海岸帶是固液氣三相交互的特殊地帶,也是經(jīng)濟(jì)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(lái)的一系列問(wèn)題引起了諸多學(xué)者的探索和研究。本文旨在結(jié)合國(guó)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(jī)制,并剖析侵蝕的原因及危害,給出對(duì)應(yīng)的防護(hù)與修復(fù)方法,重點(diǎn)闡述生態(tài)防護(hù)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(duì)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(gè)極為敏感的地帶,在風(fēng)、浪、潮、流和人類活動(dòng)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(guó)海洋局發(fā)布的《2018年中國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示,2018年全國(guó)海洋生產(chǎn)總值83415億元,海洋生產(chǎn)總值占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的9.3%。據(jù)908專項(xiàng)調(diào)查結(jié)果報(bào)告,我國(guó)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(guó)砂質(zhì)海岸的49.5%；淤泥質(zhì)海岸線侵蝕為791.9km,占我國(guó)粉砂淤泥質(zhì)海岸的7.3%,已經(jīng)嚴(yán)重影海洋經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。海岸侵蝕的防護(hù)與修復(fù)應(yīng)運(yùn)而生,在此之前海岸大多采用硬性防護(hù),如海堤、防波堤、丁壩,以及少數(shù)軟性防護(hù),隨著綠色環(huán)保深入人心,同時(shí)貫徹和響應(yīng)我國(guó)的 “開(kāi)展藍(lán)色海灣整治行動(dòng)”,國(guó)家統(tǒng)籌支持地方開(kāi)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(lái)的防護(hù)與修復(fù)將會(huì)是以生態(tài)防護(hù)與修復(fù)為主。
長(zhǎng)期以來(lái),一系列的人類活動(dòng)加上難以預(yù)測(cè)的自然災(zāi)害加劇了海岸侵蝕的程度,相關(guān)學(xué)者針對(duì)不同侵蝕的侵蝕現(xiàn)象做了大量工作,為海岸帶的防護(hù)與修復(fù)提供了科學(xué)依據(jù)。本文簡(jiǎn)述和討論國(guó)內(nèi)外近年來(lái)海岸侵蝕相關(guān)理論研究情況,包括海岸侵蝕機(jī)理、侵蝕原因和危害,探索海岸防護(hù)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(duì)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(guó)專門(mén)成立一個(gè)整治海岸侵蝕的皇家委員會(huì),于1949年制定了英國(guó)《海岸保護(hù)法》。
20世紀(jì)60年代,美國(guó)針對(duì)自己海岸侵蝕情況編制了海岸侵蝕圖集；1972年,國(guó)際地理學(xué)會(huì)成立“海岸侵蝕動(dòng)態(tài)小組”,目的是發(fā)動(dòng)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(xiě)了“百年來(lái)的岸線變化”報(bào)告,對(duì)世界各地岸線變化變化和原因進(jìn)行了評(píng)論,此后海岸侵蝕研究就被納入國(guó)家海洋科學(xué)委員會(huì)的計(jì)劃。本文分別從砂質(zhì)海岸的侵蝕機(jī)制、軟巖的海岸侵蝕機(jī)制和淤泥質(zhì)海岸侵蝕的機(jī)制展開(kāi)敘述。
最早由Bruun提出Bruun法則,用于評(píng)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(shí)際工程不適用,后來(lái)經(jīng)多位學(xué)者修正完善,才成功將其用于實(shí)際工程中。1968年Edelman提出岸灘沙丘侵蝕預(yù)測(cè)方法,Graff等對(duì)其方法進(jìn)行了改進(jìn),但由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料匱乏,侵蝕量預(yù)測(cè)僅僅是基于較粗略的假設(shè)。Dean等通過(guò)對(duì)美國(guó)Plam沙灘的多年觀察,確定了防波堤波浪作用下波浪對(duì)海岸侵蝕的影響。日本學(xué)者Uda的研究團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn),漁港工程引起的海岸侵蝕是因?yàn)樽钃趿搜匕遁斏?。Barrie等研究了加拿大太平洋地區(qū)的海岸,詳細(xì)評(píng)述了海平面變化對(duì)海岸的影響機(jī)制制作,認(rèn)為海平面變化在海岸演化過(guò)程中起主導(dǎo)作用。Pethick認(rèn)為海岸地貌的變遷是對(duì)垂直和平行于海岸的動(dòng)力因素的響應(yīng)。
