劉宗宇, 楊麗中, 喬守文, 石洪源, , 尤再進(jìn), , 楊 樂

(1. 魯東大學(xué) 土木工程學(xué)院, 山東 煙臺 264025; 2. 魯東大學(xué) 港口海岸防災(zāi)減災(zāi)研究院, 山東 煙臺264025; 3. 青建國際集團(tuán)有限公司, 山東 青島 266000)

沙灘是砂、砂礫和卵石等松散沉積物形成的堆積體[1]。濱海沙灘岸線平順、坡緩水清, 常伴有沿岸沙壩和潟湖, 是發(fā)展旅游的良好場所[2]。2018 年, 我國海洋生產(chǎn)總值為8.3 萬億元[3], 沿海海灘觀光、休閑等活動是濱海旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。濱海沙灘資源的合理開發(fā)、利用是濱海旅游經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然決策。

自20 世紀(jì)50 年代以來, 我國有70%左右的濱海沙灘遭受侵蝕[4], 20 世紀(jì)70 年代開始, 山東省的濱海沙灘也開始面臨侵蝕的問題[5], 對于山東省沙灘的侵蝕與保護(hù)研究工作也相繼開展。夏東興等[6]分析了我國海岸侵蝕的基本特征, 并提出了海岸侵蝕的原因。印萍等[7]通過青島沙子口灣海岸實(shí)地測量的數(shù)據(jù), 研究了泥沙運(yùn)動和海岸侵蝕的原因。徐宗軍等[8]利用前人調(diào)查總結(jié)的數(shù)據(jù), 結(jié)合自己的分析, 討論了山東半島和黃河三角洲海岸侵蝕原因及特點(diǎn), 并提出防治對策。楊繼超等[9]通過對威海市濱海沙灘的實(shí)地調(diào)查, 分析了濱海沙灘侵蝕的現(xiàn)狀和原因。莊振業(yè)等[10]探討了環(huán)渤海砂質(zhì)海岸侵蝕概況, 并且據(jù)此提出了海灘養(yǎng)護(hù)的幾種方法。李兵等[11]通過實(shí)地勘測調(diào)查對山東省砂質(zhì)海岸侵蝕原因進(jìn)行了討論, 并分析了現(xiàn)有的保護(hù)措施。李廣雪等[12]于2010 年對山東省砂質(zhì)海岸進(jìn)行了統(tǒng)計調(diào)查, 分析了山東省濱海沙灘的類型、分布情況以及開發(fā)利用現(xiàn)狀, 并對山東省濱海沙灘進(jìn)行了質(zhì)量評價。通過濱海沙灘侵蝕原因的揭示以及各種沙灘防護(hù)研究工作的展開, 這表明, 當(dāng)今社會對濱海沙灘的重視程度日益加深。但是濱海沙灘的變化是一個持久的過程, 需要不間斷的觀測, 并與前人的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對比, 來揭示濱海沙灘的最新現(xiàn)狀, 這樣才能為進(jìn)一步的開發(fā)和保護(hù)濱海沙灘提供科學(xué)的支持。在此背景下, 項(xiàng)目組于2019 年6 月—8 月, 通過現(xiàn)場觀測沙灘現(xiàn)狀、開展沙灘剖面測量、采集沙灘表層沙樣、結(jié)合衛(wèi)星遙感資料等方法, 揭示山東濱海沙灘現(xiàn)狀, 對山東省濱海沙灘特征進(jìn)行最新的調(diào)查評價。

