海岸帶是固液氣三相交互的特殊地帶,也是經(jīng)濟發(fā)達(dá),人口稠密和矛盾突出的地帶。人與海岸線的矛盾日益突出,加劇了海岸侵蝕的破壞程度,與此帶來的一系列問題引起了諸多學(xué)者的探索和研究。本文旨在結(jié)合國內(nèi)外最新的研究成果介紹述砂質(zhì)海岸、軟巖質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)海岸的侵蝕機制,并剖析侵蝕的原因及危害,給出對應(yīng)的防護與修復(fù)方法,重點闡述生態(tài)防護與修復(fù)方法,從研究方法與手段等方面給出相應(yīng)的思考,對今后的侵蝕研究和修復(fù)工作進(jìn)行了展望。
海岸帶處于海洋、陸地和空氣三帶的交界處,是一個極為敏感的地帶,在風(fēng)、浪、潮、流和人類活動的影響下極易造成海岸的泥沙收支不平衡,導(dǎo)致海岸線后退、海灘下蝕等一系列的海岸侵蝕現(xiàn)象。海岸帶海洋資源豐富,僅只占世界陸地面積10%的海岸帶區(qū)域居住著世界60%的人口。我國海洋局發(fā)布的《2018年中國海洋經(jīng)濟統(tǒng)計公報》顯示,2018年全國海洋生產(chǎn)總值83415億元,海洋生產(chǎn)總值占國內(nèi)生產(chǎn)總值的9.3%。據(jù)908專項調(diào)查結(jié)果報告,我國大陸海岸總侵蝕岸線為3255.3km,砂質(zhì)海岸線的侵蝕2463.4 km,占我國砂質(zhì)海岸的49.5%；淤泥質(zhì)海岸線侵蝕為791.9km,占我國粉砂淤泥質(zhì)海岸的7.3%,已經(jīng)嚴(yán)重影海洋經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。海岸侵蝕的防護與修復(fù)應(yīng)運而生,在此之前海岸大多采用硬性防護,如海堤、防波堤、丁壩,以及少數(shù)軟性防護,隨著綠色環(huán)保深入人心,同時貫徹和響應(yīng)我國的 “開展藍(lán)色海灣整治行動”,國家統(tǒng)籌支持地方開展“藍(lán)色海灣”“南紅北柳”“生態(tài)礁島”等生態(tài)修復(fù)工程,可以看到,未來的防護與修復(fù)將會是以生態(tài)防護與修復(fù)為主。
長期以來,一系列的人類活動加上難以預(yù)測的自然災(zāi)害加劇了海岸侵蝕的程度,相關(guān)學(xué)者針對不同侵蝕的侵蝕現(xiàn)象做了大量工作,為海岸帶的防護與修復(fù)提供了科學(xué)依據(jù)。本文簡述和討論國內(nèi)外近年來海岸侵蝕相關(guān)理論研究情況,包括海岸侵蝕機理、侵蝕原因和危害,探索海岸防護與修復(fù)的方法,從研究方法與手段等方面給出相應(yīng)的思考,希望對今后的海岸侵蝕研究和修復(fù)工作有一定的幫助。
海岸侵蝕是指海岸帶系統(tǒng)內(nèi)沉積物的虧損狀況或海岸線的變化,海岸侵蝕的研究最早始于20世紀(jì)初期,1906年英國專門成立一個整治海岸侵蝕的皇家委員會,于1949年制定了英國《海岸保護法》。
20世紀(jì)60年代,美國針對自己海岸侵蝕情況編制了海岸侵蝕圖集；1972年,國際地理學(xué)會成立“海岸侵蝕動態(tài)小組”,目的是發(fā)動世界各地相關(guān)科學(xué)家收集相關(guān)資料。1974年,Bird教授撰寫了“百年來的岸線變化”報告,對世界各地岸線變化變化和原因進(jìn)行了評論,此后海岸侵蝕研究就被納入國家海洋科學(xué)委員會的計劃。本文分別從砂質(zhì)海岸的侵蝕機制、軟巖的海岸侵蝕機制和淤泥質(zhì)海岸侵蝕的機制展開敘述。
最早由Bruun提出Bruun法則,用于評判海平面上升引起的海岸侵蝕,但由于此法則做了大量的假設(shè),實際工程不適用,后來經(jīng)多位學(xué)者修正完善,才成功將其用于實際工程中。1968年Edelman提出岸灘沙丘侵蝕預(yù)測方法,Graff等對其方法進(jìn)行了改進(jìn),但由于現(xiàn)場實測資料匱乏,侵蝕量預(yù)測僅僅是基于較粗略的假設(shè)。Dean等通過對美國Plam沙灘的多年觀察,確定了防波堤波浪作用下波浪對海岸侵蝕的影響。日本學(xué)者Uda的研究團隊研究發(fā)現(xiàn),漁港工程引起的海岸侵蝕是因為阻擋了沿岸輸沙。Barrie等研究了加拿大太平洋地區(qū)的海岸,詳細(xì)評述了海平面變化對海岸的影響機制制作,認(rèn)為海平面變化在海岸演化過程中起主導(dǎo)作用。Pethick認(rèn)為海岸地貌的變遷是對垂直和平行于海岸的動力因素的響應(yīng)。