我國(guó)對(duì)砂質(zhì)海岸侵蝕起步相對(duì)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(guò)程為目標(biāo),通過(guò)沿岸及垂岸輸沙率變化、岸線形態(tài)變化以及剖面變化來(lái)研究海岸變化過(guò)程和海岸海灘的穩(wěn)定性。黎奕宏以順岸硬式防護(hù)工程、漁港防波堤垂岸工程以及人工島離岸工程為研究對(duì)象,運(yùn)用地質(zhì)地貌調(diào)查、海灘岸線和剖面測(cè)量、衛(wèi)星影像圖對(duì)比分析等相結(jié)合的研究方法探討了3類海岸工程對(duì)相鄰海灘岸線形態(tài)和剖面形態(tài)的影響機(jī)制和原因。李漢英等結(jié)合多時(shí)相遙感影像和四期實(shí)測(cè)岸灘數(shù)據(jù),探討日月島工程的建設(shè)對(duì)日月灣海岸的沖淤影響。田會(huì)波等在萬(wàn)寧東部海岸建立了海岸動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),經(jīng)過(guò)5年的觀察和監(jiān)測(cè),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(shì),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(shí),通過(guò)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(dòng)力場(chǎng)、泥沙來(lái)源及輸沙特征,從多角度闡述如東岸灘沖淤演變的機(jī)理。
除此之外還有一些極端氣候條件也會(huì)造成砂質(zhì)海岸海灘的侵蝕變化,臺(tái)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(duì)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(píng)估沙丘侵蝕趨勢(shì),該模型認(rèn)為海灘—沙丘平衡剖面能消散來(lái)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(gè)海灘在風(fēng)暴環(huán)境下的侵蝕過(guò)程,模擬結(jié)果較好,但同時(shí)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(guò)了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。
2000年Sallenger首次將風(fēng)暴潮對(duì)沙丘的作用分為4種機(jī)制,分別為沖刷、沙丘沖蝕和沖越以及障壁島淹沒(méi)。Coco等、Lee等研究和論證了連續(xù)風(fēng)暴對(duì)沙丘的侵蝕,提出連續(xù)風(fēng)暴帶來(lái)的侵蝕更嚴(yán)重的觀點(diǎn)。研究風(fēng)暴對(duì)砂質(zhì)海岸的侵蝕,不僅僅通過(guò)數(shù)值模型來(lái)探討,在模型試驗(yàn)和實(shí)地長(zhǎng)期勘測(cè)也有應(yīng)用。Palmsten等于2012年用模型試驗(yàn)研究美國(guó)東北海岸1998年遭遇的風(fēng)暴襲擊。Ruz 等和Pye等通過(guò)對(duì)法國(guó)Wissant Bay砂質(zhì)海岸和英國(guó)的Sefton砂質(zhì)海岸實(shí)地考察和監(jiān)測(cè)后,提出風(fēng)暴潮對(duì)海岸侵蝕的機(jī)制。
國(guó)內(nèi)大多數(shù)研究風(fēng)暴潮對(duì)砂質(zhì)海岸侵蝕時(shí)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(dòng)力耦合方面的研究較少。最早是1988年倪孟書(shū)研究福建海岸動(dòng)態(tài)變化,提出風(fēng)暴潮對(duì)海灘作用存在著可逆和不可逆兩種過(guò)程。陳子燊等分析了粵西水東灣“8616”號(hào)臺(tái)風(fēng)作用下海灘剖面地形動(dòng)力與侵蝕機(jī)制,定性討論了剖面形式對(duì)泥沙輸運(yùn)方向機(jī)侵蝕或淤積部位的差別。蔡峰等對(duì)“9914”號(hào)臺(tái)風(fēng)襲擊廈門(mén)島進(jìn)行研究,認(rèn)為不同走向的海岸灘地形對(duì)同一風(fēng)暴潮過(guò)程具有不同響應(yīng)特征。戚洪帥等對(duì)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(wú)護(hù)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(dòng)力場(chǎng),并作為岸灘演變XBeach模型的輸入條件,分別驗(yàn)證了平潭龍風(fēng)頭岸灘修復(fù)工程區(qū)域四條監(jiān)測(cè)剖面。
國(guó)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(duì)海岸的耦合機(jī)制、連續(xù)風(fēng)暴作用情況下岸灘的演變。我國(guó)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(duì)海岸的侵蝕,且對(duì)其侵蝕機(jī)制也還停留在定性的描述,大多通過(guò)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)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(yùn)動(dòng)是海崖侵蝕的主要作用因素。Hampton對(duì)北佛羅里達(dá)州多個(gè)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(dòng)因素。
