戰(zhàn)超，于君寶，王慶，栗云召，周迪

(1.中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所，山東 煙臺 264003；2.魯東大學(xué) 濱海生態(tài)研究院，山東 煙臺 264025；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

近60年萊州灣東部砂質(zhì)海岸地貌的時空動態(tài)

戰(zhàn)超1,2,3，于君寶1,2*，王慶2，栗云召2，周迪2

(1.中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所，山東 煙臺 264003；2.魯東大學(xué) 濱海生態(tài)研究院，山東 煙臺 264025；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

在野外考察的基礎(chǔ)上，以不同時期測量和成像的海圖、地形圖和高分辨率遙感影像為數(shù)據(jù)源，綜合使用數(shù)字岸線分析、遙感、地理信息系統(tǒng)等方法，對近60年來萊州灣東部砂質(zhì)海岸(界河口-刁龍嘴)地貌演變進(jìn)行研究。結(jié)果表明，研究期內(nèi)萊州灣東部岸線遷移和水下岸坡沖淤存在強(qiáng)烈的時空差異。岸線遷移表現(xiàn)為沖淤進(jìn)退交替發(fā)生，其在時間過程上具有非線性的顯著特點。1959-2013年，侵蝕岸線所占比例波動起伏，具有階段性。侵蝕岸段年均演變速率以1985年為界分成兩個階段，前期由極大值4.95 m/a(1959-1969年)銳減至極小值1.97 m/a(1969-1985年)，后期由1.97 m/a增大到4.43 m/a(1985-1998年)，之后均處于高強(qiáng)度侵蝕。岸線遷移空間分布的差異性主要表現(xiàn)在4個岬灣的岸線變遷特征與萊州灣東岸岸線整體變遷并不一致。同時，水下岸坡沖淤條帶大體相間分布，同一岸段1959-1985年和1985-2008年的沖淤演變趨勢基本相反。進(jìn)一步分析表明最近60年來，萊州灣東部砂岸在水庫攔沙、潮上帶工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖、大型海岸工程等人類活動的地貌效應(yīng)共同控制下，發(fā)生了5次岸線淤積前進(jìn)與侵蝕后退以及沖淤速率大小的交替。

砂質(zhì)海岸；海岸線；水下岸坡；地貌演變；人類活動

1 引言

在全球海面上升和高強(qiáng)度人類活動的影響下，20世紀(jì)中葉以來全球范圍內(nèi)的海岸侵蝕普遍呈現(xiàn)加重的趨勢[1-4]，因而海岸侵蝕問題受到國內(nèi)外學(xué)者的高度重視。海岸侵蝕是一定階段海岸地貌與沉積環(huán)境演變的組成部分，而岸線的遷移過程和水下岸坡沖淤動態(tài)是海岸地貌演變研究的基礎(chǔ)和重要內(nèi)容之一[1]。

本文所研究的萊州灣東部典型砂岸系指膠東半島西北部界河口與刁龍嘴之間的砂質(zhì)海岸，在其所在的膠東半島各段砂質(zhì)海岸中地貌形態(tài)最典型、侵蝕后退最嚴(yán)重，最近60年來潮上帶的高強(qiáng)度土地利用、水庫修建、海岸工程建設(shè)等在我國沿海均具代表性[5]。前人關(guān)于萊州灣東部海岸地貌與沉積環(huán)境演變的研究，重點是全新世中期以來的海岸地貌與沉積環(huán)境演化，包括海岸地貌類型與結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、沉積環(huán)境演變及風(fēng)沙地貌[6-7]、沙壩-潟湖體系演化及古海岸線[8]、相對海面變化與海積地貌發(fā)育[9]，以及海岸地貌與沉積環(huán)境演變的新構(gòu)造運動背景[10-11]等。但以往的研究一般把萊州灣東部海岸作為NE-SW向的平直海岸，關(guān)注的時間尺度主要為全新世中期以來的數(shù)千年。實際上該段海岸由若干小型基巖岬角、弧形彎曲的岬間海灣及小型山地河流河口構(gòu)成(圖1，以1959年測1∶10萬濰河口—龍口港幅海圖為底圖編制)。值得注意的是人類的海域使用、土地利用、不動產(chǎn)產(chǎn)權(quán)及各類工程構(gòu)筑物設(shè)計、使用又與數(shù)十年尺度的地貌演變關(guān)系最為密切。因此，有必要深入了解這些岬灣在數(shù)十年尺度上的海岸地貌與環(huán)境演變過程，認(rèn)識岬灣砂岸的地貌演變規(guī)律，為科學(xué)預(yù)測全球變化背景下的海岸地貌沖淤演變及海岸侵蝕提供理論依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

萊州灣為現(xiàn)代黃河三角洲與膠東半島之間的弱潮海灣[12-13]，其東部岸段從20世紀(jì)60年代以后存在著強(qiáng)烈的侵蝕后退現(xiàn)象[14]，為我國沿海發(fā)現(xiàn)及研究海岸侵蝕較早的岸段。根據(jù)2013年“資源三號”衛(wèi)星影像的岸線解譯結(jié)果，界河口-刁龍嘴岸段岸線總長50.64 km，其中界河口-石虎嘴、石虎嘴-海北嘴、海北嘴-三山島和三山島-刁龍嘴4個岬灣岸線長度分別為18.54、8.73、11.75和11.62 km。野外調(diào)查顯示，最近30年來該岸段蝕退范圍擴(kuò)展，侵蝕陡坎普遍形成，海灘變窄變陡。通過對19個海灘橫斷面的實地測量(2013年春季，利用水準(zhǔn)儀、GPS等工具)結(jié)果表明，目前該岸段海灘平均寬度為25.09 m，平均坡度為5.79°。根據(jù)對1985年測地形圖上相同位置海灘橫斷面的量算結(jié)果，當(dāng)時海灘平均寬度為123.81 m，平均坡度只有1.84°。在過去的30年中海灘年均寬度減少3.53 m(圖1b)。

