王偉偉馬恭博*王傳珺高一鑒袁 蕾

(1.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心,遼寧 大連 166023;2.中交(天津)疏浚工程有限公司,天津 300451)

海岸帶承載著世界上60%以上的人口、2/3以上的大城市和經濟帶,然而,海平面的持續(xù)上升、入海泥沙的長期減少、人類活動加劇,使得海岸侵蝕和岸線后退逐漸成為威脅海岸帶持續(xù)發(fā)展的主要原因[1]。眾多學者針對海岸侵蝕災害開展了研究,在海岸侵蝕原因[2]、侵蝕機理[3-4]、海岸侵蝕模型預測[5]、災害治理與防治[6-7]等方面取得了研究成果。但是針對海岸侵蝕災害開展區(qū)域災害風險評估的研究較少,本文以?？诤０稁Ш０肚治g災害為例,采用模糊數學理論開展海岸侵蝕災害區(qū)域風險等級評價,并在此基礎上提出了相應的災害防治對策與建議。

1 區(qū)域概況

?？诤０毒€長170.9 km,海岸線類型主要包括砂質、粉砂淤泥質、生物和人工岸線四類。?？谟晌飨驏|依次分布澄邁灣(金沙灣)、?？跒澈弯伹盀场３毕愋妥詵|向西變化,鋪前灣為不正規(guī)半日潮,?？跒碁椴徽?guī)全日潮,金沙灣為正規(guī)全日潮。潮流屬正規(guī)日潮流。波浪以風浪為主,涌浪為輔,主要波向為NE、ENE向,年平均波高為0.6 m。2010年,隨著海南國際旅游島建設行動計劃的實施,海口、三亞等地的海岸帶步入了大規(guī)模的開發(fā)階段,海砂偷采活動疊加極端自然條件導致部分海岸持續(xù)侵蝕后退,嚴重干擾了沿岸居民的正常生產生活。

2 數據來源與分析

?？诤０肚治g災害評價的風況資料來源于?？谛阌⒑Ｑ笳?960—1979年實測數據,?？趶娪?級大風的平均年日數為172.2 d,占全年總日數的47.2%。降雨和風暴增水資料來源于?？跉庀笳?971—2000年實測數據,?？诘貐^(qū)年降水量相對豐富,各月均有降水,年平均降水量為1 651.9 mm。?？陲L暴增水超過50 cm以上的次數44次,年平均1.5次。土地利用資料來源于?？谑袊临Y源局2017年土地普查數據,岸線向陸200 m范圍內的海岸土地利用類型包括公路用地、村莊、旱地等26種類型。?？诤０毒€包括砂質岸線、粉砂淤泥質岸線、生物岸線和人工岸線四類。參照《海洋侵蝕監(jiān)測與災害損失評估技術規(guī)范》①國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心.海岸蝕監(jiān)測與災害損失評估技術規(guī)范,2021.,海口嚴重侵蝕岸段2處、強侵蝕岸段2處、微侵蝕岸段3處和淤積岸段4處,基中嚴重侵蝕岸段分布在五源河口海岸、長濱北五路海岸,強侵蝕岸段分布在南渡江口東側海岸和新溪角,微侵蝕岸段分布在假日海灘東側海岸、秀英港西側海岸和芙蓉河口附近海岸,其余岸段為淤積岸段②國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心.?？谑泻Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境本底調查報告,2019.。

3 評價方法與數據分析

3.1 評價指標

根據?？诤０稁暮μ攸c,結合已有數據,選取孕災類、致災類和承災類三大類指標對?？诤０肚治g災害風險進行評估,其中孕災類的指標包括高風況天數(高風況為6級強風以上)、降雨、風暴增水和海岸類型,致災類指標為海岸侵蝕強度,承災類指標為海岸土地利用類型。根據國內現有的地質災害風險評估研究方法[8-9],結合?？诘膶嶋H情況,采用三值邏輯分類體系將海口海岸侵蝕災害風險等級劃分為三級(高、中、低),具體指標和分級標準見表1。

表1 海岸侵蝕風險等級評估指標及分級Table 1 The risk assessment index and grade of coastal erosion hazard

3.2 評估模型

地質環(huán)境是一個多因素耦合的復雜動態(tài)系統(tǒng),地質災害評估需要研究的變量既包括確定可循的變化規(guī)律,又有不確定的隨機變化規(guī)律。在地質災害風險評估過程中,被評估的對象、評估方法甚至評估主體及其掌握的評估標準都具有不確定性。模糊數學方法可對某一事物進行多個因素、多個級別的評估,根據諸多因素作出綜合評判,可為地質災害風險評估中確定和不確定、精確與模糊因素之間的溝通建立良好方法。

遵循模糊數學評估原理,針對上述6類評估指標,得出海岸侵蝕災害風險模糊綜合評估因子集:

式中:u1為高風況天數指標;u2為降雨指標;u3為風暴增水指標;u4為海岸類型指標;u5為海岸侵蝕強度指標;u6為海岸帶土地利用類型指標。

海岸侵蝕災害風險等級集:

式中:v1代表風險等級為高;v2代表風險等級為中等;v3代表風險等級為低。

將模糊集轉化為多值邏輯,利用貼近度分析方法,選取一組比較適當的、具有正態(tài)分布特點的數值“0.0,0.2,0.5,0.8,1.0,0.8,0.5,0.2,0.0”以代替隸屬度函數,即用一組滿足模糊條件的數值,來表示各種評估因子對海岸侵蝕風險的影響程度,這樣就可以把各個評估因子對風險的影響程度變?yōu)殡`屬度值。同時,為了便于計算,各評估因子相應的隸屬程度應基本相等。