Duperret等認(rèn)為暴雨是海崖發(fā)生破壞的主要觸發(fā)機(jī)制,同時(shí)通過(guò)水文文地質(zhì)概念模型說(shuō)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(duì)加州德?tīng)栺R2.5km的軟巖質(zhì)海岸進(jìn)行9年半的檢測(cè),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(duì)美國(guó)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(shí)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(qiáng)度降低和抗拉斷裂。Brooks等對(duì)uffolk軟巖質(zhì)海岸進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析,結(jié)果表明,海岸風(fēng)、高水位、風(fēng)暴潮及暴雨對(duì)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(guó)學(xué)者劉建輝針對(duì)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(jī)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(duì)于海崖后退的侵蝕機(jī)制還沒(méi)有達(dá)成統(tǒng)一,大多理論來(lái)自于實(shí)地勘測(cè)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(wèn)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(jī)制還需更加深一步結(jié)合實(shí)地進(jìn)行研究。目前我國(guó)對(duì)軟巖質(zhì)海岸侵蝕這一領(lǐng)域研究甚少,雖然我國(guó)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(gè)有待解決的問(wèn)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(lái)的,到20世紀(jì)50年代才進(jìn)行較為系統(tǒng)的潮灘水動(dòng)力調(diào)查。Postma在研究荷蘭北部瓦登海的淤泥質(zhì)潮灘時(shí)，提出了“沉積滯后”作用,后來(lái)Straaten和Kenen又提出了“沖刷滯后”作用。多位學(xué)者對(duì)濱海沼澤的淤泥質(zhì)海岸侵蝕機(jī)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(hù)的防護(hù)措施。
我國(guó)對(duì)淤泥質(zhì)海岸侵蝕機(jī)制的研究的理論比較成熟。陳吉余等首先對(duì)渤海灣南部淤泥質(zhì)岸灘的平衡剖面塑造過(guò)程進(jìn)行研究強(qiáng)調(diào)了組成物質(zhì)對(duì)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(guó)拉開(kāi)了序幕。接著任美鍔對(duì)淤泥質(zhì)潮灘進(jìn)行命名,且把我國(guó)淤泥質(zhì)潮灘進(jìn)行分類,按照地形分為開(kāi)敞型、港灣型和河口型,按照潮灘的蝕積動(dòng)態(tài)分為淤進(jìn)型和蝕退型。陳俊才對(duì)淤長(zhǎng)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(diǎn)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(qiáng)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(dòng)力機(jī)制和剖面模式,指出波浪是侵蝕性岸灘侵蝕的主要?jiǎng)恿σ蜃?潮流主要起運(yùn)移擴(kuò)散泥沙的作用。在堆積型岸段,潮流則是岸灘塑造的主要?jiǎng)恿?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(guò)程的數(shù)學(xué)模型。王艷紅等通過(guò)對(duì)江蘇多處淤泥質(zhì)研究,發(fā)現(xiàn)在淤長(zhǎng)型和侵蝕型岸段之間,存在著一種由淤積到侵蝕的過(guò)渡型岸段,并發(fā)現(xiàn)過(guò)渡型岸段具有上部淤積下部沖刷、沖刷逐漸向上部擴(kuò)展、潮灘表層沉積物不斷粗化、淤積帶逐漸變窄最后過(guò)渡到全剖面侵蝕的基本特征和發(fā)展趨勢(shì)。
多位學(xué)者針對(duì)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(jī)制、剖面的塑造、沉積物的沖淤和防護(hù)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(gè)角度,運(yùn)用岸線組成、分形維數(shù)、以及不穩(wěn)定性等多項(xiàng)指標(biāo),多尺度對(duì)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(dòng)因素。陳瑋彤等以江蘇中部淤泥質(zhì)海岸為研究對(duì)象,基于多潮位站插值校正法對(duì)水邊線潮位賦值,改進(jìn)了水邊線方法,并結(jié)合實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,實(shí)現(xiàn)了淤泥質(zhì)海岸遙感海岸線的有效推算。
針對(duì)我國(guó)淤泥質(zhì)海岸(包括黃河三角洲、廢黃河三角洲、長(zhǎng)江三角洲和杭州灣),我國(guó)學(xué)者進(jìn)行了其侵蝕機(jī)理和原因研究。雖然我國(guó)對(duì)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(jī)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(shí)地考察與試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。