萊州灣東部海域的常浪及強(qiáng)浪向均為NNE，次常強(qiáng)浪向均為SW，各浪向均大體平行于海岸總體走向或與其斜交(圖1b)。該段海岸平均潮差只有1.0 m左右，但受溫帶氣旋、熱帶氣旋和寒潮等天氣系統(tǒng)控制，容易發(fā)生風(fēng)暴潮及增水，風(fēng)力作用強(qiáng)烈。1950-2013年間，萊州灣沿岸災(zāi)害性風(fēng)暴潮共出現(xiàn)21次，平均3年1次。其中2007-2013年共發(fā)生6次風(fēng)暴潮，頻率增加至接近每年1次。在早期自然狀態(tài)下，研究區(qū)潮上帶發(fā)育寬達(dá)數(shù)百米、局部近千米的風(fēng)成沙地(沙丘)，在潮間帶發(fā)育有100～200 m寬的平緩海灘，在水下岸坡發(fā)育有水下沙壩及其間的槽谷。以上3種地貌類型及地貌單元在空間上依次相鄰并平行于岸線展布，其間存在強(qiáng)烈的橫向動力作用、泥沙交換，其內(nèi)部各自存在平行海岸的動力過程和泥沙輸運。

3 數(shù)據(jù)與方法

3.1 數(shù)據(jù)源

狹窄的砂質(zhì)海岸對岸線演變數(shù)據(jù)源的空間分辨率要求較高，因此本文選取的用于岸線變化研究的數(shù)據(jù)包括不同時期測量或成像的大比例尺歷史海圖、地形圖，高分辨率衛(wèi)星遙感影像和野外實測數(shù)據(jù)資料。具體包括：1959年的1∶100 000海圖，1969年的1∶50 000地形圖5幅和1984-1985年的1∶10 000地形圖18幅。高分辨率遙感影像6期，其類型、空間分辨率和成像時間如表1所示。為了最大限度減小岸線海側(cè)邊界的誤差，均選取低潮時遙感影像[15]。用于水下岸坡DEM分析的數(shù)據(jù)源包括上述1959年海圖及1985年1∶250 000和2008年1∶150 000的3期海圖。

表1 用于岸線信息提取的高分辨率遙感影像資料

圖1 萊州灣東部海岸的地理位置(a)，海岸類型與地貌(b)及不同年份岸線進(jìn)退狀況(c)Fig.1 The position of eastern coast of Laizhou Bay (a), coastal types and geomorphology (b) and coastline advance and retreat situation (c)

3.2 岸線的提取與數(shù)字岸線分析

首先，對海圖和地形圖進(jìn)行數(shù)字化和投影、坐標(biāo)的統(tǒng)一。第二，對多光譜和全色影像進(jìn)行圖像融合處理。第三，以已經(jīng)過精矯正的1985年地形圖為參考，采用二次多項式模式對遙感影像進(jìn)行幾何校正。對岸線提取而言，多項式校正模式有效地保證了遙感影像的低空間誤差[16]。最后，通過掩膜技術(shù)將研究區(qū)范圍裁出。

采用目視解譯法提取岸線。自然岸線的確定遵守大潮平均高潮線原則，人工岸線(碼頭、養(yǎng)殖場和鹽田)以其向海側(cè)堤壩外沿為標(biāo)準(zhǔn)。為了確保岸線空間位置的準(zhǔn)確，期間多次采用GPS進(jìn)行野外定位調(diào)查，結(jié)果表明波浪在該海灘上緣多侵蝕形成近似垂直的地形陡坎，相對高度一般小于1 m，其下緣即為岸線(圖2)。利用其對室內(nèi)目視判讀結(jié)果進(jìn)行修正。

圖2 實地調(diào)查(a)及遙感影像上(b)的岸線位置Fig.2 The shoreline location on field survey(a) and remote sensing images (b)

以生成的個人地理數(shù)據(jù)庫中的岸線信息為數(shù)據(jù)源，用數(shù)字岸線分析系統(tǒng)(DSAS)采用終點速率法計算岸線遷移速率。利用1959年岸線緩沖區(qū)分析得到基線。以界河口為起點，按80 m間隔生成切線。

為了提高研究的準(zhǔn)確性，將研究區(qū)劃分成4個亞段，即①界河口-石虎嘴段、②石虎嘴-海北嘴段、③海北嘴-三山島段和④三山島-刁龍嘴岬灣段。其中，由于①段較長，研究中將該岸段進(jìn)一步分成a、b、c 3部分，圖1所示的分段方案對應(yīng)的不同年份岸線分布及數(shù)字岸線分析所用基線和切線如圖3所示。

圖3 不同時期岸線分布及用于數(shù)字岸線分析的基線和切線Fig.3 Shoreline distributions in different periods and baselines and transects for digital shoreline analysis