根據前面的評估指標分級體系,確立各個評估因子對風險等級的隸屬程度(表2),建立災害風險評估模型流程圖(圖1)。

圖1 海岸侵蝕風險評估模型Fig.1 The risk assessment model of coastal erosion

表2 評估指標風險等級隸屬度指數Table 2 The membership degree index of assessment factors risk grade

3.3 構造判斷矩陣確定評估指標權重

通過對各個要素間的兩兩比較,判斷其相對重要性,構造出判斷矩陣(表3),經由專家判定各指標相對重要性后,再通過表2利用層次分析決策過程,構造權值判別表。根據模糊矩陣原理,求出上述判斷矩陣的最大特征根及其所對應的特征向量,就可以以此特征向量作為各評估指標的加權值。在計算判斷矩陣的最大特征根和特征向量時,采用近似的求積法求其最大特征值,并進行一致性和隨機性檢驗,最終求得本次評估的權重值(表4):風況的權重值為0.068 3,降雨的權重值為0.114 9,風暴增水的權重值為0.201 4,海岸類型的權重值為0.190 8,海岸侵蝕強度的權重值為0.383 9,土地利用類型的權重值為0.040 6。

表3 評估指標重要性判斷矩陣Table 3 Comparison Matrix of evaluation index importance

表4 各評估因子的權重Table 4 The weight of assessment factors

4 結果與討論

4.1 孕災環(huán)境評估

?？陲L況對應的孕災環(huán)境等級為高(I級),年平均降水量對應的孕災環(huán)境等級為中(II級),風暴增水對應的孕災環(huán)境等級為高(I級),人工海岸對應的孕災環(huán)境等級為低(III級),砂質海岸和粉砂淤泥質海岸對應的孕災環(huán)境等級為中(II級),生物海岸對應的孕災環(huán)境等級為高(I級)(圖2)。?？诔芜~灣、西海岸和東海岸岸段的孕災環(huán)境等級為中(II級),秀英港至南渡江口岸段的孕災環(huán)境等級為低(III級),鋪前灣東部岸段的孕災環(huán)境等級為高(I級)。

圖2 孕災環(huán)境等級Fig.2 The grade of hazard formative environment

4.2 海岸侵蝕災害危險性評估

?？诖髨@村附近、南渡江東側、五源河口、長濱北五路等局部岸段發(fā)生海岸侵蝕的危險性高(I級),南渡江以東和假日海灘西部的局部岸段海岸侵蝕危險性等級為中(II級),其余岸段海岸侵蝕危險性等級為低(III級)(圖3)。

圖3 海岸侵蝕危險性等級Fig.3 The danger grade of coastal erosion

4.3 承災體脆弱性評估

?？谀隙山晕骱０稁У拇嗳醯燃壎酁楦?I級),南渡江以東至大園村附近海岸帶脆弱性等級多為中(II級)和高(I級),而大園村以東的海岸帶脆弱性等級多為中(II級)和低(III級)(圖4)。

圖4 承災體脆弱性等級Fig.4 The vulnerability grade of coastal erosion hazard-affected body

4.4 海岸侵蝕災害風險綜合評估

將前述的孕災環(huán)境、致災因子和承災體數據柵格化,考慮對應的權重,對各個指標做加權,依次得到各個柵格區(qū)域的海岸侵蝕風險等級分布(圖5)。由圖5可知,在現有的數據資料基礎上,綜合考慮孕災環(huán)境、致災因子和承災體脆弱性等多方面因素,海口海岸侵蝕災害風險總體不高。高風險區(qū)分段式分布在五源河口岸段、長濱北五路岸段、南渡江以東至大園村沿岸的局部岸段,評價分析得到的海岸侵蝕高風險區(qū)與2019年?？诒镜渍{查的海岸侵蝕分布區(qū)域基本吻合。

圖5 海岸侵蝕災害風險等級Fig.5 The risk grade of coastal erosion hazard

5 結論與建議

通過對?？诤０稁У脑袨臈l件、災害危險等級、承災條件的分析,采用模糊數學法對海口海岸帶海岸侵蝕災害風險進行綜合評價,得出海岸侵蝕災害的風險等級和分布范圍,評價結果較為理想。綜合海岸侵蝕的危險性與脆弱性評估結果可知,?？诤０肚治g高風險區(qū)分段式分布在?？诩偃蘸┚植堪抖?、長濱北五路、五源河口、南渡江向東至大園村沿岸的局部岸段,這里也是今后海岸侵蝕災害防治的重點區(qū)域。

為了遏制海岸侵蝕高風險區(qū)進一步惡化,維持沿海居民正常的生產生活,針對目前的災害現狀,提出以下幾點建議:

1)嚴格禁止近岸、近海采砂,主管部門應加強對圍填海工程的監(jiān)管,防止出現新的違法違規(guī)海上采砂活動。

2)嚴格禁止河道采砂,相關政府部門應該聯合行動,加緊出臺相應的河砂管理政策,防治南渡江流域河砂被隨意開采,以保證正常的河流入海泥沙,防控海岸的蝕退。

3)積極開展海岸侵蝕高風險岸段的整治修復工作,海岸侵蝕嚴重表明該區(qū)域的海岸已經處于嚴重的不健康狀態(tài),依靠海岸自身的修復能力已經無法恢復到健康狀態(tài),建議相關主管部門根據海岸侵蝕的主要原因開展針對性的整治修復工作。