1 調(diào)查區(qū)域及研究方法

山東省海岸線總長度3 345 km[10], 其海岸帶因受構(gòu)造沉降和黃河的影響, 以萊州虎頭崖為界, 虎頭崖西側(cè)為粉砂淤泥質(zhì)海岸, 而基巖和砂質(zhì)海岸的分布范圍為虎頭崖東側(cè)沿海岸線一直到日照市嵐山頭, 長度約占山東海岸線總長度的2/3, 砂質(zhì)海岸是主要的類型[10]。根據(jù)前人總結(jié)分析將山東省濱海沙灘分為三種類型: 岬灣型海岸發(fā)育的沙灘、沙壩潟湖海岸發(fā)育的沙灘、夷直型海岸發(fā)育的沙灘[5]。岬灣型海岸發(fā)育的沙灘多在灣底, 成凹弧型, 其長度和寬度都較小, 但是坡度較大[13]; 沙壩潟湖型海岸發(fā)育的沙灘多長度較長且順直, 常伴有潟湖、沙丘[9]; 夷直型海岸發(fā)育的沙灘長度和寬度較大, 且坡度較小,潟湖、沙嘴或沿岸沙壩等堆積地貌或巖礁、砂礫灘等強(qiáng)侵蝕地貌較少見[13]。

2019 年6 月至8 月, 課題組從山東省濰坊市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)出發(fā), 結(jié)合遙感影像和歷史資料, 沿山東省海岸線開展濱海沿線沙灘觀測工作, 對沙灘岸線長度≥50 m, 寬度≥5 m 的沙灘進(jìn)行記錄(長度是指濱海沙灘所處岸線的長度, 寬度為濱海沙灘潮間帶的平均寬度[12]), 途徑東營、煙臺、威海、青島,最終到日照市繡針河。

該項(xiàng)目主要應(yīng)用RTK-GPS 高程儀采集沙丘-海灘剖面的高程數(shù)據(jù), 山東省于2010年建成了自己的CORS系統(tǒng), 沿海岸線覆蓋了精密的CORSNET-NSW NRTK網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng), 以確保RTK-GPS 的測量精度[14]。利用GPS 相機(jī)記錄沙灘地點(diǎn)、名稱、觀測時間以及實(shí)時潮位等信息。在實(shí)際測量中, 剖面布設(shè)規(guī)則為: 沙灘長度小于2 km, 設(shè)置一條控制剖面, 取沙灘中部進(jìn)行控制剖面的設(shè)置; 沙灘長度大于2 km, 設(shè)置3 條控制剖面, 取沙灘中部以及兩側(cè)進(jìn)行控制剖面的設(shè)置[12,15]。測量的原則及方法為: 對于有明顯標(biāo)志建筑物的沙灘, 應(yīng)選擇臺階、路燈、等標(biāo)志建筑物作為剖面起點(diǎn); 對于無明顯標(biāo)志建筑物的沙灘, 應(yīng)選擇直立墻或護(hù)岸上方、植被覆蓋的區(qū)域作為剖面起點(diǎn)。今后對同一沙灘重復(fù)測量時, 每次利用RTK-GPS 高程儀找出第一次測量時初始的坐標(biāo), 開展測量工作。剖面起點(diǎn)選擇完畢后, 定一條與海岸線垂直的直線作為剖面線(圖1), 并將2 至3 根標(biāo)桿相隔一定距離(距離間隔由沙灘寬度而定)插在剖面線上, 使標(biāo)桿、起點(diǎn)在同一直線。然后由測量人員從陸上由剖面起點(diǎn)開始向海徒步定點(diǎn)測量, 每0.5 m 至1 m(地形變化不明顯時測量間隔點(diǎn)可疏松、地形變化明顯時測量間隔點(diǎn)應(yīng)密集)進(jìn)行點(diǎn)測定。進(jìn)行海邊徒步定點(diǎn)測量時, 水下–1 m 作為測量結(jié)束水深; 由于海風(fēng)、波浪等原因?qū)е聹y量深度無法到達(dá)上述深度時, 可視情況結(jié)束測量并進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存。

圖1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集過程Fig. 1 Field data collection process

