人工干预下基岩岸线演变对周边岸滩影响研究

　　摘要：本文以秦皇岛基岩海岸线为例，首先分析了港口工程岸线变化对周边岸滩影响，然后对岸滩变化特征及原因分析，得出港口码头建设等人为开发活动不断侵占原自然岸线，成为影响岸线演变的重要因素。
关键词：人工干预；基岩岸线；影响；秦皇岛

秦皇岛基岩海岸线绵长，自20世纪50年代中期，以港口及突堤式码头为代表的海上人工建筑物的修建，不断侵占沿海自然岸线，秦皇岛自然状态海岸逐渐减少，至2008年，仅存42km。随着70年代省内各大河流上游修建众多大型水库，下游入海水量及泥沙量的急剧降低，整体岸线亦逐渐由淤积转变为侵蚀。但海上人工建筑的存在，改变了局部海洋动力，影响海工建筑周边海岸冲淤状况，形成整体侵蚀背景下部分淤积的独特现象。自北向南选取邻近人工建筑的8处岸段加以分类，并在此基础上分析海工建筑的修建对周边岸滩变化的影响（表1.1、图1.1）。
表1.1研究区各岸段位置及长度（2008年）



图1.1各研究区岸段示意图
一、港口工程岸线变化对周边岸滩影响
1.1人工岬角港湾
港口工程及其他突入海中的人工建筑物，如突堤码头、栈桥码头、伸向海中的防波堤等，与其之间自然岸滩形成岬角港湾。在人工岬角处波浪辐聚，波能集中；在港湾处随着波浪辐散及水深变浅，波能扩散，波浪携沙力亦有所降低，泥沙逐渐沉积，促使港湾处岸滩发育。
人工岬角港湾分为两种，一种是两端岬角皆为人工建筑，称之为人工--人工岬角港湾，与之相对的另一种人工岬角港湾则表现为，一端是人工建筑，另一端则为自然岬角，即自然--人工岬角港湾。研究区域中，3、4、8属前一种类型，1、7属后者。
（1）人工--人工岬角港湾
第3岸段，海岸整体呈缓慢淤进趋势，1979年~1987年为岸滩发育之初、海向淤进速度较快时期，海滩宽度整体增加2m，年均变化0.25m，岸滩弧度减少0.03π。自弧顶向东、西两侧淤进量渐大，其中，近西侧填筑地岬角处变化最明显，最宽处增加9.6m，年均淤进1.2m。东侧近秦皇岛煤港处海滩宽度由19m增至24m，年均0.63m；1987年~1998年，岸滩增长速度有所减缓，年均淤进0.18m，与前期相比减少28%，岸滩弧度减至0.141π。西侧最宽处增加7m，东侧淤进3m，年均增长0.27m；1998年~2006年，岸滩增长速度持续下降，年均淤进仅0.13m，同期岸滩弧度减少0.015π，即2.7°。海滩整体淤积的同时，还表现出西侧岬角处淤进速度优于东侧的特点，至2006年西侧岸滩最宽处已增至42m，东侧则为28m。湾顶位置逐年西移，与1979年相比，2006年湾顶西向移动7m。
（2）自然--人工岬角港湾
以第1、7段岸线为代表。自然条件下的第1段岸线，除受波浪传播过程中港湾处波能辐散，造成该区域淤积外，由于山海关船厂防波堤拦截部分西向传播的沿岸流，其西侧产生不完全波影区，并发生波浪绕射作用，波能沿波峰线作侧向传递进入波影区，能量大为减少，泥沙在此沉降，海滩自建港后逐年淤积。绕过防波堤的沿岸流直接冲刷湾顶区域海滩，造成岸滩的侵蚀。此后沿岸流携带侵蚀的泥沙物质西向移动，受老龙头岬角处的阻滞作用，并在此沉积。但该处海滩旅游价值较高，在逐年人工填沙护滩等人为作用的影响下，使得岸滩整体仍呈海向淤积态势。1979年~1987年岸滩演变以快速海向淤进为主，整体变化速度0.94m/a，海滩弧度减少0.005π，即0.9°。弧顶以西岸滩淤进速度为1.88m/a，是东部增长速度的5倍；1987年~1998年，岸滩整体海向推进速度有所减缓，年均0.57m。其中，弧顶西部岸滩最宽处增至68m，年均淤进1.45m，同期东部最宽处仅23m，为西部岸滩的1/3；1998年~2006年，海向淤进3.1m，变化速度持续降低，为0.39m/a，与前期相比下降23%。西部最宽处为75m，位于锦铁疗养院海滩，东部最宽处位于交通部职工疗养所外侧海滩，为24m，年均淤进仅0.14m。
