色警戒潮位，帶來特大暴雨（日最大426 mm）和1.75 m 風(fēng)暴增水，近岸海域出現(xiàn)4~7 m 巨浪。

2 海宴鎮(zhèn)海岸線自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 水環(huán)境模擬

2.1.1 海岸侵蝕模擬

Bruun 模式是指Bruun（1962 年）提出的海面上升導(dǎo)致海岸侵蝕后退的基本假設(shè)，根據(jù)海洋研究科學(xué)委員會（SCOR）1989 年工程組的做法，Bruun 法則可用下述方程粗略計(jì)算：

其中，R為岸線后退速率；S為海平面上升量；h為近岸沉積物分布的水深限度；L為水深h到岸線的距離；B為灘肩高度[16]。目前廣東海平面上升的速率為3.2 mm/y[17]，對小灣沙灘海岸線海底剖面進(jìn)行分析，h=2 m 時剛好到沙灘沉積邊緣線，對應(yīng)L=1.08 km，B現(xiàn)場觀測約為2.5 m，因此計(jì)算R=0.77 m/y，即到2100 年沙灘線后退約60 m。以30 年、50 年、80 年淹沒區(qū)、極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（處在淹沒區(qū)，但存在丘陵、河壩等屏障）、未淹沒區(qū)的分類方法，對基地進(jìn)行淹沒分析，之后將不同年份海平面上升淹沒區(qū)疊加（圖3），發(fā)現(xiàn)海宴鎮(zhèn)平原地區(qū)在80 年后被淹沒，豬山東側(cè)沿河低地、華僑農(nóng)場周邊以及沙邊河口平原更容易形成海水回灌。

2.1.2 風(fēng)暴潮淹沒模擬

通過漲潮數(shù)據(jù)、臺風(fēng)風(fēng)暴潮數(shù)據(jù)、暴雨數(shù)據(jù)（表1），建立地表水文模型，利用ArcGIS 數(shù)據(jù)管理和柵格計(jì)算器工具，運(yùn)用無源淹沒①通過比較高程的方式得出淹沒區(qū)域，低于某一高程即被淹沒。分析，初步確定進(jìn)水處。

結(jié)果中顏色較深處是高程低、容易被淹沒的地方，對比在漲潮、暴雨、臺風(fēng)3 種情況下的淹沒結(jié)果，發(fā)現(xiàn)：1）豬山東北和北部大部分區(qū)域以及沿海山體相夾的平原區(qū)域均為易淹沒區(qū)；2）淹沒范圍均較大，3 種結(jié)果趨同，地勢平坦處廣泛且集中，山體和平原區(qū)分明顯，若無堤岸防護(hù)則沿海區(qū)域及內(nèi)部低平區(qū)域均容易被淹沒。將3 種情況疊加分析（圖4），初步得出5 個易淹沒區(qū)：公角水閘（A）、東灣基圍養(yǎng)殖區(qū)（B）、望頭灣區(qū)（C）、赤坎河口（D）、姐妹山南部（E）。采用種子蔓延算法②用以證明無源淹沒模擬結(jié)果，原理是擴(kuò)散至高程比擴(kuò)散點(diǎn)低的地方，直到周邊高程比它高為止。，在Visual Studio③Windows 平臺應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境。上進(jìn)行有源淹沒模擬，發(fā)現(xiàn)望頭灣沿岸被淹沒，說明最容易被淹沒的區(qū)域是望頭灣區(qū)（沿海有養(yǎng)殖，內(nèi)部多農(nóng)田）。

圖3 海平面上升淹沒區(qū)域

表1 海水淹沒氣象數(shù)據(jù)

2.2 風(fēng)環(huán)境模擬

2.2.1 臺風(fēng)侵襲模擬

以臺風(fēng)“山竹”“天鴿”為模擬對象，從國家氣象數(shù)據(jù)中心獲取場地附近的川山群島站點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)，利用臺風(fēng)季累月最大風(fēng)向與風(fēng)速進(jìn)行加權(quán)平均，得到臺風(fēng)季平均最大風(fēng)速為46 m/s，風(fēng)向角度與正北方向順時針夾角122.535°。模擬過程如下：通過Global Mapper 獲取地理信息模型，并在Rhino 中處理成場地與區(qū)域2 個不同尺度，用于不同深度分析；利用Google Earth 定位，疊合地理地圖與模型；隨后，運(yùn)用Phoenics④Phoenics 是工程技術(shù)中廣泛運(yùn)用的模擬軟件，建筑領(lǐng)域中常用于室內(nèi)外環(huán)境模擬，本文用其進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬。進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬，進(jìn)入計(jì)算截面進(jìn)行預(yù)模擬，若發(fā)現(xiàn)參數(shù)不收斂、誤差指數(shù)不下降或質(zhì)量不守恒，則重新調(diào)節(jié)網(wǎng)格與迭代參數(shù)，直至最終收斂。