海岸侵蝕主要包括兩個(gè)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(dòng)干預(yù)影響。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)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??；3)河流入?？诟牡?、改向；4)地質(zhì)構(gòu)造下降；5)泥沙的供應(yīng)不足。把人類活動(dòng)帶來(lái)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(lè)活動(dòng)。羅時(shí)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(duì)海平面上升；海岸帶生態(tài)系統(tǒng)破壞和護(hù)岸工程弱化,并針對(duì)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(méi)沿海低洼地,灘涂養(yǎng)殖業(yè)萎縮,海岸居民財(cái)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(hù)林、防護(hù)工程破壞,加快了海岸侵蝕的過(guò)程或引起沿岸洪泛；4)海內(nèi)動(dòng)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(diǎn)。Raudkivi等采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析和物理模型模擬方法探討了人工補(bǔ)沙、修建丁壩和嵌入式隔膜等海岸潮灘防護(hù)方法。Mimura等和Sakashita等分別研究了純波對(duì)離岸堤地形變化和防波堤對(duì)岸線的影響。Bianchi提出通過(guò)再造海草床和潮間帶海灘維護(hù)海岸水質(zhì)凈化功能、保護(hù)海岸環(huán)境多樣性與穩(wěn)定性的觀點(diǎn)。
國(guó)內(nèi)學(xué)者分別對(duì)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(shì)進(jìn)行了分析,并提出了具體的防護(hù)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(mén)香山長(zhǎng)尾礁人造沙灘工程技術(shù)方案。李兵等針對(duì)福建砂質(zhì)海岸進(jìn)行具體的勘察、分析、實(shí)驗(yàn),提出具體有效的防護(hù)措施。蔡峰于2013年出版《中國(guó)沙灘養(yǎng)護(hù)手冊(cè)》中為我國(guó)沙灘的養(yǎng)護(hù)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(shí)用。李杏筠以汕頭南澳縣煙墩灣為例,通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)查、海岸線變化調(diào)查、海灘剖面測(cè)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(wèn)題,開(kāi)展砂質(zhì)海岸保護(hù)與整治修復(fù)研究,提出針對(duì)性的整治修復(fù)措施及對(duì)策建議。
近年來(lái)生態(tài)防護(hù)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(guó)最早是彭子成等在針對(duì)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(duì)堤壩的沖擊,延長(zhǎng)傳統(tǒng)工程的使用壽命,提高安全系數(shù),降低維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。王瑾等通過(guò)對(duì)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(shù)林混種紅厚殼來(lái)達(dá)到生態(tài)護(hù)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(duì)海岸的差別而設(shè)計(jì)不同的生態(tài)堤岸,通過(guò)植物景觀的營(yíng)造、環(huán)境小品設(shè)計(jì),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(qiáng)海堤生態(tài)防護(hù)效能,以建成防城港首個(gè)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(tái),采取格賓網(wǎng)箱在拋石區(qū)域內(nèi)圍攏建立綠植地臺(tái),并利用其促淤保灘,積肥料,引入潮間帶的概念,通過(guò)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(guó)家濕地公園為研究對(duì)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(shù)林地、紅樹(shù)林灘涂”3種海岸線模,且利用厚藤,對(duì)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?zèng)Q策方法,為實(shí)際工程提供完美生態(tài)海堤方案。由于我國(guó)對(duì)生態(tài)海岸防護(hù)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(hù)是一個(gè)跨學(xué)科跨領(lǐng)域的問(wèn)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(hù)與修復(fù)將被廣泛應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)學(xué)者羅時(shí)龍等針對(duì)我國(guó)海岸侵蝕的機(jī)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(duì)每種侵蝕都提出了相應(yīng)的整治和防護(hù)措施。