本研究的時間尺度近60年，因此季節(jié)變化和風(fēng)暴潮對岸線演變的影響可不予考慮[1]。測量誤差主要包含兩部分：投影方法和岸線數(shù)字化[17]。每期岸線位置的總的測量誤差(Esp)通過式(1)計算[18]。考慮數(shù)字化誤差(Ed)，均方根誤差RMSE(Er)，其中1959、1969年岸線來源于紙質(zhì)的海圖、地形圖數(shù)字化，故考慮Ed；1998、2006、2013年岸線經(jīng)過幾何矯正，故考慮Er。年化誤差(Ea)通過式(2)計算，其中time為最新與最老岸線年份之差。計算結(jié)果表明最大年化誤差值為0.15 m/a。

(1)

(2)

3.3 水下岸坡DEM模型分析

首先，在1959、1985和2008年海圖上提取等深線和離散水深點，所得數(shù)據(jù)采用WGS84坐標(biāo)系、UTMZone51投影統(tǒng)一管理。其次，基于以上空間數(shù)據(jù)采用Kriging插值，生成不同時期的DEM，對其進(jìn)行空間疊加，通過3D空間分析插值得到2008年該海域2m、5m、10m等深線處水深變化值。最后，提取上述等深線處不同時期的水深值，沿自西向東方向繪制水深變化的空間分布圖，計算沖淤量及沖淤速率。由于海圖實測水深的限制，水下岸坡沖淤演變的研究范圍僅為刁龍嘴至海北嘴東岸附近海域。

4 結(jié)果

4.1 岸線遷移時空差異

4.1.1 岸線遷移時間過程非線性

從10年時間尺度上來看，萊州灣東部4個岬灣的岸線演變，在時間上呈現(xiàn)沖淤交替發(fā)生的特點(圖1c)。根據(jù)終點速率法計算的侵蝕、淤積、平衡岸線(沖淤強(qiáng)度小于0.5m/a)[19]比例及平均遷移強(qiáng)度結(jié)果顯示，1959-2013年，侵蝕岸線所占比例變化顯著，其中1985-1998年(75.11%)侵蝕岸線比例最高，2006-2013年(60.35%)次之；而1959-1969年(42.13%)、1969-1985年(23.22%)和1998-2006年(15.87%)侵蝕岸線比例均未超過50%，其中1998-2006年侵蝕岸線比例最低，未超過20%(表2)。

表2 不同時期岸線侵蝕/淤積變化平均速率

注：由于三山島岬角處的萊州港、海北嘴岬角處的電廠及淘金河口下游的春雨碼頭，人為向海推進(jìn)岸線的距離高者可達(dá)上千米，據(jù)此計算所得的該段海岸的平均岸線進(jìn)退速率與野外考察實情不符，因此在計算1998-2006年、2006-2013年和1959-2013年岸線遷移平均速率時，未包含上述3段岸線。

侵蝕岸線比例的波動過程大體上可以劃分為4個階段，第一階段從1959-1985年，侵蝕岸線比例維持在較低水平且進(jìn)一步降低，由42.13%(1959-1969年)降至23.22%(1969-1985年)，淤積和平衡岸線比例之和相應(yīng)地由57.87%升至76.78%；第二階段從1985-1998年，侵蝕岸線顯著增加至75.11%，淤積和平衡岸線之和僅占24.89%；第三階段從1998-2006年，侵蝕岸線由75.11%銳減至15.87%，淤積和平衡岸線則激增至84.13%；第四階段從2006-2013年，侵蝕岸線再次增加至60.35%，相應(yīng)地淤積和平衡岸線則減少至39.65%。

侵蝕岸段年均演變速率除了1969-1985年(1.97 m/a)外，均維持較高強(qiáng)度，屬于嚴(yán)重侵蝕海岸[19]。侵蝕速率最大的時期出現(xiàn)在1959-1969年(4.95 m/a)，1985-1998年(4.43 m/a)次之，且1998-2006年(3.06 m/a)和2006-2013年(3.92 m/a)也延續(xù)了較大侵蝕速率(表2)。侵蝕速率的變化過程可分為兩個階段，第一個階段1959-1985年，侵蝕速率由極大值4.95 m/a(1959-1969年)銳減至極小值1.97 m/a(1969-1985年)，侵蝕速率顯著降低；第二階段1985-2013年，侵蝕速率由1.97 m/a增大到4.43 m/a(1985-1998年)之后，雖有所降低，但都屬于嚴(yán)重侵蝕。

就淤積和平衡岸線而言，淤積岸線所占比例超過50%的時期，出現(xiàn)在1959-1969年(52.45%)和1998-2006年(70.85%)；且1959-1969年、1969-1985年(47.26%)和1998-2006年(70.85%)淤積岸線比例均超過侵蝕岸線。平衡岸線所占比例均未超過30%，其中，最大年份出現(xiàn)在1969-1985年(29.52%)，超過了侵蝕岸線，其余年份的平衡岸線比例均未超過20%，最小年份出現(xiàn)在1959-1969年(5.42%)。

岸線淤積速率的極大值和極小值出現(xiàn)的時期與侵蝕岸線相同，亦在1959-1969年(7.79 m/a)和1969-1985年(1.85 m/a)。變化階段亦分為兩個階段，即以1985年為界，前期淤積速率顯著降低，后期在較高水平波動。

4.1.2 岸線遷移空間分布差異性

從不同空間尺度來看，各岬灣的岸線變遷趨勢與整體并不一致(圖1c)。具體而言，1959-1969年，整個岸段岸線總體呈淤進(jìn)狀態(tài)，以1.98 m/a的平均速率向海遷移(表2)，但界河口至石虎嘴岸段出現(xiàn)強(qiáng)烈侵蝕后退，離界河口越近蝕退越嚴(yán)重，界河口附近10年間岸線蝕退達(dá)53 m。石虎嘴-海北嘴岬灣淤積速率最高，其下游的兩個岬灣依次遞減(圖1c)。