我國對砂質(zhì)海岸侵蝕起步相對比較晚,且停留在定性和半定量分析,大部分主要集中在海岸侵蝕原因、影響因素和危害方面。少數(shù)以海岸灘涂蝕退及海岸地貌變化過程為目標(biāo),通過沿岸及垂岸輸沙率變化、岸線形態(tài)變化以及剖面變化來研究海岸變化過程和海岸海灘的穩(wěn)定性。黎奕宏以順岸硬式防護工程、漁港防波堤垂岸工程以及人工島離岸工程為研究對象,運用地質(zhì)地貌調(diào)查、海灘岸線和剖面測量、衛(wèi)星影像圖對比分析等相結(jié)合的研究方法探討了3類海岸工程對相鄰海灘岸線形態(tài)和剖面形態(tài)的影響機制和原因。李漢英等結(jié)合多時相遙感影像和四期實測岸灘數(shù)據(jù),探討日月島工程的建設(shè)對日月灣海岸的沖淤影響。田會波等在萬寧東部海岸建立了海岸動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),經(jīng)過5年的觀察和監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)在季節(jié)變化中海岸呈現(xiàn)夏秋侵蝕冬春淤積的規(guī)律,在年際變化中,海岸總體呈侵蝕趨勢,但相鄰年份間又呈現(xiàn)侵蝕和淤積相間的現(xiàn)象。顧佳凱整理分析如東近岸海域地形、水文、遙感影像等數(shù)據(jù)資料,應(yīng)用GIS、RS和Delft 3D數(shù)學(xué)模型等技術(shù),揭示岸灘的演變特征、海域的沖淤變化情況。同時,通過遙感影像的分析,研究黃沙洋和爛沙洋水道的變遷情況,結(jié)合海域水文動力場、泥沙來源及輸沙特征,從多角度闡述如東岸灘沖淤演變的機理。
除此之外還有一些極端氣候條件也會造成砂質(zhì)海岸海灘的侵蝕變化,臺風(fēng)(或颶風(fēng))引起的大浪和風(fēng)暴潮是造成海岸嚴(yán)重侵蝕的極端氣候事件,風(fēng)暴作用對砂質(zhì)海岸岸灘的變化影響是不容忽視的影響。
Wise等在基于Krieble和Dean兩者的平衡剖面的基礎(chǔ)上,提出了風(fēng)暴作用下的海灘侵蝕模型模型(S beach模型),評估沙丘侵蝕趨勢,該模型認(rèn)為海灘—沙丘平衡剖面能消散來波能量,之后Roelvink等在此基礎(chǔ)上建立了二維的(S beach模型),并證明了其準(zhǔn)確性。Dongeren等用XBeach模型模擬了歐洲9個海灘在風(fēng)暴環(huán)境下的侵蝕過程,模擬結(jié)果較好,但同時也發(fā)現(xiàn)XBeach存在的不足。于1996年Leont’yev提出一種受暴風(fēng)浪影響的海灘剖面周期變化模型,且此模型經(jīng)過了實測數(shù)據(jù)的驗證。
2000年Sallenger首次將風(fēng)暴潮對沙丘的作用分為4種機制,分別為沖刷、沙丘沖蝕和沖越以及障壁島淹沒。Coco等、Lee等研究和論證了連續(xù)風(fēng)暴對沙丘的侵蝕,提出連續(xù)風(fēng)暴帶來的侵蝕更嚴(yán)重的觀點。研究風(fēng)暴對砂質(zhì)海岸的侵蝕,不僅僅通過數(shù)值模型來探討,在模型試驗和實地長期勘測也有應(yīng)用。Palmsten等于2012年用模型試驗研究美國東北海岸1998年遭遇的風(fēng)暴襲擊。Ruz 等和Pye等通過對法國Wissant Bay砂質(zhì)海岸和英國的Sefton砂質(zhì)海岸實地考察和監(jiān)測后,提出風(fēng)暴潮對海岸侵蝕的機制。
