河北省砂質海岸侵蝕災害危險性評價

裴麗娜，劉松濤，孫　娟（河北省地礦局秦皇島礦產水文工程地質大隊，河北秦皇島066000）

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河北省砂質海岸侵蝕災害危險性評價

裴麗娜，劉松濤，孫娟
（河北省地礦局秦皇島礦產水文工程地質大隊，河北秦皇島066000）

摘要：海岸侵蝕是當今全球海岸普遍存在的海洋地質災害現象，通過實地勘查對河北省砂質海岸侵蝕災害進行研究，借助歷史資料，選取了海岸地貌類型、岸線曲度、侵蝕速率、海灘發育空間、泥沙補給和堤防設施六個評價指標，對河北省砂質海岸侵蝕災害進行了危險性評價。評價結果表明：高危區岸線長度46.11 km，中危區102.54 km，低危區59.95 km，所占岸線比例依次為22.11%、49.16%及28.73%。

關鍵詞：河北??；侵蝕災害；評價因子

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.02.21

從世界范圍看，目前約有70%的海岸遭受侵蝕，已嚴重影響了濱海旅游城市的可持續發展[1]。因此，海岸侵蝕已成為海洋地質和地質災害研究領域的重要內容。查清海岸侵蝕災害現狀與致災因素，提出可行的防治方案，實施海灘治理示范工程，以此來改善海岸帶生態環境，為海岸帶規劃及綜合治理提供科學依據與治理經驗。

河北省砂質海岸總體上處于全線侵蝕狀態，其中嚴重侵蝕岸線約100 km，占砂質岸線總長度的48%。海岸侵蝕的危害性主要表現在：（1）砂質海岸岸線逐漸減少，濱海浴場遭到損毀；（2）沿海建筑設施受到嚴重威脅；（3）加劇海水入侵；（4）旅游資源、土地資源減少、生態環境惡化。

1　海灘侵蝕災害風險評價系統

結合海灘侵蝕災害的特征，在GIS平臺上開發與海灘侵蝕災害模型相結合的分析模塊，本次評價是將層次分析模型與基礎GIS平臺相結合，應用于海灘侵蝕災害風險分析中。充分利用GIS的圖形編輯、屬性管理、空間分析、疊置分析等功能，快捷方便地實現一般分析方法難以解決的問題[2]。

1.1評價步驟

GIS技術與層次分析法相接合的風險性評價步驟見圖1：

圖1　海灘侵蝕災害危險性評價步驟

1.2評價過程

（1）確定評價區域、評價區數據，設定評價指標、評價目標，即評價因素的選擇；

（2）利用GIS軟件，對所需數據進行預處理，即單因素圖層數字化與處理，建立空間數據庫；

（3）利用GIS的拓撲疊加功能，通過對各評價因素的單因素圖層進行疊加分析，生成評價因子圖層；

（4）確定評價系統的評分法則；

（5）在GIS平臺上，對評價區進行剖分，一個網格作為一個運算單元。采用圖形疊加的模型評價方式，將評價因子的值分配到不同的評價網格上[3]；

（6）利用AHP模型計算出各因子的權重；

（7）利用計算出的權值建立評價數學模型，對各網格單元進行模型計算，計算結果存儲于網格圖層對應的屬性字段。

2　海灘侵蝕災害危險性評價

本次工作采用基于GIS的層次分析法進行海灘侵蝕災害危險性評價，首先從眾多的因素中篩取最重要的關鍵性評判指標及其權重，然后進行因子分級評價、分層次評價，再利用GIS的疊置分析等空間分析和處理屬性數據的功能，然后加權疊置各評價因子的危險度，從而得到海灘侵蝕災害危險性評價圖[4]。

2.1評級指標體系的建立

根據河北省砂質海岸海灘侵蝕災害的特點，從海灘侵蝕影響因素和機制入手，選取海岸地貌類型、岸線曲度、侵蝕速率、海灘發育空間、泥沙補給和堤防設施6個評價指標，建立了評價指標體系，見圖2。