2 調(diào)查結(jié)果

據(jù)2019 年調(diào)查統(tǒng)計, 山東省濱海沙灘總個數(shù)為148 個, 總長度約為335 km, 其中煙臺市沙灘海岸線長度約為 151 km; 威海市沙灘海岸線長度約為111 km; 青島市沙灘海岸線長度約為42 km; 日照市沙灘海岸線長度約為31 km, 而濱州、東營和濰坊三市基本沒有沙灘。其中沙灘海岸線長度≤1.0 km 的67 個, 1.0～5.0 km 的62 個, >5.0 km 的19 個(圖2)。自然形態(tài)、未經(jīng)人工干預(yù)的濱海沙灘個數(shù)有44 個,累計沙灘海岸線總長度約為73 km; 經(jīng)過人工干預(yù)的濱海沙灘個數(shù)有104 個, 累計沙灘海岸線總長度約為262 km。

圖2 沙灘長度占比圖Fig. 2 Beach length ratio chart

對比前人調(diào)查結(jié)果, 對沙灘海岸線長度5 km 以上的沙灘(圖3)進(jìn)行了統(tǒng)計, 分析其十年間長度與開發(fā)程度的變化(表1)。

圖3 山東省濱海沙灘分布圖(5 km 以上)Fig. 3 Map of coastal beaches (over 5 km in length) in Shandong Province

表1 山東省濱海長沙灘十年間長度及開發(fā)狀況對比統(tǒng)計(長于5 km 的沙灘)Tab. 1 Comparison and statistics of the length and development of the coastal long beach in Shandong Province in the past ten years (beach longer than 5 km)

從表1 中可以直觀的看出沙灘海岸線長度隨著時間推移都有不同程度的減小, 減少程度最嚴(yán)重的為青島膠南市古鎮(zhèn)口, 該地區(qū)曾大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè),致使沙灘表面布滿養(yǎng)殖池, 沙灘幾乎全部破壞。在2010 年, 有14 個沙灘未作為旅游資源開發(fā), 已經(jīng)開發(fā)的沙灘個數(shù)為10 個; 而到2019 年, 已開發(fā)的沙灘已經(jīng)增長到16 個, 占沙灘總數(shù)(5 km 以上)的66.7%,而未經(jīng)開發(fā)的沙灘, 經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn), 多進(jìn)行養(yǎng)殖活動。

續(xù)表

3 山東濱海沙灘存在的問題

在現(xiàn)場調(diào)查時, 由于人類對濱海沙灘的粗獷式開發(fā), 盲目地消耗海洋資源, 沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)論證和合理的長遠(yuǎn)規(guī)劃, 導(dǎo)致濱海沙灘的平衡系統(tǒng)受到嚴(yán)重威脅, 沙灘面臨消失的危險, 嚴(yán)重影響了濱海沙灘的持續(xù)利用與發(fā)展[16]。

3.1 自然因素導(dǎo)致的問題

(1) 風(fēng)暴潮

山東屬于溫帶季風(fēng)氣候, 夏季盛行偏南風(fēng), 炎熱多雨; 冬季多偏北風(fēng), 且風(fēng)速較大, 寒冷干燥, 因此易受到北方強(qiáng)冷空氣的影響, 山東省年均約有1.1 次臺風(fēng)、3.2 次寒潮過境[17], 而由此引發(fā)的風(fēng)暴增水和大浪會在短時間內(nèi)增強(qiáng)海洋動力的破壞能力, 對濱海沙灘造成嚴(yán)重的影響。當(dāng)風(fēng)暴潮的波浪破碎時, 沙丘底部的泥沙會被爬上沙灘的波浪掏空帶走, 導(dǎo)致沙丘的前部倒塌, 而倒塌的沙丘泥沙會被岸灘回流水帶走, 并在離岸處堆積, 因此導(dǎo)致大量的海灘沙和沙丘泥沙離開岸灘, 從而造成沙灘-海岸被侵蝕[15]。但相比于夏季臺風(fēng), 秋冬季節(jié)寒潮大風(fēng)更為頻繁,且持續(xù)時間更長, 所以冬季侵蝕大部分可在夏季得到恢復(fù)。然而由于頻繁的人類活動, 這種平衡體系已經(jīng)被打破, 使風(fēng)暴潮造成的侵蝕沒有辦法進(jìn)行自我恢復(fù)。導(dǎo)致沙灘被破壞侵蝕[16]。1992 年8 月的熱帶風(fēng)暴(Polly)引起的風(fēng)暴潮使山東半島砂質(zhì)海岸侵蝕后退3～12 m, 最大侵退距離30 m 以上[18-19]; 2011 年6 月的熱帶風(fēng)暴“米雷”(Meari)使威海榮成市天鵝湖沙灘灘面平均下蝕1.1 m, 后部永久侵蝕陡坎由0.8 m增高至1.8 m[9]; 2019 年8 月的熱帶風(fēng)暴“利奇馬”(Lekima)過后, 威海乳山白浪沙灘(圖4)被破壞侵蝕。