國內(nèi)大多數(shù)研究風(fēng)暴潮對砂質(zhì)海岸侵蝕時采用傳統(tǒng)的地理學(xué)的定性、半定量的方法,在海岸地形與水動力耦合方面的研究較少。最早是1988年倪孟書研究福建海岸動態(tài)變化,提出風(fēng)暴潮對海灘作用存在著可逆和不可逆兩種過程。陳子燊等分析了粵西水東灣“8616”號臺風(fēng)作用下海灘剖面地形動力與侵蝕機制,定性討論了剖面形式對泥沙輸運方向機侵蝕或淤積部位的差別。蔡峰等對“9914”號臺風(fēng)襲擊廈門島進(jìn)行研究,認(rèn)為不同走向的海岸灘地形對同一風(fēng)暴潮過程具有不同響應(yīng)特征。戚洪帥等對華南8處海灘6次風(fēng)暴前后的調(diào)查資料進(jìn)行了分析,探討了剖面的響應(yīng)特征：耗散型沙灘主要表現(xiàn)為濱后的沙丘侵蝕和濱前灘面調(diào)整,低潮階地型海灘上部灘面響應(yīng)劇烈；沙壩型海灘在風(fēng)暴期間通常表現(xiàn)為灘肩的侵蝕和沙壩的向海遷移或潮間帶沙壩夷平消失,無護岸和濱后沙丘發(fā)育的海灘易產(chǎn)生沖越。李文善采用SWAN 波浪模型及ADCIRC潮流模型模擬了平潭灣水動力場,并作為岸灘演變XBeach模型的輸入條件,分別驗證了平潭龍風(fēng)頭岸灘修復(fù)工程區(qū)域四條監(jiān)測剖面。
國外砂質(zhì)海岸的侵蝕研究十分成熟,但在一些領(lǐng)域還需要探索,比如風(fēng)暴作用下對海岸的耦合機制、連續(xù)風(fēng)暴作用情況下岸灘的演變。我國在砂質(zhì)海岸侵蝕領(lǐng)域尚有待更進(jìn)一步探索和研究,目前還停留在定性和半定量的情況分析風(fēng)暴潮對海岸的侵蝕,且對其侵蝕機制也還停留在定性的描述,大多通過監(jiān)測和統(tǒng)計的方法來探討。
軟巖質(zhì)海岸是由弱巖化或半固結(jié)物質(zhì)組成,所以自身抗侵蝕能力弱,是所有海岸中受侵蝕最嚴(yán)重的。Lajoie等認(rèn)為波浪運動是海崖侵蝕的主要作用因素。Hampton對北佛羅里達(dá)州多個地區(qū)的海崖蝕退研究后,認(rèn)為地表徑流滲透是引起海崖侵蝕后退的主要原因,而波浪的作用可能次要的驅(qū)動因素。
Duperret等認(rèn)為暴雨是海崖發(fā)生破壞的主要觸發(fā)機制,同時通過水文文地質(zhì)概念模型說明了水平方向和垂直方向上水的作用。Young等應(yīng)用激光雷達(dá)對加州德爾馬2.5km的軟巖質(zhì)海岸進(jìn)行9年半的檢測,發(fā)現(xiàn)軟巖的侵蝕還存在季節(jié)性變化,與侵蝕程度還與暴風(fēng)雨之間有著巨大的聯(lián)系。Collions等對美國加利福尼亞州北部一處弱巖化砂質(zhì)海岸斷崖地區(qū)進(jìn)行5年的詳細(xì)的實地考察和高分辨率陸地激光雷達(dá)掃描,最終得出結(jié)論：膠結(jié)砂崖破壞是由于波浪作用引起的坡面侵蝕變化,在破壞前最大坡度可達(dá)65°；中度膠結(jié)砂崖破壞是由于降水誘發(fā)的地下水滲流,導(dǎo)致抗拉強度降低和抗拉斷裂。Brooks等對uffolk軟巖質(zhì)海岸進(jìn)行監(jiān)測分析,結(jié)果表明,海岸風(fēng)、高水位、風(fēng)暴潮及暴雨對軟巖的侵蝕由嚴(yán)重影響特別是兩種或多種的耦合作用下更嚴(yán)重。我國學(xué)者劉建輝針對福建軟巖質(zhì)海岸進(jìn)行研究,認(rèn)為降雨滲透是引起海岸侵蝕的主要原因,波浪和潮流是次要原因。
軟巖質(zhì)海岸侵蝕機理比較復(fù)雜,但主要受波浪、降雨、暴風(fēng)潮巖石特性和地震影響。結(jié)合前人的研究,目前對于海崖后退的侵蝕機制還沒有達(dá)成統(tǒng)一,大多理論來自于實地勘測和分析得出的,因地理位置不同,水文、潮汐和巖石特性也就不同,得出的結(jié)論也就不同,而且大多都只從單方面因素去研究侵蝕問題,眾多因素耦合作用下的理論研究就更少,所以軟巖質(zhì)海岸侵蝕機制還需更加深一步結(jié)合實地進(jìn)行研究。目前我國對軟巖質(zhì)海岸侵蝕這一領(lǐng)域研究甚少,雖然我國的軟巖質(zhì)海岸占比并不多,但侵蝕破壞程度最為嚴(yán)重,也是一個有待解決的問題。