1969-1985年，岸線總體處于平衡狀態(tài)，遷移速率只有0.4 m/a(表2)，但界河口附近和石虎嘴上游以較高速率淤積，而海北嘴-三山島岬灣則以較高速率侵蝕。1985-1998年，整體處于高強(qiáng)度侵蝕狀態(tài)，岸線后退速率達(dá)2.77 m/a(表2)，界河口-石虎嘴岬灣侵蝕速率最高，下游岬灣侵蝕速率依次遞減，最下游的三山島-刁龍嘴岬灣已基本處于平衡狀態(tài)。

1998-2006年，整體逆轉(zhuǎn)為高強(qiáng)度淤積狀態(tài)，前進(jìn)速率為2.08 m/a(表2)，三山島-刁龍嘴岬灣淤積速率最高，界河口-石虎嘴次之，石虎嘴-海北嘴最小。2006-2013年，整體又調(diào)整為較高強(qiáng)度的蝕退狀態(tài)，速率為1.57 m/a(表2)，其中界河口附近侵蝕速率最高，石虎嘴-海北嘴次之；但三山島-刁龍嘴卻處于低速率淤進(jìn)狀態(tài)。

從岸線沖淤進(jìn)退的空間分布來看，除了三山島至刁龍嘴岸段，其余3個岬灣在10年尺度上岸線演變大體呈現(xiàn)沖淤交替分布的格局，且界河口附近岸線進(jìn)退最為顯著。而三山島至刁龍嘴岸段，雖然不同時期速率差別顯著，但該岸段一直處于淤積或平衡狀態(tài)。

4.2 水下岸坡沖淤時空差異

1959-1985年和1985-2008年水下岸坡DEM演變對比分析結(jié)果表明，同一時期沖、淤條帶大體相間分布，前期強(qiáng)烈淤積變淺的區(qū)域，后期一般相應(yīng)地變?yōu)榍治g變深，反之亦然。具體而言，1959-1985年該岸段5 m、7 m等深線之間區(qū)域出現(xiàn)連續(xù)的淤積條帶，水下岸坡顯著變淺，最大淤積厚度3.13 m；7 m、10 m等深線之間區(qū)域則為連續(xù)的侵蝕條帶。而1985-2008年該岸段5 m等深線附近水下岸坡沖淤相間分布，出現(xiàn)兩塊顯著侵蝕變深區(qū)域；但10 m等深線、7 m等深線之間出現(xiàn)連續(xù)的淤積條帶(圖4)。

圖4 1959-1985年(a)和1985-2008年(b)海北嘴—刁龍嘴岸段水下岸坡DEM演變Fig.4 The evolution of subaqueous slope DEM at Haibeizui-Diaolongzui section in periods of 1959-1985 (a) and 1985-2008 (b)剖面線選取該海域2008年海圖等深線The profile line based on nautical chart isobath in 2008

1959-1985年，該岸段沿2 m等深線處，水下岸坡整體以淤積為主，平均厚度0.71 m，最大厚度2.96 m，其中刁龍嘴以東水下岸坡大部分以淤積變淺為主，而刁龍嘴以西水下岸坡沖淤相間分布。1985-2008年，則以侵蝕為主，平均厚度為0.41 m，最大厚度達(dá)2.69 m，同一岸段在1959-1985年和1985-2008年的水下岸坡沖淤演變趨勢基本上相反(圖5a)。1959-1985年，該岸段沿5 m等深線處，水下岸坡整體也以淤積變淺為主，平均厚度為1.27 m，最大厚度達(dá)3.27 m，除刁龍嘴以西極少數(shù)岸段水下岸坡侵蝕變深外，絕大部分岸段水下岸坡淤積變淺，淤積程度較2 m和10 m等深線處更明顯。1985-2008年，沿5 m等深線處，水下岸坡有沖有淤，平均水深變化值僅為0.04 m，表明沿5 m等深線處，該岸段水下岸坡整體沖淤接近平衡，但刁龍嘴至三山島和海北嘴以東岸段水下岸坡侵蝕較為明顯，最大侵蝕厚度達(dá)2.51 m(圖5b)。

1959-1985年和1985-2008年，沿10 m等深線處，水下岸坡整體均以淤積為主，平均厚度分別為0.44 m和0.28 m，對應(yīng)的最大淤積厚度分別為1.82 m和1.55 m。其中，1959-1985年，海北嘴以東水下岸坡淤積變淺趨勢明顯，平均淤積厚度達(dá)1.02 m；而1985-2008年，三山島至海北嘴段水下岸坡淤積趨勢相對明顯，平均厚度為0.85 m?？梢钥闯?0 m等深線處水深變化較2 m和5 m更平緩，主要由于接近該海域的閉合水深，動力作用相對微弱，沿岸泥沙搬運較少，對水下地形的改造較小(圖5c)。1959-1985年，該岸段岸線以向海淤進(jìn)為主，局部岸段侵蝕，岸線整體平均向海遷移43.50 m，最大向海遷移263.52 m。1985-2006年，岸線整體以向陸侵蝕為主，如果不考慮萊州港的建設(shè)和刁龍嘴岸段大規(guī)模養(yǎng)殖池建設(shè)等人類活動導(dǎo)致岸線強(qiáng)烈向海推進(jìn)的影響，該岸段受人類活動影響較輕的自然岸線平均后退距離為7.88 m，最大向陸遷移192.49 m，并且岬灣的遮蔽段侵蝕調(diào)整最嚴(yán)重(圖5d)。