圖4 臺風(fēng)“利奇馬”過后在乳山市白浪拍攝到的侵蝕陡坎Fig. 4 Eroded scarp seen in Bailang, Rushan City after typhoon Lichima

(2) 滸苔災(zāi)害

滸苔自2007 年爆發(fā)至現(xiàn)今, 已經(jīng)連續(xù)13 年登陸山東半島南部海岸。滸苔5 月中下旬誕生于黃海南部淺灘筏式養(yǎng)殖區(qū), 6 月至7 月中旬進(jìn)入滸苔暴發(fā)的高潮期, 7 月下旬至8 月上旬進(jìn)入消亡期, 滸苔一般生命周期會經(jīng)過“出現(xiàn)→發(fā)展→暴發(fā)→治理→消亡”的發(fā)展過程。滸苔前期主要表現(xiàn)為零星和小斑塊分布, 然后通過繁殖和匯聚逐漸發(fā)展為條帶狀和大斑塊分布, 最后大規(guī)模覆蓋在近海區(qū)域及濱海沙灘上(圖5)。滸苔的大量聚集遮擋海水中了光照, 消耗水中的溶解氧, 造成其他藻類的大量死亡, 對生態(tài)系統(tǒng)和養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生巨大的影響, 同時嚴(yán)重影響濱海景觀, 干擾沿海旅游觀光和水上運(yùn)動的進(jìn)行, 并且對沿岸居民的生產(chǎn)生活也造成了一定的影響[20-21]。以青島市為例, 據(jù)統(tǒng)計2016 年青島市海水養(yǎng)殖業(yè)損失高達(dá)48 億元; 而濱海旅游環(huán)境價值損失在12.12 億元～21.36 億元, 占2016 年青島市旅游總收入的0.8%～1.5%[22]。

圖5 大片滸苔覆蓋在沙灘表層Fig. 5 Beaches covered with canola

3.2 人為因素導(dǎo)致的問題

(1) 海岸天然屏障破壞

濱海沙灘的風(fēng)成沙丘及其上發(fā)育的植被帶, 是海洋系統(tǒng)向陸地系統(tǒng)過渡的重要地帶和沙灘沙量平衡體系的重要環(huán)節(jié), 也是阻擋海洋動力以及風(fēng)沙的最后屏障[16]。山東省濱海沙灘主要分為旅游型開發(fā)和漁業(yè)性開發(fā), 其中旅游型開發(fā)占比61.5%, 漁業(yè)性開發(fā)占比35.6%, 因此調(diào)查中發(fā)現(xiàn)濱海沙灘后部常有擴(kuò)建的養(yǎng)殖廠房(圖6a)或者修建的休閑場所(圖6b)等, 這導(dǎo)致海岸天然防護(hù)屏障被破壞, 使沙量支出增大, 海岸線侵蝕后退。