淤泥質(zhì)海岸侵蝕研究是在砂質(zhì)海岸研究的基礎(chǔ)上建立起來的,到20世紀(jì)50年代才進(jìn)行較為系統(tǒng)的潮灘水動力調(diào)查。Postma在研究荷蘭北部瓦登海的淤泥質(zhì)潮灘時，提出了“沉積滯后”作用,后來Straaten和Kenen又提出了“沖刷滯后”作用。多位學(xué)者對濱海沼澤的淤泥質(zhì)海岸侵蝕機制進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)淤泥質(zhì)海岸侵蝕的主要原因是海平面上升和泥沙供應(yīng)不足,波浪只是侵蝕的次要原因,并提出要治理沼澤是要增加沉積作用而不是波浪保護的防護措施。
我國對淤泥質(zhì)海岸侵蝕機制的研究的理論比較成熟。陳吉余等首先對渤海灣南部淤泥質(zhì)岸灘的平衡剖面塑造過程進(jìn)行研究強調(diào)了組成物質(zhì)對淤泥質(zhì)潮灘剖面塑造的重要性,淤泥質(zhì)海岸侵蝕研究在我國拉開了序幕。接著任美鍔對淤泥質(zhì)潮灘進(jìn)行命名,且把我國淤泥質(zhì)潮灘進(jìn)行分類,按照地形分為開敞型、港灣型和河口型,按照潮灘的蝕積動態(tài)分為淤進(jìn)型和蝕退型。陳俊才對淤長型淤泥質(zhì)潮灘進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)其灘剖面形態(tài)為雙凸形,上、下凸點分別位于平均高潮位和平均低潮位(偏上)附近,并且發(fā)現(xiàn)供沙量越大、沉積速度越快的潮灘,雙凸形潮灘剖面形態(tài)越明顯,侵蝕作用增強的潮灘剖面形態(tài)向下凹形發(fā)展。樊社軍等、以連云港淤泥質(zhì)海岸為例建立了灘侵蝕堆積動力機制和剖面模式,指出波浪是侵蝕性岸灘侵蝕的主要動力因子,潮流主要起運移擴散泥沙的作用。在堆積型岸段,潮流則是岸灘塑造的主要動力,波浪作用退居次要地位,并在此基礎(chǔ)上建立了淤積型海岸剖面堆積過程的數(shù)學(xué)模型。王艷紅等通過對江蘇多處淤泥質(zhì)研究,發(fā)現(xiàn)在淤長型和侵蝕型岸段之間,存在著一種由淤積到侵蝕的過渡型岸段,并發(fā)現(xiàn)過渡型岸段具有上部淤積下部沖刷、沖刷逐漸向上部擴展、潮灘表層沉積物不斷粗化、淤積帶逐漸變窄最后過渡到全剖面侵蝕的基本特征和發(fā)展趨勢。
多位學(xué)者針對廢黃河淤泥質(zhì)岸、浙江淤泥質(zhì)潮灘和黃河三角洲淤泥質(zhì)海岸灘的演變機制、剖面的塑造、沉積物的沖淤和防護都做出了明確的結(jié)論。陳金月從海岸線空間分布、岸線利用程度、岸線位置變化以及不穩(wěn)定性這4個角度,運用岸線組成、分形維數(shù)、以及不穩(wěn)定性等多項指標(biāo),多尺度對珠江三角洲的海岸線變遷進(jìn)行系統(tǒng)分析,討論了引起其變化的主要驅(qū)動因素。陳瑋彤等以江蘇中部淤泥質(zhì)海岸為研究對象,基于多潮位站插值校正法對水邊線潮位賦值,改進(jìn)了水邊線方法,并結(jié)合實測地形數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,實現(xiàn)了淤泥質(zhì)海岸遙感海岸線的有效推算。
針對我國淤泥質(zhì)海岸(包括黃河三角洲、廢黃河三角洲、長江三角洲和杭州灣),我國學(xué)者進(jìn)行了其侵蝕機理和原因研究。雖然我國對淤泥質(zhì)海岸理論研究已經(jīng)十分完善,但由于地理位置的不同,波浪、潮流、風(fēng)況均不同,其侵蝕機制就不同,前人理論也就不具有普遍適用性,還需更加深入研究,在研究淤泥質(zhì)海岸應(yīng)更加注重實地考察與試驗同時進(jìn)行。
海岸侵蝕主要包括兩個大的原因：一是受海洋、陸地、大氣等自然環(huán)境的綜合影響；二是受人類活動干預(yù)影響。國內(nèi)外學(xué)者針對海岸侵蝕現(xiàn)象把自然原因分為：1)海平面上升；2)風(fēng)暴潮加劇；3)河流入?？诟牡馈⒏南?；4)地質(zhì)構(gòu)造下降；5)泥沙的供應(yīng)不足。把人類活動帶來的海岸侵蝕進(jìn)行分為：1)海岸工程破壞攔沙；2)近海工程；3)采砂和近海養(yǎng)殖；4)人類娛樂活動。羅時龍等綜合前人研究,把主要侵蝕原因重新分為6大類：河流入海泥沙減少；海岸工程攔沙；采砂和圍墾；相對海平面上升；海岸帶生態(tài)系統(tǒng)破壞和護岸工程弱化,并針對每類原因給出細(xì)化的直接原因,更加直觀、準(zhǔn)確的描述海岸侵蝕原因。
