王偉偉馬恭博*王傳珺高一鑒袁 蕾

(1.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心,遼寧 大連 166023;2.中交(天津)疏浚工程有限公司,天津 300451)

海岸帶承載著世界上60%以上的人口、2/3以上的大城市和經(jīng)濟(jì)帶,然而,海平面的持續(xù)上升、入海泥沙的長期減少、人類活動(dòng)加劇,使得海岸侵蝕和岸線后退逐漸成為威脅海岸帶持續(xù)發(fā)展的主要原因[1]。眾多學(xué)者針對海岸侵蝕災(zāi)害開展了研究,在海岸侵蝕原因[2]、侵蝕機(jī)理[3-4]、海岸侵蝕模型預(yù)測[5]、災(zāi)害治理與防治[6-7]等方面取得了研究成果。但是針對海岸侵蝕災(zāi)害開展區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的研究較少,本文以?？诤０稁Ш０肚治g災(zāi)害為例,采用模糊數(shù)學(xué)理論開展海岸侵蝕災(zāi)害區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評價(jià),并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的災(zāi)害防治對策與建議。

1 區(qū)域概況

?？诤０毒€長170.9 km,海岸線類型主要包括砂質(zhì)、粉砂淤泥質(zhì)、生物和人工岸線四類。海口由西向東依次分布澄邁灣(金沙灣)、海口灣和鋪前灣。潮汐類型自東向西變化,鋪前灣為不正規(guī)半日潮,?？跒碁椴徽?guī)全日潮,金沙灣為正規(guī)全日潮。潮流屬正規(guī)日潮流。波浪以風(fēng)浪為主,涌浪為輔,主要波向?yàn)镹E、ENE向,年平均波高為0.6 m。2010年,隨著海南國際旅游島建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃的實(shí)施,?？?、三亞等地的海岸帶步入了大規(guī)模的開發(fā)階段,海砂偷采活動(dòng)疊加極端自然條件導(dǎo)致部分海岸持續(xù)侵蝕后退,嚴(yán)重干擾了沿岸居民的正常生產(chǎn)生活。

2 數(shù)據(jù)來源與分析

?？诤０肚治g災(zāi)害評價(jià)的風(fēng)況資料來源于海口秀英海洋站1960—1979年實(shí)測數(shù)據(jù),?？趶?qiáng)于6級(jí)大風(fēng)的平均年日數(shù)為172.2 d,占全年總?cè)諗?shù)的47.2%。降雨和風(fēng)暴增水資料來源于?？跉庀笳?971—2000年實(shí)測數(shù)據(jù),?？诘貐^(qū)年降水量相對豐富,各月均有降水,年平均降水量為1 651.9 mm。海口風(fēng)暴增水超過50 cm以上的次數(shù)44次,年平均1.5次。土地利用資料來源于海口市國土資源局2017年土地普查數(shù)據(jù),岸線向陸200 m范圍內(nèi)的海岸土地利用類型包括公路用地、村莊、旱地等26種類型。海口海岸線包括砂質(zhì)岸線、粉砂淤泥質(zhì)岸線、生物岸線和人工岸線四類。參照《海洋侵蝕監(jiān)測與災(zāi)害損失評估技術(shù)規(guī)范》①國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心.海岸蝕監(jiān)測與災(zāi)害損失評估技術(shù)規(guī)范,2021.,?？趪?yán)重侵蝕岸段2處、強(qiáng)侵蝕岸段2處、微侵蝕岸段3處和淤積岸段4處,基中嚴(yán)重侵蝕岸段分布在五源河口海岸、長濱北五路海岸,強(qiáng)侵蝕岸段分布在南渡江口東側(cè)海岸和新溪角,微侵蝕岸段分布在假日海灘東側(cè)海岸、秀英港西側(cè)海岸和芙蓉河口附近海岸,其余岸段為淤積岸段②國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心.?？谑泻Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境本底調(diào)查報(bào)告,2019.。

3 評價(jià)方法與數(shù)據(jù)分析

3.1 評價(jià)指標(biāo)

根據(jù)?？诤０稁?zāi)害特點(diǎn),結(jié)合已有數(shù)據(jù),選取孕災(zāi)類、致災(zāi)類和承災(zāi)類三大類指標(biāo)對?？诤０肚治g災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估,其中孕災(zāi)類的指標(biāo)包括高風(fēng)況天數(shù)(高風(fēng)況為6級(jí)強(qiáng)風(fēng)以上)、降雨、風(fēng)暴增水和海岸類型,致災(zāi)類指標(biāo)為海岸侵蝕強(qiáng)度,承災(zāi)類指標(biāo)為海岸土地利用類型。根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估研究方法[8-9],結(jié)合?？诘膶?shí)際情況,采用三值邏輯分類體系將?？诤０肚治g災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為三級(jí)(高、中、低),具體指標(biāo)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評估指標(biāo)及分級(jí)Table 1 The risk assessment index and grade of coastal erosion hazard