圖6 修建在濱海沙灘后部的不合理的建筑物Fig. 6 Unreasonable buildings at the back of beaches

(2) 不合理的海岸工程

海岸硬防護(hù)指的是在岸邊建造固體的海岸工程建筑物對海岸進(jìn)行防護(hù), 包括護(hù)岸、丁壩、離岸堤等建筑物。硬防護(hù)工程雖然可以在一定程度上阻止岸線后退,但是不合理的防護(hù)工程只會加劇海岸侵蝕, 破壞地質(zhì)地貌, 并且對生態(tài)環(huán)境造成一定的影響[9,11,23]。1971 年建造的1 500 m 長的日照嵐山頭佛手灣突堤導(dǎo)致其北側(cè)淤積泥沙17.8×104m3, 而突堤南側(cè)則侵蝕掉泥沙13× 104m3[24]。建在煙臺市煙臺山賓館前的直墻式護(hù)岸雖然可以起到一定的防護(hù)作用, 但是每當(dāng)大浪來襲時,由于護(hù)岸的阻擋, 都會激起10～20 m 高的海浪并侵蝕海灘, 導(dǎo)致該處的沙灘已經(jīng)消失[25]。

(3) 沙灘灘面垃圾

近年來, 隨著我國沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,人類活動的范圍日益擴(kuò)大, 且活動頻率日趨頻繁,但是對海洋環(huán)境意識薄弱, 導(dǎo)致建筑垃圾、生活垃圾、養(yǎng)殖垃圾、微塑料垃圾(圖7)等在灘面隨處可見,嚴(yán)重影響了海域的環(huán)境, 導(dǎo)致近海域污染嚴(yán)重。

沙灘垃圾的危害不容小覷。首先沙灘垃圾易造成視覺上的污染, 而在濱海旅游已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要支柱的今天, 沙灘垃圾無疑已經(jīng)成為了濱海旅游發(fā)展的一個巨大的威脅。其次, 我國正逐步“走向深藍(lán)”, 海上活動日益頻繁, 而沙灘垃圾會對海上各種活動造成巨大的安全隱患。灘面上廢棄的漁網(wǎng)、塑料制品等垃圾會被海浪帶向海里, 而船只螺旋槳易被這些海洋垃圾纏住, 損害船體和機(jī)器, 造成嚴(yán)重的危害[26]。

3.3 管理制度因素導(dǎo)致的問題

由于過于注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 忽視了對濱海沙灘的合理利用與規(guī)劃, 導(dǎo)致其被過度開發(fā), 已經(jīng)嚴(yán)重影響到濱海沙灘的可持續(xù)利用與發(fā)展。要想對這一問題進(jìn)行有效控制, 就要建立起濱海沙灘開發(fā)相關(guān)問題的管理政策。由于我國在濱海沙灘開發(fā)問題的管理方面起步比較晚, 各方面政策與制度的制定及實(shí)施仍然與海洋強(qiáng)國有一定差距, 因此我們應(yīng)該結(jié)合實(shí)際國情, 借鑒其他國家先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn), 制定合理、有效的管理政策與制度[27]。

4 山東省濱海沙灘合理利用與保護(hù)策略

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 人類的活動已經(jīng)嚴(yán)重影響到濱海沙灘的穩(wěn)定性, 因粗獷式開發(fā)以及不合理的利用, 導(dǎo)致濱海沙灘越來越脆弱。因此, 合理的利用以及保護(hù)的重要性不言而喻。濱海沙灘保護(hù)和治理的核心是制定政策來限制人類粗獷式活動,同時給濱海沙灘動態(tài)調(diào)整和發(fā)育留下充足的空間。因此, 濱海沙灘的防護(hù)策略應(yīng)主要包括制定科學(xué)、合理的沙灘規(guī)劃方案、制定有效的管理政策、沙灘養(yǎng)護(hù)新技術(shù)的研究以及實(shí)踐等[16]。

4.1 開展濱海沙灘養(yǎng)護(hù)與恢復(fù)工程

最好的濱海沙灘防護(hù)舉措是降低人類活動對濱海沙灘的干擾, 拆除不合理的海岸工程以及違規(guī)建筑, 使沙灘通過自我調(diào)整和修復(fù), 恢復(fù)到沙灘最原始的自然狀態(tài)。可以設(shè)置人工岬角, 通過自然過程中堆積的泥沙對侵蝕岸段進(jìn)行防護(hù)。對于有非常高的利用價值但侵蝕卻極其嚴(yán)重的岸段, 可以采取人工補(bǔ)沙的手段, 在青島、煙臺等地的侵蝕沙灘修復(fù)過程中, 人工補(bǔ)沙已取得較好的效果[15,28]。