綜合前人研究,可將海岸侵蝕危害歸為以下4類：1)海岸線后退,海灘功能減弱和海岸生態(tài)系統(tǒng)退化；2)海水倒灌和淹沒沿海低洼地,灘涂養(yǎng)殖業(yè)萎縮,海岸居民財產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施遭到破壞,且加劇土壤次生鹽漬化程度；3)防護林、防護工程破壞,加快了海岸侵蝕的過程或引起沿岸洪泛；4)海內(nèi)動植物生存環(huán)境遭到破壞,打破生態(tài)平衡。
目前數(shù)值模擬和物理模型成為海岸整治修復(fù)研究的熱點。Raudkivi等采用實測數(shù)據(jù)分析和物理模型模擬方法探討了人工補沙、修建丁壩和嵌入式隔膜等海岸潮灘防護方法。Mimura等和Sakashita等分別研究了純波對離岸堤地形變化和防波堤對岸線的影響。Bianchi提出通過再造海草床和潮間帶海灘維護海岸水質(zhì)凈化功能、保護海岸環(huán)境多樣性與穩(wěn)定性的觀點。
國內(nèi)學(xué)者分別對江蘇呂泗岸灘、膠州灣東北部、閩粵交界的大埕灣海岸沖淤形態(tài)和演化趨勢進(jìn)行了分析,并提出了具體的防護措施。王廣祿等分析并提出了沙灘修復(fù)理論技術(shù)方法,制定了廈門香山長尾礁人造沙灘工程技術(shù)方案。李兵等針對福建砂質(zhì)海岸進(jìn)行具體的勘察、分析、實驗,提出具體有效的防護措施。蔡峰于2013年出版《中國沙灘養(yǎng)護手冊》中為我國沙灘的養(yǎng)護提供理論標(biāo)準(zhǔn)。金雷鳴等基于人工填沙的基礎(chǔ)上提出了扇面式吹填技術(shù),使得填沙技術(shù)更加有效和實用。李杏筠以汕頭南澳縣煙墩灣為例,通過現(xiàn)狀調(diào)查、海岸線變化調(diào)查、海灘剖面測量及沉積物粒度分析等手段,分析砂質(zhì)岸線的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的主要問題,開展砂質(zhì)海岸保護與整治修復(fù)研究,提出針對性的整治修復(fù)措施及對策建議。
近年來生態(tài)防護與修復(fù)也隨著可持續(xù)發(fā)展和綠色生活的生活理念被引入,我國最早是彭子成等在針對黃河三角洲部分侵蝕地區(qū)采用米草生態(tài)工程與堤壩等傳統(tǒng)防潮工程結(jié)合,利用生態(tài)工程的自組織功能,能夠減少海浪對堤壩的沖擊,延長傳統(tǒng)工程的使用壽命,提高安全系數(shù),降低維護保養(yǎng)費用。王瑾等通過對海南島紅厚殼植物的特性和分布資料考察后,提出木麻海防紅樹林混種紅厚殼來達(dá)到生態(tài)護岸的效果。潘丹等以防城港西灣紅沙環(huán)海堤工程規(guī)劃為例,針對海岸的差別而設(shè)計不同的生態(tài)堤岸,通過植物景觀的營造、環(huán)境小品設(shè)計,建設(shè)與當(dāng)?shù)厝宋木坝^相結(jié)合的生態(tài)示范海岸,增強海堤生態(tài)防護效能,以建成防城港首個旅游休閑生態(tài)景觀海岸帶。范航清等引入生態(tài)海堤海堤并成功用于防城港西灣紅沙環(huán)海堤工程。林俊翔利用拆除舊有堤岸塊石及駁岸拋石形成海堤地臺,采取格賓網(wǎng)箱在拋石區(qū)域內(nèi)圍攏建立綠植地臺,并利用其促淤保灘,積肥料,引入潮間帶的概念,通過選苗、定植株距、綠植成活,形成完整的生態(tài)系統(tǒng)。李麗鳳等以廣西北海濱海國家濕地公園為研究對象把研究樣地的海岸線按功能進(jìn)行了改造,形成“柔性岸線”“游憩親水岸線”“海堤、半紅樹林地、紅樹林灘涂”3種海岸線模,且利用厚藤,對坡面進(jìn)行綠化處理,形成生態(tài)堤岸。趙鵬等提出復(fù)雜地理環(huán)境下生態(tài)海堤建設(shè)的快速決策方法,為實際工程提供完美生態(tài)海堤方案。由于我國對生態(tài)海岸防護的重視遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,起步較晚,相關(guān)研究匱乏,且生態(tài)海岸防護是一個跨學(xué)科跨領(lǐng)域的問題,難度系數(shù)比較大,所以目前在工程領(lǐng)域中應(yīng)用較少,但隨著研究深入和技術(shù)的跟進(jìn),生態(tài)防護與修復(fù)將被廣泛應(yīng)用。