砂質(zhì)海岸侵蝕的修復(fù)
砂質(zhì)海岸是我國(guó)占比最多的海岸,也是受人類活動(dòng)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(hù)是修復(fù)砂質(zhì)海岸修復(fù)的最常用方法,沙灘養(yǎng)護(hù)在美國(guó)、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(guó)采用人工養(yǎng)灘技術(shù)起步比較晚,在秦皇島、廈門(mén)、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(cuò)的效果,不論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)在使用人工養(yǎng)灘的同時(shí)都與符合當(dāng)?shù)氐乩硭臈l件的護(hù)岸工程相結(jié)合。我國(guó)學(xué)者李廣雪等針對(duì)山東濱海岸灘侵蝕也提出一套合適的人工養(yǎng)灘與防護(hù)工程組合的修復(fù)方法,在此基礎(chǔ)上加入生態(tài)護(hù)岸,如在設(shè)置海堤、斜坡式防浪堤時(shí),親水面不做綠化補(bǔ)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(hù),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(lái)至李廣雪等)。
雖然沙灘養(yǎng)護(hù)在我國(guó)已經(jīng)被采用且取得一定的成效,但是由于我國(guó)起步較晚,大部分均借鑒于國(guó)外經(jīng)驗(yàn),耗費(fèi)成本較高,且效果并不理想。2013 年蔡峰出版了《中國(guó)海灘養(yǎng)護(hù)技術(shù)手冊(cè)》,為我國(guó)沙灘的養(yǎng)護(hù)提供一定的理論依據(jù)。由于我國(guó)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(qiáng)針對(duì)我國(guó)海岸實(shí)情實(shí)施沙灘養(yǎng)護(hù)研究,探索和制定出符合我國(guó)的海岸實(shí)情的沙灘養(yǎng)護(hù)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(hù),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(shí)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(hù)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(duì)軟巖的破壞；也可根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)情設(shè)置防浪堤或者潛堤,減少波浪對(duì)軟巖地部的直接侵蝕；在近岸拋石形成海堤地臺(tái),采取格賓網(wǎng)箱在拋石區(qū)域內(nèi)圍攏建立綠植地臺(tái)。軟巖前端沙灘對(duì)軟巖的侵蝕有減緩作用,沙灘的養(yǎng)護(hù)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(hù)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(hù)。軟巖質(zhì)海岸雖然在我國(guó)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(zhǎng)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(huì)采取一些硬性的防護(hù)工程對(duì)鹽生植被進(jìn)行保護(hù)。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(shù)林護(hù)岸。護(hù)岸工程可以消減波浪,保護(hù)后方的紅樹(shù)林,而紅樹(shù)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(hù)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(guó)福建、浙江、江蘇和山東等地淤泥質(zhì)海岸。人工岬灣是一個(gè)介于硬性和軟性之間的一種防護(hù)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(yàn),反演了廢黃河口凹入岸段穩(wěn)定砂質(zhì)海灘的形成過(guò)程, 認(rèn)為由于廢黃河三角洲海岸侵蝕過(guò)程中存在近岸表層泥沙粗化并向砂質(zhì)海岸變異趨勢(shì),使岬角控制在此也能形成穩(wěn)定岸弧,為海岸整體防護(hù)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(yú)礁而近岸種植紅林,恢復(fù)鹽沼濕地結(jié)合近岸種植紅樹(shù)林等,都符合生態(tài)修復(fù)的理念,但需要根據(jù)實(shí)地情況、侵蝕機(jī)理和權(quán)衡護(hù)岸工程帶來(lái)的優(yōu)弊端。同時(shí)需考慮鹽生植被的脆弱性和外來(lái)物種入侵危害性,根據(jù)實(shí)地勘測(cè)和模型實(shí)驗(yàn)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(shù)林海岸和珊瑚礁海岸,紅樹(shù)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(hù)岸灘的作用。目前對(duì)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(hù)區(qū),在重建時(shí)可結(jié)合護(hù)岸工程來(lái)達(dá)到最佳效果,對(duì)于不嚴(yán)重的地方可以采用人工補(bǔ)種的方法。