4.2 嚴(yán)格管控灘面垃圾, 美化環(huán)境

海洋垃圾的治理是多方面的, 首先政府部門應(yīng)建立相關(guān)部門共同參與的協(xié)調(diào)機(jī)制, 并落實(shí)海洋垃圾管理責(zé)任制, 其次應(yīng)制訂相應(yīng)的法律法規(guī), 并及時落實(shí), 并鼓勵企業(yè)及個人進(jìn)行對海洋垃圾進(jìn)行監(jiān)督, 以此來遏制肆意傾倒各種垃圾在沙灘及海洋中的行為。還應(yīng)加強(qiáng)對居民、游客的宣傳教育, 提高全社會預(yù)防和控制海洋垃圾排放的意識。制定嚴(yán)格的懲處措施, 對相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行嚴(yán)懲, 以此來達(dá)到從源頭上制止海洋污染的行為, 達(dá)到美化海洋環(huán)境的最終目的[26,29]。

4.3 制定合理有效的政策及規(guī)劃方案

對于濱海沙灘存在的問題, 必須加強(qiáng)對濱海沙灘資源的管理。政府應(yīng)積極地協(xié)調(diào)、調(diào)動各個部門,明確各個部門的責(zé)任、使各個部門起到應(yīng)有的作用,制定相應(yīng)的法律法規(guī), 建立行之有效的沙灘管理體制。在專家們的支持下, 科學(xué)地對濱海沙灘資源進(jìn)行利用和開發(fā), 在遵循可持續(xù)發(fā)展原則下, 緩和人類活動和沙灘環(huán)境之間的矛盾[15]。建立健全濱海沙灘開發(fā)的相關(guān)法律法規(guī)體系, 搞好全面綜合的規(guī)劃與管理。嚴(yán)格項(xiàng)目審批制度, 建立砂質(zhì)海岸開發(fā)項(xiàng)目的動態(tài)監(jiān)測機(jī)制[23]。

5 結(jié)論

(1) 山東省濱海沙灘總個數(shù)為148 個, 沙灘岸線總長度約為335 km。其中沙灘岸線長度≤1.0 km 的67 個, 1.0～5.0 km 的62 個, >5.0 km 的19 個。自然形態(tài)、未經(jīng)人工干預(yù)的濱海沙灘個數(shù)有44 個, 累計沙灘岸線總長度為約73 km; 經(jīng)過人工干預(yù)的濱海沙灘個數(shù)有104 個, 累計沙灘岸線總長度為約261 km。

(2) 山東省濱海沙灘破壞的原因有很多, 其中人類活動是引起沙灘破壞的主要因素。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 人類的粗獷式開發(fā)、對濱海沙灘資源的不合理利用, 建筑垃圾、生活垃圾、養(yǎng)殖垃圾、微塑料垃圾肆意丟棄在灘面等, 都給濱海沙灘造成了嚴(yán)重的生態(tài)和環(huán)境影響。

(3) 山東省濱海沙灘治理和規(guī)劃的重要一環(huán)就是減少人類過度干預(yù), 制定合理有效的政策及沙灘開發(fā)規(guī)劃; 拆除占灘違規(guī)建筑, 恢復(fù)沙灘的原始自然狀態(tài), 使其自我調(diào)整和修復(fù); 嚴(yán)格管控海灘垃圾肆意遺棄, 提高全社會預(yù)防和控制海洋垃圾排放的意識, 美化海灘環(huán)境。

本次調(diào)查涵蓋了山東省所有的砂質(zhì)沙灘, 調(diào)查結(jié)果指出了山東省沙灘資源面臨的問題并針對問題提出具體建議, 可為山東省今后的濱海沙灘開發(fā)利用和規(guī)劃等提供一定的參考價值。