國內(nèi)學(xué)者羅時龍等針對我國海岸侵蝕的機理與原因不同和海岸侵蝕的管理方法差異,把海岸侵蝕分為五種類型：砂質(zhì)海岸侵蝕、軟巖質(zhì)海岸侵蝕、淤泥質(zhì)海岸侵蝕、生物海岸侵蝕、海岸工程侵蝕,并針對每種侵蝕都提出了相應(yīng)的整治和防護措施。
砂質(zhì)海岸侵蝕的修復(fù)
砂質(zhì)海岸是我國占比最多的海岸,也是受人類活動影響最大的一種海岸。最理想的修復(fù)的方法肯定是減少人類的干預(yù),讓其自然恢復(fù)原始地貌,但有的已經(jīng)侵蝕嚴(yán)重已經(jīng)完全不可能自然恢復(fù)。目前沙灘養(yǎng)護是修復(fù)砂質(zhì)海岸修復(fù)的最常用方法,沙灘養(yǎng)護在美國、澳大利亞和日本理論已經(jīng)相當(dāng)成熟,也大量用于修復(fù)砂質(zhì)海岸。我國采用人工養(yǎng)灘技術(shù)起步比較晚,在秦皇島、廈門、北海、威海等地已經(jīng)采用了此技術(shù),而且取得相當(dāng)不錯的效果,不論是國外還是國內(nèi)在使用人工養(yǎng)灘的同時都與符合當(dāng)?shù)氐乩硭臈l件的護岸工程相結(jié)合。我國學(xué)者李廣雪等針對山東濱海岸灘侵蝕也提出一套合適的人工養(yǎng)灘與防護工程組合的修復(fù)方法,在此基礎(chǔ)上加入生態(tài)護岸,如在設(shè)置海堤、斜坡式防浪堤時,親水面不做綠化補充,綠化中心在堤內(nèi)側(cè),兼具防浪、防風(fēng)和景觀效果,生態(tài)穩(wěn)定性好,且能在海堤和土堤堤腳進(jìn)行防護,提供異質(zhì)空間,促進(jìn)海洋生物保育、破浪。
以下是修復(fù)砂質(zhì)海岸的方案(表1,部分?jǐn)?shù)據(jù)來至李廣雪等)。
雖然沙灘養(yǎng)護在我國已經(jīng)被采用且取得一定的成效,但是由于我國起步較晚,大部分均借鑒于國外經(jīng)驗,耗費成本較高,且效果并不理想。2013 年蔡峰出版了《中國海灘養(yǎng)護技術(shù)手冊》,為我國沙灘的養(yǎng)護提供一定的理論依據(jù)。由于我國海型岸類多樣、環(huán)境地質(zhì)條件復(fù)雜,所以一般理論并不具有普遍適用性,因此要加強針對我國海岸實情實施沙灘養(yǎng)護研究,探索和制定出符合我國的海岸實情的沙灘養(yǎng)護方案。在探索砂質(zhì)海岸修復(fù)方案是不能完全排除硬性防護,可以考慮復(fù)合式生態(tài)修復(fù)方案,不僅能夠有效防治海岸侵蝕,同時也使海岸生態(tài)系統(tǒng)逐漸修復(fù)。由于空間限制和技術(shù)難度,復(fù)合式生態(tài)修復(fù)技術(shù)還有待進(jìn)一步研究發(fā)展,但隨著研究的深入和技術(shù)的提高,生態(tài)修復(fù)必是最佳的海岸修復(fù)方法。
軟巖質(zhì)海岸侵蝕的修復(fù)
軟巖質(zhì)海岸主要受海岸風(fēng)、高水位、風(fēng)暴潮、暴風(fēng)雨和波浪的影響。根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、水文和氣象情況,種植防護林,可以有效的減輕海岸風(fēng)、風(fēng)暴潮和暴風(fēng)雨的直接侵蝕作用；在軟巖的頂部和底部設(shè)置排水管道,可以防止波浪和暴風(fēng)雨的滲流,減緩對軟巖的破壞；也可根據(jù)當(dāng)?shù)貙嵡樵O(shè)置防浪堤或者潛堤,減少波浪對軟巖地部的直接侵蝕；在近岸拋石形成海堤地臺,采取格賓網(wǎng)箱在拋石區(qū)域內(nèi)圍攏建立綠植地臺。軟巖前端沙灘對軟巖的侵蝕有減緩作用,沙灘的養(yǎng)護也不失為一種方法。在侵蝕嚴(yán)重的地方可以采取組合的方式,在山上種植防護林,崖頂和崖底設(shè)置排水管道,設(shè)置潛堤消減波浪和潮流的直接作用,近岸采用人工拋沙養(yǎng)護。軟巖質(zhì)海岸雖然在我國占比少,但是侵蝕為最嚴(yán)重,且研究其治理方案甚少,軟巖質(zhì)海岸侵蝕的修復(fù)刻不容緩,研究其治理方案也迫在眉睫。