李元超等在對(duì)西沙趙樹(shù)島時(shí)候采用了人工礁基和人工移植珊瑚進(jìn)行對(duì)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(duì)于侵蝕比較輕的地方采取建立自然保護(hù)區(qū),防止人為活動(dòng)破壞。在重建或補(bǔ)種時(shí)要防止二次破壞和外來(lái)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(kāi)展。推廣原生態(tài)紅樹(shù)林、珊瑚礁、鹽沼濕地保護(hù),恢復(fù)原生態(tài),在考慮修復(fù)方案時(shí),應(yīng)實(shí)地考察和勘測(cè),因地制宜,進(jìn)行必要的數(shù)值模擬或者物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ驼页鲎顑?yōu)的修復(fù)方案。同時(shí)人類活動(dòng)也不容小視,加強(qiáng)相關(guān)知識(shí)的普及,讓保護(hù)海岸理念深入人心,對(duì)破壞海岸的行為堅(jiān)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(duì)海岸進(jìn)行保護(hù)的同時(shí)也存在各自的缺點(diǎn)。海岸工程帶來(lái)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(duì)其侵蝕機(jī)制和原因的研究接班完善,但針對(duì)其修復(fù)技術(shù)研究較少,通常針對(duì)侵蝕嚴(yán)重的工程一般采用拆除處理,針對(duì)當(dāng)?shù)氐牡貏?shì)、水文和象綜合考慮,采用合適沙灘養(yǎng)護(hù)、生物護(hù)岸方案或者兩者相結(jié)合的方案；而針對(duì)不嚴(yán)重一般采取合適的生態(tài)防護(hù)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(lái)的海岸侵蝕不容小視,在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮其利弊,針對(duì)其弊端應(yīng)提前做好防護(hù)方案。在治理時(shí)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(hù)最優(yōu)。針對(duì)嚴(yán)重岸段采用拆除海岸工程,在拆除時(shí),應(yīng)該考慮其拆除方案,做到對(duì)環(huán)境污染最小,拆除效率最高。在海岸工程在拆除之后會(huì)改變了潮流和水流情況,對(duì)岸線也在一定存在影響,極有可能會(huì)加劇侵蝕,所以在拆除前要進(jìn)行合理性分析和危害評(píng)估,若拆除后帶來(lái)輕微的侵蝕,可以結(jié)合實(shí)地情況采取合適的軟性防護(hù)。
以上綜述了國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)海岸侵蝕研究的主要進(jìn)展,在過(guò)去一個(gè)多世紀(jì)里,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)砂質(zhì)海岸、軟巖質(zhì)海岸、淤泥質(zhì)海岸侵蝕機(jī)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(hù)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(guó)海岸生態(tài)防護(hù)與修復(fù)起步較晚,各方面都需要完善,需加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)理論研究,并結(jié)合實(shí)際工程案例,形成一個(gè)完整的海岸生態(tài)防護(hù)與修復(fù)理論體系；結(jié)合我國(guó)海岸實(shí)際情況,開(kāi)展技術(shù)性研究,設(shè)計(jì)出符合我國(guó)海岸的生態(tài)防護(hù)與修復(fù)方案；有關(guān)部門(mén)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(hù)與修復(fù)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
(2)在整治工程導(dǎo)致嚴(yán)重的海岸侵蝕時(shí),海工建筑物拆除后對(duì)潮流和水流的影響,極有可能會(huì)加劇侵蝕,且拆除時(shí)也會(huì)對(duì)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(yú)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(píng)估,且需加強(qiáng)對(duì)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(gè)領(lǐng)域具有很好的前景,將其用于監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)海岸侵蝕的程度,也可用于海岸侵蝕危險(xiǎn)性評(píng)估,所以需要加強(qiáng)人工智能與海岸侵蝕相結(jié)合的應(yīng)用研究,爭(zhēng)取做到智能化觀測(cè)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(jī)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(hù)及重建海岸生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展道路是未來(lái)人類活動(dòng)對(duì)海岸帶資源環(huán)境影響研究的發(fā)展趨勢(shì)。