海北嘴—三山島和三山島—刁龍嘴岬灣的遮蔽段均出現(xiàn)強(qiáng)烈侵蝕，尤其三山島—刁龍嘴遮蔽段，疊加萊州港建設(shè)的影響后，港區(qū)下游段侵蝕加劇。將1959-1985年和1985-2006年岸線遷移對比發(fā)現(xiàn)，1959-1985年強(qiáng)烈向海淤積的岸段，1985-2006年一般出現(xiàn)嚴(yán)重侵蝕，兩個時期岸線遷移方向相反，沖淤速率相當(dāng)(圖5d)。

圖5 海北嘴—刁龍嘴岸段沿等深線的水下岸坡水深變化及岸線變遷Fig.5 The changes of water depth and coastline evolution along isobath at Haibeizui-Diaolongzui sectiona圖為2 m等深線，b圖為5 m等深線，c圖為10 m等深線，d圖為岸線；剖面線選取該海域2008年海圖等深線a.2 m isobath, b.5 m isobath, c.10 m isobath, d.coastline; the profile line based on nautical chart isobath in 2008

通過以上對1959-1985和1985-2006年間2 m、5 m、10 m等深線處水深的變化和岸線遷移調(diào)整的綜合分析表明，1959-1985年間，該岸段岸線整體向海推進(jìn)，且3條等深線處水深均淤積變淺。1985-2006年間，岸線整體向陸蝕退，2 m等深線處水深增加，5 m等深線處水深基本不變，而10 m等深線則淤積變淺。究其原因，該岸段岸線向陸蝕退產(chǎn)生的泥沙，除了被縱向泥沙流攜帶到下游岸段，可能還被泥沙橫向運動攜帶至5 m等深線以外的區(qū)域，尤其是10 m等深線附近的區(qū)域沉積下來。

5 討論

現(xiàn)代萊州灣東部海岸首先是被石虎嘴、海北嘴、三山島等3個小型基巖岬角分隔而成的4個寬淺開敞的弧形岬灣，而各個岬灣內(nèi)部的不同岸段因其與NNE+NE+N向優(yōu)勢波浪的相對關(guān)系不同，進(jìn)一步劃分為遮蔽段、切線段及過渡段，這些岬灣及灣內(nèi)不同岸段的差異為海岸地貌演變的非線性特征奠定了地理基礎(chǔ)。另一方面，對這些開闊程度較高的淺弧形岬灣而言，其內(nèi)部波浪作用強(qiáng)烈、海灣容納泥沙堆積的空間較小，因而地貌沖淤導(dǎo)致的岸線淤進(jìn)和蝕退，會使其岸線的曲折程度發(fā)生改變，甚至使得海灣在平直海岸與彎曲海岸之間頻繁擺動。此外，由于該地區(qū)全球海平面上升速率和新構(gòu)造抬升速率處于同一數(shù)量級[9,20]，因而相對海平面升降運動不顯著，即控制河流、波浪侵蝕作用的基準(zhǔn)面沒有變化。以上地理基礎(chǔ)和邊界條件從根本上決定了海岸在N向優(yōu)勢風(fēng)、浪作用下的泥沙輸運格局，為海岸地貌演變的非線性特征提供了沉積動力基礎(chǔ)。

河流輸沙為萊州灣東部岬灣砂岸的泥沙來源，以界河和王河為主。在20世紀(jì)50年代及此前的數(shù)十年中，由于人口眾多、山區(qū)墾荒、森林砍伐，這些河流所發(fā)源的膠東半島西北部山地的森林覆蓋率僅0.5%[21]，流域中上游山地土壤侵蝕及水土流失嚴(yán)重，海岸推移及躍移質(zhì)粗顆粒泥沙來源充足。河流輸沙入海后發(fā)生復(fù)雜的橫向運動和縱向運動，使得海灣地貌演變總體上呈現(xiàn)淤積態(tài)勢，岸線整體向海淤進(jìn)，導(dǎo)致各個岬灣的開敞程度增加，界河口—刁龍嘴岸段岸線總體上趨于平直。

20世紀(jì)50年代末至60年代初的大規(guī)模水庫建設(shè)，造成海岸泥沙收支迅速進(jìn)入嚴(yán)重虧失狀態(tài)，改變了萊州灣東部岬灣海岸地貌演變過程。首先最鄰近上游泥沙源的界河口—石虎嘴岸段，呈現(xiàn)出高強(qiáng)度的侵蝕后退。水庫攔沙引發(fā)的海岸地貌侵蝕調(diào)整在河口岸段，尤其是界河口附近最為劇烈，1959-1969年間界河口附近岸線蝕退速率高達(dá)5.49 m/a。但是，由于NNE+NE+N向的波浪將上游岸段侵蝕產(chǎn)生的泥沙沿破浪帶和海灘，大致平行于海岸線繼續(xù)向下游岬灣搬運，使得石虎嘴—刁龍嘴岸段的3個岬灣海岸仍處于淤進(jìn)狀態(tài)(圖1c)。