1.2形成波影区
突于海中的码头或防波堤在其下游形成的隐蔽的波影区，处于该区域的波浪，流速减慢、携沙力降低，大量的泥沙在此范围内近岸沉降，海滩淤积，并由人工建筑根部向远处淤积量逐渐减少，以至岸滩变化平衡。
以第5、6段岸线为代表。建于20世纪90年代初的第6处海岸防波堤，使其西侧局部海域的ENE向主波浪大为减弱，并由SSW向波浪取代，促使防波堤西侧局部岸段产生向东北方向运移的泥沙流，进而使防波堤西侧海滩逐年淤积。1991年~1998年，波影区岸滩淤积量较大，整体变化速度达2.7m/a，岸线弧度减少0.028π；1998年~2006年，岸滩淤进14m，年均1.8m，较前期速度减缓26%，同期，岸线弧度减少0.046π，即8.28°。
1.3对沿岸泥沙的拦截
河流入海的泥沙及海岸遭侵蚀而形成的砂砾，在沿岸泥沙流的作用下为沿岸各地海滩的发育不断提供沙源。一旦突于海中的突堤码头及防波堤截断了沿岸泥沙运移，将会对海滩发育带来影响。通常情况下，此类港口工程来沙一侧海滩淤长，而另一侧除工程根部波影区可能淤积外，下游地区海滩则因沙源亏损而遭侵蚀。
以第2段岸线为代表。第2段岸线东侧紧邻石河，沿岸流携带入海泥沙西向运移，使本段岸滩逐年淤进。1975年石河水库的修建，其下游入海水量及泥沙量逐年减少，本区域亦停止以河口及西侧地区为中心海向淤进，变为逐年侵蚀。侵蚀的泥沙为沿岸流所携带，至20世纪80年代末修建的沙河口东侧防浪堤，受其阻挡逐渐淤积。
2003年，于石河原西侧出海口以西1000m处，修建一海上公园平台，向海最远端180m，其东侧阻挡部分沿岸流，并逐渐淤积。至2006年，紧邻平台东侧根部淤积最大处为40m，西侧波影区淤积约5m。平台西侧500m处海滩开始出现侵蚀，蚀退量最大处变化速度为1m/a，与未建此平台前相比，侵蚀速度增加0.4m/a。至沙河口东部沟渠寨渔港防波堤，阻滞西向沿岸流，其东侧又出现部分淤积，最宽处近20m。渔港防波堤西侧原为沙河入海口，属堆积岸滩受蚀严重，细小颗粒泥沙皆被波浪掏蚀，冲刷至水下岸坡及下游，仅留颗粒较大的砾石，形成独特的砾石滩地貌。
二、岸滩变化特征及原因
2.1海滩渐宽，淤进速度减慢，坡度变缓
在所统计的上述岸滩中，除第2段部分岸线出现侵蚀外，其余各段均为淤积岸滩，年淤积量0.14m~2.71m不等。其中，第6段岸线淤积速度居各岸段之首，1991年~2006年，淤积量达33m，年均海向推进2.2m，淤积速度之所以如此之快，除受其他各处岸滩所处的波影区海洋动力较弱的影响外，最主要是由其独特的地理位置所致。该区域主要物源地--汤河紧邻其东，入海泥沙在西向沿岸流的携带下首先在此处沉降，加之SSW向次主向波浪将越过防波堤的泥沙流再次运移至附近岸滩，造成本段岸滩快速淤积。从多年统计数据显示，各段岸线淤进速度皆有所减缓，变化速度0.04m/a~0.7m/a不等。其中，第3段岸线，1979年~2006年，淤进速度为0.18m/a，1998年~2006年仅为0.04m/a，为同期相同类型各岸段淤积速度最慢的区域。其原因为，本段岸滩虽东有秦皇岛煤码头、西有填筑地庇护，水动力条件微弱，易于泥沙物质的沉降，但距本区域主要的泥沙物质来源地——石河已较远，且沿岸泥沙流在西向移动过程中，受秦皇岛煤港、油港，尤其是煤五期及辅建区（后者海向推进近3km）的阻滞作用，加之中途基本没有物源补给，沿岸流所携泥沙含量已非常低，故淤积量与其他地区岸滩相比较低。新开河位于其西侧，但其入海水量及泥沙量已极少，且在西向沿岸流的作用下，基本补给了第4段岸滩的发育，泥沙极少到达本区域，也进一步致使第3段海滩淤积缓慢。