3.2 評估模型

地質(zhì)環(huán)境是一個(gè)多因素耦合的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng),地質(zhì)災(zāi)害評估需要研究的變量既包括確定可循的變化規(guī)律,又有不確定的隨機(jī)變化規(guī)律。在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估過程中,被評估的對象、評估方法甚至評估主體及其掌握的評估標(biāo)準(zhǔn)都具有不確定性。模糊數(shù)學(xué)方法可對某一事物進(jìn)行多個(gè)因素、多個(gè)級(jí)別的評估,根據(jù)諸多因素作出綜合評判,可為地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估中確定和不確定、精確與模糊因素之間的溝通建立良好方法。

遵循模糊數(shù)學(xué)評估原理,針對上述6類評估指標(biāo),得出海岸侵蝕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評估因子集:

式中:u1為高風(fēng)況天數(shù)指標(biāo);u2為降雨指標(biāo);u3為風(fēng)暴增水指標(biāo);u4為海岸類型指標(biāo);u5為海岸侵蝕強(qiáng)度指標(biāo);u6為海岸帶土地利用類型指標(biāo)。

海岸侵蝕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)集:

式中:v1代表風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高;v2代表風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等;v3代表風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低。

將模糊集轉(zhuǎn)化為多值邏輯,利用貼近度分析方法,選取一組比較適當(dāng)?shù)?、具有正態(tài)分布特點(diǎn)的數(shù)值“0.0,0.2,0.5,0.8,1.0,0.8,0.5,0.2,0.0”以代替隸屬度函數(shù),即用一組滿足模糊條件的數(shù)值,來表示各種評估因子對海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)的影響程度,這樣就可以把各個(gè)評估因子對風(fēng)險(xiǎn)的影響程度變?yōu)殡`屬度值。同時(shí),為了便于計(jì)算,各評估因子相應(yīng)的隸屬程度應(yīng)基本相等。

根據(jù)前面的評估指標(biāo)分級(jí)體系,確立各個(gè)評估因子對風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的隸屬程度(表2),建立災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型流程圖(圖1)。

圖1 海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評估模型Fig.1 The risk assessment model of coastal erosion

表2 評估指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)隸屬度指數(shù)Table 2 The membership degree index of assessment factors risk grade

3.3 構(gòu)造判斷矩陣確定評估指標(biāo)權(quán)重

通過對各個(gè)要素間的兩兩比較,判斷其相對重要性,構(gòu)造出判斷矩陣(表3),經(jīng)由專家判定各指標(biāo)相對重要性后,再通過表2利用層次分析決策過程,構(gòu)造權(quán)值判別表。根據(jù)模糊矩陣原理,求出上述判斷矩陣的最大特征根及其所對應(yīng)的特征向量,就可以以此特征向量作為各評估指標(biāo)的加權(quán)值。在計(jì)算判斷矩陣的最大特征根和特征向量時(shí),采用近似的求積法求其最大特征值,并進(jìn)行一致性和隨機(jī)性檢驗(yàn),最終求得本次評估的權(quán)重值(表4):風(fēng)況的權(quán)重值為0.068 3,降雨的權(quán)重值為0.114 9,風(fēng)暴增水的權(quán)重值為0.201 4,海岸類型的權(quán)重值為0.190 8,海岸侵蝕強(qiáng)度的權(quán)重值為0.383 9,土地利用類型的權(quán)重值為0.040 6。

表3 評估指標(biāo)重要性判斷矩陣Table 3 Comparison Matrix of evaluation index importance

表4 各評估因子的權(quán)重Table 4 The weight of assessment factors

4 結(jié)果與討論

4.1 孕災(zāi)環(huán)境評估

?？陲L(fēng)況對應(yīng)的孕災(zāi)環(huán)境等級(jí)為高(I級(jí)),年平均降水量對應(yīng)的孕災(zāi)環(huán)境等級(jí)為中(II級(jí)),風(fēng)暴增水對應(yīng)的孕災(zāi)環(huán)境等級(jí)為高(I級(jí)),人工海岸對應(yīng)的孕災(zāi)環(huán)境等級(jí)為低(III級(jí)),砂質(zhì)海岸和粉砂淤泥質(zhì)海岸對應(yīng)的孕災(zāi)環(huán)境等級(jí)為中(II級(jí)),生物海岸對應(yīng)的孕災(zāi)環(huán)境等級(jí)為高(I級(jí))(圖2)。?？诔芜~灣、西海岸和東海岸岸段的孕災(zāi)環(huán)境等級(jí)為中(II級(jí)),秀英港至南渡江口岸段的孕災(zāi)環(huán)境等級(jí)為低(III級(jí)),鋪前灣東部岸段的孕災(zāi)環(huán)境等級(jí)為高(I級(jí))。