1969-1985年，界河口—石虎嘴岸段向岸蝕退到一定程度后，海灣的開敞程度降低，水下沙壩、等深線及岸線變得彎曲，沿海灘和水下沙壩的縱向輸沙強(qiáng)度均減弱，從而導(dǎo)致繞過岬角向下游岬灣的泥沙縱向輸運減弱，停留在石虎嘴以東岬灣內(nèi)堆積的泥沙量凈增加。其結(jié)果是，界河口—石虎嘴岸段海岸由蝕退重新轉(zhuǎn)入淤進(jìn)，而石虎嘴—海北嘴岬灣岸段雖然沒有逆轉(zhuǎn)為蝕退，但是其淤進(jìn)速率也降低至僅相當(dāng)于1959-1969年的9.2%并接近于0，即近乎沖淤平衡狀態(tài)；海北嘴—三山島岬灣岸段轉(zhuǎn)為顯著蝕退；三山島—刁龍嘴岬灣岸段，由于王河尚有部分入海泥沙的補(bǔ)給，雖然也沒有逆轉(zhuǎn)為蝕退，但是其淤進(jìn)速率降低至僅相當(dāng)于1959-1969年的5.3%，接近沖淤平衡狀態(tài)(圖1c)。

從20世紀(jì)80年代中期開始以海水養(yǎng)殖為目的的潮上帶土地利用，使原本寬達(dá)250～450 m乃至1 000 m的潮上帶風(fēng)沙地迅速減少，目前幾乎全部為養(yǎng)殖設(shè)施覆蓋，總體上以1985-1998年減少最為顯著。這種前緣為順堤防護(hù)的條帶狀養(yǎng)殖帶，切斷了原來潮上帶—潮間帶的動力、泥沙交換。其結(jié)果，風(fēng)暴潮作用時潮上帶沙地的消能效應(yīng)、非風(fēng)暴潮時風(fēng)沙地對潮間帶—潮下帶的泥沙補(bǔ)充功能消失殆盡，水下岸坡上部的水動力顯著增強(qiáng)、海岸泥沙收支發(fā)生大量虧損[22]。因此，除三山島—刁龍嘴岸段為基本穩(wěn)定微沖外，1985-1998年海岸整體轉(zhuǎn)為強(qiáng)烈侵蝕后退，蝕退發(fā)生范圍、強(qiáng)度為最近60年之最(圖1c)。

經(jīng)過從1985年到1998年長達(dá)10多年的強(qiáng)烈海岸侵蝕后退，導(dǎo)致萊州灣東部各個岬灣的開敞程度變小，岬灣的深度、弧度增加，海岸輪廓特別是水下沙壩由相對較平直轉(zhuǎn)換為相對更彎曲，海岸縱向輸沙強(qiáng)度減弱，大量泥沙停留在各個岬灣內(nèi)堆積。其結(jié)果是該岸段各個岬灣岸線轉(zhuǎn)為整體向海淤積，但是各個岬灣及其不同岸段淤進(jìn)速率不同(圖1c)。需要指出，目前水庫攔沙與潮上帶土地利用對海岸地貌沖淤的影響仍然存在，主要表現(xiàn)在其對海岸淤積過程的加強(qiáng)或抵消。此外，局部突堤式海岸工程會直接將岸線向海大幅度前進(jìn)，主要是海北嘴—三山島岬灣萊州港的擴(kuò)建，提高了其上游岸段岸線向海遷移速率。

2006-2013年的海岸地貌演變，除了三山島—刁龍嘴岬灣仍保持1998-2006年的岸線向海前進(jìn)趨勢、諸流河口—石虎嘴岸段基本保持平衡外，其余3個岬灣轉(zhuǎn)換為侵蝕后退(圖1c)。海岸侵蝕后退發(fā)生的原因與此時期人類活動尤其是海岸工程有關(guān)，其中三山島—刁龍嘴岬灣的岸線推進(jìn)，主要與當(dāng)?shù)貫閿U(kuò)建養(yǎng)殖池而實施的平推式填海工程有關(guān)；若考慮三山島港等海岸工程直接導(dǎo)致的岸線前進(jìn)，則界河口—諸流河口、石虎嘴—海北嘴、海北嘴—三山島等岸段實際的海岸侵蝕后退程度可能更為嚴(yán)重。

6 結(jié)論

最近60年來，萊州灣東部岸線遷移和水下岸坡沖淤存在強(qiáng)烈的時空差異。岸線遷移的時間過程具有非線性的顯著特點，呈現(xiàn)沖淤交替的特征。從1959-2013年間，侵蝕岸線所占比例波動起伏，具有階段性。從1959-1985年，侵蝕岸線比例維持在較低水平，從1985-1998年侵蝕岸線比例顯著增加，從1998-2006年，侵蝕岸線比例銳減，從2006-2013年，侵蝕岸線比例再次激增。侵蝕岸段年均演變速率以1985年為界，分為兩個階段，前期由極大值4.95 m/a(1959-1969年)銳減至極小值1.97 m/a(1969-1985年)，后期由1.97 m/a增大到4.43 m/a(1985-1998年)之后，雖有所降低，但都屬于嚴(yán)重侵蝕。

岸線遷移空間分布的差異性表現(xiàn)在各岬灣的岸線變遷與研究區(qū)岸線整體變遷并不一致。除了三山島—刁龍嘴岸段外，其余3個岬間海灣在十年尺度上岸線演變呈現(xiàn)沖淤交替分布的空間格局，且界河口附近岸線進(jìn)退遷移最為顯著。而三山島—刁龍嘴岸段，雖然不同時期速率有顯著差別，但岸線一直呈現(xiàn)淤積或平衡狀態(tài)。

水下岸坡演變與岸線變遷之間緊密聯(lián)系，1959-1985年，該岸段岸線整體向海推進(jìn)，且2 m，5 m和10 m等深線處水深均淤積變淺。1985-2006年間，岸線整體向陸侵蝕后退，2 m等深線處水深增加，5 m等深線處水深基本不變，而10 m等深線則淤積變淺。

萊州灣東部海岸兼具岬灣砂岸和平直砂岸的某些地貌特征，其海岸地貌沖淤演變具有顯著的不穩(wěn)定性，不同時期、不同岸段分別處于蝕退或淤進(jìn)狀態(tài)并呈交替時空分布。在水庫攔沙、潮上帶工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖、大型海岸工程等人類活動的地貌效應(yīng)共同控制下，最近60年來發(fā)生了5次岸線淤進(jìn)與蝕退以及沖淤速率大小的交替。

[1] Aiello A, Canora F, Pasquariello G. et al. Shoreline variations and coastal dynamics: A space-time data analysis of the Jonian littoral, Italy[J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2013, 129: 124-135.