圖2　海灘侵蝕災害危險性評價指標體系

2.2用層次分析法計算評價因子權重

2.2.1構造比較判斷矩陣

經同行專家討論打分，得到判斷矩陣為：

2.2.2確定評價因子的權重

對上述判斷矩陣，利用專業軟件進行計算，得出最大特征向量：λmax=10.402。

經一致性檢驗，CI=0.107，CR=0.090 3＜0.1，比較判斷矩陣完全滿足一致性條件。特征向量即為所需評價因子的權重。

2.3海灘侵蝕災害危險性評價

2.3.1評價因子圖層數字化與處理

評價區東起冀遼省界西至大清河口，評價網格單元空間步長按500 m×500 m。根據調查資料將海灘侵蝕災害危險性評價因子圖件數字化，輸入相應的屬性數據，然后把屬性直接分賦給評價單元。

2.3.2評價指標的量化

對已選擇的6個評價指標，在已建立的評價因子屬性數據表的基礎上，根據評價指標的取值范圍和海灘侵蝕的機制分析[5]，得出各評價指標變化對海灘侵蝕災害危險性的影響，從而建立評價指標的量化標準，見表1。2.3.3危險性評價模型

表1　危險性評價指標量化標準

海灘侵蝕災害危險性評價的數學模型為：

式中：H為危險性指數；Aj為權重；Nj為評價因子指數。

3　評價結果分析

對存儲于對應的屬性字段中的各評價指標的量化值進行加權求和，得出海岸侵蝕災害危險性指數。各評價單元危險性指數最大為4.2，最小為1.73，采用頻率圖與聚類法確定各級的邊界，分為三個等級，3.51～4.2為危險性高，2.88～3.51為危險性中等，0～2.88為危險性較低，評價結果見表2。

高危險區（Ⅲ）：高危險區主要分布在秦皇島市區湯河至新河段、北戴河金山嘴至戴河口岸段、樂亭縣打網崗淺水灣旅游區岸段。

湯河至新河岸段海岸侵蝕嚴重，物源缺乏，且由于沿海公路限制了其發展空間，其海灘一旦受損，僅依靠自然力很難恢復。

金山嘴至戴河口岸段海岸侵蝕嚴重，物源缺乏；受地貌影響，海灘無發育空間，需加大保護力度。

中等危險區（Ⅱ）：戴河口至灤河口；灤河口至京唐港大部分地段，主要為平直的沙質海岸，海灘缺少庇護，海岸侵蝕較為嚴重，由于后緣沙丘的補給，海灘發育有一定的空間。

低危險區（Ⅰ）：山海關造船廠岸段、老龍頭景區岸段和秦皇島港岸段、北戴河區鴿子窩——金山嘴岸段、昌黎縣灤河口岸段，海岸類型主要為岬灣海岸和港口人工海岸。由于岬灣內沙灘主要物源為基巖剝蝕物，物源少，海灘規模小，但受岬角庇護，海灘較為穩定。港口岸線受人為控制，岸線保持穩定，已無海灘發育。灤河口岸段由于近年來有侵蝕趨勢，但其物源相對豐富，且海灘發育空間較為廣闊。

4　海岸侵蝕原因簡析

引起海岸侵蝕的原因各種各樣，既有自然原因又有人為因素，對不同地區而言，情況迥異[6]。綜合而論，引起海岸侵蝕的原因主要有海平面升降、海洋動力變化、入海泥沙減少、人類活動影響。

4.1海平面變化

研究區海平面變化總趨勢為下降，應該為海退淤積，所以，在研究區內海平面升降不是海岸侵蝕的主要原因。

4.2風暴潮對海岸侵蝕的影響

風暴潮是指熱帶氣候或強溫帶氣旋、強冷空氣活動等系統過境所伴有的強風和氣壓驟變所引起的海上高浪潮且使海面異常升高的現象，從而造成海上和沿岸的突發性災害。一般地，風暴潮致災過程如下：由于海底地形平坦，風暴潮大浪在遠處即發生破碎，傳至岸灘區，波高在1.5 m以下，沒有防護的岸段海岸被侵蝕后退；在有防護的岸段，上述波高疊加上高水位，對防潮壩進行沖擊，進而侵入內陸，造成損失。