圖2 孕災(zāi)環(huán)境等級(jí)Fig.2 The grade of hazard formative environment

4.2 海岸侵蝕災(zāi)害危險(xiǎn)性評估

海口大園村附近、南渡江東側(cè)、五源河口、長濱北五路等局部岸段發(fā)生海岸侵蝕的危險(xiǎn)性高(I級(jí)),南渡江以東和假日海灘西部的局部岸段海岸侵蝕危險(xiǎn)性等級(jí)為中(II級(jí)),其余岸段海岸侵蝕危險(xiǎn)性等級(jí)為低(III級(jí))(圖3)。

圖3 海岸侵蝕危險(xiǎn)性等級(jí)Fig.3 The danger grade of coastal erosion

4.3 承災(zāi)體脆弱性評估

?？谀隙山晕骱０稁У拇嗳醯燃?jí)多為高(I級(jí)),南渡江以東至大園村附近海岸帶脆弱性等級(jí)多為中(II級(jí))和高(I級(jí)),而大園村以東的海岸帶脆弱性等級(jí)多為中(II級(jí))和低(III級(jí))(圖4)。

圖4 承災(zāi)體脆弱性等級(jí)Fig.4 The vulnerability grade of coastal erosion hazard-affected body

4.4 海岸侵蝕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評估

將前述的孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和承災(zāi)體數(shù)據(jù)柵格化,考慮對應(yīng)的權(quán)重,對各個(gè)指標(biāo)做加權(quán),依次得到各個(gè)柵格區(qū)域的海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布(圖5)。由圖5可知,在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資料基礎(chǔ)上,綜合考慮孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和承災(zāi)體脆弱性等多方面因素,海口海岸侵蝕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)總體不高。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分段式分布在五源河口岸段、長濱北五路岸段、南渡江以東至大園村沿岸的局部岸段,評價(jià)分析得到的海岸侵蝕高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)與2019年?？诒镜渍{(diào)查的海岸侵蝕分布區(qū)域基本吻合。

圖5 海岸侵蝕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Fig.5 The risk grade of coastal erosion hazard

5 結(jié)論與建議

通過對?？诤０稁У脑袨?zāi)條件、災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)、承災(zāi)條件的分析,采用模糊數(shù)學(xué)法對?？诤０稁Ш０肚治g災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評價(jià),得出海岸侵蝕災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和分布范圍,評價(jià)結(jié)果較為理想。綜合海岸侵蝕的危險(xiǎn)性與脆弱性評估結(jié)果可知,?？诤０肚治g高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分段式分布在?？诩偃蘸┚植堪抖?、長濱北五路、五源河口、南渡江向東至大園村沿岸的局部岸段,這里也是今后海岸侵蝕災(zāi)害防治的重點(diǎn)區(qū)域。

為了遏制海岸侵蝕高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)一步惡化,維持沿海居民正常的生產(chǎn)生活,針對目前的災(zāi)害現(xiàn)狀,提出以下幾點(diǎn)建議:

1)嚴(yán)格禁止近岸、近海采砂,主管部門應(yīng)加強(qiáng)對圍填海工程的監(jiān)管,防止出現(xiàn)新的違法違規(guī)海上采砂活動(dòng)。

2)嚴(yán)格禁止河道采砂,相關(guān)政府部門應(yīng)該聯(lián)合行動(dòng),加緊出臺(tái)相應(yīng)的河砂管理政策,防治南渡江流域河砂被隨意開采,以保證正常的河流入海泥沙,防控海岸的蝕退。

3)積極開展海岸侵蝕高風(fēng)險(xiǎn)岸段的整治修復(fù)工作,海岸侵蝕嚴(yán)重表明該區(qū)域的海岸已經(jīng)處于嚴(yán)重的不健康狀態(tài),依靠海岸自身的修復(fù)能力已經(jīng)無法恢復(fù)到健康狀態(tài),建議相關(guān)主管部門根據(jù)海岸侵蝕的主要原因開展針對性的整治修復(fù)工作。