[2] Brooks S M, Spencer T. Shoreline retreat and sediment release in response to accelerating sea level rise: measuring and modelling cliffline dynamics on the Suffolk Coast, UK[J]. Global and Planetary Change, 2012, 80:165-179.

[3] Kankara R S, Selvana S C, Markosea V J, et al. Estimation of long and short term shoreline changes along Andhra Pradesh coast using Remote Sensing and GIS techniques[J]. Procedia Engineering, 2015, 116: 855-862.

[4] Kuleli T, Guneroglu A, Karsli F, et al. Automatic detection of shoreline change on coastal Ramsar wetlands of Turkey[J]. Ocean Engineering, 2011, 38(10): 1141-1149.

[5] 仲少云, 王慶, 戰(zhàn)超, 等. 最近50年來萊州灣東部典型砂岸潮上帶土地利用變化研究[J]. 海洋與湖沼, 2015, 46(2): 410-419.

Zhong Shaoyun, Wang Qing, Zhan Chao, et al. Changes in land-use of the supratidal zone of typical sandy coast along eastern Laizhou Bay in recent 50 years[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2015, 46(2): 410-419.

[6] 蔡月娥, 蔡愛智. 萊州灣東岸的地貌發(fā)育[J]. 海洋湖沼通報, 1980, 2(1): 28-34.

Cai Yue’e, Cai Aizhi. Development of geomorphology on the eastern coast of Laizhou Gulf, Shandong[J]. Transactions of Oceanology and Limnology, 1980, 2(1): 28-34.

[7] 李善為, 夏東興.山東海岸地貌發(fā)育特征[J]. 海洋湖沼通報, 1981, 3(3): 39-45.

Li Shanwei, Xia Dongxing. Study on geomorphological development characteristics along the Shandong coast[J]. Transactions of Oceanology and Limnology, 1981, 3(3): 39-45.

[8] 莊振業(yè), 鞠連軍, 馮秀麗, 等. 山東萊州三山島—刁龍嘴地區(qū)沙壩瀉湖沉積和演化[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 1994, 14(4): 43-52.

Zhuang Zhenye, Ju Lianjun, Feng Xiuli, et al. Barrier lagoon sedimentation and evolution in Sanshan island-Diaolongzui area, Laizhou, Shandong[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 1994, 14(4): 43-52.

[9] 王慶. 全新世中期以來山東半島東北岸相對海面變化與海積地貌發(fā)育[J]. 地理研究, 1999, 18(2): 122-129.

Wang Qing. Influence of the middle and later Holocene relative sealevel change on the coastal geomorphic evolution along the north eastern Shandong peninsula[J]. Geographical Research, 1999, 18(2): 122-129.

[10] 王慶, 王圣潔. 晚更新世以來山東半島北部沿海地區(qū)的構(gòu)造抬升速率[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 1998, 8(3): 71-77.

Wang Qing, Wang Shengjie. The tectonic uplift rate of coastal area along the northern Shandong peninsula in Late Pleistocene epoch[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 1998, 8(3): 71-77.

[11] 杜國云.山東半島新構(gòu)造東西分異的水系特征統(tǒng)計分析[J]. 北京大學(xué)學(xué)報, 2001, 37(3): 407-412.

Du Guoyun. Statistical analysis of the river networks on neotectonic divergency of east and west parts in Jiaodong Peninsula[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2001, 37(3): 407-412.

[12] 莊振業(yè), 許衛(wèi)東, 李學(xué)倫. 渤海南岸6000年來的岸線演變[J]. 青島海洋大學(xué)學(xué)報, 1991, 2 (2): 99-110.

Zhuang Zhenye, Xu Weidong, Li Xuelun. The coastline evolution on the south coast of the Bohai sea since 6 ka B.P.[J]. Journal of Ocean University of Qingdao, 1991, 2(2): 99-110.

[13] 中國海灣志編委會. 中國海灣志(第三分冊)[M]. 北京：海洋出版社, 1993:1-81.

Editorial Board of China Bay Survey. Survey of China Bays (Vol.3)[M]. Beijing: China Ocean Press, 1993:1-81.

[14] 莊振業(yè)，陳衛(wèi)民，許衛(wèi)東, 等. 山東半島若干平直砂岸近期強(qiáng)烈蝕退及其后果[J]. 青島海洋大學(xué)學(xué)報, 1989, 19(1): 90-98.

Zhuang Zhenye, Chen Weimin, Xu Weidong, et al. Retrogression of straight sandy beaches in the Shandong peninsula and it’s results[J]. Journal of Ocean University of Qingdao, 1989, 19(1): 90-98.

[15] Ahmad S R, Lakhan V C. GIS-based analysis and modeling of coastline advance and retreat along the Coast of Guyana[J]. Marine Geodesy, 2012, 35(1): 1-15.