結(jié)果表明，在臺風(fēng)“山竹”影響下，神頭角附近是路口灣的臨時避風(fēng)區(qū)，但其最易受臺風(fēng)沖擊；青山咀后的山腳區(qū)不宜被開發(fā)為農(nóng)田；赤坎河口易受臺風(fēng)影響，海水大量涌入河道，形成海水倒灌；海僑經(jīng)濟(jì)區(qū)和佑村處在弱風(fēng)區(qū)，抗風(fēng)條件好。在臺風(fēng)“天鵝”影響下，青山咀后的山腳區(qū)以及望頭村平原區(qū)均不宜被開發(fā)為農(nóng)田；赤坎河口同樣易形成海水倒灌；海僑經(jīng)濟(jì)區(qū)處在弱風(fēng)區(qū)。

將兩次臺風(fēng)模擬結(jié)果疊合（圖5），得到：1）臺風(fēng)主要影響面積約為31.6 km2，包括26 個村莊，只有五豐村等5 個村莊處于風(fēng)安全區(qū)；預(yù)計(jì)受風(fēng)暴影響減產(chǎn)的農(nóng)田面積約14.2 km2。2）沿岸的4 個民用碼頭、2 個避風(fēng)港，只有公角水閘避風(fēng)港能起到避風(fēng)作用。3）臺風(fēng)常年登陸于豬山和姐妹山之間，形成風(fēng)廊效應(yīng)，引導(dǎo)大風(fēng)進(jìn)入赤坎河平原。雞籠山、姐妹山是主要的丘陵防風(fēng)山體，鹿崗山能起到一定的遮蔽作用，風(fēng)廊位置缺少防風(fēng)林，村莊臨近的風(fēng)水林能起到部分的防風(fēng)效能，但整體遮蔽效果不佳。

2.2.2 落石風(fēng)險(xiǎn)模擬

獲取場地DEM 數(shù)據(jù)①DEM，Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型的簡稱，獲取來源地理空間數(shù)據(jù)云。之后，在ArcGIS 中處理成坡度數(shù)據(jù)。山體最高坡度42°位于雞籠山南側(cè)，常年受風(fēng)侵蝕，導(dǎo)致南側(cè)坡較陡峭；山頂有部分平坦區(qū)域，主要分布于北向坡。與臺風(fēng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加得到落石風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（圖6），坡度越高、受風(fēng)影響越大的區(qū)域落石風(fēng)險(xiǎn)越大，不適宜做永久性建設(shè)。其中以雞籠山西南和姐妹山風(fēng)險(xiǎn)性最大，應(yīng)減少開發(fā)和活動區(qū)建設(shè)；可通過增設(shè)護(hù)欄、調(diào)整游徑設(shè)置等方式，避開高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，從而規(guī)避落石危害。

圖4 海岸線淹沒疊加

圖5 臺風(fēng)強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)評估

圖6 落石風(fēng)險(xiǎn)分析

2.3 自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)疊加

選擇場地面臨的四大災(zāi)害—海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)、臺風(fēng)侵襲風(fēng)險(xiǎn)、海水入侵（風(fēng)暴潮）風(fēng)險(xiǎn)、落石風(fēng)險(xiǎn)作為指標(biāo)，為了平衡單一數(shù)據(jù)數(shù)值的差異性，將數(shù)據(jù)在ArcGIS 中進(jìn)行重分類，再進(jìn)行統(tǒng)一疊加，得到自然災(zāi)害下生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估圖（圖7）。結(jié)果表明：1）英菅頂與深水角處于較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，受水文氣候影響大，應(yīng)劃定紅線進(jìn)行嚴(yán)格保護(hù)；2）圍海養(yǎng)殖區(qū)是集中的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，重點(diǎn)地段應(yīng)拆除圍基進(jìn)行修復(fù)；3）東南沙邊河口區(qū)域受極端氣候影響范圍最廣，小灣沙灘灣區(qū)、瓦窯灣北沙灘、灣區(qū)岬角以及山體南側(cè)迎風(fēng)面需要進(jìn)行保育。

3 基于自然災(zāi)害的海岸線生態(tài)修復(fù)景觀策略：海防景觀一體化

海防景觀一體化指“景觀+基礎(chǔ)設(shè)施”形成的應(yīng)對海岸線生態(tài)修復(fù)的特殊景觀模式，包含以下4種模式（圖8~9）：

1）多重生態(tài)防護(hù)體系—防御臺風(fēng)風(fēng)暴潮

基于臺風(fēng)、風(fēng)暴潮分析，建立多重生態(tài)防護(hù)體系[18]：一是離岸潛水壩，長期可演變?yōu)殡x岸生態(tài)沙洲；二是生態(tài)防波堤，在尊重沿海產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，結(jié)合蠔田圍基改造而成；三是紅樹林，基于臺風(fēng)強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)評估、漲落潮模擬、土壤沉積物、咸淡水交匯條件劃定種植區(qū)域；四是近岸防浪沙丘，基于現(xiàn)狀沙灘進(jìn)行生態(tài)保育；五是復(fù)合防風(fēng)林帶，基于臺風(fēng)強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)評估，補(bǔ)齊防風(fēng)林短板，形成無缺口防風(fēng)林帶。