4.3入海泥沙量減少

自20世紀50年代以來，秦皇島海岸入海物源迅速減少，其原因主要有：各河流上游都不同程度修壩建庫，攔洪蓄水，使河流入海水量和泥沙量持續性銳減；大量人工采挖砂石。

4.4近岸工程和人類活動對海岸的影響

隨著經濟、社會的發展，人們對海灘進行了各種形式的開發，如建造港口、碼頭、丁壩、海堤等。任何形式的工程，都可能改變海灘動力均衡態勢，引起海灘侵蝕和堆積位置、強度的變化。海灘海岸上修筑公路、護岸和擋砂墻，阻礙了海灘向陸發育空間，在海灘上修建淋浴室、游樂設施更是對海灘的直接侵占。

表2　砂質海岸侵蝕災害危險性評價結果

從泥沙來源途徑分析，研究區海灘泥沙來源主要有三種途徑：河流輸沙、海岸侵蝕和海底來砂?？傮w來說建國初期至20世紀80年代由于河流輸沙減少直接造成了海灘泥沙減少，間接造成了海底來砂減少，因此入海泥沙減少是其海灘遭受侵蝕的主要原因，風暴潮等自然因素加劇了海灘侵蝕的趨勢；80年代至今由于河流輸沙減少引起的海灘侵蝕逐漸達到動態平衡，不合理的人工構筑物、人類活動破壞了海灘均衡態勢，成為海灘侵蝕的主要原因[7]（見圖3）。

圖3　海灘侵蝕因素貢獻率

5　結語

本研究建立了海岸侵蝕災害危險性評價指標體系，選取海岸地貌類型、岸線曲度、侵蝕速率、海灘發育空間、泥沙補給和堤防設施6個評價指標，對河北省砂質海岸侵蝕災害危險性進行了評價，并根據評價結果將河北省砂質海岸劃分為高危險區、中等危險區和低危險區三個危險等級。其中，高危險區主要分布于秦皇島市區湯河至新河段、北戴河金山嘴至戴河口岸段和樂亭縣打網崗淺水灣旅游區岸段；中等危險區分布于戴河口至京唐港岸段；低危險區主要分布于山海關船廠岸線、老龍頭岸線、秦皇島港岸線、小東山至金山嘴岸線、灤河口岸段。整體來看，建國以來河北省濱海沙灘多數岸段均呈侵蝕狀態，岸線蝕退率除河口岸段外一般為-1～-3 m/a，但由于岸段組成巖性、展布方向和地貌形態等海岸性質的不同，各段蝕退速率也有差異，甚至個別海岸段也有淤長，但整體上看岸線蝕退速率沙壩瀉湖海灘＞沙丘海灘＞岬灣砂礫質海灘。

參考文獻

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[4]孫娟，楊燕雄.秦皇島市海水入侵特征[J].中國環境管理干部學院學報，2007，17（2）：51-53.

[5]邱若峰，楊燕雄，莊振業，等.河北省沙質海岸侵蝕災害和防治對策[J].海洋湖沼通報，2009（2）：162-168.

[6]姜山.人工養護后海灘地貌及沉積特征研究[D].青島：中國海洋大學，2011.

[7]謝亞瓊，劉松濤，劉冀閩，等.秦皇島金夢海灣海灘生態修復設計[J].海洋地質前沿，2013，29（2）：79-86.

（編輯：程?。?/p>

Risk Evaluation of Sandy Coast Erosion Disaster in Hebei Province

Pei Lina, Liu Songtao, Sun Juan

（Qinhuangdao Mineral Resource and Hydrogeological Brigade, Hebei Geological Prospecting Bureau, Qinhuangdao Hebei 066000, China）

Abstract：The coast erosion is a common phenomenon of marine geological disasters in the world. This article conducted the study of sandy coast erosion disaster by field surveys in Heibei province. According to the historical documents, six evaluation indexes were selected to evaluate the risk of erosion on the sandy coast, including the coast landform, shoreline curvature, erosion rate, beach development zone, sediment supplement and embankment project. As a consequence, the length of shoreline in high risk areas was 46.11 km，102.54 km in the middle, and 59.95 km in the low areas, the proportion of shoreline accounts for 22.1%, 149.16%, 28.73%respectively.

Key words：Heibei Province, erosion disaster, evaluation factors

作者簡介：裴麗娜（1979-），女，河北省秦皇島人，畢業于石家莊經濟學院環境工程專業，工程師，主要從事海洋地質方面的研究。

收稿日期：2016-02-24

中圖分類號：X43

文獻標識碼：A

文章編號：1008-813X（2016）02-0082-04