2.2岸线弧度减小，湾顶位置逐年W、WWS向移动
岸线整体弧度的计算，主要与两个因素有关，其一为界定所在岸线的范围，其二是岸线两端连线与弧顶距离。前者在人为规定好后基本不变，后者则随岸滩变化而变化，成为决定弧度变化的关键因素。第1段岸滩，1979年岸线弧度为0.18π，至1987年减少为0.175π，1998年减至0.171π，2006年测量岸线弧度为0.166π。1979年~2006年，岸线弧度共减少0.012π，年均变化0.083°；第3段岸线在此期间共减少0.06π，变化速度为0.415°/a；第6段岸线变化速度较快，为0.318°/a，其他各岸段亦与之相似。其原因主要由于岸滩的逐年淤积，导致岸线两端连线与弧顶距离不断缩减，使岸线弧度逐渐减小。
随着岸线弧度逐渐减小，滩面变化还表现出湾顶位置逐年W、WWS向移动的趋势，人工岬角海湾尤为明显，如第1、3、4、7、8等段岸线。第1段岸滩湾顶位置，1979年~1987年移动54m，1987年~1998年西向变化速度为4.2m/a，1998年~2006年移动20m。1979年~2008年WWS向变化共120m，年均4.4m，其余各段变化速度3.1m/a~3.8m/a不等，且随着时间的推移，湾顶位置移动速度明显降低。其原因主要由于岸滩在西向沿岸流的作用下，湾顶及西侧海滩不断受蚀，冲刷的泥沙西向漂移过程中，在西侧岬角处受阻沉降，逐年淤张，湾顶位置亦随之不断西向移动。
2.3海滩组成物细化
海上人工建筑引起的海滩淤积，其地貌特征是变宽、变缓，而沉积学特征则表现为海滩砂细化。根据有关在同一地点附近前后共20年的海滩砂粒度分析资料表明，受海上人工建筑影响，其周边岸滩沉积物逐渐细化。其中，山海关船厂防波堤西侧，1985年海滩中潮位砂中值粒径为0.4945mm，10年后变为0.2152mm，至2008年是0.0776mm；石河口西700m附近，1985年岸滩沉积物中值粒径为0.4282mm，至2008年细化为0.0933mm；1985年~1995年，煤一期突码头西侧海滩中潮位砂中值粒径减少0.2658mm，1995年~2008年，减少0.1865mm；汤河口西侧海滩，1985年岸滩沉积物中值粒径为0.7578mm，至1995年减少0.541mm，2009年海滩砂中值粒径进一步减少，为0.0224mm。在所统计的四处人工建筑附近海滩中，1985年汤河口西粒径最粗，其原因为当时海上运动中心并未建成，在西向沿岸流的作用下，汤河入海较大粒径泥沙部分淤积于出海口西侧，使之滩面较粗。经10年波浪作用，1995年海滩组成物质已较均一，在所统计的数据中相差仅0.0006mm。至2009年，除石河口西700m处海滩外，自北向南中潮位砂中值粒径逐渐变细，石河口西海滩组成物质较粗的原因为沿岸流携带石河入海泥沙西向运动，至2003年修建的海上公园平台附近，受其阻挡海洋动力减弱，颗粒较大的泥沙首先沉降并逐渐淤积，自东至西颗粒物逐渐变细。

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