淤泥質(zhì)海岸的修復(fù)
淤泥質(zhì)海岸的修復(fù)目前主要采用的是種植鹽生植被的方法,且這種方法也被普遍采納和應(yīng)用。但是鹽沼植被的消長受到波浪、潮流、底質(zhì)特征、潮侵頻率等諸多因素的影響,所以采用此方法會采取一些硬性的防護工程對鹽生植被進(jìn)行保護。在侵蝕嚴(yán)重且不用于旅游的地方可采用一定的硬性工程配合紅樹林護岸。護岸工程可以消減波浪,保護后方的紅樹林,而紅樹林具有消浪固沙的作用,可以在不影響海岸生態(tài)環(huán)境的情況下,減少海灘泥沙的流失甚至使海岸轉(zhuǎn)沖為淤。在侵蝕不嚴(yán)重的地方,可采用一些護岸工程配合大米草或互花米草種植,此方法普遍得到認(rèn)可和采用,很早就被用于我國福建、浙江、江蘇和山東等地淤泥質(zhì)海岸。人工岬灣是一個介于硬性和軟性之間的一種防護工程。王艷紅學(xué)者就廢黃河三角洲的淤泥質(zhì)海岸采用波浪泥沙物理模型試驗,反演了廢黃河口凹入岸段穩(wěn)定砂質(zhì)海灘的形成過程, 認(rèn)為由于廢黃河三角洲海岸侵蝕過程中存在近岸表層泥沙粗化并向砂質(zhì)海岸變異趨勢,使岬角控制在此也能形成穩(wěn)定岸弧,為海岸整體防護體系的構(gòu)建提供了新的途徑。
復(fù)合式生態(tài)修復(fù)是治理淤泥質(zhì)海岸侵蝕的好方法,如在離岸設(shè)置斜坡式防浪堤近岸種植一些鹽生植被,或采取在離岸建立人工魚礁而近岸種植紅林,恢復(fù)鹽沼濕地結(jié)合近岸種植紅樹林等,都符合生態(tài)修復(fù)的理念,但需要根據(jù)實地情況、侵蝕機理和權(quán)衡護岸工程帶來的優(yōu)弊端。同時需考慮鹽生植被的脆弱性和外來物種入侵危害性,根據(jù)實地勘測和模型實驗相結(jié)合是一種確定修復(fù)方案的高效辦法,且修復(fù)效果具有直觀性。
生物海岸侵蝕的修復(fù)
生物海岸一般指紅樹林海岸和珊瑚礁海岸,紅樹林具有防風(fēng)消浪、促淤造陸和抵御海嘯的功能,珊瑚礁具有削波減浪,保護岸灘的作用。目前對生物海岸侵蝕嚴(yán)重地區(qū)采用的是重建生態(tài)系統(tǒng)方法,設(shè)置海岸生態(tài)保護區(qū),在重建時可結(jié)合護岸工程來達(dá)到最佳效果,對于不嚴(yán)重的地方可以采用人工補種的方法。李元超等在對西沙趙樹島時候采用了人工礁基和人工移植珊瑚進(jìn)行對已破壞的珊瑚海岸修復(fù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)人工礁基修復(fù)效果明顯大于人工移植。對于侵蝕比較輕的地方采取建立自然保護區(qū),防止人為活動破壞。在重建或補種時要防止二次破壞和外來物種入侵危害。
南紅北柳工程和生態(tài)島礁工程被列入四大海洋工程之中,但局限于目前的修復(fù)方案遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,新的生物海岸修復(fù)技術(shù)亟待開展。推廣原生態(tài)紅樹林、珊瑚礁、鹽沼濕地保護,恢復(fù)原生態(tài),在考慮修復(fù)方案時,應(yīng)實地考察和勘測,因地制宜,進(jìn)行必要的數(shù)值模擬或者物理試驗?zāi)Ｐ驼页鲎顑?yōu)的修復(fù)方案。同時人類活動也不容小視,加強相關(guān)知識的普及,讓保護海岸理念深入人心,對破壞海岸的行為堅決抵制和處罰。
海岸工程侵蝕的修復(fù)