2）河海共治—河口污染治理生態(tài)過程

從“河流-河口-海灣”生態(tài)系統(tǒng)角度，河口生態(tài)修復(fù)形成“上游-中游-下游”的連續(xù)治理體系[19]。上游受海宴河水沖刷、泥沙侵蝕，對其治理以恢復(fù)植被，防治水土流失為重；中游受河水與海水共同作用，應(yīng)承擔(dān)起“緩沖器”角色，轉(zhuǎn)化海宴河水體污染物；下游營養(yǎng)鹽豐富、泥沙沉積，對其開展海草床生態(tài)修復(fù)與物種保護(hù)。

3）海水稻種植—緩解土地鹽堿化

替換原高污染養(yǎng)殖業(yè)，種植海水稻Oryza sativa。其植株高可達(dá)2 m，抗鹽堿、倒伏，不需施肥和農(nóng)藥，長勢快且成熟迅速[20]，并且可結(jié)合藝術(shù)處理形成海水稻特色大地景觀。

4）“彈性”海岸—海防濱水活動帶

采用沙丘、灘肩補(bǔ)沙以及植物固沙的方法拓展海灘寬度，不但御風(fēng)抗浪，且緩解岸灘侵蝕。沙丘可作為景觀元素，通過場景植入，增強(qiáng)沿海公路兩側(cè)連通性，內(nèi)外連接；可增強(qiáng)沙丘平行方向上的延伸性，作為綠道、隔濾帶、零售賣場等，使其成為海防濱水活動帶[21]。

圖7 自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)疊加

圖8 海防景觀一體化應(yīng)用分布圖

4 結(jié)論與展望

文章通過長期自然災(zāi)害、極端氣候下自然災(zāi)害（臺風(fēng)、風(fēng)暴潮、海岸侵蝕、落石危害）的數(shù)據(jù)模擬，嘗試建立自然災(zāi)害對海岸線生態(tài)修復(fù)的影響機(jī)制聯(lián)系，并基于成果的可視化分析，為海宴鎮(zhèn)海岸線生態(tài)修復(fù)“海防景觀一體化”策略的可行性打下基礎(chǔ)。

研究顯示：海宴鎮(zhèn)海岸線生態(tài)環(huán)境高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在圍海養(yǎng)殖、沙邊河口區(qū)域，需劃定紅線進(jìn)行嚴(yán)格保護(hù)及修復(fù)。應(yīng)對臺風(fēng)風(fēng)暴潮風(fēng)險(xiǎn)，沿海可建立“離岸潛水壩+紅樹林+生態(tài)防波堤+防浪沙丘+防風(fēng)林”的多重生態(tài)防護(hù)體系，御風(fēng)抗浪；應(yīng)對區(qū)域內(nèi)由攔河筑壩、漁港及海水養(yǎng)殖排污造成的河口生態(tài)系統(tǒng)退化，可通過河海共治進(jìn)行改善；應(yīng)對海水倒灌造成的土地鹽堿化，采用海水稻種植進(jìn)行土壤治理；采用“彈性”海岸的空間模式，將濱水活動同海防聯(lián)系起來。

近年來國家、廣東省分別出臺《海岸線保護(hù)與利用管理辦法》《廣東省海岸帶綜合保護(hù)與利用總體規(guī)劃》等政策和規(guī)劃，大力推動“藍(lán)色海洋”等相關(guān)海岸生態(tài)治理及利用的項(xiàng)目實(shí)施，故在基礎(chǔ)研究上需要更為綜合和創(chuàng)新性的探索。面對海岸線生態(tài)修復(fù)的復(fù)雜情況，在應(yīng)對自然災(zāi)害影響上，海岸線環(huán)境修復(fù)效能與數(shù)據(jù)模擬對照評估、跨專業(yè)整合以及針對性的生態(tài)修復(fù)景觀規(guī)劃方法，仍有廣闊的空間。

圖9 海防景觀一體化模式圖

致謝：研究基礎(chǔ)來自華南理工大學(xué)2015 級風(fēng)景園林系畢業(yè)設(shè)計(jì)，感謝李耀成、陳冠宇、聶則菲、蔣圓圓、劉思宇同學(xué)為本研究作出的貢獻(xiàn)。