[16] Hakkou M, Castelle B, Benmohammadi A, et al. Wave climate and morphosedimentary characteristics of the Kenitra-Bouknadel sandy coast, Morocco[J]. Journal of Environment Earth Science, 2011, 64(7):1729-1739.

[17] Olusegun A D, Qiao Lulu, Ding Dong, et al. Evolutionary trends of the Niger Delta shoreline during the last 100 years: Responses to rainfall and river discharge[J]. Marine Geology, 2015, 367: 202-211.

[18] Moussaid J, Fora A A, Zourarah B, et al. Using automatic computation to analyze the rate of shoreline change on the Kenitra coast, Morocco[J]. Ocean Engineering, 2015, 102: 71-77.

[19] 陳吉余. 中國海岸侵蝕概要[M]. 北京: 海洋出版社, 2010: 56-78.

Chen Jiyu. Summary of Coastal Erosion in China[M]. Beijing: China Ocean Press, 2010: 56-78.

[20] 王慶. 全新世以來山東半島東北部海面變化的河流地貌響應(yīng)[J]. 地理科學(xué), 1999, 19(3): 226-231.

Wang Qing. Fluvial geomorphic response to the Holocene relative sea level changes along the northeastern Shandong peninsula[J]. Scientia Geographica Sinica, 1999, 19(3): 226-231.

[21] 王慶, 劉建華. 漢代以來膠東半島人口發(fā)展及人-地-海關(guān)系演變[J]. 魯東大學(xué)學(xué)報, 2006, 23(3): 6-10.

Wang Qing, Liu Jianhua. The population development and the evolution of man-land-sea relationship in Jiaodong Peninsula since the Han Dynasty[J]. Journal of Ludong University, 2006, 23(3): 6-10.

[22] 李雪艷, 王慶, 王紅艷, 等. 萊州灣東部潮上帶土地利用對海岸蝕退的影響[J]. 海洋與湖沼, 2015, 46(6): 1347-1357.

Li Xueyan, Wang Qing, Wang Hongyan, et al. Impacts of land use on coastal erosion in the upper tidal zone of the Laizhou Bay[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2015, 46(6): 1347-1357.

Spatial and temporal dynamics of sandy coastal geomorphology in the east of Laizhou Bay over recent 60 years

Zhan Chao1,2,3, Yu Junbao1,2, Wang Qing2, Li Yunzhao2, Zhou Di2

(1.YantaiInstituteofCoastalZoneResearch,ChineseAcademyofSciences,Yantai264003,China; 2.InstituteofCoastalEcology,LudongUniversity,Yantai264025,China; 3.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

Based on the results of field surveys, the spatial and temporal dynamics of sandy coastal geomorphology along the eastern Laizhou Bay over the last 60 years was investigated using the comprehensive methods of digital shoreline analysis, remote sensing and geographic information system technologies. The data mainly derived from the nautical charts, topographic maps and high resolution remote sensing images which measured and imaged in different periods. The results show that there are significant spatial-temporal variations in both the sandy coast shoreline migration and the subaqueous slope erosion-deposition evolution along the eastern Laizhou Bay. The alternate regulation of forward and backward for shoreline migration is caught in this study. There is a remarkable non-linear characteristic in the time process. The proportion of the erosional shoreline is fluctuated and phased from 1959 to 2013. The average annual evolution rate of eroded coast is divided into two stages by 1985. The erosion rate decreased from the maximum value of 4.95 m/a (during the period of 1959-1969) to minimum value 1.97 m/a (1969-1985) at prophase. In the late period, the erosion rate increased from 1.97 m/a to 4.43 m/a (1985-1998), and the coast was in serious erosion state since then. The characteristics of shoreline migration in four headland bays are not consistent with overall trend. At the same time, the scouring strips distribute alternating with the silting of the subaqueous slope. The trend of scouring and silting evolution was basically opposite in the same coast between the periods of 1959-1985 and 1985-2008. Further analysis indicate that there are 5 alternations of erosion and deposition and the changes of rate of erosion and siltation, under the control of geomorphic effects of anthropogenic activities such as sediment trapping by reservoirs, fishing culture in supratidal zone and coastal engineering, in the east of Laizhou Bay during recent 60 years.

sandy coast; shoreline; subaqueous slope; geomorphic evolution; anthropogenic activities

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.09.009

2016-12-01；

2017-02-23。

國家重點研發(fā)計劃重點專項項目(2017YFC0505902);“山東省高等學(xué)校優(yōu)勢學(xué)科人才團(tuán)隊培育計劃”項目“藍(lán)黃兩區(qū)濱海資源與環(huán)境團(tuán)隊”;國家自然基金項目(41471005)。

戰(zhàn)超(1986—)，女，山東省萊州市人，博士研究生，主要從事海岸地貌方面研究。E-mail：zhanchaolddx@126.com

*通信作者：于君寶(1970—)，男，吉林省長春市人，教授，主要從事濕地生物地球化學(xué)循環(huán)與生態(tài)修復(fù)。E-mail：junbao.yu@gmail.com

P737.13

A

0253-4193(2017)09-0090-11

戰(zhàn)超, 于君寶, 王慶, 等. 近60年萊州灣東部砂質(zhì)海岸地貌的時空動態(tài)[J]. 海洋學(xué)報, 2017, 39(9): 90-100,

Zhan Chao, Yu Junbao, Wang Qing, et al. Spatial and temporal dynamics of sandy coastal geomorphology in the east of Laizhou Bay over recent 60 years[J]. Haiyang Xuebao, 2017, 39(9): 90-100, doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.09.009