海岸工程中包括導(dǎo)堤、岸堤、丁壩、順壩、離岸堤,在對海岸進(jìn)行保護的同時也存在各自的缺點。海岸工程帶來的侵蝕一般指的是下游的灘面的下蝕和海岸線后退,前人對其侵蝕機制和原因的研究接班完善,但針對其修復(fù)技術(shù)研究較少,通常針對侵蝕嚴(yán)重的工程一般采用拆除處理,針對當(dāng)?shù)氐牡貏?、水文和象綜合考慮,采用合適沙灘養(yǎng)護、生物護岸方案或者兩者相結(jié)合的方案；而針對不嚴(yán)重一般采取合適的生態(tài)防護措施,如人工養(yǎng)灘、種植鹽生植被、恢復(fù)鹽沼濕地,不僅能減輕海岸的侵蝕的破壞又能提供優(yōu)美的環(huán)境。
海岸工程帶來的海岸侵蝕不容小視,在設(shè)計時就應(yīng)考慮其利弊,針對其弊端應(yīng)提前做好防護方案。在治理時從源頭出發(fā),根據(jù)其侵蝕原因,充分利用當(dāng)?shù)刭Y源,做到防護最優(yōu)。針對嚴(yán)重岸段采用拆除海岸工程,在拆除時,應(yīng)該考慮其拆除方案,做到對環(huán)境污染最小,拆除效率最高。在海岸工程在拆除之后會改變了潮流和水流情況,對岸線也在一定存在影響,極有可能會加劇侵蝕,所以在拆除前要進(jìn)行合理性分析和危害評估,若拆除后帶來輕微的侵蝕,可以結(jié)合實地情況采取合適的軟性防護。
以上綜述了國內(nèi)外學(xué)者針對海岸侵蝕研究的主要進(jìn)展,在過去一個多世紀(jì)里,國內(nèi)外學(xué)者對砂質(zhì)海岸、軟巖質(zhì)海岸、淤泥質(zhì)海岸侵蝕機理進(jìn)行研究,分析其侵蝕的原因,并探索出相適應(yīng)的防護與修復(fù)方案,為后人提供理論依據(jù)和修復(fù)方法。盡管如此,由于海岸帶差異性和復(fù)雜性,加之不同區(qū)域特色顯著,繼續(xù)進(jìn)行深入研究仍是必要的?？梢詮囊韵路较蜻M(jìn)行進(jìn)一步的探索：
(1)由于我國海岸生態(tài)防護與修復(fù)起步較晚,各方面都需要完善,需加強對基礎(chǔ)理論研究,并結(jié)合實際工程案例,形成一個完整的海岸生態(tài)防護與修復(fù)理論體系；結(jié)合我國海岸實際情況,開展技術(shù)性研究,設(shè)計出符合我國海岸的生態(tài)防護與修復(fù)方案；有關(guān)部門應(yīng)盡快編制出工程規(guī)范和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),為海岸生態(tài)防護與修復(fù)提供一個標(biāo)準(zhǔn)。
(2)在整治工程導(dǎo)致嚴(yán)重的海岸侵蝕時,海工建筑物拆除后對潮流和水流的影響,極有可能會加劇侵蝕,且拆除時也會對生態(tài)環(huán)境造成一定破壞,例如大型舊損碼頭拆除后,水環(huán)境被污染導(dǎo)致的魚類和浮游植物死亡等,導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的破壞,所以在拆除前要進(jìn)行合理的分析和危害評估,且需加強對舊損海工建筑物拆除技術(shù)研究,防止由于拆除導(dǎo)致二次破壞。
(3)隨著人工智能的發(fā)展,將人工智能引入到海岸侵蝕這個領(lǐng)域具有很好的前景,將其用于監(jiān)測和預(yù)測海岸侵蝕的程度,也可用于海岸侵蝕危險性評估,所以需要加強人工智能與海岸侵蝕相結(jié)合的應(yīng)用研究,爭取做到智能化觀測岸線變化。
(4)海岸帶環(huán)境特殊,涉及到地質(zhì)學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、巖土學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、氣象學(xué)、水文學(xué)等多學(xué)科的綜合研究,探討海岸侵蝕機制,尋求海岸生態(tài)修復(fù)技術(shù)與海岸帶生態(tài)環(huán)境保護及重建海岸生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展道路是未來人類活動對海岸帶資源環(huán)境影響研究的發(fā)展趨勢。
